Kết cấu tải trọng

PHẦN II: KẾT CẤU I.QUI PHẠM TẢI TRỌNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TÍNH TOÁN: Tải trọng sử dụng trong tính toán lấy từ cuốn tải trọng “ Tải trọng và tác động “ . Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737 – 1995. Do viện khoa học kỹ thuật xây dựng- Bộ xây dựng biên soạn. Vụ khoa học công nghệ- Bộ xây dựng đề nghị, Bộ xây dựng ban hành 01/12/1995 II.BẢNG VỀ CƯỜNG ĐỘ VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO CÔNG TRÌNH Loại kết cấu Mác bêtông Rn ( KG/cm2 ) Rk (KG/m2 ) Loại thép Ra (KG/cm2 ) Sàn các tầng 300 130 10 AI 2300 Cầu thang 300 130 10 AII AI 2800 2300 Khung dầm 300 130 10 AII AI 2800 2300 Hồ nước 300 130 10 AII AI 2800 2300 Móng 300 130 10 AII AI 2800 2300 -Cốt thép: ,Ra=2300KG/cm2 ,Ra=2800KG/cm2 - Cốt đai : Ra=2300 KG/cm2 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN KẾT CẤU HỒ NƯỚC MÁI I/ SƠ ĐỒ MẶT BẰNG HỒ NƯỚC MÁI II/ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN *Lượng nước sinh hoạt Tổng số hộ gia đình : 8 hộ x 10 tầng = 80 hộ Tổng số người : 80hộ x 4 người=320 người Trung bình :200lít/ng/ngày đêm=>Qsh= 200 x người = 200 x 320 = 64000 lít/ng/ ngày đêm = 64m3 *Lượng nước PCCC Qcc = n*qcc = 3*20 = 60 lít/s (Từ số dân cư ta có hệ số n và qcc ) Đám cháy phải được dập tắt trong 10 phút =>Qcc=10.8x60x60=38880 lít/s=38.88m3 Công trình đối xứng =>Vhồ =(Qsh+Qcc)x2=(64+38.88)x2=205.76m3/2 hồ =102.88m3(cho toàn bộ công trình) Chọn dung tích hồ: Chọn chiều cao hồ h = 2m Chiều cao cột đỡ sửa chữa : h =0.8m Thể tích hồ V = 8 x 6 x 2=96 m3 *Chọn kích thước: Bản nắp : hbn=10cm Dầm nắp : DN3 : 200x400 DN2 : 200x400 DN1 : 300x500 Bản thành : hbt =10cm = hvn Bản đáy : hbđ = 15cm Dầm đáy : DĐ3 : 300x500 DĐ2 : 300x500 DĐ1 : 300x700 III/ TÍNH TOÁN BẢN NẮP Chọn chiều dày bản nắp 10 cm để thiết kế. 1/Cấu tạo bản nắp : 2/Tải trọng : a) Tĩnh tải : Bảng 1 : Bảng kết quả tính tĩnh tải các ô sàn nắp. Stt Thành phần cấu tạo hi (m) gi (KG/m3 ) n gi (KG/m2 ) 1 Vữa lót 0.02 1800 1.2 43.2 2 Bản bê tông cốt thép dày 0.1 2500 1.1 275 3 Vữa trát dày 0.015 1800 1.2 32.4 Tổng cộng gtt 350.6 b) Hoạt tải : Theo TCVN 2737-1995 thì hoạt tải sửa chữa là Ptc =75daN/m2, hệ số an toàn là np = 1.3 => Ptt = n*Ptc = 1.3*75 = 97.5 KG/m2 c) Tải trọng toàn phần :  qtt = gtt +ptt = 350.6+97.5= 448.1 KG/m2 3/Sơ đồ tính toán Xét => bản kê 4 cạnh ngàm theo chu vi 4/Tính nội lực:Môment dương lớn nhất ở giữa bản: M1 = m91 *p, M2 = m92 * pMôment âm lớn nhất ở gối : MI = k91 *p ,MII = k92 *pTrong đó : p = q x l1 x l2 = 448.1 x 4 x 6 = 10754.4 KG Các hệ số tra bảng PL12 sách kết cấu BTCT tập 2 của thầy Võ Bá TầmBảng tính nội lực của bản nắp. Sơ đồ l2/l1 P (KG) Hệ số M (KG.m) 1.5 10754.4 m91 = 0.0208 m92 = 0.0093 k91 = 0.0464 k92 = 0.0206 M1 = 223.692 M2 = 100.016 MI = 499.004 MII = 221.541 5/Tính cốt thép: Dùng BT M300 , Rn =130KG/cm2Dùng thép AI, Ra = 2300 KG/cm2Chọn a=1.5cm => ho = 10-1.5=8.5cm , Cắt bản bề rộng b = 1m Bảng tính cột thép cho bản nắp Tiết diện M(KG.m/m) h0 A a Fa (cm2) Fa chọn(cm2) m(%) Nhịp L1 223.692 8.5 0.0238 0.0241 1.158 f6a200 (1.4) 0.136 Nhịp L2 100.016 8.5 0.0106 0.0107 0.514 f6a200 (1.4) 0.061 Gối L1 499.004 8.5 0.0531 0.0546 2.624 f8a180 (2.79) 0.309 Gối L2 221.541 8.5 0.0236 0.0239 1.147 f6a200 (1.4) 0.135 Bố trí cốt thép xem bản vẽ IV/ TÍNH TOÁN HỆ DẦM NẮP 1/Sơ đồ bố trí hệ dầm nắp: 2/Xác định tải trong và nội lực 2.1.Dầm nắp 3 (DN3) Chọn kích thước dầm nắp (200x400) a/ Sơ đồ tính tải trọng: b) Tải trọng - Do TLBT dầm : - Do sàn truyền vào có dạng hình thang: c/Xác định nội lực :Dùng Sap 2000 để tính nội lực,.Từ kết quả nội lực này ta đi tính và bố trí cốt thép trong các dầm. Sơ đồ chất tải lên dầm nắp 3: KẾT QUẢ NỘI LỰC Mmax = 7613 KG.m Qmax = 4080 KG 2.2 Dầm nắp (DN-2) Chọn kích thước dầm nắp (20x40)cm a/ Sơ đồ tính tải trọng : b)Tải trọng - Do TLBT dầm : - Do sàn truyền vào có dạng hình thang C ) Tính nội lực: Dùng Sap 2000 để tính nội lực,.Từ kết quả nội lực này ta đi tính và bố trí cốt thép trong các dầm. KẾT QUẢ NỘI LỰC Mmax = 4178 KG.m Qmax = 2287 KG 2.3 Dầm nắp (DN-1) Chọn kích thước dầm nắp (300x500) a/ Sơ đồ tính tải trọng : b)Tải trọng :- Do TLBT dầm : - Do sàn truyền vào có dạng hình tam giác: - Do phản lực của dầm nắp 3 (DN3) truyền xuống: RDN3 = 4080 KG c ) Tính nội lực Dùng Sap 2000 để tính nội lực,.Từ kết quả nội lực này ta đi tính và bố trí cốt thép trong các dầm. KẾT QUẢ NỘI LỰC Mmax = 14385 KG.m Qmax = 5152 KG Qmin = 2040 KG 3/ Tính cốt thép cho các dầm nắp: Dùng BT mac 300 , Rn =130KG/cm2 Dùng thép AII, Ra = 2800KG/cm2 Chọn a=3.5 => ho = h-a (cm )  Ở tiết diện nhịp ta dùng moment đã tính ở trên để tính thép Nhận xét: do liên kết giữa các dầm nắp với nhau ở vị trí 2 đầu không thực sự là liên kết khớp, nên ta phải tiến hành điều chỉnh lại monment trong dầm như sau: Dầm nắp 1 (DN1): - Mgối =0.4*M=-0.4*14385= -5754 KGm - Mnhịp=0.7*M=0.7*14385 = 10070 KGm Dầm nắp 2 (DN2): - Mgối =0.4*M=-0.4*4178= -1671 KGm - Mnhịp=0.7*M=0.7*4178 = 2925 KGm Dầm nắp 3 (DN3): - Mgối =0.4*M=-0.4*7613= -3045 KGm - Mnhịp=0.7*M=0.7*7613 = 5329 KGm Bảng kết quả tính cốt thép cho các dầm Dầm Tiết diện Moment(KG.m) h0(cm) A a Fa tính(cm2) m% Fachọn(cm2) DN1 Nhịp 10070 45 0.1275 0.1369 8.579 0.64 3f20(9.42) Gối 5754 45 0.0729 0.0757 4.746 0.35 2f18(5.09) DN2 Nhip 2925 36.5 0.0844 0.0883 2.994 0.41 2f14(3.08) Gối 1671 36.5 0.0482 0.0495 1.676 0.23 2f12(2.26) DN3 Nhịp 5329 36.5 0.1538 0.1679 5.692 0.78 2f20(6.28) Gối 3045 36.5 0.0879 0.0922 3.123 0.43 2f14(3.08) * Tính cốt đai -Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: DN1: DN2: DN3: Vậy điều kiện hạn chế thoả -Kiểm tra điều kiện tính toán: DN1: DN2: DN3: Þ Vậy không cần tính cốt đai mà chỉ bố trí cấu tạo Chọn đai f6 fđ = 0.283 cm2 ;cốt đai 2 nhánh n=2 Với bước đai dầy :u = uct Ta có : hDN1 = 50cm Þ uct £ 50/3= 16 cm hDN2=hDN3 = 30cm £45 cm Þ uct £ 30/2= 15 cm Vậy : - với dầm DN2 và DN3 với dầm DN1 từ gối :6a150 từ gối :6a160 ở nhịp: 6a200 ở nhịp: 6a300 V.TÍNH BẢN THÀNH -Chọn bản thành dày 10cm để thiết kế. 1/ Sơ đồ tính: - Có 2 loại ô bản thành có kích thước: có có Þ bản dầm (làm việc một phương) ,cắt dải bản bề rộng b=1m để tính: Các trường hợp tác dụng của tải trọng lên thành hồ : Hồ đầy nước , không có gió . Hồ đầy nước có gió đẩy . Hồ đầy nước, có gió hút . Hồ không có nước , có gió đẩy (hút) . Tải trọng gió nhỏ hơn nhiều so với áp lực của nước lên thành hồ , ta thấy trường hợp nguy hiểm nhất cho thành hồ là : Hồ đầy nước + gió hút . -Sơ đồ tính:Xem bản thành là liên kết ngàmvới dầm đáy và hai bản thành thẳng góc với nó,nhưng ở trên thì chọn là khớp (tựa đơn khi đổ toàn khối), chịu tải phân bố tam giác ,để thiên về an toàn =>Sơ đồ tính: 2/ Tải tác dụng: Bỏ qua trọng lượng của bản thân của bản thành để xem bản thành là cấu kiện chịu uốn. (hồ nước đặt ở độ cao 36.0m tính từ mặt đất) Tải tác dụng nguy hiểm nhất là :NƯỚC ĐẨY + GIÓ HÚT + Do áp lực nước + Do tải trọng gió :Theo TCQP- TCVN – 2737 – 1995 thì công trình < 40m không cần tính gió động, chỉ tính gió tĩnh. + Công trình thuộc vùng IIA(ít gió bảo) => Wo = 95 KG/m2 + K phụ thuộc vào địa hình và độ cao Z Với Z=36m tra bảng phụ lục 9 (sách bê tông tập 3)=>k=1.4 + B=1 bề rộng đón gió ( cắt 1m để tính ) + n=1.3 hệ số vượt tải + c= -0.6 hệ số khí động ( gió hút) => Wg = 95*1.3*1*1.4*0.6 = 103.74 KG/m2 3) Tính nội lực: => bản dầm cắt bản theo phương cạnh ngắn b=1m để tính, tra bảng được nội lực như sau (tính gần đúng): + Do gió : == - 51.87KG.m == 29.177 KG.m + Do nước dạng tải tam giác : Tổng nội lực tính toán : 4) Tính cốt thép Do momen ở gối lớn nên ta dùng momen ở gối để tính cốt thép cho thành bể, dự kiến đặt hai lớp cốt thép chịu lực cả Mnh ( thiên về an toàn ) để dễ thi công và chọn Mg theo chiều ngược lại khi không có nước Chọn a=1.5 => ho = 8.5 cm Dùng BT Mac 300 , Rn =130 KG/cm2Dùng thép AI, Ra = 2300 KG/cm2 Bảng kết quả tính cốt thép Tiết diện M(KG.m/m) h0 A a Fa (cm2) Fa chọn(cm2) m(%) Nhịp 291.08 8.5 0.031 0.0315 1.513 f8a200 (2.5) 0.178 Gối 638.54 8.5 0.068 0.0705 3.385 f8a140 (3.59) 0.398 Bố trí thép xem bản vẽ. Chú ý : thép bản thành bố trí đối xứng để tránh thi công sai VI. TÍNH BẢN ĐÁY : -Chọn bản đáy dày15cm để tính toán: 1) Cấu tạo các lớp bản đáy: 2/Tải trọng tác dụng: a/ Tĩnh tải: Thứ tự Thành phần hi (m) gi (KG/m3 ) n gi (KG/m2 ) 1 Lớp gạch 0.01 2000 1.2 24.0 2 Lớp vữa lót 0.02 1800 1.2 43.2 3 Lớp bitum 0.01 1500 1.3 19.5 4 Đan BTCT 0.15 2500 1.1 412.5 5 Lớp vữa trát 0.015 1800 1.2 32.4 Tổng 0.205 536.1 b/ Hoạt tải: -Hoạt tải do nước: Pn=n*g*h=1.1*1000*2=2200 KG/m2 =>Tổng tải toàn phần: qtt=(gs+ps+pn)*1m = 536.1+2200= 2736.1 KG/m 3/ Sơ đồ tính: Xét => bản kê 4 cạnh ngàm theo chu vi 4/Tính nội lực: M1 = mi1 *p, M2 = mi2 * pMI = -Ki1 *p ,MII = Ki2 *pTrong đó : p=q * l1 * l2 = 2736.1 * 4 * 6= 65666.4 KGCác hệ số tra bảng PL12 sách kết cấu BTCT tập 3 Bảng tính nội lực của bản đáy. Sơ đồ L2/l1 P (KG) Hệ số M (KG.m) 1.5 65666.4 m91 = 0.0208 m92 = 0.0093 k91 = 0.0464 k92 = 0.0206 M1 = 1365.86 M2 = 610.70 MI = 3046.92 MII = 1339.6 5/Tính cốt thép:Dùng BT Mác 300 , Rn =130 KG/cm2Dùng thép AI, Ra = 2300 KG/cm2Chọn a=1.5 => ho = 15-1.5=13.5cmCắt bản b = 1m Bảng tính cột thép cho bản đáy Tiết diện M(KG.m/m) h0 A a Fa (cm2) Fa chọn(cm2) m(%) Nhịp L1 1365.86 13.5 0.0576 0.0594 4.534 f8a100 (5.03) 0.336 Nhịp L2 610.7 13.5 0.0258 0.0261 1.993 f8a200 (2.51) 0.148 Gối L1 3046.92 13.5 0.1286 0.1381 10.541 f10a70(11.21) 0.781 Gối L2 1339.6 13.5 0.0565 0.0582 4.444 f8a100 (5.03) 0.329 -Thép phân bố chọn 6a250 VII. KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA BẢN ĐÁY 1/ Kiểm tra độ võng của bản đáy : Độ võng của ô bản được xác định theo công thức : Đối với sàn 4 cạnh: l1=4m, l2=6m, qtt =2736.1 KG/m2 =2736.1*10-4KG/cm2 hệ số phụ lục 17 (sách bê tông cố thép 3) phụ thuộc vào Eb = 2.9*105 KG/cm2 ; h = 15cm ; m = 0.2 => Độ võng: Độ võng cho phép: >w = 0.18 cm Vậy thoả mãn điều kiện võng 2/ Kiểm tra nứt ở bản đáy : Theo TCVN 5574 – 1991 : -Cấp chống nứt cấp 3 : agh = 0.25 mm. -Khi tính với tải trọng dài hạn giảm đi 0.05 mm nên agh = 0.20 mm -Kiểm tra nứt theo điều kiện : an £ agh Với : an = K ´ C ´ h ´ ( 70 – 20´P ) K : hệ số phụ thuộc loại cấu kiện ; cấu kiện uốn K = 1. C : hệ số kể đến tác dụng của tải trọng h : phụ thuộc tính chất bề mặt của cốt thép, thép thanh tròn trơn h=1.3 ; thép có gân h = 1 Ea = 2.1 ´ 106 (KG/cm2) . sa = ; Mtc =*Mtt =0.833*Mtt ; g =1-0.5 ´ (1- ) Z1 = g ´ ho :là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép Fa đến điểm đặt hợp lực vùng nén tại tiết diện có khe nứt P = 100 m d : đường kính cốt thép chịu lực . Vậy : an = BẢNG KIỂM TRA NỨT ĐÁY HỒ Vị trí Mtc ho Fa A Z1 a an KG.m (cm) (cm2) (cm) KG/cm2 (mm) Tiết diện Gối 2538 13.5 11.21 0.107 0.943 12.73 1779 0.83 0.094 Nhịp 1138 13.5 5.03 0.048 0.975 13.16 1719 0.37 0.052 Ta thấy an < agh nên đáy hồ thỏa mãn điều kiện về khe nứt . VIII .TÍNH TOÁN DẦM ĐÁY Tải trọng bản thành: Bảng kết quả tính tải bản thành Stt Thành phần cấu tạo hi (m) gi (daN/m3 ) n gi (daN/m2 ) 1 Lớp gạch men 0.01 2000 1.2 24 2 Vữa lót 0.02 1800 1.2 43.2 3 Bản bê tông cốt thép dày 0.1 2500 1.1 275 4 Vữa trát dày 0.015 1800 1.2 32.4 Tổng cộng Gtt 374.6 Do các dầm được đổ toàn khối với cột ,độ cứng tại nút cột - dầm khá lớn nên ta xem như lien kết hai đầu dầm là liên kết ngàm ,phản ánh đúng nhất điều kiện làm việc của hệ đầm đáy. Dầm đáy ( DD-3) Chọn kích thước dầm (300x500) a/ Sơ đồ tính tải trọng b) Tải trọng - Do TLBT dầm : - Do sàn truyền vào có dạng hình thang: p = qbđ * L = 2736.1 *4 = 10944.4 KG/m c) Tính nội lực: Dùng Sap 2000 để tính nội lực,.Từ kết quả nội lực này ta đi tính và bố trí cốt thép trong các dầm. KẾT QUẢ NỘI LỰC Mg = 27619 KG.m Mnh = 15634 KG.m Qmax = 22756 KG Dầm đáy ( DĐ2) Chọn kích thước dầm (300x500) a/ Sơ đồ tính tải trọng b) Tãi trọng - Do TLBT dầm : -Do bản thành: gbt=374.6 *2m=749.2 KG/m- Do sàn truyền vào có dạng hình thang : p1=qbd x 4/2=5472.2 KG/m c/Xác định nội lực : Dùng Sap 2000 để tính nội lực,.Từ kết quả nội lực này ta đi tính và bố trí cốt thép trong các dầm. KẾT QUẢ NỘI LỰC Mg = 16490 KG.m Mnh = 9157 KG.m Qmax = 14058 KG Dầm đáy (DD-1) Chọn kích thước dầm :(300x700) a/ Sơ đồ tính tải trọng : b)Tải trọng :- Do TLBT dầm : -Do trọng lượng các lớp bản thành truyền xuống gbt*2m=374.6*2=749.2 KG/m - Do sàn truyền vào có dạng hình tam giác : p1=qbd x =2736.1 * 2 = 5472.2(KG/m) -Do phản lực của dầm nắp(DN3) truyền xuống : RDĐ3=22756 KG c/Xác định nội lực : Dùng Sap 2000 để tính nội lực,.Từ kết quả nội lực này ta đi tính và bố trí cốt thép trong các dầm. KẾT QUẢ NỘI LỰC Mg = 40681 KG.m Mnh = 30350 KG.m Qmax = 24137 KG 4/ Tính cốt thép cho các dầm: Dùng BT Mac 300 , Rn =130 KG/cm2Dùng thép AII, Ra = 2800 KG/cm2 Chọn a => h0 = hd - a Bảng kết quả tính cốt thép cho các dầm Dầm Tiết diện Moment(KG.m) h0(cm) A a Fa tính(cm2) m% Fachọn(cm2) DĐ1 Gối 40681 65 0.24689 0.28851 26.120 1.3395 4f30(28.276) Nhịp 30350 65 0.18419 0.20526 18.583 0.953 4f25(19.63) DĐ2 Gối 16490 45 0.2088 0.23685 14.845 1.0997 3f25(14.83) Nhịp 9157 45 0.11595 0.12358 7.746 0.5738 4f16(8.04) DĐ3 Gối 27619 45 0.34972 0.45176 28.316 2.0975 4f30(28.276) Nhịp 15634 45 0.19796 0.22278 13.963 1.0343 3f25(14.83) Tính cốt đai -Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: DN1: DN2: DN3: Vậy điều kiện hạn chế thoả -Kiểm tra điều kiện tính toán: DN1: DN2: DN3: Þ Vậy cần tính cốt đai . -Chọn đai 6 ,fđ = 0.283cm2 ,cốt đai 2 nhánh n=2 ; Rađ = 1800 KG/cm2 * Dầm đáy 1 (DĐ1) -Lực cốt đai phải chịu: -Khoảng cách tính cốt đai: -Khoảng cách tối đa giữa 2 cốt đai -Khoảng cách cấu tạo cốt đai thì Uct= => Chọn U = min(Utt,Umax ,Uct)=17cm -Tính lại khả năng chịu lực -Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai: Vậy cốt đai đã chọn thỏa điều kiện chịu cắt ¼ nhịp từ gối: f6a170 ¾ nhịp giữa: f6a300 * Dầm đáy 2 (DĐ2) -Lực cốt đai phải chịu: -Khoảng cách tính cốt đai: -Khoảng cách tối đa giữa 2 cốt đai -Khoảng cách cấu tạo cốt đai thì Uct= => Chọn U = min(Utt,Umax ,Uct)=15cm -Tính lại khả năng chịu lực -Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai: Vậy cốt đai đã chọn thỏa điều kiện chịu cắt ¼ nhịp từ gối: f6a150 ¾ nhịp giữa: f6a300 * Dầm đáy 3 (DĐ3) chọn đai f8 ; fđ = 0.503cm2 ; đai hai nhánh ; Rađ = 1800KG/cm2 -Lực cốt đai phải chịu: -Khoảng cách tính cốt đai: -Khoảng cách tối đa giữa 2 cốt đai -Khoảng cách cấu tạo cốt đai thì Uct= => Chọn U = min(Utt,Umax ,Uct)=15cm -Tính lại khả năng chịu lực -Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai: Vậy cốt đai đã chọn thỏa điều kiện chịu cắt ¼ nhịp từ gối: f6a150 ¾ nhịp giữa: f6a300 Tính cốt treo: Tại các vị trí dầm phụ gát lên dầm chính thì sinh ra lực cắt ,và thường bị phá hoại ở mép dầm theo góc nghiêng 450 .Để chống lại lực cắt này cần bố trí cốt treo trong khoảng sau: Xét trường hợp bất lợi nhất : N= tĩnh tải + hoạt tải =>x Từ kết quả tính ở trên : Dùng đai f8 ,n=2 nhánh ,fs=0.503cm2 ,Ra=1800KG/cm2 Dầm DN3 DĐ3 Tải N 4080 22756 Số đai tính x 2.25 12.57 Số đai chọn 4 14 -Bố trí cốt thép xin xem bản vẽ. IX. TÍNH CỘT Các phản lực ở các gối tựa được tóm tắt ở bản sau: Dầm DN1 DN2 DD1 DD2 Phản lực R(KG) 5152 2287 24137 14058 Lực nén ở cột: N=5152+2287+24137+14058=45634KG Fac==>Chọn cột 30x30cm, Bố trí :6 [N] =0.3*0.3*130 + 2800*18.85=52792KG> N = 45634 KG => vậy thỏa Bố trí :6