Thiết kế bản sàn tầng 3

Chương II thiết kế bản sàn tầng 3 =====&&&===== 1. lập mặt bằng kết cấu: 1.1. Hệ kết cấu công trình. 1.1.1. Sơ lược về hệ kết cấu. a. Phân tích hệ chịu lực của nhà: - Hệ tường chịu lực: Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là tường phẳng. Tải trọng ngang truyền đến các tấm tường qua các bản sàn. Các tường cứng làm việc như công xôn có chiều cao, tiết diện lớn. Giải pháp này thích hợp cho nhà có chiều cao không lớn và yêu cầu về không gian bên trong không cao (không yêu cầu có không gian lớn bên trong). - Hệ khung chịu lực: Hệ này được tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kết cứng tại chỗ giao nhau gọi là nút. Các khung phẳng có liên kết với nhau qua các thanh ngang tạo thành khung không gian. Hệ kết cấu này khắc phục được điểm của hệ kết cấu tường chịu lực. Nhược điểm chính của hệ kết cấu này là kích thước tiết diện lớn, đồng thời chưa tận dụng được khả năng chịu tải ngang của lõi cứng. b. Các dạng kết cấu hỗn hợp: - Kết cấu giằng: Là hệ kết cấu trong đó khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, còn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng do các kết cấu chịu tải khác như cột. Trong hệ kết cấu này thì tất cả các nút khung có cấu tạo khớp hoặc các cột có độ cứng chống uốn bé vô cùng. - Kết cấu khung- giằng: Là hệ kết cấu kết hợp giữa khung và cột, lấy ưu điểm của loại này bổ sung cho nhược điểm của loại kia, công trình vừa có không gian sử dụng tương đối lớn, vừa có khả năng chống lực biên tốt. Cột trong kết cấu này có thể bố trí đứng riêng, cũng có thể lợi dụng tường, thang bộ được sử dụng rộng rãi trong các loại công trình. c. Kết luận: Qua xem xét đặc điểm các hệ kết cấu chịu lực trên áp dụng vào công trình, yêu cầu kiến trúc. Được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn em chọn hệ kết cấu chịu lực cho công trình là hệ kết cấu khung- phẳng. 2. Cơ Sở và dữ liệu tính toán: 2.1. Cơ sở thiết kế : Theo tiêu chuẩn XD Việt Nam 356 - 2005. 2.2. Tải trọng tác động : Theo tiêu chuẩn XD Việt Nam 2737 - 1995. 2.3. Vùng gió : Công trình được xây dựng ở thành phố Hải Dương, tra bảng phân vùng gió theo áp lực tiêu chuẩn. TCVN 2737 - 1995 thành phố Hải Dương nằm trong vùng II-B, có W0 = 95 daN/m2. 3. Vật liệu sử dụng : - Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có: Rb= 11,5MPa, Rbt= 0,90MPa, Eb= 27.103MPa. - Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. - Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa. - Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-I, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,645, aR = 0,437. - Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-II, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,623, aR = 0,429. II. Thiết kế bản sàn tầng 3. 1. Sơ bộ chọn kích thước các bộ phận của sàn. 1.1. Chọn chiều dày bản sàn: Chiều dày bản xác định phải đảm bảo theo các điều kiện sau: hbchịu lực hbsử dụng hbcấu tạo Chiều dày của bản phải lựa chọn là nhỏ nhất trong điều kiện có thể vì khối lượng bê tông chủ yếu tập trung ở bản sàn. - Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức:hb= lb..Trong đó: + D= (0,8á1,4) là hệ số phụ thuộc tải trọng, lấy D= 1,1 + m= (40á45) là hệ số phụ thuộc loại bản, Với bản kê 4 cạnh ta chọn m= 45 + lb: là nhịp theo phương cạnh ngắn lớn nhất trong các ô bản, lb= 3,9 m. Thay số vào ta có : hb = 3900. = 9,53 cm ị chọn hb = 10 cm ị Ta chọn hb = 10 cm thoả mãn các điều kiện cấu tạo. 1.2. Chọn kích dầm, cột: a. Chọn kích thước dầm: Căn cứ vào điều kiện kiến trúc, kết cấu và công năng sử dụng mà ta chọn giải pháp dầm cho phù hợp. Với nhà cao mỗi tầng 3,9m, nhịp 5,4m với dầm khung và 3,9m với dầm dọc. Với phương án kết cấu BTCT thì việc chọn kích thước dầm hợp lý là hết sức quan trọng, cơ sở chọn tiết diện là từ các công thức giả thiết tính toán sơ bộ kích thước. Từ căn cứ đó ta chọn kích thước dầm như sau: - Chiều cao dầm chọn theo công thức là: hd= .Trong đó: (md= 8- 12 với dầm chính, md= 12- 20 với dầm phụ). + Với dầm khung nhịp ld= 5,4m. Suy ra: hd= Vậy chọn hd= 500mm = 50cm. - Bề rộng dầm chon theo công thức: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )500 = ( 150 á 250 ). Chọn bd = 220mm. Vậy chọn kích thước dầm khung là: bxh= 22x50 cm. + Với dầm khung nhịp ld= 1,8m. Suy ra: hd= Vậy chọn hd= 300mm = 30cm. - Bề rộng dầm chọn theo công thức: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )300 = ( 100 á 150 ). Chọn bd = 220mm. Vậy chọn kích thước dầm khung là: bxh= 22x30 cm. + Với dầm khung nhịp ld= 3,6m. Suy ra: hd= Vậy chọn hd= 400mm = 40cm. - Bề rộng dầm chọn theo công thức: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )400 = ( 120 á 200 ). Chọn bd = 220mm. Vậy chọn kích thước dầm khung là: bxh= 22x40 cm + Với dầm dọc ld= 3900mm, ta có: hd= Chọn hd= 300mm = 30cm. - Bề rộng dầm: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )300 = ( 90 á 150). Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm dọc là: b x h= 22x30 cm - Với dầm trong ô bản: + Nhịp 3,3m, ta chọn: hd= Chọn hd= 300mm= 30cm - Bề rộng dầm bd= (0,3 á 0,5 ).hd = ( 0,3 á 0,5 ).300 = ( 90 á 150) Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm là: b x h= 22x30 cm. b. Chọn kích thước cột: - Xác định sơ bộ kích thước cột B5 trục 5 theo công thức: Fb = k Trong đó: k= (0,9 á 1,1) đối với cấu kiện nén đúng tâm. k= (1,2 á 1,5) đối với cấu kiện nén lệch tâm, ( lấy k = 1,5). - Bê tông cột cấp độ bền B20 có Rb= 11,5MPa. Khi tính N coi các dầm gắn lên cột là các dầm đơn giản truyền phải lực đầu dầm vào cột. N là lực dọc tác dụng vào cột tầng 1. - Diện tích truyền tải lớn nhất dồn vào cột trục D5 là 3,6 x 3,9m. Suy ra: N= Sqn2. Với (q= 10,00kN/m2Trong đó:10,00kN/m2 là tải phân bố lên 1m2 sàn, giả thiết bằng 7,00 á10,00 kN/m2,n là số tầng, n= 5 tầng). Mà diện tích truyền tải là: A= 3,63,9=14,04m2. Ta có : N= 14,04105=702 (kN). Hình 1.Mặt bằng truyền tải lên cột Vậy suy ra: Chọn tiết diện cột là: 22x50cm. - Với cột trục C,E ta cũng chọn tiết diện cột bằng với tiết diện của cột D là: 220x500. Chọn tiết diện cột trục C,D,E tầng 2,3,4,5 là 220x400 (mm) - Với cột trục A,B chịu tải trọng nhỏ hơn nên ta chọn kích thước cột là: 22x30cm. c. Kiểm tra ổn định của cột trục D5 trục 5: - Chiều dài làm việc của cột =0,7.H.Trong đó H là chiều cao của cột, H=3,9 + + 1,0= 4,9 m.( 1 m là ta lấy từ cos 0.000 đến mặt cổ móng). - Ta có: /b= 0,74,9/0,22= 15,59 < .Vậy cột đảm bảo độ ổn định. 2. Cấu tạo và tải trọng của sàn : 2.1. Cấu tạo các lớp sàn: Hình 2: cấu tạo các lớp sàn 2.2. Tĩnh tải: ( g ) Từ cấu tạo các lớp sàn ta xác định được tĩnh tải tác dụng lên sàn như sau: a. Cấu tạo sàn phòng, sàn hành lang, sảnh: Bảng 1. Cấu tạo sàn phòng,hành lang, sảnh. Cấu tạo sàn Chiều dày (m) g (kN/m3) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2) 1. Gạch lát nền 300x300 0,010 22 0,22 1,1 0.242 2. Lớp vữa lót M25# 0,020 18 0,36 1,3 0,468 3. Bản sànBTCT B20 0,100 25 2,50 1,1 2,75 4. Lớp vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 Tổng cộng 3,35 3,811 b. Cấu tạo sàn vệ sinh: Bảng 2.Cấu tạo sàn WC. Cấu tạo sàn Chiều dày (m) g (kN/m3) gtc kN(/m2) n gtt (kN/m2) 1.Gạch lát chống trơn 200x200x10 0,010 18 0,18 1,1 0,198 2. Lớp vữa lót M25# 0,015 18 0,27 1,3 0,351 3. Bản sànBTCT B20 0,100 25 2,0 1,1 2,20 4. Lớp vữa trát trần 5.Trần giả và thiết bị KT 0,015 18 0,27 0,40 1,3 1,2 0,351 0,48 Tổng cộng 3,12 3,58 d. Hoạt tải :( p ) Tải trọng tiêu chuẩn do người và vật dụng trong quá trình sử dụng công trình lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737-95. Tải trọng tính toán: ptt = n.ptc .Trong đó: - qtc: Tải trọng tiêu chuẩn. - n : Hệ số vượt tải. + n = 1,3 khi tải trọng tiêu chuẩn < 200 (kN/m2). + n = 1,2 khi tải trọng tiêu chuẩn ³ 200 (kN/m2). *) Theo TCVN 2737- 1995 thì với các ô sàn thuộc các phòng thì hoạt tải được nhân với hệ số giảm tải nhưng do hệ số này nhỏ nên ta có thể bỏ qua. 3. Tính toán nội lưc và cốt thép sàn tầng 3: Xác dịnh nội lực các ô bản theo sơ đồ đàn hồi có kể đến tính liên tục của các ô bản. 3.1. Xác định nhịp tính toán các ô bản: - Các loại ô sàn được phân loại dựa theo tỷ số: Bảng 3.Họat tải tác dụng lên sàn Cấu tạo ptc (kN/m2) n ptt (kN/m2) 1. Phòng làm việc 2,00 1.2 2,40 2. Phòng vệ sinh 2,00 1.2 2,40 3. Hành lang 3,00 1.2 3,60 4. Mái bằng không sử dụng 0,75 1.3 0,975 - Bản loại dầm (làm việc theo một phương). - Bản kê 4 cạnh ( làm việc theo hai phương). Hình 3. Bản làm việc theo hai phương. Hình 4. Bản làm việc theo một phương. Hình 5. Mặt bằng chia ô sàn tầng 3 Bảng 4. phân loại ô sàn Ô sàn l1 ( m ) l2 ( m ) l2/ l1 Loại bản Sơ đồ tính Ô 1 1,21 1,8 1,5 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 2 1,8 2,09 1,16 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 3 3,3 3,6 1,1 Bản kê 4 cạnh Khớp dẻo Ô 4 1,8 3,3 1,83 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 5 1,8 3,9 2,2 Bản loại dầm Đàn hồi Ô 6 3,9 5,4 1,38 Bản kê 4 cạnh Khớp dẻo Ô 7 1,5 1,65 1,1 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 8 1,65 3,9 2,36 Bản loại dầm Đàn hồi Ô 9 3,6 3,9 1,08 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 10 3,6 3,9 1,08 Bản loại dầm Khớp dẻo Ô 11 1,5 3,9 2,6 Bản loại dầm Đàn hồi 3.2. Tính toán bản kê 4 cạnh theo sơ đồ đàn hồi (Ví dụ tính cho Ô6 theo sơ đồ đàn hồi). a.Tải trọng: - Tỉnh tải tính toán: = 3,811 (kN/) - Hoạt tải tính toán: = 2,40 (kN/) Vậy tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn là: q= 3,811+2,40= 6,211 (kN/) b. Mặt bằng kết cấu và sơ đồ tính toán ô sàn: - Chiều dày ô sàn là = 10 cm. Hình 6. Mặt bằng kết cấu và sơ đồ tính sàn làm việc theo hai phương. - Nhịp tính toán: . . - Xác định nội lực: + Tính bản theo sơ đồ đàn hồi r =< 2, thỏa mản làm việc theo hai phương. -Xác định nội lực: + Tra sách “ Bê tông cố thép, phần cấu kiện cơ bản”. Ta có: + Theo sơ đồ 1 tra ta được: + Theo sơ đồ 9 tra ta được kN -Tải trọng toàn phần: P c. Tính mô men trong bản: - Mô men trong bản được tính theo các công thức sau: M1 = 11. P’ + 91. P” = (kN.m). M2 = 12. P’ + 92. P”= (kN.m). MI = 91. P= (kN.m). MII = 92. P =(kN.m). Trong đó: M1: Mô men max giữa nhịp cạnh ngắn. M2: Mô men max giữa nhịp cạnh dài. MI: Mô men max gối cạnh ngắn. MII: Mô men max gối cạnh dài. (Với : 11 ; 12 ;91 ; 92 ; 91 ; 92: Các hệ số tra theo loại sơ đồ trong“ tra sách bê tông cố thép, phần cấu kiện cơ bản”). d. Tính toán cốt thép: - Tính cho dải bản rộng 100 cm, hb = 10 cm. - Chọn = 1,5 cm cho mọi tiết diện. h0 = hb a = 10 1,5 = 8,5 cm. - Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có: Rb= 11,5MPa, Rbt= 0,90MPa, Eb= 27.103MPa - Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. - Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa. + Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép C-I, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,645, aR = 0,437. - Tính theo phương cạnh ngắn: + Cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh ngắn. Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f8 a 180, có . Khoảng cách giữa các cốt thép là: Chọn khoảng cách là hơp lý. + Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ( Với bê tông cấp độ bền B20 ta có: ). . Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. +) Cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh dài, M2= 2,54kN.m Giả thiết ta dùng cốt thép , ta có: h0 = 8,5 0,5(0,8+0,6) = 7,8 cm. Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f6 có a190, có .Kiểm tra hàm lượng thép: . Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. +) Cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh ngắn: Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f8 có a160, có . Kiểm tra hàm lượng cốt thép: . Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. +) Cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh dài, MII= 2,84(KN.m) Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f6 có a180, có .Kiểm tra hàm lượng thép: . Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. -Tính tương tự cho các ô bản kê 4 cạnh trong ô bản, kết quả tập hợp ở bảng sau: Tên ô Sàn h0 cm Nội Lực M kN.m Hệ số Hệ số Thép chọn chọn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ô1 8,5 M1 0,42 0,005 0,997 0,22 6a200 1,41 0,16 7,8 M2 0,16 0,002 0,999 0,085 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 0,44 0,0053 0,997 0,23 6a200 1,41 0,16 8,5 MII 0,17 0,0021 0,999 0,09 6a200 1,41 0,16 ô2 8,5 M1 1,21 0,0145 0,993 0,64 6a200 1,41 0.16 7,8 M2 0,89 0,0107 0,995 0,47 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 0,85 0,0102 0,995 0,45 6a200 1,41 0,16 8,5 MII 0,63 0,0075 0,996 0,33 6a200 1,41 0,16 ô4 8,5 M1 4,34 0,052 0,973 2,33 8a200 2,50 0,3 7,8 M2 1,14 0,0137 0,993 0,6 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 1,44 0,0174 0,991 0,76 6a200 1,41 0,16 8,5 MII 0,39 0,0046 0,998 0,2 6a200 1,41 0,16 ô7 8,5 M1 0,47 0,0056 0,997 0,25 6a200 1,41 0,16 7,8 M2 0,37 0,0044 0,998 0,19 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 0,52 0,0063 0,997 0,27 6a200 1,41 0,16 8,5 MII 0,41 0,0049 0,998 0,21 6a200 1,41 0,16 ô9 8,5 M1 3,12 0,0376 0,981 1,65 6a170 1,66 0,19 7,8 M2 2,74 0,0392 0,98 1,6 6a170 1,66 0,21 8,5 MI 4,06 0,0488 0,975 2,17 6a130 2,18 0,25 8,5 MII 3,59 0,0432 0,978 1,92 6a140 2,02 0,24 3.3. Tính toán bản dầm theo sơ đồ đàn hồi ( làm việc theo 1 phương). - Tính toán ô sàn (ô5) ô sàn điển hình làm việc theo 1 phương( thuộc hành lang). a) Chiều dài tính toán: - Nhịp theo các phương: l1 = 1,8=180cm; l2 = 3,9=380cm. - Nhịp tính toán: - Xét tỷ số: r => 2 thỏa mản làm việc theo 1 phương. - Tải trọng tác dụng: Tính toán với dải rộng 1m vuông góc với phương cạnh dài để tính và xem như dầm đơn giản 2 đầu ngàm. -Ta có: Hình 7. Sơ đồ tính ô 5 làm việc theo một phương. - Tính mô men: Mô men giữa nhịp: Mô men ở gối: b) Tính toán cốt thép: - Cốt thép ở nhịp: Đặt cốt thép theo cấu tạo có - Cốt thép ở gối: Đặt cốt thép theo cấu tạo có . -Tính tương tự cho các ô bản bản loại dầm, kết quả tập hợp ở bảng sau: Tên ô Sàn h0 cm Nội Lực M kN.m Hệ số Hệ số Thép chọn chọn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ô8 8,5 Mnh 0,58 0,007 0,996 0,31 6a200 1,41 0,16 8,5 Mg 1,06 0,0127 0,994 0,56 6a200 1,41 0,16 ô11 8,5 Mnh 0,73 0,0087 0,996 0,38 6a200 1,41 0,16 8,5 Mg 1,18 0,0142 0,993 0,62 6a200 1,41 0,16 3.4. Tính toán bản kê 4 cạnh theo sơ đồ khớp dẻo: (Ví dụ tính cho Ô6 theo sơ đồ khớp dẻo). Sơ đồ tớnh ụ bản theo sơ đồ khớp dẻo b.Tính môm men trong bản: . Tính tải trọng: q= 3,811+2,40= 6,211 (kN/) Sàn được tính theo sơ đồ khớp dẻo.để tiện cho thi công ta đặt cốt thép đều theo 2 phương,khi đó mômen sàn xác định theo phương trình sau: tra bảng 10 - 2 sách kết cấu BTCT trang 335 ta có các giá trị như sau: Bằng phương pháp nội suy ta tìm được M2/M1=0,4 M2=0,4. M1 Ta lấy: Thay M2 = 0,4M1 Thay vào phương trình mômen trên ta có: M1=2,35 KN.m M2=0,4.2,35=0,94 KN.m = 1,7 x 2,35 = 4 KN.m => KN.m c. Tính cốt thép : Tính cho dải bản rộng 100 cm, hb = 10 cm. Chọn a = 1,5 cm cho mọi tiết diện. h0 = hb – a = 10 – 1,5 = 8,5 cm. * Tính toán cốt thép chịu mômen dương. + Tính toán cốt thép theo phương cạnh ngắn. Có M = M1 = 2,35 (KN. m) Đặt cốt thép theo cấu tạo có + Tính toán cốt thép theo phương cạnh dài: Có M = M2 = 0,94(KN. m) Đặt cốt thép theo cấu tạo có * Tính toán cốt thép chịu mômen âm: + Tính toán cốt thép theo phương cạnh ngắn. Có M = MI = 4 (KN. m) Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f8 a 200, có . Khoảng cách giữa các cốt thép là: Chọn khoảng cách là hơp lý + Kiểm tra hàm lượng cốt thép: . Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. + Tính toán cốt thép theo phương cạnh dài: Có M = MII = 1,41 (KN. m) Đặt cốt thép theo cấu tạo có . Theo tính toán ở trên ta thấy Ô6 tính theo sơ đồ khớp dẻo tiết kiệm hơn sơ đồ đàn hồi, cùng với sự làm việc của ô sàn nên ta chọn ô6 làm việc theo sơ đồ khớp dẻo. Còn đối với những ô bản thuộc hành lang, sảnh, sàn vệ sinh để đảm bảo an toàn ta tính theo sơ đồ đàn hồi. Tương tự tính cho ô bản Ô3, Ô9 theo sơ đồ khớp dẻo được thống kê bảng dưới: Tên ô Sàn h0 cm Nội Lực M kN.m Hệ số Hệ số Thép chọn chọn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ô3 8,5 M1 1,13 0,0136 0,993 0,6 6a200 1,41 0,16 8,5 M2 0,45 0,0055 0,997 0,24 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 1,93 0,0232 0,988 1,02 6a200 1,41 0,16 8,5 MII 0,68 0,0082 0,996 0,36 6a200 1,41 0,16 ô10 8,5 M1 1,13 0,0136 0,993 0,6 6a200 1,41 0.16 8,5 M2 0,45 0,0055 0,997 0,24 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 1,93 0,0232 0,988 1,02 6a200 1,41 0,16 8,5 MII 0,68 0,0082 0,996 0,36 6a200 1,41 0,16 4. Bố trí cốt thép: a) Cốt thép chịu lực: - Cần phân biệt thớ căng của bản do mô men uốn gây ra để bố trí cốt thép chịu lực cho đúng vị trí, diện tích cốt thép được bố trí tại tiết diện là diện tích cốt thép tính được từ mô men tác dụng tại tiết diện đó. - Chọn đường kính cốt thép và khoảng cách giữa các thanh cốt thép theo bảng 15 của phụ lục kết cấu bê tông cốt thép( phần cấu kiện cơ bản). - Tại một vùng có thể dùng 2 loại cốt thép có tiết diện khác nhau đặt xen kẻ nhưng đường kính chênh nhau không quá 2mm. - Cốt thép chịu mô men âm trên gối tựa được bố trí kéo dài ra khỏi mép gối tựa một đoạn , với hệ số xác định như sau: - Tại gối tựa bản đựoc kê tự do: - Tại gối tựa trung gian(bản kê lên dầm phụ): ,khi và khi . b) Cốt thép phân bố: - Yêu cầu diẹn tích cốt thép phân bố diện tích cốt thép chịu lực khi ô bản có kích thước và khi ô bản có kích thước , khoảng cách giưa các thanh cốt thép phân bố nên thỏa mản: . + Chọn thép cấu tạo: chọn thép mô men âm đặt theo phương vuông góc với dầm chính: - Chọn thép mô men âm là ( dài). - Chọn thép cấu tạo cho thép mô men âm là:. -Tùy theo tường nhịp của ô bản mà ta tính được từng đoạn nhô ra của cốt thép chịu mô men âm của các nhịp đó. Chiều dài của đoạn nhô ra dược tính và thể hiện trên bản vẽ. - Để thuận lợi cho quá trình thi công thi với những ô bản có nhịp < 2,5m thi cho phép lấy cốt thép ở nhịp bên lớn hơn để bố trí cho ô đó và khi đó chúng ta sẽ không phải cắt nhỏ cốt thép ra cho từng ô bản mà có thể kéo dài qua các ô bản. - Bảng chọn lại cốt thép như sau ( theo phương cạnh ngắn) Bảng chọn lại cốt thép sàn tầng 3. Tên ô sàn Thép chọn Tên ô sàn Thép chọn ô1 6a200 ô7 6a200 ô2 6a200 ô8 6a200 ô3 6a200 ô9 6a200 ô4 6a200 ô10 6a200 ô5 6a200 ô11 6a200 ô6 8a200 - Cốt thép sàn tầng 3 được bố trí như bản vẽ( bản vẽ kết cấu số 03). Chương III Tính toán cầu thang bộ tầng 2 lên tầng 3. 1. Lựa chọn Giải pháp kết cấu cầu thang: 1.1 Cầu thang có cốn: - Ưu điểm: + Độ cứng của bản có cốn lớn hơn bản không có cốn, do vậy có thể giảm bớt được độ võng của bản. - Nhược điểm: + Phải làm cốp pha dầm, nên việc thi công phức tạp và tốn kém. 1.2 Cầu thang không có cốn: - Ưu điểm: + Do không có cốn thang nên không phải làm cốt pha dầm vì thế việc thi công được thuận lợi. + Thích hợp với phương án sàn không dầm. - Nhược điểm: + Độ cứng của bản không có cốn nhỏ hơn có cốn, vì vậy độ võng của bản không có cốn sẽ lớn hơn có cốn. 1.3.Lựa chọn kết cấu cho cầu thang: - Qua việc phân tích ưu nhược điểm của hai loại cầu thang trên, em lựa chọn giải pháp là cầu thang có cốn để thết kế cầu thang bộ trục . - Bản thang có chiều dài lớn ( 5,55m ) so với chiều rộng ( 3,6 m ) nên sử dụng giải pháp cầu thang có cốn sẽ hợp lý về mặt chịu lực và tiết kiệm vật liệu. 2. Tính toán cầu thang. - Do cầu thang được tính theo sơ đồ khớp dẻo nên kích thước của các cấu kiện được xác định từ tim - tim. 2.1. Chọn sơ bộ kích thước các bộ phận của cầu thang. a. Chiều dày bản thang và chiếu nghỉ được chọn theo công thức: Hình 1. Mặt bằng kết cấu cầu thang trục - Với bản loại dầm chọn m= 30 - 35, chọn m= 30 - Nhịp của bản( cạnh theo phương chịu lực). + Với bản thang l= 1600mm. + Chọn D= 1,3( D= 0,8- 1,4, phụ thuộc vào tải trọng) Vậy chiều dày của bản thang là: + Với bản chiếu nghỉ có nhịp l= 1650mm + Chọn D= 1,3( D= 0,8- 1,4, phụ thuộc vào tải trọng) Vậy chiều dày của bản chiếu nghỉ là: . Vậy chọn chiều dày bản thang, bản chiếu nghỉ là: hb= 8cm. b. Lựa chọn kích thước cốn thang: - Chiều cao cốn thang chọn sơ bộ theo kích thước: . chọn hb= 400mm= 40cm Bề rộng cốn thang lấy b= 120mm= 12cm Vậy tiết diện cốn thang chọn là: bxh= 12x40cm. c. Lựa chọn kích thước dầm chiếu nghỉ, dầm chiếu tới: - Chiều cao dầm chọn sơ bộ theo công thức: - Với nhịp dầm là l= 3600mm - Ta có: Chọn hd= 40 cm. - Bề rộng dầm chọn là b= 220mm= 22cm Vậy chọn tiết diện dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới là: bxh= 22x40cm. d. Góc nghiêng của bản và kích thước của bậc thang: - Góc nghiêng của bản thang so với góc ngang() có ,ị a = 24,8o suy ra , . Kích thước của bậc thang là: bxh= 30x15cm. 2.2. Cấu tạo sàn chiếu nghỉ và bản thang: Bản chiếu nghỉ và bản thang có cấu tạo các lớp như hình vẽ: - Chiều rộng bản thang: l1 = 1,6m. - Xét tỷ số l2/ l1 = 4,3/ 1,6 = 2,69 m > 2, tính bản loại dầm. - Cắt 1 dải bản rộng 1 m theo phương cạnh ngắn và tính toán như 1 dầm đơn giản gối lên cốn thang và tường. Hình 2. Cấu tạo sàn chiếu nghỉ và bản thang. 2.2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ và bản thang: a. Tĩnh tải: + Tĩnh tải tác dụng lên bản thang: + Gọi m là số bậc thang trên 1m dài, ta có m= 1/0,30= 3,3 bậc. + Tĩnh tải tác dụng lên bản thang gồm các thành phần: . Do lớp đá Granitô dày 15mm, , n= 1,1 ( với bb và hb là chiều rộng của bậc thang đã chọn) .) Do lớp vữa lót dày 15mm, , n= 1,3 .) Trọng lượng bậc gạch cao 150mm, , n= 1,1 .) Do lớp bê tông cốt thép dày 80mm, , n= 1,1 .) Trọng lượng lớp vữa trát bụng thang dày h= 15mm, , n= 1,3 Vậy tổng tĩnh tải là: + Tĩnh tải tác dụng lên bản chiếu nghỉ: .) Do lớp đá Granitô dày 15mm, , n= 1,1 .) Do lớp vữa lót dày 15mm, , n= 1,3 .) Do lớp bê tông cốt thép dày 80mm, , n= 1,1 .) Trọng lượng lớp vữa trát bụng thang dày h= 15mm, , n= 1,3 Vậy tổng tĩnh tải là: b. Hoạt tải: - Hoạt tải tác dụng lên bản thang( Theo TCVN 2737-1995): Ptc = 3 KN/ m2, n = 1,2 ptt = 3. 1,2 = 3,6 kN/ m2. Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang là: - Tổng tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ là: 2.2.2 Tính toán các bộ phận của cầu thang: a. Các số liệu dùng dể tính toán: - Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có: Rb= 11,5MPa, Rbt= 0,90MPa, Eb= 27.103MPa. + Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. + Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa + Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-I, tra phụ lục số 8 ta có hệ số: = 0,645, aR = 0,437. + Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-II, tra phụ lục số 8 ta có hệ số: = 0,623, aR = 0,429. + Giả thiết lớp bảo vê là a= 1,5cm. b. Tính toán bản thang: - Bản thang hợp với phương ngang một góc đã tính là; cos= 0,91; sin= 0,42. - Tải trọng tác dụng lên bản thang là: = 8,655 - Thành phần tải trọng theo phương vuông góc với bản: - Thành phần tải trọng tính trên 1 mét dài - Bản thang dày 8cm, lớp bảo vệ a= 1,5cm. - Sơ đồ tính: + Bản thang có: l1= 1,6m; l2= 4,3m Tính bản như bản loại dầm. + Để tính toán ta cắt dải bản có bề rộng b= 1m theo phương cạnh ngắn và tính toán như một dầm đơn giản. - Nhịp tính toán của bản thang: + Theo phương cạnh ngắn: Trong đó: l1= 1600mm, là cạnh ngắn của ô bản bct= 120mm, là bề rộng của cốn thang. t= 220mm, là chiều dày của tường. + Theo phương cạnh dài: Trong đó: l2= 4,30m, là cạnh dài của ô bản. = 0,88, là góc hợp bởi bản thang so với phương nằm ngang. . Hình 3. Sơ đồ tính toán bản thang. - Nội lực tính toán: + Theo cơ học kết cấu: - Tính toán cốt thép cho bản thang: - Ta có: Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f6 a200, có . Kiểm tra hàm lượng cốt thép: - Thép theo phương dọc cấu tạo f6 a200 có Aspb=1,41> 0,1.As= 0,25. - Ta bố trí các thép mũ để chịu các mô mên âm không kể đến tính toán trong cốn thang, chiều dài đoạn từ mút thép mũ đến mép dầm là: chọn ln= 300mm. - Cốt thép dọc để liên kết cốt thép chịu mô men âm chọn f6a 200. ( Bố trí cốt thép được thể hiện như bản vẽ kết cấu số 03). 3. Tính toán cốn thang: 3.1. Tải trọng tác dụng lên cốn thang bao gồm các thành phần: - Tải trọng do bản thang truyền qua bao gồm cả tĩnh tải và hoạt tải dưới dạnng tải trọng phân bố đều: -Tải trọng do trọng lượng bản thân cốn thang tiết diện 12x40cm,=25(kN/); n= 1,1. - Tải trọng do lớp vữa quanh 2 cốn, mổi mặt dày 15mm, =18(kN/); n= 1,3: - Tải do trọng lượng bản thân lan can, tay vịn bằng sắt: Tổng tải trọng tác dụng lên cốn thang: - Thành phần tải trọng vuông góc với cốn thang gây uốn cho cốn thang là: - Thành phần tải trọng dọc theo trục cốn thang là: 3.2. Sơ đồ tính và nội lực tính toán: - Sơ đồ tính toán cốn thang là đơn gản hai đầu khớp gối lên dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới. - Chiều dài tính toán cốn thang: - Nội lực tính toán trong cốn thang: + Giá trị mô men lớn nhất: + Giá trị lực cắt lớn nhất: Hình 4. Sơ đồ tính cốn thang - Tính toán cốt thép dọc: - Giả thiết a= 3cm, h0=h- a= 40-3=37cm - Chọn 118 có = 2,545 cm2. - Cốt thép cấu tạo chọn , chọn 112 có = 1,131(). - Kiểm tra hàm lượng thép: - Tính toán cốt đai cốn thang: Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: + kiểm tra theo điều kiện: ( 1) Trong đó: Q là lực cắt, 17860 (N) + Giả thiết cốt đai theo cấu tạo: chọn cốt thép đai , có + Cốt đai dùng nhóm thép C-I có: Rsw= 175(MPa), + Tính các thông số:. , (2) Từ (2) Từ(1)=0,3. 1,09. 0,885. 11,5. 120. 370=147765(N) Vậy 17860 (N) < 147765(N) => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : (3) Trong đó : - ( bê tông nặng) - - Từ (3) Suy ra: Q=17860< 0,6. 0,9. 120. 370= 23976 (N) không cần phải tính cốt đai. - Chọn: khi Chọn cốt đai theo cấu tạo F6a150 cho 2 đầu dầm và F6a200 cho đoạn giữa. Hình 5. Bố trí cốt thép cốn thang. 4. Tính toán bản chiếu nghỉ: a. Sơ đồ tính của bản: - Bản chiếu nghỉ có kích thứớc là: l1= 1650mm, l2=3600mm. Xét tỷ số l2/ l1 = 3,6/ 1,65 = 2,18 > 2 đ tính bản theo loại dầm, bản làm việc theo 1 phương. - Chiều dài tính toán của bản: Trong đó: l1= 1650mm là cạnh ngắn của ô bản. Hình 6. Sơ đồ tính toán bản chiếu nghỉ. bdcn=220mm, là bề rộng của dầm chiếu nghỉ. t= 220mm, là bề rộng của tường. b. Xác định tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ: - Như đã tính ở trên thì thì tảI trọng toàn phần tác dụng lên bản chiếu nghỉ là: c. Xác định nội lực cho bản chiếu nghỉ: - Giá trị lớn mô men lớn nhất: d. Tính toán cốt thép: Tính trên đơn vị diện tích, với diện tích hình chữ nhậtchiều cao hb, chiều rộng b= 100cm. - Giả thiết a= 1,5cm. Ta có: - Chọn 6 a200 có = 1,41 cm2. - Kiểm tra hàm lượng thép: Thép theo phương dọc cấu tạo f6 a200. Sử dụng f6 a200 chiều dài. chọn ln= 300mm. 5. Tính toán dầm chiếu nghỉ:(DCN1) - Dầm chiếu nghỉ 1 (DCN1), 2 đầu gối lên tường, nên được tính toán như 1 dầm đơn giản 2 đầu khớp. Ta tính được thép dưới, còn thép trên ta bố trí theo cấu tạo. - Nhịp của dầm là:lt= 3600mm.Đoạn dầm chiếu nghỉ đựoc gối lên tường là: C= 22cm. Nhịp :(mm). - Chọn tiết diện dầm b x h = 220 x400 (mm). a. Sơ đồ kết cấu: b. Xác định tải trọng: - Trọng lượng bản thân dầm tiết diện 22x40cm: g1 = 0,22.0,4.25.1,1 =2,42kN/m - Trọng lượng vữa trát dầm dày 1,5cm (2 mặt): g2 = 2.(0,22+0,4).1,3.18.0,015 =0, 435kN/m Hình 7. Sơ đồ tính toán dầm chiếu nghỉ chịu tải trọng phân bố đều. - Trọng lượng bản thân chiếu nghỉ truyền vào : Hình 8. Sơ đồ tính toán dầm chiếu nghỉ chịu tải trọng tập trung. g3 = 0,5.lcn.qscn= 0,5 .1,43.6,832 = 4,88kN/m - Tải trọng tập trung do cốn thang truyền vào: => Tổng tải trọng phân bố đều lên dầm chiếu nghỉ là : qtt = 2,42 +0, 435 + 4,88= 7,74(kN/m) c. Xác định nội lực: - Theo sơ đồ kết cấu tính được các thành phần nội lực sau : - Giá trị mô mên lớn nhất: - Lực cắt lớn nhất : . d. Tính toán cốt thép. - Thép dọc chịu lực : + Giả thiết : a = 3 cm => h0= h- a = 40 - 3 = 37cm +áp dụng công thức: - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: - Từ AS = 4,6 chọn : 3F14 có As = 4,62cm2. Bố trí thép chịu lực phía dưới. - Phía trên bố trí thép cấu tạo 2F12 có As=2,26 cm2. e. Tính cốt đai: - Kiểm tra điều kiện hạn chế : - kiểm tra theo điều kiện: (1) Trong đó: Q là lực cắt: = 31790(N) Giả thiết chọn đai theo cấu tạo: F6 , hsw=2 ( b<350) (2) < 1,3 Từ (2) suy ra: =1 +5.7,8.0,0013 =1,05 <1,3 - Từ (1) ta có: Q=31790(N) < =0,3.1,05.0,885.11,5.220. 370=260961(N). => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : Q Trong đó : ( bê tông nặng) Q= 31790 < 0,6. 0,9. 220. 370= 43956 (N) Vậy không cần phải tính cốt đai. Chọn: khi . - Khoảng cách giữa các cốt đai: Với = 1,5, với bê tông nặng; = 0, hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc. Suy ra chọn . Chọn cốt đai F 6a150 cho đoạn gần gối tựa và F 6a 200 cho đoạn giữa nhịp. g. Tính toán cốt treo chịu lực tập trung : Tại chỗ cốn thang kê lên dầm chiếu nghỉ ta phải bố trí cốt treo. Lực tính toán: Diện tích cốt treo cần bố trí: Dùng cốt đai để làm cốt treo khi đó số cốt treo cần thiết là: 3 thanh F 6 cách nhau 5cm. Hình 9. Bố trí cốt thép cho dầm chiếu nghỉ 1 6. Tính dầm chiếu nghỉ 2 ( DCN2): Tính toán dầm đơn giản được liên kết với cột là liên kết ngàm ở 2 đầu. a. Sơ đồ kết cấu : Hình 10. Sơ đồ tính toán dầm chiếu nghỉ 2 b. Xác định tải trọng : - Trọng lượng bản thân dầm : g1 = 0,22.0,4.25.1,1 = 2,42kN/m - Trọng lượng vữa trát dầm dày 1,5cm : g3 = 0,015.2.(0,22 + 0,4).18.1.3 = 0,435kN/m - Trọng lượng bản thân chiếu nghỉ truyền vào : g4 = 0,5.1.qscn= 0,5 .1,43.6,832 = 4,88kN/m - Trọng lượng tường : g5 = 0,22.1,5.18.1,1 = 6,534 kN/m => Tổng trọng lượng phân bố đều trên dầm : qtt = 2,42 +0,435 + 4,88 + 6,534 = 14,27 kN/m. c. Xác định nội lực: - Theo sơ đồ kết cấu tính được các thành phần nội lực sau : + Tại hai đầu ngàm : + Tại nhịp giữa : + Lực cắt lớn nhất : d. Tính toán cốt thép: - Thép dọc chịu lực : + Giả thiết : a = 3cm => h0= h- a = 40 - 3 = 37cm +Tại hai đầu gối: áp dụng công thức: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Bố trí thép theo cấu tạo: Chọn 2F12 có As = 2,26() được bố trí phía trên dầm chịu mômen âm. + Tại nhịp giữa: áp: dụng công thức - Kiểm tra hàm lượng cốt thép : Bố trí thép theo cấu tạo: Chọn 2F12 có Fa = 2,26(), được bố trí phía dưới dầm chịu mômen dương. - Tính cốt đai : - Kiểm tra điều kiện hạn chế : Giả thiết chọn đai theo cấu tạo: F6 , hsw=2 ( b<350)  < 1,3 =1 +5.7,8.0,0013 =1,05 <1,3 Q= 25700N < =0,3. 1,05. 0,885. 11,5. 220. 370=260961N => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : Q Trong đó : ( bê tông nặng) Q=25700N< 0,6. 0,9. 220. 370= 43956N Vậy không cần phải tính cốt đai. Chọn: khi . - Khoảng cách giữa các cốt đai: Với: = 1,5, với bê tông nặng. = 0, hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc. Suy ra chọn . Chọn cốt đai F 6a150 cho đoạn gần gối tựa và F 6a 200 cho đoạn giữa nhịp. Hình 11. Bố trí cốt thép cho dầm chiếu nghỉ 2 7. Tính toán dầm chiếu tới . - Dầm chiếu tới có kích thước bxh = 22x40cm, được liên kết khớp hai đầu, chịu tải trọng phân bố đều do ô sàn chiếu tới truyền vào và chịu lực tập trung do cốn thang truyền vào. Nhịp tính toán của dầm chiếu tới là: - Chọn sơ bộ tiết diện dầm b x h = 220 x400 (mm). a. Tải trọng tác dụng bao gồm: - Trọng lượng bản thân dầm : g1 = 0,22.0,4.25.1,1 = 2,42kN/m - Trọng lượng vữa trát dầm dày 1,5cm : g2 = 0,015.2.(0,22 + 0,4).18.1.3 = 0,435kN/m - Trọng lượng bản thân chiếu tới truyền dưới dạng tải phân bố đều hình chữ nhật: g3 = 0,5.lct.qsct= 0,5 .1,43.5,056= 3,62 (kN/m) - Tải trọng tập trung do cốn thang truyền vào: => Tổng tải trọng phân bố đều lên dầm chiếu tới là : qtt = 2,42+ 0,435 + 3,62= 6,475(kN/m) b. Sơ đồ tính: Hình 12. Sơ đồ tính dầm chiếu tới chịu tải trọng phân bố đều. Hình 13. Sơ đồ tính toán dầm chiếu tới chịu tải tập trung c. Xác định nội lực. - Theo sơ đồ kết cấu tính được các thành phần nội lực sau : + Giá trị mô mên lớn nhất: Lực cắt lớn nhất : d. Tính toán cốt thép. - Thép dọc chịu lực : + Giả thiết : a = 3 cm => h0= h- a = 40 - 3 = 37cm + áp dụng công thức: + Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Từ AS = 4,48 chọn : 3F14 có As = 4,62cm2. Bố trí thép chịu lực phía dưới. - Phía trên bố trí thép cấu tạo 2F12 có As=2,26 cm2. - Tính cốt đai : - kiểm tra theo điều kiện: Trong đó: Q là lực cắt, 29900(N) - Giả thiết chọn đai theo cấu tạo: F6 , hsw=2 ( b<350) < 1,3 =1 +5.7,8.0,0013 =1,05 <1,3 Q =29900(N)< =0,3. 1,05. 0,885. 11,5. 220. 370=260961(N) => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : Trong đó : ( bê tông nặng) Q=29900(N)< 0,6. 0,9. 220. 370= 43956 (N) Vậy không cần phải tính cốt đai. .Chọn: khi . - Khoảng cách giữa các cốt đai: Với: = 1,5, với bê tông nặng. = 0, hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc. Suy ra chọn . Chọn cốt đai F 6a150 cho đoạn gần gối tựa và F 6a 200 cho đoạn giữa nhịp. - Tính toán cốt treo chịu lực tập trung : Tại chỗ cốn thang kê lên dầm chiếu nghỉ ta phải bố trí cốt treo. Lực tính toán: Diện tích cốt treo cần bố trí: Dùng cốt đai để làm cốt treo khi đó số cốt treo cần thiết là: thanh, chọn 3 thanh F 6cách nhau 5cm. 14. Bố trí cốt thép chiếu tới. - Bản vẽ bố trí cốt thép cầu thang được thể hiện như bản vẽ ( bản vẽ kết cấu số 03).