Thiết kế khung vách trục E

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KHUNG VÁCH TRỤC E 5.1. HỆ CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH Hệ chịu lực chính của công trình là khung bao gồm hệ cột, dầm, sàn kết hợp với hệ vách cứng được xác định hình vẽ bên dưới: Sơ bộ chọn kích thước dâm cột ở các chương trước B29 B61 B39 Hình 5.1: Mặt bằng kết cấu công trình - Nhiệm vụ được giao là tính toán khung trục E. . TÍNH TOÁN CỘT [14] xác định tải trọng tác dụng lên khung ,sàn; Trong nhà nhiều tầng có tĩnh tải khá lớn so với hoạt tải (g>2p) và có chiều cao lớn hơn 40m thì moment trong dầm và cột do hoạt tải đứng gây ra là khá bé so với moment do tĩnh tải và do tải trọng gió gây ra. xác định tải trọng thẳng đứng lên khung sàn: trọng lượng bản thân các cấu kiện đươc khai báo khi phân tích Modun đàn hồi : E = 3.25x10 kN/m Trọng lượng riêng : ; Tỉnh tải : Tải trọng sàn Tải tường Tải từ hồ nước mái Tải từ cầu thang bộ Hoạt tải: Giá trị hoạt tải được chọn dựa trên chức năng sử dụng cụa tưng phòng , được xác định ở các chương trước. Tải trọng ngang tác dụng lên khung Xác định hoạt tải gió Tải trọng gió tác dụng vào công trình xem như phân bố đều trên dầm nggang tại cao trình tầng -Công trrình co chiiều cao 36.9 m,xây tại TP.HCM chịu tác dung của tải trọng gió thuộc khu vực IIA, địa hình C ( che chắn mạnh) -Cường độ tính gió đẩy được xác định theo công thức : Cường độ tính gió hút được xác định theo công thức : Trong đó : W: giá trị của áp lực gió ( W=0.83 kN/m) c = +0.8 : hệ số khí động đối với đẩy . c = - 0.6 : hệ số khí động đối với hút . k : hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao . n : hệ số tin cậy ( n =1.2) Bảng 5.1: Bảng tải trọng gió Áp lực gió tĩnh W Bề rộng đón gió (m) Lực gió tổng cộng Tầng cao trình Z Chiều cao tầng k đón gió khuất gió W phương X phương Y W W (m) (m) c c’ (kN/m2) Bx By (kN) (kN) 9 36.9 3.6 1.284 0.8 -0.6 0.83 43 28 13.854 9.021 8 33.3 3.6 1.262 0.8 -0.6 0.83 43 28 27.243 17.739 7 29.7 3.6 1.239 0.8 -0.6 0.83 43 28 26.738 17.411 6 26.1 3.6 1.213 0.8 -0.6 0.83 43 28 26.186 17.052 5 22.5 3.6 1.185 0.8 -0.6 0.83 43 28 25.576 16.654 4 18.9 3.6 1.153 0.8 -0.6 0.83 43 28 24.890 16.208 3 15.3 3.6 1.117 0.8 -0.6 0.83 43 28 24.106 15.697 2 11.7 3.6 1.074 0.8 -0.6 0.83 43 28 23.185 15.097 1 8.1 3.6 1.022 0.8 -0.6 0.83 43 28 22.059 14.364 Trệt 4.5 4.5 0.954 0.8 -0.6 0.83 43 28 23.161 15.082 Các trường hợp tải tác dụng lên công trình Tĩnh tải : Hoàn thiện + tường (TT); Hoạt tải ; Hoạt tải gió hướng từ trái qua phải theo phương X (GIO X); Hoạt tải gió hướng từ phải qua trái theo phương X (GIO(XX)); Hoạt tải gió hướng từ trái qua phải theo phương Y (GIO Y); Hoạt tải gió hướng từ phải qua trái theo phương Y (GIO(YY)); Tính toán nội lực Dùng chương trình ETABS version 9.2 mô hình hóa công trình, khai báo các trường hợp tải trọng giải khung không gian tìm nội lực Cấu trúc của các tổ hợp như sau: Bảng 5.2: Bảng cấu trúc tổ hợp Combo1 = TT + HT Combo2 = TT + GX Combo3 = TT + GXX Combo4 = TT + GY Combo5 = TT + GYY Combo6 = TT + 0.9HT + 0.9GX Combo7 = TT + 0.9HT + 0.9GXX Combo8 = TT + 0.9HT + 0.9GY Combo9 = TT + 0.9HT + 0.9GYY BAO = (Combo1 + Combo2 +...+ Combo8 + Combo9) Sau khi có kết quả tổ hợp nội lực, chọn ra các tổ hợp nội lực nguy hiểm để tính toán cốt thép cho cột và dầm. Tổ hợp nội lực cho cột khung không gian cần xét các trường hợp sau: Mx max, My và Ntương ứng; My max, Mx và Ntương ứng; Nmax, Mx và My tương ứng; Cột khung không gian được bố trí cốt thép đối xứng do đó khi tổ hợp chỉ cần tìm Mx_max và My_max là là những moment lơn nhất về giá trị tuyệt đối mà không cần tìm giá trị lớn nhất của M dương và M âm. Các giá trị nội lực được tổ hợp cho cột ở từng tầng và được lập thành bảng như sau: Tầng Cột TỔ HỢP Vị trí N (KN) V2 (KN) V3(KN) M2(T.m) M3(T.m) Hầm C11 COMB7 2.5 -4904.75 -11.07 -96.35 142.813 14.906 Hầm C11 COMB1 2.5 -4939.3 -10.43 -98.21 145.635 14.779 Hầm C11 COMB1 0 -4964.05 -10.43 -98.21 -99.902 -11.287 Trệt C11 COMB7 0 -4342.65 -6.31 -83 -200.498 -19.079 Trệt C11 COMB1 0 -4368.68 -6.16 -84.87 -204.776 -18.65 Trệt C11 COMB1 0 -4368.68 -6.16 -84.87 -204.776 -18.65 1 C11 COMB3 2.9 -3718.54 -10.3 -72.18 81.409 15.787 1 C11 COMB1 0 -3943 -9.98 -86.6 -163.44 -13.802 1 C11 COMB1 0 -3943 -9.98 -86.6 -163.44 -13.802 2 C11 COMB3 0 -3286.22 -18.56 -84.61 -146.768 -33.76 2 C11 COMB9 0 -3452.02 -17.34 -88.91 -152.437 -31.498 2 C11 COMB1 0 -3464.08 -17.36 -87.95 -150.515 -31.533 3 C11 COMB7 0 -2976.03 -11.05 -56.4 -96.889 -19.309 3 C11 COMB9 0 -2980.25 -10.23 -57.19 -98.275 -17.857 3 C11 COMB1 0 -2991.52 -10.25 -56.6 -97.278 -17.902 4 C11 COMB3 0 -2394.03 -11.71 -56.61 -104.189 -21.709 4 C11 COMB9 0 -2527.84 -10.71 -60.81 -111.84 -19.91 4 C11 COMB1 0 -2538.32 -10.72 -60.1 -110.568 -19.94 5 C11 COMB3 0 -1960.26 -10.47 -50.12 -92.032 -19.351 5 C11 COMB9 0 -2078.42 -9.41 -53.93 -98.99 -17.455 5 C11 COMB1 0 -2088.12 -9.42 -53.26 -97.803 -17.482 6 C11 COMB3 0 -1528.69 -10.89 -53.89 -92.829 -19.05 6 C11 COMB9 0 -1631.34 -9.67 -57.93 -99.793 -16.952 6 C11 COMB1 0 -1640.24 -9.67 -57.22 -98.602 -16.971 7 C11 COMB3 0 -1102.81 -5.79 -29.22 -50.112 -10.077 7 C11 COMB9 0 -1190.42 -5.17 -31.48 -53.935 -9.012 7 C11 COMB1 0 -1198.44 -5.17 -31.11 -53.299 -9.018 8 C11 COMB3 0 -694.08 -6.41 -30.3 -56.389 -11.548 8 C11 COMB9 0 -767.45 -5.64 -31.67 -59.641 -10.227 8 C11 COMB1 0 -774.53 -5.62 -31.16 -58.804 -10.214 9 C11 COMB7 0 -345.28 -2.62 -42.94 -67.561 -6.726 9 C11 COMB1 0 -351.63 -2.12 -43.87 -68.549 -5.815 9 C11 COMB1 0 -351.63 -2.12 -43.87 -68.549 -5.815 Bảng 5.3: Bảng tổ hợp nội lực Phương pháp gần đúng tính toán cốt thép cột làm việc nén lệch tâm xiên [14] Phương pháp tính toán cốt thép cho cột khung trục E: Trong khung không gian, cột làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên. Cột lệch tâm xiên được tính toán theo phương pháp gần đúng. Trình tự tính toán được thể hiện như sau: Phương Pháp tính toán gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành tâm phẳng tương đương để tính cốt thép. Nguyên tắc của phương pháp này được trình bày trong tiêu chuẩn của nước Anh BS8110 và của Mỹ ACI318. Dựa vào nguyên tắc này GS.Nguyễn Đình Cống đã lập ra các công thức và điều kiện tính toán phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN356-2005. Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là: Các bước tính toán : Bước 1: chuẩn bị số liệu. + Kích thước theo phương X : Cx. + Kích thước theo phương Y : Cy + Chiều dài thật của cột : l (m) + Hệ số phụ thuộc vào liên kết hai đầu cột: + Chiều dài tính toán của cột : l0=.l + Các đặc trưng vật liệu: + Nội lực tính toán : Bước 2: tính độ mảnh của cột theo từng phương. + Theo phương X: + Theo phương Y: Bước 3: xét trường hợp uốn dọc theo từng phương. + Theo phương X: x=1 khi . khi . Trong đó: N: lực nén. Ncr: lực nén tới hạn, được xác định như sau: Với: Cb: hệ số, với bê tông nặng và bê tông hạt nhỏ nhóm A lấy Cb=6,4. với bê tông hạt nhỏ nhóm B lấy Cb=5,6 Eb: môđun đàn hồi của bê tông. J : moment quán tính tiết diện. 1: hệ số xác định theo công thức: =1 đối với bê tông nặng. M: momen lấy đối với mép tiết diện chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn do tác dụng của toàn bộ tải trọng: ; Ml: momen lấy đối với mép tiết diện chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn do tác dụng của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn : ; ( Rb: Mpa) eo=max(e1;ea) với kết cấu siêu tĩnh. eo=e1+ea với kết cấu tĩnh định. ea : trong mọi trường hợp lấy không nhỏ hơn 1/600 chiều dài cấu kiện và 1/30 chiều dài tiết diện. P : hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt thép ứng lực trước đến độ cứng của cấu kiện khi không có cốt thép ứng lực trước P=1 Es : mô đun đàn hồi của cốt thép. Js : moment quán tính của tiết diện theo phương đang xét. h=Cx cạnh của tiết diện theo phương đang xét. b=Cy cạnh của tiết diện theo phương còn lại. + Theo phương Y: tính tương tự theo phương X nhưng h=Cy cạnh của tiết diện theo phương đang xét. b=Cx cạnh của tiết diện theo phương còn lại. Bước 4: chọn phương tính toán + Moment gia tăng: + Tùy theo tương quan giữa giá trị với kích thước các cạnh mà đưa về một trong hai mô hình tính toán theo phương X hoặc theo phương Y. Điều kiện và ký hiệu theo bảng sau: Mô hình Theo phương X Theo phương Y Điều kiện Kí hiệu Tính toán cốt thép + Tính ho=h-a;Z=h-2a. + Tính toán theo theo trường hợp đặt thép đối xứng: + Tính hệ số chuyển đổi m0: khi ; khi ; + Tính moment tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng ; + Độ lệch tâm : Với kết cấu siêu tĩnh: e0=max(e1;ea). Với kết cấu tĩnh định: e0=e1+ea + Tính độ mảnh: + Dựa vào độ lệch tâm và giá trị x1 để phân biệt các trường hợp tính toán: Trường hợp 1: nén lệch tâm rất bé khi tính toán gần như nén đúng tâm. Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét đúng tâm: Khi Khi Diện tích toàn bộ cốt thép dọc: Trường hợp 2: nén lệch tâm bé khi và + Xác định chiều cao vùng nén x: + Diện tích toàn bộ cốt thép dọc: Cốt thép được đặt đều theo chu vi. Trường hợp 3: nén lệch tâm lớn khi và Diện tích toàn bộ cốt thép dọc : Kết quả tính nội lực cột cho khung trục E được trình bày trong bảng dưới đây: Dùng phần mềm ETABS để giải: kết quả nội lực được trình bày trong các bảng trang bên. Mỗi phần tử dầm ta tiến hành tổ hợp nội lực cho 3 tiết diện ( 2 tiết diện đầu dầm và 1 tiết diện giữa dầm). Tầng Tải trọng P(KN) Mx (KNm) My (KNm) Cx (mm) Cy (mm) Mx/Cx My/Cy h (mm) b (mm) l (m) h0 (mm) Z (mm) x1 xRh0 m0 ea (mm) 9 COMB7 345.28 6.726 67.56 400 400 0.0224 0.225 400 400 3.6 350 300 68 143 0.838 30 9 COMB1 351.63 5.815 68.55 400 400 0.019 0.228 400 400 3.6 350 300 69 143 0.835 30 9 COMB1 351.63 5.815 68.55 400 400 0.019 0.228 400 400 3.6 350 300 69 143 0.835 30 8 COMB3 694.08 11.55 56.39 400 400 0.038 0.188 400 400 3.6 350 300 136 143 0.673 30 8 COMB9 767.45 10.23 59.64 400 400 0.034 0.199 400 400 3.6 350 300 150 143 0.639 30 8 COMB1 774.53 10.21 58.8 400 400 0.034 0.196 400 400 3.6 350 300 152 143 0.636 30 7 COMB3 1102.8 10.08 50.11 400 400 0.034 0.167 400 400 3.6 350 300 216 143 0.481 30 7 COMB9 1190.4 9.012 53.94 400 400 0.030 0.180 400 400 3.6 350 300 233 143 0.440 30 7 COMB1 1198.4 9.018 53.3 400 400 0.030 0.178 400 400 3.6 350 300 235 143 0.436 30 6 COMB3 1528.7 19.05 92.83 450 450 0.048 0.232 450 450 3.6 400 350 225 201 0.615 30 6 COMB9 1631.3 16.95 99.79 450 450 0.042 0.249 450 450 3.6 400 350 240 201 0.589 30 6 COMB1 1640.2 16.97 98.6 450 450 0.042 0.247 450 450 3.6 400 350 241 201 0.586 30 5 COMB3 1960.3 19.35 92.03 450 450 0.048 0.230 450 450 3.6 400 350 288 201 0.506 30 5 COMB9 2078.4 17.46 98.99 400 450 0.044 0.247 400 400 3.6 400 350 306 201 0.476 30 5 COMB1 2088.1 17.48 97.8 450 450 0.044 0.245 450 450 3.6 400 350 307 201 0.474 30 4 COMB3 2394 21.71 104.2 450 450 0.054 0.260 450 450 3.6 400 350 352 201 0.396 30 4 COMB9 2527.8 19.91 111.8 450 400 0.050 0.280 450 450 3.6 400 350 372 201 0.363 30 4 COMB1 2538.3 19.94 110.6 450 450 0.050 0.276 450 450 3.6 400 350 373 201 0.360 30 3 COMB7 2976 19.31 96.89 450 450 0.048 0.242 450 450 3.6 400 350 438 201 0.250 30 3 COMB9 2980.3 17.86 98.28 450 450 0.045 0.246 450 450 3.6 400 350 438 201 0.249 30 3 COMB1 2991.5 17.9 97.28 450 450 0.045 0.243 450 450 3.6 400 350 440 201 0.246 30 2 COMB3 3286.2 33.76 146.8 500 500 0.068 0.294 500 500 3.6 450 400 387 258 0.485 30 2 COMB9 3452 31.5 152.4 500 500 0.063 0.305 500 500 3.6 450 400 406 258 0.459 30 2 COMB1 3464.1 31.53 150.5 500 500 0.063 0.301 500 500 3.6 450 400 408 258 0.457 30 1 COMB3 3718.5 15.79 81.41 500 500 0.032 0.163 500 500 3.6 450 400 437 258 0.417 30 1 COMB1 3943 13.8 163.4 500 500 0.028 0.327 500 500 3.6 450 400 464 258 0.381 30 1 COMB1 3943 13.8 163.4 500 500 0.028 0.327 500 500 3.6 450 400 464 258 0.381 30 Trệt COMB7 4342.7 19.08 200.5 500 500 0.038 0.401 500 500 4.5 450 400 511 258 0.319 30 Trệt COMB1 4368.7 18.65 204.8 500 500 0.037 0.410 500 500 4.5 450 400 514 258 0.315 30 Trệt COMB1 4368.7 18.65 204.8 500 500 0.037 0.410 500 500 4.5 450 400 514 258 0.315 30 Hầm COMB7 4904.8 14.91 142.8 500 500 0.030 0.286 500 500 3.2 450 400 577 258 0.231 30 Hầm COMB1 4939.3 14.78 145.6 500 500 0.030 0.291 500 500 3.2 450 400 581 258 0.225 30 Hầm COMB1 4964.1 11.29 99.9 500 500 0.023 0.200 500 500 3.2 450 400 584 258 0.221 30 P.tử M (Nm) e1 (mm) e0 (mm) e (mm) e ge φe φx φy Ast (mm²) Ast (mm²) As (mm²) m Số lượng f mm² As (mm²) m % % 9 65945904 191 191 291 0.76 0.000 1.262 0.831 0.831 0 885 885 0.983 12 16 2413 2.7 9 65695835 187 187 287 0.75 0.000 1.252 0.831 0.831 0 859 859 0.954 9 65695835 187 187 287 0.75 0.000 1.252 0.831 0.831 0 859 859 0.954 8 53846426 78 78 178 0.31 0.000 1.006 0.831 0.831 0 -104 -104 -0.12 12 16 2413 2.7 8 53041980 69 69 169 0.28 1.965 0.987 0.831 0.831 -4.561 - -5 -0.01 8 52272850 67 67 167 0.27 1.915 0.983 0.831 0.831 -60.82 - -61 -0.07 7 39186309 36 36 136 0.14 1.304 0.911 0.831 0.831 141.62 - 142 0.157 12 16 2413 2.7 7 37965954 32 32 132 0.13 1.262 0.903 0.831 0.831 385.98 - 386 0.429 7 37455505 31 31 131 0.13 1.255 0.901 0.831 0.831 398.78 - 399 0.443 6 80619396 53 53 203 0.15 1.331 0.942 0.884 0.884 -1610 - -1610 -1.01 12 18 3054 1.9 6 80516144 49 49 199 0.14 1.301 0.938 0.884 0.884 -1316 - -1316 -0.82 6 79582896 49 49 199 0.14 1.294 0.937 0.884 0.884 -1310 - -1310 -0.82 5 71001511 36 36 186 0.10 1.199 0.924 0.884 0.884 -505.3 - -505 -0.32 12 18 3054 1.9 5 69899716 34 34 184 0.10 1.181 0.921 0.884 0.884 -155.9 - -156 -0.1 5 69085019 33 33 183 0.09 1.177 0.920 0.884 0.884 -139.1 - -139 -0.09 4 69074613 29 30 180 0.09 1.157 0.917 0.884 0.884 867.04 - 867 0.542 12 18 3054 1.9 4 66650293 26 30 180 0.09 1.157 0.917 0.884 0.884 1352.4 - 1352 0.845 4 65880810 26 30 180 0.09 1.157 0.917 0.884 0.884 1390.4 - 1390 0.869 3 48830171 16 30 180 0.09 1.157 0.917 0.884 0.884 2977.9 - 2978 1.861 12 18 3054 1.9 3 47479874 16 30 180 0.09 1.157 0.917 0.884 0.884 2993 - 2993 1.871 3 46963578 16 30 180 0.09 1.157 0.917 0.884 0.884 3034 - 3034 1.896 2 110311178 34 34 234 0.07 1.133 0.936 0.914 0.914 -776 - -776 -0.31 12 22 4561 1.8 2 106930677 31 31 231 0.07 1.121 0.934 0.914 0.914 -306 - -306 -0.12 2 105758084 31 31 231 0.07 1.119 0.934 0.914 0.914 -282 - -282 -0.11 1 52647972 14 30 230 0.07 1.117 0.933 0.914 0.914 571 - 571 0.229 12 22 4561 1.8 1 80942150 21 30 230 0.07 1.117 0.933 0.914 0.914 1343 - 1343 0.537 1 80942150 21 30 230 0.07 1.117 0.933 0.914 0.914 1343 - 1343 0.537 Trệt 92407102 21 30 230 0.07 1.117 0.910 0.884 0.884 3108 - 3108 1.243 12 22 4561 1.8 Trệt 92579901 21 30 230 0.07 1.117 0.910 0.884 0.884 3200 - 3200 1.28 Trệt 92579901 21 30 230 0.07 1.117 0.910 0.884 0.884 3200 - 3200 1.28 Hầm 50796706 10 30 230 0.07 1.117 0.944 0.928 0.928 4464 - 4464 1.786 12 22 4561 1.8 Hầm 50536842 10 30 230 0.07 1.117 0.944 0.928 0.928 4582 - 4582 1.833 Hầm 35486548 7 30 230 0.07 1.117 0.944 0.928 0.928 4666 - 4666 1.866 Bảng 5.4 Tính toán cốt thép cột Tính toán cốt đai cột. Cốt thép ngang của cột khi dùng khung cốt buộc là những thanh cốt đai khép kín và những thanh neo được uốn móc chuẩn ở hai đầu. Cốt thép ngang trong cột có nhiệm vụ liên kết với các thép dọc thành khung chắc chắn, giữ đúng vị trí cốt thép khi thi công, giữ ổn định cho cốt thép dọc chịu nén. Khi chịu nén, cốt thép dọc có thể bị cong, phá vỡ lớp bê tông bảo vệ và bị bật ra khỏi bê tông. Cốt đai giữ cho cốt dọc không bị cong và bậc ra ngoài, lúc này cốt thép đai chịu kéo và nếu nó không được neo chắc chắn thì có thể bị bung ra hoặc cốt đai quá bé thì có thể bị kéo đứt. Cốt đai cũng có tác dụng chịu lực cắt. Chỉ tính cốt đai khi cấu kiện phải chịu lực cắt khá lớn, thông thường thì cốt đai đặt theo cấu tạo. Trình tự tính toán tương tự dầm. Dựa vào kết quả từ bảng tính, ta thấy cột đã đủ khả năng chịu lực cắt nên không cần tính cốt thép đai mà chỉ bố trí theo cấu tạo. Các yêu cầu cấu tạo của cốt thép đai sử dụng cho cột theo [2]. - Đường kính cốt thép đai trong khung thép buộc cần lấy không nhỏ hơn 0.25 đường kính thanh cốt thép dọc lớn nhất và không nhỏ hơn 5mm. - Khoảng cách giữa các cốt thép đai không lớn hơn 400mm và 15 lần đường kính cốt thép dọc nhỏ nhất. - Trong đoạn nối buộc cốt thép dọc, khoảng cách cốt đai không được vượt quá 10 lần đường kính bé nhất của cốt dọc chịu nén. - Để giữ ổn định, tốt nhất là cốt dọc được nằm ở góc của cốt đai. Tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu cứ cách một cốt dọc phải có một cốt dọc nằm ở góc cốt đai. Từ các yêu cầu trên ta chọn cốt đai để bố trí cho cột như sau: Bảng 5.5: Đặc trưng vật liệu Bê tông B30 Cốt thép CI Rb Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rsw (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 225 21x104 Chọn đai 8 . Bước cốt đai chọn a250 bố trí cho cột. Bước cốt đai tại vị trí nối cốt thép dọc: chọn a100 (u ). . Tính toán cốt thép dầm 5.3.1 Chọn nội lực để tính cốt thép dầm khung trục E a. Dầm khung trục E gồm D4 (700x300) giữa trục 1-3 và D6 (500x250) giữa trục 3-7. Nội lực của dầm được lấy từ kết quả tổ hợp nội lực tại 3 tiết diện nguy hiểm: tiết diện giữa nhịp và tiết diện ở 2 đầu gối. Nếu 2 dầm ở 2 bên cột có nội lực khác nhau thì lấy nội lực của gối lớn nhất để tính cốt thép cho cả Đối với tiết diện gối, chọn để tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật Chọn a = 5 cm 5.3.2 Tính toán cốt thép dầm Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn Tính cốt thép: Bảng 5.6: Đặc trưng vật liệu Bê tông B30 Cốt thép CIII Rb (Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 365 365 21x104 Từ Mmax tính: Các bước tính toán cốt thép Kiểm tra hàm lượng cốt thép Với: b = 30 cm; chọn a = 5cm --> ho = 70 – 5 = 65 cm Kết quả tính toán cốt thép theo bảng sau: Bảng 5.7: Tính toán thép dầm Tầng NHỊP Vị trí M b h a ho z As Thép M Kiểm tra (kN.m) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm2) chọn (%) hầm -> 3 1 - 3 Gối trái 245.14 300 700 50 650 0.114 0.94 1099 4f20 1256 0.64 THỎA Giữa nhịp 261.81 300 700 50 650 0.122 0.94 1174 5 f20 1571 0.81 THỎA Gối phải 340.025 300 700 50 650 0.158 0.915 1566 6f20 1885 0.97 THỎA 4 --> 6 1 - 3 Gối trái 116.71 300 700 50 650 0.054 0.975 504.5 3 f20 942 0.48 THỎA Giữa nhịp 259.483 300 700 50 650 0.12 0.94 1164 5 f20 1571 0.81 THỎA Gối phải 380.798 300 700 50 650 0.177 0.905 1774 6 f20 1885 0.97 THỎA 7 --> 9 1 - 3 Gối trái 39.22 300 700 50 650 0.018 0.995 166.1 3f20 942 0.48 THỎA Giữa nhịp 262.234 300 700 50 650 0.122 0.94 1176 5 f20 1571 0.81 THỎA Gối phải 469.153 300 700 50 650 0.218 0.88 2247 8 f20 2514 1.29 THỎA Hầm - 9 3 - 7 Gối 33.228 250 500 50 450 0.039 0.985 205 2f16 402 0.36 THỎA nhịp 60.21 250 500 50 450 0.07 0.965 380 2f16 402 0.36 THỎA 5.3.3 Tính toán cốt thép đai cho dầm khung trục E Tính cốt đai dầm D6 Bước 1: Chọn số liệu đầu vào Chọn cấp độ bền của bê tông: Rb, Rbt, Eb. Bảng 5.6: Đặc trưng vật liệu Bê tông B30 Cốt thép CI Rb (Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rsw (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 225 21x104 - Chọn loại cốt đai: Rsw, Es. -số liệu bê tông nặng: - Tra bảng 4.1TCXDVN 356-2005 (GS. TS. Ngyuển Đinh Cống) - Chọn a ho = h – a =500-50=450 (mm) - Đoạn dầm chịu mômen âm, cách trong vùng kéo: ; không kể đến lực dọc Cốt thép có diện tích 50.3mm A=2x50.3 =100.6mm -Tnh toán a. Kiểm tra khoảng cách s : (s= 100mm) Theo cấu tạo , với h=500 > 200 : s và 300 ). Đạt yêu cầu. Theo tính tính toán.Tính với Q=Q=81.14 (KN) 1347mm Thỏa mãn s< s b Kiểm tra bê tông chịu nén ( ứng suất nén chính) ; Thỏa mãn điều kiện Q=81.14< Q=665.173 (kN) Tính cốt đai dầm D4 Tương tự như trên : Ta có < Q= 1108 (kN) 5.3.4 Tính toán cốt thép treo cho dầm khung trục E Tính toán cốt thép treo + Cốt treo: Khi dầm chịu lực tập trung khá lớn đặt vào khoảng giữa chiều cao dầm thì sẽ xảy ra hiện tượng giựt đứt. Lúc này sự phá hoại có thể xảy ra theo hình tháp ABCD với góc nghiêng của mặt bên = 45o. Đó là sự phá hoại do lực cắt. Đáy lớn của tháp là St: St = b1 + 2hs trong đó: b1 – bề rộng (AB) phạm vi tác dụng của lực tập trung F; hs – chiều cao tháp, bằng khoảng cách từ đáy AB đén cốt thép chịu kéo của dầm. Cần phải đặt cốt thép treo trong phạm vi St để chống đỡ sự phá hoại theo hình tháp. Hình 5.3: Hiện tượng giựt đứt Cốt thép treo có thể dùng dạng cốt thép đai hoặc cốt thép xiên theo kiểu vai bò. Dùng cốt thép đai khi đoạn St đủ lớn, diện tích toàn bộ cốt thép treo kiểu cốt thép đai là: Khi đoạn St khá bé, không đủ chỗ để bố trí cốt thép treo kiểu cốt đai thì cần dùng cốt thép kiểu vai bò, diện tích tiết diện lớp cốt xiên là: trong đó: F - giá trị lực tập trung; Rsw - cường độ tính toán của cốt thép ngang; - góc nghiêng của cốt thép xiên, thường trong khoảng 45-60o. Dầm chính D4 (700x300), dầm phụ D2 (500x300) Do đoạn bố trí thep đai không đủ nên dùng cốt thép vau bò để tính toán Trong đồ án này chỉ tính cho trường hợp tập trung lớn nhất tác dụng vào dầm chính và bố trí cho các dầm còn lại .Giá trị lực tập trung lớn nhất tác dụng vào dầm chính là 117.62 (kN ) vị trí này ở tầng 9 . Diện tích tiết diện lớp cốt xiên là : Dùng có diện tích 308 mm TÍNH TOÁN VÁCH [22] - Theo TCXD(198:1997), lõi cứng nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái, đồng thời để đảm bảo điều kiện độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của lõi. - Chiều dày vách (b) của lõi cứng b 150 mm; b 1/20 chiều cao tầng. - Sơ bộ chọn bề dày vách của lõi cứng là 250 mm. 5.4.1. SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA VÁCH CỨNG/LÕI CỨNG Đối với vách cứng đặc Khác với cột trong khung, vách cứng đặc có thể coi như một dầm console lớn, chịu mômen uốn và lực cắt lớn từ tải trọng ngang (trong đồ án này chỉ xét tải trọng gió, không tính toán tải trọng động đất và các tải trọng đặc biệt khác) cùng với tải trọng nén dọc trục do tải trọng đứng (tĩnh tải và hoạt tải đứng). Biến dạng của vách cứng là biến dạng uốn cong. Biến dạng tương đối giữa các tầng bên trên và bên dưới nhỏ. Tải trọng gió Momen uốn Hình 5.4: Sự làm việc của lõi cứng đặc khi chịu tải trọng gió Như vậy vách cứng đặc làm việc như một dầm console ngàm cứng tại chân để truyền tải trọng xuống móng. Đối với vách cứng có lỗ cửa Các vách cứng ở mỗi bên lỗ cửa được nối lại với nhau bằng các dầm lanh tô gọi là vách cứng đôi. Tuỳ thuộc vào kích thước của các lỗ cửa và độ cứng các dầm lanh tô, mà các vách cứng đôi có các kiểu biến dạng như sau: Nếu các dầm lanh tô là rất cứng thì vách cứng đôi sẽ làm việc như một cấu kiện, biến dạng và làm việc của vách cứng đôi giống như vách cứng đơn (hình-c). Nếu các dầm lanh tô là mềm, chúng chỉ làm nhiệm vụ nối các vách cứng lại với nhau và mỗi vách cứng thành phần biến dạng như vách đơn (hình-a). Nếu các dầm lanh tô có độ cứng trung bình, biến dạng và làm việc của vách cứng là trung gian của hai trường hợp trên (hình-b). a) b) c) Hình 5.4: Sự làm việc của lõi cứng có lỗ cửa khi chịu tải trọng gió Như vậy việc tính toán các vách cứng có xét đến tiết diện bị giảm yếu do lỗ cửa sẽ đưa về bài toán tính toán các vách cứng thành phần có tiết diện đặc. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN Tổ hợp tải trọng (đã được trình bày ở trên) Khi tính toán vách cứng các trường hợp tổ hợp tải trọng cần quan tâm là: TT + 0,9(HT + GIOX) TT + 0,9(HT + GIO(-X)) TT + 0,9(HT + GIO(Y)) TT + 0,9(HT + GIO(-Y)). Bảng 5.7: Tổ hợp nội lực theo phương gió Y Tầng Pier Tổ hợp Vị trí P V2 V3 M2 M3 9 V6 COMB8 Top -328.8 3.15 -167.5 193.22 -518.2 9 V6 COMB8 Bottom -202.3 96.07 -103.5 -115 354.82 8 V6 COMB8 Top -565.7 113.75 -88.36 95.495 -341 8 V6 COMB8 Bottom -590.8 119.07 -100.5 -110.5 332.78 7 V6 COMB8 Top -935.4 106.83 -110.2 117.98 -388.1 7 V6 COMB8 Bottom -922.4 116.33 -98.16 -108.4 331.13 6 V6 COMB8 Top -1254 85.91 -106.2 112.77 -346.8 6 V6 COMB8 Bottom -1229 96.9 -93.25 -103.9 314.25 5 V6 COMB8 Top -1552 82.78 -103.5 109.74 -332 5 V6 COMB8 Bottom -1537 95.48 -86.32 -97.28 300.73 4 V6 COMB8 Top -1844 75.92 -98.36 103.88 -306.2 4 V6 COMB8 Bottom -1840 91.07 -78.15 -89.33 281.02 3 V6 COMB8 Top -2129 66.57 -92.5 97.402 -279.2 3 V6 COMB8 Bottom -2136 85.16 -69.7 -81.28 255.23 2 V6 COMB8 Top -2408 39.6 -86.4 90.779 -246.5 2 V6 COMB8 Bottom -2408 59.4 -61.96 -73.23 197.92 1 V6 COMB8 Top -2658 -8.56 -84.3 88.085 -243.6 1 V6 COMB8 Bottom -2592 12.64 -49.82 -68.05 134.63 Trệt V6 COMB8 Top -2665 -9.92 -50.62 67.276 52.567 Trệt V6 COMB8 Bottom -2715 -4.59 -36.89 -53.69 316.99 Xét vách cứng chịu tải trọng Nz, Mx. Biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách cứng (giả định vật liệu đàn hồi và tuyến tính) như sau: a) Sơ đồ lực tác dụng; b) Phân chia vùng trên tiết diện c) Ứng suất do lực dọc (Nz); d)Ứng suất do momen uốn (Mx). Chia vách cứng thành năm vùng, đánh số từ 1 đến 5 như hình vẽ. Tiết diện mỗi vùng: (b 0.2h). Ứng suất trung bình của mỗi vùng tiết diện (b0.2h): ; (> 0 hay < 0); với: + F: diện tích mặt cắt ngang; + Mx >0 khi có chiều như hình vẽ; + yi: khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm vùng i; Ứng suất trung bình trong vùng (1), (2): ; ( > 0 hay < 0 ); với i = 1, 2; Ứng suất trung bình trong vùng (4), (5): ; ( > 0 hay < 0 ); với i = 4, 5; Ứng suất trung bình trong vùng (3): ; ( > 0); Lực nén/kéo tại các vùng (1), (2), (3), (4), (5): Ni = 0,2bhsi ; ( > 0 hay < 0); với i = 15; Tính toán cốt thép vách cứng cho các vùng (1), (2), (3), (4), (5), tính toán như cấu kiện chịu nén – kéo đúng tâm: + Nếu Ni > 0 : ; + Nếu Ni < 0 : ; Bố trí cốt thép cho vách cứng: + Cốt thép cho vùng (1) và (5): (Fa) Fa = max(Fa1, Fa2) + Cốt thép cho vùng (2), (3) và (4): (fa) fa = 2max(Fa2, Fa4) + Fa3 Tổng diện tích cốt thép trên tiết diện: (2.Fa + fa). Hình 5.5: Sơ đồ bố trí cốt thép trên tiết diện Các yêu cầu về cấu tạo: + Khoảng cách S giữa các thanh thép trong vách cứng phải thoả: S 1,5b S 30cm + Hàm lượng cốt thép trong vách cứng: 0,4% 4%; với: As là tổng diện tích cốt thép trên vách cứng. Vật liệu sử dụng có các đặc trưng sau: Bảng 5.8: Đặc trưng vật liệu Bê tông B30 Cốt thép CIII Rb (Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 365 365 21x104 Kết quả tính toán trình bày trong các bảng sau: Bảng 5.9: Tính cốt thép vách 6 b (cm) h (cm) 0.2h (cm) F (cm2) Jx (cm4) Rb (daN/cm2) Rs (daN/cm2) 25 395 79 9875 1.28E+08 170 3650 Tầng Vùng y si Ni Asi As và Asc Thép As và Asc (cm) (daN/cm2) (daN) (cm2) (cm2) chọn (%) Trệt-3 1 197.5 -323.686 -639279 -267.13133 Cấu tạo 1416 28.15 0.513 2 79 -294.43 -581499 -251.30097 Cấu tạo 4816 96.52 3 0 -274.926 -542978 -240.7474 4 79 -255.421 -504457 -230.19382 5 197.5 -226.165 -446677 -214.36346 Cấu tạo 1416 28.15 tâng 4- 6 1 197.5 -247.107 -488037 -225.6951 Cấu tạo 1416 28.15 0.513 2 79 -228.643 -451571 -215.70434 Cấu tạo 4816 96.52 3 0 -216.334 -427260 -209.04384 4 79 -204.025 -402949 -202.38333 5 197.5 -185.561 -366483 -192.39257 Cấu tạo 1416 28.15 tâng 7- 9 1 197.5 -144.344 -285080 -170.09037 Cấu tạo 1416 28.15 0.513 2 79 -113.783 -224722 -153.55407 cấu tạo 4816 96.52 3 0 -93.4096 -184484 -142.52986 4 79 -73.0358 -144246 -131.50566 5 197.5 -42.475 -83888.2 -114.96936 Cấu tạo 1416 28.15 Nhận xét: từ kết quả tính thép bằng phương pháp trên ta nhận thấy thép tính ra vô cùng nhỏ, hàm lượng cốt thép nhỏ hơn hàm lượng min (=0,4%). Chính vì thế ta sẽ bố trí thép trong vách cứng theo cấu tạo. Diện tích cốt thép thoả các yêu cầu về cấu tạo của vách cứng theo tiêu chuẩn : Khi thiết kế thép trong vách hay lõi thường đặt các cột chìm ở hai đầu vách hay và ở các góc lõi. Khoảng cách giữa các cột chìm trong khoảng từ 15 đến 20 lần chiều dày vách. Khi cần thiết có thể mở rộng hai đầu vách theo chiều ngang. Chiều rộng tiết diện cột bằng chiều dày vách. Chiều cao tiết diện cột bằng (1,5÷2)chiều dày vách. Yêu cầu cấu tạo tối thiểu của cột chìm trong vách cứng Loại kết cấu Vùng tăng cường ở đáy Các vùng khác Diện tích nhỏ nhấtcủa cốt dọc Cốt đai Diện tích nhỏ nhấtcủa cốt dọc Cốt đai Kết cấu thông thường 0.005Ac 8a150 0.005Ac 8a300 Đối với vách cứng và lõi cứng cần đặt hai lớp lưới thép. Đường kính cốt thép (kể cả thép thẳng đứng và cốt thép nằm ngang) chọn không nhỏ hơn 10mm và không nhỏ hơn 0,1b. Hai lớp lưới thép này phải được liên kết với nhau bằng các móc đai hình chữ S với mật độ 4 móc/m2. Tỷ lệ phần trăm cốt thép thẳng đứng xác định theo tính toán, nhưng phải lớn hơn 0,4% và đồng thời không vượt quá 3%. Chú ý ở các đầu mút của vách cứng, khoảng cách giữa các thanh cốt dọc phải giảm xuống một nửa trên đoạn có chiều dài bằng 1/10 chiều dài vách cứng. Cốt thép ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng bé hơn 0,25%. Khoảng cách giữa cốt dọc và ngang chọn 200mm nếu bv 300mm và 2bv/3 nếu bv > 300mm. Trường hợp thông thường và động đất yếu có thể chọn khoảng cách cốt thép nằm ngang tới 250mm. Chiều dài nối buộc cốt thép lấy bằng 1,5ln đối với động đất yếu. Trong đó ln là chiều dài neo tính toán cho trường hợp thông thường. Các điểm nối thép phải đặt so le. Trường hợp vách có lỗ mở nhỏ 500mm phải đặt tăng cường ít nhất 212 ở mỗi biên và mỗi góc lỗ mở. Nếu vách có lỗ mở lớn, phải dùng biện pháp tăng chiều dày thành vách quanh lỗ và cấu tạo thành vách dưới dạng dầm bao có gờ hoặc ít nhất cũng phải gia cường bằng dầm bao chìm. Đối với các vách có lỗ khi thiết kế phải cấu tạo thêm thép ở khu vực biên của các cột vách cũng như cho các dầm lanh tô của vách. BỐ TRÍ CỐT THÉP Như bản vẽ KC 04/08, KC 05/08, KC 06/08