Thiết kế sàn xây dựng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SÀN CHƯƠNG 2 TÍNH SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH - Sàn bê tông cốt thép được dùng rộng rãi trong ngành xây dựng hiện nay. Nó thường được dùng làm sàn cho các loại nhà dân dụng, nhà công nghiệp. Kết cấu sàn còn thấy ở cầu tàu, bến cảng, móng bè, mặt cầu, tường chắn đất,… ưu điểm là bền lâu, độ cứng lớn, chống cháy tốt, dễ cơ giới hóa xây dựng và kinh tế hơn so với một số loại sàn khác. - Việc lựa chọn kiểu sàn phụ thuộc vào công dụng của các phòng, và kích thước mặt bằng của nó, phụ thuộc hình thức kiến trúc của trần, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật …Mãi cho đến bây giờ thế giới có nhiều loại vật liệu khác nhau để thay thế cho sàn bê tông cốt thép nhưng ở Việt Nam thì loại kết cấu vật liệu này luôn được ưu chuộng hàng đầu. - Do công trình sử dụng kết cấu khung chịu lực là chính nên dùng phương án sàn BTCT đổ toàn khối là giải pháp tương đối tốt nhất vì sàn có khả năng chịu tải lớn và làm tăng độ cứng, cột đứng chịu 1 phần tải trọng ngang.., tăng độ ổn định cho toàn công trình. 2.1 Xác định sơ bộ kích thước sàn và các bộ phận sàn 2.1.1 Kích thước tiết diện dầm - Chiều cao của dầm được chọn sơ bộ theo công thức sau : trong đó : md _ hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; + md = 1216 đối với dầm khung nhiều nhịp; + md = 812 đối với dầm khung một nhịp; + md = 1620 đối với dầm phụ; ld _ nhịp dầm; - Bề rộng dầm được chọn theo công thức sau : Kích thước tiết diện dầm được trình bày trong bảng 2.1 CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM Ký hiệu Loại dầm Nhịp dầm Hệ số md Chiều cao Bề rộng Chọn tiết diện D1 Db 8.5 16 0.53 0.27 60x30 D2 Db 8.0 16 0.50 0.25 60x30 D3 Db 9.0 16 0.56 0.28 60x30 D4 Dc 8.5 12 0.71 0.35 70x30 D5 Dc 8.0 12 0.67 0.33 70x30 D6 Dc 9.0 12 0.75 0.38 70x30 D7 Db 7.5 16 0.47 0.23 60x30 D8 Dc 7.5 12 0.63 0.31 60x30 D9 Db 8.0 16 0.50 0.25 60x30 D10 Dc 8.0 12 0.67 0.33 70x30 D11 Db 9.0 16 0.56 0.28 60x30 D12 Dc 9.0 12 0.75 0.38 70x30 D13 Dp 5.8 20 0.29 0.15 30x20 D14 Dp 3.6 20 0.18 0.09 20x20 D15 Dp 2.7 20 0.14 0.07 20x20 Bảng 2.1 : Chọn sơ bộ tiết diện dầm 2.1.2 Xác định bề dày sàn (hs): Bề dày hs phải thỏa các điều kiện sau : - Sàn phải đủ độ cứng để không bị rung động, dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang (gió, bão, động đất...) làm ảnh hưởng đến công năng sử dụng. - Độ cứng trong mặt phẳng sàn đủ lớn để khi truyền tải trọng ngang vào vách cứng, lõi cứng giúp chuyển vị ở các đầu cột bằng nhau. - Trên sàn, hệ tường ngăn không có hệ dầm đỡ có thể được bố trí bất kỳ vị trí nào trên sàn mà không làm tăng đáng kể độ võng của sàn. - Chọn chiều dày bản sàn sơ bộ theo công thức sau : (hshmin6 cm) trong đó : D = 0.8 1.4 _hệ số kinh nghiệm phụ thuộc hoạt tải; ms = 3035 đối với sàn làm việc 1 phương; ms = 4045 đối với sàn làm việc 2 phương; l _ độ dài cạnh ngắn của sàn. Chiều dày của sàn được trình bày trong bảng2.2 Bảng 2.2 Phân loại ô sàn và chiều dày bản sàn Từ bảng 2.2, sơ bộ chọn chiều dày bản sàn của tầng điển hình hs = 12 cm để tính toán Hình 2.1 Mặt bằng bố trí dầm sàn tầng điển hình 2.2. Xác định tải trọng tác dụng lên sàn 2.2.1 Tải trọng thường xuyên - Trọng lượng bản thân sàn : sàn cấu tạo gồm 5 lớp (KN/m2) trong đó : gi _ trọng lượng bản thân của lớp cấu tạo thứ I. ni _ hệ số độ tin cậy. i _ độ dày lớp thứ i. gạch ceramic g = 2000( daN/m3),d = 20 vữa lót g = 1800 ( daN/m3),d= 20 bê tông cốt thép g = 2500(daN /m3), d =120 vữa trác g = 1800(daN /m3),d = 15 Trần treo 15(daN /m2) Hình 2.2 Các lớp cấu tạo sàn Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.3 STT Các lớp cấu tạo g (daN/m3) d (mm) n gstc (daN/m2) gstt (daN/m2) 1 Gạch ceramic 2000 20 1.1 40 44 2 Vữa lót 1800 20 1.3 36 46.8 3 Sàn BTCT 2500 120 1.1 300 330 4 Vữatrát 1800 15 1.3 27 35.1 5 Trần treo 1.2 15 18 S gstt 473.9 Bảng 2.3 .Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo trên sàn 2.2.2 Tải trọng tạm thời - Tải trọng tạm thời (hoạt tải) tiêu chuẩn phân bố trên sàn lấy theo Bảng 3 TCVN 2737:1995 trong đó : ptc _ tải trọng tiêu chuẩn lấy theo Bảng 3 TCVN 2737:1995 phụ thuộc vào công năng cụ thể từng phòng; n _ hệ số độ tin cậy,theo 4.3.3 TCVN 2737:1995; + n = 1.3 ptc < 200 (daN/m2); + n = 1.2 ptc 200 (daN/m2); - Theo 4.3.4 TCVN 2737:1995, khi tính toán bản sàn, tải trọng toàn phần trong bảng 3 được phép giảm như sau : - Đối với các phòng nêu ở mục 1, 2, 3, 4, 5 bảng 3 nhân với hệ số A1 (A > A1 = 9 m2) - Đối với các phòng nêu ở mục 6, 7, 8, 10, 12, 14 bảng 3 nhân với hệ số A2 (A > A2 = 36 m2) trong đó : A _ diện tích chịu tải. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.4 Kí hiệu Công năng Diện tích A (m2) Hệ số yA Hoạt tải tiêu chuẩn ptc (daN/m2) n Hoạt tải tính toán ptt (daN/m2) S1 Văn phịng 31.9 0.719 200 1.2 172.5 S2 Văn phịng 30.0 0.774 200 1.2 185.7 S3 Văn phịng 33.8 0.758 200 1.2 182.0 S4 Văn phịng 34.0 0.757 200 1.2 181.7 S5 Văn phịng 16.0 0.875 200 1.2 210 S6 Văn phịng 38.3 0.743 200 1.2 178.2 S7 Văn phịng 36.0 0.75 200 1.2 180 S8 Sảnh thang 14.4 0.895 300 1.2 322.3 S9 Nhà tắm,tollet 31 0.769 200 1.2 184.7 S10 Sảnh thang 28.8 0.780 300 1.2 280.6 S11 Sảnh thang 19.0 0.844 300 1.2 303.8 S12 Sảnh thang 6.1 1.106 300 1.2 398.3 S13 Nhà tắm,tollet 45.6 0.722 200 1.2 173.3 Bảng 2.4 :Hoạt tải tác dụng lên sàn 2.2.3 Tải trọng tường ngăn : - Trọng lượng tường ngăn trên sàn được qui đổi thành tải trọng phân bố đều trên sàn (cách tính này đơn giản mang tính chất gần đúng). Tải trọng tường ngăn có xét đến sự giảm tải (trừ đi 30% diện tích lỗ cửa) được tính theo công thức sau: (daN/m2) trong đó : n _ hệ số độ tin cậy,n = 1.3; lt _ chiều dài tường (m); ht _ chiều cao tường (m); gt _ trọng lượng đơn vị tường tiêu chuẩn; + gt =180 daN/m3 (tường gạch 100); + gt = 330 daN/m3 (tường gạch 200); A : diện tích ô sàn có tường ngăn,A = ln.ld (m2); Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.5 Kí hiệu Diện tích A (m2) Chiều dài tường lt (m) Chiều cao tường ht (m) Trọng lượng đơn vị tường gttc (daN/m3) Trọng lượng tường có cửa 70%gttc (daN/m3) Hệ số độ tin cậy n Trọng lượng tường qui đổi gtqđ (daN/m2) S1 31.9 23.5 2.9 180 126 1.3 350.2 S2 30.0 15.5 2.9 180 126 1.3 245.4 S3 33.8 16.5 2.9 180 126 1.3 232.2 S4 34.0 20.3 2.9 180 126 1.3 283.6 S5 16.0 12.0 2.9 180 126 1.3 356.3 S6 38.3 17.5 2.9 180 126 1.3 217.3 S7 36.0 12.5 2.9 180 126 1.3 164.9 S8 14.4 7.8 2.9 180 126 1.3 257.3 S9 31 11.2 2.9 180 126 1.3 171.6 S10 28.8 12.0 2.9 180 126 1.3 197.9 S11 19.0 9.0 2.9 180 126 1.3 224.5 S12 6.1 5.2 2.9 180 126 1.3 403.6 S13 45.6 3.7 2.9 180 126 1.3 142.7 Bảng 2.5 :Tải trọng tường qui đổi phân bố đều trên sàn 2.3 Tính toán các ô sàn 2.3.1 Tính toán các ô bản làm việc 1 phương (bản loại dầm) - Các ô bản loại dầm là các ô bản S6, S7, S10. - Các giả thiết tính toán : Ô bản được tính toán như ô bản đơn, bỏ qua ảnh hưởng của ô sàn bên cạnh. Ô bản được tính theo sơ đồ đàn hồi. Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1 m theo phương cạnh ngắn để tính toán. Nhịp tinh toán là khoảng cách giữa hai trục dầm. Xác định sơ đồ tính toán bản sàn - Xét tỉ số để xác định liên kết giữa bản sàn với dầm. Theo đo ù: Bản sàn liên kết ngàm với dầm. Bản sàn liên kết khớp với dầm. Sơ đồ tính của các ô sàn được trình bày trong bảng 2.6 Ô sàn Dầm Tỉ số hd/hs Liên kết Sơ đồ tính Kí hiệu hs(cm) Kí hiệu hd(cm) S6 12 D6 80 6.6 Ngàm D4 80 6.6 Ngàm S7 12 D6 80 6.6 Ngàm D5 80 6.6 Ngàm S10 12 D12 80 6.6 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm Bảng 2.6 : Sơ đồ tính bản sàn loại dầm Hình 2.3 .Sơ đồ tính bản sàn loại dầm Xác định nội lực - Giá trị momen gối và momen nhịp của dải bản được tính theo công thức sau : Momen nhịp Mnh = (daN.m); Momen gối Mg = (daN.m); trong đó : q _ tải trọng toàn phần; q = gstt + gtqđ + pstt; Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.7 Kí hiệu Nhịp Tĩnh tải Hoạt tải Tải trọng toàn phần Giá trị moment ln (m) gstt (daN/m2) gtqđ (daN/m2) pstt (daN/m2) q (daN/m2) Mn (daN.m) Mg (daN.m) S6 4.25 473.9 217.3 178.2 869.4 654.3 1308.6 S7 4.0 473.9 164.9 180 818.8 545.9 1091.7 S10 3.2 473.9 197.9 280.6 907.4 387.2 774.3 Bảng 2.7 : Xác định nội lực trong bản sàn loại dầm Tính toán cốt thép - Ô bản như cấu kiện chịu uốn. - Giả thiết tính toán : a = 2 cm _ khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho _ chiều cao có ích của tiết diện, ho = hs – a = 12 – 2 = 10 cm; b = 100 cm bề rộng tính toán của dải bản; Đặc trưng vật liệu tính toán được trình bày trong bảng 2.8 Bê tông M250 Cốt thép CI Rn (daN/cm2) Rk (daN/cm2) Eb (daN/cm2) ao Ra (daN/cm2) Ra’ (daN/cm2) Ea (daN/cm2) 110 8.8 2,65.105 0.58 2000 2000 2,1.106 Bảng 2.8: Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán. - Diện tích cốt thép được tính bằng công thức sau : (cm2) trong đó : với - Kiểm tra hàm lượng cốt thép (theo Bảng 15 TCVN 5574 :1991) - Giá trị hợp lí {0.3%0.9%] theo [19]). - Kết quả tính toán trình bày trong bảng 2.9 Bảng 2.9 : Tính toán cốt thép cho bản sàn loại dầm 2.3.2 Tính toán các bản sàn làm việc 2 phương (sàn bản kê 4 cạnh) - Các ô bản loại bản kê 4 cạnh là các ô : S1, S2, S3, S4, S5, S8, S9, S11, S12, S13. - Các giả thiết tính toán : Ô bản được tính toán như ô bản liên tục, có xét đến ảnh hưởng của ô bản bên cạnh. Ô bản được tính theo sơ đồ đàn hồi. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục dầm. Xác định sơ đồ tính toán của bản sàn : Xét tỉ số giữađể xác định liên kết giữa cạnh bản sàn với dầm. Điều kiện tương tự như 2.3.1.a. Kết quả được trình bày trong bảng 2.10. Ô sàn Dầm Tỉ số Liên kết Sơ đồ tính Kí hiệu hs(cm) Kí hiệu hd(cm) SS1 112 D1 60 5 Ngàm (9) D7 50 4.2 Ngàm D4 80 6.6 Ngàm D8 60 5 Ngàm SS2 112 D2 60 5 Ngàm (9) D8 60 5 Ngàm D8 60 5 Ngàm D5 80 6.6 Ngàm SS3 112 D3 60 5 Ngàm (9) D8 60 5 Ngàm D8 60 5 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm SS4 112 D9 50 4.2 Ngàm (9) D10 70 5.8 Ngàm D4 80 6.6 Ngàm D4 80 6.6 Ngàm SS5 112 D10 70 5.8 Ngàm (9) D10 70 5.8 Ngàm D5 80 6.6 Ngàm D5 80 6.6 Ngàm SS8 112 D10 70 5.8 Ngàm (9) D10 70 5.8 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm SS9 112 D13 40 3.3 Ngàm (9) D10 70 5.8 Ngàm D15 40 3.3 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm SS11 112 D12 80 6.6 Ngàm (9) D12 80 6.6 Ngàm D14 40 3.3 Ngàm D14 40 3.3 Ngàm SS12 112 D12 80 6.6 Ngàm (9) D12 80 6.6 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm D6 80 6.6 Ngàm SS13 112 D6 80 6.6 Ngàm (9) D6 80 6.6 Ngàm D10 70 5.8 Ngàm D16 80 6.6 Ngàm Bảng 2.10 : Xác định sơ đồ tính cho sàn bản kê Xác định nội lực - Moment dương lớn nhất giữa nhịp : theo [9] M1 = M1’ + M1’’ = m11.P’ + mi1.P’’ M2 = M2’ + M2’’ = m12.P’ + mi2.P’’ với : P’ = q’.ln.ld ; q’= ; P’’ = q’’.ln.ld ; q’’= g+; trong đó : g - tĩnh tải ở ô bản đang xét; P - hoạt tải ở ô bản đang xét; mi1(2) - kí tự i là số hiệu của bản đang xét; kí tự 1(2) là phương của ô bản đang xét; - Theo bảng 2.10 các ô bản đều thuộc ô bản số 9 ( 4 cạnh ngàm) nên i = 9 - Moment âm lớn nhất trên gối : MI = k91.P MII= k92.P với : P = (gstt + gtqđ + pstt) .ln.ld ; trong đó : P _ tổng tải trọng tác dụng lên ô bản; các hệ số , m91, m92, k91, k92 được tra bảng phụ thuộc vào tỉ số; Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.11 Bảng 2.11 Nội lực bản kê dạng ô bản liên tục Hình 2.4 : Mặt bằng sơ đồ tính Tính toán cốt thép - Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn. - Giả thiết tính toán : a1 = 1.5 cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bê tông chịu kéo. a2 = 2 cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bê tông chịu kéo. ho chiều cao có ích của tiết diện : + ho1 = 12 – 1.5 = 10.5 cm; + ho2 = 12 – 2 = 10 cm; b = 100 cm bề rộng tính toán của dải bản. - Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.8, công thức tính toán và kiểm tra hàm lượng m với điều kiện tương tự như 2.3.1 c Bảng 2.12 Tính toán cốt thép cho bản sàn loại bản kê cạnh - Kết luận : Các kết quả tính toán đều thỏa mãn khả năng chịu lực và điều kiện kiểm tra, cho nên các giả thiết ban đầu là hoàn toàn hợp lí. .Bố trí cốt thép sàn - Cốt thép sàn được bố trí trong bản vẽ KC 01/07