Tính toán hệ khung (hệ cột và hệ dầm)

CHƯƠNG IV: TÍNH KHUNG Hệ khung (hệ cột & hệ dầm) là hệ bất biến hình (nhiều nhịp, nhiều tầng); là kết cấu trung gian nhận tải trọng từ sàn truyền xuống móng. Khung được dùng là khung toàn khối (các cấu kiện cột, dầm, sàn được đổ bêtông toàn khối), loại này dùng rất phổ biến vì: có độ cứng lớn, các nút khung là các nút cứng. Hệ khung là hệ không hoàn toàn: vì hệ khung ngoài hệ dầm và cột còn có cả tường (vách cứng) chịu lực cùng tham gia chịu lực. Liên kết giữa chân cột và móng được xem là liên kết cứng, bởi khung thiết kế là khung toàn khối, mặt móng trùng với mặt sàn tầng hầm (có độ cứng rất lớn). IV.1 - CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC KHUNG * Các nguyên tắc chọn sơ đồ tính: - Vị trí ngàm của khung là mặt trên của sàn tầng hầm (đúng với sơ đồ thực, vì khi thi công móng, thông thường mặt trên của móng trùng với mặt trên sàn tầng hầm, và vị trí ngàm của cột cũng đúng tại vị trí này). - Trục khung được lấy là trục dầm và trục cột, - Liên kết giữa dầm - cột, cột - móng là liên kết ngàm. - Công trình gồm nhiều khung ngang, khung dọc, và hệ lõi vách tham gia chịu lực. - Xét tỷ lệ L/B = 40/27 = 1,48 < 1,5 do đó nội lực theo phương ngắn sẽ lớn hơn so với phương còn lại. Tuy nhiên kết cấu là hệ khung , lõi, vách do vậy ta giải nội lực theo sơ đồ không gian. IV.1.1 - CHỌN KÍCH THƯỚC DẦM Có 2 cách sơ bộ chọn: - Cách 1: tách riêng từng dầm, xem các dầm đơn giản, chịu tác dụng của tải trọng tính toán: q = g + p (xác định theo diện truyền tải trên mặt bằng sàn). Momen lớn nhất M=ql2/8, momen tính toán là M0=(0,6¸0,7)M, chọn trước bề rộng dầm (b) và chiều cao xác định theo công thức sau: ® h=h0+a - Cách 2: chọn trước b, và h xác định theo công thức sau: ; với L: nhịp dầm (Cách này hay dùng vì nhanh, đơn giản. Việc chọn chỉ mang tính sơ bộ, nếu khi tính toán mà không thoả phải thay đổi kích thước tính lại). Trong đồ án này ta dùng cách 2 để sơ bộ chọn kích thước dầm: - Kích thước các dầm nằm trên trục 1-2-3-4: + Chọn sơ bộ h =: Nhịp 1-2, 3-4: h= Với phương án dầm đứng: ® chọn h = 700mm; chọn b = 400mm Với phương án dầm ngang: ® chọn h = 500mm; chọn b = 900mm Nhịp 2-3: L = 14600mm: Với phương án dầm đứng: ® chọn h = 750mm; chọn b = 400mm Với phương án dầm ngang: ® chọn h = 500mm; chọn b = 900mm - Kích thước các dầm nằm trên trục A-B-C-D-E: + Chọn sơ bộ h= Nhịp B-C,D-E: h= Với phương án dầm đứng: ® chọn h = 600mm; chọn b = 400mm Với phương án dầm ngang: ® chọn h = 500mm; chọn b = 900mm TIẾT DIỆN DẦM DẦM Bchọn (cm) Hchọn (cm) DẦM Bchọn (cm) Hchọn (cm) B1 30 70 B9 90 50 B2 90 50 B10 30 70 B3 30 70 B11 30 70 B4 90 50 B12 70 50 B5 90 50 B13 30 70 B6 30 70 B14 30 35 B7 30 70 B15 30 35 B8 90 50 Phân tích phương án lựa chọn kích thước tiết diện dầm: (đối với vật liệu BTCT thông thường, không xét đến các trường hợp BTCT ứng lực trước…) Phương án dầm dẹp Phương án dầm đứng - thẩm mỹ: đẹp về mặt kiến trúc - lợi về chiều cao thông thuỷ -> giảm chiều cao công trình - lợi về kinh tế - không thể sử dụng được cho nhịp có khẩu độ lớn - thẩm mỹ: không đẹp về mặt kiến trúc - hạn chế chiều cao thông thuỷ -> tăng chiều cao công trình - không lợi về kinh tế - có thể sử dụng được cho nhịp có khẩu độ lớn IV.1.2 - CHỌN KÍCH THƯỚC CỘT - Tải trọng từ sàn truyền vào cột theo diện truyền tải: + Diện tích truyền tải tầng thứ i là Si = (m2) + Tải trọng tính toán tác dụng lên cột: Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn (gs) Hoạt tải sàn (ps) Trọng lượng bản thân dầm trong phạm vi diện truyền tải Si (gd) Trọng lượng tường xây trên dầm trong phạm vi diện truyền tải Si: Trọng lượng bản thân của cột trong tầng đang tính (gc) + Lực dọc tác dụng lên cột của tầng bất kì: Ni = (gs+ps)Si+gd+gt+gc + Tổng lực tác dụng lên cột của tầng trên cùng đến tầng đang xét: N= n- số tầng trên tầng đang xét Trong thực tế thì vì xác định sơ bộ kích thước cột nên ta bỏ đi 2 thành phần là gd và gc, và thực tế cột còn chịu tác dụng của gió nên khi tính toán ta tăng N lên 20-50% để tính: Ntt = (1,2¸1,5)N Cột được xem là nén đúng tâm, ta có thể tính sơ bộ diện tích tiết diện cột theo công thức sau: Fc = Trọng lượng bản thân tường: qt =n´ dt´ gt´(ht-hd) (daN/m) Dự kiến thay đổi tiết diện cột tại các tầng: (5 tầng thay đổi 1 lần: để hạn chế bớt sự lệch tâm của các cột biên (sẽ rất phức tạp nếu để vào trong tính toán và khó lường trước phát sinh moment trong quá trình thi công) nhất là ở các tầng trên cao, do đó ta sẽ thay đồi đều 5 tầng 1 lần và khống chế sao cho sự thay đổi tiết diện của hai tầng kề nhau chênh lệch không quá nhiều (kích thước theo mỗi phương không thay đổi quá 10cm), tức là độ cứng đảm bảo thay đổi đều dần lên trên). Những qui định chung khi chọn kích thước cột: - Giá trị tải trọng phân bố trên sàn gồm chung tĩnh tải và hoạt tải, sơ bộ xem là như nhau trên các ô bản của sàn, lấy giá trị tính toán là: Q = 1100daN/m2 - Có thể xem tải trọng tác dụng tại ô cầu thang, ô ramp dốc như tải cuả sàn để chọn sơ bộ tiết diện cột. - Do hệ dầm có tiết diện lớn, nên để đảm bảo điều kiện nút cứng trong kết cấu cũng như khả năng tiếp thu tải trọng cuả cột, tiết diện cột nên đủ rộng để đỡ hệ dầm (bc ³ bd) Chọn tiết diện cột theo các bước sau: - Diện truyền tải cho cột thứ i, sàn tầng thứ j là: Si = -Tầng j (Cao hình +z m): + Tải tác dụng lên chân cột là: Nj = Q´ Trong đó:: tổng diện truyền tải của cột i trên tầng đang xét Q: tổng tĩnh tải và hoạt tải phân bố trên sàn (tạm lấy giá trị tính toán là Q=1100daN/m2) + Diện tích tiết diện cột chọn sơ bộ: Trong đó: Rn=130daN/cm2 (bê tông dùng mác300) * Nhận xét: Có một số cột ta chọn tiết diện nhỏ hơn tiết diện yêu cầu, nếu sau khi tính không đủ khả năng chịu lực, hoặc nó đủ khả năng chịu lực nhưng hàm lượng cốt thép lớn hơn hàm lượng max, ta có thể tăng tiết diện theo yêu cầu của kết cấu. SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT TẦNG DƯỚI CÙNG Cột Si (cm2) Q (daN/cm2) Ntậptrung (daN) N (daN) Ntổng (daN) F (cm2) B (cm) H (cm) Bchọn (cm) Hchọn (cm) C1 58.4 1100 0 642400 642400 4941.56 70.3 70.3 80 80 C2 49.3 1100 0 542300 542300 4171.56 64.5 64.5 80 80 C3 36 1100 0 356000 356000 2738.46 52.3 52.3 80 80 C4 42 1100 0 462000 462000 3553.85 59.6 59.6 80 80 C5 76.5 1100 0 841000 821000 6315.37 79.5 79.5 90 90 C6 76.5 1100 0 841000 821000 6315.37 79.5 79.5 90 90 C7 42 1100 0 462000 462000 3553.85 59.6 59.6 80 80 C8 36 1100 0 356000 356000 2738.46 52.3 52.3 80 80 C9 36 1100 0 356000 356000 2738.46 52.3 52.3 80 80 C10 52.4 1100 0 576400 576400 4433.85 66.6 66.6 80 80 Ghi chú: Ở đây ta xem tầng 1 là tầng hầm của công trình để tiện cho việc khai báo trong chương trình ETABS. TIẾT DIỆN CỘT SAU KHI TÍNH TOÁN Cột HẦM -> TẦNG 2 TẦNG 3 -> TẦNG 5 TẦNG 6 -> TẦNG MÁI C1 80x80 75x75 70x70 C2 80x80 75x75 70x70 C3 80x80 75x75 70x70 C4 80x80 75x75 70x70 C5 90x90 85x85 80x80 C6 90x90 85x85 80x80 C7 80x80 75x75 70x70 C8 80x80 75x75 70x70 C9 80x80 75x75 70x70 C10 80x80 75x75 70x70