Tính toán khung trục 3

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN KHUNG TR ỤC 3 CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN KHUNG 6.1. TÍNH TOÁN NỘI LỰC : Sau khi tính toán được giá trị cuối cùng của tải trọng gió như bảng 5.10, ta sẽ nhập giá trị này vào mô hình rồi giải lại một lần nữa. Kết quả nội lực đó sẽ được dùng cho việc tính toán cốt thép 6.1.1. ĐỊNH NGHĨA TRƯỜNG HỢP TẢI : Nhập gió theo phương X (GX) : Nhập gió theo phương ngược X (GXX) : Nhập gió theo phương Y (GY) : Nhập gió theo phương ngược Y (GYY) : 6.1.2. TỔ HỢP TẢI TRỌNG VÀ BIỂU ĐỒ BAO NỘI LỰC : 6.1.3. GÁN TÊN CHO VÁCH CỨNG : Để thuận tiện cho việc tính toán, ta đặt tên cho vách cứng cần tính toán là V1 6.2. TÍNH TOÁN CỐT THÉP : Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán được lấy theo bảng 6.1 Bảng 6.1: Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông cấp độ bền B20 Cốt thép CI Rb(MPa) Rbt(MPa) Eb(MPa) Rs(MPa) Rsc(MPa) Es(MPa) 11.5 0.9 27×103 225 225 21×104 6.2.1. TÍNH TOÁN CỐT THÉP CỘT : Do khung tính toán là khung không gian, nên ta sẽ tính toán cốt thép cột theo cả 2 phương X và Y, nghĩa là cột chịu nén lệch tâm xiên. Ta chọn ra ba tổ hợp nội lực ứng với từng tiết diện cột để tính toán : Nmax, MXtư, MYtư Ntư, MXmax, MYtư Ntư, MXtư, MYmax Đối với các cột ở tầng mái, việc tính toán là hoàn toàn tương tự như các cột ở tầng dưới, tuy nhiên nội lực của các cột ở tầng mái là rất nhỏ so với tiết diện cột đã chọn, do đó ta không cần tính toán mà bố trí cốt thép theo yêu cầu cấu tạo. Ở đây chỉ trình bày việc tổ hợp nội lực và tính toán cốt thép cho các cột từ tầng hầm đến tầng kỹ thuật. Kết quả tổ hợp nội lực được trình bày như các bảng dưới đây : Việc tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên được trình bày như lưu đồ bên dưới : N,,,,,,,,, a, , Đ , Đ S S Tính theo phương Y S Đ Tính theo phương X Đ S S Đ Đ Lệch tâm rất bé (LTRB) Lệch tâm lớn (LTL) Lệch tâm bé (LTB) S Nhận xét, đánh giá và xử lý kết quả Việc kiểm tra ccáu kiện chịu nén lệch tâm xiên được thực hiện như lưu đồ dưới đây : N,,,,,,,,, a, , , S Đ Nén lệch tâm bé Nén lệch tâm lớn Trong đó : : khả năng chịu nén đúng tâm, xác định theo công thức sau : : khả năng chịu nén trường hợp nén lệch tâm phẳng khi tính toán theo phương X. được xác định bằng biểu đồ tương tác theo giá trị đã biết của hoặc của . Hoặc cũng có theo tính toán theo phương pháp gần đúng Hình 6.1: Biểu đồ tương tác xác định Nx : khả năng chịu nén trường hợp nén lệch tâm phẳng khi tính toán theo phương Y. được xác định bằng biểu đồ tương tác theo giá trị đã biết của hoặc của . Hoặc cũng có theo tính toán theo phương pháp gần đúng Hình 6.2: Biểu đồ tương tác xác định Ny , là khả năng chịu moment uốn được xác định theo trường hợp nén lệch tâm phẳng theo hai phương X và Y với lực nén N. Giá trị của và được xác định bằng biểu đồ tương tác hoặc bằng phương pháp gần đúng Hình 6.3: Biểu đồ tương tác xác định và Nhận xét : Cách xác định các đại lượng như trên là khá đơn giản khi có biểu đồ tương tác, nhưng việc xây dựng biểu đồ tương tác lại khá công phu. Còn việc tính toán gần đúng lại thường cho kết quả không chính xác đúng với khả năng chịu lực của tiết diện, hơn nữa việc làm này cũng tương đối mất nhiều thời gian. Do đó theo kiến nghị của sinh viên thực hiện đồ án này ta không nên thiết kế cốt thép cho một bộ ba nội lực rồi kiểm tra cho các tiết diện còn lại, mà nên thiết kế cho tất cả các bộ ba nội lực, sau đó chọn kết quả cốt thép lớn nhất để bố trí 6.2.1.1. TÍNH TOÁN CỐT THÉP CỘT 3E : Các kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 6.5 6.2.1.2. TÍNH TOÁN CỐT THÉP CỘT 3A : Các kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 6.7 6.2.1.3. TÍNH TOÁN CỐT THÉP CỘT 3B : Các kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 6.9 6.2.1.4. TÍNH TOÁN CỐT ĐAI CHO CÁC CỘT : Lực cắt trong các cột là tương đối nhỏ,bê tông đã đủ khả năng chịu lực cắt do đó không cần tính cốt đai cho cột mà chỉ bố trí theo yêu cầu cấu tạo f8a250 6.2.2. TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM : Sử dụng kết quả do phần mềm xuất ra để tính toán đối với tổ hợp bao (COMBBAO). Các dầm được tính toán theo sơ đồ đàn hồi. Ta sẽ tính toán các dầm với các nhịp là 3A – 3B; 3B – 3C; 3D – 3E. Đối với các dầm có chung một nhịp, sự thay đổi nội lực giữa các dầm theo các tầng là không đáng kể, do đó ta sẽ dùng kết quả nội lực lớn nhất để thiết kế cốt thép cho các dầm có cùng nhịp. Đối với các dầm có nhịp là 3A – 3B và 3B – 3C, có chung gối 3B, ta sử dụng kết quả nội lực ở phiá lớn hơn để tính toán cốt thép gối Nội lực dùng để tính toán cốt thép cho các dầm được trình bày như trong bảng sau đây : Đối với các tiết diện ở gối ta sẽ tính toán như tiết diện chữ nhật có kích thước , việc tính toán này được tiến hành theo lưu đồ đã trình bày ở mục 2.3.1.c Đối với các tiết diện ở nhịp việc tính toán theo tiết diện chữ nhật hay chữ T sẽ phụ thuộc vào vị trí của trục trung hòa, các kích thước của tiết diện chữ T được thể hiện như trên hình vẽ Sf tính từ mép dầm không được lớn hơn 1/6 nhịp cấu kiện Khi có dầm ngang hoặc khi : Sf không lớn hơn 1/2 khoảng cách giữa các dầm dọc Khi không có dầm ngang hoặc khi khoảng cách giữa chúng lớn hơn khoảng cách giữa các dầm dọc và khi : Sf Theo cách xác định như trên ta tính được : Hình 6.4: Các kích thước của tiết diện chữ T Việc tính toán theo tiết diện chữ T được thực hiện như lưu đồ trang bên : M, b, h, bf, hf, a, Rb, RS, , Trục trung hòa qua cánh tính theo tiết diện chữ nhật Trục trung hòa qua sườn tính theo tiết diện chữ T S Đ 1.Tăng b, h 2.Tăng cấp độ bền 3.Bài toán cốt kép S Đ 1. Điều chỉnh lại b, h 2. Điều chỉnh lại cấp độ bền S Đ Chọn và bố trí cốt thép Bảng 6.12: Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông cấp độ bền B20 Cốt thép CII Rb(MPa) Rbt(MPa) Eb(MPa) Rs(MPa) Rsc(MPa) Es(MPa) 11.5 0.9 27×103 280 280 21×104 Vì nội lực do phần mềm xuất ra là khá lớn, do đó so với các tiết diện dầm đã chọn như ban đầu, ta sẽ chọn lại như bảng 6.13 dưới đây : Bảng 6.13 : Kích thước tiết diện dầm Loại dầm Kí hiệu Nhịp(m) Hệ số Chiều caohd (m) Bề rộngbd (m) Chọn tiết diện hd× bd (cm × cm) Dầm khung D1 7.5 18 0.42 0.14 45 × 25 D2 8.5 18 0.47 0.16 45 × 25 D3 8.7 14 0.62 0.21 75 × 25 D4 3.1 18 0.17 0.06 45 × 25 D5 2.8 18 0.16 0.05 45 × 25 D6 3.3 18 0.18 0.06 45 × 25 D7 6.2 18 0.34 0.11 45 × 25 D8 3 18 0.17 0.06 45 × 25 D9 6.2 18 0.34 0.11 45 × 25 D10 3.4 18 0.19 0.06 45 × 25 Chọn Ta có : lớn hơn các giá trị của do đó ta sẽ tính toán moment ở nhịp theo tiết diện chữ nhật có cạnh Các kết quả tính toán được trình bày như bảng 6.12 Tính toán cốt đai : Sử dụng lực cắt lớn nhất xuất hiện trong dầm nhịp 3A – 3B để thiết kế, Q = 254.47 kN = 254470N Chọn đường kính cốt đai dsw=8mm, số nhánh đai n =2. Khoảng cách cốt đai theo tính toán : Trong đó : đối với tiết diện chữ nhật Khoảng cách cốt đai lớn nhất : Trong đó : khi trong dầm không có lực dọc Khoảng cách cốt đai theo cấu tạo trên đoạn dầm có Qmax : khi chiều cao dầm Chọn : Vậy ta bố trí cốt đai f8a150 cho đoạn l/4 hai đầu dầm, đoạn l/4 còn lại đuợc bố trí theo cấu tạo f8a250 Ta tiến hành kiểm tra lại cốt đai vừa chọn. Điều kiện cần kiểm tra là : Vậy ta sử dụng cốt đai như đã chọn để thiết kế. Tại các vị trí dầm phụ gối lên dầm chính cần bố trí cốt treo như sau : Trong đó : F : là phản lực do dầm chính truyền lên dầm phụ, ta lấy giá trị lớn nhất để thiết kế là 145.55 kN h0 - chiều cao của dầm DĐ4 Dùng đai f8 hai nhánh thì số lượng đai cần thiết là : Vậy ta đặt mỗi bên mép dầm phụ 4 đai, trong đoạn 24cm, khoảng cách giữa các đai là 7cm 6.2.3.TÍNH TOÁN CỐT THÉP VÁCH : Việc tính toán vách cứng hiện nay là khá phức tạp.Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam như TCXDVN 356 : 2005 hay TCXDVN 5574 : 1991 chưa đề cập cụ thể việc tính toán loại cấu kiện này, do đó gây khó khăn cho việc áp dụng trong thực tế thiết kế 6.2.3.2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN : Thông thường các vách cứng dạng console phải chịu tổ hợp nội lực sau : . Do vách cứng chỉ chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó nên bỏ qua khả năng chịu monment ngoài mặt phẳng và lực cắt theo phương vuôn góc với mặt phẳng , chỉ xét tới tổ hợp nội lực Hình 6.7 : Nội lực tác dụng lên vách Nội lực tính toán của vách được tổ hợp như trong bảng 6.13 : Việc tính toán tác dụng đồng thời của moment và lực cắt rất phức tạp và khó thực hiện được. Cho nên đến nay trong các tiêu chuẩn thiết kế vẫn tách riêng việc tính cốt dọc và cốt đai. Việc tính toán cốt thép dọc cho vách phẳng có thể sử dụng nhiều phương pháp, thông dụng nhất là ba phương pháp sau : Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi Phương pháp giả thiết vùng biên chịu moment Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác Trong đồ án này chỉ trình bày theo phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi. Nội dung phương pháp này như sau : Mô hình : Phương pháp này chia vách thành những phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng tâm, coi như ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử sau đó tính toán cốt thép cho từng phần tử. Bản chất của phương pháp này là coi vách như những cột nhỏ chịu nén hoặc kéo đúng tâm Các giả thiết cơ bản : Vật liệu đàn hồi Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép cùng chịu Các bước tính toán : Xác định trục chính và moment quán tính chính trung tâm Chia vách thành những phần tử nhỏ Hình 6.8: Minh họa cách chia phần tử Tính lực dọc tác dụng vào mỗi phần tử do lực dọc N và moment My gây ra : (7) Tính cốt thép chịu nén, chịu kéo Diện tích cốt thép chịu kéo : Trong đó : là diện tích toàn bộ cốt thép dọc là cường độ chịu kéo của cốt thép Diện tích cốt thép chịu nén : Trong đó : là hệ số uốn dọc Khi bỏ qua uốn dọc, lấy Khi có thể xác định theo công thức thực nghiệm : cường độ tính toán về nén của bê tông. Khi tính toán các cấu kiện chịu nén cần chú ý đến hệ số làm việc, cường độ tính toán về nén của cốt thép diện tích của toàn bộ cốt thép dọc diện tích tiết diện bê tông Gọi A là diện tích tiết diện thì . Tuy nhiên khi thì có thể lấy gần đúng Kiểm tra hàm lượng cốt thép, hàm lượng cốt thép chịu kéo lớn nhất là 3%, chịu nén lớn nhất là 3%. Nếu , đặt cốt thép theo yêu cầu cấu tạo. Trong đồ án này đối với các phần tử chịu nén, các lực nén là rất bé so với khả năng chịu nén của bê tông, với được xác định như sau : Do đó ta không cần đi tính cốt thép cho các phần tử chịu nén mà chỉ tính cho các phần tử chịu kéo Đặc trưng sử dụng vật liệu lấy theo bảng 6.12 Theo (7) ta thấy không cần phải tính toán hoặc kiểm tra với nhiều tổ hợp nội lực mà chỉ cần tính toán với tổ hợp nội lực làm cho giá trị Ni max. Cụ thể như sau : Hình 6.9: Chia phần tử vách cứng Ta sẽ tính toán cốt thép cho 9 phần tử đầu, phần còn lại được bố trí cốt thép đối xứng Chi tiết về bố trí cốt thép của khung trục 3 được trình bày như trong các bản vẽ KC 4÷8