Tổng quan cơ sở tính toán – đặc trưng vật liệu

PHẦN II: KẾT CẤU KHỐI LƯỢNG : 70% GVHD : Thầy NGUYỄN TRÍ DŨNG. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN – ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU I. Cơ sở tính toán: Các tính toán thiết kế cho công trình đều dựa vào Hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam và các Tiêu chuẩn ngành sau: TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 5574 – 1991: Kết cấu bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế; TCXD 198 – 1998: Nhà cao tầng– Thiết kế cấu tạo bêtông cốt thép toàn khối; TCXD 205 – 1998: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế; TCXD 195 – 1997: Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi. II. Đặc trưng vật liệu: Để có sự thống nhất trong toàn bộ công trình và đơn giản trong quá trình thi công ta thống nhất sử dụng duy nhất một loại vật liệu (bêtông, cốt thép) cho toàn bộ công trình. Cụ thể ta chọn vật liệu có các chỉ tiêu như sau: 1. Bêtông: Chọn bêtông #250 có các chỉ tiêu: Cường độ chịu nén tính toán: ; Cường độ chịu kéo tính toán: ; Mô đun đàn hồi: . Cốt thép: Cốt thép chịu lực có f > 10 dùng thép A-II có: Cường độ chịu nén, kéo tính toán: ; Cường độ tính cốt ngang: ; Mô đun đàn hồi: . Cốt thép đai có f £ 10 dùng thép A-I có: Cường độ chịu nén, kéo tính toán: ; Cường độ tính cốt ngang: ; Mô đun đàn hồi: . CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH. I . NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP - Sàn là kết cấu chịu lực, đồng thời lại là vách cứng làm cho ngôi nhà có đủ độ cứng và độ ổn định cần thiết theo phương ngang. Sàn và mái phải đảm bảo đầy đủ những yêu cầu về độ cứng, cường độ của nhà phải thoả mãn những đòi hỏi kiến trúc và công năng. - Cường độ và độ cứng được kiểm tra bằng tính toán khả năng chịu tải và biến dạng của các cấu kiện sàn khi chịu uốn. - Việc lựa chọn kiểu sàn bê tông cốt thép phụ thuộc công năng 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 và các yếu tố khác. - Sàn cũng là kết cấu cùng tham gia chịu tải trọng ngang bởi vì trong mặt phẳng ngang sàn có độ cứng khá lớn ( xem như tuyệt đối cứng theo phương ngang). II . BỐ TRÍ DẦM VÀ PHÂN LOẠI Ô SÀN 1. Chọn sơ bộ kích thước các tiết diện ban đầu của các cấu kiện. Kích thước dầm: Chiều cao dầm: Với :- m . là hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng. m= 8 ÷ 12 đối với dầm chính khung một nhịp. m= 12 ÷ 20 đối với khung nhiều nhịp hoặc dầm nhiều nhịp. l . nhịp dầm. Bề rộng: bb = (1/2 ÷ 1/4 ) hb Các thiết diện dầm được chọn D1 ( 400x800) với nhịp l= 10000 mm. D2 ( 200x400) với nhịp l= 5000mm D3 ( 200x400) với nhịp l= 4400mm D4 ( 200x400) với nhịp l= 3800mm D5 ( 200x500) với nhịp l= 6900mm a) Sơ đồ bố trí hệ dầm sàn MẶT BẰNG DẦM SÀN b) Chiều dày sàn: Chiều dày sàn được chọn theo công thức: với:- D = 0.9 : hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào hoạt tải sử dụng. - m = 45 : đối với sàn bản kê bốn cạnh. - m = 30 : đối với sàn bản loại dầm. Chọn ô sàn S4 có kích thước ( 5000x5000 ) lớn nhất làm ô điển hình để tính . Khi đó chiều dày sàn được tính như sau: = 100 mm Như vậy chọn 100 mm cho tất cả các lại. 2. Xác định tải trọng: Tỉnh tải sàn gồm trọng lượng bản thân và các lớp cấu tạo sàn . gi = d x g . trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn thứ i. ni . hệ số độ tin cậy các lớp cấu tạo thứ i. tỉnh tải: g = gi x ni Hoạt tải : ptc = hoạt tải tiêu chuẩn (TCVN2737-1995). npi : hệ số độ tin cậy hoạt tải. a) Tỉnh tải: * Cấu tạo sàn gạch ceramic g = 2000( kG/m3) d = 8 vữa lót g = 1800 ( kG/m3) d= 25 bê tông cốt thép g = 2500( kG/m3) d =100 vữa trát g = 1800( kG/m3) d = 15 BẢNG TÍNH TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN SÀN STT Các lớp cấu tạo sàn d(mm) g(daN/m3 ) Hệ số n Tải trọng tiêu chuẩn(daN/m2) Tải trọng tính toán(daN/m2) Lớp 1 Gạch ceramic 8 2000 1.1 16 17.6 Lớp 2 Vữa lót 25 1800 1.3 45 58.5 Lớp 3 BTCT 100 2500 1.1 250 275 Lớp 4 Vữa trát 15 1800 1.3 27 35.1 Tổng 386.2 b) Tải trọng tường qui đổi: * Do công trình có diện tích cưa nhỏ cho nên ta có thể bỏ qua sự chênh lệch khối lượng giữa tường và cửa. Khối lượng tường quy đổi được xác định theo cong thức sau: (kG/m2) Trong đó: - lt . chiều dài tường . - ht . chiều cao tường. - g . trọng lượng riêng. - l1, l2 . kích thức hai cạnh của ô sàn. * Kết quả: Nếu gt < 75 (kG/m2) thì lấy gt = 75 (kG/m2) để tính toán. Nếu gt >75 (kG/m2) thì lấy giá trị tính được để tính toán. * Ô sàn S2: - Kích thước :l1= 5m , l2 = 5 m. -Chiều dày tường : d = 100 mm => trọng lượng riêng g = 180 (kG/m2). - Chiều cao tường : ht = 3.3 m. - Chiều dài tường :lt = 5 m. - Hệ số vượt tải: n = 1.3 ( theo TCVN 2737- 1995). = 154.44 (kG/m2). c) Hoạt tải: Tra bảng theo “ TCVN 2737-1995 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG” BẢNG TÍNH HOẠT TẢI SÀN KÍ HIỆU Ô SÀN ptc (kG/m2) n Hệ số độ tin cậy ptt (kG/m2) Phòng ngủ 150 1.3 195 ô văn 150 1.3 195 Ban công 200 1.2 240 Hành lang 300 1.2 360 Vệ sinh 150 1.3 195 2.3. Phân loại sàn : Căn cứ vào kích thước, tải trọng và sơ đồ tính của từng loại phòng mà ta chia mặt bằng sàn thành 15 loại ô khác nhau đối với sàn tầng điển hình. Các ô được đánh số như trong hình vẽ: Căn cứ vào tỷ số ta chi bản sàn thành hai loại ô bản dầm(>2) và ô bản kê bốn cạnh (<= 2). BẢNG PHÂN LOẠI Ô SÀN SỐ HIỆU Ô SÀN L2 (m) L1 (m) Tỷ số L2 /l1 Số lượng Loại ô bản S1 5.0 5.0 1.0 6 BẢN KÊ S2 5.0 5.0 1.0 2 BẢN KÊ S3 5.0 4.4 1.25 8 BẢN KÊ S4 5.0 5.0 1.0 2 BẢN KÊ S5 3.8 3.0 1.27 1 BẢN KÊ S6 5.0 2.0 2.5 6 BẢN DẦM S7 5.0 3.0 1.67 4 BẢN KÊ S8 5.0 1.9 2.63 4 BẢN DẦM S9 5.0 3.8 1.32 1 BẢN KÊ S10 5.0 1.8 2.78 8 BẢN DẦM S11 6.9 1.4 4.92 2 BẢN DẦM S12 5.0 3.0 1.67 2 BẢN KÊ S13 5.0 1.8 2.78 1 BẢN DẦM III. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ TÍNH CỐT THÉP SÀN 1. Các ô bản kê - Các ô bản kê được tính như ô bản đơn, không xét đến ảnh hưởng của các ô lân cận. - Tính ô bản theo sơ đồ đàn hồi. - Cắt bản theo phương cạnh ngắn với dãy có bề rộng một mét để tính. - Tính là bản kê bốn cạnh đơn làm việc theo sơ đồ đàn hồi. Xác định nội lực và tính toán cốt thép: * Xác định nội lực: Dựa vào : -Tỷ số < 2 - Điều kiện liên kết ở 4 cạnh bản mà ta chọn ô bản tương ứng. ==> Các hệ số : mi1, mi2, ki1, ki2. Từ đó ta tính ra mômen nhịp và gối của các ô bản: * Mômen nhịp theo phương cạnh ngắn: M1 = mi1 .P * Mômen nhịp theo phương cạnh dài: M2 = mi2 .P * Mômen gối theo phương cạnh ngắn: MI = ki1 . P * Mômen gối cạnh dài: MII = ki2 . P Trong đó: - mi1, mi2,ki1, ki2, phụ thuộc vào tỉ số l1/l2 và sơ đồ làm việc của sàn,ta thấy sàn làm việc theo sơ đồ 9(4 cạnh ngàm). Các hệ số được tra trong sách “Kết cấu BTCT (phần cấu kiện nhà cửa)” của thầy VÕ BÁ TẦM - q =(gtt+ptt +gt) - P = q.l1.l2(kGm) -gtt,ptt:gt là tĩnh tải , hoạt tải và tải trọng tường qui đổi(kg/m2) l1,l2:chiều dài cạnh theo phương cạnh ngắn,cạnh dài(m) i:số thứ tự của ô bản(trường hợp này i=9) * Tính toán cốt thép: Cốt thép trong bản sàn được tính theo các công thức sau: < A0 a = 1 - Þ Vật liệu: -Bêtông mác 250 có Rn=110daN/cm2; Rk = 8,8 daN/cm2 , Ra a0= 0,58 Þ A0=0,412 - Thép sàn AI, Ra = Ra’= 2300 daN/cm2; Ø Tính cốt thép cho bản sàn như tính cấu kiện chịu uốn tiết diện b = 1m, *h = hb (bề dày cuả ô sàn). => Chọn a=2 cm (lớp bê tông bảo vệ) Ø Chiều cao làm việc: Đối với thép chịu mômen dương ở nhịp: theo phương cạnh ngắn h0= hb -a - Đối với thép chịu mômen dương ở nhịp: theo phương cạnh dài h0= hb - a-0.5 - Đối với thép chịu mômen âm ở gối: theo cả hai phương h0 = hb- a 2. Ô bản dầm Khi tỷ số , thì có thể xem bản sàn chỉ làm việc một phương (theo phương cạnh ngắn) và truyền tải trọng trực tiếp lên cho dầm. Để tính ô bản dầm làm việc 1 phương ta : Cắt ra theo phương cạnh ngắn một dãi bản rộng 1m để tính với sơ đồ tính là dầm tùy theo liên kết của hai cạnh ngắn (Khi sàn tựa lên dầm thoả điều kiện hd/hs / 3 thì coi như sàn ngàm vào dầm, (trái lại coi như tựa khớp lên dầm,hay để tự do.) Sơ đồ tính nội lực sau : Nội lực: mômen nhịp Mmax = mômen gối Mmin = với: q =(gtt+ptt +gt) + gtt,ptt:gt là tĩnh tải , hoạt tải và tải trọng tường qui đổi(kg/m2) + l1,l2:chiều dài cạnh theo phương cạnh ngắn,cạnh dài(m) * Tính toán cốt thép: Cốt thép trong bản sàn được tính theo các công thức sau: < A0 a = 1 - Þ Vật liệu: -Bêtông mác 250 có Rn=110daN/cm2; Rk = 8,8 daN/cm2 , Ra a0= 0,58 Þ A0=0,412 - Thép sàn CI, Ra = Ra’= 2000 kg/cm2; - Tính cốt thép cho bản sàn như tính cấu kiện chịu uốn tiết diện b = 1m, *h = hb (bề dày cuả ô sàn). => Chọn a=2 cm (lớp bê tông bảo vệ) - Cụ thể tính toán nội lực và cốt thép được trình bày sau đây. -Kiểm tra: mmin£ m £ mmax mmin=0,05% mmax=a0Rn/Ra=0,58.110/200=0,0245=3% m=Fa/b.h0 IV. TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO VÀI Ô ĐIỂN HÌNH: 1. Tính cốt thép ô sàn S2 (ô bản kê) Ô bản thuộc loại ô bản kê bốn cạnh (hd/hs =350/100 = 3.5 > 3) theo ô sàn có sơ đồ số 9. Kích thước : l1 = 5 m, l2 = 5 m. Tải trọng : - Bản thân sàn : g = 386.2 (daN/m2). - Tường ngăn : gt = 154.44 (daN/m2). - Hoạt tải: ptt = 150x1.3= 195(daN/m2). Ta có q = g + gt + ptt = 386.2 + 154.44+ 195 = 735.64 (daN/m2). P = q x l1 xl2 = 735.64 x 5 x 5 = 18391 (daN). Xác định nội lực : -Tỷ số = = 1.0 tra sơ đồ 9 bảng 1-19 trang 34 “ SỔ TAY THỰC HÀNH KẾT CẤU CÔNG TRÌNH” Tác giả Vũ Mạnh Hùng. ==> Các hệ số : m91 = 0.0179 m92 = 0.0179 k91 = 0.0417 k92 = 0.0417 Gọi M1, M2 là mômen nhịp theo phương l1, l2 Gọi MI , MII là momen gối theo phương l1, l2 Ta có: M1 = m91 x P = 0.0179 x 18391 = 329.20 (daNm). M2 = m92 x P = 0.0179 x 18391 = 329.20(daNm). MI = k91 x P = 0.0417 x 18391 = 766.90(daNm). MII = k92 x P = 0.0417 x 18336 = 766.90(daNm). *Tính toán cốt thép: Vật liệu: -Bêtông mác 250 có Rn=110 daN/cm2; Rk = 8,8 daN/cm2 , Ra a0= 0,58 Þ A0=0,412 - Thép sàn AI, Ra = Ra’= 2300 daN/cm2; -Tiết diện bxh = 100x10 cm, * Cốt thép nhịp phương trục D: - Chọn a=2 cm => h0 = hb - a = 10 -2 = 8 cm Với M1 = 329,20 (daNm). = 0.0468 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.048 Þ = 1.83 (cm2) Chon cốt thép F6a150 có Fa = 1.89 cm2 µ= 0.24% > µmin = 0.05% (hợp lí) * Cốt thép nhịp phương trục 8: Chọn a=2.5 cm => h0 = hb - a = 10 -2.5 = 7.5 cm Với M2 = 32920 (daNm). = 0.053 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.054 Þ = 1.96 ( cm2) Chon cốt thép F6a140 có Fa = 2.02cm2 µ= 0.27% > µmin = 0.05% (hợp lí) * Cốt thép gối phương trục D: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 (cm) Với MI = 766.90 (daNm). = 0.1089 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.116 Þ = 4.42 (cm2) Chon cốt thép F8a110 có Fa = 4.57 cm2 µ= 0.57% > µmin = 0.05% (hợp lí) * Cốt thép gối phương trục 8: Chọn a=2 cm => h0 = hb - a = 10 -2 = 8 cm Với MII = 766.90(daNm). = 0.1089 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.116 Þ = 4.42 (cm2) Chon cốt thép F8a110 có Fa = 4.57 cm2 µ= 0.57% > µmin = 0.05% (hợp lí) Các ô còn lại tính tương tự 2. Xác định nội lực và tính cốt thép cho ô sàn S6 (ô bản dầm) Ô bản thuộc loại ô bản dầm :bản liên kết một canh với dầm và có (400\100=4 > 3) được coi là liên kết ngàm. Kích thước : l1 = 2m, l2 =5 m. Tải trọng : - Bản thân sàn : g = 384 (daN/m2). - Tường ngăn : gt = 0 (daN/m2). - Hoạt tải: ptt = 195 (daN/m2). Ta có q = g + gt + ptt = 386.2 + 0 + 195 = 581.2 (daN/m2). Xác định nội lực : Nhịp tính toán : l1= 2 m. Nội lực:Mmax=-== 96.87 (daN.m) Tính toán cốt thép: * Cốt thép Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với Mmax = 96.5 (daNm). = 0.0137 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - =0.014 Þ = 0.536 (cm2) Chọn F6a 200 có Fa= 1.42 cm2 µ= 0.18% > µmin = 0.05% (hợp lí) Thép theo phương cạnh dài bố trí theo cấu tạo Chọn F6a 250 (1.13 cm2) BẢNG TỔ HỢP TÍNH TOÁN SÀN BẢNG TỔNG HỢP TÍNH TOÁN SÀN 2 PHƯƠNG TÊN Ô SÀN L1(m2) L2(m2) L2/L1 g(daN/m2) q(daN/m2) P=(g+q)(l1xl2)(daN) HỆ SỐmi1mi2ki1ki2 M(daNm) Fatính(cm2) CHỌN THÉPΦ(mm) Fachọn(cm2) µ % S4(số 9) 5 5 1 540.64 195 18391 0.0179 329.2 1.83 6,a150 1.89 0.24 0.0179 329.2 1.96 6,a140 2.02 0.27 0.0417 766.9 4.42 8,a110 4.57 0.57 0.0417 766.9 4.42 8,a110 4.57 0.57 S1(số 9) 5 5 1 386.2 195 14530 0.0179 260.09 1.44 6,a180 1.57 0.2 0.0179 260.09 1.54 6,a180 1.57 0.21 0.0417 605.9 3.45 8,a140 3.59 0.45 0.0417 605.9 3.45 8,a140 3.59 0.45 S3(số 9) 4.4 5 1.14 386.2 195 12786.4 0.02 255.73 1.42 6,a200 1.42 0.18 0.015 191.8 1.13 6,a200 1.42 0.19 0.0461 589.45 3.35 8,a150 3.35 0.42 0.0349 446.25 2.51 8,a150 3.35 0.42 S5(số 9) 3 3.8 1.27 386.2 360 8506.68 0.02075 176.51 0.97 6,a200 1.42 0.18 0.0128 108.89 0.64 6,a200 1.42 0.14 0.0474 403.22 2.26 8,a200 2.51 0.31 0.0292 248.4 1.37 6,a200 1.42 0.18 S7(số 9) 3 5 1.67 386.2 360 11193 0.0201 224.98 1.42 6,a200 1.42 0.18 0.0072 80.59 0.41 6,a200 1.42 0.19 0.0442 494.73 2.79 8,a180 3.35 0.42 0.0158 176.85 0.97 6,a200 1.42 0.18 S9(số 9) 3.8 5 1.32 386.2 360 14177.8 0.0209 296.32 1.65 6,a150 1.89 0.24 0.0119 168.72 0.99 6,a200 1.42 0.19 0.0475 673.45 3.85 8,a125 4.02 0.5 0.0272 385.64 2.16 8,a200 2.51 0.31 S12(số 9) 3 5 1.67 640.64 360 15009.6 0.0201 301.69 1.57 6,a180 1.57 0.2 0.0072 108.07 0.67 6,a200 1.42 0.19 0.0442 663.42 3.79 8,a140 3.87 0.48 0.0158 237.15 1.31 6a,200 1.42 0.18 BẢNG TÍNH SÀN BẢN DẦM (1 PHƯƠNG) TÊN Ô SÀN L1(m2) L2(m2) L2/L1 g(Kg/m2) p(Kg/m2) q=(g+p)(kG) MnhịpMgối(kGm) Fatính(cm2) CHỌN THÉPΦ(mm) Fachọn(cm2) µ % S8 1.9 5 2.63 386.2 195 581.2 87.42 0.48 6,a200 1.42 0.18 174.84 0.96 6,a200 1.42 0.18 S10 1.8 5 2.78 386.2 240 626.2 84.54 0.46 6,a200 1.42 0.18 169.07 0.93 6,a200 1.42 0.18 S11 1.4 6.9 4.93 386.2 240 626.2 51.14 0.28 6,a200 1.42 0.18 102.28 0.56 6,a200 1.42 0.18 S13 1.8 5 2.78 643.6 240 883.6 119.29 0.65 6,a200 1.42 0.18 238.57 1.32 6,a200 1.42 0.18