Tổng quan thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình

CHƯƠNG1: THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH MẶT BẰNG BỐ TRÍ HỆ DẦM SÀN Hình 1.1 Mặt bằng bố trí dầm sàn điển hình Ghi chú: Trong sàn khơng bố trí hệ dầm phụ. Xử lý vị trí tường xây trên sàn là dùng ơ sàn dày quy tải tường cho sàn chịu và tăng cường cốt thép sàn ngay tại vị trí chịu tải cục bộ (vị trí xây tường trên sàn). Ở một số vị trí cĩ vách cứng thì cho sàn gối trực tiếp vào vách cứng. SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN HỆ DẦM SÀN Chọn chiều dày sàn. Ơ sàn hai phương. Ơ sàn một phương. Từ sơ đồ hệ dầm sàn ta cĩ bảng phân loại ơ sàn như sau. Số hiệu sàn Số lượng Tỷ số Chiều dày bản sàn (cm) Loại bản sàn S1 4 7.5 5.7 1.31 11.4 14.2 Sàn chịu lực hai phương S2 2 7.5 5.1 1.47 10.2 12.7 Sàn chịu lực hai phương S6 1 7.2 2.75 2.61 7.8 9.1 Sàn chịu lực một phương S11 1 7.2 3.5 2.05 10 11.6 Sàn chịu lực một phương Bảng 1.1 Phân loại ơ sàn Để thuận tiện cho thi cơng, từ bảng phân loại ơ sàn trên ta thống nhất chọn chung chiều dày sàn là 12 cm. Chọn kích thước tiết diện dầm Các cơng thức xác định. Chiều cao dầm: Bề rộng dầm: Dầm dọc DS1cĩ hai nhịp, DS2 cĩ bốn nhịp, chiều dài nhịp lớn nhất là: Dầm ngang DS3 cĩ bốn nhịp, DS4 cĩ bốn nhịp, chiều dài nhịp lớn nhất là: Các dầm DN1, DN2, DN3, DN4 là đà mơi chỉ chịu tải tường xây và lan can ban cơng nên được chọn chung tiết diện. Ta cĩ bảng sau: Ký hiệu dầm Nhịp dầm (m) Kích thước tiết diện dầm b x h (cm) DS1 7.5 30 x 50 DS2 7.5 30 x 50 DS3 7.2 30 x 50 DS4 7.2 30 x 50 DN1,DN2, DN3, DN4, 4 20 x 50 Bảng 1.2 Sơ bộ kích thước tiết diện dầm TẢI TRỌNG SÀN Tĩnh tải Trọng lượng bản thân bản bê tơng cốt thép và các lớp hồn thiện Các lớp cấu tạo sàn. hình 1.2 Các lớp cấu tạo sàn Cơng thức xác định tải trọng. 0.01*2000*1.1 + 0.03*1800*1.3 + 0.12*2500*1.1 + 0.015*1800*1.3 + +40*1.2 505.3 kG/m2 = 0.505T/m2 Sàn ban cơng do khơng cĩ trần treo nên 505- 48 = 457 (kG/m2) Tải trọng do lớp xà bần ở sàn vệ sinh Xà bần sẽ được độn thêm lên sàn với chiều dày là 15 cm và chỉ cĩ ở các ơ sàn S1, S2, S3. Do khơng làm sàn âm và khơng cĩ hệ dầm phụ nên tải do xà bần gây ra cho sàn ở vị trí cục bộ sẽ được quy về tải phân bố đều trên tồn sàn. Với kG/m3 là trọng lượng thể tích của xà bần. Diện tích sàn vệ sinh là: 2.15 x 3.5 = 7.53 m2 Vậy tổng tải trọng do lớp xà bần của sàn vệ sinh gây ra là. Gxb = n*hxb**svs = 1.3*0.15*1600*7.53 = 2350 (kG) Bảng quy đổi tải trọng phân bố đều do xà bần cho sàn. Ký hiệu sàn Diện tích sàn lng x ld (m2) Tải trọng cục bộ của xà bần Gxb (kG) Tải trọng quy đổi (kG/m2) S1 5.7 x 7.5 2350 55 S2 5.1 x 7.5 2350 62 S3 5.1 x 7.2 2350 64 Bảng 1.3 Quy đổi tải trọng xà bần ra phân bố đều trên sàn Ghi chú: Các ơ sàn cịn lại khơng cĩ xà bần nên khơng cĩ thống kê trong bảng. Tải trọng do tường xây trên sàn Tường xây trên sàn sẽ được qui đổi thành tải phân bố đều trên sàn, đây là cách tính khơng đúng lắm nhưng người ta vẫn làm và tại vị trí tường xây thì sàn sẽ được gia cường cốt thép theo cả hai phương. Cơng thức tính. Tải trọng tường. (kG) Tải phân bố quy đổi. (kG/m2) Với S là diện tích sàn. Từ bản vẽ kiến trúc ta cĩ bảng sau. Ký hiệu sàn Chiều cao tường (m) Tổng chiều dài tường (m) Chiều dày tường (m) Trọng lượng riêng (kG/m3) Hệ số n (kG) S1 3.48 11.7 0.1 1800 1.1 8062 S2 3.48 10.4 0.1 1800 1.1 7166 S10 3.48 4.1 0.2 1600 1.1 5022 S13 3.48 6.5 0.1 1800 1.1 4479 Bảng 1.4 Tải trọng tường trên ơ sàn Ghi chú: Ta lấy đại diện một số ơ sàn cĩ nhiều tường để tính ra tải trọng của tường sau đĩ dùng tải trọng này cho các ơ khác. Bảng tải trọng tường quy đổi. Ký hiệu sàn Diện tích sàn lng x ld (m2) Tải trọng tường (kG) Tải qui đổi (kG/m2) S1 5.7 x7.5 8062 188 S2 5.1 x 7.5 7166 187 S3 5.1 x 7.2 7166 192 S4 5.7 x 7.2 8062 196 S6 2.75 x 7.2 5022 253 S7 3.65 x 7.2 5022 191 S9 3.6 x 6 5022 232 S10 3.6 x 7.2 5022 194 S11 3.5 x 7.2 5022 199 S13 3.6 x 5.7 4479 218 Bảng 1.5 Tải trọng tường quy đổi trên ơ sàn Ghi chú: Các ơ sàn S5,S8, S12 khơng cĩ tường xây. Tổng hợp số liệu tĩnh tải lên các ơ sàn. Ký hiệu sàn kG/m2 kG/m2 kG/m2 kG/m2 S1 505 55 188 748 S2 505 62 187 754 S3 505 64 192 761 S4 505 0 196 701 S5 505 0 0 505 S6 505 0 253 758 S7 505 0 191 696 S8 505 0 0 505 S9 505 0 232 737 S10 505 0 194 699 S11 505 0 199 704 S12 505 0 0 505 S13 505 0 218 723 Sc1, Sc2 ,Sc3, Sc4 457 0 0 457 Bảng 1.6 Tổng hợp số liệu tĩnh tải lên ơ sàn Hoạt tải Hoạt tải sử dụng trên sàn được tham khao TCVN 2737 - 1995 Ký hiệu sàn Loại phịng Hoạt tải tiêu chuẩn pc (kG/m2) Hệ số vượt tải Hoạt tải tính tốn p (kG/m2) S1,S2,S3, S4, S5, S12, S13 và sàn ban cơng Ở, sinh hoạt, vệ sinh. 200 1.2 240 S6, S7, S8, S9, S10, S11 Hành lang thơng với các phịng 300 1.2 360 Bảng 1.7 Số liệu hoạt tải lên ơ sàn Tổng hợp số liệu tải trọng Ơ sàn S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 Sc1,..,4 kG/m2 748 754 761 701 505 758 696 505 737 699 704 505 723 475 kG/m2 240 240 240 240 240 360 360 360 360 360 360 240 240 240 Bảng 1.8 Số liệu hoạt tải lên ơ sàn TÍNH TỐN NỘI LỰC Sơ đồ tính. Bản sàn được tính theo sơ đồ đàn hồi. Dựa vào tỷ số ta xác định được dạng chịu lực của bản. Dựa vào tỷ số thì sàn được coi là ngàm vào dầm. Xác định nội lực trong sàn bản kê 4 cạnh: Khi : Sàn làm việc theo 2 phương. Cĩ các ơ sàn bản kê 4 cạnh là: S1, S2, S3, S4, S5, S8, S9, S12, S13. Cắt một dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài của ơ bản để tính nội lực, sơ đồ làm việc được coi là ngàm ở hai đầu. hình 1.3 Sơ đồ cắt ơ sàn hai phương Mơmen nhịp: M1= m91*P :Mơmen dương lớn nhất giữa nhịp theo phương cạnh ngắn. M2= m92*P : Mơmen dương lớn nhất giữa nhịp theo phương cạnh dài. Mơmen gối: MI= - k91*P : Mơmen âm lớn nhất ở gối theo phương cạnh ngắn. MII= - k92*P : Mơmen âm lớn nhất ở gối theo phương cạnh dài. Với P = q*lng*ld q = g + p: tổng tải trọng tác dụng lên sàn. lng, ld: cạnh ngắn, cạnh dài của ơ bản. m91, m92, k91, k92: hệ số tra bản phụ thuộc tỷ số ld/lng. (Bảng 1.19 sách Sổ tay thực hành kết cấu cơng trình của PGS.PTS Vũ Mạnh Hùng). Xác định nội lực trong sàn bản dầm: Khi 2 : Sàn làm việc theo 1 phương. Cĩ ơ sàn S6, S7, S10, S11 làm việc như bản loại dầm với sơ đồ làm việc là bản 2 đầu ngàm. Cắt một dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn của ơ bản hình 1.4 Sơ đồ cắt ơ sàn một phương Bản 2 đầu ngàm cĩ : Mơmen ở gối: Mg= - Mơmen ở giữa nhịp : Mnh= Kết quả thống kê BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN HAI PHƯƠNG ơ sàn Vị trí l1 l2 l2/l1 g p P=(g+p)l1l2 m91,m92 M (m) (m) (T/m2) (T/m2) (T) k91,k92 (Tm/m) S1 Nhịp l1 5.7 7.5 1.32 0.748 0.24 42.24 0.0209 0.883 Nhịp l2 5.7 7.5 0.748 0.24 42.24 0.0120 0.507 Gối l1 5.7 7.5 0.748 0.24 42.24 0.0475 2.006 Gối l2 5.7 7.5 0.748 0.24 42.24 0.0231 0.976 S2 Nhịp l1 5.1 7.5 1.47 0.754 0.24 38.02 0.0208 0.791 Nhịp l2 5.1 7.5 0.754 0.24 38.02 0.0097 0.369 Gối l1 5.1 7.5 0.754 0.24 38.02 0.0467 1.776 Gối l2 5.1 7.5 0.754 0.24 38.02 0.0216 0.821 S3 Nhịp l1 5.1 7.2 1.41 0.761 0.24 36.76 0.0210 0.772 Nhịp l2 5.1 7.2 0.761 0.24 36.76 0.0107 0.393 Gối l1 5.1 7.2 0.761 0.24 36.76 0.0373 1.371 Gối l2 5.1 7.2 0.761 0.24 36.76 0.0240 0.882 S4 Nhịp l1 5.7 7.2 1.26 0.701 0.24 38.62 0.0207 0.799 Nhịp l2 5.7 7.2 0.701 0.24 38.62 0.0133 0.514 Gối l1 5.7 7.2 0.701 0.24 38.62 0.0473 1.827 Gối l2 5.7 7.2 0.701 0.24 38.62 0.0303 1.170 S5 Nhịp l1 4.15 4.75 1.14 0.505 0.24 14.69 0.0200 0.294 Nhịp l2 4.15 4.75 0.505 0.24 14.69 0.0150 0.220 Gối l1 4.15 4.75 0.505 0.24 14.69 0.0461 0.677 Gối l2 4.15 4.75 0.505 0.24 14.69 0.0349 0.513 S7 Nhịp l1 3.65 7.2 1.97 0.696 0.36 27.75 0.0186 0.516 Nhịp l2 3.65 7.2 0.696 0.36 27.75 0.0049 0.136 Gối l1 3.65 7.2 0.696 0.36 27.75 0.0400 1.110 Gối l2 3.65 7.2 0.696 0.36 27.75 0.0107 0.297 S8 Nhịp l1 2.05 3.6 1.76 0.505 0.36 6.38 0.0197 0.126 Nhịp l2 2.05 3.6 0.505 0.36 6.38 0.0064 0.041 Gối l1 2.05 3.6 0.505 0.36 6.38 0.0431 0.275 Gối l2 2.05 3.6 0.505 0.36 6.38 0.0141 0.090 S9 Nhịp l1 3.6 6 1.67 0.737 0.36 23.70 0.0202 0.479 Nhịp l2 3.6 6 0.737 0.36 23.70 0.0074 0.175 Gối l1 3.6 6 0.737 0.36 23.70 0.0446 1.057 Gối l2 3.6 6 0.737 0.36 23.70 0.0164 0.389 S10 Nhịp l1 3.6 7.2 2.00 0.699 0.36 27.45 0.0183 0.502 Nhịp l2 3.6 7.2 0.699 0.36 27.45 0.0046 0.126 Gối l1 3.6 7.2 0.699 0.36 27.45 0.0392 1.076 Gối l2 3.6 7.2 0.699 0.36 27.45 0.0098 0.269 S12 Nhịp l1 4.2 4.2 1.00 0.505 0.24 13.14 0.0179 0.235 Nhịp l2 4.2 4.2 0.505 0.24 13.14 0.0179 0.235 Gối l1 4.2 4.2 0.505 0.24 13.14 0.0417 0.548 Gối l2 4.2 4.2 0.505 0.24 13.14 0.0417 0.548 S13 Nhịp l1 3.6 5.7 1.58 0.723 0.24 19.76 0.0205 0.405 Nhịp l2 3.6 5.7 0.723 0.24 19.76 0.0080 0.158 Gối l1 3.6 5.7 0.723 0.24 19.76 0.0452 0.893 Gối l2 3.6 5.7 0.723 0.24 19.76 0.0177 0.350 BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN MỘT PHƯƠNG Ơ Sàn Tiết diện l1 l2 l2/l1 ghi chú g p q M (m) (m) (T/m2) (T/m2) (T/m2) (Tm/m) S6 nhịp ngắn 2.75 7.2 2.62 1 phương 0.758 0.36 1.118 0.352 gốâi ngắn 2.75 7.2 2.62 1 phương 0.758 0.36 1.118 0.705 S11 nhịp ngắn 3.5 7.2 2.06 1 phương 0.704 0.36 1.064 0.543 gốâi ngắn 3.5 7.2 2.06 1 phương 0.704 0.36 1.064 1.086 Sc3 nhịp ngắn 1.5 3.6 2.40 1 phương 0.457 0.24 0.697 0.065 gốâi ngắn 1.5 3.6 2.40 1 phương 0.457 0.24 0.697 0.131 TÍNH TỐN CỐT THÉP Tính như cấu kiện chịu uốn cĩ tiết diện chữ nhật: b=1m, h= h0. Chọn khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới mép cấu kiện là a = 2 cm. Chiều cao tính tốn: h0= h - a. Mác BT 300 Rn = 130 (kG/cm2) Nhóm thép CII Ra = 2600 (kG/cm2) A = Với M: mơmen tại vị trí tính thép. Kiểm tra nếu A < A0 thì thỏa mãn điều kiện hạn chế thì tính = (hoặc tra bảng phụ lục 9 trang 373 sách Kết cấu bê tơng cốt thép phần cấu kiện cơ bản – NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2006) Diện tích cốt thép yêu cầu: Fa= Kiểm tra hàm lượng cốt thép: m % = Khi m < mmin A s= mmin.b.h0. Thơng thường mmin= 0,1 %. Và nằm trong khoảng hợp lý từ 0,3% ¸ 0,9 %. Chọn và bố trí cốt thép chịu lực: Đường kính cốt thép chịu lực Thơng thường đối với £ 15 cm a đối với thép chịu lực. > 15 cm a đối với thép chịu lực. Một số vị trí do diện tích cốt thép quá bé nên cốt thép bố trí sẽ được lấy theo cấu tạo. Kết quả tính tốn thép thể hiện trong bảng sau và bố trí thép trong sàn xem ở bản vẽ KC-01. TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG Từ sơ đồ bố trí hệ dầm sàn ta thấy ơ sàn S1 cĩ kích thước lng x ld là: 5.7 x 7.5 (m) Vậy chọn ơ sàn S1 để tính độ võng. Gọi f1 là độ võng theo phương cạnh ngắn, f2 là độ võng theo phương cạnh dài. Điều kiện thỏa là f1 = f2 là độ võng giới hạn lấy theo bảng 2 TCVN 5574-1991. Trong đĩ: += là tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên sàn đang xét. là tải tiêu chuẩn truyền theo phương cạnh ngắn. là tải tiêu chuẩn truyền theo phương cạnh dài. , là độ cứng tương đương của bê tơng. Trong đĩ: Es, Eb là modun đàn hồi của thép và bê tơng. Fa là diện tích cốt thép chịu lực. Fb là diện tích quy đổi vùng chịu nén của bê tơng. Fb = là hệ số xét đến sự làm việc của cốt thép. <1 là hệ số xét đến sự làm việc của bê tơng. = 0.9 là hệ số đàn hồi của bê tơng. = 0.15 khi tính tốn với tải trọng tác dụng dài hạn. = 0.45 khi tính tốn với tải trọng tác dụng ngắn hạn. = h – a = 12 – 2 = 10 cm là tay địn nội lực. ; ; ; ; ; ; Do độ võng của sàn theo phương cạnh ngắn và phương cạnh dài là bằng nhau nên ta chỉ cần tính tốn độ võng của một phương. Xác định độ võng theo phương cạnh ngắn Tính độ võng f1 do tác dụng ngắn hạn của tồn bộ tải trọng. Tiết diện được xét xem như dầm cĩ kích thước 100x12 cm. Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên sàn S1 được tính như sau. = 0.01*2000 + 0.03*1800 + 0.12*2500 + 0.015*1800 + 40 + + + = 654 kG/m2 = 200 kG/m2 = 654 + 200 = 854 kG/m2 Suy ra = = 640 kG/m2 Với tiết diện chữ nhật 100x12 cm. Suy ra ; = 0; cốt thép ở giữa sàn là cốt thép đơn nên = 0. Vậy ; ; ; Với được tính như bảng sau. BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN 2 PHƯƠNG Ơ SÀN VỊ TRÍ l1 l2 l2/l1 g p P=(g+p)l1l2 m91 M (m) (m) (T/m2) (T/m2) (T) (Tm/m) S1 Nhịpl1 5.7 7.5 1.32 0.654 0.2 36.51 0.0209 0.763 Cốt thép bố trí theo phương cạnh ngắn là nên ta cĩ diện tích thép trong một mét là: = 4.71cm2 = suy ra Fb = Với là hệ số phụ thuộc tính chất tải trọng và bề mặt của cốt thép, tải trọng dài hạn =0.8, khơng phân biệt loại cốt thép.Tải trọng ngắn hạn =1 với cốt thép trơn, =1.1 với cốt thép gờ. là cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tơng. Với bê tơng mác 300 thì (kG/cm2) là modun chống uốn của tiết diện ở giai đoạn Ia (giai đoạn ngay trước khi bê tơng bị nứt). suy ra ; Vậy Suy ra kGcm2 Vậy độ võng của bản sàn S1 là: Kết luận Tính độ võng f2 do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn. Tải trọng dài hạn tác dụng là: = 654 kG/m2 Mơ men do tải trọng này gây ra được tính như sau. BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN 2 PHƯƠNG Ơ SÀN VỊ TRÍ l1 l2 l2/l1 g p P=(g+p)l1l2 m91 M (m) (m) (T/m2) (T/m2) (T) (Tm/m) S1 Nhịp l1 5.7 7.5 1.32 0.654 0 27.96 0.0209 0.584 Suy ra Fb = ; Suy ra kGcm2 = 654 kG/m2 Suy ra = = 490 kG/m2 Vậy độ võng của bản sàn S1 là: Kết luận Tính độ võng f3 do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn. Tải trọng dài hạn tác dụng là: = 654 kG/m2 Mơ men do tải trọng này gây ra được tính như sau. BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN HAI PHƯƠNG Ơ SÀN VỊ TRÍ l1 l2 l2/l1 g p P=(g+p)l1l2 m91 M (m) (m) (T/m2) (T/m2) (T) (Tm/m) S1 Nhịp l1 5.7 7.5 1.32 0.654 0 27.96 0.0209 0.584 Suy ra Fb = ; Suy ra kGcm2 = 654 kG/m2 Suy ra = = 490 kG/m2 Vậy độ võng của bản sàn S1 là: Kết luận Vậy độ võng tồn phần của sàn S1 là: Độ võng giới hạn là. KẾT LUẬN < Sàn S1 thỏa về điều kiện độ võng.