Tổng quan thiết kế sàn tầng điển hình

CHƯƠNG II THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH MẶT BẰNG DẦM VÀ THỨ TỰ CÁC Ô SÀN Hình 2.1: Mặt bằng dầm, sàn tầng điển hình 2.2. CHỌN SƠ BỘ CHIỀU DÀY BẢN SÀN VÀ TIẾT DIỆN DẦM 2.2.1.Chiều dày bản sàn - Chọn sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức sau: (2.1) trong đó: D = 0,8 – 1.5 - hệ số kinh nghiệm phụ thuộc hoạt tải sử dụng; ms = 30 – 35 - đối với bản loại dầm; ms = 40 – 50 - đối với bản kê bốn cạnh; l =7m - nhịp cạnh ngắn của ô bản. - Đối với nhà dân dụng thì chiều dày tối thiểu của sàn là hmin = 6 cm. - Chọn ô sàn có kích thước cạnh ngắn lớn nhất S2 để tính chiều dày sàn: Vậy chọn hs = 12 (cm) cho toàn sàn. 2.2.2. Kích thước tiết diện dầm - Sơ bộ chọn chiều cao dầm theo công thức sau: (2.2) trong đó: md - hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; md = 8 ÷ 12 - đối với hệ dầm chính, khung một nhịp; md = 12 ÷ 16 - đối với hệ dầm chính,khung nhiều nhịp; md = 16 ÷ 20 - đối với hệ dầm phụ; ld - nhịp dầm. - Bề rộng dầm được chọn theo công thức sau: (2.3) - Chọn tiết diện dầm + Chiều cao: Chọn h = 50cm + Bề rộng: Chọn b = 25cm 2.3. CÁC LỚP CẤU TẠO SÀN Hình 2.2. Các lớp cấu tạo sàn 2.4. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN Tải trọng tác dụng lên sàn gồm có: + Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải), bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn (2.4) trong đó: - hệ số độ tin cậy của lớp cấu tạo thứ i; - khối lượng riêng lớp cấu tạo thứ i; - chiều dày lớp cấu tạo thứ i. + Tải trọng tam thời (hoạt tải) Tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn lấy theo tiêu chuẩn “Tải trọng và tác động, TCVN 2737 – 1995”: (2.5) trong đó: pc - tải trọng tiêu chuẩn lấy theo TCVN 2737 – 1995; np - hệ số độ tin cậy, n = 1.3 khi pc < 200 (daN/m2), n = 1.2 khi pc ≥ 200 (daN/m2). 2.4.1. Tĩnh tải Bảng 2.1: Tĩnh tải tác dụng lên sàn khối phòng ở và khối hành lang STT Các lớp cấu tạo γi (daN/m3) hi (cm) gstc (daN/m2) Hệ số độ tin cậy n gs (daN/m2) 1 Gạch Ceramic 2000 1 20 1.1 22 2 Lớp vữa lót 1800 3 54 1.3 70.2 3 Bản sàn 2500 12 300 1.1 330 4 Lớp vữa trần 1800 1.5 27 1.3 35.1 5 Đường ống kỹ thuật, trần treo 100 1.2 120 Tổng tĩnh tải tính toán Sgs 577.3 Bảng 2.2: Tĩnh tải tác dụng lên sàn khối phòng vệ sinh STT Các lớp cấu tạo γi (daN/m3) hi (cm) gstc (daN/m2) Hệ số độ tin cậy n gs (daN/m2) 1 Gạch Ceramic 2000 1 20 1.1 22 2 Lớp vữa lót 1800 3 54 1.3 70.2 3 Bản sàn 2500 12 300 1.1 330 4 Lớp vữa trần 1800 1.5 27 1.3 35.1 5 Lớp chống thấm 20 1.2 24 6 Đường ống kỹ thuật, trần treo 100 1.2 120 Tổng tĩnh tải tính toán Sgs 601.3 * Nhận xét: Tĩnh tải tác dụng lên khối phòng ở, hành lang và khối phòng vệ sinh chênh lệch nhau không nhiều. Do đó để đơn giản trong việc tính toán ta lấy tải trọng tác dụng lên sàn như sau: . Lấy gs = 590daN/m2.2.4.2. Hoạt tải Bảng 2.3: Hoạt tải tác dụng lên sàn Công năng pc (daN/m2) n Hệ số tin cậy p (daN/m2) Phòng ngủ 150 1.3 195 Phòng khách 150 1.3 195 Bếp 150 1.3 195 Ban công 200 1.2 240 Hành lang 300 1.2 360 Vệ sinh 200 1.2 240 2.4.3. Trọng lượng tường ngăn - Trọng lượng tường ngăn 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 được tính theo công thức sau: (daN/m2) (2.6) trong đó: n - hệ số tin cậy; lt - chiều dài tường; ht - chiều cao tường; gtc = 180 (daN/m2) - đối với tường 10 gạch ống; A = l1.l2 - diện tích ô sàn có tường ngăn. - Đối với tường có lỗ cửa, lấy trọng lượng tường ngăn bằng 70% trọng lượng tường đặc. Bảng 2.4: Tải trọng tường qui đổi Kí hiệu Diện tích sàn A (m2) Chiều dài tường lt (m) Chiều cao tường ht (m) gtc (daN/m2) 70%gtc (daN/m2) n Tải trọng tường tính toán gt (daN/m2) S1 42 6 3.3 180 126 1.3 77 S2 49 10.3 3.3 180 126 1.3 114 S6 45.5 11 3.3 180 126 1.3 131 S7 39 7 3.3 180 126 1.3 97 S8 45.5 10 3.3 180 126 1.3 119 2.5.TÍNH TOÁN CÁC Ô BẢN SÀN 2.5.1 Tính toán các ô bản làm việc 1 phương (bản loại dầm) a) Giả thiết tính toán - Các ô bản loại dầm được tính toán như các ô bản đơn, không xét đến ảnh hưởng của các ô kế cận. - Liên kết được xem là ngàm: khi bản tựa lên dầm bê tông cốt thép (đổ toàn khối) có: . - Liên kết được xem là khớp: khi bản tựa lên dầm bê tông cốt thép (đổ toàn khối) có: khớp. - Các ô bản được tính theo sơ đồ đàn hồi. - Cắt dãi bản có bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính. b) Sơ đồ tính Bản có 2 cạnh ngàm bao gồm ô sàn S4, S5 và S9. Hình 2.3 Sơ đồ tính và nội lực bản loại dầm c) Tải trọng Bảng 2.5: Tải trọng tác dụng lên ô bản loại dầm Ô sàn Nhịp l1 (m) Tĩnh tải gs (daN/m2) Hoạt tải p (daN/m2) Tải trọng toàn phần q (daN/m2) S4 3 590 360 950 S5 3 590 360 950 S9 2.4 590 195 785 d) Tính nội lực - Các giá trị momen tính theo công thức sau: + Momen nhịp: (2.7) + Momen gối: (2.8) trong đó: q - tải trọng toàn phần: (2.9) Bảng 2.6:Nội lực trong các ô bản loại dầm Ô sàn Nhịp l1 (m) Tĩnh tải gs (daN/m2) Hoạt tải p (daN/m2) Tải trọng toàn phần q (daN/m2) Giá trị momen Mnh (daN.m) Mg (daN.m) S4 3.0 590 360 950 356,25 712,5 S5 3.0 590 360 950 356,25 712,5 S9 2.4 590 195 785 188 377 e) Tính cốt thép - Ô bản loại dầm được tính như cấu kiện chịu uốn. - Giả thiết: + a = 2cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; + h0 - chiều cao có ích của tiết diện; h0 = hs – a = 12– 2 = 10cm + b = 100cm - bề rộng tính toán của dải bản. - Các đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán lấy theo bảng 1.1. - Diện tích cốt thép được tính theo công thức sau: (2.10) trong đó: (2.11) (2.12) - Sau khi tính toán cốt thép phải phải kiểm tra hàm lượng cốt thép μ μ min = 0.05% ≤ μ = ≤ μmax (2.13) trong đó: (2.14) Bảng 2.7:Kết quả tính cốt thép ô bản loại dầm KH Momen (daN.m) b(cm) ho(cm) As (cm2) Thép chọn μ% Ф (mm) a (mm) Asch (cm2) S4 Mg 712,5 100 10 0.049 0.050 2.59 6 110 2.57 0.26 Mnh 356,25 100 10 0.025 0.025 1.29 6 200 1.42 0.13 S5 Mg 712,5 100 10 0.049 0.050 2.59 6 110 2.57 0.26 Mnh 356,25 100 10 0.025 0.025 1.29 6 200 1.42 0.13 S9 Mg 377 100 10 0.026 0.026 1.35 6 200 1.42 0.14 Mnh 188 100 10 0.013 0.013 0.67 6 200 1.42 0.07 - Cốt thép theo phương cạnh dài bố trí theo cấu tạo Chọn F6a200 (As = 1.41cm2). 2.5.2.Tính toán các ô bản làm việc 2 phương (bản kê 4 cạnh) a)Các giả thiết tính toán - Tính các ô bản đơn theo sơ đồ đàn hồi, không kể đến sự ảnh hưởng của các ô kế cận - Cắt dải bản có bề rộng 1m theo phương cạnh dài và cạnh ngắn để tính toán b)Tải trọng Tải trọng tác dụng lên bản: (2.15) Bảng 2.8:Tải trọng tác dụng lên ô bản loại bản kê 4 cạnh Ô bản Nhịp l1 (m) Nhịp l2 (m) Tĩnh tải Hoạt tải p (daN/m2) Tải trọng toàn phần q (daN/m2) gs (daN/m2) gt (daN/m2) S1 6.0 7.0 590 77 195 862 S2 7.0 7.0 590 114 195 899 S3 3.5 4.8 590 0 360 950 S6 6.5 7.0 590 131 195 916 S7 6.0 6.5 590 97 195 882 S8 6.5 7.0 590 119 195 904 c)Sơ đồ tính Hình2.4. Sơ đồ tính và nội lực bản kê 4 cạnh - Xét tỷ số để xác định liên kết giữa bản sàn với dầm: + Liên kết xem là ngàm: khi bản tựa lên dầm bê tông cốt thép (đổ toàn khối) có: + Liên kết xem là khớp: khi bản tựa lên dầm bê tông cốt thép (đổ toàn khối) có: khớp. Bảng 2.9:Sơ đồ tính bảng kê bốn cạnh Ô sàn hd (cm) hs (cm) hd/hd Liên kết Sơ đồ tính (sơ đồ số 9) S1 ® S3 S6 ® S8 50 12 4,17 Ngàm 50 12 4,17 Ngàm 50 12 4,17 Ngàm 50 12 4,17 Ngàm d)Tính nội lực Các ô bản tính theo ô bản đơn, sơ đồ đàn hồi, ô bản thuộc sơ đồ số 9, nội lực được tính theo các công thức sau: + Momen dương lớn nhất ở nhịp: (2.16) (2.17) + Momen âm lớn nhất ở gối: (2.18) (2.19) với: P = q.l1.l2 ; q – tải trọng toàn phần được tính ở Bảng 2.8; m91, m92, k91, k92 phụ thuộc vào tỷ số , tra bảng tài liệu. Bảng 2.10: Tính nội lực các ô sàn bản kê 4 cạnh Loại ô bản l1 (m) l2 (m) Các hệ số tra bảng P (daN) Mômen (daN.m) S1 6.0 7.0 1.17 m91 = 0.0201 m92 = 0.0147 k91 = 0.0463 k92 = 0.0341 36204 M1 = 728 M2 = 532 MI = 1676 MII = 1235 S2 7.0 7.0 1 m91 = 0.0179 m92 = 0.0179 k91 = 0.0417 k92 = 0.0417 44051 M1 = 789 M2 = 789 MI = 1837 MII = 1837 S3 3.0 4.8 1.6 m91 = 0.0210 m92 = 0.0112 k91 = 0.0474 k92 = 0.0253 15960 M1 = 335 M2 = 179 MI = 757 MII = 404 S6 6.5 7.0 1.08 m91 = 0.0191 m92 = 0.0166 k91 = 0.0444 k92 = 0.0382 41678 M1 = 796 M2 = 692 MI = 1851 MII = 1592 S7 6.0 6.5 1.08 m91 = 0.0192 m92 = 0.0164 k91 = 0.0446 k92 = 0.0379 34398 M1 = 660 M2 = 564 MI = 1534 MII = 1304 S8 6.5 7.0 1.08 m91 = 0.0191 m92 = 0.0166 k91 = 0.0444 k92 = 0.0382 41132 M1 = 786 M2 = 683 MI = 1826 MII = 1571 e)Tính cốt thép - Ô bản được tính toán như cấu kiện chịu uốn và ta tính với dải bản có bề rộng b = 100 cm theo 2 phương. - Giả thiết: + a = 2cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; + h0 = h – a = 12 – 2 = 10cm - chiều cao có ích của tiết diện. - Đặc trưng vật liệu lấy theo Bảng 1.1 - Diện tích cốt thép được tính tương tự mục 2.5.1.e. Bảng 2.13:Kết quả tính cốt thép ô bản kê 4 cạnh Loại Ô bản Mômen (daN.m) b (cm) h0 (cm) As (cm2) Thép chọn Asch (cm2) μ (%) S1 M1 = 728 M2 = 532 MI = 1676 MII = 1235 100 10 0.050 0.037 0.115 0.085 0.051 0.038 0.122 0.089 2.64 1.92 6.32 4.61 Ф8a200 Ф8a200 Ф10a125 Ф10a170 2.52 2.52 6.28 4.62 0.26 0.19 0.63 0.46 S2 M1 = 789 M2 = 789 MI = 1837 MII = 1837 100 10 0.054 0.054 0.127 0.127 0.055 0.055 0.136 0.136 2.85 2.85 7.04 7.04 Ф8a170 Ф8a170 Ф10a110 Ф10a110 2.96 2.96 7.14 7.14 0.29 0.29 0.70 0.70 S3 M1 = 335 M2 = 179 MI = 757 MII = 404 100 10 0.023 0.012 0.052 0.028 0.023 0.012 0.053 0.028 1.19 0.62 2.74 1.45 Ф6a200 Ф6a200 Ф8a180 Ф6a180 1.42 1.42 2.79 1.57 0.12 0.06 0.27 0.15 S6 M1 = 796 M2 = 692 MI = 1851 MII = 1592 100 10 0.055 0.048 0.128 0.110 0.057 0.049 0.137 0.117 2.95 2.54 7.09 6.06 Ф8a170 Ф8a200 Ф10a110 Ф10a130 2.96 2.52 7.14 6.04 0.30 0.25 0.71 0.61 S7 M1 = 660 M2 = 564 MI = 1534 MII = 1304 100 10 0.045 0.039 0.106 0.090 0.046 0.040 0.112 0.094 2.38 2.07 5.80 4.87 Ф8a200 Ф8a200 Ф10a130 Ф10a160 2.52 2.52 6.04 4.91 0.24 0.21 0.58 0.49 S8 M1 = 786 M2 = 683 MI = 1826 MII = 1571 100 10 0.054 0.047 0.126 0.108 0.055 0.048 0.135 0.115 2.85 2.49 6.99 5.96 Ф8a170 Ф8a200 Ф10a110 Ф10a130 2.96 2.52 7.14 6.04 0.29 0.25 0.70 0.60 2.5.3. Kết luận Các kết quả tính toán đều thoả mãn các điều kiện kiểm tra. Do đó các giả thiết và kích thước sơ bộ chọn ban đầu là hợp lý. 2.6. KIỂM TRA BIẾN DẠNG (ĐỘ VÕNG) CỦA SÀN [4] - Tính toán về biến dạng cần phân biệt 2 trường hợp, một là khi bê tông vùng kéo của tiết diện chưa hình thành khe nứt và hai là khi bê tông vùng kéo của tiết diện đã có khe nứt hình thành. Ở đồ án này chỉ xác định độ võng f của sàn theo trường hợp thứ nhất. - Điều kiện về độ võng : f < [ f ]. Với sàn phẳng, nhịp l = 6 – 7,5 (m) có [ f ] = 3 (cm). Độ võng giới hạn lấy theo bảng 4, TCXDVN 356 – 2005. - Để đảm bảo điều kiện sử dụng, ta chọn ô sàn S2 có kích thước và tải trọng tác dụng lớn nhất để kiểm tra độ võng điển hình cho bản sàn. + Ô sàn S2 có kích thước 7x7 (m) và tải trọng tác dụng q = 899 daN/m2 - Gọi f1 là độ võng theo phương cạnh ngắn, f2 là độ võng theo phương cạnh dài. Điều kiện thoã khi f = f1 = f2 < [ f ]. Độ võng giới hạn. - Do độ võng của sàn theo phương cạnh ngắn và cạnh dài là bằng nhau nên ta chỉ cần tính độ võng theo 1 phương. Tính theo cạnh ngắn với nhịp cạnh ngắn là l = 7m. - Tiết diện tính toán được xem như là một dầm có kích thước bxh = 100x12 (cm). - Độ võng toàn phần f là độ võng do cả tải trọng ngắn hạn và tải trọng dài hạn gây ra. - Theo tiêu chuẩn thiết kế, độ võng toàn phần được xác định theo công thức sau: (2.20) trong đó: f - độ võng toàn phần; fsh - độ võng ngắn hạn, tính từ mômen Msh do tải trọng ngắn hạn và độ cứng Bsh; fl - độ võng dài hạn, tính từ mômen Ml do tải trọng dài hạn và độ cứng Bl. - Độ võng dài hạn tính theo công thức: (2.21) trong đó: , hệ số phụ thuộc sơ đồ tính; ; (2.22) với (Tĩnh tải của ô sàn S2 ) - độ cứng dài hạn; B - độ cứng uốn của cấu kiện bê tông cốt thép ở những đoạn chưa xuất hiện khe nứt thẳng góc; (2.23) trong đó: Bsh - độ cứng ngắn hạn; - hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến nhanh của bê tông; Eb = 3.105 (MPa) – mô đun đàn hồi của bê tông; Ired – mômen quán tính của tiết diện; - hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tông; . - Độ võng dài hạn tính theo công thức: (2.24) trong đó: ; với (Hoạt tải của ô sàn S2 ); ; . - Độ võng toàn phần: Thoả mãn yêu cầu về độ võng. 2.7.BỐ TRÍ CỐT THÉP SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH Cốt thép sàn tầng điển hình được bố trí trong bản vẽ KC02/7 Việc bố trí cốt thép trong bản vẽ có thể hơi khác so với tính toán để tiện cho thi công.