Tổng quan thực trạng tính toán sàn tầng điển hình

PHẦN II: KẾT CẤU KHỐI LƯỢNG : 70% GVHD : CÔ NGUYỄN THỊ MỸ THUÝ CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH. 1. 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). 2. BỐ TRÍ DẦM VÀ PHÂN LOẠI Ô SÀN 2.1. 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 ( 200x400) với nhịp l= 5000 mm. D2 ( 200x350) với nhịp l= 4500mm D3 ( 200x350) với nhịp l= 4200mm D3 ( 200x300) với nhịp l= 3000mm Sơ đồ bố trí hệ dầm sàn MẶT BẰNG DẦM SÀN Chiều dày sàn: Quan niệm tính toán của nhà cao tầng là xem sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang , trong đó bề dày sàn phải đủ lớn để dảm bảo các điều kiện sau: Tải trọng ngang truyền vào vách cứng thông qua sàn. Sàn không bị rung động, dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang ảnh hưởng đến công năng của công trình. Trên sàn, hệ tường ngăn không có hệ dầm đỡ có thể được bố trí bất kỳ vị trí nào trên sàn mà không làm tăng đáng kể của 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 = 40 : đối với sàn bản kê bốn cạnh. - m = 30 : đối với sàn bản loại dầm. Chọn ô sàn S4 có kích thước ( 5000x4500 ) lớn nhất làm ô điển hình để tính . Khi đó chiều dày sàn được tính như sau: = 101 mm (chọn hs = 100mm) Như vậy chọn 100 mm cho tất cả các lại. 2.2 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: * Sàn chống thấm: gạch ceramic g = 2000( kG/m3) d = 8 vữa lót g = 1800 ( kG/m3) d= 25 lớp chống thấm bê tông cốt thép g = 2500( kG/m3) d =100 vũa trác g = 2000( kG/m3) d = 15 Vậy ta có: gt = gi x ni = 0.008x2000x1.1 + 0.025x1800x1.3 + 0.1x2500x1.1 + 0.015x2000x1.3 = 384 kG/m2. Sàn không chống thấm: 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 trác g = 2000( kG/m3) d = 15 Vậy ta có: gt = gi x ni = 0.008x2000x1.1 + 0.025x1800x1.3 + 0.1x2500x1.1 + 0.015x2000x1.3 =384 kG/m2 . b. Tải trọng tường qui đổi: * Nguyên tắc tính tổng trọng lượng tất cả các tường trong ô sàn sau đó nhân với hệ số ô cửa. Nhưng trong đồ án này ta không nhận với hệ số thiên về an toàn.được tính theo công 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 S1: - Kích thước :l1= 1.6m , l2 = 3.0 m. -Chiều dày tường : d = 100 mm => trọng lượng riêng g = 180 (kG/m2). - Chiều cao tường : ht = 3.6 m. - Chiều dài tường :lt = 1.6 m. - Hệ số vượt tải: n = 1.3 ( theo TCVN 2737- 1995). = 280.8 (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 3.0 1.6 1.875 8 BẢN KÊ S2 3.0 2.6 1.15 8 BẢN KÊ S3 5.0 4.2 1.19 16 BẢN KÊ S4 5.0 4.5 1.1 2 BẢN KÊ S5 4.5 3 1.5 2 BẢN KÊ S6 4.2 3 1.4 8 BẢN KÊ S7 3.0 0.8 3.75 2 BẢN DẦM 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ TÍNH CỐT THÉP SÀN 3.1. 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=110kg/cm2; Rk = 8,8 kg/cm2 , Ra a0= 0,58 Þ A0=0,412 - Thép sàn CII, Ra = Ra’= 2600 kg/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 4. TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO VÀI Ô ĐIỂN HÌNH: a.Tính cốt thép ô sàn s1: Ô bản thuộc loại ô bản kê bốn cạnh (hd/hs = 400/100 = 4 > 3) theo ô sàn có sơ đồ số 9. Kích thước : l1 = 1.6 m, l2 = 3.0 m. Tải trọng : - Bản thân sàn : g = 384 (kG/m2). - Tường ngăn : gt = 280.8 (kG/m2). - Hoạt tải: ptt = 195 (kG/m2). Ta có q = g + gt + ptt = 384 + 280.8+ 195 = 859.8 (kG/m2). P = q x l1 xl2 = 859.8 x 1.6 x3 = 4127 (kG). Xác định nội lực : -Tỷ số = = 1.875 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 = 0.0191 m92 = 0.0054 k91 = 0.0412 k92 = 0.0118 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 = 0.0191 x 4127 = 78.83 (kGm). M2 = m92 x P = 0.0054 x 4127 = 22.29(kGm). MI = k91 x P = 0.0412 x 4127 = 170.03(kGm). MII = k92 x P = 0.0118 x 4127 = 48.7(kGm). Tính toán cốt thép: Vật liệu: -Bêtông mác 250 có Rn=110kg/cm2; Rk = 8,8 kg/cm2 , Ra a0= 0,58 Þ A0=0,412 - Thép sàn CII, Ra = Ra’= 2600 kg/cm2; -Tiết diện bxh = 100x10 cm, Cốt thép nhịp phương cạnh ngắn: - Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với M1 = 78.83 (kGm). = 0.0112 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0113 Þ = 0.38 cm2 Cốt thép nhịp phương cạnh dài: Chọn a=2.5 cm => h0 = hb- a = 10-2.5 = 7.5 cm Với M2 = 22.29 (kGm). = 0.0036 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0036 Þ = 0.12 cm2 Cốt thép gối phương cạnh ngắn: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với MI = 170.03 (kGm). = 0.0242 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0.243 Þ = 0.82 cm2 Cốt thép gối phương cạnh dài: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với MII = 48.7(kGm). = 0.0069 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0069 Þ = 0.23 cm2 b.tính cốt thép ô sàn S3: Ô bản thuộc loại ô bản kê bốn cạnh (hd/hs = 450/100 = 4.5 > 3) theo ô sàn có sơ đố số 9. Kích thước : l1 = 4.2 m, l2 = 5.0 m. Tải trọng : - Bản thân sàn : g = 384 (kG/m2). - Tường ngăn : gt = 0 (kG/m2). - Hoạt tải: ptt = 195 (kG/m2). Ta có q = g + gt + ptt = 384 + 0 + 195 = 579 (kG/m2). P = q x l1 xl2 = 579 x 4.2 x 5.0= 12159 (kG). Xác định nội lực : -Tỷ số = = 1.19 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 = 0.0203 m92 = 0.0144 k91 = 0.0468 k92 = 0.0325 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 =0.0203 x12159=246.828 (kGm). M2 = m92 x P =0.0144 x12159=175.09 (kGm). MI = k91 x P =0.0468 x12159=569.04 (kGm). MII = k92 x P =0.0325 x12159= 395.168(kGm). Tính toán cốt thép: * Cốt thép nhép phương cạnh ngắn: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với M1 = 246.828 (kGm). = 0.035< A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0356 Þ = 1.205 cm2 * Cốt thép nịp phương cạnh dài: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2.5 = 7.5 cm Với M1 = 175.09 (kGm). = 0.0249 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0252 Þ = 0.853 cm2 * Cốt thép gối phương cạnh ngắn: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với M1 = 569.04 (kGm). = 0.0847< A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.088 Þ = 2.99 cm2 * Cốt thép gối phương cạnh dài: Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với M1 = 395.168(kGm). = 0.056 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - = 0.0577 Þ = 1.95 cm2 Các ô còn lại tính tương tự 5. 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 : Liên kết đầu là ngàm: Nội lực: mômen lớn nhất Mmax=- 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=110kg/cm2; Rk = 8,8 kg/cm2 , Ra a0= 0,58 Þ A0=0,412 - Thép sàn CII, Ra = Ra’= 2600 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 Xác định nội lực và tính toán cốt thep ô sàn: Ô S7: Ô bản thuộc loại ô bản dầm :bản liên kết một canh với dầm và có (400\100=4>3) dược coi là liên kết ngàm. Kích thước : l1 = 0.8m, l2 =3 m. Tải trọng : - Bản thân sàn : g = 384 (kG/m2). - Tường ngăn : gt = 0 (kG/m2). - Hoạt tải: ptt = 240 (kG/m2). Ta có q = g + gt + ptt = 384 + 0 + 240 = 724 (kG/m2). Xác định nội lực : Nhịp tính toán : l1= 0.8 m. Nội lực:Mmax=-== 231.68 (kG.m) Tính toán cốt thép: * Cốt thép Chọn a=2 cm => h0 = hb- a = 10-2 = 8 cm Với Mmax = 231.68 (kGm). = 0.0329 < A0 = 0.412 a = 1 - = 1 - =0.0398 Þ = 1.35 cm2 Chọn Ø6a 200 (1.41 cm) Thép theo phương cạnh dài bố trí theo cấu tạo Chọn Ø6a 200 (1.41 cm) Tên ô sàn ( loại ô) L1 (cạnh ngắn ) L2 (cạnh dài) L2/L1 g(kG/m2) gt(kG/m2) Ptt (kG/m2) P=(g+gt+ ptt)xL1xL2 (kG) Hệ số mi1 mi2 kiI kiII M (kGm) Fa ( tính toán) Cm2 Chọn thép Fa ( tính toán) Cm2 m% S1 (số 9) 1.6 3.0 1.875 384 280.8 195 4127 0.0191 0.0054 0.0412 0.0118 78.83 22.29 170.03 48.70 0.38 0.12 0.82 0.23 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø6 a200 1.41 1.41 1.41 1.41 0.176 0.176 0.176 0.176 S2 (số 9) 2.6 3.0 1.15 384 0 195 4516.2 0.0201 0.0151 0.0461 0.0349 90.78 68.20 208.20 157.62 0.44 0.24 1.02 0.85 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø6 a200 1.41 1.41 1.41 1.41 0.176 0.176 0.176 0.176 S3 (số 9) 4.2 5.0 1.19 384 0 195 12159 0.0203 0.0144 0.0468 0.0325 246.83 175.09 569.04 395.17 1.19 0.85 2.74 1.90 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø8 a180 Ø6/8a200 1.41 1.41 2.79 1.96 0.176 0.176 0.349 0.245 S4 (số 9) 4.5 5.0 1.1 384 0 360 16740 0.0194 0.0161 0.0451 0.0372 324.76 269.51 754.97 622.73 1.56 1.30 3.72 3.01 Ø6 a180 Ø6 a200 Ø8 a130 Ø8 a600 1.57 1.41 3.87 3.14 0.196 0.176 0.484 0.393 BẢNG TỔ HỢP TÍNH TOÁN SÀN S5 (số 9) 3.0 4.5 1.5 384 0 360 10044 0.0208 0.0093 0.0464 0.0206 208.92 126.14 466.04 206.91 1.01 0.61 2.27 1.00 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø6/8 a170 Ø6 a200 1.41 1.41 2.31 1.41 0.176 0.176 0.289 0.176 S6 (số 9) 3.0 4.2 1.4 384 0 360 9374.4 0.0210 0.0107 0.0473 0.0240 196.86 100.31 443.41 224.99 1.0 0.51 2.13 1.08 Ø6 a200 Ø6 a200 Ø6/8a180 Ø6a200 1.41 1.41 2.18 1.41 0.176 0.176 0.312 0.1.76