Triển khai tính toán sàn tầng điển hình

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH Khái quát về sàn sườn BTCT. Sàn bê tông cốt thép được dung rộng rãi trong ngành xây dựng hiện nay. Nó thường được dùng làm sàn trong các nha dân dụng, nhà công nghiệp. Kết cấu sàn còn thấy ở sàn tàu, cầu, bến cảng, móng bè, mặt cầu tường chắn đất, … ưu điểm là bền lâu, độ cứng lớn, chống cháy tốt, dễ cơ giới hóa xây dựng và kinh tế hơn một số loại sàn khác. Việc lựa chọn kiểu sàn phụ thuộc vào công dụng của các phòng và phụ thuộc vào hình thức kiến trúc của tầng, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật… Hiện nay đã có nhiều loại vật liệu khác để thay thế cho sàn bê tông côt thép nhưng ở Việt Nam thì sàn bê tông cốt thép luôn đước lựa chọn hàng đầu. Mặt bằng bố trí dầm sàn tầng điển hình. Do diên tích ở một số ô sàn lớn dẫn đến bề dày sàn phải lớn, làm tăng đáng kể tải trọng của công trình và tốn chi phi cho móng nên để hạn chế các nhược điểm đó đối với các ô sàn có diện tích lớn ta sẽ bố trí them hệ dầm trực giao như hình 3.1. Hình 3.1: Mặt bằng bố trí dầm sàn tầng điển hình Xác định sơ bộ các kích thước của bản sàn Kích thước tiết diện dầm Sơ bộ chọn chiều cao dầm theo công thức: trong đó: _ hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng: = 12 16 đối với dầm khung nhiều nhịp. = 8 12 đối với dầm khung một nhịp. = 16 20 đối với dầm phụ. _ nhịp dầm. Bề rộng dầm được chọn theo công thức sau: Như vậy kích thước tiết diện dầm được chọn sơ bộ như sau: Dầm trục Dầm nhịp Chiều rộng (cm) Chiều cao (cm) 1-2-7-8-9 (AB)-(BD)-(DF) 30 80 3-4-5-6 (AB)-(EF) 30 80 (BC)-(CD)-(DE) 30 40 A-F (12)-(34)-(57)-(78) 25 70 (45) 25 40 B-E (12)-(34)-(57)-(78) 25 70 (12)-(45)-(89) 25 40 C-D 20 60 Dầm congsol: 2-3-4-5-7-8 30 40 Dầm congsol: A-B-E-F 25 40 Dầm còn lại 20 40 Chiều dày bản sàn hs Xác định sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức: Trong đó: D = (0.8 1.4): hệ số phụ thuộc tải trọng. mS = (30 35): đối với sàn làm việc một phương. ms = (40 45): đối với sàn làm việc hai phương. l _ độ dài cạnh ngắn của sàn. hmin: đối với nhà dân dụng chiều dày sàn tối thiểu là 6cm Căn cứ vào các điều kiện trên chọn chiều dày tất cả các ô sàn là: hS = 10 (cm). chọn vật liệu. Bê tông cấp độ bền B25 Cốt thép CI Rb(daN/cm2) Rbt(daN/cm2) Eb(daN/cm2) αR RS(daN/cm2) RSC(daN/cm2) Ea(daN/cm2) 145 10.5 3x105 0.427 2250 2250 2.1x106 Tải trọng tác dụng lên sàn. Tĩnh tải. Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn (daN/m2) Trong đó: γi : trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo thứ i. ni : hệ số độ tin cậy. : độ dày lớp thứ i. Hình 3.4:Trọng lượng và kích thước các lớp cấu tạo sàn. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.1 Bảng 3.1: Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn. STT Các lớp cấu tạo g(daN/m3) δ(mm) n gstc(daN/m2) gstt(daN/m2) 1 Gạch Ceramic 2000 10 1.1 20 22 2 Vữa lót 1800 30 1.3 54 70.2 3 Bản BTCT 2500 100 1.1 250 275 4 Vữa trát trần 1800 15 1.3 27 35.1 5 Trần treo 1.2 100 120 Tổng cộng 451 522.3 Trọng lượng tường ngăn Trọng lượng tường ngăn chỉ xuất hiện ở một số ô sàn: O1, O2,O3, O4, O5, , O17 Trọng lượng tường ngăn trên sàn được tính gần đúng bằng cách quy đổi về tải phân bố đều trên sàn, không xét đến sự giảm tải do lỗ ô cửa nên công thức được tính như sau: Trong đó: gt _ trọng lượng đơn vị tính toán của tường, γt = 180 daN/m2 (tường gạch dày 10 cm) ht _ Chiều cao tường. lt _ Chiều dài tường. A _ Diện tích ô sàn có tường ngăn. n_Hệ số độ tin cậy Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.2. Bảng 3.2: Tải trọng tường quy đổi phân bố đều trên sàn STT Kí hiệu Cạnh ngắn l1 (m) Cạnh dài l2 (m) Diện tích sàn A  (m2) Chiều dài tườnglt(m) Chiều cao tườnght(m) Trọng lượng đơn vị tườngγt(daN/m2) Trọng lượng tường quy đổigt(daN/m2) 1 O1 4 4.65 18.6 4.4 3.3 180 140.52 2 O2 4.2 4.25 17.85 3.6 3.3 180 119.8 3 O3 3 7.85 23.55 2.8 3.3 180 70.62 4 O4 4.25 4.35 18.49 3.2 3.3 180 102.8 5 O5 3.6 4.35 15.66 4.0 3.3 180 151.72 6 O17 3 4 12 2.8 3.3 180 138.6 Hoạt tải. Hoạt tải tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn được lấy theo bảng 3 TCVN 2737:1995 Hoạt tải tính toán: pstt = ptc.n (daN/m2) Trong đó: ptc _ tải trọng tiêu chuẩn lấy theo bảng 3 TCVN 2737:1995 phụ thuộc công năng của từng phòng. n _ hệ số độ tin cậy, theo 4.3.3 TCVN 2737:1995 n = 1.3 ó ptc < 200 daN/m2; n = 1.2 ó ptc ≥ 200 daN/m2. Theo mục 4.3.4 TCVN 2737:1995, khi tính bản sàn, tải trọng toàn phần trong bảng 3 được phép giảm như sau: Đối với các phòng nêu ở mục 1,2,3,4,5 bảng 3 nhân với hệ số ψA1 (A > A1 = 9m2) Đối với các phòng nêu ở mục 6,7,8,10,12,14 bảng 3 nhân với hệ số ψA2 (A>A2 = 36m2) Trong đó: A _ diện tích chịu tải. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.3. Bảng 3.3: Hoạt tải tác dụng lên sàn. STT Kí hiệu Công năng Mục (TCNV 2737 : 1995) cạnh ngắn l1 (m) cạnh dài l2 (m) Diện tích sàn A  (m2) Hệ sốψA Hoạt tải tiêu chuẩnptc(daN/m2) Hệ số n Hoạt tải tính toánpstt(daN/m2) 1 O1 Phòng ngủ, phòng khách, phòng vệ sinh 1,2 4 4.2 16.8 0.84 200 1.2 201..6 2 O2 Phòng khác 2 4.2 4.25 17.85 0.93 150 1.3 181.35 3 O3 Phòng khách, hành lang 2,15 3 7.85 23.55 1.00 300 1.2 360 4 O4 Phòng ngủ, phòng vệ sinh 1,2 4.25 4.35 18.49 0.92 200 1.2 220.8 5 O5 Phòng khách, phòng vệ sinh 2 3.6 4.35 15.66 0.95 150 1.3 185.25 6 O6 Hành lang 15 1.0 3.7 3.7 1.00 300 1.2 360 7 O7 hành lang 15 1.4 1.6 2.24 1.00 300 1.2 360 8 O8 Hành lang 15 4.2 4.2 17.64 1.00 300 1.2 360 9 O9 Hành lang 15 3.0 4.2 12.6 1.00 300 1.2 360 10 O10 Phòng vệ sinh 2 4.2 4.35 18.27 0.92 150 1.3 179.4 11 O11 Ban công 15 1.35 4.2 5.67 1.00 400 1.2 480 12 O12 Hành lang 15 0.95 4.2 3.99 1.00 300 1.2 360 13 O13 Hành lang 15 2.0 4.2 8.4 1.00 300 1.2 360 14 O14 Phòng ngủ 1 1.15 10.2 11.73 0.93 200 1.2 223.2 15 O15 Phòng ngủ 1 1.15 9.25 10.64 0.95 200 1.2 228 16 O16 Phòng ngủ, phòng khách 1,2 1.1 8.15 8.97 1.00 200 1.2 240 17 O17 Phòng ngủ 1 3 4 12 0.92 200 1.2 220.8 Tổng tải trọng tác dụng lên các ô sàn. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng3.4 Bảng 3.4: Tổng tải trọng tác dụng lên sàn. STT Loại ô bản Ký hiệu 1 Bản loại dầm O3 522.3 70.62 360 952.92 2 O6 522.3 0 360 882.3 3 O11 522.3 0 480 1002.3 4 O12 522.3 0 360 882.3 5 O13 522.3 0 360 882.3 6 O14 522.3 0 223.2 745.5 7 O15 522.3 0 228 750.3 8 O16 522.3 0 240 762.3 9 Bản loại kê 4 cạnh O1 522.3 140.52 201.6 864.42 10 O2 522.3 119.8 181.35 823.45 11 O4 522.3 102.8 220.8 845.9 12 O5 522.3 151.72 185.25 859.27 13 O7 522.3 0 360 882.3 14 O8 522.3 0 360 882.3 15 O9 522.3 0 360 882.3 16 O10 522.3 0 179.4 701.7 17 O17 522.3 138.6 220.8 881.7 Phương án thiết kế và sơ đồ tính toán của các ô sàn. Phương án thiết kế. Dầm sàn đúc toàn khối Các ô sàn được tính toán như ô bản đơn, bỏ qua ảnh hưởng của các ô bản bên cạnh. Các ô bản được tính toán theo sơ đồ đàn hồi. Sơ đồ tính toán của các ô sàn. Xét tỉ số để xác định liên kết giữa bản sàn với dầm. Theo đó: ≥ 3 => sàn liên kết ngàm với dầm. sàn liên kết khớp với dầm. Với sơ bộ chọn dầm sàn như trên thì tất cả các ô sàn đều liên kết ngàm với dầm. Xét tỉ số: : Bản loại dầm (bản làm việc một phương). : Bản kê 4 cạnh (bản làm việc hai phương). Trong đó: l2: cạnh dài của ô sàn. l3: cạnh ngắn của ô sàn. => Các ô sàn có bản loại dầm: O3,O6,O11, O12, O13, O14, O15, O16 Các ô sàn có bản kê 4 cạnh: O1, O2, O4, O5, O7, O8, O9, O10, O17 Sơ đồ tính toán các ô bản làm việc một phương: Cắt một dải bản có bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn như hình 3.2 để tính toán. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm (giữa dầm). Hình 3.2: Sơ đồ tính bản sàn loại dầm Sơ đồ tính toán các ô bản làm việc hai phương: Cắt một dải bản có bề rộng 1m theo cả hai phương như hình 3.3để tính toán. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm. Hình 3.3: Sơ đồ tính bản kê 4 cạnh Nội lực của các ô sàn. Nội lực các ô sàn được tính dựa vào sơ đồ tính như hình 3.2 và hình 3.3 mục 3.5.2. Nội lực trong ô bản một phương: Mômen ở giữa nhịp: Mômen ở gối: Nội lực trong ô bản hai phương: Mômem dương lớn nhất ở giữa bản: Mômem lớn nhất ở trên gối: Trong đó: P =q. l1.l2 :Tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn. m91, m92, k91, k92: là các hệ số phụ thuộc vào tỉ số l2/l1, được tra ở bảng phụ lục 12 sách “Kết cấu bêtông côt thép” nhà xuất bản ĐHQG TP HCM, tác giả Võ Bá Tầm. Kết quả tính được thể hiện ở bảng 3.5 Bảng 3.5: Nội lực của các ô sàn STT Loại ô bản Ký hiệu cạnh ngắn l1 (m) Cạnh dài l2 (m) m91 m92 k91 k92 Mn (daNm) Mg (daNm) M1 (daNm/m) M2 (daNm/m) MI (daNm/m) MII (daNm/m) Bản loại dầm O3 3 7.85 952.92 357 714 2 O6 1.0 3.7 882.3 37 74 3 O11 1.35 4.2 1002.3 76 152 4 O12 0.95 4.2 882.3 33 66 5 O13 2.0 4.2 882.3 147 294 6 O14 1.15 10.2 745.5 41 82 7 O15 1.15 9.25 750.3 41 83 8 O16 1.1 8.15 762.3 38 77 9 Bản loại kê 4 cạnh O1 4 4.2 864.42 14522 0.0187 0.0171 0.0437 0.0394 272 248 635 572 10 O2 4.2 4.25 823.45 14699 0.0181 0.0177 0.0422 0.0412 266 260 620 605 11 O4 4.25 4.35 845.9 15639 0.0183 0.0175 0.0426 0.0406 286 274 667 635 12 O5 3.6 4.35 859.27 13456 0.0205 0.0141 0.0469 0.0321 276 189 631 432 13 O7 1.4 1.6 882.3 1976 0.0199 0.0152 0.0459 0.0352 39 30 91 70 14 O8 4.2 4.2 882.3 15564 0.0179 0.0179 0.0417 0.0417 279 279 649 649 15 O9 3.0 4.2 882.3 11117 0.0210 0.0107 0.0473 0.0240 233 119 526 267 16 O10 4.2 4.35 701.7 12820 0.0185 0.0173 0.0431 0.0401 237 222 553 514 17 O17 3 4 881.7 10580 0.0209 0.0118 0.0474 0.0268 221 125 501 284 Tính cốt thép và kiểm tra độ võng của các ô sàn. Tính cốt thép cho ô sàn. Ô bản tính toán theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, bố trí cốt đơn. Tiết diện tính: Vật liệu: Bêtông cấp độ bền B25 Cốt thép CI 145 10.5 3x105 0.427 2250 2250 2.1x106 Trình tự tính: Kiểm tra theo điều kiện: Từ đó tính: (hoặc tra bảng ra α) Diện tích cốt thép: Kiểm tra hàm lượng cốt thép μ theo điều kiện: Trong đó: (lấy theo bảng 15 TCVN 5574:1991) Đối với bản sàn, hàm lượng thép hợp lý là Kết quả tính toán cốt thép được trình bày trong bảng 3.6 và bảng 3.7 Bản sàn một phương Giả thiết a = 2 cm : khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bêtông chịu kéo. b = 100 cm : bề rộng tính toán của tiết diện. Chiều cao có ích của bản: Bảng 3.6: Bảng tính toán cốt thép cho bản sàn 1 phương Kí hiệu Giá trị mômen(daNm) b(cm) ho(cm) α ξ Astt(cm2/m) Chọn thép μ% (tính theo Astt) Ø (mm) Khoảng cách: a (mm) ASchọn (cm2/m) O3 Mg 714 100 8 0.077 0.080 4.13 8 120 4.2 0.5163 Mn 357 100 8 0.039 0.039 2.03 6/8 180 2.2 0.2538 O6 Mg 74 100 8 0.008 0.008 0.41 Cấu tạo 0.0513 Mn 37 100 8 0.004 0.004 0.21 Cấu tạo 0.0263 O11 Mg 152 100 8 0.016 0.017 0.85 Cấu tạo 0.1063 Mn 76 100 8 0.008 0.008 0.42 Cấu tạo 0.0525 O12 Mg 66 100 8 0.007 0.007 0.37 Cấu tạo 0.0463 Mn 33 100 8 0.004 0.004 0.19 Cấu tạo 0.0238 O13 Mg 294 100 8 0.032 0.032 1.66 6 180 1.6 0.2075 Mn 147 100 8 0.016 0.016 0.82 Cấu tạo 0.1025 O14 Mg 82 100 8 0.009 0.009 0.45 Cấu tạo 0.0563 Mn 41 100 8 0.004 0.004 0.23 Cấu tạo 0.0288 O15 Mg 83 100 8 0.009 0.009 0.46 Cấu tạo 0.0575 Mn 41 100 8 0.004 0.004 0.23 Cấu tạo 0.0288 O16 Mg 77 100 8 0.008 0.008 0.43 Cấu tạo 0.0538 Mn 38 100 8 0.004 0.004 0.21 Cấu tạo 0.0263 Kết luận: Các kết quả tính toán như trên cho thấy hàm lượng cốt thép tính được trong bản một phương là tương đối nhỏ, nhưng trong trường hợp không thể giảm kích thước của những ô sàn này xuống thì cốt thép sẽ được chọn với điều kiện tối thiểu là (trong đồ án này chọn cấu tạo). Như vậy việc chọn thép như trên là hợp lý và bảo đảm về điều kiện chịu lực của bản. Bản sàn hai phương . Ô bản được tính toán như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1 = 2cm : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bêtông chịu kéo. a2 = 2.5cm : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bêtông chịu kéo ho : Chiều cao có ích của tiết diện: h01 = hs – a1 = 10 -2 = 8 cm. h02 = hs – a2 = 10 -2.5 = 7.5 cm. b = 100cm : bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng vật liệu ở mục 3.3. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.7 Bảng 3.7 – Tính toán cốt thép cho ô bản kê 4 cạnh. Kí hiệu Giá trị mômen(daNm) b(cm) h01(cm) h02(cm) α ξ Astt(cm2/m) Thép chọn μ% Ø (mm) khoảng cách a(mm) Aschon(cm2/m) O1 M1 272 100 8 0.029 0.030 1.53 6 180 1.6 0.19 M2 248 100 7.5 0.030 0.031 1.49 6 180 1.6 0.20 MI 635 100 8 0.068 0.071 3.66 8 140 3.6 0.46 MII 572 100 7.5 0.070 0.073 3.51 8 140 3.6 0.47 O2 M1 266 100 8 0.029 0.029 1.5 6 180 1.6 0.19 M2 260 100 7.5 0.032 0.032 1.57 6 180 1.6 0.21 MI 620 100 8 0.067 0.069 3.57 8 140 3.6 0.45 MII 605 100 7.5 0.074 0.077 3.73 8 140 3.6 0.50 O4 M1 286 100 8 0.031 0.031 1.61 6 180 1.6 0.20 M2 274 100 7.5 0.034 0.034 1.65 6 180 1.6 0.22 MI 667 100 8 0.072 0.075 3.85 8 130 3.86 0.48 MII 635 100 7.5 0.078 0.081 3.92 8 130 3.86 0.52 O5 M1 276 100 8 0.030 0.030 1.56 6 180 1.6 0.20 M2 189 100 7.5 0.023 0.024 1.14 6 250 1.13 0.15 MI 631 100 8 0.068 0.071 3.63 8 140 3.6 0.45 MII 432 100 7.5 0.053 0.055 2.63 8 190 2.6 0.35 O7 M1 39 100 8 0.004 0.004 0.22 Cấu tạo 0.03 M2 30 100 7.5 0.004 0.004 0.18 Cấu tạo 0.02 MI 91 100 8 0.010 0.010 0.51 Cấu tạo 0.06 MII 70 100 7.5 0.009 0.009 0.42 Cấu tạo 0.06 O8 M1 279 100 8 0.030 0.031 1.58 6 180 1.6 0.20 M2 279 100 7.5 0.034 0.035 1.68 6 170 1.7 0.22 MI 649 100 8 0.070 0.073 3.74 8 130 3.86 0.47 MII 649 100 7.5 0.080 0.083 4.01 8 120 4.19 0.53 O9 M1 233 100 8 0.025 0.025 1.31 6 200 1.4 0.16 M2 119 100 7.5 0.015 0.015 0.71 Cấu tạo 0.10 MI 526 100 8 0.057 0.058 3.01 8 160 3.1 0.38 MII 267 100 7.5 0.033 0.033 1.61 6 180 1.6 0.21 O10 M1 237 100 8 0.026 0.026 1.33 6 220 1.3 0.17 M2 222 100 7.5 0.027 0.028 1.33 6 220 1.3 0.18 MI 553 100 8 0.060 0.062 3.17 8 160 3.1 0.40 MII 514 100 7.5 0.063 0.065 3.15 8 160 3.1 0.42 O17 M1 221 100 8 0.024 0.024 1.24 6 220 1.3 0.16 M2 125 100 7.5 0.015 0.015 0.74 Cấu tạo 0.10 MI 501 100 8 0.054 0.056 2.86 8 180 1.8 0.36 MII 284 100 7.5 0.035 0.035 1.71 6 160 1.8 0.23 Kiểm tra độ võng của bản sàn. Dựa vào bảng 3.3 và bảng 3.4 cho thấy O1, O3, O4 là các ô sàn có diện tích lớn, tải trọng lớn, như vậy trong đồ án này ta dùng các ô sàn đó để kiểm tra độ võng. STT Loại bản Ký hiệu Cạnh ngắn l1 (m) Cạnh dài l2 (m) Tổng tải trọng qstc (daN/m2) 1 Hai phương O1 4 4.2 791.52 2 Một phương O3 3 7.85 821.62 3 Hai phương O4 4.25 4.35 753.80 Tính độ võng bản ngàm theo chu vi chịu tải phân bố đều: Trong đó: Eb = 3.105 (daN/cm2) : môduyn đàn hồi của bêtông. α: là hệ số được chọn theo bảng phụ lục 16 “sách bêtông côt thép tập 3, NXB ĐHQG TP.HCM, tác giả Võ Bá Tầm” phụ thuộc vào tỉ số l2/l1. μ = 0.2: hệ số poát-xông. h = 10 (cm): chiều dày bản. Kết quả tính toán độ võng đước trình bày ở bảng 3.8 Bảng 3.8: Độ võng của ô sàn. STT Loại bản Ký hiệu Độ võng W(cm) Độ võng cho phép (cm) 1 Hai phương O1 720.35 0.00138 0.10 2.00 2 Một phương O3 794.10 0.00254 0.03 1.50 3 Hai phương O4 704.92 0.00130 0.12 2.13 Kết luận: Kiểm tra độ võng của sàn đều thỏa điều kiện độ võng theo quy pham cho phép. Các kết quả tính toán, chọn thép như trên đều thỏa mãn khả năng chịu lực và các điều kiện kiểm tra cho nên các giả thiết ban đầu là hoàn toàn hợp lý. Thiết kế chi tiết, chọn cấu tạo và thể hiện bản vẽ. Để thuận tiện cho việc thi công và thiên về an toàn thì việc bố trí cốt thép được thể hiện ở bản vẽ kết cấu 01 ký hiệu: KC-01/09.