Lập mặt bằng kết cấu và chọn kích thước các cấu kiện

trường đại học xây dựng khoa xây dựng Phần ii kết cấu (45%) nhiệm vụ thiết kế: tính khung k2 thang 3 vế bản vẽ kèm theo: 2 bản cấu tạo thép khung k2 1 bản cấu tạo thép sàn tầng điển hình 1 bản móng Giáo viên hướng dẫn: võ mạnh tùng Sinh viên thực hiện : nguyễn anh dũng Phần Kết cấu lập mặt bằng kết cấu và chọn kích thước các cấu kiện 1, Quan niệm tính toán: Công trình Văn phòng Giao dịch Công ty Xây dựng Số 3 (28 Láng Hạ) là công trình cao 12 tầng , bước nhịp trung bình là 4,5m, Vì vậy tải trọng theo phương đứng và phương ngang là khá lớn, Do đó ở đây ta sử dụng hệ khung dầm kết hợp với các vách cứng của khu thang máy để cùng chịu tải trọng của nhà, Kích thước của công trình theo phương ngang là 20,8m và theo phương dọc là 35m, Như vậy ta có thể nhận thấy độ cứng của nhà theo phương dọc lớn hơn nhiều so với độ cứng của nhà theo phương ngang, Do vậy ta có thể tính toán nhà theo sơ đồ khung ngang phẳng, Vì quan niệm tính nhà theo sơ đồ khung phẳng nên khi phân phối tải trọng ta bỏ qua tính liên tục của dầm dọc hoặc dầm ngang, Nghĩa là tải trọng truyền lên khung được tính như phản lực của dầm đơn giản đối với tải trọng đứng truyền từ hai phía lân cận vào khung, Sơ bộ chọn kích thước cột, dầm, sàn Khung là kết cấu, nội lực trong khung phụ thuộc vào độ cứng của các cấu kiện dầm, cột, Do vậy trước hết ta phải sơ bộ xác định kích thước của các tiết diện, Gọi là sơ bộ vì sau này còn phải xem xét lại, nếu cần thiết thì phải sửa đổi, Kích thước chiều dày bản: Kích thước ôbản điển hình: l1xl2=4,5x4,5 m; r=l1/l2=1<2 ị Ô bản làm việc thao cả hai phương, bản thuộc loại bản kê 4 cạnh, Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức: D hb= l m D: là hệ số phụ thuộc tải trọng D=1 m: là hệ số phụ thuộc loại bản, Với bản kê 4 cạnh m=40 l: là chiều dài cạnh ngắn, l=4,5 m hb = 1,450/40 = 11,3 cm ị Sơ bộ chọn hb = 12 cm Với ô bản loại nhỏ : 4,5x3,6 (m) r= l1/l2 = 1,25 < 2 ị ô bản thuộc loại bản kê 4 cạnh hb=350/40=9cm Sơ bộ chọn hb=12 cm Kích thước cột: Diện tích tiết diện ngang của cột sơ bộ chọn theo công thức: Fcột = ( 1,2 á1,5) Rn: Cường độ chịu nén của bêtông, bêtông ta chọn mác 250 có Rn=110Kg/m2 N: Tải trọng tác dụng lên cột, sơ bộ với nhà có sàn 12cm ta lấy cả tĩnh tải và hoạt tải là : q=1 Tấn/m2 ị N=n,N1 n: Số tầng = 12 N1: tải trọng tác dụng lên cột ở tầng một N1=Fxq Cột giữa có: N1=6,75x4,05x1=27,34 Tấn ị N=12x27,34=328,08 Tấn + Diện tích tiết diện ngang cột: 328080 F=1,2x = 3580 cm2 110 Chọn: 600x600 Cột biên: N1=4,5x2,05x1,2=11,07 Tấn ị N=12x11,07=132,04 Tấn 132040 F=1,2x = 1449,2 cm2 110 Chọn: 450x450 Vậy chọn tiết diện cột: + Cột biên trục A,G: 450x450 mm + Cột giữa trục B,C,D,E: tầng 1,2,3: 600x600mm tầng 4á12: 500x500mm Chọn kích thước dầm ngang, dầm dọc: ld 450 0 + Dầm ngang: hd = = = 562,5 (mm); chọn hd = 600 mm md 8 b = ( 0,3 á 0,5 )h chọn b = 300 (mm) ldp 9000 + Dầm dọc : hdp = = = 750 chọn hdp1 = 800 mm ; b = 300mm mdp 12 II, Xác định tải trọng tác dụng lên khung K2, I1, Mở đầu: Tải trọng truyền vào khung gồm tĩnh tải va hoạt tải dưới dạng tải tập trung và tải phân bố đều, + Tĩnh tải: trọng lượng bản thân cột, đầm sàn, tường, các lớp trát ,,, + Hoạt tải: Tải trọng sử dụng trên nhà Ghi chú: Tải trọng do sàn truyền vào dầm của khung được tính toán theo diện chịu tải, được căn cứ vào đường nứt của sàn khi làm việc, Như vậy tải trọng truyền từ bản vào dầm theo hai phương: Theo phương cạnh ngắn l1: hình tam giác Theo phương cạnh dài l2: hình thang hoặc tam giác Để đơn giản cho tính toán và vào SAP90 chỉ cho nhập 1 loại tải trọng phân bố lên phần tử trong một trường hợp tải, không thể gán cả tải phân bố (tường) và tải hình thang (sàn) lên cùng một phần tử, Vì vậy ta quy tải tam giác và hình thang về dạng phân bố đều, + Tải dạng tam giác có lực phân bố lớn nhất tại giữa nhịp là qmax, tỉa phân bố đều tương đương là: qtđ=5,qmax/8 + Tải hình thang có lực phân bố đều ở giữa nhịp là q1, tải phân bố đều tương đương là: qtđ=(1-2b2+b3)q1 Với b=l1/(2,l2) l1: phương cạnh ngắn l2: phương cạnh dài II, 2, Tải đứng 1,Tĩnh tải: -Tĩnh tải đơn vị: Tên Các lớp Tải tiêu Hệ số Tải tính cấu chuẩn tin cậy toán kiện Kg/m2 n Kg/m2 2 3 4 5 1, Gạch lát d=1cm g=2200kg/m3 44 1,1 48,4 2, Vữa lót d=1,5cm g=1800kg/m3 27 1,2 32,4 Sàn 3, Bản BTCT d=12cm g=2500kg/m3 300 1,1 330 nhà 4, Vữa trát d=1cm g=1800kg/m3 18 1,2 21,6 Tổng 432,4 1, Hai lớp gạch lát d=4cm g=1800kg/m3 72 1,1 79,2 2, Lớp bêtông chống thấm d=4cm g=2500kg/m3 100 1,1 110 3, Lớp bêtông xỉ tạo dốc d=10cm g=1800kg/m3 180 1,1 198 Sàn 4, Sàn BTCT d=12cm g=2500kg/m3 300 1,1 330 mái 5, Lớp vữa trát trần d=1cm g=1800kg/m3 18 1,2 21,6 6, Gạch chống nóng 88 1,1 96,8 Tổng 835,6 1,Lớp gạch lát nền d=2cm g=2200kg/m3 44 1,1 48,4 2, Lớp vữa lót d=1,5cm g=1800kg/m3 27 1,2 32,4 Sàn khu 3,Lớp chống thấm d=4cm g=2000kg/m3 80 1,2 96 vệ sinh 4,Vữa trát d=1cm g=1800kg/m3 18 1,2 21,6 5,Bản BTCT d=12cm g=2500kg/m3 300 1,1 330 Tổng 528,4 1,1,Phân tải tầng 2, Tải trọng phân bố: Sơ đồ truyền tải như hình vẽ: Diện tích: S1=0,5x0,5x4,1x4,1=4,2025 m2 S2= S3=0,5x0,5x4,5x4,5=5,0625 m2 S4= S5=0,5x0,5x3,6x3,6=3,24m2 Tải trọng phân bố đều trên nhịp AB: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsox0,5xl1=x432,4x0,5x4,1=554,0125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp AB : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp AB là: q1=554,0125+396=950 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp BC: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsox0,5xl1=x432,4x0,5x4,5=608,0625 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp BC : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp BC là: q1=608,0625+396=1004 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp CD: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x3,6=972,9 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=3,6m nhịp CD : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp CD là: q1=972,9+396=1368 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp DE: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp DE : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp DE là: q1=1216,125+396=1612,125Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp EG: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x4,1=1108,025 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp EG : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp EG là: q1=1108+396=1504 Kg/m b, Tải trọng tập trung: Nút A: + Do sàn: Ps = 0,5xS2xqs0=0,5x5,0225x432,5=1085,1156 Kg + Do dầm : Pd = 1,1x2500x0,3x(0,5-0,12)x4,5=1410,75 Kg + Do tường : Pt = 1,1x1800x0,22x(4x4,5-2,6x1,3)=6368,472 Kg + Trọng lượng bản thân cột: Pc=1,1x2500x0,45x0,45x4=2227,5 Kg + Tổng tải trọng tập trung tại nút A là: PA=1085,1156+1410,75+6368,472+2227,5=11093 Kg Nút B: + Do sàn: Ps = 0,5x(S2+S3)xqs0=0,5x(5,0225+5,0625)x432,5=2180,377 Kg + Do dầm : Pd = 1,1x2500x0,3x(0,6-0,12)x4,5=891 Kg + Trọng lượng bản thân cột: Pc=1,1x2500x0,6x0,6x4=3960 Kg + Tổng tải trọng tập trung tại nút B là: PB=2180,377+891+3960=7031 Kg Nút C: + Do sàn: Ps = (1,5xS4+0,5xS3+0,5xS5)xqs0=(1,5x4,86+0,5x5,0625+0,5x3,24)x432,4 =4947,2 Kg + Do dầm : Pd = 1,1x2500x0,3x[0,5x(0,6-0,12)+0,8-0,12]x432,4=3415,5 Kg + Trọng lượng bản thân cột: Pc=1,1x2500x0,6x0,6x4=3960 Kg + Tổng tải trọng tập trung tại nút C là: PC=4947,2+3415,5+3960=12323 Kg Nút D: + Do sàn: Ps = (2S3+1,5S4+0,5S5)xqs0=(2x5,0625+1,5x4,86+0,5x3,24)x432,4 = 8230,734 Kg + Do dầm : Pd = 1,1x2500x0,3x[(0,5x4,5+0,25x8,1)x(0,6-0,12)+4,5x(0,8-0,12)] = 5019,5 Kg + Trọng lượng bản thân cột: Pc=1,1x2500x0,6x0,6x4=3960 Kg + Tổng tải trọng tập trung tại nút D là: PD=8230,734+5019,5+3960=17210 Kg Nút E: + Do sàn: Ps = (S3+S2)xqs0=(5,0625+5,0225)x432,4=4360,754 Kg + Do dầm : Pd = 1,1x2500x0,3x(0,5-0,12)x4,5= 1410,75Kg + Trọng lượng bản thân cột: Pc=1,1x2500x0,6x0,6x4=3960 Kg + Tổng tải trọng tập trung tại nút E là: PE = 4360,754+1410,75+3960=9732 Kg Nút G: + Do sàn: Ps = S2xqs0=5,0225x432,5=2171,729 Kg + Do dầm : Pd = 1,1x2500x0,3x(0,5-0,12)x4,5=1410,75 Kg + Do tường : Pt = 1,1x1800x0,22x(4x4,5-2,6x1,3)=6368,472 Kg + Trọng lượng bản thân cột: Pc=1,1x2500x0,45x0,45x4=2227,5 Kg + Tổng tải trọng tập trung tại nút G là: PG=2171,729 +1410,75 + 6368,472 + 2227,5=12178 Kg 1,2, Phân tải tầng 3: Tải trọng phân bố: - Sơ đồ truyền tải của sàn vào khung tầng 3: Tải trọng phân bố đều trên nhịp AB: + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp AB : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp AB là: q1=396 Kg/m - Tải trọng phân bố đều trên nhịp BC: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp BC : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp BC là: q1=1216,125+396=1612 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp CD: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x3,6=972,9 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=3,6m nhịp CD : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp CD là: q1=972,9+396=1369 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp DE: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp DE : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp DE là: q1=1216,125+396=1612Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp EG: + Do sàn chuyền vào: + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp EG : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp EG là: q1=396 Kg/m Tải trọng tập trung: Tương tự tầng hai, ta truyền tải theo nguyên tắc từ sàn truyền vào dầm theo diện chịu tải, từ dầm truyền vào cột thành các lực tập trung, Kết quả tính như sau: + Nút A: Psàn=4475,34 Kg Pdầm=1410,75 Kg PTường=4665,276 Kg PCột=1893,375 Kg ị PA=12445 Kg + Nút B: + Nút C: + Nút D: PD = PC = 15616 Kg + Nút E: + Nút G: + Nút I: PI = 4928 Kg + Nút J: PJ=2376 Kg 1,3, Phân tải tầng 4: Tải trọng phân bố: - Sơ đồ truyền tải của sàn vào khung tầng 4: Tải trọng phân bố đều trên nhịp AB: + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp AB : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp AB là: q1=396 Kg/m - Tải trọng phân bố đều trên nhịp BC: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp BC : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp BC là: q1=1216,125+396=1612 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp CD: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x3,6=972,9 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=3,6m nhịp CD : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp CD là: q1=972,9+396=1369 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp DE: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp DE : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp DE là: q1=1216,125+396=1612Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp EG: + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp EG : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp EG là: q1=396 Kg/m Tải trọng tập trung: Tương tự tầng hai, ta truyền tải theo nguyên tắc từ sàn truyền vào dầm theo diện chịu tải, từ dầm truyền vào cột thành các lực tập trung, Kết quả tính như sau: + Nút A: + Nút I: + Nút B: + Nút C,D: + Nút E: + Nút G: + Nút J: PJ=2376 Kg 1,4, Phân tải tầng 5,6,7,8,9,10: Tải trọng phân bố: Sơ đồ truyền tải của sàn vào khung : Tải trọng phân bố đều trên nhịp IB: + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp IB : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp AB là: q1=396 Kg/m - Tải trọng phân bố đều trên nhịp BC: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp BC : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp BC là: q1=1216,125+396=1612 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp CD: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x3,6=972,9 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=3,6m nhịp CD : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp CD là: q1=972,9+396=1369 Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp DE: + Do sàn chuyền vào: qs=xqsoxl1=x432,4x4,5=1216,125 Kg/m Trong đó qso: Tĩnh tải của sàn ; l1cạnh ngắn của ô sàn + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,5m nhịp DE : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp DE là: q1=1216,125+396=1612Kg/m Tải trọng phân bố đều trên nhịp EJ: + Do trọng lượng bản thân dầm l=4,1m nhịp EG : qd=n,gb,b,(h-ds)=1,1,2500,0,3,(0,6-0,12)=396 Kg/m + Tổng tải trọng phân bố đều trên nhịp EG là: q1=396 Kg/m Tải trọng tập trung: Kết quả tính : + Nút I: + Nút B: + Nút C,D: + Nút E: + Nút G: PG=4177 Kg + Nút J: PJ=2376 Kg 1,5, Phân tải tầng 11: Tải trọng phân bố: Sơ đồ truyền tải của sàn vào khung : Tải trọng phân bố đều trên dầm bầng tầng dưới cộng thêm tải trọng do tường bằng: qt=1037 kg/m + Tải trọng phân bố đều trên nhịp IB: 396+1037=1433Kg/m + Tải trọng phân bố đều trên nhịp BC: 1612+1037=2649Kg/m + Tải trọng phân bố đều trên nhịp CD: 1369+1037=2406Kg/m + Tải trọng phân bố đều trên nhịp DE: 1612+1037=2649Kg/m + Tải trọng phân bố đều trên nhịp EJ: 396+1037=1433Kg/m Tải trọng tập trung: Do sơ đồ sàn giống tầng dưới, tải tập trung tương tự tầng dưới 1,6 Phân tải tầng 12: Sơ đồ truyền tải: Tải trọng phân bố: tính toán tương tự ta có kết quả qIB = qEJ = 1441 Kg/m qBC=qDE =2657 Kg/m qCD=2657 Kg/m Tải trọng tập trung: Nút I: PI=Pd,s+ Pt = 2513,925+1986,336=4500 Kg Nút B: PB=Ps+ Pd +Pc= 5034,7575+3326,4+1650=10011 Kg Nút C,D: PC,D=Ps+ Pd +Pc= 6085,48+4128,3+1650=11864 Kg Nút E: PE =Ps,d+Pc=3916+1650=5566 Kg Nút J: PJ =Ps,d+Pt=1402,695+1986,336 Kg 1,7 Phân tải sàn mái: Sơ đồ truyền tải như tầng 12: Tĩnh tải của sàn mái lớn hơn các tầng, phân tải tương tự các tầng khác kết quả như sau: 2, Hoạt tải: Tra trong tiêu chuẩn TCVN 2737-95: Hoạt tải kho hàng: qtc = 400 Kg/m2 , n=1,2 ị qtt = 1,2x400=480 Kg/m2 - Hoạt tải sảnh, cầu thang, hành lang, ban công, lôgia: qtc=400 Kg/m2, n=1,2 ị qtt=1,2x400=480 Kg/m2 Hoạt tải văn phòng: qtc=200 Kg/m2, n=1,2 ị qtt=1,2x200=240 Kg/m2 Hoạt tải phòng Cafe giải khát: qtc=300 Kg/m2, n=1,2 ị qtt=1,2x300=360 Kg/m2 Hoạt tải phòng họp: qtc = 400 Kg/m2 , n=1,2 ị qtt = 1,2x400=480 Kg/m2 Hoạt tải phòng chuyển bị: qtc = 400 Kg/m2 , n=1,2 ị qtt = 1,2x400=480 Kg/m2 2,1 Hoạt tải phân bố: - Hoạt tải phân bố tầng 2: + Nhịp AB: + Nhịp BC: + Nhịp CD: + Nhịp DE: + Nhịp EG: - Hoạt tải phân bố tầng 3,4: + Nhịp AB: q1=345 Kg/m + Nhịp BC: q2=675 Kg/m + Nhịp CD: q3=540 Kg/m + Nhịp DE: q4=675 Kg/m + Nhịp EG: q5=307,5 Kg/m - Hoạt tải phân bố tầng 5á10: + Nhịp BC: q1=675 Kg/m + Nhịp CD: q2=540 Kg/m + Nhịp DE: q3=675 Kg/m - Hoạt tải phân bố tầng 11: + Nhịp BC: q1=1350 Kg/m + Nhịp CD: q2=1080 Kg/m + Nhịp DE: q3=1350 Kg/m - Hoạt tải phân bố tầng 12,mái: + Nhịp BC,DE: q1=118,125 Kg/m + Nhịp CD: q2=94,5 Kg/m 2,2 Hoạt tải tập trung: 2,2,1 Trường hợp hoạt tải 1: Hoạt tải chất nhịp DE, BC tầng 2: + Hoạt tải nút: PB=PC=0,5x0,5x4,5x4,5x0,5x360=911,25 Kg PE=2x911,25=1822,5 Kg PD=3x911,25+0,25x4,5x4,5x360x0,25=3189,375Kg Hoạt tải chất nhịp AB, CD, EG tầng 3: + Hoạt tải nút: PC = PD = 3888 Kg PA= PI = 924,6 + = 924,6 + 972 = 1896,6 Kg PB =972,3/2 = 1458 (Kg) ; PJ = (4,1/2),4,5,240/2 = 1107 (Kg) PE = PG = -- Hoạt tải chất nhịp BC, DE tầng4, PB = PC = PD = ; PE = Hoạt tải chất nhịp AB, CD, EG tầng 5,7,9, PI = 982 Kg ; PB = 1458 Kg ; PC = PD = 1944 Kg ; PE = PJ = 567 Kg Hoạt tải nhịp BC, DE tầng 6,8,10, PB = PC = PD = 2126,25(Kg) ; PE = 1215(Kg) Hoạt tải chất nhịp AB, BC, EG tầng 11, PI = 1964 (Kg) ; PB = 1458x2 = 2916(Kg) ; PC = PD =1944x2=3888(Kg) ; PE = PJ = 1134(Kg) Hoạt tải chất nhịp BC, DE tầng 12 PB = PC = ; PD = 637,9 (Kg) ; PE = Hoạt tải chất nhịp AB, CD, EG tầng mái, PI = PB = 340,2(Kg) ; PC = PD = 476,3(Kg) ; PE = PJ = 198,5(Kg) 2,2,2 Trường hợp hoạt tải 2: Hoạt tải chất nhịp AB, BC, EG tầng 2: PA = PB =1808,1(Kg) ; PE = PG = 3616,2(Kg) ; PC = PD = 2916(Kg) Hoạt tải nhịp BC, DE tầng 3: PB = PC = PD = 2126,25 (Kg) ; PE = 2430 (Kg) Hoạt tải nhịp AB, CD, EG tầng 4: PA = 462,3(Kg) ; PB = 729(Kg) ; PC = PD = 3888(Kg) ; PI = 948,3(Kg) ; PE = 584,85(Kg) ; PJ = 553,5(Kg) ; PG = 584,9(Kg) Nhịp BC, DE tầng 5,7,9: PB = PC = PD = 2126,5(Kg) ; PE = 1215(Kg) Nhịp BC, DE tầng 6,8,10 (Kg) Nhịp BC, DE tầng 11: PB = PC = PD = 4252,5(Kg) ; PE = 2430(Kg) Nhịp AB, CD, EG tầng 12: PI = 170,1(Kg) ; PB = 510,3(Kg) ; PC = PD = 476,28(Kg) ; PE = PJ = 198,5(Kg) Nhịp BC, DE tầng mái: PB = PC = PE = 637,9(Kg) ; PE = 212,63(Kg) ii 3, Tải trọng ngang Đặc điểm: -,Công trình được thiết kế với các cấu kiện chịu lực chính là khung cứng và vách cứng là lõi thang máy, Hệ khung – lõi kết hợp cùng tham gia chịu lực theo sơ đồ khung giằng thông qua vai trò cứng tuyệt đối trong mặt phẳng ngang của sàn (d= 12cm), - Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân tải trọng ngang cho khung – vách , ở đây ta lựa chọn phương pháp quy đổi từ khung thành vách tương đương khi chịu tải trọng ngang, - Nhận xét : Dưới tác dụng của tải trọng ngang biến dạng của khung và vách là 2 đường không đồng điệu, - Vì nội dung của phương pháp này là quy đổi khung về 1 vách tương đương có cùng độ cao, cùng chuyển vị tại đỉnh, Nhưng biến dạng không đồng điệu của khung – vách nên càng lên cao khoảng cách giữa 2 điểm của đường đàn hồi trên 2 đường có cùng độ cao sẽ càng xa nhau, Vì đây chỉ là phương pháp gần đúng nên ta chọn điểm cân bằng chuyển vị sao cho có được nhiều điểm gần nhau nhất, ta tính chuyển vị tai cao trình 0,8H, Ta lập công thức tính chuyển vị của thanh công sôn khi chịu tải PK = 1 đặt tại đỉnh gây ra tại điểm Z = 0,8H theo phương pháp nhân biểu đồ: Phân loại và tính độ cứng tương đương của từng khung, - Nhà có 4 loại khung : khung K1 có H= 37,2m ( khi chạy Sap ta tách làm 2 khung ) khung K2 , K3 , K4 có H=43m Ki : là khung đi qua trục thứ i + Với H=37,2 m ị Z=0,8H=30,4m, Chọn nút tính chuyển vị là nút tầng 9 + Với H=43 m ị Z=0,8H=33,8m, Chọn nút tính chuyển vị là nút tầng 10 - Dùng trương trình SAP90 tính chuyển vị tại các nút cần tính chuyển vị khi chịu tải trọng P= 1000Kg tại đỉnh gây ra, sơ đồ các khung như sau ( trang bên ) - Kết quả: + Khung K1 có chuyển vị tại nút tầng 9 là: y=0,008551 + Khung K2 có chuyển vị tại nút tầng 9 là: y=0,005376 + Khung K3 có chuyển vị tại nút tầng 9 là: y=0,006566 + Khung K4 có chuyển vị tại nút tầng 9 là: y=0,001523 Dựa vào công thức lúc trước đã thành lập cho lực P=1 ta có công thức tính độ cứng tương đương của khung là: Jtđ = E = 2,65,109 Kgm2 là môdun đàn hồi của bêtông Khung H (m) Z (m) D JTĐ(m4) K1 K2 K3 K4 37,2 43 43 43 30,4 33,8 33,8 33,8 0,008551 0,005376 0,006566 0,001523 0,5779 3,667 1,091 4,7023 Tính vách: FV = ( 2x0,76 + 1,08 + 2x2,26 + 5 )x0,22 = 2,6664 m2 SY =2x0,22x2,26(0,5x2,26 + 0,11) + 0,22x5x2,48 = 3,961056 cm3 y0 = Trọng tâm lõi nằm trên trục y cách trục trọng tâm hình học x một đoạn 0,25m JX =2,84m4 Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình, Theo TCVN 2737 : 1995 thành phần động của tải trọng gió phải được kể đến khi tính toán công trìng tháp trụ, các nhà nhiều tầng cao hơn 40m và tỉ số độ cao trên bề rộng H/B > 1,5, Công trình số 8 Láng Hạ có chiều cao công trình H=43m (46m tính đến đỉnh mái), chiều rộng B=20,8m, Ta thấy H=43m > 40m H/B = 43/20,8 = 2,1 > 1,5, Vậy theo TCVN 2737-95 ta phải tính đến cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió, Thành phần gió tĩnh: Giá trị của thành phần tĩnh tải trọng gió tại điểm có độ cao Z so với mốc chuẩn là: W = n,Wo,kc + Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng áp lực trong TCVN 2737-95, Với địa hình Hà Nội vùng IIB Wo = 95Kg/m2 + k: hệ số tính toán kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao và địa hình, + c: hệ số khí động , gió đẩy c = +0,8 gió hút c = -0,6 + n: hệ số vượt tải n = 1,2 thay các giá trị vào công thức ta được Wđ = 1,2,0,8,95,k=91,2k (Kg/m2) Wh = 1,2,0,6,95,k=68,4k (Kg/m2) Wt =159,6k (Kg/m2) + Biểu đồ áp lực gió theo chiều cao có dạng gãy khúc, các giá trị áp lực gió tại các mức sàn theo chiều cao được tính ở bảng sau: Mức Độ K Wt Diện tích Wttổng sàn cao Kg/m2 b h1 h2 (KG) 2 7,5 0,94 150,024 35 6 4 26254,20 3 11,5 1,024 163,430 35 4 3,4 21164,24 4 14,9 1,08 172,368 35 3,4 3,4 20511,79 5 18,3 1,113 177,634 35 3,4 3,4 21138,54 6 21,7 1,1453 182,789 35 3,4 3,4 21752,00 7 25,1 1,1759 187,673 35 3,4 3,4 22333,16 8 28,5 1,2065 192,557 35 3,4 3,4 22914,33 9 31,9 1,2314 196,531 35 3,4 3,4 23387,24 10 35,3 1,2518 199,787 35 3,4 3,4 23774,69 11 38,7 1,2722 203,043 35 3,4 3,4 24162,13 12 42,1 1,2922 206,235 35 3,4 2,4 20932,86 Mái 45,5 1,313 209,554 26 2,4 0 6538,11 b, Thành phần gió động: Để xác định được thành phần gió động của tải trọng gió ta phải tìm được các dạng dao động cơ bản đầu tiên rồi so sánh với tần số dao động riêng giới hạn fL của công trình, Theo TCXD 229 : 1999 chu kỳ dao động riêng cơ bản của các nhà có thể tính theo công thức thực nghiệm: T = a,n Trong đó: n – là số tầng nhà n=12 a - là hệ số phụ thuộc vào dạng kết cấu của nhà và dạnh nền, Đối với nhà có biến dạng trung bình và là nhà khung bêtông cốt thép toàn khối, tường bằng gạch thì a = 0,064 Tần số dao động riêng cơ bản của nhà là: f = Xác định giá trị tần số dao động giới hạn của công trình Nhà bê tông cốt thép tra theo TCXD ta có độ giảm loga dao động của kết cấu d = 0,3 Kết hợp với vùng áp lực gió là vùng II ta có được fL = 1,3 So sánh hai giá trị f = 1,31 > fL =1,3 ị theo TCXD trên , giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của áp lực gió Wpj tác dụng lên phần thứ j chỉ cần kể đến tác dụng của xung vận tốc gió, Khi đó giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của áp lực gió Wpj tác dụng lên phần thứ j của công trình được xác định theo công thức sau: Wpj = Wj,xj,n Trong đó: + Wj - là giá trị tiêu chuẩn thành phầntĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình, Theo phần gió tĩnh ta có Wj = 133k (Kg/m2) + xj - là hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình, không thứ nguyên, tra theo bảng trong TCVN 2737-95, phụ thuộc vào độ cao + n - hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng vói các dạng dao động khác nhau của công trình, không thứ nguyên, Lấy theo TCVN 2737-95, phụ thuộc vào các thông số c,r, Với nhà chữ nhật có mặt phẳng tạo độ cơ bản song song với bề mặt tính toán ta có c = L = 20,8(m) ; r = D = 35(m), Tra bảng ta có n = 0,7351 ị Wpj = 133,0,87351,kZ, xZ = 97,7683,kZ, xZ (Kg/m2) Tải trọng gió tính toán : Wđgió = Wpj,g,b Trong đó : g - là hệ số tin cậy g = 1,2 b - là hệ số phụ thuộc thời gian b = 1 Wđgió = 1,2,1,97,7683,kZ, xZ = 117,32196,kZ, xZ (Kg/m2) c, Phân tải trọng gió về khung Vì nhà có mặt bằng đối xứng, tâm cứng nằm trên trục đối xứng, không có thành phần mômen xuắn do lệch tâm, tải ngang được phân về vách theo công thức sau: Trong đó: TYi (z): là tải trọng ngang phân về vách thứ i ở độ cao z PY(z): là tổng tải trọng ngang đua về ở độ cao z Ji: là độ cứng của vách thứ i E: có giá trị không đổi cùng bằng = E của bêtông bảng phân phối tải trọng gió về khung k2 Mức Độ KZ xZ Wđgió S Wđ Wt Wgió Phân về K2 sàn cao (KG/m2) (m2) (KG) (KG) (KG) (KG) 2 7,5 0,94 0,5108 56,3324 175 9858,17 26254,2 36112,4 5416,8548 3 11,5 1,024 0,486 58,3869 129,5 7561,11 21164,2 28725,3 4308,7958 4 14,9 1,08 0,47614 60,3306 119 7179,34 20511,8 27691,1 4153,6714 5 18,3 1,113 0,46628 60,8865 119 7245,5 21138,5 28384 4257,5997 6 21,7 1,1453 0,457 61,4066 119 7307,38 21752 29059,4 4358,9071 7 25,1 1,1759 0,45196 62,3519 119 7419,88 22333,2 29753,1 4462,9614 8 28,5 1,2065 0,4472 63,3007 119 7532,78 22914,3 30447,1 4567,0623 9 31,9 1,2314 0,443 64,0003 119 7616,04 23387,2 31003,2 4650,4858 10 35,3 1,2518 0,43768 64,2793 119 7649,23 23774,7 31423,9 4713,59 11 38,7 1,2722 0,43292 64,6163 119 7689,34 24161,1 31850,4 4777,5667 12 42,1 1,2922 0,429 65,0379 101,5 6601,34 20932,9 27534,2 4130,1366 Mái 45,5 1,313 0,42675 65,7382 31,2 2051,03 6538,11 8589,14 1288,3711 Diện tích chịu tải trọng gió xác định theo công thức: S = b trong đó b: là bề rộng công trình h1: chiều cao tầng phía dưới của vị trí sàn phân tải h2: chiều cao tầng phía trên của vị trí sàn phân tải iii tính nội lực và cốt thép khung k2 iii. 1 xác định nội lực khung k2 Sử dụng chương trình SAP 90 để giải tìm nội lực cho khung K2 với các trường hợp tải sau: + Tĩnh tải + Hai trường hợp tải chất cách tầng cách nhịp + Hai trường hợp tải trọng gió ( gió trái, gió phải ) Sơ đồ rời rạc hoá khung như hình vẽ Các kết quả nội lực được lấy ra từ tệp kết quả K2.f3f và được đưa ra để tổ hợp : tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2 Nội lực tính toán được lấy từ cặp nội lực nguy hiểm nhất trong bảng tổ hợp nội lực iii. 2 tính cột khung k2 Cột trụ tầng một ( cột trục B, phần tử 2) c. Các số liệu thiết kế: Vật liệu dùng làm cột có thông số: + Bêtông dùng làm cột mác 250 có Rn = 110kg/cm2 ; Eb = 265.103kg/cm2 + Thép chịu lực nhóm AII có : Ra=Ra’=2700kg/cm2 Từ mác bêtông và nhóm cốt thép tra bảng ta có:ao =0,58 ; Ao = 0,412 Chiều dài tính toán của cấu kiện phụ thuộc vào : số nhịp của khung và tỷ số B/H Ta có B/H = 20,8/43 = 0,4837 > 1/3 Số nhịp khung > 2, kết cấu BTCt đổ toàn khối chiều dài tính toán của cột ltt = 0,7H (H: là chiều cao từ sàn tầng i tới sàn tầng i+1) b. Cặp nội lực tính toán: STT M ( Kgm ) N ( Kg ) eo1 = M/N ( m) Q ( Kg ) Mdh (Kgm) Ndh (Kg) 1 2 42517 38479,8 312118 367125,4 0,1362 0,1048 11035,7 10031,54 541,072 541,072 274802 274802 Chiều dài tính toán của cột l = 0,7H=0,7x600=420 (cm) Tiết diện cột 600x600 (mm). Giả thiết a=a’=5cm => ho = h – a = 60-5=55 cm Độ tệch tâm ngẫu nhiên: eong = max( h/25;2;ht/600) = h/25 =60/25=2,4cm Do cột có hình dạng đối xứng và mômen: Mmax+,Mmin- chênh lẹch nhau không nhiều, để tiện cho thi công ta đặt cốt thép đối xứng cho cột c. Tính cốt thép đối xứng với cặp 1: M=42517 Kgm ; N=312118 Kg ; Q=11035,7 Kg Độ lệch tâm : eo=eo1+eong=13,62+2,4=16,02cm Tính hệ số uốn dọc: Giả thuyết mt=2,2(%) + Ja=mt.b.ho(0,5h-a)2=0,022.60.55(30-5)2=45375cm4 + Jb= + eo/h = 16,02/60=0,267 + + Hệ số xét đến độ lệch tâm: + Lực dọc tới hạn: + Hệ số uốn dọc: + Tính giá trị e: e = h.e0 + 0,5.h – a = 1,058.16,02 + 0,5.60 – 5 = 42,0 (cm) + Chiều cao vùng nén: > a0.ho=0,58.55=31,9cm xảy ra trường hợp lệch tâm bé Tính lại x: h.e0 =16,95> 0,2.h = 12 => x = 1,8(eogh-h.e0 ) + a0.h0 eogh = 0,4.(1,25h -a0.h0 ) = 0,4(1,25.60 – 0,58.55) =17,24(cm) x = 1,8(17,24 – 16,95) + 0,58.55 = 32,7 (cm) Diện tích cốt thép theo yêu cầu: Kiểm tra hàm lượng giả thuyết mt mt = d. Tính với cặp nội lực thứ 2: M = 38479,807Kgm ; N = 367125,4 Kg ; Q = 10031,54 Kg Độ lệch tâm: e0 = e01 + eong = 38479,807/367125,4 + 0,024 = 0,1288 m Tính hệ số uốn dọc h: giả thuyết mt =2,3% + Ja = 47438 cm4 + Jb = 1080000 mc4 + e0/h = 0,2147 + Hệ số: + Hệ số xét đến độ lệch tâm: + Lực dọc tới hạn: + Hệ số uốn dọc: + Tính giá trị e: e = h.e0 + 0,5.h – a = 1,062.12,88 + 0,5.60 – 5 = 38,7 (cm) + Chiều cao vùng nén: > a0.ho=0,58.55=31,9cm xảy ra trường hợp lệch tâm bé Tính lại x: h.e0 =1,062.12,88=13,627 > 0,2.h = 12 => x = 1,8(eogh-h.e0 ) + a0.h0 eogh = 0,4.(1,25h -a0.h0 ) = 0,4(1,25.60 – 0,58.55) =17,24(cm) x = 1,8(17,24 – 13,627) + 0,58.55 = 38,3 (cm) Diện tích cốt thép theo yêu cầu: Kiểm tra hàm lượng giả thuyết mt mt = Như vậy hàm lượng cốt thép đã chọn là hợp lý. So sánh diện tích cốt thép 2 cặp nội lực Ta có Fa = Fa’ = 35,4 cm2 Chọn cốt thép chịu lực: 5f30 có Fa=35.4 cm2 Cốt đai cho cột: + Đường kính cốt đai phải ³ { 5mm; 0,25dmax=0,25.30= 7,5cm} Chọn đai f8 + Khoảng cách giữa các cốt đai : u < 15.dmin = 15.16 = 240mm Chọn u = 200 ở đoạn giữa u = 150 ở đoạn nối cốt thép và dưới nút Các cột khác được tính tương tự, để tiện theo dõi em trình bày dưới dạng bảng sau: iii3. tính dầm khung k2: Dầm có tiết diện: 600x300 ; dầm côngson có tiết diện 450x300 Số liệu tính toán: + Bê tông mác 250 có Rn = 110 Kg/cm2 Rk = 8,8 Kg/cm2 + Thép AII có Ra = 2700 Kg/cm2 + Thép AI có Ra = 1700 Kg/cm2 Tính dầm D56 tầng 1, nhịp BC: Nội lực tính toán: Do đặc điểm của khung là nội lực do tải trọng gió lớn, mômen dương ở đầu dầm lớn vì vậy ta sẽ tính 2 cặp nội lực ở đầu dầm, và sẽ có 5 cặp nội lực cần phải tính. Vị trí tiết diện M ( Kgm ) Q ( Kg ) Đầu dầm - 20288,3 + 18043,1 10514,26 Giữa dầm 1482,66 -7808,04 Cuối dầm - 21053,4 + 16860,3 -10947,1 Tính toán cốt thép chịu lực: Với tiết diện đầu và cuối dầm : Do đặc điểm Mômen dương đầu dầm lớn và để tiết kiệm cốt thép ta sẽ tiết hành tính cốt thép dương trước, sau đó sẽ tính cốt kép khi tính cốt thép cho mômen âm (khi đó đã có cốt dương ở phía dưới) + Tính cốt dương ở đầu dầm: Mdương = 18043,1 Kgm Tiết diện tính toán là tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén. Tính: Mc = Rn.bc.hc.( h0-0,5.hc ) .Chọn agt = 5cm Đây là giá trị mômen ứng với trường hợp trục trung hoà đi qua mép dưới của cánh bc = b + 2.c1 trong đó => c1 = 75 cm ; bc = 30 + 2.75 = 180 cm Mc = 110x180x12(55-0,5x12)=11642400 Kgm Với M = 18043,1 Kgm trục đi qua cánh, tính toán như tiết diện 60x108 cm < A0 > Chọn 2f25+1f20 có Fa = 12,96 cm2 + Tính cốt thép âm đầu dầm: M = 20288.3 Kgm Bài toán có dạng tính Fa khi đã biết Fa’= 11,95 cm2 , chọn agt = 7,5cm Chọn 3f22+2f16 có Fa = 15,42 cm2 Tính toán cốt thép ở cuối dầm tương tự ở đầu dầm: + Tính với mômen dương ở cuối dầm: M = 16860,3 < Mc < A0 > Chọn 2f25+1f20 có Fa = 12,96 cm2 + Tính cốt thép âm cuối dầm: M =21053,4 Kgm Bài toán có dạng tính Fa khi đã biết Fa’= 11,95 cm2 , chọn agt = 7,5cm Chọn 3f22+2f16 có Fa = 15,42 cm2 Tính tiết diện giữa dầm chịu mômen dương M = 1482,66 Kgm Với M = 1482,66 Kgm trục đi qua cánh, tính toán như tiết diện 60x108 cm < A0 Tính toán cốt đai: Từ bảng tổ hợp ta có Qmax = 11091,7Kg ( tiết diện III ) Kiểm tra điều kiện hạn chế: Q Ê k0Rnbh0 VT = 11091,7 Kg VP = 0,35x110x30x52,5 = 60637,5 Kg > VT Thảo mãn điều kiện hạn chế bêtông không bị phá hoại trên tiết diệm nghiêng - Kiểm tra khả năng chịu cắt của bêtông : Q Ê k1Rkbh0 VT = 11091,7 Kg VP = 0,6x8,8x30x52,5 = 8316 Kg < VT Ta phải tính cốt đai chịu cắt Chọn cốt đai 8 có fa = 0,503 cm2 ; hai nhánh n = 2 Khoảng cách cốt đai: + Khoảng cách tính toán: + Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai: + Khoảng cách cấu tạo: uct = min(h/3=20cm,30cm) => uct = 20 cm + Khoảng cách cốt đai: u Ê min( utt ; umax ; uct ) = min( 81 ; 98,4 ; 20 ) Chọn khoảng cách cốt đai u = 15cm. Thiên về an toàn và tiện thi công ta bố trí khoảng cách cốt đai đều u = 15 cm cho toàn dầm Với khoảng cáhc cốt đai như đã chọn thì lực cắt mà cốt đai chịu: qđ + Khả năng chịu cắt của bêtông và cốt đai trên tiết diện nghiêng: Như vậy không cần tính cốt xiên Các dầm khác ta tính tương tự và để tiện theo dõi ta lập thành bảng