Lập mb kết cấu sàn tầng 2,3,4,5 dốc và mái

Bộ xây dựng Trường đại học kiến trúc hà nội Khoa tại chức ====* * *==== Phần II kết cấu ( 45% ) Nhiệm vụ thể hiện: - Lập mb kết cấu sàn tầng 2,3,4,5 dốc và mái. - Thiết kế sàn tầng 3. - Thiết kế cầu thang bộ trục a-b’ - Thiết kế khung. Thiết kế dàn mái trục 4 Giáo viên hướng dẫn : TS. Vũ trọng huy Sinh viên thực hiện : lê huy tăng Lớp : ctu 2006x2 - Xuân Hoà Hà Nội : 2010 Chương II thiết kế bản sàn tầng 3 =====&&&===== 1. Lập mặt bằng kết cấu: 1.1. Hệ kết cấu công trình. 1.1.1. Sơ lược về hệ kết cấu. a. Phân tích hệ chịu lực của nhà: - Hệ tường chịu lực: Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là tường phẳng. Tải trọng ngang truyền đến các tấm tường qua các bản sàn. Các tường cứng làm việc như công xôn có chiều cao, tiết diện lớn. Giải pháp này thích hợp cho nhà có chiều cao không lớn và yêu cầu về không gian bên trong không cao (không yêu cầu có không gian lớn bên trong). - Hệ khung chịu lực: Hệ này được tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kết cứng tại chỗ giao nhau gọi là nút. Các khung phẳng có liên kết với nhau qua các thanh ngang tạo thành khung không gian. Hệ kết cấu này khắc phục được điểm của hệ kết cấu tường chịu lực. Nhược điểm chính của hệ kết cấu này là kích thước tiết diện lớn, đồng thời chưa tận dụng được khả năng chịu tải ngang của lõi cứng. b. Các dạng kết cấu hỗn hợp: - Kết cấu giằng: Là hệ kết cấu trong đó khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, còn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng do các kết cấu chịu tải khác như cột. Trong hệ kết cấu này thì tất cả các nút khung có cấu tạo khớp hoặc các cột có độ cứng chống uốn bé vô cùng. - Kết cấu khung- giằng: Là hệ kết cấu kết hợp giữa khung và cột, lấy ưu điểm của loại này bổ sung cho nhược điểm của loại kia, công trình vừa có không gian sử dụng tương đối lớn, vừa có khả năng chống lực biên tốt. Cột trong kết cấu này có thể bố trí đứng riêng, cũng có thể lợi dụng tường, thang bộ được sử dụng rộng rãi trong các loại công trình. c. Kết luận: Qua xem xét đặc điểm các hệ kết cấu chịu lực trên áp dụng vào công trình, yêu cầu kiến trúc. Được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn em chọn hệ kết cấu chịu lực cho công trình là hệ kết cấu khung- phẳng. 2. Cơ Sở và dữ liệu tính toán: 2.1. Cơ sở thiết kế : Theo tiêu chuẩn XD Việt Nam 356 - 2005. 2.2. Tải trọng tác động : Theo tiêu chuẩn XD Việt Nam 2737 - 1995. 2.3. Vùng gió : Công trình được xây dựng ở thành phố Hưng Yên, tra bảng phân vùng gió theo áp lực tiêu chuẩn. TCVN 2737 - 1995 thị xã Hưmg Yên nằm trong vùng II-B, có W0 = 95 daN/m2. 3. Vật liệu sử dụng : - Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có: Rb= 11,5MPa, Rbt= 0,90MPa, Eb= 27.103MPa. - Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. - Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa. - Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-I, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,645, aR = 0,437. - Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-II, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,623, aR = 0,429. II. Thiết kế bản sàn tầng 3. 1. Sơ bộ chọn kích thước các bộ phận của sàn. 1.1. Chọn chiều dày bản sàn: Chiều dày bản xác định phải đảm bảo theo các điều kiện sau: hbchịu lực hbsử dụng hbcấu tạo Chiều dày của bản phải lựa chọn là nhỏ nhất trong điều kiện có thể vì khối lượng bê tông chủ yếu tập trung ở bản sàn. - Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức:hb= lb..Trong đó: + D= (0,8á1,4) là hệ số phụ thuộc tải trọng, lấy D= 1,1 + m= (40á45) là hệ số phụ thuộc loại bản, Với bản kê 4 cạnh ta chọn m= 45 + lb: là nhịp theo phương cạnh ngắn lớn nhất trong các ô bản, lb= 4,2 m. Thay số vào ta có : hb = 3,6. = 0,088 m =8,8cm ị chọn hb = 10 cm ị Ta chọn hb = 10 cm thoả mãn các điều kiện cấu tạo. 1.2. Chọn kích dầm, cột: a. Chọn kích thước dầm: Căn cứ vào điều kiện kiến trúc, kết cấu và công năng sử dụng mà ta chọn giải pháp dầm cho phù hợp. Với nhà cao mỗi tầng 3,9m, nhịp 9m với dầm khung và 4,2m với dầm dọc. Với phương án kết cấu BTCT thì việc chọn kích thước dầm hợp lý là hết sức quan trọng, cơ sở chọn tiết diện là từ các công thức giả thiết tính toán sơ bộ kích thước. Từ căn cứ đó ta chọn kích thước dầm như sau: - Chiều cao dầm chọn theo công thức là: hd= .Trong đó: (md= 8- 12 với dầm chính, md= 12- 20 với dầm phụ). + Với dầm khung nhịp ld= 9m. Suy ra: hd= Vậy chọn hd= 750mm = 70cm. - Bề rộng dầm chon theo công thức: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 ).750 = (225 á 375 ). Chọn bd = 220mm. Vậy chọn kích thước dầm khung là: bxh= 22x75 cm. + Với khung ld= 2100mm, ta có: hd= Chọn hd= 300mm = 30cm. - Bề rộng dầm: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )250 = ( 75 á 125). Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm dọc là: b x h= 22x250 cm + Với dầm dọc ld= 4200mm, ta có: hd= Chọn hd= 400mm = 400cm. - Bề rộng dầm: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )400 = ( 120 á 200). Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm dọc là: b x h= 22x400 cm + Với dầm dọc ld= 4500mm, ta có: hd= Chọn hd= 400mm = 400cm. - Bề rộng dầm: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )400 = ( 120 á 200). Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm dọc là: b x h= 22x40 cm + Với dầm dọc ld= 5400mm, ta có: hd= Chọn hd= 400mm = 40cm. - Bề rộng dầm: bd= (0,3 á 0,5 )hd = ( 0,3 á 0,5 )400 = ( 120 á 200). Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm dọc là: b x h= 22x40 cm - Với dầm trong ô bản: + Nhịp 4,2m, ta chọn: hd= Chọn hd= 300mm= 30cm - Bề rộng dầm bd= (0,3 á 0,5 ).hd = ( 0,3 á 0,5 ).300 = ( 90 á 150) Chọn bd = 220mm Vậy chọn kích thước dầm là: b x h= 22x30 cm. b. Chọn kích thước cột: - Xác định sơ bộ kích thước cột B5 trục 5 theo công thức: Fb = k Trong đó: k= (0,9 á 1,1) đối với cấu kiện nén đúng tâm. k= (1,2 á 1,5) đối với cấu kiện nén lệch tâm, ( lấy k = 1,4). - Bê tông cột cấp độ bền B20 có Rb= 11,5MPa. Khi tính N coi các dầm gắn lên cột là các dầm đơn giản truyền phải lực đầu dầm vào cột. N là lực dọc tác dụng vào cột tầng 1. Diện tích truyền tải lớn nhất dồn vào cột trục B3 là 4,5 x 3,3m. Suy ra: N= Sqn2. Với (q= 8,00kN/m2Trong đó:8,00kN/m2 là tải phân bố lên 1m2 sàn, giả thiết bằng 7,00 á10,00 kN/m2,n là số tầng, n= 5 tầng). Mà diện tích truyền tải là: A= 5,554,2=23,31m2. Ta có : N= 23,318,005=932,400 (kN). Vậy suy ra: Hình 1.Mặt bằng truyền tải lên cột Chọn tiết diện cột là: 22x50cm. - Cột trục C do phải chịu tải trọng lớn do dàn mái truyền xuống nên ta chọn tiết diện cột bằng với tiết diện của cột B: 220x500. - Với cột hành lang trục A, chịu tải trọng nhỏ hơn nên ta chọn kích thước cột là: 22x30cm. c. Kiểm tra ổn định của cột trục A, B, C trục 3: - Chiều dài làm việc của cột =0,7.H.Trong đó H là chiều cao của cột, H=3,9 + + 1,0= 4,9 m.( 1 m là ta lấy từ cos 0.000 đến mặt cổ móng). - Ta có: /b= 0,74,9/0,22= 15,59 < .Vậy cột đảm bảo độ ổn định. 2. Cấu tạo và tải trọng của sàn : 2.1. Cấu tạo các lớp sàn: Hình 3: cấu tạo các lớp sàn 2.2. Tĩnh tải: ( g ) Từ cấu tạo các lớp sàn ta xác định được tĩnh tải tác dụng lên sàn như sau: a. Cấu tạo sàn phòng, sàn hành lang, sảnh: Bảng 1. Cấu tạo sàn phòng,hành lang, sảnh. Cấu tạo sàn Chiều dày (m) g (kN/m3) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2) 1. Gạch lát nền 300x300 0,010 22 0,22 1,1 0.242 2. Lớp vữa lót M25# 0,020 18 0,36 1,3 0,468 3. Bản sànBTCT B20 0,100 25 2,50 1,1 2,75 4. Lớp vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 Tổng cộng 3,35 3,811 b. Cấu tạo sàn vệ sinh: Bảng 2.Cấu tạo sàn WC. Cấu tạo sàn Chiều dày (m) g (kN/m3) gtc kN(/m2) n gtt (kN/m2) 1.Gạch lát chống trơn 200x200 0,010 18 0,18 1,1 0,198 2. Lớp vữa lót M25# 0,015 18 0,27 1,3 0,351 3. Bản sànBTCT B20 0,080 25 2,0 1,1 2,20 4. Lớp vữa trát trần 5. trần giả và thiết bị KT 0,015 18 0,27 0,40 1,3 1,2 35,1 0,48 Tổng cộng 3,12 3,58 c. Tải trọng các tường ngăn trên ô sàn. - Tải trọng do tường gạch lỗ 110 xây trên sàn: + Do bản thân tường gạch lỗ 110: 1,2x0,11x15= 0,198(kN/) + Do lớp trát 2 mặt dày 15mm: 1,3.2.0,015.15= 0,585 (kN/) Tổng cộng: 0,198+0,585= 0,783(kN/) d. Hoạt tải :( p ) Tải trọng tiêu chuẩn do người và vật dụng trong quá trình sử dụng công trình lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737-95. Tải trọng tính toán: ptt = n.ptc .Trong đó: - qtc: Tải trọng tiêu chuẩn. - n : Hệ số vượt tải. + n = 1,3 khi tải trọng tiêu chuẩn < 200 (kN/m2). + n = 1,2 khi tải trọng tiêu chuẩn ³ 200 (kN/m2). *) Theo TCVN 2737- 1995 thì với các ô sàn thuộc các phòng thì hoạt tải được nhân với hệ số giảm tải nhưng do hệ số này nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Bảng 3.Họat tải tác dụng lên sàn Cấu tạo ptc (kN/m2) n ptt (kN/m2) 1. Phòng học 2,00 1.2 2,40 2. Phòng vệ sinh 2,00 1.2 2,40 3. Hành lang 3,00 1.2 3,60 4. Mái bằng không sử dụng 0,75 1.3 0,975 5.Kho 2,00 1.2 2,40 3. Tính toán nội lưc và cốt thép sàn tầng 3. Xác dịnh nội lực các ô bản theo sơ đồ đàn hồi có kể đến tính liên tục của các ô bản. 3.1. Xác định nhịp tính toán các ô bản: - Các loại ô sàn được phân loại dựa theo tỷ số: - Bản loại dầm (làm việc theo một phương). - Bản kê 4 cạnh ( làm việc theo hai phương). Hình 4. Bản làm việc theo hai phương. Hình 5. Bản làm việc theo một phương. Bảng 4. phân loại ô sàn Ô sàn l1 ( m ) l2 ( m ) l2/ l1 Loại bản Sơ đồ tính Ô 1 3,0 4,2 1,4 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 2 2,1 4,2 2,0 Bản loại dầm Đàn hồi Ô 3 2,4 4,2 1,75 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 4 1,5 4,2 2,8 Bản loại dầm Đàn hồi Ô 5 2,1 5,4 2.57 Bản loại dầm Đàn hồi Ô 6 1,5 5,4 3,6 Bản loại dầm Đàn hồi Ô 7 3,0 5,4 1,8 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 8 3,0 4,5 1,5 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi Ô 9 2,48 4,5 1,81 Bản kê 4 cạnh Đàn hồi 3.2. Tính toán bản kê 4 cạnh theo sơ đồ đàn hồi (Ví dụ tính cho ô1 theo sơ đồ đàn hồi). a.Tải trọng: - Tỉnh tải tính toán: = 3,811 (kN/) - Hoạt tải tính toán: = 2,40 (kN/) Vậy tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn là: q= 3,811+2,40= 6,211 (kN/) b. Mặt bằng kết cấu và sơ đồ tính toán ô sàn: - Chiều dày ô sàn là = 10 cm. Hình 7. Mặt bằng kết cấu và sơ đồ tính sàn làm việc theo hai phương. - Nhịp tính toán: . ; . - Xác định nội lực: + Tính bản theo sơ đồ đàn hồi r =< 2, thỏa mản làm việc theo hai phương. -Xác định nội lực: + Tra sách “ Bê tông cố thép, phần cấu kiện cơ bản”. Ta có: + Theo sơ đồ 1 tra ta được: + Theo sơ đồ 9 tra ta được kN -Tải trọng toàn phần: P c. Tính mô men trong bản: Hình 8. Sơ đồ tính toán nội lực. - Mô men trong bản được tính theo các công thức sau: M1 = 11. P’ + 91. P” = (kN.m). M2 = 12. P’ + 92. P”= (kN.m). MI = 91. P= (kN.m). MII = 92. P =(kN.m). Trong đó: M1: Mô men max giữa nhịp cạnh ngắn. M2: Mô men max giữa nhịp cạnh dài. MI: Mô men max gối cạnh ngắn. MII: Mô men max gối cạnh dài. (Với : 11 ; 12 ;91 ; 92 ; 91 ; 92: Các hệ số tra theo loại sơ đồ trong“ tra sách bê tông cố thép, phần cấu kiện cơ bản”). d. Tính toán cốt thép: - Tính cho dải bản rộng 100 cm, hb = 10 cm. - Chọn = 1,5 cm cho mọi tiết diện. h0 = hb a = 10 1,5 = 8,5 cm. - Tính theo phương cạnh ngắn: + Cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh ngắn. Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f6 a200, có . Khoảng cách giữa các cốt thép là: Chọn khoảng cách là hợp lý. + Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ( Với bê tông cấp độ bền B20 ta có: ). . Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. +) Cốt thép chịu mô men dương giữa bản theo phương cạnh dài, M2= 1,47kN.m Giả thiết ta dùng cốt thép , ta có: h0 = 8,5 0,5(0,8+0,6) = 7,8 cm. Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f6 có a200, có .Kiểm tra hàm lượng thép: Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. +) Cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh ngắn: Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f8 có a200, có . Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. +) Cốt thép chịu mô men âm tại gối theo phương cạnh dài, MII= 1,649(kN.m) Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f6 có a200, có .Kiểm tra hàm lượng thép: Vậy . Vậy đảm bảo về hàm lượng cốt thép. -Tính tương tự cho các ô bản kê 4 cạnh trong ô bản, kết quả tập hợp ở bảng sau này. 3.3. Tính toán bản dầm theo sơ đồ đàn hồi ( làm việc theo 1 phương). - Tính toán ô sàn (ô2) ô sàn điển hình làm việc theo 1 phương( thuộc hành lang). a) Chiều dài tính toán: - Nhịp theo các phương: l1 = 2,1=210cm; l2 = 4,2=420cm. - Nhịp tính toán: - Xét tỷ số: r => 2 thỏa mản làm việc theo 1 phương. - Tải trọng tác dụng: Tính toán với dải rộng 1m vuông góc với phương cạnh dài để tính và xem như dầm đơn giản 2 đầu ngàm. -Ta có: Hình 8. Sơ đồ tính ô 4 làm việc theo một phương. - Tính mô men: Mô men giữa nhịp: Mô men ở gối: b) Tính toán cốt thép: - Cốt thép ở nhịp: Đặt cốt thép theo cấu tạo có - Cốt thép ở gối: Đặt cốt thép theo cấu tạo có . -Tính tương tự cho các ô bản bản loại dầm, kết quả tập hợp ở bảng dưới . Bảng 5. Bảng chọn cốt thép cho sàn tầng 2. Tên ô Sàn h0 cm Nội Lực M kN.m Hệ số Hệ số Thép chọn chọn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ô1 8,5 M1 2,879 0,035 0,98 1,532 6a180 1,57 0,18 7,9 M2 1,47 0,021 0,99 0,837 6a200 1,41 0,178 8,5 MI 3,25 0,039 0,98 1,734 8a200 2,50 0,294 8,5 MII 1,649 0,020 0,99 0,871 6a200 1,41 0,166 ô2 8,5 Mnh 1,09 0,013 0,993 0,574 6a200 1,41 0,166 8,5 Mg 2,18 0,026 0,987 1,15 6a200 1,41 0,16 ô3 8,5 M1 2,674 0,032 0,984 1,41 6a200 1,41 0,16 7,9 M2 0,869 0,012 0,994 0,492 6a200 1,41 0,16 8,5 MI 2,771 0,033 0,983 1.474 6a180 1,57 0,18 8,5 MII 0,907 0,011 0,995 0,477 6a200 1,41 0,166 ô4 8,5 Mnh 0,424 0,005 0,997 0,222 6a200 1,41 0,166 8,5 Mg 0,848 0,01 0,995 0,446 6a200 1,41 0,16 ô5 8,5 Mnh 1,09 0,013 0,993 0,574 6a200 1,41 0,166 8,5 Mg 2,18 0,026 0,987 1,15 6a200 1,41 0,166 ô6 8,5 Mnh 0,424 0,005 0,997 0,222 6a200 1,41 0,166 8,5 Mg 0,848 0,01 0,995 0,446 6a200 1,41 0,166 ô7 8,5 M1 3,837 0,046 0,976 2,055 8a200 2,5 0,294 7,8 M2 1,172 0,017 0,992 0,673 6a200 1,41 0,166 8,5 MI 3,783 0,046 0,977 2,025 8a200 2,5 0,294 8,5 MII 0,993 0,012 0,994 0,522 6a200 1,41 0,166 ô8 8,5 M1 3,159 0,038 0,981 1,684 8a200 2,5 0,294 7,8 M2 1,409 0,020 0,99 0,811 6a200 1,41 0,166 8,5 MI 3,429 0,041 0,979 1,832 8a200 2,5 0,294 8,5 MII 1,522 0,018 0,991 0,803 6a200 1,41 0,166 ô9 8,5 M1 2,972 0,036 0,982 1,59 8a200 2,5 0,294 7,8 M2 0,908 0,013 0,993 0,521 6a200 1,41 0,166 8,5 MI 3,032 0,036 0,981 1,62 8a200 2,5 0,294 8,5 MII 0,939 0,011 0,994 0,494 6a200 1,41 0,166 4. Bố trí cốt thép: a) Cốt thép chịu lực: - Cần phân biệt thớ căng của bản do mô men uốn gây ra để bố trí cốt thép chịu lực cho đúng vị trí, diện tích cốt thép được bố trí tại tiết diện là diện tích cốt thép tính được từ mô men tác dụng tại tiết diện đó. - Chọn đường kính cốt thép và khoảng cách giữa các thanh cốt thép theo bảng 15 của phụ lục kết cấu bê tông cốt thép( phần cấu kiện cơ bản). - Tại một vùng có thể dùng 2 loại cốt thép có tiết diện khác nhau đặt xen kẽ nhưng đường kính chênh nhau không quá 2mm. - Cốt thép chịu mô men âm trên gối tựa được bố trí kéo dài ra khỏi mép gối tựa một đoạn , với hệ số xác định như sau: - Tại gối tựa bản đựoc kê tự do: - Tại gối tựa trung gian(bản kê lên dầm phụ): ,khi và khi . b) Cốt thép phân bố: - Yêu cầu diẹn tích cốt thép phân bố diện tích cốt thép chịu lực khi ô bản có kích thước và khi ô bản có kích thước , khoảng cách giưa các thanh cốt thép phân bố nên thỏa mản: . + Chọn thép cấu tạo: chọn thép mô men âm đặt theo phương vuông góc với dầm chính: - Chọn thép mô men âm là ( dài). - Chọn thép cấu tạo cho thép mô men âm là:. -Tùy theo tường nhịp của ô bản mà ta tính được từng đoạn nhô ra của cốt thép chịu mô men âm của các nhịp đó. Chiều dài của đoạn nhô ra dược tính và thể hiện trên bản vẽ. - Để thuận lợi cho quá trình thi công thi với những ô bản có nhịp < 2,5m thi cho phép lấy cốt thép ở nhịp bên lớn hơn để bố trí cho ô đó và khi đó chúng ta sẽ không phải cắt nhỏ cốt thép ra cho từng ô bản mà có thể kéo dài qua các ô bản. - Bảng chọn lại cốt thép như sau ( theo phương cạnh ngắn) Bảng 6. Bảng chọn lại cốt thép sàn tầng 2. Tên ô sàn Thép chọn Tên ô sàn Thép chọn ô1 8a200 ô6 6a200 ô2 6a200 ô7 8a200 ô3 6a180 ô8 8a200 ô4 6a200 ô9 8a200 ô5 6a200 - Cốt thép sàn tầng 3 được bố trí như bản vẽ( bản vẽ kết cấu số 03). Chương III Tính toán cầu thang bộ tầng 2 lên tầng 3. 1. Lựa chọn Giải pháp kết cấu cầu thang: 1.1 Cầu thang có cốn: - Ưu điểm: + Độ cứng của bản có cốn lớn hơn bản không có cốn, do vậy có thể giảm bớt được độ võng của bản. - Nhược điểm: + Phải làm cốp pha dầm, nên việc thi công phức tạp và tốn kém. 1.2 Cầu thang không có cốn: - Ưu điểm: + Do không có cốn thang nên không phải làm cốt pha dầm vì thế việc thi công được thuận lợi. + Thích hợp với phương án sàn không dầm. - Nhược điểm: + Độ cứng của bản không có cốn nhỏ hơn có cốn, vì vậy độ võng của bản không có cốn sẽ lớn hơn có cốn. 1.3.Lựa chọn kết cấu cho cầu thang: - Qua việc phân tích ưu nhược điểm của hai loại cầu thang trên, em lựa chọn giải pháp là cầu thang có cốn để thết kế cầu thang bộ trục A-B’ - Bản thang có chiều dài lớn ( 5,4m ) so với chiều rộng ( 4,5 m ) nên sử dụng giải pháp cầu thang có cốn sẽ hợp lý về mặt chịu lực và tiết kiệm vật liệu. 2. Tính toán cầu thang. - Do cầu thang được tính theo sơ đồ khớp dẻo nên kích thước của các cấu kiện được xác định từ tim - tim. 2.1. Chọn sơ bộ kích thước các bộ phận của cầu thang. Hình 1. Mặt bằng kết cấu cầu thang trục A-B’ a. Chiều dày bản thang và chiếu nghỉ được chọn theo công thức: - Với bản loại dầm chọn m= 30 - 35, chọn m= 30 - Nhịp của bản( cạnh theo phương chịu lực). + Với bản thang l= 2050mm. + Chọn D= 1,3( D= 0,8- 1,4, phụ thuộc vào tải trọng) Vậy chiều dày của bản thang là + Với bản chiếu nghỉ có nhịp l= 1580mm + Chọn D= 1,3( D= 0,8- 1,4, phụ thuộc vào tải trọng) Vậy chiều dày của bản chiếu nghỉ là: . Vậy chọn chiều dày bản thang, bản chiếu nghỉ là: hb= 10cm. b. Lựa chọn kích thước cốn thang: - Chiều cao cốn thang chọn sơ bộ theo kích thước: . chọn hd= 350mm= 30cm L== 4,28 m Bề rộng cốn thang lấy b= 100mm= 10cm Vậy tiết diện cốn thang chọn là: bxh= 10x35cm. c. Lựa chọn kích thước dầm chiếu nghỉ, dầm chiếu tới: - Chiều cao dầm chọn sơ bộ theo công thức: - Với nhịp dầm là l= 4500mm - Ta có: Chọn hd= 40 cm. - Bề rộng dầm chọn là b= 200mm= 22cm Vậy chọn tiết diện dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới là: bxh= 22x40cm. d. Góc nghiêng của bản và kích thước của bậc thang: - Góc nghiêng của bản thang so với phương ngang() có , , .. Kích thước của bậc thang là: bxh= 30x15cm. 2.2. Cấu tạo sàn chiếu nghỉ và bản thang: Bản chiếu nghỉ và bản thang có cấu tạo các lớp như hình vẽ: - Chiều rộng bản thang: l1 = 2,1m. - Xét tỷ số l2/ l1 = 4,28/ 2,1 = 2,04m > 2 tính bản loại dầm. - Cắt 1 dải bản rộng 1 m theo phương cạnh ngắn và tính toán như 1 dầm đơn giản gối lên cốn thang và tường. Hình 2. Cấu tạo sàn chiếu nghỉ và bản thang. 2.2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ và bản thang: a. Tĩnh tải: + Tĩnh tải tác dụng lên bản thang: + Gọi m là số bậc thang trên 1m dài, ta có m= 1/0,30= 3,33 bậc. + Tĩnh tải tác dụng lên bản thang gồm các thành phần: . Do lớp đá Granitô dày 15mm, , n= 1,1 ( với bb và hb là chiều rộng của bậc thang đã chọn) .) Do lớp vữa lót dày 15mm, , n= 1,3 .) Trọng lượng bậc gạch cao 150mm, , n= 1,1 .) Do lớp bê tông cốt thép dày 100mm, , n= 1,1 .) Trọng lượng lớp vữa trát bụng thang dày h= 15mm, , n= 1,3 Vậy tổng tĩnh tải là: + Tĩnh tải tác dụng lên bản chiếu nghỉ: .) Do lớp đá Granitô dày 15mm, , n= 1,1 .) Do lớp vữa lót dày 15mm, , n= 1,3 .) Do lớp bê tông cốt thép dày 100mm, , n= 1,1 .) Trọng lượng lớp vữa trát bụng thang dày h= 15mm, , n= 1,3 Vậy tổng tĩnh tải là: b. Hoạt tải: - Hoạt tải tác dụng lên bản thang( Theo TCVN 2737-1995): Ptc = 3 KN/ m2, n = 1,2 ptt = 3. 1,2 = 3,6 kN/ m2. Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang là: - Tổng tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ là: 2.2.2 Tính toán các bộ phận của cầu thang: a. Các số liệu dùng dể tính toán: - Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có: Rb= 11,5MPa, Rbt= 0,90MPa, Eb= 27.103MPa. + Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. + Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa + Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-I, tra phụ lục số 8 ta có hệ số: = 0,645, aR = 0,437. + Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-II, tra phụ lục số 8 ta có hệ số: = 0,623, aR = 0,429. + Giả thiết lớp bảo vê là a= 1,5cm. b. Tính toán bản thang: - Bản thang hợp với phương ngang một góc đã tính là; cos= 0,89; sin= 0,45. - Tải trọng tác dụng lên bản thang là: = 9,205 - Thành phần tải trọng theo phương vuông góc với bản: - Thành phần tải trọng tính trên 1 mét dài - Bản thang dày 10cm, lớp bảo vệ a= 1,5cm. - Sơ đồ tính: + Bản thang có: l1= 2,05m; l2= 4,28m Tính bản như bản loại dầm. + Để tính toán ta cắt dải bản có bề rộng b= 1m theo phương cạnh ngắn và tính toán như một dầm đơn giản.=2,05m - Nhịp tính toán của bản thang: + Theo phương cạnh ngắn: Hình 3. Sơ đồ tính toán bản thang. - Nội lực tính toán: + Theo cơ học kết cấu: - Tính toán cốt thép cho bản thang: - Ta có: Tra bảng phụ lục 15 ta chọn thép f8 a200, có . Kiểm tra hàm lượng cốt thép: - Thép theo phương dọc cấu tạo f6 a200 có Aspb=1,41> 0,1.As= 0,25. - Ta bố trí các thép mũ để chịu các mô mên âm không kể đến tính toán trong cốn thang, chiều dài đoạn từ mút thép mũ đến mép dầm là: chọn ln= 500mm. - Cốt thép dọc để liên kết cốt thép chịu mô men âm chọn f6. ( Bố trí cốt thép được thể hiện như bản vẽ kết cấu số 04). 3. Tính toán cốn thang: 3.1. Tải trọng tác dụng lên cốn thang bao gồm các thành phần: - Tải trọng do bản thang truyền qua bao gồm cả tĩnh tải và hoạt tải dưới dạnng tải trọng phân bố đều: -Tải trọng do trọng lượng bản thân cốn thang (10x35)cm,=25(kN/); n= 1,1. - Tải trọng do lớp vữa quanh cốn, mỗi mặt dày 15mm, =18(kN/); n= 1,3: - Tải do trọng lượng bản thân lan can, tay vịn bằng sắt: Tổng tải trọng tác dụng lên cốn thang: kN/m - Thành phần tải trọng vuông góc với cốn thang gây uốn cho cốn thang là: - Thành phần tải trọng dọc theo trục cốn thang là: 3.2. Sơ đồ tính và nội lực tính toán: - Sơ đồ tính toán cốn thang là đơn gản hai đầu khớp gối lên dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới. - Chiều dài tính toán cốn thang: - Nội lực tính toán trong cốn thang: + Giá trị mô men lớn nhất: + Giá trị lực cắt lớn nhất: Hình 4. Sơ đồ tính cốn thang - Tính toán cốt thép dọc: - Giả thiết a= 3cm, h0=h- a= 35-4=32cm - Chọn 120 có = 3,142cm2. - Cốt thép cấu tạo chọn , chọn 112 có = 1,131(). - Kiểm tra hàm lượng thép: - Tính toán cốt đai cốn thang: Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt: + kiểm tra theo điều kiện: ( 1) Trong đó: Q là lực cắt, 21,4 (kN) + Giả thiết cốt đai theo cấu tạo: chọn cốt thép đai , có + Cốt đai dùng nhóm thép C-I có: Rsw= 175(MPa), + Tính các thông số:. , (2) Từ (2) Từ(1)=0,3. 1,14. 0,885. 1,1 5. 10. 32=108(kN) Vậy 21,4 (kN) < 108 (kN) => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : (3) Trong đó : - ( bê tông nặng) - - Từ (3) Suy ra: Q=21,4 < 0,6. 0,9. 10. 32= 19,44 (kN). Không phải tính cốt đai. Chọn Sbt=150 tính qttsw=Asw.Rsw/ Sbt=2,0.283.17,5/15=0,66 kN/m =0,594kN/m Ta thấy: qttsw > Chọn: Chọn cốt đai theo cấu tạo F6a150 cho 2 đầu dầm và F6a200 cho đoạn giữa. Hình 5. Bố trí cốt thép cốn thang. 4. Tính toán bản chiếu nghỉ: a. Sơ đồ tính của bản: - Bản chiếu nghỉ có kích thứớc là: l1= 1580mm, l2=4500mm. Xét tỷ số l2/ l1 = 4,5/ 1,58 = 2,85 > 2 đ tính bản theo loại dầm, bản làm việc theo 1 phương. Hình 6. Sơ đồ tính toán bản chiếu nghỉ. b. Xác định tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ: - Như đã tính ở trên thì thì tảI trọng toàn phần tác dụng lên bản chiếu nghỉ là: c. Xác định nội lực cho bản chiếu nghỉ: - Giá trị lớn mô men lớn nhất: d. Tính toán cốt thép: Tính trên đơn vị diện tích, với diện tích hình chữ nhậtchiều cao hb, chiều rộng b= 100cm. - Giả thiết a= 1,5cm. Ta có: - Chọn 6 a200 có = 1,41 cm2. - Kiểm tra hàm lượng thép: Thép theo phương dọc cấu tạo f6 a200. Sử dụng f6 a200 chiều dài. chọn ln= 400mm. 5. Tính toán dầm chiếu nghỉ:(DCN1) - Dầm chiếu nghỉ 1 (DCN1), 2 đầu gối lên tường, nên được tính toán như 1 dầm đơn giản 2 đầu khớp. Ta tính được thép dưới, còn thép trên ta bố trí theo cấu tạo. - Nhịp của dầm là:lt= 4500mm.Đoạn dầm chiếu nghỉ đựoc gối lên tường là: C= 22cm. Nhịp :(mm). - Chọn tiết diện dầm b x h = 220 x400 (mm). a. Sơ đồ kết cấu: b. Xác định tải trọng: - Trọng lượng bản thân dầm tiết diện 22x40cm: g1 = 0,22.0,4.25.1,1 =2,42kN/m - Trọng lượng vữa trát dầm dày 1,5cm (2 mặt): g2 = 2.(0,22+0,4).1,3.18.0,015 =0, 435kN/m - Trọng lượng bản thân chiếu nghỉ truyền vào : g3 = 0,5.lcn.qscn= 0,5 .1,58.7,382 = 5,83kN/m => Tổng tải trọng phân bố đều lên dầm chiếu nghỉ là : qtt = 2,42 +0, 435 + 5,83= 8,60(kN/m) Hình 7. Sơ đồ tính toán dầm chiếu nghỉ chịu tải trọng phân bố đều. - Tải trọng tập trung do cốn thang truyền vào: Hình 8. Sơ đồ tính toán dầm chiếu nghỉ chịu tải trọng tập trung. c. Xác định nội lực: - Theo sơ đồ kết cấu tính được các thành phần nội lực sau : - Giá trị mô mên lớn nhất: - Lực cắt lớn nhất : . d. Tính toán cốt thép. - Thép dọc chịu lực : + Giả thiết : a = 3 cm => h0= h- a = 40 - 3 = 37cm +áp dụng công thức: - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: - Từ AS = 8,45 chọn : 2F20 +1F18 có As = 8,825cm2. Bố trí thép chịu lực phía dưới. - Phía trên bố trí thép cấu tạo 2F16 có As=4,02 cm2. e. Tính cốt đai: - Kiểm tra điều kiện hạn chế : - kiểm tra theo điều kiện: (1) Trong đó: Q là lực cắt: = 43,7(kN) Giả thiết chọn đai theo cấu tạo: F6 , hsw=2 ( b<350) (2) < 1,3 Từ (2) suy ra: =1 +5.7,8.0,0012 =1,05 <1,3 - Q=43,7(kN) < =0,3.1,05.0,885.1,15.22. 37=260,96(kN). => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : Q Trong đó : ( bê tông nặng) Q= 43,7(kN)< 0,6. 0,09. 22. 37= 43,956 (kN) Vậy không cần phải tính cốt đai. Chọn: khi . - Khoảng cách giữa các cốt đai: Với = 1,5, với bê tông nặng. = 0, hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc. Suy ra chọn . Chọn cốt đai F 6a150 cho đoạn gần gối tựa và F 6a 200 cho đoạn giữa nhịp. g. Tính toán cốt treo chịu lực tập trung : Tại chổ cốn thang kê lên dầm chiếu nghỉ ta phảibố trí cốt treo. Lực tính toán: Diện tích cốt treo cần bố trí: Dùng cốt đai để làm cốt treo khi đó số cốt treo cần thiết là: thanhđặt mỗi bên cốn 4 thanh F 6 cách nhau 5cm. Hình 9. Bố trí cốt thép cho dầm chiếu nghỉ 1 6. Tính dầm chiếu nghỉ 2 ( DCN2): Tính toán dầm đơn giản được liên kết với cột là liên kết ngàm ở 2 đầu. a. Sơ đồ kết cấu : Hình 10. Sơ đồ tính toán dầm chiếu nghỉ 2 b. Xác định tải trọng : - Trọng lượng bản thân dầm : g1 = 0,22.0,3.25.1,1 = 2,42kN/m - Trọng lượng vữa trát dầm dày 1,5cm : g3 = 0,015.2.(0,22 + 0,4).18.1.3 = 0,435kN/m - Trọng lượng bản thân chiếu nghỉ truyền vào : g4 = 0,5.1.qscn= 0,5 .1,58.7,382 = 5,83kN/m - Trọng lượng tường : g5 = 0,22.1.18.1,1 = 4,35 kN/m => Tổng trọng lượng phân bố đều trên dầm : qtt = 2,42+0,435+ 5,83 + 4,35 = 12,95 kN/m. c. Xác định nội lực: - Theo sơ đồ kết cấu tính được các thành phần nội lực sau : + Tại hai đầu ngàm : + Tại nhịp giữa : + Lực cắt lớn nhất : d. Tính toán cốt thép: - Thép dọc chịu lực : + Giả thiết : a = 3cm => h0= h- a = 40 - 3 = 37cm +Tại hai đầu gối: áp dụng công thức: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: Bố trí thép theo cấu tạo: Chọn 2F12 có As = 2,26() được bố trí phía trên dầm chịu mômen âm. + Tại nhịp giữa: áp: dụng công thức - Kiểm tra hàm lượng cốt thép : Bố trí thép theo cấu tạo: Chọn 2F12 có Fa = 2,26(), được bố trí phía dưới dầm chịu mômen dương. - Tính cốt đai : - Kiểm tra điều kiện hạn chế : Giả thiết chọn đai theo cấu tạo: F6 , hsw=2 ( b<350)  < 1,3 =1 +5.7,8.0,0017 =1,07 <1,3 Q= 29,13 kN < =0,3. 1,07. 0,885. 1,15. 22. 37=265,93kN => không cần thay đổi tiết diện và cấp độ bền của bê tông. - Kiểm tra điều kiện chống cắt : Q Trong đó : ( bê tông nặng) Q=29,13 kN< 0,6. 0,09. 22. 37= 43,96kN Vậy không cần phải tính cốt đai. Chọn: khi . - Khoảng cách giữa các cốt đai: Với: = 1,5, với bê tông nặng. = 0, hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc. Suy ra chọn . Chọn cốt đai F 6a150 cho đoạn gần gối tựa và F 6a 200 cho đoạn giữa nhịp. Hình 11. Bố trí cốt thép cho dầm chiếu nghỉ 2 Phần IV Thết kế khung k3 trục 4 I. Chọn sơ bộ kích thước khung, các số liệu tính toán: 1. Các kích thước khung: a. Kích thước phương ngang: Theo kích thước kiến trúc. b. Kích thước theo phương đứng: - Các tầng trên: H = 3900. - Tầng 1: H = 3900 + 1000 = 4900. (1000mm là ta giả thiết sơ bộ từ cos 0.000 cho đến mặt cổ móng. c. kích thước cột: Cột trục A: 220300mm. Cột trục B: 220 500mm. Cột trục B’: 220 400mm. Cột trục C: 220500mm. 2. Số liệu tính toán: - Bê tông : Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có: Rb= 11,5MPa, Rbt= 0,90MPa, Eb= 27.103MPa. - Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. - Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa - Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-I, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,645, aR = 0,437. - Từ cấp độ bền của bê tông B20 và nhóm cốt thép cấu tạo C-II, tra phụ lục số 8 ta có: Hệ số = 0,623, aR = 0,429. II. Sơ đồ tính: Ta có sơ đồ hình học như hình vẽ.(hình 3) III. Xác định tải trọng. 1. Tải trọng các lọai sàn: - Tải trọng phân bố do sàn truyền vào khung dạng hình thang một phía được tính như sau: qtđ = k ´ qs ´ l1´0,5 + l1 : Cạnh ngắn của ô sàn. + k: Hệ số quy đổi tải trọng được tính riêng cho từng ô ghi trong bảng. + k = 1 - 2´b2 + b3; b = l1/ 2´l2. Hình 1:Tải trọng phân bố do sàn truyền vào khung dạng hình thang - Tải trọng truyền về phía cạnh dài theo phương cạnh ngắn. + Đối với ô bản loại dầm được tính như sau: qtđ = qmax=0,5´ qs ´ l1. Hình 2. Tải trọng truyền về phía cạnh dài theo phương cạnh ngắn. tải trọng phân bố do sàn truyền vào khung dạng hình tam giác được tính như sau: qtd= qmax, mà : qmax= 0,5.qs.l1. Hình 3: Sơ đồ khung K3 trục 4. a. Tĩnh tải sàn tầng 1 tầng 5. Bảng 1. Tải trọng sàn. TT Loại tải trọng Dày (m) (kN/) Tải trọng tiêu chẩn (kN/) n Tải trọng tính toán (kN/) 1 TL bê tông sàn 0,10 25 2,5 1,1 2,75 2 Lớp vữa lót 0,02 18 0,36 1,3 0,468 3 Gạch Ceamic 0,10 22 0,22 1,1 0,242 4 Lớp vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 Tổng 3,35 3,811 Bảng 2. Tải trọng sàn mái sê nô. TT Loại tải trọng Dày (m) (kN/) Tải trọng tiêu chẩn (kN/) n Tải trọng tính toán (kN/) 1 TL bê tông sàn 0,10 25 2,50 1,1 2,75 2 Lớp vữa láng 0,03 18 0,54 1,3 0,702 3 Lớp vữa trát 0,015 18 0,27 1,3 0,350 Tổng 3,31 3,80 b. Tải trọng tường: Bảng 3. Tải trọng tường 220 TT Loại tải trọng Dày (m) (kN/) Tải trọng tiêu chẩn kN/) n Tải trọng tính toán (kN/) 1 Tường gạch đặc 0,22 18 3,96 1,1 4,356 2 Lớp vữa trát 0,03 18 0,54 1,3 0,702 Tổng 4,50 5,058 Bảng 4. Tải trọng tường 110 TT Loại tải trọng Dày (m) (kN/) Tải trọng tiêuchẩn (kN/) n Tải trọng tính toán (KN/) 1 Tường gạch đặc 0,11 18 1,98 1,1 2,178 2 Lớp vữa trát 0,03 18 0,54 1,3 0,702 Tổng 2,52 2,88 c. Hoạt tải: Bảng 5.Hoạt tải tác dụng lên sàn Cấu tạo ptc (kN/m2) n ptt (kN/m2) 1. Phòng học 2,0 1,2 2,40 2. Hành lang, sảnh, cầu thang 3,0 1,2 3,60 3. Phòng vệ sinh 2,0 1,2 2,40 4. Sàn tầng mái 0,75 1,3 0,975 5. Mái tôn 0,30 1,3 3,9 IV. Tính toán tải trọng tác dụng lên khung K3, trục 4: - Tải trọng truyền vào khung gồm có tĩnh tải và hoạt tải , dưới dạng tải trọng phân bố đều (q) và tải trọng tập trung (P). a. Tĩnh tải phân bố đều: Bao gồm: - Trọng lượng bản thân sàn truyền vào, lấy theo kết quả tải trọng quy đổi. - Trọng lượng bản thân do dầm khung. - Lớp trát dầm khung. - Trọng lượng do tường xây trên dầm ( nếu có). b. Tĩnh tải tập trung: Tác dụng lên nút khung bao gồm: - Trọng lượng bản thân dầm dọc:Pdi= gixltinh - Lớp trát đầm dọc. - Trọng lượng bản thân sàn, truyền vào dầm dọc, truyền vào nút khung: Psi==( Pgi đựơc lấy theo kết quả quy đổi). - Tường xây trên dầm dọc( nếu có):Pti=gtix ltinh - Trọng lượng bản thân cột: Pc=gcx htầng. c. Hoạt tải sàn: Hoạt tải phân bố đều- là hoạt tải sử dụng trên sàn truyền vào dầm khung theo diện truyền tải hình thang, hình tam giác. Ta lấy theo kết qua đã tính tải trọng quy đổi ở phần trước. d. Hoạt tải tập trung: Truyền từ sàn vào dầm dọc và truyền vào nút khung như đã tính ở tải trọng quy đổi. 1.Tĩnh tải: Tải trọng tác dụng lên 1 sàn tường( ta chỉ tính với các sàn kề khung đang tính). Gọi gi: là tải phân bố đều tác dụng lên dầm tầng thứ i. Gọi Gi: là tải tập trung tác dụng lên cột trục A, B, C ở tầng thứ i. . Tầng 2: a.Tải phân bố Hình 4. Mặt bằng phân tải tầng 2 Bảng 6.Tải trọng phân bố đều KH Loại tải ` Giá trị (kN/m) TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)= 1.21 g21 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0,22+2x(0,3-0,1))= 0,22 TLBT sàn ô2 Tổng 1,43 g22 =g23 =g24 TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,75-0,1)= 3,93 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0.22+2x(0,75-0,1))= 0,53 TLBT sàn ô1 Hình tam giác (0,625x3,81x3x0,5)x2= 7,14 Tổng 11.6 b.Tải tập trung Bảng 7. Tải tập trung KH Loại tải Giá trị (kN) TLBT dầm dọc D1 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D1 1,3x18x0,015x(0,22+0,3x2)x4,2= 1,21 G21 TLBT Cột 1,1x25x0,22x0,3x3,5= 6,53 Trát cột 1,3x18x0,015x(0,22x4)x3,5= 1,11 Tải sàn hình chữ nhật ô2 TL tường xây 110 3,81x2,1x1,05x2= 2,88x1x4,2= 16,8 12,09 Tổng 45,36 TLBT dầm dọc D2 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D2 1,3x18x0,015x(0,3x2)x4,2= 0,88 TL tường xây 220 5,058x(3,9-0,4)x4,2x0,7= 52,04 G22 Tải sàn hình chữ nhật ô2 3,81x2,1x1,05x2= 16,80 Do sàn hình thang ô1 3,81x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 15,43 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,5 x3,15= 9,52 Lớp trát cột 1,3x18x0,015x(0,22+0,28x2)x3,15= 0,86 Tổng 103,15 G23 =G24 TLBT dầm dọc D3 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)x4,2= 5,08 Lớp trát dầm D3 1,3x18x0,015x(0,2x2+0.22)x4,2= 0,91 Do sàn hình thang ô1 3,81x2x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 30,86 Tổng 36,85 TLBT dầm dọc D4 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D4 1,3x18x0,015x(0,3x2)x4,2= 0,88 G25 TL tường xây 220 rỗng 5,058x(3,9-0,4)x4,2x0,7= 52,04 Do sàn hình thang ô1 3,81x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 15,43 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,5 x3,15= 9,52 Lớp trát cột 1,3x18x0,015x(0,22+0,28x2)x3,15= 0,86 Tổng 86,35 1.2. Tầng 3, 4. Hình 5.Mặt bằng phân tải tầng 3, 4. a.Tải phân bố Bảng 8.Tải trọng phân bố đều KH Loại tải ` Giá trị (kN/m) TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)= 1.21 G31 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0,22+2x(0,3-0,1))= 0,22 TLBT sàn ô2 Tổng 1,43 G32 =g33 =g34 TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,75-0,1)= 3,93 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0.22+2x(0,75-0,1))= 0,53 TLBT sàn ô1 Hình tam giác (0,625x3,81x3x0,5)x2= 7,14 TLBT tường 220(đặc) Phân bố đều 5,058x(3,9-0,75)= 15,93 Tổng 27,54 b.Tải tập trung Bảng 9. Tải tập trung KH Loại tải Giá trị (kN) TLBT dầm dọc D1 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D1 1,3x18x0,015x(0,22+0,3x2)x4,2= 1,21 G31 TLBT Cột 1,1x25x0,22x0,3x3,5= 6,53 Trát cột 1,3x18x0,015x(0,52x2)x3,5= 1,11 Tải sàn hình chữ nhật ô2 TL tường xây 110 3,81x2,1x1,05x2= 2,88x1x4,2= 16,8 12,09 Tổng 45,36 TLBT dầm dọc D2 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D2 1,3x18x0,015x(0,3x2)x4,2= 0,88 TL tường xây 220(có cửa) 5,058x(3,9-0,4)x4,2x0,7= 52,04 G32 Tải sàn hình chữ nhật ô2 3,81x2,1x1,05x2= 16,80 Do sàn hình thang ô1 3,81x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 15,43 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,4 x3,15= 7,62 Lớp trát cột 1,3x18x0,015x(0,22+0,18x2)x3,15= 0,64 Tổng 101,38 G33 =G34 TLBT dầm dọc D3 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)x4,2= 5,08 Lớp trát dầm 1,3x18x0,015x(0,3x2+0.22)x4,2= 0,91 Do sàn hình thang ô1 3,81x2x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 30,86 Tổng 36,85 TLBT dầm dọc D4 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D4 1,3x18x0,015x(0,3x2)x4,2= 0,88 G35 TL tường xây 220 5,058x(3,9-0,4)x4,2x0,7= 52,04 Do sàn hình thang ô1 3,81x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 15.43 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,4 x3,15= 7,62 Lớp trát cột 1,3x18x0,015x(0,22+0,28x2)x3,15= 0,64 Tổng 84,23 1.3. Tầng 5 a.Tải phân bố Hình 6.Mặt bằng phân tải tầng 5 Bảng 10.Tải trọng phân bố đều KH Loại tải ` Giá trị (kN/m) TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)= 1.21 G51 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0,22+2x(0,3-0,1))= 0,22 TLBT sàn ô2 Tổng 1,43 G52 =g53 =g54 TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,75-0,1)= 3,93 Lớp trát dầm khung Phân bố đều 1,3x18x0,015x(0.22+2x(0,75-0,1))= 0,53 TLBT sàn ô1 Hình tam giác (0,625x3,101x3x0,5)x2= 5,81 Tổng 10,27 b.Tải tập trung: Bảng 11. Tải tập trung KH Loại tải Giá trị (kN) TLBT dầm dọc D1 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D1 1,3x18x0,015x(0,3x2)x4,2= 0,88 G51 TLBT Cột 1,1x25x0,22x0,3x0,85= 1,54 Tải sàn hình chữ nhật ô2 TL tường xây 220 3,101x2,1x1,05x2= 5,058x0,85x4,2= 13,67 18,06 Tổng 41,77 TLBT dầm dọc D2 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D2 1,3x18x0,015x(0,3x2+0.22)x4,2= 1,21 G52 Tải sàn hình chữ nhật ô2 3,101x2,1x1,05x2= 13,67 Do sàn hình thang ô1 3,101x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 12,56 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,4 x0,5= 1,21 Tổng 36,27 G53 =G54 TLBT dầm dọc D3 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)x4,2= 5,08 Lớp trát dầm 1,3x18x0,015x(0,2x2+0.22)x4,2= 0,91 Do sàn hình thang ô1 3,101x2x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 25,12 Tổng 31,11 TLBT dầm dọc D4 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,2= 7,62 Lớp trát dầm D4 1,3x18x0,015x(0,3x2)x4,2= 0,88 G55 TL tường xây 220 5,058x0,85x4,2= 18,06 Do sàn hình thang ô1 3,101x2x((0,6+2,1)x1,5)x0,5= 12,56 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,4 x0,5= 1,21 Tổng 40,33 1.3. Tầng 5 dốc Cấu tạo sàn tầng 5 dốc STT Các tải hợp thành Hệ số vượt tải (n) Tải trọng gtt (KN/m2) 1 - Lớp Granito dày 2cm. 1,1 0,48 2 - Lớp vữa XM lót dày 2cm. 1,3 0,51 3 - Gạch xây bậc thang 1,3 1,16 4 - Bản sàn BTCT dày 10 cm: 0,1.25=2,5 1,1 2,75 Cộng 4,9 a.Tải phân bố Hình 6.Mặt bằng phân tải tầng 5 dốc. Bảng 10a.Tải trọng phân bố đều KH Loại tải ` Giá trị (kN/m) TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)= 1.21 G51 Tổng 1,21 G52 =g53 =g54 TLBT dầm khung Phân bố đều 1,1x25x0,22x(0,75-0,1)= 3,93 TLBT sàn ô1A Hình tam giác (0,625x4,9x3x0,5)x2= 9,18 Tổng 13.11 b.Tải tập trung: Bảng 11a. Tải tập trung KH Loại tải Giá trị (kN) TLBT dầm dọc D1A 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,22= 7,66 G51 TLBT Cột 1,1x25x0,22x0,3x3,35= 6,08 Lớp trát cột 1,3x18x0,015x(0,22+0,08x2)x3= 0,51 Tải sàn hình chữ nhật ô2A TL tường xây 220 4,9x2,11x1,05x2= 5,058x3,35x4,22x0,7= 21,71 50,05 Tổng 86,01 TLBT dầm dọc D2A 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,22= 7,66 G52 Tải sàn hình chữ nhật ô 2A 4,9x2,11x1,05x2= 21,71 Do sàn hình thang ô1A 4,9x2x((0,61+2,11)x1,5)x0,5= 19,99 Tổng 49,36 G53 =G54 TLBT dầm dọc D3A 1,1x25x0,22x(0,3-0,1)x4,22= 5,11 Do sàn hình thang ô1A 4,9x2x2x((0,61+2,11)x1,5)x0,5= 39,98 Tổng 45,09 TLBT dầm dọc D4A 1,1x25x0,22x(0,4-0,1)x4,22= 7,66 G55 TL tường xây 220 5,058x3,35x4,22x0,7= 50,05 Do sàn hình thang ô1 4,9x2x((0,61+2,11)x1,5)x0,5= 19,99 TLBT cột 1,1x25x0,22x0,3 x3= 5,45 Lớp trát cột 1,3x18x0,015x(0,22+0,08x2)x3= 0,51 Tổng 83,62 1.4. Tầng mái Hình 7. Mặt bằng phân tải tầng mái. a.Tải phân bố b. Tải trọng tập trung : Bảng 13. Tải trọng tập trung Loại tải Giá trị (kN) Tường thành sênô 2,88x0,7x4,2= 8,47 Tải sàn(Loại dầm) sê nô 3,8020,72,1= 11,16 TLBT dầm dọc mái 1,1250,220,44,2= 10,16 Lớp trát dầm dọc mái 1,3180,015 (0,32) 4,2= 0,88 Tổng 30,67 Phản lực đầu dàn RA=RC= 16,2 16,2 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung :(trang sau) 2. Hoạt tải: 2.1. Tầng 2: - Để xét đến trường hợp kết cấu làm việc nguy hiểm khi hoạt tải ở các phòng không xuất hiện cùng 1 lúc, ta chất hoạt tải thành 2 phương án lệch tầng lệch nhịp mà tổng của chúng bằng tổng hoạt tải đặt đều ở các phòng. a. Trường hợp chất tải 1 Hình 9. Mặt bằng phân tải tầng 2 ( trường hợp 1) Bảng 14. Hoạt tải tầng 2( trường hợp 1) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 2 A-B Tập trung P21=3,6022,11,05= 15,88 b.Trường hợp chất tải 2 Hình 10. Mặt bằng phân tải tầng 2 ( trường hợp 2) Bảng 15. Hoạt tải tầng 2( trường hợp 2) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 2 B-C Phân bố hình tam giác q22= q23= q24=0,6252,403= 4,5 Tập trung P22=p25=2,402((0,6+2,1)*1,5/2)= 9,72 P23=p24=2,404((0,6+2,1)*1,5/2)= 19,44 2.2. Tầng 3 a. Trường hợp chất tải 1: Hình 11. Mặt bằng phân tải tầng 3 ( trường hợp 1) Bảng 16. Hoạt tải tầng 3 ( trường hợp 1) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 3 B-C Phân bố hình tam giác q32= q33= q34=0,6252,403= 4,5 Tập trung P32=p35=2,402((0,6+2,1)*1,5/2)= 9,72 P33=p34=2,404((0,6+2,1)*1,5/2)= 19,44 b. Trường hợp chất tải 2 Hình 12. Mặt bằng phân tải tầng 3 ( trường hợp 2) Bảng 17. Hoạt tải tầng 3( trường hợp 2) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 3 A-B Tập trung P31=3,6022,11,05= 15,88 2.2. Tầng 4 a. Trường hợp chất tải 1 Hình 13. Mặt bằng phân tải tầng 4 ( trường hợp 1) Bảng 18. Hoạt tải tầng 4( trường hợp 1) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 4 A-B Tập trung P41=3,6022,11,05= 15,88 b. Trường hợp chất tải 2 Hình 14. Mặt bằng phân tải tầng 4 ( trường hợp 2) Bảng 19. Hoạt tải tầng 4 ( trường hợp 2) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 4 B-C Phân bố hình tam giác q42= q43= q44=0,6252,403= 4,5 Tập trung P42=p45=2,402((0,6+2,1)*1,5/2)= 9,72 P43=p44=2,404((0,6+2,1)*1,5/2)= 19,44 2.3. Tầng 5 dốc a. Trường hợp chất tải 1 Hình 15. Mặt bằng phân tải tầng 5 ( trường hợp 1) Bảng 20. Hoạt tải tầng 5 dốc ( trường hợp 1) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 5 dốc B-C Phân bố hình tam giác q52= q53= q54=0,6252,403= 4,5 Tập trung P52=p55=2,402((0,61+2,11)*1,5/2)= 9,76 P53=p54=2,404((0,61+2,11)*1,5/2)= 19,52 b. Trường hợp chất tải 2 Hình 16. Mặt bằng phân tải tầng 5dốc (trường hợp 2) Bảng 21. Hoạt tải tầng 5 dốc ( trường hợp 2) Tầng Nhịp Loại tải trọng KQ 5 A-B Tập trung P51=2,4022,111,05= 10,63 2.4. Tầng mái a. Trường hợp chất tải 1 Hình 17. Mặt bằng phân tải tầng mái ( trường hợp 1) Bảng 22. Hoạt tải tầng mái( trường hợp 1) Tầng Nhịp Loại tải trọng Kết quả Mái A Tải tập trung Hoạt tải sữa chữa sê nô truyền vào Pm1=Pm2=0,975x2x0,7x2,1 2,86 Tải tập trung Hoạt tải nước đọng dự kiến : 0,2x1,2x10x0,7x4,2 7,06 Cộng 9,92 C Tập trung Hoạt tải sữa chữa sê nô truyền vào Pm1=Pm2=0,975x2x0,7x2,1 2,86 Tải tập trung Hoạt tải nước đọng dự kiến : 0,2x1,2x10x0,7x4,2 7,06 Cộng 9,92 b. Trường hợp chất tải 2 Hình 18. Mặt bằng phân tải tầng mái ( trường hợp 2) Bảng 23. Hoạt tải tầng mái( trường hợp 2) Tầng Nhịp Loại tải trọng Kết quả Mái A Tải tập trung Do hoạt tải dàn truyền vào PmA=9,68 9,68 E Tập trung Do hoạt tải dàn truyền vào PmC=9,68 9,68 2.5. Kết quả hoạt tải tác dụng lên khung a. Trường hợp 1: b. Trường hợp 2:trang sau V. Tải trọng gió: a. Tải trọng gió phân bố đều Tải trọng gió gồm 2 thành phần tĩnh và động. Đối với công trình dân dụng có chiều cao < 40 m thì chỉ cần tính với thành phần gió tĩnh. Tải trọng gió phân bố trên 1 bề mặt thẳng đứng của công công trình được tính như sau: W = n ´ W0 ´ k ´ c Trong đó: n: Hệ số độ tin cậy. n = 1,2 W0 : Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (công trình ở thành phố Hưng Yên thuộc khu vực II-B có W0 = 0,95 (kN/ m2 ) K: Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao và dạng địa hình ( lấy theo địa hình B- theo bảng 5 TCVN2737-1995). C: Hệ số khí động: phụ thuộc vào tỉ số h1/l. Ta có h1/l= 20,6/11,1= 1,85m( lấy theo mặt bằng nhà) Tra bảng 6 sách TCVN 2737-1995, ta có: + Phía đón gió C = + 0,8 + Phía hút gió C = - 0,6 - Tải trọng gió phân bố đều: q = W´B = n ´W0´k ´ c ´B qđ = n ´W0 ´ k ´ cđ ´ B qh = n ´ W0 ´ k ´ch ´B Với B: Bước gian( B = bước cột )= 4,2m Tính tải trọng gió phân bố đều: Bảng 24. Bảng tính toán tải trọng gió phân bố đều. Loại tải h W0 n B K cd ch qd qh m (kN/m2) ( m ) ( kN/ m ) ( kN/ m ) q1đ,h 3,9 0,95 1.2 4.2 0.836 0.8 0.6 3,2 2,4 q2đ,h 7,8 0,95 1.2 4.2 0.947 0.8 0.6 3,63 2,72 q3đ,h 11,7 0,95 1.2 4.2 1.027 0.8 0.6 3,93 2,95 q4đ,h 15,6 0,95 1.2 4.2 1.086 0.8 0.6 4,16 3,12 q5đ,h 20,6 0,95 1.2 4.2 1.135 0.8 0.6 4,35 3,26 b. Tải trọng gió tập trung + Với địa hình B, thành sênô ở độ cao 21,3m có hệ số độ cao k= 1,14. - Tính hệ số K: + Được tính theo giá tri trungbình: K= (K20,6m+ K21,3m)/2= (1,135 + 1,141)/2=1,138 - Tính lực tập trung ở đỉnh cột tầng trên cùng: +phía đẩy: p1=n ´w0 ´k ´B´C ´h=1,2 ´0,95´1,138´4,2 ´0,8´0,7=-3,05kN. +Phía hút: p2=n ´w0 ´k ´B´C ´h=1,2 ´0,95´1,138´4,2´0,6 ´ 0,7= -2,23kN. - Ta tính toán cho 2 trường hợp chất hoạt tải gió: + Gió thổi từ trái sang. + Gió thổi từ phải sang. Hình 21. Sơ đồ gió trái: Hình 22. Sơ đồ gió phải VI. Tổng hợp tải trọng tác dụng lên khung K3 trục 4: 1. Các tải trọng tác dụng lên khung. Bao gồm: Phương án tải trọng 1 ( Tĩnh tải) phương án tải trọng 2 ( hoạt tải 1) Phương án tải trọng 3 ( hoạt tải 2) Phương án tải trọng 4 ( gió trái) Phương án tải trọng 3 ( gió phải) Ta sử dụng chương trình SAP 2000 -V10 để tính nội lực cho khung. 2. Tổ hợp nội lực: Sau khi chạy chương trình SAP2000, thu được kết quả nội lực trong các tiết diện do từng trường hợp tải trọng gây ra. Trong quá trình chạy nội lực có thể thay đổi một số tiết diện nhưng vẫn giữ nguyên tải trọng( vì nó thay đổi không lớn và nội lực không thay đổi mấy). Ta có kết quả nội lực và tiết diện cuối cùng như sau. - Đối với cột cần phải tổ hợp tất cả các nội lực đó lại để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất có thể xất hiện trong từng tiết diện cho mổi cột để tính thép cho cột. - Có hai loại tổ hợp cơ bản là: Tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2. + Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực một trong các hoạt tải. + Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực các hoạt tải( hoạt tải sữ dụng và hoạt tải gió). - Trong mỗi tồ hợp cần xét 3 cặp nội lực nguy hiểm: + Cặp mô men dương lớn nhất và lực dọc tương ứng( Mmax và Ntư). + Cặp mô men âm nhỏ nhất và lực dọc tương ứng( Mmin và Ntư). + Cặp lực dọc lớn nhất và mô men tương ứng( Nmaxvà Mtư ). - Đối với tổ hợp cơ bản I: + Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị mô men dương lớn nhất trong số các mô men do hoạt tải. + Để xác định cặp thư hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị mô men âm lớn nhất trong số các mô men do hoạt tải. + Để xác định cặp thư ba, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị lực dọc lớn nhất. - Đối với tổ hợp cơ bản II: + Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lưc do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải có giá trị mô men dương. + Để xác định cặp thứ hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải có giá trị mô men âm. + Để xác định cặp thứ ba, lấy nội lưc do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải gây ra lực dọc, ngoài ra còn lấy thêm nội lực của hoạt tải dù không gây ra lực dọc nhưng gây mô men cùng chiều với mô men tổng cộng đã lấy tương ứng với Nmax 3. Tính toán cốt thép khung: - Tính toán cốt thép cho khung được dựa vào kết quả của việc tổ hợp nội lực. Căn cứ vào bảng tổ hợp nội lực bất lợi nhất của mỗi tiết diện trong từng phần tử, ta chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính thép cho phần tử đó. 1. Tính toán cốt thép cột. - Tính điển hình cho phần tử 17 cột trục B - Để đơn giản trong tính toán ta chọn giải pháp đặt cốt thép đối xứng cho cột (). a.Tính cho tiết diện trên: - Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất: M = 202,14 kN.m= 20214 kN.cm ; Mdh = 91,86 kN.m= 9186 kN.cm N = 919,57 kN= 919,57 kN ; Ndh = 762,84 kN * Vật liệu sử dụng: + Bê tông mác 20 có: Rb = 1,15 kN/cm2 Rbt = 0,09 kN/cm2 Eb = 27.103 MPa + Thép nhóm AII có: Rs = Rsc= 28 kN/cm2 + Thép nhóm AI có Rs = Rsc = 22 ,5 kN/cm2 Es = 21.104 MPa + Tra bảng hệ số ; - Chiều dài tính toán: l0 = ; với nhà khung bê tông cốt thép đổ toàn khối . l0 = 0,7.3,9 = 2,73 m = 273cm - Kích thước tiết diện: b´h = (22´50)cm - Giả thiết chọn a = a’ = 2,5cm ị h0 = 50 – 2,5 = 47,5cm h0’ = 47,5 – 2,5 = 45cm Độ lệch tâm ban đầu e0: e0 = max(e1 ; ea) e1: là độ lệch tâm do nội lực. 22cm ea: là độ lệch tâm ngẫu nhiên. cm ị Độ lệch tâm: e0 = max(22 , 2)= 22cm Xét uốn dọc: =5,46<8 Bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, - Tính độ lệch tâm tính toán: e = h.e0 + 0,5.h - a = 1x22 + 0,5x50 - 2,5 = 44,5cm - Xác định trường hợp lệch tâm: Tính toán chiều cao vùng chịu nén cm x = 32cm >cm ị Xảy ra trường hợp nén lệch tâm bé Với x=x1 ,Tính theo công thức: cm2 30,77 Thoả mãn điều kiện: <x< h0 = 47,5cm cm2 b. Tính cho tiết diện dưới: - Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất: M = - 190,08 kN.m = - 19008 kN.cm N = - 919,57 kN; - Giả thiết chọn a = a’ = 2,5cm ị h0 = 60 – 2,5 = 57,5cm h0’ = 57,5 – 2,5 = 55cm Độ lệch tâm ban đầu e0: e0 = max(e1 ; ea) e1: là độ lệch tâm do nội lực. cm ea: là độ lệch tâm ngẫu nhiên. cm ị Độ lệch tâm: e0 = max(20,67 ; 2)= 20,67cm Xét uốn dọc: =5,46<8 Bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, - Tính độ lệch tâm tính toán: e = h.e0 + 0,5.h - a = 1x20,67 + 0,5x50 - 2,5 = 43,17cm - Xác định trường hợp lệch tâm: Tính toán chiều cao vùng chịu nén cm x = 32cm >cm ị Xảy ra trường hợp nén lệch tâm bé Với x=x1 ,Tính theo công thức: cm2 30,83 Thoả mãn điều kiện: <x< h0 = 47,5cm cm2 c. Tính và bố trí cốt đai: - Cốt thép đai trong cột có tác dụng giữ ổn định cho cốt dọc chịu nén, giữ vị trí của các cốt dọc khi đổ bê tông. - Cốt đai cũng có tác dụng chịu lực cắt, chỉ tính cốt đai khi cột phải chịu lực cắt khá lớn, thông thường thì cốt đai được đặt theo cấu tạo - Đường kính của cốt đai không dưới 5mm và không bé hơn 0,25d1 của cốt dọc chịu nén. - Khoảng cách giữa các cốt đai không được vượt quá 15d2 của cốt dọc chịu nén và không lớn hơn cạnh của cột (bc). - Trong đoạn nối buộc cốt thép dọc, khoảng cách cốt đai không được vượt quá 10d2. 2. Tính toán cốt thép dầm. - Tính điển hình cho phần tử 37. - Vật liệu ta sử dụng như trên. - Từ kết quả nội lực ta chọn ra các cặp nội lực của mỗi phần tử có giá trị nguy hiểm nhất. Tại các Mặt cắt I-I (trái); Mặt cắt II-II (giữa); Mặt cắt III-III (phải). - Dầm được đổ liền khối với bản sàn, xem một phần bản tham gia chịu lực với dầm như là cánh của tiết diện chữ T . Tuỳ theo momen là dương hay âm mà trong khi tính toán ta có thể kể đến hoặc không kể đến. a/ Tính cốt thép dọc: * Tính toán cụ thể cho phần tử 5 a1. Tính toán cho mặt cắt I-I (Trái). - Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất: M = 40,24 kN.m = 4024 kN.cm Q = 31,94 kN - Với tiết diện đầu dầm chịu momen âm, cánh thuộc vùng chịu kéo tính toán theo tiết diện chữ nhật b´h = (25´35) cm + Giả thiết a = 2,5cm; ị ho = h - a = 35 - 2,5 = 32,5 cm < cm2 - Kiểm tra: < < a2. Tính toán cho mặt cắt II-II (Giữa). - Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất: M = -13,28 kN.m = 1328 kN.cm Q = 9,67 kN - Với tiết diện giữa dầm chịu momen âm, cánh thuộc vùng chịu kéo tính toán theo tiết diện chữ nhật b´h = (25´35) cm + Giả thiết a = 2,5cm; ị ho = h - a = 35 - 2,5 = 32,5 cm < cm2 - Kiểm tra: < < a3. Tính toán cho mặt cắt III-III (Phải). - Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất: M =-56,74 kN.m = -5674 kN.m Q = 42,24 kN - Với tiết diện cuối dầm chịu momen âm, cánh thuộc vùng chịu kéo tính toán theo tiết diện chữ nhật b´h = (22´35)cm + Giả thiết a = 2,5cm; ị ho = h - a = 35 - 2,5 = 32,5 cm < cm2 - Kiểm tra: < < b/ Tính toán cốt đai: - Để thuận lợi cho quá trình thi công và dễ dàng trong tính toán ta tính cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất và bố trí cho toàn dầm. - Mặt cắt I I I - I I I (phải )có giá trị lực cắt lớn nhất Q = Qmax = 42,24kN - KTTD: b = 25cm nđ = 2 h = 35cm chọn đai 6 có asw= 0,283cm2, Rsw= 175 MPa < *Kiểm tra lại điều kiện hạn chế: Có , với bê tông nặng ị Thoả mãn yêu cầu tính toán. *Kiểm tra khả năng chịu lực cắt của bê tông và cốt đai: ị Không phải tính cốt xiên. c/ Tính toán cốt treo: Để đảm bảo diều kiện không bị giật đứt thì ở những nơi dầm phụ gác lên dầm chính cần phải gia cường cho dầm bằng cốt đai hoặc cốt xiên gọi là cốt treo. - Hoạt tải dầm chính: P = 19,44 (kN) - Tĩnh tải : G1 = 36,85kN à Lực tập trung do dầm phụ truyền vào dầm chính là: P + G1= 36,85 + 19,44=56,29 ( kN) - Tổng số đai cốt treo m được tính theo công thức: trong đó: hs = hdc – hdp = 75 – 35 = 45cm à chọn 4 đai f6,mỗi bên bố trí 2 đai. Sử dụng phần mềm SAP 2000 và phần mềm tính toán cốt thép theo TCVN 356-2005 để xác định nội lực và tính toán cốt thép trong khung, sau khi có kết quả ta tiến hành tổ hợp cốt thép cho khung và tính toán sơ bộ từ bên ngoài để kiểm tra kết quả ở phòng máy ta thấy kết quả tương đương nhau, do đó ta tiến hành tổ hợp cốt thép cho khung như sau: 3.1. Tổ hợp cốt thép cột: a. Cột trục A: Bảng 25.bảng chọn cốt thép cột khung K4 Phần tử b () h () () Chọn thép () 3 25 30 1,96 4,02 12 25 30 2,24 4,02 13 25 30 1,12 4,02 14 25 30 1,26 4,02 15 25 30 4,4 4,02 42 25 30 13,26 14,2 b. Cột trục B: Phần tử b () h () () Chọn thép () 5 25 50 24,6 34,055 17 25 50 32,92 34,055 18 25 50 24,58 27,835 19 25 50 22,48 27,835 20 25 50 26,84 27,835 c. Cột trục C: Phần tử b () h () () Chọn thép () 7 25 50 28,18 34,055 22 25 50 32,14 34,055 23 25 50 24,58 25,447 24 25 50 19,58 20,538 25 25 50 19,78 20,538 43 25 30 13,878 14,2 3.2. Tổ hợp cốt thép dầm khung K4: Tầng 2: Phầntử b () h () Thép chọn Trên Dưới 36 25 35 222 322 216+122 10 25 75 225+322 225+322 216 11 25 75 222 416+118 16 25 75 225+322 225+322 216 b. Tầng 3: Phầntử b () h () Thép chọn Trên Dưới 37 25 35 222 422 216 21 25 75 225+422 225+422 220 26 25 75 222 220+318 27 25 75 225+422 225+422 220 c. Tầng 4: Phầntử b () h () Thép chọn Trên Dưới 38 25 35 222 322 216 28 25 75 225+322 225+322 220 29 25 75 222 220+318 30 25 75 225+322 225+322 220 d. Tầng 5: Phầntử b () h () Thép chọn Trên Dưới 39 25 35 216 216+118 216 31 25 75 216+318 216+318 218 32 25 75 222 218+116 33 25 75 216+318 216+318 218 g.Tầng 5 dốc: Phầntử b () h () Thép chọn Trên Dưới 40 25 35 218 218+116 214 34 25 75 218+116 218+116 216 35 25 75 218 316 41 25 75 218+116 218+116 216 4. Tính toán cốt đai dầm: - Dựa vào kết quả chạy SAP2000 ta có khoảng cách giữa các cốt đai cột và dầm khung. Khoảng cách đó cũng phù hợp với việc tính toán lại ở bên ngoài. Do đó ta lâý khoảng cách đó để bố trí cho cột và dầm khung. - Với cột và dầm khung thì trong đoạn gần chân cột và gần gối của dầm thì ta bố trí cốt thép dày hơn, cụ thể là: + ở chân cột bố trí cốt đai còn lại ta bố trí cốt đai . + ở gần gối tựa của dầm bố trí cốt đai còn lại ta bố trí cốt đai . Chương V Thiết kế dàn mái trục 4 I. Lựa chọn phương án kết cấu mái : - Từ phương án kiến trúc của công trình, một hội trường rộng lớn được bố trí tại tầng 5. Ta có nhận xét sau để chọn phương án kết cấu mái của công trình: - Do tính chất là hội trường không gian kiến trúc cần phải rộng rãi, thông thoáng không được có kết cấu che lấp tầm nhìn. - Cần giảm đến mức tối đa tải trọng bản thân của các kết cấu, để đỡ tốn vật liệu và giảm tải trọng dồn vào khung rồi xuống móng. - Đảm bảo được yêu cầu về cách âm, cách nhiệt, đi lại thuận tiện dễ dàng. Có một không gian rộng tạo cảm giác thoải mái cho người trong các buổi họp, hội nghị. - Chọn được biện pháp thi công thích hợp, trên cơ sở các máy móc đã có sẵn trên công trường hoặc dễ chọn máy móc để thi công mà không cần các thiết bị thi công đặc biệt. - An toàn về chống cháy nổ, độ ổn định trước những bất thường xảy ra. + Từ các yêu cầu trên ta đưa ra phương án kết cấu sơ bộ để lựa chọn: Kết cấu mái dàn thép 1. Kết cấu: Ta đưa ra hai loại kết cấu dàn điển hình : + Dàn hình tam giác. + Dàn hình thang. - Dàn mái kết cấu dạng phẳng được cấu tạo bởi các thanh chống xiên, chống đứng bằng thép hình và được liên kết với nhau bằng các bản mã tạo thành một hệ bất biến hình, đảm bảo độ ổn định cho kết cấu. - Dàn có nhịp 11,1m chiều cao đỉnh dàn 1,8m, được liên kết với cột bằng bu lông tạo liên kết khớp. - Mái gác xà gồ bằng thép chữ [, trên lợp tôn múi Ausnam . 2. Ưu nhược điểm: a. Ưu điểm: - Là loại vật liệu sẵn có, dễ chế tạo, dễ thi công trong điều kiện Việt Nam hiện nay. - Giảm được tải trọng cho công trình, kết cấu dạng thanh không phức tạp. - Kết cấu bền chắc chắn, chống cháy tốt. + Dàn hình tam giác: - Hình dáng đầu dàn nhọn nên có thể liên kết khớp với cột được sử dụng nhiều rất hợp lý cho các công trình yêu cầu có độ dốc lớn (mái lợp ngói, lợp tôn), phổ biến đối với công trình dân dụng như hội trường. + Dàn hình thang: - Được dùng nhiều với các công trình yêu cầu mái dốc nhỏ, phổ biến đối với các nhà công nghiệp có đặt cửa trời. - Dàn khá phù hợp với biểu đồ mô men uốn, góc của các thanh không quá nhỏ, chiều dài các thanh không quá lớn. b. Nhược điểm: - Nếu vượt khẩu độ lớn chiều cao dàn lớn tạo không gian lớn, do đó khi sử dụng rất tốn kém năng lượng để chiếu sáng, làm lạnh. - Khí hậu nước ta là nóng ẩm nên kết cấu thép dễ bị ăn mòn. Do đó phải mất công bảo dưỡng thường xuyên mới đảm bảo an toàn. + Dàn hình tam giác: Không phù hợp với biểu đồ mô men uốn do tải trọng dàn gây ra, nội lực các thanh chênh lệch, có một số thanh bụng chịu nén nhỏ. + Dàn hình thang: Chiều cao đầu dàn lớn nên dễ liên kết cứng với cột để tăng độ cứng cho công trình, không phù hợp lắm với khung bê tông cốt thép liên kết khớp với dàn. phương án chọn * Tóm lại qua 2 loại kết cấu dàn điển hình nêu trên ta thấy: - Mái nhà có khẩu độ là 11,1m với yêu cầu mái dốc phòng hội trường của một trường đại học thuộc loại nhà dân dụng. Ta chọn giải pháp dàn vì kèo mái hình tam giác phẳng lợp tôn với nhữmg thuận lợi sau: + Trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp để đơn giản khi tính toán và khi thi công. + Có thể chế tạo hàng loạt trong xưởng với độ chính xác cao đảm bảo được hết tất cả các yêu cầu đề ra. + Vật liệu địa phương đảm bảo chất lượng, giá thành rẻ, không phải nhập ngoại. + Bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện. II. Số liệu tính toán: - Toàn bộ kết cấu thép dùng thép CCT34 có các chỉ tiêu sau: + Có: f= 21 kN/cm2; fy= 22 kN/cm2; fu= 34 kN/cm2; fv= 12 kN/cm2; - Bu lông trong liên kết là bulông phổ thông có fvb= 15 KN/cm2; fcb= 39,5kN/cm2 - Que hàn dùng que hàn N42 có βf= 0,7; fwf= 1800 kg/cm2; hàn bằng tay. - Hệ số làm việc của cấu kiện: - Bê tông cấp độ bền B20. III. Tính toán xà gồ mái Chọn xà gồ có số hiệu [ 80x40x4,5 làm xà gồ đỡ mái Hình 6. Tiết diện xà gồ [80x40x4,5 IV. Tính toán dàn mái thép: 1. Sơ đồ và kích thước của dàn mái: - Dàn có sơ đồ hình tam giác, độ dốc mái i= 32%, góc nghiêng α= 18o - Chiều cao dàn h= 1,8m. - Nhịp của dàn là 11,1m. - Khoảng cách mắt của dàn theo phương ngang là: a= 1,388m. - Sơ đồ tính như sau: Hình 7. Sơ đồ tính dàn 2. Tải trọng tác dụng lên dàn mái: a. Tĩnh tải ( Tải trọng thường xuyên) - Trọng lượng bản thân dàn thép: + Trong đó: 1,2:Là hệ số kể đến hệ giằng. Ld: Là nhịp của dàn, ld= 11,1m : Là hệ số trọng lượng bản thân (0,3- 0,6), lấy = 0,6 : Là hệ số độ tin cậy, ng= 1,1 - Trọng lượng tấm lợp: = 0,108 (kN/m2), - Trọng lượng xà gồ: Trong đó: , B= 4,2m, nc: số xà gồ trên dàn, nc=10 thanh LB: Tính mặt bằng giữa 2 dàn:4,211,1= 46,62m - Tải trọng trần treo: Bảng 1. Tổng hợp tải trọng tác dụng vào dàn. TT Loại tải trọng Tải trọng tiêu chuẩn(kN/) Hệ số Tải trọng tính toán(kN/) 1 Dàn mái 0,08 1,1 0,088 2 Tôn lợp 0,108 1,1 0,12 3 Xà gồ [8 0,0635 1,1 0,069 4 Trần treo 0,4 1,1 0,44 Tổng 0,717 b. Hoạt tải: - hoạt tải tác dụng vào dàn: Bảng 2. Hoạt tải tác dụng vào dàn TT Loại tải trọng Tải trọng tiêu chuẩn(kN/) Hệ số Tải trọng tính toán(kN/) 1 Hoạt tải sữa chữa 0,30 1,3 0,39 - Tải trọng tác dụng lên các nút dàn, vì kèo: Hình 8. Sơ đồ tĩnh tải - Phản lực đầu dàn: /2=(2.0,8+7.(1,6+2,8))/2= 16,2kN c. Hoạt tải sửa chữa mái: - Hoạt tải sữa chữa mái: P= 0,3 kN/, = 1,3( quy về diện tích mặt bằng) - Phản lực đầu dàn: Hình 9. Sơ đồ hoạt tải c. Tải trọng gió: - Tải trọng gió tác dụng lên dàn vì kèo là các lực tập trung Wi đặt tại nút dàn. - Độ dốc mái i= 32%, góc nghiêng α= 18o<30 ta bỏ qua việc tính tải trọng gió tác dụng vào phần mặt ngoài của mái dàn mà chỉ tính gió bốc mái dàn. - Các giá trị được xác định theo công thức: Wi = n .. qo . Ce. ki . a.B W1 = n .. qo . Ce1. ki . B . W2 = 2 .W1 W3 = n .. qo . Ce2. ki . B . W4 = 2. W3 Trong đó: a- khoảng cách giữa các mắt ở cánh trên dàn, a= 1,459. qo- áp lực động của gió. Công trình được xây dựng tại Hưng Yên, thuộc vùng gió II-B, theo TCVN 2737-1995 ta có: qo= 0,95kN/. K1- Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực theo độ cao và dạng địa hình, lấy theo chiều cao đỉnh mái( theo bảng 5 TCVN 2737-1995). n- Hệ số vượt tải, n= 1,2. Ce- Hệ số khí động xác định theo TCVN 2737-1995 B- Bước dàn, B= 4,2m. - Hệ số khí động: + Với q0= 0,95, góc nghiêng α= 18o. + Tỉ số: , tra bảng 6 TCVN 2737-1995 bằng phương pháp nội suy ta có): + Phía gió đẩy: Ce1= - 0,785 + Phía gió hút: Ce2= - 0,755 .+ Với địa hình B, đỉnh mái cao 22,4m, có hệ số độ cao là K= 1,15 - Vậy ta được: W1= 1,2.0,95.0,785.1,15.4,2.1,459.0,5=3,35kN W2= 2.W1=2.3,35=6,7kN W3= 1,2.0,95.0,755.1,15.4,2.1,459.0,5=3,03kN W4= 2.W3=2.3,03=6,06kN - Chiếu Wi về phương thẳng đứng và so sánh với các thành phần tĩnh tải nếu lớn hơn thì ta tính thành phần tải trọng gió( lấy giá trị Gi max để so sánh) + Ta có: Wi.cosa =6,7.0,95= 6,37kN > G2+ Gtreo2= 1,6+2,8=4,4kN Vậy ta phải tính cả tải trọng gió. Vì với tải trọng gió và tĩnh tải gây ra cho thanh cánh dưới cũng như 1 số thanh bụng đổi chiều nội lực từ kéo sang nén, làm cho chúng dể bị mất khả năng chịu lực do mất ổn định. - Chiếu về phương thẳng đứng : W’1 W’2 W’3 W’4 - Phản lực đầu dàn: = 0H1=(2W1+3W2).sina - (2W3+3W4).sina =(2.3,35+3.6,7).0,31 - (2.3,03+ 3.6,06).0,31=0,79kN. RwA.11,1-W’1.11,1-W’1.5,55+W1.sina.1,8-3W’2.9,024+3W2.sina.0,9-W3.5,835-3W4.2,918 = 0 => RwA=(3,18.11,1+3,18.5,55-3,35.0,31.1,8+3.6,36.9,024-3.6,7.0,31+3,03.5,835+ 3.6,06.2,918) = 25,92 kN. RwD = (2W’1+ 3W’2+ 2W’3+ 3W’4) - RwA =(23,18+36,36+22,88+35,76) - 25,92 = 22,56 kN. 3. Tính nội lực cho các thanh dàn: - Tính toán nội lực cho các thanh dàn có thể dùng phương pháp vẽ đồ giải Crêmôna hoặc sử dụng phần mền SAP2000 để xác định nội lực trong các thanh dàn cho từng loại tải trọng riêng rẽ, sau đó tiến hành tổ hợp nội lực để lựa chọn cặp nội lực tính toán là nội lực bất lợi nhất. + Đối với hệ dàn này để tiện lợi cho việc tính toán được ngắn gọn. ở đây ta dùng phần mềm SAP 2000 để xác định nội lực cho các thanh dàn, sau đó tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực tìm ra được cặp nội lực tính toán bất lợi nhất cho từng thanh riêng rẽ. - Từ kết quả đó tiến hành thiết kế tiết diện cho từng thanh trong dàn. a. Nội lực tính toán: Kết quả nội lực trong các thanh cho từng phương án chất tải như sau: Bảng 3. Bảng tính nội lực dàn Phơng án chất tải Cách tổ hợp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Loại thanh Phần tử T.tải H.T 1 H.T 2 Gió trái Gió phải Kéo Nén (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) Cánh trên [3,6] [3,5] 51 -49.92 0.00 -27.46 84.80 67.58 34.88 -77.38 [3,6] [3,5] 52 -42.79 0.00 -23.53 75.56 59.22 32.77 -66.32 [3,6] [3,5] 53 -35.66 0.00 -19.61 66.32 50.86 30.66 -55.27 [3,6] [3,5] 54 -28.52 0.00 -15.69 53.54 42.50 25.02 -44.21 Cánh dưới [3,5] [3,4,6] 59 45.19 -0.75 25.64 -80.75 -62.15 70.83 -28.16 [3,5] [3,4,6] 60 45.19 -0.75 25.64 -80.75 -62.15 70.83 -28.16 [3,5] [3,4,6] 61 38.41 -0.75 21.91 -69.89 -52.32 60.32 -25.16 [3,5] [3,4,6] 62 31.63 -0.75 18.18 -59.03 -42.50 49.81 -22.17 Xiên [3,6] [3,5] 67 -7.13 0.00 -3.92 11.42 10.33 4.29 -11.05 [3,6] [3,5] 69 -8.09 0.00 -4.45 12.94 11.71 4.85 -12.54 [3,6] [3,5] 71 -9.46 0.00 -5.21 15.99 15.15 6.53 -14.67 Đứng [3,5] [3,6] 78 2.80 0.00 0.00 0.00 0.00 2.80 2.80 [3,5] [3,6] 68 5.00 0.00 1.21 -3.52 -3.19 6.21 1.48 [3,5] [3,6] 70 7.20 0.00 2.42 -7.04 -6.37 9.62 0.16 [3,5] [3,6] 50 16.00 0.00 7.26 -27.00 -20.12 23.26 -11.00 4. Tính toán và chọn tiết diện các thanh dàn: 4.1. Thanh cánh trên ( chịu nén): - Chọn tiết diện thanh cần tuân theo các nguyên tắc sau: + Dàn có nhịp L= 11,1m < 24m nên không cần thay đổi tiết diện thanh cánh trên và thanh cánh dưới. Với nội lực lớn nhất trong các thanh bụng. N= -14,67kN< 150kN, ta chọn bề dày bản mã tbm= 6mm. a.Xác định chiều dài tính toán: - Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn lx và ngoài mặt phẳng dàn ly của các thanh dàn phẳng được lấy theo bảng 4.2 (sách T.kế KCThép nhà CN). Lx= 1,459m, là khoảng cách giữa hai mắt dàn thuộc thanh cánh trên. ly = = l1 : Khoảng cách giữa hai điểm cố kết không cho cánh dàn dịch chuyển ra ngoài mặt phẳng. l1= 2,918m. b. Tính toán: - Do thanh cánh trên có chiều dài lớn mà nội lực bé, ta tính tiết diện thanh theo điều kiện độ mảnh giới hạn. Bán kính cần thiết của thanh cánh trên là: + Giả thiết độ mảnh của thanh dàn = 80. tra bảng II.1 phụ lục II (sách T.kế KC Thép nhà CN).suy ra . Act. Ix,yc Iy,yc Vậy các thông số cần thiết để chọn tiết diện là: Trong đó: Act: Diện tích cần thiết. N: lực nén trong thanh. : Hệ số điều kiện làm việc, với thanh cánh thì:=0,95. : Hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh . Từ Ix,yc và Iy,yc chọn tiết diện thanh cánh trên . Ta thấy diện tích tiết diện cần thiết là rất nhỏ, do vậy ta chọn tiết diện theo yêu cầu cấu tạo. Chọn thép góc đều cạnh : 2L50x5 Có A = 2.4,8 = 9,6cm2; ix =1,51cm; I=11; Cx=1,4cm. iy= - Kiểm tra lại thanh tiết diện cánh trên theo điều kiện ổn định: ix= 1,51 cm iy=2,34 cm . Vậy đảm bảo điều kiện ổn định. Kiểm tra điều kiện độ mảnh ( thanh nén). . Vậy đảm bảo về độ mảnh Hình 11. Tiết diện thanh cánh trên dàn 4.2. Thanh cánh dưới ( chịu kéo ): - Thanh cánh dưới: Nk=70,83KN a. Chiều dài tính toán của thanh cánh dưới: - Lx=1,388m - ly = = l1 : Khoảng cách giữa hai điểm cố kết không cho cánh dàn dịch chuyển ra ngoài mặt phẳng. Lấy bằng khoảng cách 1 nửa dàn l1= 5,55m. b. Tính toán: - Giả thiết độ mảnh của thanh dàn = 80. tra bảng II.1 phụ lục II (sách T.kế KC Thép nhà CN).suy ra . Act. Ix,yc Iy,yc Vậy các thông số cần thiết để chọn tiết diện là: Trong đó: Act: Diện tích cần thiết. N: lực nén trong thanh. : Hệ số điều kiện làm việc, với thanh cánh thì:=0,95. : Hệ số uốn dọc, phụ tnhuộc vào độ mảnh . Từ Ix,yc và Iy,yc chọn tiết diện thanh cánh trên . Ta thấy diện tích tiết diện cần thiết là rất nhỏ, do vậy ta chọn tiết diện theo yêu cầu cấu tạo. Chọn thép góc đều cạnh : 2L50x5 Hình 12. Tiết diện thanh cánh dưới dàn Có A = 2.4,8 = 9,6cm2; ix =1,51cm; Ix=11; Cx=1,4cm. iy= - Kiểm tra lại thanh tiết diện cánh dưới theo điều kiện ổn định: ix= 1,51 cm iy=2,3 cm . Vậy đảm bảo điều kiện ổn định. - Kiểm tra điều kiện độ mảnh( thanh kéo). . Vậy đảm bảo về độ mảnh. 4.3. Thanh bụng xiên ( X71): Qua bảng tổ hợp ta thấy các thanh xiên là các thanh chịu nén vậy ta tính cho 1 thanh chịu nén lớn nhất có Nn= -14,67kN còn các thanh còn lại ta lập bảng a. Chiều dài tính toán của thanh bụng xiên: lx =0,8.l= 0,8.1,936= 1,55m l= ly= 1,936m là khoảng cách 2 mắt dàn theo phương ngoài mặt phẳng dàn của thanh bụng xiên. b. Tính toán: + Giả thiết độ mảnh của thanh dàn = 100. tra bảng II.1 phụ lục II (sách T.kế KC Thép nhà CN).suy ra . Act. Ix,yc Iy,yc (: Hệ số điều kiện làm việc, với thanh chịu nén thì lấy:=0,8.) Từ Ix,yc và Iy,yc chọn tiết diện thanh bụng xiên như sau: Ta thấy diện tích tiết diện cần thiết là rất nhỏ, do vậy ta chọn tiết diện theo yêu cầu tạo. Chọn thép góc đều cạnh : 2L50x5 Có A = 2.4,8=9,6cm2; ix =1,51cm; Ix=11; Cx=1,4cm. iy= - Kiểm tra lại thanh tiết thanh bụng xiên theo điều kiện ổn định: ix= 1,51 cm iy=2,3 cm Vậy đảm bảo điều kiện ổn định. - Kiểm tra điều kiện độ mảnh( thanh nén). . Vậy đảm bảo về độ mảnh. 4.4. Thanh bụng đứng: Qua bảng tổ hợp ta thấy phần tử 78,68;70 là thanh chỉ chịu kéo hoàn toàn. Ta có: Nk= 23,26kN, Nn= -11,00kN a. Chiều dài tính toán của thanh bụng đứng: lx =0,8.l= 0,8.1,8= 1,44m l= ly= 1,8m là khoảng cách 2 mắt dàn theo phương ngoài mặt phẳng dàn của thanh bụng đứng. b. Tính toán: Ta có: Act. Ix,yc Iy,yc (: Hệ số điều kiện làm việc, với thanh chịu nén thì lấy:=0,8.) - Từ Ix,yc và Iy,yc chọn tiết diện thanh bụng đứng như sau: Ta thấy diện tích tiết diện cần thiết là rất nhỏ, do vậy ta chọn tiết diện theo yêu cầu cấu tạo. Chọn thép góc đều cạnh :2L50x5 Có A = 2.4,8 = 9,6cm2; ix =1,51cm; Ix=11; Cx=1,4cm. iy= Hình 13. Tiết diện thanh bụng đứng - Kiểm tra lại thanh tiết diện thanh bụng đứng Đ50 theo điều kiện ổn định: ix= 1,51 cm iy=2,3 cm Suy ra . Vậy đảm bảo điều kiện ổn định. - Kiểm tra điều kiện độ mảnh( thanh nén). . Vậy đảm bảo về độ mảnh. * Nhận xét : - Sau khi tính toán thiết kế tiết diện cho hai trường hợp chịu kéo và nén của thanh cánh thượng và cánh hạ. Ta thấy, với nội lực lớn nhất trong bảng tổ hợp tính được diện tích tiết diện cần thiết là rất nhỏ. Do vậy để chọn tiết diện cho các thanh còn lại, ta chọn toàn bộ các thanh với thép góc L50x5. Kết quả được ghi trong bảng sau: 5. Tính toán và cấu tạo nút dàn: 5.1. Nguyên tắc chung : - Các thanh dàn liên kết vào bản mã bằng các đường hàn góc ở sống và ở đầu mép, đối với thanh bụng có thể hàn vòng quanh (hàn cả ở đầu thép góc). Đường hàn góc liên kết các thanh dàn vào bản mã phải đảm bảo yêu cầu về cấu tạo: hfmin Ê hf Ê hfmax lfmin Ê lf Ê lfmax hfmax = 1,2.tbm min Trong đó : tbm min : Chiều dày của thép mỏng nhất. hf : Chiều cao đường hàn. lf : Chiều dài đường hàn. Thiết kế mắt dàn với cánh trên ta tính cho một mắt dàn ( mắt số 7), với các mắt dàn cánh dưới ta củng tính cho một mắt dàn điển hình( mắt số 4), tính một mắt đầu dàn ( thanh số 1) và tính cho 2 mắt ở giữa dàn ( mắt số 9 và số 5). Hình 14. Ký hiệu các thanh và mắt dàn 5.2. Tính toán và cấu tạo các mắt dàn: 5.2.1. Mắt số 7: Mắt số 7 có 4 thanh quy tụ: Hai thanh cánh trên: T52= 2L50x5 T53= 2L50x5 Hai thanh bụng: Đ68 2L50x5 X69= 2L50x5 - Các đường hàn liên kết thanh bụng vào bản mã bằng đường hàn ở sống và hai đường hàn mép thép góc được tính toán với toàn bộ lực trong thanh. Hình 15. Mắt số 7 có lực tập trung - Với thép: CCT34 có f= 21. - Que hàn N42 có - Chọn hf1= hf2= 4mm. a. Tính liên kết thanh X69: Liên kết thanh X69 vào bản mã gồm một đường hàn 1 và một đường hàn 2, hệ số điều kiện làm việc Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn liên kết sống thép góc với bản mã là k được lấy gần đúng theo bảng 4.6( sách thiết kế kết cấu thép nhà CN). Với thép đều cạnh có: k=0,7 và 1-k= 0,3. Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức: Trong đó: lw - chiều dài tính toán 1 đường hàn( chiều dài thực tế l= lw+1cm). hf - chiều cao đường hàn. ( b.fw )min - là trị số bé hơn của bffwf và bsfws Ta có: ( b.fw )min = 18.0,7= 12,6 - Đường hàn sống: - Đường hàn mép: Vậy tổng chiều dài tối thiểu của đường hàn số 1 là: , của đường hàn sống 2 là: Như vậy tất cả các đường hàn sống và mép liên kết thanh X69 và Đ68 vào bản mã có chiều dày được lấy theo cấu tạo , có 4.hf= 4.4= 16< 40mm. Vậy chọn lw1=lw2= 4cm. b. Tính liên kết thanh cánh: - Liên kết thanh cánh vào bản mã gồm hai đường hàn sống và hai đường hàn mép , hệ số điều kiện làm việc . Ta có: - Hiệu số nội lực giữa T52 và T53. - Lực tập trung: . Lực P phân bố đều cho đường hàn sống và mép. Với góc dốc nên ta phải kể đến ảnh hưởng của góc này. Đường hàn sống và đường hàn mép phải chịu những lực sau: - ở sống: - ở mép: - Đường hàn sống: . - Đường hàn mép: . Như vậy tất cả đường hàn sống và đường hàn mép liên kết thanh T52 và T53 vào bản mã có chiều dài lấy theo cấu tạo . Chọn lw1= lw2= 4cm, hf= 4mm. `Hình 16. Chi tiết mắt số 7 5.2.2. Mắt số 4: - Mắt số 4 có 4 thanh quy tụ: Hai thanh cánh dưới: D61= 2L50x5 D62= 2L50x5 Hai thanh bụng: Đ70= 2L50x5 X69= 2L50x5 Chọn hf1= hf2 4mm. a. Tính liên kết thanh X69: Liên kết thanh X27 vào bản mã gồm một đường hàn 1 và một đường hàn 2, hệ số điều kiện làm việc Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn liên kết sống thép góc với bản mã là k được lấy gần đúng theo bảng 4.6( sách thiết kế kết cấu thép nhà CN). Với thép đều cạnh có: k=0,7 và 1-k= 0,3. Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức: Trong đó: lw - chiều dài tính toán 1 đường hàn( chiều dài thực tế l= lw+1cm). hf - chiều cao đường hàn. ( b.fw )min - là trị số bé hơn của bffwf và bsfws Ta có: ( b.fw )min = 18.0,7= 12,6 - Đường hàn sống: - Đường hàn mép: Vậy tổng chiều dài tối thiểu của đường hàn số 1 là: , của đường hàn sống 2 là: Như vậy tất cả các đường hàn sống và mép liên kết thanh X69 và Đ70 vào bản mã có chiều dày được lấy theo cấu tạo , có 4.hf= 4.4= 16< 40mm. Vậy chọn lw1=lw2= 4cm. b. Tính liên kết thanh cánh: - Liên kết thanh cánh vào bản mã gồm hai đường hàn sống và hai đường hàn mép , hệ số điều kiện làm việc . Ta có: - Hiệu số nội lực giữa D61 và D62. - ở sống: - ở mép: - Đường hàn sống: . - Đường hàn mép: . Như vậy tất cả các đường hàn sống và mép liên kết thanh D61 và D62 vào bản mã có chiều dày được lấy theo cấu tạo . Vậy chọn lw1=lw2= 4cm. Hình 17. Chi tiết mắt số 4 5.2.3. Mắt số 9 ( mắt khuếch đại ) - Mắt số 9 có 3 thanh quy tụ: Hai thanh cánh trên: T54= 2L50x5 T55= 2L50x5 Hai thanh bụng: Đ50= 2L50x5 - Chọn hf1= hf2 4mm. Do chiều dài dàn lớn, để phù hợp với điều kiện vận chuyển, việc nối dàn được thực hiện ở hiện trường, dàn được chế tạo với hai nữa dàn do đó nút đỉnh sẻ là nút khuếch đại. Để phù hợp, bản mã được tách làm đôi cho hai nữa dàn, sau đó nối lại nhờ hai bản nối. Cứ mỗi bản nối được hàn trước với một nữa bản mã. Hình 18. Sơ đồ tính nút đỉnh dàn a. Thanh cánh trên: Thanh cánh trên được nối với nhau qua bản ghép uốn gãy theo độ dốc thanh cánh, các đường hàn liên kết bản ghép với thanh cánh cũng như bản mã được thực hiện ở hiện trường. Hai sườn gia cố cho bản ghép và bản nối, đồng thời có tác dụng là vị trí liên kết với thanh chống dọc nhà ở đỉnh dàn. Khi tính toán lực dùng để tính toán Nt. Nt=1,2.T54= 1,2.44,21= 53,05kN (1,2 là hệ số an toàn). Chọn bản ghép có tiết diện 195x5mm. Diện tích chịu lực Nt gồm diện tích bản ghép và một phần bản mã với bề rộng được quy ước bằng hai lần bề rộng bản cánh hàn nối với bản mã của thép góc cánh.Ta có: Aqư=Agh+2.bg.tbm Với: Aqư - diện tích quy ước; Agh - diện tích tiết diện ngang của bản ghép; bg - bê rộng bản cánh hàn vào bản mã của thép góc; tbm - bề dày bản mã; Vậy ta có: Aqư=19,5.0,5+2.5.0,6= 15,75cm2. ứng suất trong tiết diện quy ước ( Xem Nt đặt ở trọng tâm diện tích quy ước). (: Hệ số làm việc lấy bằng 1) Các đường hàn liên kết bản ghép vào thanh cánh tính chịu lực thực tế truyền qua bản ghép. Chiều dài các đường hàn liên kết giữa thanh cánh với bản ghép (hf=4mm). Dùng bốn đường hàn để liên kết giữa thanh cánh và bản ghép ( hai đường 4x120 và hai đường 4x55). Các đường hàn liên kết thanh cánh vào bản mã tính chịu lực: Nc= Nt- Ngh= 53,05- 32,86=20,19kN < Nt/2 = 26,525kN. Tổng chiều dài đường hàn liên kết thép góc cánh với bản mã là ( chọn hf=4mm) (4 đường hàn). b. Tính nối bản mã: Hai nửa bản mã liên kết với hai bản nối, hai bản nối này tính chịu lực Nbn. Chiều dài một đường hàn ( hf=0,4cm) Dùng hai đường hàn có chiều cao 0,4cm và dài bằng chiều dài bản nối. - Đường hàn sống: . - Đường hàn mép: . Vậy tổng chiều dài tối thiểu của đường hàn số 1 là: , của đường hàn sống 2 là: Như vậy đường hàn sống liên kết vào bản mã và đường hàn mép liên kết thanh Đ7 vào bản mã có chiều dày đựoc lấy theo cấu tạo , có 4.hf= 4.4= 16< 40mm.Vậy chọn lw1=lw2= 4cm. Hình 19 Chi tiết nút đỉnh dàn 5.2.4. Mắt số 5 (mắt trung gian). Mắt số 5 có 4 thanh quy tụ: Hai thanh cánh dưới: D62= 2L50x5 D63= 2L50x5 Thanh bụng đứng: Đ50= 2L50x5 Hai thanh bụng xiên: X71 và X72= 2L50x5 - Chọn hf1= hf2 4mm. a. Tính liên kết thanh cánh dưới vào bản mã: Mắt giữa dàn cũng là mắt khuếch đại tại hiện trường, việc cấu tạo như cấu tạo mắt đỉnh dàn. Khi tính toán lực dùng để tính toán Nt. Nt=1,2.D62= 1,2.49,81= 59,77kN (1,2 là hệ số an toàn). Chọn bản ghép có tiết diện 150x10mm. Diện tích chịu lực Nt gồm diện tích bản ghép và một phần bản mã với bề rộng được quy ước bằng hai lần bề rộng bản cánh hàn nối với bản mã của thép góc cánh. Ta có: Aqư=Agh+2.bg.tbm Với: Aqư - diện tích quy ước; Agh - diện tích tiết diện ngang của bản ghép; bg - bê rộng bản cánh hàn vào bản mã của thép góc; tbm - bề dày bản mã; Vậy ta có: Aqư=15.1+2.5.0,6= 21cm2. ứng suất trong tiết diện quy ước ( Xem Nt đặt ở trọng tâm diện tích quy ước) (: Hệ số làm việc lấy bằng 1) Các đường hàn liên kết bản ghép vào thanh cánh tính chịu lực thực tế truyền qua bản ghép. Chiều dài các đường hàn liên kết giữa thanh cánh với bản ghép (hf=4mm). Dùng bốn đường hàn để liên kết giữa thanh cánh và bản ghép ( hai đường 4x100 và hai đường 4x40). Các đường hàn liên kết thanh cánh vào bản mã tính chịu lực: Nc= Nt- Ngh= 59,77- 42,75 = 17,02KN = Nt/2 = 29,885kN. Tổng chiều dài đường hàn liên kết thép góc cánh với bản mã là ( chọn hf= 4mm) (4 đường hàn). b. Tính nối bản mã: Hai nửa bản mã liên kết với hai bản nối, hai bản nối này tính chịu lực Nbn. Với: : góc hợp bởi thanh D62 và thanh X71; NX71: Lực dọc trong thanh X71 => Chọn bản nối có kích thước 120x150x6mm. Chiều dài một đường hàn ( hf=0,4cm) Dùng hai đường hàn có chiều cao 0,4cm và dài bằng chiều dài bản nối. - Kiểm tra cường độ của bản nối: Do khoan lỗ bu lông lắp tạm dàn trước khi hàn nên phải kiểm tra sự làm việc của bản nối. Chiều dày của bản nối tbm = 6mm, bản nối có 2 lỗ bu lông , vậy có: - Lực truyền qua hai bản nối: N= Nbn= 6,52 kN ứng suất trong bản nối: c.Tính liên kết thanh xiên X71: - Liên kết thanh X71 vào bản mã gồm một đường hàn 1 và một đường hàn 2, hệ số điều kiện làm việc - Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn liên kết sống thép góc với bản mã là k được lấy gần đúng theo bảng 4.6( sách thiết kế kết cấu thép nhà CN). Với thép đều cạnh có: k=0,7 và 1-k= 0,3. Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức: Trong đó: lw - chiều dài tính toán 1 đường hàn( chiều dài thực tế l= lw+1cm). hf - chiều cao đường hàn. ( b.fw )min - là trị số bé hơn của bffwf và bsfws Ta có: ( b.fw )min = 18.0,7= 12,6kN/ - Đường hàn sống: - Đường hàn mép: Vậy tổng chiều dài tối thiểu của đường hàn số 1 là: , của đường hàn sống 2 là: Như vậy tất cả các đường hàn sống và mép liên kết thanh X71 vào bản mã có chiều dày được lấy theo cấu tạo , có 4.hf= 4.4= 16< 40mm. Vậy chọn lw1=lw2= 4cm. Hình 20. Chi tiết mắt số 5 (mắt giữa dàn) 5.2.5. Mắt số 1 (nút gối dàn). a. Tính đường hàn liên kết thanh cánh T51 vào bản mã: - liên kết thanh T51 vào bản mã gồm một đường hàn 1 và một đường hàn 2, hệ số điều kiện làm việc . - Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn liên kết sống thép góc với bản mã là k được lấy gần đúng theo bảng 4.6( sách thiết kế kết cấu thép nhà CN). Với thép đều cạnh có: k=0,7 và 1-k= 0,3. Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức: Trong đó: lw - chiều dài tính toán 1 đường hàn( chiều dài thực tế l= lw+1cm). hf - chiều cao đường hàn góc. ( b.fw )min - là trị số bé hơn của bffwf và bsfws Ta có: ( b.fw )min = 18.0,7= 12,6 kN/ - Đường hàn sống: - Đường hàn mép: Vậy tổng chiều dài tối thiểu của đường hàn là: + Đường hàn phía sống là: . + Đường hàn phía mép là: . b. Tính đường hàn liên kết thanh cánh D59 vào bản mã: - liên kết thanh D59 vào bản mã gồm một đường hàn 1 và một đường hàn 2, hệ số điều kiện làm việc . - Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn liên kết sống thép góc với bản mã là k được lấy gần đúng theo bảng 4.6( sách thiết kế kết cấu thép nhà CN). Với thép đều cạnh có: k=0,7 và 1-k= 0,3. Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức: Trong đó: lw - chiều dài tính toán 1 đường hàn( chiều dài thực tế l= lw+1cm). hf - chiều cao đường hàn góc. ( b.fw )min - là trị số bé hơn của bffwf và bsfws Ta có: ( b.fw )min = 18.0,7= 12,6 KN/ - Đường hàn sống: - Đường hàn mép: Vậy tổng chiều dài tối thiểu của đường hàn là: + Đường hàn phía sống là: . + Đường hàn phía mép là: . Như vậy đường hàn sống liên kết vào bản mã và đường hàn mép liên kết thanh D16 vào bản mã có chiều dày được lấy theo cấu tạo , có 4.hf= 4.4= 16< 40mm.Vậy chọn lw1=lw2= 4cm. c. Tính đường hàn liên kết sườn, bản mã vào bản đế chịu phản lực đầu dàn ( gồm tĩnh tải và hoạt tải): Tổng chiều dài đường hàn tính toán: Như vậy chiều dài tối thiểu của của một đường hàn là: ( có bốn đường hàn). d. Tính toán bản đế: - Bản đế có vai trò tiếp thu nội lực dàn ( RA) từ bản mắt đầu dàn và truyền xuống bản mặt gối tựa ( cột). - Kích thước bản đế a x b tính chịu phản kực đầu dàn. Diện tích bản đế tính theo công thức: Trong đó: , bê tông cấp độ bền B20 có Rb= 1,15 kN/; lúc đầu chưa biết Abd nên giả thiết Vậy ;. Do Abđ nhỏ nên ta tự chọn kích thước cho bản đế : a x b = 15 x 20cm. - Kiểm tra ứng suất tại mặt tiếp xúc giữa đầu cột và bản đế: . + Với Mbđ - mô men uốn cho ô bản đế có sơ đồ ngàm hai cạnh: Mbđ=. - Do dầm đế và bản mã chia bản đế thành 4ô bằng nhau, có kích thước 7,5x10cm (Hình vẽ).nên có các thông số như sau: a : Đường chéo nối hai cạnh tự do. Với a2 = d =12,5cm, b2 = 5,5cm. Tỷ số : , tra bảng 3.7 được a = 0,06. - Bề dày bản đế tính theo: Chọn tbđ= 20mm (quy định tbđ = 1224mm) - Tính sườn gối: + Bề rộng sườn gối bs= 7,5cm. + Bề dày sườn gối ts= 1,0cm. - Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của sườn gối: Suy ra: Thoả mản điều kiện ổn định cục bộ. - Tính bu lông neo: Bulông neo có nhiệm vụ: + Định vị dàn vào đỉnh cột. + Chịu lực cắt từ đỉnh cột truyền qua dàn cũng như thành phần lực ngang từ dàn qua cột. + Khi gió bốc mái gây kéo cho cột thì các bulông neo này se chịu kéo bởi thành phần lực này. - Vì vậy ta sẽ tính bulông neo với phản lực đầu dàn RA gây kéo cho cột bởi tải trọng gió. RA= 25,92kN gió bốc với góc . + Diện tích tiết diện cần thiết của bulông neo: Bulông nhóm 4.6 Với: ftb – là cường độ chịu kéo tính toán của thép làm bulông. N – số bulông neo ở mổi đầu cột ( ít nhất là 2 bulông). Tra bảng 2.9 ( sách kết cấu thép- cấu kiẹn cơ bản), chọn bulông neo có đường kính d= 2cm ( Abn= 2,40), căn cứ vào quy định đường kính bulông neo tối thiểu . + Chiều dài neo của bulông được xét theo điều kiện lực kéo tác dụng lên bulông không vượt quá khả năng bám dính giữa thép bulông và bê tông cột. Rút ra: đồng thời . Chọn ln= 20cm. Với : ln - Chiều dài phần bulông neo vào bê tông cột. chu vi của bulông neo có đường kính d= 2cm. : Lực dính giữa bê tông và cốt thép (đối với bê tông thường). Hình 21. Chi tiết mắt số 1 (mắt gối dàn) ( Bản vẽ dàn mái đựợc thể hiện ở bản vẽ kết cấu số 05)