thiết kế kỹ thuật phương án chọn

Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
Chương 8
Thiết kế kó thuật phương án chọn
1 Số liệu xuất phát.
1.1 Đặc trưng vật liệu.
1.1.1Bê tông.
a. Bản sàn.
Bê tông sử dụng là bê tông M300 đá 1× 2 với các đặc trưng cơ học:
Modul đàn hồi E
b
=290000 KG/cm
2
.
Cường độ chòu nén tính toán R
n
= 130 KG/cm
2
.
Cường độ chòu kéo tính toán R
k
= 10KG/cm
2
.
b. Dầm khung.
Bê tông sử dụng là bê tông M300 đá 1×2 với các đặc trưng cơ học:
Modul đàn hồi E
b
=290000 KG/cm
2
.
Cường độ chòu nén tính toán R

n
=130 KG/cm
2
.
Cường độ chòu kéo tính toán R
k
= 10KG/cm
2
.
1.1.2Cốt thép.
Cốt thép sử dụng là cốt thép gờ AIIl có các đặc trưng cơ học như sau:
Modul đàn hồi E
a
= 2100000 KG/cm
2
.
Cường độ chòu kéo tính toán R
a
= 3400 KG/cm
2
.
Cường độ chòu nén tính toán R
a
' = 3400 KG/cm
2
.
1.2 Tính cốt thép theo trạng thái giới hạn I (độ bền).
1.2.1Tính cốt dọc theo tiết diện chữ nhật.
Đối với phần tử dầm chòu uốn mà cánh của dầm nằm trong vùng chòu kéo thì nó
sẽ làm việc như tiết diện chữ nhật nhỏ (b×h). Ta áp dụmg các công thức tính toán

cốt thép:
2A-1-1
==
α
2
0
.. hbR
M
A
n
♦ Nếu α < α
0
tiết diện đã chọn là hợp lý cấu kiện không bò phá hoại dòn.
0
0
.hb
F
R
bhR
F
att
a
n
att
==
µ
α

130
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn

♦ Nếu µ ≥ µ
min
= 0.05% lấy Fa = F
att
.
♦ Nếu µ < µ
min
= 0.05% lấy Fa =µ
min
.b.h
0
.
1.2.2Tính cốt dọc theo tiết diện chữ T.
Đối với phần tử dầm chòu uốn mà cánh nằm trong vùng nén nó sẽ làm việc theo
tiết diện chữ T. Xét moment M
c
là moment khi trục trung hòa qua mép dưới của
cánh. Nếu moment tính toán M > M
c
thì tiết diện làm việc của dầm là tiết diện chữ
T ngược lại dầm làm việc theo tiết diện chữ nhật lớn (b'
c
×h). Các công thức tính
cốt thép:
M
c
= R
n
.b'
c

.h'
c
(h
0
- h'
c
/2)
♦ Nếu M  M
c
: Trục trung hòa qua cánh, tiết diện hình chữ nhật lớn b'
c
×h.
♦ Nếu M > M
c
: Trục trung hòa qua sườn, tiết diện là chữ T.
♦ Ứng với trường hợp tiết diện chữ T ta có các công thức tính toán cốt thép:
A
hbR
h
hhbbRM
A
n
c
ccn
211
..
)
2
'
.(').'.(

0
0
−−=;
−−−
=
α
♦ Nếu α < α
0
tiết diện đã chọn là hợp lý cấu kiện không bò phá hoại dòn.
0
0
.
)'('.
hb
F
R
bbhRbhR
F
att
a
ccnn
att
=;
−+
=
µ
α
♦ Nếu µ ≥ µ
min
= 0.05% lấy Fa = F

att
.
♦ Nếu µ < µ
min
= 0.05% lấy Fa =µ
min
.b.h
0
.
1.2.3Tính cốt ngang.
♦ Chọn đai 4 nhánh (n = 4).
Q
.b.h1.5.R
u
Q
.n.f.R.b.h8.R
u
2
0k
max
2
đad
2
0k
tt
=
=
u
ct
= min (h/3, 300) nếu h  450mm

u
ct
= min (h/2, 150) nếu h  300mm
♦ Khoảng cách các đai u lấy bằng:
u = min(u
tt
, u
max
, u
ct
)
1.3 Tính cốt thép theo trạng thái giới hạn II (biến dạng).
Bề rộng khe nứt an(mm) tính toán theo công thức sau:
131
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
d
E
cka
a
a
n
).1004(7....
µ
σ
η
−=
Hệ số xét loại cấu kiện k = 1 nếu là cấu kiện chòu uốn và nén lệch tâm;
đối với cấu kiện chòu kéo k = 1.2
Hệ số xét tính chất tác dụng của tải trọng c = 1 đối với tải trọng tác dụng
ngắn hạn, c = 1.3 nếu là tác dụng dài hạn.

Hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép η:
Đối với thanh thép có gơ øη= 1
Đối với thép sợi có gờ hoặc dây bện η = 1.2
Đối với thép thanh tròn trơn η = 1.3
Đối với sợi thép trơn η = 1.4
Hàm lượng cốt thép p(%) tính theo công thức:
%2%100
.
%100
0
≤==
hb
F
F
F
p
a
b
a
Đường kính cốt thép trung bình d(mm):
∑
∑
=
nd
nd
d
i
i
.
.

2
Modul đàn hồi của cốt thép E
a
= 2100000 KG/cm
2
.
Ứng suất trong cốt thép σ
a
tính theo công thức:
1
.ZF
M
a
a
=
σ
Z
1
: Khoảng cách từ tâm cốt thép kéo đến điểm đặt hợp lực của vùng nén:
z = h
o
– 0.5x
x =
bRm
FRm
nb
aaa
..
..
(cm)

1.4 Kết quả tính toán.
Diện tích cốt thép Fa được chọn phải bảo đảm:
♦ F
a
> F
att
: Để đảm bảo điều kiện bền của cấu kiện.
♦ F
a
đảm bảo cho bề rộng khe nứt a
n
 [a
n
]
[a
n
]=k.a (mm)
k=1.6: hệ số phụ thuộc cấp công trình (cấp 3)
a =0.05mm,tra bảng 20 (Bê tông thủy công)
[a
n
]= 1.6x0.05 =0.08 mm
132
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
2 Tính cốt thép bản sàn.
2.1 Số liệu tính toán.
Từ kết quả giải bằng phần mềm Sap 2000 cho nội lực bản sàn như sau:
M
11max
= 4.56Tm

M
11min
= -5.44Tm
M
22max
= 3.57Tm
M
22min
=- 6.62Tm
2.2 Kết quả tính BTCT bản.
2.2.1Theo phương cạnh ngắn L
a
.
Chọn a
bv
= 5cm => h
0
= h – a
bv
= 35 – 5 = 30 cm
Với: h là chiều dày bản BTCT.
♦ Tại gối :
A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2

30.100.130
544000
= 0.046
α = 1-
A21
−
= 1-
046.021 x
−
= 0.047
Fa =
Ra
hbR
n 0
...
α
=
3400
30100130047.0 xxx
= 5.39 cm
2
.
µ =
0
.hb
Fa
x100=
30100
39.5
x

x100 = 0.149%
Chọn thép: φ12a200 thép AlII; Fa = 5.655cm
2
♦ Tại nhòp :
A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2
30.100.130
456000
= 0.038
α = 1-
A21
−
= 1-
038.021 x
−
= 0.039
Fa =
Ra
hbR
n 0
...
α
=
3400

30100130039.0 xxx
= 4.47 cm
2
.
µ =
0
.hb
Fa
x100=
30100
47.4
x
x100 = 0.149%
Chọn thép:4φ12,Fa=4.52cm
2
,theo cấu tạo chọn φ12a200 thép AIIl,Fa=5.655 cm
2
.
2.2.2Theo phương cạnh dài L
b
.
♦ Tại gối :
A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2

30.100.130
662000
= 0.06
133
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
α = 1-
A21
−
= 1-
06.021 x
−
= 0.061
Fa =
Ra
hbR
n 0
...
α
=
3400
30100130061.0 xxx
= 6.99 cm
2
.
µ =
0
.hb
Fa
x100=
30100

99.6
x
x100 = 0.233%
Chọn thép: 7φ12 thép AIlI; Fa = 7.91 cm
2
♦ Tại nhòp :
A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2
30.100.130
357000
= 0.03
α = 1-
A21
−
= 1-
03.021 x
−
= 0.031
Fa =
Ra
hbR
n 0
...
α

=
3400
30100130031.0 xxx
= 3.55 cm
2
.
µ =
0
.hb
Fa
x100 =
30100
55.3
x
x100 = 0.12%
Chọn thép:4φ12,Fa=4.52cm
2
,theo cấu tạo chọn φ12a200 thép AIIl,Fa=5.655 cm
2
.
2.2.3Tính toán bản BTCT theo trạng thái giới hạn II (theo điều kiện sự hình thành
và mở rộng vết nứt).
Tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt cần đảm bảo bề rộng vết nứt:
a
t
< [a
t
] = 0.08mm
Tính toán bề rộng vết nứt theo công thức sau:
d

E
cka
a
a
n
).1004(7....
µ
σ
η
−=
Trong đó :
k = 1: cấu kiện chòu uốn nén lệch tâm
C
d
: Hệ số phụ thuộc tải trọng tác động, với tải tác động dài hạn
C
d
= 1.3
η = 1: Thép có gờ.
d : Đường kính cốt thép.
p = 100µ = 100Fa/b.h
0
σ
a
: ng suất trong kết cấu chòu kéo:
1
.ZF
M
a
a

=
σ
134
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
z
1
= h
o
– 0.5x , x =
bRm
FRm
nb
aaa
..
..
(cm)
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỐT THÉP BẢN
M
(Tm)
Số
lượng
Φ
mm
Fa
cm
2
a
bv
cm
h

0
cm
x
cm
z
1
cm
σ
kg/cm
2
a
n
mm
M
M
11
+
4.56 5 12 5.65 5 30 1.47 29.26 2758 0.157
M
M
11
-
5.44 5 12 5.65 5 30 1.47 29.26 3290 0.188
M
M
22
+
3.57 5 12 5.65 5 30 1.47 29.26 2159 0.123
M
M

22
-
6.62 7 12 7.91 5 30 2.06 28.96 2889 0.162
M
11

: momen theo phương cạnh ngắn.
M
22

: momen theo phương cạnh dài.
Tiết diện không đảm bảo an toàn vết nứt, ta chọn lại.
M
(Tm)
Số
lượng
Φ
mm
Fa
cm
2
a
bv
cm
h
0
cm
x
cm
z

1
cm
σ
kg/cm
2
a
n
mm
M
M
11
+
4.56 10 12 11.3 5 30 2.95 28.5 1414 0.077
M
M
11
-
5.44 10 16 20.09 5 30 5.25 27.37 989.2 0.057
M
M
22
+
3.57 10 12 11.3 5 30 2.95 28.52 1107 0.06
M
M
22
-
6.62 10 16 20.09 5 30 5.25 27.37 1203.8 0.069
 Vậy tiết diện đảm bảo an toàn vết nứt.
3 Tính toán cốt thép cho dầm ngang.

Từ kết quả giải khung ngang cầu chính bằng phần mềm Sap 2000 cho nội lực như
sau:
135
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
M
max
= 51.32Tm
M
min
= -98.41Tm
Q
min
= -43.38T
3.1 Tính toán cốt thép .
3.1.1 Cốt thép chòu moment âm (ở gối),tính theo tiết diện chữ nhật nhỏ: (b×h)
M = 98.41Tm = 9841000 Kgcm
Chọn a
bv
= 5cm => h
o
= 110 – 10 = 100cm
A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2
10090130

9841000
xx
= 0.084
2xA-1-1
=
α
= 0.089
2
0
61.30
3400
10090130089.0
cm
R
bhR
F
a
n
att
=
×××
==
α
µ
=
0
.
100
hb
Fa

= 0.34% >
µ
min
= 0.05%
Chọn 8φ25, Fa = 39.25 cm
2
, bố trí 2 lớp
3.1.2Cốt thép chòu moment dương (ở nhòp).
M = 51.32m = 5132000 kgcm
a
bv
= 5cm => h
o
= 110 – 10 = 100cm
♦ Tính theo tiết diện chữ T:
Chiều rộng cánh tính toán được lấy như sau :
b
c
= b + 2.C
1
Trong đó:
C
1
là độ vươn sãi của cánh được lấy trò số bé nhất trong ba trò số sau:
 Một nữa khoảng cách hai mép trong của dầm:0.5×430 = 215cm
 Một phần sáu nhòp tính toán của dầm : 1/6x(450) = 75 cm
 Chín lần chiều cao bản cánh: 9×35 = 315cm
Vậy chọn C
1
= 75cm

=> b
c
= b + 2.C
1
= 90 + 2×75 = 240 cm
M
c
= R
n
.b
c
’
.h
’
c
(h
o
– h
’
c
/2) = 130×240×35(100– 35/2) = 955.5 Tm
M
c
> M
max
Vậy trục trung hoà qua cánh,để an toàn ta tính với tiết diện chữ nhật nhỏ:b× h
0
A =
2
0

.. hbR
M
cn
=
2
10090130
5132000
xx
= 0.043
136
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
2A-1-1
=
α
= 0.046
2
0
85.15
3400
10090130046.0
cm
R
hbR
F
a
cn
att
=
×××
==

α
µ
=
0
.
100
hb
Fa
= 0.176% >
µ
min
= 0.05%
Chọn 6φ20 , Fa = 18.84cm
2
, bố trí 2 lớp
3.1.3Kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt.
♦ Tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt cần đảm bảo bề rộng vết nứt:
a
n
< [a
n
] = 0.08mm
♦ Tính toán bề rộng vết nứt theo công thức sau:
d
E
cka
a
a
n
).1004(7....

µ
σ
η
−=
Trong đó :
k = 1: cấu kiện chòu uốn nén lệch tâm
C
d
: Hệ số phụ thuộc tải trọng tác động, với tải tác động dài hạn
C
d
=1.3
η = 1: Thép có gờ.
d : Đường kính cốt thép.
p = 100µ = 100Fa/bh
o
σ
a
: ng suất trong kết cấu chòu kéo:
1
.ZF
M
a
a
=
σ
z = h
o
– 0.5x,với x =
bRm

FRm
nb
aaa
..
..
(cm)
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN II
137
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
M
(Tm)
n
Φ
mm
Fa
cm
2
a
bv
cm
h
0
cm
x
cm
z
1
cm
σ
kg/cm

2
a
n
mm
M
Mmin
98.41 8 25 39.25 10 100 11.4 94.29 2658.9 0.205
M
Mmax
51.32 6 20 18.84 10 100 5.47 97.2 2800.6 0.243
Dầm ngang chưa bảo đảm điều kiện mở rộng khe nứt,ta tính lại.
M
(Tm)
n
Φ
mm
Fa
cm
2
a
bv
cm
h
0
cm
x
cm
z
1
cm

σ
kg/cm
2
a
n
mm
M
Mmin
98.41 16 28 98.47 10 100 28.61 85.69 1166.2 0.077
M
Mmax
51.32 10 28 61.58 10 100 17.89 91.05 915.2 0.069
Vậy dầm ngang bảo đảm điều kiện mở rộng khe nứt.
3.2 Kiểm tra kích thước tiết diện.
Tiết diện đủ kích thước khi:
K
n
.n
c
.n.Q
tc
max
< 0.25.m
b
.R
n
.b.h
o
Trong đó:
Q

tc
max
= 43.38T
K
n
: hệ số tin cậy của công trình
n
c
: Hệ số tổ hợp tải trọng với tổ hợp cơ bản n
c
= 1.
m
b
: Hệ số điều kiện làm việc của bêtông m
b
= 1.15
n : Hệ số vượt tải: n = 1.2.
0.25.m
b
.R
n
.b.h
o
= 0.25×1.15×130×90×100 = 336.3 T
K
n
.n
c
.n.Q
tc

max
= 1.15×1×1.2×43.38 = 59.86 T
Vậy kích thước dầm đã chọn là hợp lý, đủ khả năng chòu lực cắt.
3.3 Kiểm tra khả năng chòu lực của tiết diện nghiêng.
♦ Kiểm tra các điều kiện hạn chế:
Ta có :
Q
max
= 43.38T
138
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
Q
max
< K
1
.R
k
.b.h
o
= 0.6×10×90×100 = 54T
Q
max
< K
0
.R
n
.b.h
o
= 0.35×130×90×100 = 409.5T
Vậy bêtông không bò phá hoại theo tiết diện nghiêng, nhưng phải đặt cốt đai

cho dầm theo cấu tạo để giữa ổn đònh khung thép chòu lực.
♦ Tính toán cốt đai không đặt cốt xiên :
Cốt đai đặt trong dầm xác đòmh bởi ba đại lượng, đường kính, số nhánh n,
khoảng cách U. Chọn đai 4 nhánh φ12, fa = 1.13cm2, loại thép AIll
=> R

= 0.8×3400 = 2720KG/cm
2
♦ Khoảng cách U được lấy giá trò bé hơn 3 giá trò sau:
U
tt
=
2
2
0
...8
...
Q
hbR
fnR
k
aad
= 2720×4×1.13×
2
2
43380
10090108 xxx
= 468cm
U < u
max

=
43380
10090105.1...5.1
22
0
×××
=
Q
hbR
k
= 311cm
U
ct
< [1/3h và 300mm] = 300mm
Chọn U = 200mm ( theo cấu tạo)
♦ Tính toán cốt xiên :
Q
đb
= 2.8×h
o
×
bqR
dk
..
= 2.8×100×
9061310 xx
= 208055KG
Với q
d
=

20
13.142720
..
××
=
U
fnR
dad

= 613KG/cm
2
Q
max
= 43.38T < Q
db
= 208.05T
Vậy dầm đảm bảo khả năng chòu lực cắt không cần bố trí cốt xiên tại gối. Dầm
có chiều cao110 cm nên cần bố trí cốt giá gồm 2φ20 bố trí một lớp.
4 Tính toán cốt thép cho dầm cần trục.
Ta sử dụng chương trình Sap 2000 để giải ra nội lực.
Dựa vào kết quả tổ hợp nội lực ta được :
Môment dương lớn nhất :
M
max
= 68.96Tm
Môment âm lớn nhất :
M
min
= -94.74 Tm
Lực cắt lớn nhất :

Q
min
= -88.33T
4.1 Tính toán cốt thép dầm cần trục .
Các thông số tính toán :
139
Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
Tiết diện dầm: b = 90cm, h = 110cm
Bêtông Mac 300 có : R
n
= 130KG/cm
2
R
k
= 10KG/cm
2
Thép AIlI có : R
a
= 3400KG/cm
2
E
a
= 2.1×10
6
KG/cm
2
.
4.1.1 Cốt thép chòu moment âm ở gối tính theo tiết diện chữ nhật nhỏ:(b×h)
M = 94.74Tm = 9474000 Kgcm
Chọn a

bv
= 5cm => h
o
= 110 – 10 = 100 cm
A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2
10090130
9474000
xx
= 0.08
2A-1-1
=
α
= 0.084
29.1
3400
100901300.084

0
=
×××
==
a
n

att
R
bhR
F
α
cm
2
µ
=
0
.
100
hb
Fa
= 0.32% >
µ
min
= 0.05%
Chọn 8φ25 Fa = 39.25 cm
2
, bố trí 2 lớp
4.1.2Cốt thép chòu moment dương (ở nhòp).
M = 68.96 Tm = 6896000 kgcm
a = 5cm => h
o
= 110 – 10 = 100 cm
Tính theo tiết diện chữ T:
Chiều rộng cánh tính toán được lấy như sau :
b
c

= b + 2.C
1
Trong đó: C
1
là độ vươn sãi của cánh được lấy trò số bé hơn trong ba trò số sau:
 Một nữa khoảng cách hai mép trong của dầm: 0.5×360 = 225cm
 Một phần sáu nhòp tính toán của dầm : 1/6(430) = 71.6 cm
 Chín lần chiều cao bản cánh: 9×35 = 315cm
Chọn C
1
= 71.6cm
=> b
c
= b + 2.C
1
= 90 + 2×71.6 = 233cm
M
c
= R
n
.b
c
’
.h
’
c
(h
o
– h
’

c
/2) = 130×233×35(100 – 35/2) = 927.6Tm
M
c
> M
max
Vậy trục trung hoà qua cánh, để an toàn ta tính với tiết diện chữ nhật nhỏ: b× h
0

A =
2
0
.. hbR
M
n
=
2
10090130
6896000
xx
= 0.059
140