Thiết kế khung bê tông cốt thép nhà dân dụng

ĐẦU ĐỂ ĐỔ ÁN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA CÔNG NGHỆ
Thiết
kê khung
bêĐổ
tông
cốt thép nhà dân dụng
THEO DÕI QUẢ
TRÌNH
LÀM
ÁN:
BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỤNG

Lời nói đầu

Số

Thông tin
về án
nhóm
ĐỒ
thiết9: kế khung bê tông cốt thép nhà dân dụng là đồ án két câu thứ hai
(Sau đồ án thiết kê sàn bê tông cốt thép toàn khối) mà sinh viên ngành kỹ sư xây dựng
dân dụng và công nghiệp phải thực hiện. Đó là sự tổng hợp kiến thức áp dụng vào
thực tê của sinh viên sau khi học xong các tất cả các môn cơ sở ngành và chuyên
ngành như: Sức bền vật liệu, Cơ học cết cấu, Kết cấu bê tông cốt thép 1 và đặc biệt là
Kết cấu nhà bê tông cốt thép. Đây là đồ án nhằm kiểm tra kiến thức và khả năng tính
toán của sinh viên, khả năng nấm bắt các nguyên lý cấu tạo các cấu kiện, khấ năng tư
duy và khả nàng thế hiện các bản vẽ bằng Autocad, đó cũng là yêu cầu cấp thiết của
một kỹ sư xây dựng sau khi ra trường. Đồ án được thực hiện theo từng nhóm sinh viên,

mỗi nhóm gồm 4 người. Tất cả các thành viên trong nhóm đều tích cực tham gia công
việc của nhóm và hoàn thành công
việc được
giao
đúng thời hạn và chính xác.
PHẨN
CHẨM
ĐIỂM:
Qua 4 tuần làm việc nhiệt tình dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Thanh
Số
liệu
thiết
Hưng, nhómkế:
chúng em gồm 4 thành viên đã hoàn thành nhiệm vụ được giao.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Công Nghệ
đã hết lòng giúp đỡ chúng em, và đặc biệt chúng em xỉn chân thành cảm ơn thầy giáo
Nguyễn Thanh Hưng đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt đồ án này.

3

Ngày hoàn
ngày 07
tháng
Trongthành:
quá trình
thực
hiện05đồnăm
án 2010
mặc dù đã hết sức cô gắng nhưng không thể

tránh khỏi những thiếu sót, mong thầy cô và các bạn góp ý để chúng em có thế hoàn
thành tốt hơn trong những đồ án sau.
Ngày 06 tháng 04 năm 2010
1) Nguyễn Văn Dũng

34


PHẨN I: TÍNH TOÁN KHUNG

I- MÔ TẢ CÔNG TRÌNH

Công trình mà chúng tôi thiết kế là trường học 5 tầng, được xây dựng tại thủ đô
Hà Nội. Công trình được xây dựng trong thành phố bị che chắn mạnh bởi các tòa
nhà cao tầng. Hệ thống kết cấu của công trình gồm:

1. Hệ thông khung: là hệÔ CỨA
thống
chịu lực chính của công trình, tiếp nhận tất cả
TRÊN TẨNO ÁP MÁI

Hình 1. Mặt cắt A - A
56


o
z
'<
<
H

o
z
/
><;
sa
H
ế

Hình 2. Mặt bằng tầng 1
7


Tính
II- LỤA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CÂU
1. Chọn vật liệu sử dụng:
Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có :

Hì
nh
3.
M
ặt
bằ
ng
tần
g
điể
n
hìn
h

00

Rb = 1 l,5MPa; Rbt = 0,9MPa
Sử dụng thép:
kLng

37 + 8a
, với CL=
a, Với sàn trong phòng:
- Hoạt tải tính toán: ps = pc.n = 200.1,2 = 240 (daN/m2)
Bảng 1 : Cấu tạo và tải trọng các lớp vật liệu sàn:


ng
h

B 3,9

s2

Bảng 2 ĩ Cấu tạo và tải trọng các lớp vật liệu sàn mái:

h,=

= 0,093(m) = 9,3(cm)
37 + 8.0C 37 + 8.0,6

H>Chọn hsl = 10(cm)
Do không có tường xây trực tiếp trên sàn nên tĩnh tải tính toán: g0 = 130daN/m2

-^Tải trọng phân bố tính toán trên sàn mái:

m

d 13

Nếu kể cả trọng lượng bản thân sàn BTCT thì:

q = go + Pn, = 130 + 97,5 = 227,5(daN / m2)
—^ k — 3

— 3

400
Do tải trọng trên mái nhỏ nên chọn chiều dày của ô sàn lớn và ô sàn bé trên mái là:
hs3 = 8(cm)
= -bi = 0,462
Chiều dày sàn hành lang: L„„ = L, = l,8m => a =

1 nx 1 X
Vậy nếu kể cả tải trọng bản thân sàn BTCT và coi như tải trọng mái tôn xà gồ phân
bố đều trên sàn thì:
-»Chọn hs2 = 8(cm)

- Tĩnhxây
tảitrực
tínhtiếp
toántrên
củasàn
ô sàn

Do tường không
nênmái:
tĩnh tải tính toán: g0 = \41,6daN/m2
Nếu kể cả tải trọng bản thân sàn BTCT thì:
-»Tải trọng phân bố trên sàn:

g,„ = go + gm,it„„ + Y„A,.n = 130 + 20.1,05 + 2500.0,08.1,1 = 371(daN/m2)
q0 = g0 + ps = 240 + 147,6 = 387,6 (daN/m2)

10
911


Ta chọn chiều cao dầm hd = 0,3m , bề rộng: bd = 0,22m
b, Kích thước côt:

Diện tích kích thước cột được xác định theo công thức:

A

k.N

A = ——

*Cột trục B:
- Diện truyền tải của côt trục B:

s„ = (— + — B).3,9 = 16,185m2
22

- Lực dọc do lực phân bố đều trên bản sàn:

*Nj = qs.SB = 662,6.16,185 = 10724,18(daN)

12


N4 =qm.SA =468,5.3,51 = 1644,44(daN)

Với nhà 5 tầns có 4 hành lang và 1 sàn mái thì:

N = 2>i -Ni = 4.(2553,88 + 1039) + 1 .(213,12 + 1644,44) = 16229,08(daN)

o
o
<

13



©
___________6500_________________

14


III- sơ Đổ TÍNH TOÁN KHUNG PHANG
1. Sơ đồ hình học

Hình 6. Sơ đồ hình học khung trục 3
2. Sơ đồ kết cấu
Mô hình hóa kết cấu khung thành các thanh đứng (cột), và các thanh ngang

15


-

Xác định nhịp tính toán dầm BC:

,T

t t h. h.

_,,

0,35

0,35

-

lRr — L7 H-----1-------—- - -— — 6,5 4- 0,11 + 0,11---------------— 6,37m

222222

(Với trục cột là trục cột tầng 3, 4 và tầng 5)

-

Xác định nhịp tính toán của dầm AB: (h. = 0,35m )
D-22X50

D-22X30

16


IVĐỊNH
VỊ bảng 3
Tĩnh
tảiXÁC
trên các
tầngTẢI
2, 3,TRỌNG
4, 5 đượcĐƠN
tính trong
1.
Tĩnh
tải
đơn
vị
___________________Bảng 3. Tính tĩnh tải tầng 2, 3, 4, 5
-

Tĩnh tải sàn phòng học: gs = 422,6 (daN/m2)

-

Tĩnh tải sàn hành lang: gh| = 367,6 (daN/m2)

-

Tĩnh tải sàn mái: gm = 371 (daN/m2) (phần sênô có gsn = gm = 371 (daN/m2))
363.0

-

Tường xây 220: gt2 = 514 (daN/m2)

-

Tường xây 110: gt2 = 296 (daN/m2)

Hình 8. So đồ phân tĩnh tải sàn tầng 2, 3, 4, 5

17



11

L

2. Tĩnh tải tầng mái Bảng 4. Tính tĩnh tải tầng mái
t2

L

Để tính toán tải trọng tĩnh tải phân bố đều trên mái, trước hết ta phải xác định
kích thước của tường thu hồi xây trên mái

= 1,01 (m)

6,5 + 0,22

Tĩnh tải tầng mái được tính trong bảng 4

19
18


VI- XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG
1. Trường hợp hoạt tải 1

1
1964.0
GBm (daN)
Ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung (biểu diễn theo cách 2)
GAm

Cách 2

p,1 (daN/m)

, ,

u r r

Hình 11. Sơ đồ phân hoạt tải 1 - Tầng 2792,8
hoặc 4
HOẠT TẢI 1 - TẦNG 3, 5
Bảng 5. Tính hoạt tải tầng 1 - Tầng 2, 4

Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình thang với
Pc1 = PB1 (daN)
Do tải trong sàn truyền vào

Hình 10. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung

2022
21


P2 (daN/m)
1

2. Trường hợp hoạt tải 2
hoặc

p,mI (daN/m)
Tầng
mái

PcmI = PBmI (daN)
Do tải trong sàn truyền vào:
Hình 15. So đồ phân hoạt tải 2 - Tầng 3, 5
pml

Hình14.
13.SơSơđồđồphân
phânhoạt
hoạttảitải2 1- Tầng
- Tầng2,mái
Hình
4
Bảng 7. Tính hoạt tải 1 - Tầng mái
Bảng 8. Tính hoạt tải 2 - Tầng 2,4
p2n (daN/m)
Sàn

tầng

PAn = PBn (daN)

23
24
25


792,8

p" (daN/m)
Sàn

tầng

PCI = PBT (daN)

Do tải trọng sàn truyền vào

p2mI1 (daN/m)

Tầng
mái
Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình tam giác
PAmI1 = PBmI1 (daN)

pmTI
Bảng 10. Tính hoạt tải 2 - Tầng mái

26


z
VII-

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ

Công trình xây dựng tại Hà Nội, thuộc vùng gió II-B, có áp lực gió đơn vị: W 0 = 95
daN/m2. Công trình được xây dựng trong thành phố bị che chắn mạnh nên có địa
hình dạng C.

Công trình cao dưới 40m nên ta chỉ xét đến tác dụng tĩnh của tải trọng gió. Tải
Hình 17. Sơ đồ hoạt tải 1

Hình 18. So đồ hoạt tải 2

28 27

660,2

365,2

VIII- XÁC ĐỊNH NỘI Lực

281,0.

210,7-

Sử dụng chương trình tính toán kết
cấu Sap 2000 để tính toán nội lực cho
khung với sơ đồ phần tử dầm và cột
© như
Ọ
hình 21
vo
263,2,

197,4

©

ọ

©

vO

241,9.

181,4'

Khi khai báo tải trọng trong chương
trình tính toán kết cấu, với trường hợp tĩnh
© của
tải, phải
kể 19.
đếnSotrọng
Hình
đồ giólượng
trái bản thân
ọ
kết cấu (cột, dầm khung) với hệ số vượt
tải 220,5'
vO
n = 1,1.
©

ọ

165,4-

138,7^y

185,0.

6370

660,2(daN/m)
365,2
Với qd - áp lực gió đẩy tác dụng lên khung
Hình 21.So đồ phần tử dầm,
F R A M E E L E M E N T D A T A
qh - áp lực gió hút tác dụng lên khung (daN/m)
©
©

281,0 »27

210,7-

vo

©

Tải trọng gió trên mái quy về lực tập ọtrung đặt ở đầu cột Sd, Sh với
vo

©
©

vo

Hình 20. Sơ đồ gió phải

©
©

©
vo

263,2

197,4

k =0,79.

241,9181,4

220,5
165,4

Ọ

138,7

6500

/M7P /%m
185,0-^T

29
30


2

3

4
5
8

9

10

11

14
15
16
17
6
12

18

JOI
2

4
8

10

9

11

15
17

6
12

18

JOI
3
5
9
11
8

10

14
16
6
12

18

JOI
6

18

31


F R A M E

S P A N

D I S T R I B U T E D

L O A D S

Load Case HT2

33


2. Sô liệu đầu ra (Output)
Từ số liệu đầu ra của Sap 2000 ta có được các giá trị nội lực của các phần tử.

IX-TỔ HỢP NỘI Lực
Các bảng tổ họp nội lực cho dầm và cột đựơc trình bày như trong bảng 12 và
bảng 13.

34


5

Pmin

Rs4h0 2800.0,859.56

X- TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM
1. Tính toán cốt thép dọc cho các dầm:
Sử dụng bê tông cấp độ bền B20, có:

Rb = 11,5 Mpa; Rbt = 0,90 Mpa
Sử dụng thép dọc nhóm AII có:

Rs = Rsc = 280 Mpa tra bảng ta có:

= 0,623; aR = 0,429

a.„ =

M

191,63

a.
- Có am < aR = 0,429

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
LI =---------= ——— = 1,1 J vo > u, .

• Tính cốt thép cho nhịp BC (mômen dương)

Giả thiết: a = 4(cm) —> h0 = 60 - 4 = 56(cm)
+ 1/6 nhip cấu kiện: —— = l,06(m)
35

M

"’761°4 =0,0118

Có am R =
Rh0,429
.b'|.h;,(h0 -=-) = 115.234.10.(56- —) = 137241 OO(daN.cm)
f =

1 + A/1 — 2.Ơ.
a.„ =

= 1372,4 l(kN.m)

115.22,4.56:
1 +Jl-2.am
• Tính cốt thép cho nhịp AB, mômen dương M= 19,36 (kN.m):

M_

99,76.104

6,4
Tính
theoAs
tiết
diện

có cánh
vùngAB,
chịu
nén:tử D2 (b X h = 22x30)
, T cho
b. Tính
toán
cốtchữ
thép
dầmnằm
tầngtrong
2, nhịp
phần
b. hn 22x56
-

Gối B: MB =33,73 (kN.m).
ht 8(cm); Sc = 0,31 => b;. = b + 2.SC = 0,22 + 2.0,31 = 0,84(m) = 84(cm)

-

Gối
A: M115.84.26
A = 23,00: (kN.m).
Rb.b;..hJ
.a.

ot.„ =

-

=
0,985
Rb.b.h2 115.22.26
1+
19,36.10'
= 2,70 (cm2)
Rs4h0 2800.0,985.26

Rs4h0 2800.0,889.26
Diện
tích
quá
bé
nên
bố
trí thép theo yêu cầu cấu tạo
• Tính cốt thép cho gối A (mômen âm):

37
36


v

c q' _

162,4

2. Tính toán và bô trí cốt đai cho các dầm:

a, Tính toán cốt đai cho dầm DI (tầng 2, nhịp BC), có b X h = 22 X 60 cm
+ Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra lực cắt nguy hiểm nhất cho dầm Q max =152,98
KN

+ Bê tông cấp độ bền B20 có:

Rb = 11,5 Mpa =115 daN/cm2

Rbt = 0,9 Mpa = 9 daN/cm2
Eb = 2,7.104 Mpa
Do chưa có bố trí cốt đai nên giả thiết ịotAi = 1

. b . h0 = 0,3. 115. 22. 56 = 42504 (daN) > Q = 15294 (daN) nên dầm
đủ khả năng chịu ứng suất nén chính.

bl

:

3 M, 3= 1241856

WÌM9=

4^

C -c-Q

Q -() ^ L - q c
qSw =

cf

183,9 (cm)
1241856
-36,19.162,4
2 M15294b _ 2.1241856
=ì62A
162.4

38


2

K 2h0

max

Ổ
Q, •

6652,8

__

na

sw =
) nên lấy giá tri qsw = 59,4 (daN/cm) để tính toán cốt

Rsw.n.asw =

^

1750.2,0,283
= 16,68(cm)
59,4

S(t
h

Vậy khoảng cách thiết kế của các cốt đai
Dầm có: h = 60 cm > 45 cm -> s.,= ( — ;50 cm)

s = min(Stt, Sct, smax) = 16,68 cm
Chọn s = 15 cm
Sct = min ( — ;50 cm) = 20 cm

Bố trí 06 al50 cho dầm

Q < 0,3(fr(ưl.(f>brRb.b.h0
b.s
Dầm bố trí 06 a200 có:
_

2.0,283
2215 0.00172

2,1,10

= 1 - /?.Rb = 1 -0,015. 11,50 = 0,885
Ta thấy:

~ 2,7.10

. Cũỵ = 1,067. 0,885 = 0,944 * I

= 1 +5.7,78.0,00172= 1,067 < 1,3

39

15294