Thiết kế khung ngang trục 3 của một trường học

ĐỒ ÁN:

Thiết kế khung ngang trục 3 của một trường học

1


Mục lục
I. Lựa chọn giải pháp kết cấu....................................................................................1
1. Lựa chọn vật liệu sử dụng.................................................................................4
2.Lựa chọn giải pháp kết cấu cho sàn....................................................................5
3. Chọn kích thước chiều dày sàn..........................................................................5
4.Lựa chọn kết cấu mái.........................................................................................8
5.Lựa chọn kích thước tiết diện các bộ phận.........................................................8
a.Dầm BC( dầm trong phòng)...........................................................................8
b.Dầm AB( dầm ngoài hành lang).....................................................................8
c.Dầm dọc nhà...................................................................................................8
d.Cột trục B.......................................................................................................9
e. Cột trục C. ...................................................................................................9
f. Cột trục A.

................................................................................................9

6. Mặt bằng bố trí kế cấu theo hình ....................................................................11
II. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG............................................................11
1.

Sơ đồ hình học............................................................................................11

2.

Sơ đồ kết cấu...............................................................................................11
a.Nhịp tính toán của dầm.................................................................................11
b.Chiều cao của cột..........................................................................................12

III. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ...................................................................13
1.

Tĩnh tãi đơn vị.............................................................................................13
2


2.

Hoạt tải đơn vị.............................................................................................14

3.

Hệ số quy đổi tải trọng................................................................................14
a.Với ô sàn lớn kích thước 7x4,1(m)...............................................................14
b.Với ô sàn hành lang kích thước 2,4x4,1 (m)................................................14

IV. XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG.......................................15
1. Tĩnh tải tầng 2,3,4............................................................................................15
2. Tĩnh tải tầng mái:.............................................................................................18
1. Trường hợp hoạt tải 1......................................................................................23
2.Trường hợp hoạt tải 2.......................................................................................28
VI. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ.........................................................................34
VII. XÁC ĐỊNH NÔI LỰC.....................................................................................38
VIII. TỔ HỢP NỘI LỰC.........................................................................................39
IX. TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM.......................................................................49

1.

Tính toán cốt thép dọc cho các dầm............................................................49
a.Tính toán cốt thép dọc cho dầm tầng 2, nhịp BC, phần tử 4(bxh= 22x65). .50
b.Tính toán cốt thép dọc cho dầm tầng 2, nhịp AB, phần tử 5 (bxh=22x35).. 51
c.Tính toán cốt thép dọc cho các phần tử 10, 15, 20.......................................53
d.Tính toán một cách tương tự cho các phần tử dầm khác theo bảng.............53
e.Chọn cốt thép dọc cho dầm..........................................................................53

2.

Tính toán và bố trí cốt thép đai cho các dầm..............................................55
a.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 4( tầng 2, nhịp BC): bxh=22X65..........55
b.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 9, 14, 19 : bxh=22x60 cm.....................58
3


c.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 5( tầng 2, nhịp AB): bxh=22x35...........58
d.Tính toán cốt đai cho phần tử dầm 10,15,20: bxh= 22x35cm......................59
e.Bố trí thép đai cho dầm.................................................................................59
X.TÍNH TOÁN CỐT THÉP CỘT...........................................................................60
1.Vật liệu sử dụng................................................................................................60
2.tính toán cốt thép cho phần tử cột 2:b x h=22x50............................................60
a. Số liệu tính toán...........................................................................................60
b.Tính cốt thép đối xứng cho cặp 1................................................................61
c.Tính cốt thép đối xứng cho cặp 2.................................................................62
d.Tính cốt thép đối xứng cho cặp 3.................................................................62
3.Tính toán cốt thép cho phần tử cột 3:b x h=22x22...........................................63
b. Tính cốt thép đối xứng cho cặp 1................................................................64
c. tính cốt thép đối xứng cho cặp 2 và 3, ta có kết quả tính thép cho:.............66

4. Tính cốt thép cho phần tử cột 12: bxh=22x40 cm...........................................66
a. số liệu tính toán............................................................................................66
b. Tính cốt thép đối xứng cho cặp 1...............................................................67
c. Tính cốt thép đối xứng cho cặp 2...............................................................68
d. Tính cốt thép đối xứng cho cặp 3...............................................................68
5. tính cốt thép đai cho cột...................................................................................69
6. tính toán cấu tạo nút góc trên cùng..................................................................69

4


NỘI DUNG: thiết kế khung ngang trục 3 của một trường học :
SỐ LIỆU THIẾT KẾ
Số tầng L1 (m) L2 (m)
4
2,4
7

B (m)
4,1

Ht (m)
3,7

Pc (daN/m2)
200

Địa điểm xây dựng
TP. Hồ Chí Minh

I. Lựa chọn giải pháp kết cấu.
1. Lựa chọn vật liệu sử dụng.
Bêtông






Dùng bê tông có cấp độ bền B15.
Khối lượng riêng: γbt= 2500(daN/m3).
Cường độ chịu nén tính toán của bê tông: Rb = 8,5(MPa).
Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông: Rbt = 0,75(MPa).
Mô dun đàn hồi E= 23x103 (MPa).

Cốtthép
 Thép AI: Ø<12(mm).
 Cường độ chịu kéo, chịu nén tính toán của cốt thép :
Rs=Rsc=225(MPa).
 Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang : Rsw= 175 (MPa).
 Môdun đàn hồi : E=21x104(MPa).
 Thép AII : Ø≥12(mm).
 Cường độ chịu kéo, chịu nén tính toán của cốt thép :
Rs=Rsc=280(MPa).
 Cường độ chịu cắt khi tính toán cốt ngang : Rsw= 225 (MPa).
 Môdun đàn hồi : E=21x104(MPa).
2.Lựa chọn giải pháp kết cấu cho sàn.
Chọn giải pháp sàn sườn toàn khối, không bố trí dầm phụ, chỉ có các dầm qua cột.
3. Chọn kích thước chiều dày sàn.
Ta chọn chiều dày sàn theo công thức của tác giả Lê Bá Huế.

5


hs 

kLngan
37  8

với  

Lngan
Ldai

.

 Với sàn trong phòng.
- Hoạt tải tính toán:
-Tĩnh tãi tính toán( chưa kể trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép).
Tiêu

Các lớp vật liệu
Gạch ceramic dày 8mm,

n

Tính toán

16

1,1

17,6

60

1,3

70

40

1,3

52

chuẩn
daN/m3

0.008x2000= 16 daN/m2
Vữa lát dày 30mm,  o =2000 daN/m3
0.03x2000= 60 daN/m2
Vữa trát dày 20mm,  o =2000 daN/m3
0.02x2000=40 daN/m2

Cộng:

147,6

Do không có tường xây trực tiếp trên sàn nên tĩnh tải tính toán:

Vì vậy tải trọng phân bố tính toán trên sàn:
)
Ta có qo< 400(daN/m2)-> k=1
Ô sàn trong phòng có:
+Ldài = L2 = 7000m
+Lngắn = B =4,1m
6


Chiều sày sàn trong phòng:
hs1 

kLngan
37  8



� chọn hs1=10

Vậy nếu kể cả tải trọng bản thân sàn BTCT thì:
+Tĩnh tải tính toán của ô sàn trong phòng:
g s  g o   bt hs1.n =147,6+2500

+Tổng tải trọng phân bố tính toán trên sàn trong phòng:
qs  ps  g s =240 + 422,6= 622,6 (daN/

 Với sàn hành lang:
- Hoạt tải tính toán:
phl  p c .n =300

- Tĩnh tải tính toán( chưa tính trọng lượng của bản sàn BTCT).
go= 147,6 (daN/
Vì vậy tải trọng phân bố tính toán trên sàn:
qohl  g o  phl =147,6+360= 507,6 (daN/

Ô sàn hành lang có:
7


+Ldài = B =4,1
+Lngắn = L1 = 2,4

Chiều dày sàn hành lang:

� chọn hs2=8(cm)

Vậy nếu kể cả tải trọng bản thân sàn BTCT thì:
+Tĩnh tải tính toán của ô sàn hành lang:
g hl  g o   bt .hs 2 .n 

147,6+2500.0,08.1,1=367,6(daN/m

2

)

+Tổng tải trọng phân bố tính toán trên sàn hành lang:
qhl  p tt  g hl  360+367,6=727,6(daN/m2)

 Với sàn mái.

-Hoạt tải tính toán:
pm  p c .n  75

97,5(daN/m2)

- Tĩnh tải tính toán( chưa kể trọng lượng của bản sàn BTCT).
Các lớp vật liệu
Vữa lót dày 30mm,  o = 2000 daN/m3

Tiêu chuẩn
60

n
1,3

Tính toán
78

0.03x2000= 60 daN/m2
Vữa trát dày 20mm,  o =2000 daN/m3

40

1,3

52

0.02x2000= 40 daN/m2
Cộng:
Do không có tường xây trực tiếp trên sàn nên tĩnh tải tính toán:

g0=130(daN/m2)
Vì vậy tải trọng phân bố tính toán trên sàn:
8

130


q  g o  pm  130+97,5= 227,5 (daN/m2)

Do tải trọng trên mái nhỏ nên ta chọn chiều dày ô sàn lớn và chiều dày ô sàn bé
trên mái hs3 =8 (cm)
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:
- Tĩnh tải tính toán của ô sàn mái:
(da
N/m2)
- Tổng tải trọng phân bố trên sàn mái:
qm  pm  g m  97,5+383= 480,5(daN/m2)

4.Lựa chọn kết cấu mái.
Kết cấu mái dùng hệ mái tôn gác lên xà gồ, xà gồ gác lên tường thu hồi.
5.Lựa chọn kích thước tiết diện các bộ phận.
 Kích thước tiết diện dầm
a.Dầm BC( dầm trong phòng).
Nhịp dầm L= L2=7 m

Chọn chiều cao dầm: hd =0,65m, bề rộng dầm bd=0,22m
Với dầm trên mái, do tải trọng nhỏ nên ta chọn chiều cao nhỏ hơn: hdm=0,5m
b.Dầm AB( dầm ngoài hành lang).
Nhịp dầm L=L1=2,4

Ta chọn chiều cao dầm: hd= 0,35 m, bề rộng dầm bd = 0,22

9


c.Dầm dọc nhà.
Nhịp dầm L=B=4,1
d.Cột trục B.
-Diện truyền tải của cột trục B.

S B= (

-Lực dọc do tải phân bố đều trên bản sàn.
N1= qsSB= 662,6. 19,27=12768,3 (daN)
-Lực dọc do tải trọng tường ngăn dày 220mm.
N2= gt.lt.ht= 514. (
( ở đây lấy sơ bộ chiều cao tường bằng chiều cao tầng nhà ht=H)
-Lực dọc do tường thu hồi.
N3= gt.lt.ht= 296. (

). 0,8=1112,96 (daN)

-Lực dọc do tải phân bố đều trên bản sàn mái.
N4=qm.SB= 480,5. 19,27= 9259,235 (daN)
-Với nhà bốn tầng có 3 sàn học va 1 sàn mái.
N  �ni N i  3.(12768,3 +

1112,96+ 9259,235)=92038 (daN)

Để kể đến ảnh hưởng của mô men ta chọn k=1.1

A

kN

Rb

=1191 (cm2)

Vậy ta chọn kích thước cột bc x hc= 22x50 cm có A=1100 (cm2)

10


e. Cột trục C.
Cột trục C có diện chịu tải Sc nhỏ hơn diện chịu tải của cột trục B, để thiên về an
toàn và định hình ván khuôn, ta chọn kích thước tiết diện cột trục C(22x 50) bằng
với cột trục B.
f. Cột trục A.
-Diện truyền tải của cột trục A.
SA =
- dọc do tải phân bố đều trên ban sàn hành lang.
N1  qhl .S A  727,6. 4,92=3579,8(

-Lực dọc do tải trọng lan can.
N 2  g t lt hlc  296.4,1.0,9=1092,24(daN)

(Lấy sơ bộ chiều cao lan can bằng 0.9m).
-Lực dọc do tường thu hồi.
N 3  gt lt hlc  296.(

-Lực dọc do tải phân bố đều trên bản sàn mái.
N4=qm.SA= 480,5. 4,92=2364,1(daN)
-Với nhà bốn tầng có ba sàn hành lang và 1 sàn mái.
N= n

3579,8+1092,24

2364,1)=16664,4

-Do lực dọc bé nên khi kể đến ảnh hưởng của moomen ta chọn k=1,3

Diện tích A khá nhỏ nên chọn kích thước cột A
bc x hc=22x 22 cm có A=484 (cm2)> 254,9 (cm2)
11


Càng lên cao lực dọc càng giảm nên ta chọn kích thước tiết diện cột như sau:
+Cột trục B và trục C có kích thước .
- bc x hc=22x50 (cm) cho cột tầng 1 và tầng 2
-bc x hc=22x40 (cm) cho cột tầng 1 và tầng 2
Cột trục A có kích thước bc x hc=22x 22 (cm) từ tầng 1 lên tầng 4

6. Mặt bằng bố trí kế cấu theo hình .
II. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG.
1. Sơ đồ hình học.
2. Sơ đồ kết cấu.
12


a.Nhịp tính toán của dầm.

Nhịp tính toán của dầm lấy bằng khoảng cách giữa các trục cột.
 Xác định nhịp tính toán của dầm BC.
lBC  L2 

t t hc hc
   =7+0,11+0,11-0,2-0,2= 6,82 (m)
2 2 2 2

( ở đây đã lấy trục cột là trục của cột tầng 3 và tầng 4).
 Xác định nhịp tính toán của dầm AB.
t h
l AB  L1   c =2,4 - 0,11+0,2= 2,49 (m)
2 2

(ở đây đã lấy trục cột là trục của cột tầng 3 và tầng 4).
b.Chiều cao của cột.
Chiều cao của cột lấy bằng khoảng cách giữa các trục dầm. do dầm khung thay đổi
tiết diện nên ta sẽ xác định chiều cao của cột theo trục dầm hành lang( dầm có tiết
diện nhỏ hơn)
Xác định chiều cao của cột tầng 1.
Lựa chọn chiều sâu chon móng từ mặt đất tự nhiên( cốt -0.45) trở xuống:
hm= 500 (mm)= 0,5 m
ht1 = 4,4 (m)
(với Z=0.45m là khoảng cách từ cốt �0.00 đến mặt đất tự nhiên).
Xác định chiều cao của cột tầng 2,3,4.
Ht2 = ht3 = ht4 = 3,7 (m)
Ta có sơ đồ kết cấu được thể hiện như hình sau:

13

Hình 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang
III. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐƠN VỊ.
1. Tĩnh tãi đơn vị.
 Tĩnh tải sàn phòng học.
gs = 422,6 (daN/m2)
14


 Tĩnh tải sàn hành lang.
ghl =367,6 (daN/m2)
 Tĩnh tải sàn mái.
g m  383 (daN/m2)

 Tường xây 220.
gt 2 

514 (daN/m2)

 Tường xây 110.
gt1= 296 (daN/m2)
2. Hoạt tải đơn vị.
 Hoạt tải sàn phòng học.
ps = 240(daN/m2)

 Hoạt tải sàn hành lang.
phl  360(daN/m2)

 Hoạt tải sàn mái và sêno.
g m  97,5(daN/m2)

3. Hệ số quy đổi tải trọng.
a.Với ô sàn lớn kích thước 7x4,1(m).
Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình thang. Để quy đổi sang dạng tải
trọng phân bố hình chữ nhật, ta cần xác định hệ số chuyển đổi k.
k  1  2  2   3 với

0,856

15


b.Với ô sàn hành lang kích thước 2,4x4,1 (m).
Tải trọng phân bố tác dụng lên khung có dạng hình tam giác. Để quy đổi sang dạng
tải trọng phân bố hình chữ nhật, ta có hệ số k=
IV. XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG.
+ Tải trọng bản thân của các kết cấu dầm, cột khung sẽ do chương trình tính toán
kết cấu tự tính.
+ Việc tính toán tải trọng vào khung được thể hiện theo 2 cách:
- Cách 1: chưa quy đổi tải trọng
- Cách 2: quy đổi tải trọng thành phân bố đều.
1. Tĩnh tải tầng 2,3,4

16


Hình 2. Sơ đồ phân tĩnh tải sàn tầng 2,3,4
17

TĨNH TẢI PHÂN BỐ - daN/m
TT

Loại tải trọng và cách tính

Kết quả

g1
1.

Do trọng lượng tường xây trên dầm cao:3,7- 0,65= 3,05

1567,7

gt2 = 514x3,05
2.

Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới hình dạng thang với tung độ
lớn nhất:
gth = 422,6x(4,1 - 0,22)=1639,69
Đổi ra phân bố đều với : k = 0,856
1639,69x0,856
Cộng và làm tròn:

1403,6
2971,3

g2
Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình tam giác với tung
độ lớn nhất:

1.

gtg =367,6x(2,4 - 0,22)= 801,3
Đổi ra tải trọng phân bố đều:
801,3 x 0,625

500,8

Cộng và làm tròn:

500,8
TĨNH TẢI TẬP TRUNG – daN

TT
1.

Loại tải trọng và cách tính
GC
Do trọng lượng bản thân dầm dọc :0,22 x 0,35
2500 x 1,1 x 0,22 x 0,35 x 4,1

2.

Kết quả

868,2

Do trọng lượng tường xây trên dầm dọc cao 3,7 - 0,35= 3,35
18

TT

Loại tải trọng và cách tính
(m) với hệ số giảm lỗ cửa 0,7:

Kết quả
4941,9

514 x 3,35 x 4,1 x 0,7
3.

Do trọng lượng sàn truyền vào :

1590,5

422,6 x (4,1-0,22) x (4,1-0,22)/4

7400,6

Cộng và làm tròn:
GB
1.

Giống như mục 1,2,3 ở của GC đã tính ở trên

2.

Do trọng lượng sàn hành lang truyền vào:

7400,6

376,6 x[(4,1- 0,22)+(4,1-2,4)]x(2,4-0,22)/4

1117,9

Cộng và làm tròn:

8518,5
GA

1.

Do trọng lượng bản thân dầm dọc: 0,22 x 0,35
2500 x 1,1 x 0,22 x 0,35 x 4,1

868,2

2.

Do trọng lượng sàn hành lang truyền vào (đã tính ở trên)

1117,9

3.

Do lan can xây tường 110 cao 900 mm truyền vào:
296 x 0,9 x 4,1
Cộng và làm tròn:

1092,24
3078,34

2. Tĩnh tải tầng mái:

19


Hình 3. Sơ đồ phân tĩnh tải sàn tầng mái

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.
Dựa vào mặt cắt kiến trúc , ta có diện tích tường thu hồi xây trên nhịp BC là:
St1= 6,772 (m2)
20


Như vậy nếu coi tải trọng tường phân bố đều trên nhịp BC thì tường có tọa độ cao
trung bình là:
ht1= St1/L2 =

= 0,938(m)

tính toán tương tự cho nhịp AB, trong đoạn này tường có chiều cao trung bình
bằng:
ht2= St2/L1 =
TĨNH TẢI PHÂN BỐ TRÊN MÁI – daN/m
TT
1.

Loại tải trọng và cách tính
g1m
Do trọng lượng tường thu hồi cao trung bình m:
gt1 = 296 x 0,938 = 277,65

2.

Kết quả

277,65

Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình thang với
tung độ lớn nhất:
ght = 383 x (4,1- 0,22)= 1505,44
Đổi ra phân bố đều với : k = 0,856
1505,44 x 0,856

1288,7

Cộng và làm tròn:
TĨNH TẢI PHÂN BỐ TRÊN MÁI – daN/m (tiếp)

1566,35

TT
1.

Loại tải trọng và cách tính
g2m
Do trọng lượng tường thu hồi 110 cao trung bình 0,62 m:

gt1 = 296 x 0,62= 183,5

2.

Kết quả

183,5

Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình tam giác với
tung độ lớn nhất:
gtg = 383 x (2,4 - 0,22)= 834,94
21


Đổi ra tải phân bố đều:
834,94 x 0,625

521,8

Cộng và làm tròn:

705,3

TĨNH TẢI TẬP TRUNG TRÊN MÁI – daN
TT
1.

Loại tải trọng và cách tính
GCm
Do trọng lượng bản thân dầm dọc :0,22 x 0,35

2500 x 1,1 x 0,22 x 0,35 x 4,1

2.

868,175

Do trọng lượng ô sàn lớn truyền vào:
383 x (4,1-0,22) x (4,1-0,22)/4

3.

1441,5

Do trọng lượng sênô nhịp 0,6:
383 x 0,6 x 4,1

4.

Kết quả

942,18

Tường sênô cao 0,6 m, dày 8 cm bằng betông cốt thép:
2500 x 1,1 x 0,08 x 0,6 x 4,1

541,2

Cộng và làm tròn:

3793,1

GB

m

1.

Giống như mục 1,2 của GCm đã tính ở trên

2.

Do trọng lượng ô sàn nhỏ truyền vào:

2309,7

383 x [(4,1-0,22)+(4,1-0,22)] x (2,4-0,22)/4

1619,8

Cộng và làm tròn :

3929,5
m
A

G
1.

Do trọng lượng bản thân dầm dọc:0,22 x 0,3
2500 x 1,1 x 0,22 x 0,35 x 4,1

868,175

2.

Do trọng lượng ô sàn nhỏ truyền vào( đã tính ở trên):

1619,8

3.

Giống như mục 3,4 của GCm đã tính ở trên:

1483,4

Cộng và làm tròn

3971,4

22


Ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung ( biểu diễn theo cách 1):

Hình 4. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung
V. XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI TÁC DỤNG VÀO KHUNG
1. Trường hợp hoạt tải 1.
23


Hình 5. Sơ đồ phân hoạt tải 1 tầng 2,4

Sàn

HOẠT TẢI 1 – TẦNG 2, 4
Loại tải trọng và cách tính

24

Kết quả


Sàn

(daN/m)

tầng
2
hoặc
sàn
tầng
4

Do tải trọng từ sàn truyền vào dưới dạng hình tam giác với
tung độ lớn nhất:
=240 x 4,1 = 984
Đổi ra phân bố đều với : k = 0,856

842,3

984x 0,856= 842,3 (daN/m)

(daN)
Do tải trọng sàn truyền vào:

1008,6

240 x 4,1 x 4,1/4 = 1008,6 (daN)

25