CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



5.1 SƠ ĐỒ HÌNH HỌC VÀ SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG

5.1.1.Sơ đồ tính khung

Sơ đồ tính là hình ảnh đơn giản hóa của một bộ phận cơng trình hày tồn bộ cơng

trình, được lập ra chủ yếu nhằm hiện thực hố khả năng tính tốn các kết cấu phức

tạp.

Như vậy, với cách tính thủ cơng, người thiết kế buộc phải dùng các sơ đồ tính

tốn đơn giản, chấp nhận việc chia cắt kết cấu thành các phần nhỏ hơn bằng cách bỏ

qua các liên kết không gian. Đồng thời sự làm việc của vật liệu cũng được đơn giản

hoá, cho rằng nó làm việc trong giai đoạn đàn hồi, tuân theo định luật Hooke.

Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, đã có

những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính tốn cơng trình.

Khuynh hướng đặc thù hố và đơn giản hoá các trường hợp riêng lẻ được thay thế

bằng khuynh hướng tổng qt hố. Đồng thời khối lượng tính tốn số học khơng

còn là một trở ngại nữa. Các phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sát với

thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp của kết cấu với các mối quan hệ phụ

thuộc khác nhau trong khơng gian.

Với độ chính xác cho phép và phù hợp với khả năng tính tốn hiện nay, đồ án này

sử dụng sơ đồ tính tốn khơng gian và tính tốn cấu kiện trong giới hạn đàn hồi,

Phần mềm phân tích kết cấu được sử dụng là phần mềm Etabs Version 2015. Các

kết cấu chịu lực chính của cơng trình như dầm, cột, sàn, vách, vách hầm, vách lõi,

được mơ hình hóa tồn bộ vào chương trình ứng với từng loại phần tử phù hợp. Các

kết cấu phụ như cầu thang được tính tốn bằng tay.



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

2



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Hình 5,1- Mơ hình khung tòa nhà trong Etabs



Hình 5,2 : Tiết diện dầm-cột mặt bằng tầng 2



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

3



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Hình 5.3: Tiết diện dầm cột khung trục 8

5.1.2.Các trường hợp tải trọng

Bảng 5.1 Các trường hợp tải trọng

Thành phần tải trọng



Loại tải trọng



Tên trường hợp

tải



Tải trọng lớp hoàn thiện và tường

xây



DEAD



TT



Hoạt tải chất đầy



LIVE



HT



Gió cùng chiều X



WIND



GX(+)



Gió ngược chiều X



WIND



GX(-)



Gió cùng chiều Y



WIND



GY(+)



Gió ngược chiều Y



WIND



GY(+)



*Các trường hợp tổ hợp tải trọng:

Tổ hợp cơ bản 1:

1. TH1 = TT + HT

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

4



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



2. TH2 = TT + GX(+)

3. TH3 = TT + GX(-)

4. TH4 = TT +GY(+)

5. TH5 = TT +GY(-)

Tổ hợp cơ bản 2:

6. TH6 = TT + 0,9( HT + GX(+) )

7. HT7 = TT + 0,9 (HT + GX(-) )

8. TH8 = TT + 0,9( HT + GY(+) )

9. TH9 = TT + 0,9( HT + GY(-) )

10. TH BAO = ENVELOPES(1+2+3+4+5+6+7+8+9)

5.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG

5.2.1, Phương pháp xác định nội lực

Ta sử dụng phần mềm Etabs 2015 để xác định mơ hình và tình kết cấu cơng trình.

-



Mơ hình cơng trình với sơ đồ không gian.



-



Khai báo đầy đủ đặc trưng vật liệu, tiết diện.



-



Khai báo các trường hợp tải trọng tác dụng lên cơng trình.



-



Tổ hợp nội lực.



Nhập các tường hợp tải trọng, điều chỉnh các thông số cần thiết, dùng phần mềm

tính tốn xác định nội lực các phần tử. Các giá trị nội lực này được tổ hợp dùng để

tính tốn các cấu kiện chịu lực chính của cơng trình.

Vì cơng trình thấp tầng (8 tầng) nên tổ hợp nội lực và tính cột tầng 1 được bố trí

cho các tầng từ tầng 1 đến tầng 7.



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

5



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Hình 5.5 Tĩnh tải sàn



Hình 5.6 Hoạt tải sàn



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

6



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Hình 5.7 Tải trọng tường trên khung trục 8



Hình 5.8 Biểu đồ bao mơ men Khung trục 8



PHÙNG MINH ĐƠNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

7



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Hình 5.9: Biểu đồ bao lực dọc khung trục 8

5.2.2.Tổ hợp nội lực

Bảng tổ hợp nội lực dầm và cột được thể hiện trong phụ lục,

5.3.TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DẦM

5.3.1. Tính tốn bố trí cốt thép dầm B56 tầng 4

5.3.1.1. Tính tốn cốt thép dọc

Hàm lượng cốt thép cho phép của dầm thỏa mãn điều kiện: min � �max ,



 max   R . .



Rb

14,5

 0,563.

 2,91%

Rs

280



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



; min  0, 05%



4

8



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm B56 để tính:



* Tính cốt thép cho tiết diện đầu dầm I-I : M  419.42 (kN.m)

Tính theo tiết diện chữ nhật b �h  35 �70 (cm)

Chọn a  5(cm)  h0  70  5  65(cm) ,



m 



M

419.42 �103



 0,196   R  0, 405 (thỏa mãn),

Rb .b.h02 14,5 �35 �652



 

� As 



1  1  2 m 1  1  2.0,196



 0,89

2

2

M

419.42 �103



 25, 44(cm 2 )

Rs . .h0 280 �0,89 �65



2

Chọn 4 25  2 20 có As  25,90(cm ) ,



Tính duyệt:

Hàm lượng cốt thép:

% 



2590

�100%  1.14%  0, 05%

350 �650



Chiều dày lớp bảo vệ c = 2.5cm,

Ta có a = 5.2cm

h0  hd  a  70  5.2  64.8(cm)



m 



M

419.42 �103



 0,19   R  0, 405

Rb .b.h02 14,5 �35 �64.82



�   0, 213



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



4

9



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



 h0

0, 213 �64.8

)  280 �103 �25.9 �(64.8 

)

2

2

 426.04( kN .m)  M  419.42( kN .m)



M gh  Rs . As .(h0 



*Tính tốn cốt thép tiết diện III-III: M = -400.2 kN.m

m



Tính tốn tương tự như trên có : α = 0.187 , ζ=0.895 →As = 24.6cm2 ta chọn:

4 25  2 20 có As  25,90(cm 2 ) ,



* Tính tốn cốt thép tiết diện giữa nhịp. M =280.64 kN.m

- Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén với h’f = 15 cm.

Giả thiết a = 4 cm, h0 = 70 – 4 = 66 cm

Giá trị độ vươn của cánh Sc lấy bé hơn các trị số sau:

- 1/6 nhịp cấu kiện: 8400/6 = 1400 mm

- Một nửa khoảng cách thông thủy giữa các sườn dọc: 0,5x(8100-350) = 3875

mm

- 6 lần chiều dày bản sàn : 6.hf =6x120=720mm

Vậy chọn Sc = 720 mm nên tính b’f = b + 2 �Sc = 350 + 2 �720= 1790 mm



Xác định trục trung hòa :

M f  Rb �b 'f �h'f �(h0  0,5 �h 'f )

M f  14,5 �1790 �120 �(660  0,5 �120) �10 6  1868,8kN .m

Có Mmax = 280.64 kN.m < 1868,8 kN.m, suy ra trục trung hòa đi qua cánh. Tính

như tiết diện chữ nhật kích thước b’f x h = 1790 x 700 (3m).



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



5

0



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



M

280.64 �106



 0.025

Giá trị  m 

Rb �b 'f �h02 14,5 �1790 �6602

ζ= 0.987 � As 



M

280.64 �106



 1538.6mm 2

 Rs ho 0.987 �280 �660



Chọn 4 25 có As= 1964mm2

Tính duyệt : Hàm lượng cốt thép:  % 



1964

�100%  0.17%  0, 05%

1790 �660



Chiều dày lớp bảo vệ c = 2.5cm,

h0  hd  a  700  (25  0,5 �25)  663( mm)



m 



M

280.64 �103



 0.025   R  0, 405

Rb .b.h02 14,5 �179 �66,32



�   0,025



 h0

0,025 �66,3

)  280 �103 �19,64 �(66,3 

)

2

2

 360(kN .m)  M  280.64( kN .m)



M gh  Rs . As .(h0 



5.3.1.2. Tính toán cốt đai

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra lực cắt nguy hiểm nhất cho dầm:Q = 315,09 (kN)

 Kiểm tra điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính:

n



Q �0,3 � w1 �b1 �Rbt �b �h0 �( X i  X ) 2

i 1



w1



b1



Do chưa bố trí cốt đai nên ta giả thiết : φ φ = 1

Ta có: 0,3 �Rb �b �h0 = 0,3 �14,5 �350 �660×10-3= 1004.85 kN > Q = 315.09kN

=>Dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính

 Kiểm tra sự cần thiết phải đặt cốt đai

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



5

1



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Dầm bê tơng nặng , hình chữ nhật có b 2  2 ; b 3  0.6 ; b 2  1,5

Bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc trục nên  n  0

Qb min  b 3 (1  n ) Rbt bh0  0, 6 �(1  0) �1, 05 �350 �660 �10 3  145.53kN

bmin



Q = 315.9 > Q



= > Phải đặt cốt đai chịu cắt



Xác định giá trị: qsw �(

Chọn sơ bộ qsw 



Q  Qb1 Qb min

;

)

2h0

2h0



Qb min 145.53 �103



 110.25daN / cm để tính cốt đai.

2h0

2 �660



Sử dụng đai ∅8, số nhánh n = 2.

 Khoảng cách s tính tốn:

R nA

175 �2 �0,503

stt  sw sw 

 160mm

qsw

110, 25

ct



Dầm có h = 700 mm> 450 mm nên s = Min ( h/3, 500mm) = 233.3 mm

Giá trị:

smax



b 4 (1  n ) Rbt bh02 1,5 �(1  0) �1,05 �350 �6602





 762mm

Q

315,09

tt



ct



max



 Khoảng cách thiết kế của cốt đai: s = min (s , s , s ) = 16cm.

Chọn s = 150 mm trong đoạn 1/4 nhịp dầm gần gối tựa cho tất cả các dầm 350x700

Đoạn giữa dầm đặt theo cấu tạo s = min (3/4xh, 500mm) = 500mm.

Chọn s = 300mm

*Các dầm khác tính tốn và chọn thép được thể hiện trong phụ lục.

5.4. TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CỘT

5.4.1.Tính tốn cốt thép cột

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



5

2