Thuyết minh đồ án bê tông cốt thép 2

xác định tải trọng 1.Xác định tỉnh tải của mái Phần tỉnh tải do trọng lợng bản thân các lớp mái tác dụng trên một m2 mặtbằng mái xác địng theo bảng : Tải trọngtiêu chuẩnkg/m2 Hệ số vợtt

Chiều cao giữa dầm là 1,6m

Chiều cao đầu dầm là 0,8 m

Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa, rộng 6m, cao 4m

Các lớp mái đợc cấu tạo từ trên xuống nh sau :

- Hai lớp gạch lá nem kể cả vữa lót dày 5cm

- Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12cm

- Lớp bê tông chống thấm dày 4cm

- Panel mái dạng panel sờn kích thớc 6x1.5 m2, cao 30 cm

Tổng chiều dày các lớp mái : t = 5 + 12 + 4 + 30 = 51cm

3.Xác định các kích thớc, chiều cao của nhà

Lấy cao trình nền nhà tơng ứng với cốt +0.00

Cao trình đỉnh ray đã cho là R = 6,4 m

Chọn : Chiều cao ray và các lớp đệm Hr = 0.15 m

Chiều cao dầm cầu trục Hc = 1 m

Khe hở giữa mặt dới kết cấu mái và mặt trên cầu trục a1 = 0.15m thoả mãn a1 > 0.10m Khoảng cách từ mặt nền tới mặt trên móng a2 = 0.6m

Cao trình vai cột :

V = R- (Hc+ Hr) = 6.4 - (1 + 0.15) = 5.25 mCao trình đỉnh cột :

D = R + Hct + a1, tra bảng Hct = 2.4 m

D = 6.4 + 2.4 + 0.15 = 8.95 m

Cao trình đỉnh mái nhịp biên : M = 8.95 + 1.6 + 0.51 = 11.06 m

Cao trình đỉnh mái nhịp giữa : M = 8.95 + 1.6 + 4 + 0.51 = 15.06 m

4 Kích thớc cột

Chiều dài phần cột trên : Ht = D - V = 8.95 – 5.25 = 3.7 m

Chiều dài phần cột dới : Hd = V + a2 = 5.25 + 0.6 = 5.85m

Chiều sâu chôn cột chọn a3 = 0.8 m Tổng chiều dài cột sẽ là

H = Ht + Hd + a3 = 3.7 + 5.85 + 0.8 = 10.35 mKích thớc tiết diện cột đợc chọn nh sau :

………

4 0 H

b

d

 >

25 1

Chiều cao tiết diện phần cột trên

cột biên chọn ht= 40 cm cột giữa chọn ht = 60 cm Khoảng cách từ trục định vị đến tim dầm cầu trục lấy  =75 cm

Khoảng cách từ trục dầm cầu trục đến mép ngoài cầu trục B1 =26 cm.(số liệutra bảng ứng với cấu trục 20 tấn)

Kiểm tra với khe hở nhiệt

H h 14

Chọn cho cột biên hd = 60 cmChọn cho cột giữa hd = 80 cm Kích thớc vai cột : hV = 60 cm

 = 450

Khoảng cách từ trục định vị đến mép vai cột là 100 cm

II xác định tải trọng

1.Xác định tỉnh tải của mái

Phần tỉnh tải do trọng lợng bản thân các lớp mái tác dụng trên một m2 mặtbằng mái xác địng theo bảng :

Tải trọngtiêu chuẩnkg/m2

Hệ số vợttải

Tải trọngtính toánkg/m2

 = 1800kg/m3:0,02x1800Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày12cm

Tính tải mái quy về lực tập chung tác dụng lên đầu cột

Nhịp biên không có cửa mái :

Gm1 = 0.5 (G1 + g.a.L) = 0.5 ( 8.47 + 0.5955618) = 36.392 (T).Nhịp giữa có cửa mái:

Gm2 = 0.5(G1 + g.a.L + G2 +2gk.a) = 0.5( 8.47 + 0.5955618 +1.65 +20.66) = 41.817 (t) Các lực tập trung Gm1 và Gm2 đặt lên đầu cột cách trục định vị 0.15 m

2.Tỉnh tải do dầm cầu trục

Tờng xây gạch là tờng tự chịu lực nên trọng lợng bản thân của tờng không gây

ra nội lực cho khung

4.Hoạt tải mái

Trị số hoạt tải mái trên tiêu chuẩn phân bố đều trên 1m2 mặt bằng mái lấy75kG/m2, hệ số vợt tải n=1.3 Hoạt tải này đa về thành lực tập trung Pm đặt ở đầucột :

Pm = 0.5 n  Pm.a L = 0.5 1.3 75 6 18 =5265 kG

………

) t ( 5075 0 40

3 , 5 15 T

) t ( 7125 0 40

5 8 20 T

40

G Q T

c 2 max

c 1 max

c max

1

P max

P max max

Pm = 5.265(T)

Vị trí đặt lực Pm trùng với vị trí của Gm.

5.Hoạt tải cầu trục

Các số liệu về cầu trục giữa vơí sức chịu tải Q = 20 tấn

Nhịp cầu trục lk = l - 2 = 18 - 20.75 = 16.5 m

Bề rộng cầu trục B = 6.3 m

Khoảng cách 2 bánh xe K = 4.4 m

Trọng lợng xe con G = 8.5 tấn

áp lực tiêu chuẩn lớn nhất đè lên mỗi bánh xe Pmax = 19.5 tấn

Các số liệu về cầu trục giữa với sức chịu tải Q = 15 tấn

lk = 16.5 m, lấy tròn 17 m để tra bảng và tính toán

B = 6.3 m; K = 4.4 m ; G = 5.3 tấn ; Pmax = 16.5 tấn

1 4

 ) = 41.8257 (T)

Nhịp biên Dmax = 1.116.5(1 +

6

6 1 6

1 4

 ) = 35.3925 (T)

Điểm đặt của Dmax trùng với Gd

b.Hoạt tải do lực hãm của bánh xe con.

Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trờng hợp mócmềm đợc xác định từ công thức :

6

6 1 6

1 4

 ) = 1.53 (T)

………

1 4

 ) = 1.09 (T) Xem lực hãm ngang Tmax đặt ở mức mặt trên cầu trục cách mặt vai cột 1m vàcách đỉnh cột một đoạn y =3.7 - 1 = 2.7 m.(trên mặt dầm cầu trục)

b.Hoạt tải do gió.

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng củacông trình là: W = n W0 k c

Trong đó : W0 - áp lực gió ở độ cao 10 m, theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995

thì Hà Nội thuộc vùng II-B nên áp lực W0 tra bảng là 95kg/

ở đầu cột S1, S2 với k lấy trị số trung bình

S = n.k.W0.a.cihi

k =

2

08 1 975

= 1.03

S = 1.21.030.0956cihi = 0.703cihi

Ci , hi đợc tra bảng lấy nh trên sơ đồ với các kích thớc đã chọn Các thông số

để tra bảnglấy nh sau : góc dốc  = 50

H/l = 8.95/54 = 0.166 với nhịp biên

H/l = 15.06/54 = 0.28 với nhịp giữa

S1 = 0.703(0.81.5 - 0.070.8 + 0.50.8 - 0.50.53 + 0.74 +0.2850.27)

= 2.762 (T)

………

36.392(T) 50

2.63 1.04

1.923

100

5850 3700

S2 = 0.703(0.40.27 + 0.64 + 0.50.53 - 0.80.5 + 0.80.5 +0.61.5)

7 3 H

387 0 ) 1 J

J

t

d 3

7 3 H

387 0 ) 1 J

J

t

d 3

Độ lệch tâm giữa Gm1 với trục cột trên là et = 5cm

Độ lệch trục giữa cột dới và cột trên là a = 10cm cùng chiều với et

Do đó R = R1 + R2

………

5850

36.392 40.817

150 150

) / k 1 ( e G 3 ) k 1 ( H 2

) / k 1 ( M

) 387 0 / 1381 0 1 ( 05 0 392 36 3

) 1 ( a G 3 ) k 1 ( H 2

) 1 ( M

1 m 2

) 387 0 1 ( 1 0 392 36

Chiều của R thể hiện trên hình vẽ

Xác định nội lực trong các tiết diện cột :

) 387 0 / 08 0 1 ( 664 0 3 ) k 1 ( H 2

) / k 1 ( M 3

Biểu đồ mômen thể hiện trên hình vẽ

3.Nội lực do tỉnh tải dầm cầu trục

a , Cột biên

………

5.8500

5.61 (T)

1.43 1.095

0.302 450

Sơ đồ tác dụng cảu tỉnh tải dầm cầu trục cho trên hình vẽ

Lực Gd gây ra mômen đối với trục cột dới đặt tại vai cột :

) 387 0 1 ( 525 2 3 ) k 1 ( H 2

) 1 ( M

4 Tổng nội lực do tải trọng tỉnh gây ra trong cột

Cộng đại số nội lực ở các trờng hợp đã tính ở trên cho từng tiết diện của từngcột ta đợc kết quả nh trên hình vẽ, trong đó lực dọc trục N còn đợc cộng thêmtrọng lợng bản thân cột đã tính ở phần II.3

5.265 (T)

0.2633

0.3789 0.1456

Gmvà Pm có cùng điểm đặt Đối với cột biên chịu hoạt tải của 1 nhịp Từ biểu

đồ nội lực do tĩnh tải mái gây ra ta suy ra biểu đồ do Pm gây ra bằng cách nhânvới hệ số tỷ lệ k

84 37

265 5 G

Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên nhịp phía bên phải và bên trái cột

 Lực Pm đặt ở bên phải cột, biểu đồ nội lực đợc suy ra từ biểu đồ do Gm

bằng cách nhân với hệ số tỷ lệ k = 5.265/(42.26 - 37.84) = 1.19, lực cắttại chân cột QIV = - 0.14

 Lực Pm đặt ở bên trái lấy đối xứng với trờng hợp Pm ở bên phải, lực cắttại chân cột QIV = 0.14

Biểu đồ nội lực do Pm trong cột B nh hình vẽ:

6 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục

a Cột trục A

………

6.91 9.02 35.3925

450 R

1.905

5850 3700

R R

14.4 12.144

4.78

14.35 17.02

5.65

3700

5850

Hoạt tải đứng của cầu trục tác dụng lên cột trục A là Dmax1 Điểm đặt của Dmax1

trùng với điểm đặt của Gd, sơ đồ tính giống nh khi tính với tỉnh tải dầm cầutrục Gd Nội lực do Dmax1 gây ra trong cột đợc xác định bằng cách lấy nội lực

do Gd gây ra nhân với tỉ số : Dmax/ Gd = 35.3925/5,61 = 6.31

Nội lực trong các tiết diện cột :

) 387 0 1 ( ) 3925 35 75 0 ( 3 ) k 1 ( H 2

) 1 ( M

 Dmax = 41.8257(T) đặt ở vai phải của cột, từ biểu đồ do Dmax = 35.3925

đặt bên trái ta suy ra biểu đồ do Dmax đặt bên phảibằng cách nhân với hệ

số tỷ lệ k = 1 182

3925 35

8257 41

7 2 H y

) 1 (

) 387 0 1 ( 09 1

) 1 (

) 387 0 1 ( 53 1

Biểu đồ mômen cho trên hình vẽ:

 Khi lực hãm Tmax do cầu chạy ở nhịp biên sinh ra, Tmax = 1.09 (T)

R =

k 1

) 1 (

) 387 0 1 ( 09 1

Biểu đồ mômen cho trên hình vẽ:

8.Nội lực do tải trọng gió

Với tải trọng gió ta tính toán với sơ đồ toàn khung co chuyển vị ngang đỉnhcột Sơ đồ tính cho trờng hợp gió thổi từ trái sang phải nh hình vẽ:

………

Hệ có 1 chuyển vị ngang đầu cột, giải bằng cơ học kết cấu ta có phơng trìnhchính tắc là : r. + R = 0

Trong đó r là phản lực tại liên kết thêm vào do chuyển ngang bằng 1 đơn vị

) k 1 (

) 1381 0 387 0 1 ( 55 9 534 0 3

4 0 R P

P

1 d

EJ 3

3 d

10 2 7 E

10 066 17 E

r = 22.18E10 -5 + 25.44E10 -5 = 15.244E10-5

Thay vào phơng trình chính tắc giải đợc  = -

E

10 51

Ký hiệutrong bảng

tổ hợp

M(tm)

N(t)

1(II-16)1(II-17)1(II-15)

7.745-1.489-0.109

38.0242.7643.285

20.373.482.5

21.874.984

0.0390.0390.039

38.0238.0238.02

Tại tiết diện II-II, hai cặp mô men trái dấu có giá trị chênh lệch quá lớn, nênkhông phải tính vòng lặp mà dùng cặp 1 để tính Fa, F'a rồi kiểm tra với cặp 2 vàcặp 3

=

12

40

= 0.5445 > 0.05

S = 0.1

h

e 1 0

11 0

0



5445 0 1 0

11 0

N M

) a h 5 0 (

) 04 0 4 0 5 0 ( 02 38 039 0

Nth = J 240 10 210 10 J )

K

S (

l

4 6

a 4 3

b dh 2 0

2701 0 (

925

4

1

27 164

76 42 1

1

Trị số lệch tâm giới hạn

eogh = 0.4.(1.25h - 0.h0) = 0.4.(1.2540 - 0.6236) =11.072

Tính toán cốt thép Fa  F'a , kiểm tra độ lệch tâm bằng eogh

.e0 = 21.871.352 = 29.6 > eogh ,cốt thép đợc tính toán theo bài toán lệchtâm lớn

Tính toán cốt thép

e = .e0 + 0.5h - a = 1.35221.87 + 0.540 - 4 = 45.57 cm

F'a =

) ' a h (

' R

bh R A e N

0 a

2 0 n 0





=

) 4 36 (

2600

36 40 90 428 0 57 45

R

N bh R

R

=

2600

38020 36

40 90 62

+ 4.02 = 20.3 cm2.Kiểm tra hàm lợng cốt thép

36 40

02 4 3 20

b kiểm tra với cặp lực 2

M = -1.489 (tm) ; N = 42.76 (t); mô men này trái dấu với mô men cặp 1, dovậy kiểm tra thép với số liệu : Fa = 4.02 cm2 , a = 3.3 cm

………

11 0

0



1245 0 1 0

11 0

N M

) a h 5 0 (

) 033 0 4 0 5 0 ( 02 38 039 0

Nth = J 240 10 210 10 J )

K

S (

l

4 6

a 4 3

b dh 2 0

59 0 (

925

4

1

179 239

76 42 1

' F ' R F R N

n

a a a



=

40 90

) 3 20 02 4 (

2600 42760

Điều kiện kiểm tra đợc thoả mãn, thép tính toán và bố trí theo cặp lực 1 làhợp lý

c Kiểm tra với cặp lực 3

M = -0.109 (tm) ; N = 43.285 (t);

So với cặp lực 2, cặp lực 3 có mô men nhỏ hơn rất nhiều cò lực nén thi gần t

-ơng đ-ơng nhau Cặp lực 2 đã thoả mãn, do vậy cặp lực 3 cũng sẽ thoả mãn

d Kiểm tra cột chịu uốn theo phơng dọc nhà.

Chiều dài tính toán l0 = 1.2Ht = 1.2370 = 444 cm

Độ mảnh  =

h

l0 =

40

444

= 11.1Tra bảng ta có hệ số uốn dọc  = 0.91

tổ hợp

M(tm)

N(t)

1(IV-16)1(IV-17)1(IV-18)

16.55-20.54-18.84

74.9247.84379.66

22.142.923.7

24.144.925.7

-1.621-1.621-1.621

47.8447.8447.84

Dùng cặp 1 và 2 để tính vòng, sau đó kiểm tra với cặp thứ 3

12

60

= 0.748> 0.05,

S = 0.1

h

e 1 0

11 0

0



748 0 1 0

11 0

N M

) a h 5 0 (

) 04 0 6 0 5 0 ( 84 47 621 1

Nth = J 240 10 210 10 J )

K

S (

l

4 6

a 4 3

b dh 2 0

23 0 (

925

4

 =

th

N

N 1

1

815 548

84 47 1

N

n

=

40 90

84 47

 = 13.292.a' = 8 cm < x < 0.h0 = 34.72 cm, cốt thép Fa = F'a đợc tính toán theotrờng hợp lệch tâm lớn

e = .e0 + 0.5h - a = 1.09644.9 + 30 - 4 = 75.21 cm

Fa = F'a =

) ' a h (

' R

) x 5 0 h e (

N

0 a

2600

) 29 13 5 0 56 21 75 (

56 40

15 9 2

N M

) a h 5 0 (

) 04 0 6 0 5 0 ( 84 47 621 1

Nth = J 240 10 210 10 J )

K

S (

l

4 6

a 4 3

b dh 2 0

23 0 (

5 877

4

1

407 518

92 74 1

0 n

0 a a h b R

) ' a h (

' F ' R e

56 40 90

) 4 56 ( 15 9 2600 2

54 74920

a

0 n

' F R

N h b R

40 90 5 0

0 a a h b R

) ' a h (

' F ' R e

56 40 90

) 4 56 ( 1 19 2600 21

75 47840

a

0 n

' F R

N h b R

40 90 305 0

0 a a h b R

) ' a h (

' F ' R e

56 40 90

) 4 56 ( 35 24 2600 2

54 74920

a

0 n

' F R

N h b R

40 90 28 0

0 a a h b R

) ' a h (

' F ' R e

=

2 56 40 90

) 4 56 ( 25 17 2600 21

75 47840

a

0 n

' F R

N h b R

40 90 33 0

0 a a h b R

) ' a h (

' F ' R e

=

2 56 40 90

) 4 56 ( 44 24 2600 2

54 74920

a

0 n

' F R

N h b R

40 90 28 0

e0 =

60

7 25

= 0.428> 0.05

S = 0.1

h

e 1 0

11 0

0



428 0 1 0

11 0

N M

) a h 5 0 (

) 04 0 6 0 5 0 ( 84 47 621 1

Nth = J 240 10 210 10 J )

K

S (

l

4 6

a 4 3

b dh 2 0

308 0 (

5 877

4

1

751 832

66 79 1

' F ' R F R N

n

a a a



=

40 90

) 44 24 47 18 (

2600 79660

Vì chiều cao cột Hd = 5.85 m là không cao Do đó việc cắt bớt cốt thép ở tiết diệnIII - III là không đáng kể Để tiện cho thi công trong sản xuất ta bố trí thép kéo dài

tờ tiết diện IV-IV đến tiết diện III-III

Kiểm tra cột chịu uốn theo phơng dọc nhà.

Chiều dài tính toán l0 = 1.2Hd = 1.25.85 = 7.02 cm

Độ mảnh  =

h

l0 =

40

702

= 17.55Tra bảng ta có hệ số uốn dọc  = 0.8168

Kiểm tra cột nén đúng tâm có : Fb = 4060 cm2

Fa = 24.63 + 18.47 = 43.1 cm2

 =

60 40

1 43

 = 1.8% < 3%

N = Nmax = 79660 (KG)

Điều kiện kiểm tra N  (R'a..Fat + Rb.Fb)

79660  0.8168.(260043.1+ 901600) = 267943 (KG)

Vậy cột đủ khả năng chịu uốn dọc

3 Tính toán cột biên theo các điều kiện khác.

a Kiểm tra theo khả năng chịu cắt

Kiểm tra khả năng chịu cắt của cột với tiết diện có lực cắt lớn nhất là tiết diệnIV-IV, có Qmax= 5.007(t)

Khả năng chịu cắt của bê tông

K1.Rk.b.h0 = 0.67.54056 = 10080 (KG) = 10.08 (tấn)

………

Ta có, K1.Rk.b.h0 > Qmax Bê tông đủ khả năng chịu cắt Do vậy không phải tínhtoán cốt đai và cốt xiên, chỉ đặt cốt đai theo cấu tạo.

Phần trên cột 8a200, thoả mãn :

 > 0.25dmax = 0.2528 = 7 mm

a < 15dmin = 1516= 240 mmPhần cột dới 8a300, thoả mãn :

bh = 40100 cm2.bh0 = 4096 cm2

v

2 0 k v

a

bh R K 2 1

=

15

96 40 5 7 1 2

221000(KG)Tính toán cốt chịu mô men

Mô men tại ngàm của congxon M = 41.00250.15 = 6.15 (tm)

Giá trị mô men để tính cốt thép Mt = 1.25M = 1.256.15 = 7.7 (tm)

0

n bh R

M

96 40 90

M

 =

96 988 0 2600

770000



 = 3.12 cm2.Chọn 216 = 4.02 cm2.

Tính cốt xiên và cốt đai chịu cắt

P= 410025 (KG) > Rkbh0 = 7.54096 = 28800 (KG)

h = 100 cm > 2.5av = 2.515 = 37.5 cm

Do đó, trong vai cột dùng cả cốt xiên và cốt đai ngang Cốt đai chọn 8a150, thoảmãn : a  [150, h/4] = [150, 250]

Fax  0.002bh0 = 0.0024096 = 7.68 cm2 Với Fax là diện tích cốt xiên cắt qua

đoạn truyền lực Lv.Chọn 218 + 120 = 8.23 cm2 Thỏa mãn   [25; Lv/15 = 67]

c Kiểm tra cột khi vận chuyển cẩu lắp, vận chuyển

Tải trọng tác dụng lên vai cột khi cẩu lắp là trọng lợng bản thân nhân với hệ số

động lực là 1.5

Cột trên : g1 = 1.50.40.42.5 = 0.6 (t/m)Cột dới : g2 = 1.50.40.62.5 = 0.9 (t/m)Kiểm tra cột nh một dầm bê tông cốt thép với tổng chiều dài là 10.35 m

Khi cẩu lắp.

………

Khi cẩu lắp chân cột tì vào hố móng phía trên dùng gông kẹp ở dới vai cột Ta cósơ đồ tính để kiểm tra nh sau

0.9 T/m 0.6 T/m

5.65m 4.7m

10.35m

6.8 4.107

1.5m

1

Phải kiểm tra khả năng chịu lực ở 2 tiết diện phía trên và phía dới vai cột

Tại tiết diện phía trên vai cột Mtd = 4.107 (Tm), thép bố đã là :

Fa =20.3 cm2

F'a = 4.02 cm2

 =

0 n

a a a a

h b R

' R ' F R

=

36 40 90

) 02 4 3 20 ( 2600

Tại tiết diện phía dới vai cột Mtd = 6.8 (Tm), thép bố đã là : Fa = 24.63cm2

F'a= 18.47 cm2

 =

0 n

a a a a

h b R

' R ' F R

=

36 40 90

) 47 18 63 24 ( 2600

Khi vận chuyển

………

10.35m 3m

2.7

1.46 1.43

Móc cẩu chọn là thép C-I đờng kính 18

Tại tiết diện gối tựa A cốt thép gồm 216 + 225 + 228 cột nằm theo phơngngang, lấy Fa = F'a = 116 +128 = 8.168 cm2 Kiểm tra cốt thép cột nh một cấukiện đặt cốt kép

 =

0 n

a a a a

h b R

' R ' F R

= 0

Mgh = Fa.Ra.(h0 - a') = 8.1682600(36 - 4) = 6.2105 (KGcm) = 6.2 (Tm) > 2.7 (Tm) = Mtd

Tại nhịp giữa và gối tựa B mô men ngợc dấu,nhng do cốt thép đặt đối xứng Do đóchỉ cần kiểm tra với mô men có giá trị lớn hơn

Fa= F'a = 228 = 12.32 cm2

Mgh = Fa.Ra.(h0 - a') = 12.322600(36 - 4) = 106 (KGcm) = 10 (Tm) > 1.46 (Tm)

Vậy cột đủ khả năng chịu lực khi vận chuyển

VI Tính toán cốt thép cột giữa

HT

; 1) cm = (2; 0.62; 1) cm

………