Thiết kế nhà công nghiệp một tầng 3 nhịp

Thiết kế nhà công nghiệp một tầng 3 nhịp

MỤC LỤC Phần I: Số liệu 2

Phần II: Xác định kích thước khung ngang……… 3

Phần III: Xác định tải trọng ……….6

Phần IV: Xác định nội lực ……….11

Phần V: Tổ hợp nội lực … ……… 21

Phần VI: Tính toán cột ……… 23

Phần VII: Tính toán móng ……… ……… 40

Phần VIII: Tài liệu tham khảo ……… ……… 48

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 2

PHẦN I : SỐ LIỆU

Nhà công nghiệp một tầng 3 nhịp có:

PHẦN II : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

I LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN:

1 Chọn kết cấu mái:

Với nhịp 21m và 18m chọn kết cấu dàn bê tông cốt thép dạng hình thang,

chiều cao đầu dàn là hđd =1.2m, độ dốc mái i = 1/ 10

Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa: lcm = 12m, hcm = 4m

Các lớp mái được cấu tạo từ trên xuống dưới như sau:

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

+ Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 4cm

+ Lớp bê tông chống thấm dày 4cm

+ Panel mái dạng sườn, kích thước 1.5m×6m, cao 30cm

Tổng chiều dày các lớp mái:

t = 5+12+4+30 = 51cm

2 Chọn dầm cầu trục:

Với nhịp dầm cầu trục 6m, sức trục lớn nhất 300kN, chọn dầm cầu trục theo

thiết kế định hình ở bảng tra, có:

Chiều cao : Hc = 1000 mm

Bề rộng sườn : b = 200 mm

Bề rộng cánh : bc = 570 mm

Chiều cao cánh : hc = 120 mm

Trọng lượng : Gc = 42kN

3 Xác định các kích thuớc chiều cao của nhà:

Các số liệu của cầu trục từ bảng tra:

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 4

- Lấy cao trình nền nhàø: ±0.00m

- Cao trình vai cột : V = 6.5m

- Cao trình đỉnh ray: R=V+ hr + Hdcc =6.5+0.15+1=7.65m

- Cao trình đỉnh cột: D = R + Hct + a1

Hct : chiều cao cầu trục, Hct = 2.75 m

a1 : khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến đáy dàn, chọn a1 = 0.1m

a2 : khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng, chọn a2 = 0.5m

Kích thước tiết diện cột: bề rộng cột b chọn thống nhất cho cột trên, cột dưới

của cả cột biên và cột giữa là b = 40cm

Chiều cao tiết diện cột trên của cột biên, ht = 40cm

a4 = λ - ht – B1

λ : khoảng cách từ trục định vị (mép ngoài cột biên) đến tim dầm cầu trục,

lấy λ = 75cm

a4 = 75 – 40 – 30 = 5 cm Chiều cao tiết diện cột dưới, cột biên hd = 60 cm thỏa mãn điều kiện:

hd ≥ Hd/14 = 7/14 = 0.5 m = 50 cm Cột giữa, ht = 60 cm, hd = 80 cm, thỏa điều kiện:

a4 = λ - B1 – 0.5ht = 75 – 30 – 0.5×60 = 15 cm > 6 cm

hd > Hd/14 = 0.5m =50 cm Kích thước vai cột sơ bộ chọn hv = 60 cm, lv = 40 cm cho cột biên,

hv = 60 cm, lv = 60 cm cho cột giữa

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 6

PHẦN III : XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

1 Tĩnh tải mái: do trọng lượng bản thân các lớp mái tác dụng trên 1m2 mặt

bằng mái

Stt Các lớp mái Tải trọng tiêu

chuẩn (kN/m2) vượt tải Hệ số Tải trọng tính toán (kN/m2)

1 Hai lớp gạch lá nem kể

cả vữa, dày 5 cm,

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 8

Gc: TLBT dầm cầu trục, tra bảng, Gc = 42 kN

gr: TL ray và các lớp đệm, lấy 1.5 kN/m

Ư Gd = 1.1 ( 4.2 + 6×1.5) = 56.1 kN

Gd đặt cách trục định vị 0.75 m

3 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột:

+ Cột biên:

Phần cột trên: Gt = n×bt×ht×Ht×γ = 1.1×0.4×0.4×4×25 = 17.6 kN

Phần cột dưới: Gd =1.1×0.4×0.6×7×25 =46.2 kN

+ Cột giữa:

Phần cột trên: Gt = 1.1×0.4×0.6×4×25 = 26.4 kN

Phần cột dưới: Gd = 1.1×0.4×0.8×7×25 = 61.6 kN

4 Hoạt tải mái: ptc = 0.75 kN/m2

Hoạt tải mái đưa về lực tập trung Pm đặt tại đầu cột

Pm = 0.5×n×ptc×a×L

+ Nhịp biên Pm1 = 0.5×1.3×0.75×6×18 = 52.65 kN

+ Nhịp giữa Pm2 = 0.5×1.3×0.75×6×21 = 61.43 kN

5 Hoạt tải do cầu trục:

a) Hoạt tải đứng do cầu trục:

Áp lực thẳng đứng do 2 cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax xác

định theo đường ảnh hưởng (h.vẽ)

Dmax = n×Pc

max × ∑yi + Với nhịp biên

Pmax Pmax Pmax Pmax

Điểm đặt Dmax trùng với điểm đặt của Gd

b) Hoạt tải do lực hãm của xe con:

Lực hãm ngang do 1 bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp móc

mềm

+ Nhịp biên: T1c = (Q + G)/40 = (300 + 112)/40 = 10.3 kN

+ Nhịp giữa: T1c = (200 + 84)/40 = 7.1 kN

Lực hãm ngang Tmax truyền lên cột được xác định theo đường ảnh hưởng

như đối với Dmax

+ Nhịp biên: Tmax = n×T1c×∑yI = 1.1×10.3×(1+ 0.15 + 0.8) = 22.094 kN

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 10

+ Nhịp giữa: Tmax = 1.1×7.1(1 + 0.267 + 0.683) = 15.23 kN

Lực Tmax đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục, cách mặt vai cột 1 m

6 Hoạt tải gió:

Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang từ đỉnh cột trở xuống lấy là phân bố

đều

P = n×Wo×k×c×a

k: hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao

Mức đỉnh cột, cao trình +11 m, nội suy từ bảng tra, được k = 1.02

Mức đỉnh mái cao trình +17 m, có k = 1.11

c: hệ số khí động, c = +0.8 phía gió đẩy và c = -0.6 ở phía gió hút

+Phía gió đẩy: pđ = 1.2×83×1.02×0.8×6 = 487.64 kG/m =4.88 kN/m

+ Phía gió hút: ph = 1.2×83×1.11×0.6×6 = 398 kG/m = 3.98 kN/m

Phần tải trọng tác dụng trên mái, từ đỉnh cột trở lên đưa về thành lực tập

trung đặt ở đầu cột S1,S2 với k = 0.5(1.02 + 1.11) = 1.07

Q M N

PHẦN IV :XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

1 Các đặc trưng hình học:

+ Cột trục A:

Ht = 4m; Hd = 7m; H = 4 + 7 = 11 m

Tiết diện phần cột trên: b = 40 cm; ht = 40 cm

Tiết diện phần cột dưới: b = 40 cm; hd = 60 cm

.0

+ Cột trục B:

Tiết diện phần cột trên: b = 40 cm, ht = 60 cm

Tiết diện phần cột dưới: b = 40 cm, hd = 80 cm

Quy định chiều dương nội lực như hình bên

2 Nội lực do tĩnh tải mái:

a) Cột trụcA:

Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải Gm1 = 377.24 kN như hình vẽ:

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 12

Moment đỉnh cột: M = Gm1×et = −377.24 ×0.05 = −18.862 kNm

gây phản lực R1 tính theo công thức:

x x k

H

t k M

) 115 0 1 ( 11 2

) 364 0 / 115 0 1 )(

862 18 ( 3 ) 1 ( 2

) / 1 ( 3

+

=Độ lệch trục giữa phần cột trên và cột dưới:

Moment do Gm1 gây tại vai cột: M = Gm1×a = −377.24×0.1 = −37.724 kN

gây phản lực R2 tính theo công thức:

x k

H

t M

) 115 0 1 ( 11 2

) 364 0 1 )(

724 37 ( 3 ) 1 ( 2

) 1 (

b) Trục cột B:

Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1 và Gm2 như hình vẽ:

Khi đưa Gm1 và Gm2 về đặt ở trục cột ta được lực:

t k M

066 0 1 11 2

364 0 / 066 0 1 ) 6 16 ( 3 1

2

/ 1

+

=Nội lực trong các tiết diện cột:

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 14

t M

115 0 1 11 2

364 0 1 25 25 3 1

2

1

= +

×

−

×

= +

Do tải trọng đặt đối xứng

qua trục cột nên M = 0, Q = 0, NI = NII = 0,

NIII = NIV = 2×56.1 = 112.2 kN

4 Tổng nội lực do tĩnh tải:

Cộng 2 biểu đồ nội lực do tĩnh tải mái và dầm cầu trục, với lực dọc cộng

thêm trọng lực bản thân cột, được kết quả như sau:

B

3.763 1.518 2.641

5 Nội lực do hoạt tải mái:

a) Cột trục A:

Sơ đồ tính giống như khi tính với Gm1, nội lực xác định bằng cách nhân nội

lực do Gm1 với tỷ số: Pm1/Gm1 =52.65 / 377.24 = 0.14

Moment và lực cắt trong cột do moment ngày gây ra xác định bằng cách

nhân nội lực do Gm gây ra với tỷ số Mp/MG =9.215/16.6 =0.555

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 16

47.59

120.876 163.944

MA

+ Khi Pm1 = 52.65 kN đặt bên trái cột giữa nội lực gây ra trong cột bằng cách

nhân nội lực do Pm2 đặt bên phải gây ra với tỷ số:

6.105

M

6 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục:

a) Cột trục A:

Sơ đồ tính giống như khi tính với tĩnh tải tại dầm cầu trục Gd, nội lực được

xác định bằng cách nhân nội lực do Gd gây ra với tỷ số:

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

cột

+ Trường hợp Dmax = 418.28 kN đặt ở bên phải:

Gây ra moment đối với phần cột dưới đặt tại vai cột:

t M

066 0 1 11 2

364 0 1 71 313 3 1

+ Trường hợp Dmax = 632.78 kN đặt ở bên trái vai cột:

Nội lực trong trường hợp này bằng nội lực do Dmax đặt bên phải với tỷ số:

69.233 104.75

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 18

7 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục:

Lực Tmax đặt cách đỉnh cột một đoạn y = 3 m có: y/Ht = 3/4 = 0.75

Với y xấp xỉ 0.7Ht có thể dùng công thức lập sẵn đểù tính phản lực:

k1

t1T

364 0 1 094 22

= +

−

=Nội lực tại các tiết diện:

b) Cột trục B:Xét hai trường hợp trục B chịu tác dụng của cầu trục bên phải và

cầu trục bên trái

Với Tmax = 15.23 kN do cầu trục phía bên phải

kN

066 0 1

364 0 1 23

+

−

=Nội lực tại các tiết diện:

364 0 1 094 22

= +

38.13 28.314

81 18 115

0 1 8

364 0 115 0 1 11 88 4 3 1

8

1 3

+

× +

×

×

= +

× +

×

×

=

kN p

p R R

d

h

34 15 88 4

98 3 81 18

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 20

720000 3

1

= +

×

×

= +

r2 = r3 = E3( ) 3 608x10 3E

066 0 1 1100

1706667

= +

×

×

r = 2(r1 + r2) =2 ( 1 455 + 3 608 )x10−3E= 10 126x10−3E

E x r

3

10126.10

58.80

58 80 10

455 1 81

58 80 10

455 1 34

58 80 10

608

4 88 4 2

2 2

4 98 3 2

2 2

11 98 3 2

2 2

PHẦN V : TỔ HỢP NỘI LỰC

Gồm tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2

+ Tổ hợp cơ bản 1: gồm một tĩnh tải + 1 hoạt tải ngắn hạn với hệ số tổ hợp

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 22

PHẦN VI : TÍNH TOÁN CỘT

Chọn vật liệu:

Bê tông B15 có: Rb= 8.5Mpa; Rbt=0.75 Mpa

Eb= 23x103 Mpa

Thép AII co ù : Rs = 280 Mpa

Es = 21x104 Mpa

I.TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT TRỤC A:

1.Phần cột trên:

Chiều dài tính toán l0 = 2 5H t = 2 5x4 = 10m

Kích thước tiết diện chọn: b=40cm; h=40cm

Giả thiết chọn a = a’=4cm, suy ra:

h0 = 40 − 4 = 36cm;h0' = 36 − 4 = 32cm

40

1000 40

0 = = >

= l

h

λ cần xét đến uốn dọc và tải dài hạn

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn 3 cặp nội lực nguy hiểm nhất:

h H

30

4 0

; 600

4 max(

) 01 0

; 30

; 600

4 3 3

3

m x

x bh

4 0

393 0

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 24

4 0

10 01 0 5 0 01 0 01 0 5

10 21

2 0 84 394 13 0 1

+

+ +

= +

=

x

x M

6

2 0

6

10 74 7 13 9 1 0 983 0 1 0

11 0 347

1

10 133 2 10

10 23 4 6

x x x

x x

=1510.053kN

053 1510

84 394 1

1 1

4 '

3

2 3

' 0

2 0 '

9 8 ) ( 10 9

8

) 04 0 36 0 ( 10 280

36 0 4 0 10 5 8 439 0 692 0 84 394 )

(

cm m

x A

x

x x x x x

a h R

bh R Ne

A

S

sc

b R S

10 9 8

min 4

A S

2 2

4

3

3 4

3 '

0

2 23 ) ( 10 2 23

10 280

10 280 10 9 8 36 0 4 0 10 5 8 65 0 84 394

cm m

x A

x

x x

x x x x R

R A bh R N

A

S

S

SC S b

R s

=

=

+ +

−

= +

10 ) 9 8 2 23

:

) 43 9 ( 20 3

:

2

2 '

cm A

cm A

S

S

φφ

φ

+

b.Kiểm tra với cặp 1:

Do cặp 1 có moment trái dấu với cặp 2 nên với cặp 2 ta xét:

A S' : 4φ16 + 4φ22 ( 23 25cm2) ; A S : 3φ20 ( 9 43cm2)

4 0 ( 10 ) 25 23 43 9 ( ) 2 )(

4 0

097 0

) 04 0 2 0 ( 84 394 13 0 1

− +

− +

+

= +

=

x

x M

6

2 0

kN

x x x

x x

05 1954

10 366 8 13 9 1 0 243 0 1 0

11 0 592

1

10 133 2 10

10 23 4

3 2

23 442 1

1 1

65 0 045

.

0

36 0 4 0 10 5 8

10 280 10

43 9 10 280 10

25 23 23 442

3

3 4

3 4

0 '

−

R b

S S SC S

x x x

x x x x

x x bh

R

R A R A N

ξξ

Giả sử ban đầu là đúng

m x

a x

268 0 23 442

2 3

2 0

=

=

=

x x x

x bh

R

Ne

b m

α

32 0 ) 269 0 2 1 ( 1 ) 2 1 (

' 0

4 12

10 4 12 ) 04 0 36 0 ( 10 280

268 0 23 442 )

(

cm A

m x x

x a

h R

Ne A

S

S S

) 57 12 ( 20 4 :

2

2 '

cm A

cm A

S

S

φ φ

φ

+

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 26

2.Phần cột dưới:

Chiều dài tính toán l0 = 1 5H d = 1 5x7 = 10 5m

Kích thước tiết diện chọn: b=40cm; h=60cm

Giả thiết chọn a = a’=4cm, suy ra:

h0 = 60 − 4 = 56cm;h0' = 56 − 4 = 52cm

60

1050 60

0 = = >

= l

h

λ cần xét đến uốn dọc và tải dài hạn

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn 3 cặp nội lực nguy hiểm nhất:

; 600

7 max(

) 01 0

; 30

; 600

4 3 3

3

m x x

bh

6 0

245 0

5 10 01 0 5 0 01 0 01 0 5

10 21

3 0 54 479 87 20 1

+

+ +

= +

=

x

x M

.

6

2 0

6

10 21 1 13 9 1 0 408 0 1 0

11 0 299

1

10 2 7 5

10

10 23 4

.

6

x x x

x x

=3817.45kN

1 379

45 3817

04 1049 1

1 1

4 '

3

2 3

' 0

2 0 '

94 10 ) ( 10 94 10

) 04 0 56 0 ( 10 280

56 0 4 0 10 5 8 439 0 598 0 04 1049 )

(

cm m

x A

x

x x x x x

a h R

bh R Ne

A

S

sc

b R S

10 94 10

min 4

A S

2 2

4

3

3 4

3 '

0

67 17 ) ( 10 67 17

10 280

10 280 10 94 10 56 0 4 0 10 5 8 65 0 04 1049

cm m

x A

x

x x

x x x x R

R A bh R N

A

S

S

SC S b

R s

=

=

+ +

−

= +

10 ) 94 10 67 17

:

) 57 12 ( 20 4

:

2

2 '

cm A

cm A

S

S

φ

φ

b.Kiểm tra với cặp 1:

Do cặp 1 có moment trái dấu với cặp 2 nên với cặp 2 ta xét:

A S' : 6φ20 ( 18 85cm2) ; A S : 4φ20 ( 12 57cm2)

Ta có:

10 12 2 ) 04 0 2

6 0 ( 10 ) 85 18 57 12 ( ) 2 )(

6 0

499 0

) 04 0 3 0 ( 54 479 87 20 1

− +

− +

+

= +

=

x

x M

6

2 0

kN

x x x

x x

65 4109

10 12 2 13 9 1 0 832 0 1 0

11 0 374

1

10 2 7 5

10

10 23 4

2 6

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 28

93 526 1

1 1

65 0 184

.

0

56 0 4 0 10 5 8

10 280 10

57 12 10 280 10

85 18 93 526

3

3 4

3 4

0 '

−

R b

S S SC S

x x x

x x x x

x x bh

R

R A R A N

ξξ

ξ

Giả sử ban đầu là đúng

m x

a x

h 0 184 0 56 0 103 2 2 0 04 0 08

2 2

2 4

3

4 3

3

' 0

57 12 54

12 10

54 12

10 280

93 526 10

85 18 10 280 56 0 4 0 10 5 8 184 0

cm cm

m x A

x

x x x x

x x x A

R

N A R bh R A

S

S

S

S SC b

=

− +

) 57 12 ( 20 4 :

2

2 '

cm A

cm A

S

S

φ

φ

3.Tính toán theo các điều kiện khác:

a.Kiểm tra khả năng chịu lực theo phương ngoài mặt phẳng uốn:

Cột trên có độ mảnh theo hai phương như nhau nên không cần kiểm tra

Cột dưới:

m x

H

l0 = 1 2 d = 1 2 7 = 8 4

85 0 21

% 3 1 60 40

85 18 57 12

] [N td =ϕ R b A b +R S A S = x 3x x + x 3 + x −4

=2481.8kN>Nmax=1096.43kN

b.Kiểm tra theo khả năng chịu cắt:

kN x

x x x bh

R kN

Qmax = 55 76 < 0 6 bt 0 = 0 6 0 75 103 0 4 0 56 = 100 8

Bê tông đủ khả năng chịu lực cắt

Chọn cốt đai theo cấu tạo φ8 200

c.Kiểm tra về nén cục bộ:

Đỉnh cột chịu lực nén do mái truyền vào:

kN P

G

N = m+ m = 377 24 + 52 65 = 429 89

Bề rộng dầm mái kê lên cột 24cm và bề dài 26cm

2 2

1200 30

40

; 624 26

Hệ số tăng cường độ:

2 24 1 624

F

F m

Hệ số kể đến sự truyền đều của tải trọng lên đầu cột ξ = 0 75

Khả năng chịu ép cục bộ của tiết diện:

[ ]N cb =ξm cb.R b.F cb = 0 75x1 24x8 5x103x624x10 −4 = 493 272kN

[ ]N cb >N = 429 89kN, thỏa mãn điều kiện về khả năng chịu nén cục bộ

Theo cấu tạo ta gia cố đầu cột bằng các luới ô vuông φ6, kích thước lưới 6x6cm

d.Tính vai cột:

Chiều cao làm việc h0=100-4=96cm

Kích thước vai cột hv = 60 cm, lv = 40 cm

Lực tác dụng lên vai cột:

kN G

D

P= max+ d = 632 78 + 56 1 = 688 88

Kiểm tra kích thước vai cột:

kN x

x x x bh

v

bt v

84 2211 15

0

96 0 4 0 10 75 0 1 2 1 2

SVTH : TRẦN ĐỨC HOÀNG VIỆT MSSV :80303391 TRANG 30

0 96 0 4 0 10 5 8

165 129

2 3

2 0

x x x bh

R

α

035 0 ) 034 0 2 1 ( 1 ) 2 1 (

2 2

4 3

3 0

51 4 10

51 4 10

280

06 1 4 0 10 5 8 035 0

cm m

x x

x x x x R

bh R A

x x bh

.

Chiều dài đoạn cốt xiên: l = 0 62 + 0 72 = 0 92m

Chọn 3φ20 ( 9 43cm2), thỏa mãn bé hơn φ25 và Lx/15=61mm

e.Kiểm tra cột khi vận chuyển và cẩu lắp:

Khi vận chuyển và cẩu lắp, cột bị uốn Tải trọng là trọng lượng bản thân cột với

hệ số động k=1.5

Đoạn cột trên: g1 = 1 5x0 4x0 4x25 = 6kN

Đoạn cột dưới: g2 = 1 5x0 4x0 6x25 = 9kN

• Khi chuyên chở và bốc xếp:

Sơ đồ tính: cột nằm theo phương ngang, chịu lực như dầm đơn giản có đầu thừa,

2gối tựa là điểm kê hoặc treo buộc cách mút cột trên a1 = 3m, mút cột dưới là 2m

Moment tại gối:

kNm x

x

M A = − 0 5 6 32 = − 27

kNm x

x

M B = − 0 5 9 22 = − 18

Moment đạt giátrị max tại vị trí cách gối tựa đoạn dưới 2.8m