ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP NHÀ CAO TÂNG

Các số liệu của cầu trụcQ- sức nâng của cầu trục: Lk- nhịp của cầu trục được tính từ khoảng cách giữa hai trục ray: B- bề rộng cầu trục: K- khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BẰNG BÊ

TÔNG CỐT THÉP LẮP GHÉP

Đề bài: tính toán khung nhà công nghiệp 1 tầng 3 nhịp bằng khung bê tông cốt thép lắp ghép

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

• Nhà công nghiệp một tầng lắp ghép đối xứng bằng BTCT, 3 nhịp đều nhau,

• cửa mái đặt tại nhịp giữa

• Thép : chịu lực CII, cốt đai CI

II SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦANHÀ

1 Trục định vị :

Với sức trục của cầu trục Q = 150 kN ≤ 300 KN, các trục định vị được xác định như sau:Theo phương ngang nhà, các trục biên ( trục A,D ) được lấy trùng với mép ngoài cột biên, các trục giữa ( trục B,C ) được lấy trùng với các trục cột

Theo phương dọc trục nhà, các trục định vị giữa ( trục 2,3,4,5,6,7,8,9,10 ) vị trí của các trục trùng với trục các cột, với hai trục ở hai đầu khối nhiệt độ ( trục 1,11 ) trục cột được lấy lùi vào 500mm so với trục định vị

Khoảng cánh từ ray đến trục định vị của cột chọn sơ bộ: λ

= 750 mm = 0,75mNhịp của khung ngang – khoảng cách giữa các trục định vị :

L=Lk+ 2λ

=29 + 2.0,75 =30,5mCác cột biên gọi chung là các cột A, các cột giữa gọi chung là cột B

? Q=15T

2 Các số liệu của cầu trục

Q- sức nâng của cầu trục:

Lk- nhịp của cầu trục được tính từ khoảng cách giữa hai trục ray:

B- bề rộng cầu trục:

K- khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục:

Hct-chiều cao cầu trục, là khoảng cách tính từ đỉnh ray đến mặt trên của xe con:

B1-khoảng cách từ trục ray đến đầu mút của cầu trục:

Bảng 2.Số liệu dầm cầu trục

tiêu chuẩndầm

C dam

G

kNChiều cao Hc

(mm)

Bề rộng sườn(mm)

Bề rộng cánh(mm)

Chiều caocánh (mm)

Hình 2.Tiết diện ngang dầm cầu trục và thanh ray

4 Đường ray:

Chọn ray giống cho cả 2 nhịp: chiều cao ray và lớp đệm lấy hr=128mm, trọng lượng tiêu

chuẩn của ray và lớp đệm trên 1m dài:

0,54 /

C r

g = kN m

5 kết cấu mang lực mái:

Với nhịp L=30,5m, chọn kết cấu mang lực mái là dàn mái hình thang:

Chiều cao giữa dàn:

Chọn cửa mái với L=30,5m>18m, nên bề rộng cửa mái chọn Lcm=12m, hcm=4m

6 Các lớp cấu tạo mái

Bảng 3 Cấu tạo các lớp mái

tc

P

kN/m2

PkN/m2

180012002500

1.31.31.11.1

0.91.4411.7

1.171.871.11.87

Cao trình đỉnh mái nhịp biên: (không có cửa mái)

?Q=15T

α

+ Cột trục B: hv=600mm, lv=600mm, h=1200mm,

045

• Kiểm tra các điều kiện:

Do cột A, B có tiết diện chữ nhật, có cùng bề rộng b, cùng chiều dài tính toán tương

ứng với từng đoạn cột trên và cột dưới nên chỉ cần kiểm tra điều kiện

31, 31

λ ≤ λ ≤

Cho các đoạn cột trên và dưới trục A do có ht và hd nhỏ hơn so với trục B

max max(0 , 0 ) / max(5, 4;6,88) / 0, 4 17 31

Vị trí điểm đặt của Gm1, Gm2 trên đỉnh cột cách trục định vị 0.15m

2 Tĩnh tải dầm cầu trục tác dụng lên vai cột:

Theo bảng 2.5, trọng lượng bản thân dầm cầu trục có sức trục 15T

42 , G 1,1 42 46, 2 ( )

c

Trọng lượng dầm cầu trục, trọng lượng ray và lớp đệm tác dụng lên vai cột:

4 Hoạt tải mái:

Trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái theo TCVN 2737-95:

Hoạt tải mái quy về lực tập trung đặt ở đỉnh cột:

5 Hoạt tải cầu trục

y1y3

+ Lực hãm ngang Tc do 1 bánh xe cầu trục truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp móccẩu mềm

Tc=(Q+G)/40=(150+53)/40=5,08 (kN)

Lực xô ngang lớn nhất của xe con tác dụng lên 1 bên vai cột

Tmax=n.Tc.∑y i

=1,1.5,08(1+0,17+0,78)=10,9 (kN)

6 Hoạt tải gió:

Giá trị tính toán thành phần tĩnh của gió W ở độ cao Z so với mốc chuẩn được xác định theo công thức:

0

W= ×n W × ×k C

30,5m 30,5m 30,5m

-0.6 -0.6

-0.6 -0.6 -0.5 -0.4

-0.4

+0.3 -0.3

-0.6 +0.8

C

e1

-Trong đó hệ số vượt tải n=1,2

-W 0-giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực Công trình được xây dựng tại

TX.Hải Dương nằm trong vùng gió III.B có W 0 =125 daN/m2

-k- hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạng địa

hình Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn coi như hệ số k không thay đổi trong phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột và từ đỉnh cột đến đỉnh mái Trong phạm vi từ đỉnh móng đến đỉnh cột, hệ số k ứng với cao trình đỉnh cột Đ=11,65m: k=1,026trong phạm vi từ đỉnh cột đến đỉnh mái, hệ số k lấy ứng với cao trình đỉnh mái ở giữa nhịp (có cửa mái) M2=19,66m: k=1,127

-C – hệ số khí động được xác định phụ thuộc vào hình dáng bề mặt đón gió, với nhà côngnghiệp một tầng, 3 nhịp, ở giữa có cửa trời chạy suốt chiều cao nhà, nhà có tường xây kínxung quanh, hệ số khí động C được xác định dựa theo sơ đồ sau, bảng 6 của tiêu chuẩn TCVN 2737-95, như hình vẽ

-Trong các hệ số khí động tác dụng lên các phần mái thì chỉ có hệ số Ce1 chưa biết, hệ số này phụ thuộc vào góc nghiêng α của mái và tỉ lệ giữa chiều cao của đầu mái nghiêng vớinhịp nhà (H/L) với:

α=arctangi=4,870

H/L=(12,2+2,2)/91,5=0,157=> Ce1= -0,1397

Hình 6.Sơ đồ để xác định hệ số khí động

a) Tải trọng gió tác dụng lên mái được quy về thành lực tập trung W1, W2 đặt ở đỉnh

cột, một nửa đặt ở đỉnh cột trục A, một nửa tập trung ở đỉnh cột trục D

Xác định chiều cao các đoạn mái:

- chiều cao đầu dàn mái ( từ đỉnh cột đến đầu dàn mái)

cm

L L

m L

- chiều cao từ chân cửa mái đến đầu cửa mái: hm4=hcm=4m

- chiều cao từ đầu cửa mái đến đỉnh cửa mái M2:

b) Tải trọng gió tác dụng lên cột biên A và D được quy về thành tải trọng phân bố đều

theo chiều dài cột:

+) Phía gió đẩy:

( )0

10,68 ( )

IV

Ðv:KN-m 7,13

632,231

7,13 56,39

Hình 8.Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của cột trục B do tĩnh tải mái gây ra

3 Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục:

49,44

2,29

49,44 8,24

14

5,96 Ðv:KN-m

Hình 9 Biểu đồ nội lực của cột trục A do tĩnh tải dầm cầu trục gây ra

Do trục cột phần trên và cột dưới lệch nhau một đoạn a nên trọng lượng bản thân cột sẽ gây ra cho cột dưới một thành phần momen M, thành phần này sẽ làm phát sinh phản lực R ở đỉnh cột và do đó gây ra momen, lực cắt trên các tiết diện cột

31,61 31,61

31,61

648,071 697,511

Hình 11 Biểu đồ nội lực của cột trục B do tổng tĩnh tải gây ra.

6 Nội lực do hoạt tải mái:

a cột trục A:

Sơ đồ tính giống như trường hợp hoạt tải mái Gm1, do đó có thể xác định các thành phần nội lực do Pm1 gây ra, chỉ cần nhân nội lực do Gm1 gây ra với tỉ số:

Pm1/Gm1=89,21/632,231=0,141

Các thành phần nội lực tại tiết diện cột do Pm gây ra:

- trường hợp hoạt tải nhịp giữa tác dụng lên cột trục B

Pm2 gây ra tại đỉnh cột 1 thành phần momen:

Hình 13.Biểu đồ nội lực của cột trục B do hoạt tải mái P m2 gây ra

- trường hợp hoạt tải nhịp biên tác dụng lên cột trục B (Pm1)

Do Pm1 đối xứng với Pm2 qua trục cột B nên biểu đồ momen do Pm1 gây ra được lấy từ biểu đồ momen và lực cắt do Pm2 gây ra nhưng đổi dấu, thành phần lực dọc giữ nguyên:

MI= -13,42 kNm, MII = -6,96kNm, MIII= - 6,96 kNm, MIV = 8,46 kNm

Hình 14 Biểu đồ nội lực của cột trục B do hoạt tải mái Pm1 gây ra

7 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục:

a cột trục A:

Do hoạt tải đứng của cầu trục ở nhịp biên Dmax tác dụng lên vai cột trục A có điểm đặt

và phương chiều giống như tĩnh tải dầm cầu trục Gd nên nội lực được xác định bằng cách nhân các thành phần nội lực do Gd gây ra với hệ số

Dmax/ Gd=450,45/49,44= 9,11

Các thành phần nội lực tại tiết diện cột do Dmax gây ra là:

MI=0

MII=9,11.(-8,24)= -75,07(kNm)

1 bên, bên kia lấy đối xứng

Hoạt tải Dmax gây ra momen đối với cột dưới ở tiết diện sát vai cột là:

M= max

450, 45.0,75 337,84

(kNm)Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do momen vai cột gây ra:

Hình 16.Biểu đồ nội lực của cột trục B do hoạt tải đứng cầu trục nhịp giữa gây ra

Hình 17 Biểu đồ nội lực của cột trục B do hoạt tải đứng cầu trục nhịp biên gây ra

8 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục:

lực hãm ngang đặt cách đỉnh cột 1 đoạn y=Ht-Hc

)1)(

1('

3 3

2 2

2 1

3

max

t K t

t t

t K

t

T

R

−+

++

−+

Trong đó

)5.01()1

α = −

J J

K'= /

có thể hướng từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái nên phản lực

6,91( )

Các thành phần nội lực tại các tiết diện cột :

3,99 17,79

9 9

7,2

3,7 18,72

15,02

7,2

7,2

3,7 18,72

15,02

7,2

Hình 19.Biểu đồ nội lực cột trục B do lực hãm ngang của cầu trục gây ra

9 Nội lực do tải trọng gió:

a Gió thổi từ trái sang phải:

= +

q h =3,69kN/m R

R phản lực liên kết do đỉnh cột chuyển vị 1 đoạn ∆=1 đơn vị

R1,R4 được xác định theo hình vẽ sau :

3 (1 ) 3.7,39.12, 2(1 0,089.0,3)

31,88( ) 8(1 ) 8.(1 0, 089)

được xác định như sau:

5 5

14,59 10 31,88 1,39 10 ( ) 11,6( )

14,59 10 15,92 1,39 10 ( ) 4,36( )

5 5

2

14,59 10 2,72 10 ( ) 39,68( )

Cột A Cột B,C Cột D Hình 22 Biểu đồ nội lực cột trục do gió thổi từ trái sang phải gây ra

b Gió thổi từ phải sang trái:

Biểu đồ nội lực của các cột trục B, C được đổi dấu so với trường hợp gió thổi từ trái sang phải, biểu đồ nội lực của cột trục A và D được lấy đổi dấu tương ứng với biểu đồ nội lực của cột trục D và A trong trường hợp gió thổi từ trái sang phải

Cột A Cột B,C Cột D Hình 23 Biểu đồ nội lực cột trục do gió thổi từ phải sang trái gây ra

V TỔ HỢP NỘI ỰC

• Đối với 2 cầu trục thì hệ số tổ hợp là 0,85

• Đối với 4 cầu trục thì hệ số tổ hợp là 0,7

Chọn vật liệu.

Vật liệu bê tông chọn cấp độ bền B20 có: Rb=11,5(MPa); Eb=27x103(MPa)

Cốt thép dọc nhóm AII có: Rs=Rsc=280(MPa); Es=21x104(MPa)

Cốt thép đai nhóm AI có: Rs=Rsc=225(MPa); Es=21x104(MPa); Rsw=175(MPa)

Tính toán cột trục A:

1 Tính toán tiết diện phần cột trên kích thước tiết diện 400x400mm

Các cặp nội lực nguy hiểm

Kí hiệu

cặp nội

lực

MkNm

NkN

e1=M/Nmm

eamm

eomm

M1kNm

N1kN

Momen quán tính của tiết diện

72000,5 0,01 0,01 0,5 0,01 0,01.11,5 0, 205

400

b

l

R h

s b

E E

0, 40,10,1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn:

Do M và M1 trái dấu nhau và độ lệch tâm e0 thỏa mãn 0

728, 297

1, 281

,536

20

28, 2970

Chọn chiều dày lớp bảo vệ cốt thép 25mm

Khoảng cách a=35mm<40mm, a’=33mm<40mm thiên về an toàn

b) kiểm tra khả năng chịu lực với cặp nội lực II-17

* kiểm tra khả năng chịu lực:

Momen quán tính của tiết diện cốt thép:

( )(0,5 ) (942 402)(0,5.400 35) 3,66.10 ( )

s s s

Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ lệch tâm:

0 min

7200 0,5 0, 01 0, 01 0,5 0, 01 0, 01.11,5 0, 205

400

b

l

R h

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn:

Do M và M1 trái dấu nhau và độ lệch tâm e0 thỏa mãn 0

* kiểm tra khả năng chịu lực:

Momen quán tính của tiết diện cốt thép:

9000 0,5 0,01 0,01 0,5 0,01 0,01.11,5 0,16

400

b

l

R h

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn:

Vậy cột đảm bảo khả năng chịu cặp nội lực II-16.

2 Tính toán tiết diện phần cột dưới

Tính toán tiết diện phần cột dưới

Kích thước tiết diện cột dưới 400x650mm

Chiều dài tính toán lấy theo (bảng 31 TCXDVN 5574-2012) có :

N(kN)

eo1=M/

N(mm)

eo=eo1+eo’(mm)

M1(kNm)

N1(kN)

2

3

IV-13IV-17IV-18

438,67-353,431411,651

757,7911102,3471182,573

579321348

601343370

30,2330,2330,23

757,79757,79757,79

129000,5 0, 01 0,01 0,5 0,01 0,01 11,5 0,187

max( ; ) 0,528

e

e h

0,1

1

e p

δφ

++

Do M và M1 trái dấu nên

cr

N N

103200,5 0,01 0,01 0,5 0,01 0,01.11,5 0, 226

650

b

l

R h

0,925650

Tính với cặp IV-17: tính toán cốt thép As khi biết A s’ 2706 = (mm2)

Tương tự với cặp IV-17 ở vòng 1

4277

cr

N N

' ' 3

A ( ') 1102,347.10 748, 05 280 2706 (600 50)

0, 24611,5 400 600

s s o m

Vòng 3:tính toán với cặp IV-17

tính toán cốt thép As khi biết

s s o m

s s o m

Do cạnh tiết diện h=650(mm)>500 nên tại vị trí chính giữa cạnh bố trí thép dọccấu tạo

2 14φ

b Kiểm tra khả năng chịu lực của cặp nội lực IV-18

Số liệu ban đầu: M =411, 651(kNm N), =1182,573( )kN

,

1,5 d 1,5.8600 12900( )

Kiểm tra khả năng chịu lực:

+ Momen quán tính của tiết diện cốt thép:

129000,5 0, 01 0,01 0,5 0,01 0,01 11,5 0,187

4658

cr

N N

1 1-1400x400

2-2 650x400

2Ø16

3Ø20

5Ø20

2Ø14 6Ø25

Hình 24 : Bố trí cốt thép cột biên

3. Tính toán kiểm tra khả năng chịu cắt

Lực cắt lớn nhất tại chân cột được xác định từ bảng tổ hợp nội lực:

0,1 0,1.757,791.10

0,35 0,50,9.400.600

n bt

N

R bh

thỏa mãn.

suy ra: min

/ 4 250( )

mm s

2 2 , 10,18( ) 0,002 0 0, 002 400 1160 9, 28( )

s inc

25( )18( )

1000

750 650 100 2

d

h

l h

, diện tích tiết diện của các nhánh cốt

đai nằm trong mặt phẳng ngang cắt qua dải nghiêng chịu nén: w

Thỏa mãn điều kiện hạn chế.

Momen uốn tính toán của vai cột tại tiết diện tiếp giáp với mép cột dưới:

thiên về an toàn

7 kiểm tra cột khi vận chuyển, cẩu lắp:

Khi vận chuyển và cẩu lắp, cột bị uốn, tải trọng tính toán lấy bằng tải trọng bản thân với hệ số động lực

Gọi l1,l2,l3 lần lượt là khoảng cách từ đỉnh cột đến gối kê thứ nhất, khoảng cách từ giữa 2 gối kê, và từ gối kê thứ 2 đến chân cột.để xác định các đoạn l1,l2,l3 ta cho momen âm ở hai gối và momen dương ở chính giữa đoạn l2 bằng nhau,coi như g1 phân bố đều trên l1, còn g2 phân bố đều trên hết đoạn l2+l3.khi đó:

* tại gối kê 1:

Kích thước tiết diện bxh=400 400x ( )mm

* tại gối kê 2:

Kích thước tiết diện bxh=650 400x ( )mm

khi cẩu lắp, cột được lật theo phương nghiêng rồi mới cẩu, điểm đặt móc cẩu nằm tại vai cột cách mặt vai cột 200mm, chân cột tì lên mặt đất

xác định momen uốn tại các tiết diện cột:

200

g1

g2

9200 3800

400x650

3Ø20 2Ø16

400x400

Hình 26.Sơ đồ tính và mô men uốn của cột khi cẩu lắp

momen âm của phần cột trên tại vị trí tiếp giáp vai cột:

* Kích thước tiết diện: bxh=400 400x (mm)

nên tiết diện đảm bảo khả năng chịu lực

* tiết diện cột dưới

Kích thước tiết diện: bxh=400 650 × ( )mm

1 Tính toán tiết diện phần cột trên

Kích thước tiết diện : bxh=400x600 Chiều dài tính toán l0 giống cột trên trục B

Các cặp nội lực nguy hiểm

Kí hiệu

cặp nội

lực

MkNm

NkN

e1=M/Nmm

eamm

eomm

M1kNm

N1kN

72000,5 0,01 0, 01 0,5 0,01 0,01.11,5 0, 205

400

b

l

R h

s b

E E

0,31 0,1 0,1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn:

Do M và M1cùng dấu nhau và độ lệch tâm e0 thỏa mãn 0

b) Tính toán cốt thép với cặp nội lực II-16

Giả thiết hàm lượng cốt thép t

µ

= 1,1%

7200 0,5 0, 01 0, 01 0,5 0, 01 0, 01.11,5 0, 205

400

b

l

R h

Do M và M1 cùng dấu nhau và độ lệch tâm e0 thỏa mãn 0

1,171

c) Tính toán cốt thép với cặp nội lực II-17

Giả thiết hàm lượng cốt thép t

7200 0,5 0, 01 0, 01 0,5 0, 01 0, 01.11,5 0, 205

400

b

l

R h

Do M và M1 trái dấu nhau và độ lệch tâm e0 thỏa mãn 0

b

N

d) Chọn và bố trí cốt thép :

Dùng cốt thép tính từ cặp II-16 để bố trí, As=As’=942mm2

Chọn cốt thép 1 phía : 3 20φ

Chọn chiều dày lớp bảo vệ cốt thép : c1=25mm

Khoảng cách a=a’=35<40mm ; ho=h-a=600-40=560mm

Do h=600>500mm nên tại vị trí chính giữa cạnh h bố trí thép dọc cấu tạo

+ Momen lớn nhất mà tiết diện chịu được khi trên tiết diện không có lực dọc:

s s sc s 4

2

1,028 0,0000288 0,00161,028 0,0000288 52 0,0016 52 0,87

Cho chiều cao vùng chịu nén x biến thiên trong khoảng:2a ' 70 x h 600= ≤ ≤ =

trong đoạn [2a’;h] lấy các giá trị của x như sau: x0 = 2a’=70mm ; x1 = x0 + [h – 2a’]/10;

Trường hợp 2 :Với các cặp nội lực có M<0

Do cột có diện tích thép As=As’ nên các cặp giá trị được sử dụng để vẽ biểu đồ tương tác (trường hợp M<0) được lấy trái dấu với trường hợp M>0

Bảng : các giá trị được sử dụng để vẽ biểu đồ tương tác

M*(kNm

) -140 -225 -275 -311 -335 -346 -344 -259 -231 -190 -137

N (kN) 0 322 566 810 1053 1297 1541 2048 2292 253

6 2780

b) Xác định các cặp nội lực quy đổi

Trong tất cả các cặp nội lực ở tiết diện II, thành phần nội lực do tải trọng dài hạn gây ra: (Ml;N1) = (4 kNm; 1331,7kN) Do chiều dài tính toán của cột l0 lấy các giá trị khác nhau đối với từng cặp nội lực nên trong tính toán phải xét riêng từng cặp nội lực

Trường hợp 1: Các cặp nội lực có M > 0

(mm)

e0

(mm)

2 Tính toán cốt thép cột dưới

Kích thước tiết diện : bxh=400x800 Chiều dài tính toán l0 giống cột trên trục B.Các cặp nội lực nguy hiểm

Kí hiệu

cặp nội

lực

MkNm

NkN

e1=M/Nmm

eamm

eomm

M1kNm

N1kN