Thuyết minh đồ án kết cấu bê tông cốt thép 2

- Bước cột B= 6m, cao trình ray R= 8,5m- Tường bao che chịu lực 200, mái lợp bằng tôn mái tôn + xà gồ - Liên kết kết cấu mái vào cột là liên kết khớp, bằng bu lông chôn sẵn - Liên kết cử

MỤC LỤC

Phần 1: SỐ LIỆU ĐỀ BÀI 2

Phần 2: TÍNH TOÁN 3

Chương 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 3

1.1 Xác định nhịp khung ngang 3

1.2 Xác định chiều cao khung 3

1.3 Xác định kích thước tiết diện cột 5

Chương 2: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG 9

2.1 Tĩnh tải 9

2.2 Hoạt tải mái 11

2.3 Tải trọng thẳng đứng do cầu trục 12

2.4 Tải trọng do lực hãm ngang của xe cẩu 13

2.5 Tải trọng gió 14

Chương 3: XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 18

3.1 Các đặc trưng hình học của cột 18

3.2 Nội lực do tĩnh tải 19

3.3 Nội lực do hoạt tải mái 23

3.4 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục 25

3.5 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục: 27

3.6 Nội lực do tải gió 28

3.7 Tổ hợp nội lực 29

Chương 4: THIẾT KẾ CỘT 30

4.1 Chọn vật liệu 30

4.2 Tính toán cột trục A 30

4.3 Tính toán cột trục B 66

Phần 3: TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Bước cột B= 6m, cao trình ray R= 8,5m

- Tường bao che chịu lực 200, mái lợp bằng tôn (mái tôn + xà gồ)

- Liên kết kết cấu mái vào cột là liên kết khớp, bằng bu lông chôn sẵn

- Liên kết cửa mái vào kết cấu mái là liên kết hàn, thông qua bản thép chôn

sẵn

- Liên kết dầm cầu trục vào cột là liên kết khớp bằng bu lông + bản thép chôn

sẵn

- Liên kết ray vào dầm cầu trục là liên kết bu lông, đặt đều theo chiều dày liên

- kết giữa kết cấu mái và đầu cột là liên kết khớp, cầu trục chạy điện, chế độ

làm việc trung bình, cả 3 nhịp có cùng cao trình ray

Phần 2: TÍNH TOÁN Chương 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

1.1 Xác định nhịp khung ngang (nhịp nhà = L):

Sau khi chọn mặt bằng nhà và lưới cột, căn cứ vào trục định vị của cột để xácđịnh nhịp khung ngang Với nhà công nghiệp 1 tầng, trục định vị của cột talấy như sau:

- Cột biên: trục định vị phụ thuộc vào sức trục của cẩu trục Do đề bài cho sức

trục của cầu trục Q  300kN, nên trục định vị trùng với mép ngoài cột

- Cột giữa: trục định vị trùng với trục hình học của cột

+ Khoảng cách từ trục định vị đến trục dầm cầu trục của cột ta chọn sơ bộ:

- Gọi cột biên là cột A, cột giữa được gọi là cột B

1.2 Xác định chiều cao khung: để xác định ta cần số liệu cẩu trục, dầm cầu

trục, đường ray và kết cấu mái

1.2.1 Các số liệu của cẩu trục:

Các thông số cẩu trục được tra theo Cataloge với chế độ làm việc trung bìnhnhư bảng dưới đây:

Sức trục

Q

(kN)

Nhịpcầutrục

Lk (m)

Kích thước cầu trục

(mm)

Áp lực bánh xeLên ray (kN)

Trọnglượng(kN)

B K Hct B1 Ptc

max Ptc

min Xecon

Cẩutrục

0

4400

1.2.2 Dầm cầu trục:

Với bước cột bằng 6m sức trục ở cả hai nhịp lần lượt Q1 = 150kN, Q2 =100kN, chọn dầm cầu trục hình chữ T có kích thước tiết diện như nhau ở cả 3nhịp và có các số liệu sau:

Kích thước dầm cầu trục Trọng lượng

tiêu chuẩn dầm

Gc c(kN)

Chiều

cao Hc

(mm)

Bề rộngsườn b(mm)

Bề rộngcánh b’f(mm)

Chiều cao cánhh’f (mm)

1.2.4.2 Nhịp L 2 =18m

- Chiều cao giữa dàn hg= (1/7÷1/9)L2= 2m÷2,57m, chọn hg= 2,5m

- Chiều cao đầu dàn hđ= hg-i×(L2/2)=2,5-1/10 x (18/2)= 1,6m với i=1/10

- Trọng lượng tiêu chuẩn của dàn Gtc

1.3 Xác định kích thước tiết diện cột: kích thước tiết diện cột trong mọi

trường hợp cần đảm bảo độ mảnh cả hai phương, với tiết diện chữ nhật, độ mảnh:b 25,h 35với b là bề rộng tiết diện, h là chiều cao tiết diện

- Các kích thước chiều cao cột:

(Lấy theo bảng 31 của TCVN 5574 – 2012)

+ Phần cột trên, theo phương ngang, khi kể đến tải trọng cầu trục:

max max( 0 / ; 0 / ) max(8,93 / 0, 4;13,74 / 0,6) 22,9 35

+ Do cột ngàm vào móng phải thỏa mãn: a3≥hd nên lấy theo tiết diện cột trục

B, chọn a3=800mm – giống nhau cho cả hai cột trục A và B

- Trọng lượng bản thân hệ giằng, chọn sơ bộ có:

g = 0,4kN/m2, n = 1,1

- Tổng tải trọng tính toán là 0,66kN/m2

- Trọng lượng dàn mái (nhịp biên) là 81kN

- Trọng lượng dàn mái (nhịp giữa) là 66kN

Diện tích truyền tải mái vào cột

2.1.2 Tĩnh tải dầm cầu trục và rây:

- Theo bảng 4.2 trọng lượng bản thân dầm cầu trục:

(theo TCXD 2737 - 1995, khi trị số hoạt tải tiêu chuẩn nhỏ hơn 200daN/m 2 ,

hệ số vượt tải n lấy bằng 1,3)

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

2.3 Tải trọng thẳng đứng của cầu trục:

- Các thông số cầu trục đã được xác định ở bảng “SỐ LIỆU CẦU TRỤC’’

- Áp lực thẳng đứng lớn nhất do hai cầu trục cạnh nhau truyền lên một bên vaicột được xát định theo đường ảnh hưởng của phản lực: Dmax = nPmaxy i

y1 = 1 ;

2

2 1

6000 (950 950)

0,683 6000

y

y y

6000 4400

0, 267 6000

y

y y

1,6

y1 = 1 ;

2

2 1

6000 (950 950)

0,683 6000

y

y y

6000 4400

0, 267 6000

y

y y

ta có dạng địa hình B, nội suy theo bảng 5 (TCVN 2737 - 1995)

Z=Đ=10,95m, ta được: k=1,015

Z=M2=15,45m, ta được: k=1,084

C là hệ số khí động, được xác định phụ thuộc vào hình dáng bề mặt đón gió,

- 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  của cửa mái và tỉ lệ giữa chiều

cao của đầu mái với nhịp nhà:

với:  = acrtan(i) = 5,710, H/L = (10,95+1,6)/21 = 0,6 => Ce1 = -0,5653

- Xác định chiều cao của các đoạn mái:

+ Chiều cao đầu dàn mái (từ đỉnh cột đến đầu dàn mái)

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

đỉnh cột một nữa tập trung ở cột A, một nữa tập trung ở cột D

+ Ta có:

1,015 1,084

1,052

- Tải trọng gió tác dụng lên cột trục B và D được quy về thành tải trọng phân

bố đều theo chiều dài cột

+ Phía gió đẩy:

Chương 3: XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

Với nhà 3 nhịp, cao trình đỉnh cột bằng nhau, khi tính toán với tải trọng đứng

và lực hãm của cầu trục được phép bỏ qua chuyển vị ngang ở đỉnh cột, tính

các cột độc lập Khi tính với tải trọng gió phải kể đến chuyển vị ngang đỉnh

cột Dựa vào phần mềm SAP2000, ta có được nội lực tại các tiết diện của cột

3.2 Nội lực do tĩnh tải gây ra:

Biểu đồ nội lực của trục A do trọng lượng bản thân cột gây ra

3.2.1.4 Tổng nội lực do tĩnh tải gây ra:

M (kNm) N (kN) Q (kN)

4,307

6,702 5,274

0,033

86,13 0,671

101,84 151,04

206,57

Biểu đồ nội lực của cột trục A do tổng tĩnh tải gây ra

3.2.2 Cột trục B:

3.2.2.1 Tĩnh tải mái:

177,32 0,108

0,373 0,759

0,478

M (kNm) N (kN) Q (kN)

Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của cột trục B do tĩnh tải dầm cầu trục gây ra

3.2.2.3 Trọng lượng bản thân cột:

M (kNm) N (kN) Q (kN)

23,56

104,78

Biểu đồ nội lực của trục B do trọng lượng bản thân cột gây ra

3.2.2.4 Tổng nội lực do tĩnh tải gây ra:

0,759

0,373

0,478 380,5

200,88 299,28 177,32 0,108

M (kNm) N (kN) Q (kN)

Biểu đồ nội lực cột trục B do tổng tĩnh tải gây ra

3.3 Nội lực do hoạt tải mái gây ra:

3.3.1 Cột trục A:

Biểu đồ nội lực của cột trục B do hoạt tải mái P m1 gây ra

3.4 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục gây ra:

3.4.1 Cột trục A:

19,697

70,319 108,262

3.4.2.1 Nhịp giữa:

268,13

22,822

81,475 119,623

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

3.5 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục:

3.5.1 Cột trục A:

Q (kN)

19,134 14,779

19,539

4,355 7,445

11,122

2,567 4,853

M (kNm)

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

nhất, giá trị của hoạt tải này được lấy toàn bộ Trong tổ hợp cơ bản 2 bao gồmtĩnh tải và ít nhất hai trường hợp hoạt tải, giá trị của các hoạt tải trong tổ hợpnày được nhân với hệ số 0,9 Trong tổ hợp cơ bản 1 và nếu có hoạt tải cầutrục thì giá trị của hoạt này được nhân thêm với hệ số tổ hợp cầu trục (trong tổhợp có cộng cột 7,8 hoặc 9,10) thì hệ số tổ hợp cầu trục là 0,85 (với chế độlàm việc trung bình), nếu kể đến tác dụng đồng thời của bốn cầu trục (trong tổhợp có cộng cột 7,8,9,10) thì hệ số tổ hợp cầu trục là 0,7

Chương 4: THIẾT KẾ CỘT

- Tỷ số modul đàn hồi:

210000

7,78 27000

s b

E E

- Do cấu kiện cột lắp ghép được chế tạo trong nhà máy, khi đổ bê tông cột ở

tư thế nằm ngang nên hệ số điều kiện làm việc của vật liệu bê tông cột b  1.Các thông số:   0, 758; R  0, 623; R  0, 429

4.2 Tính toán cột trục A:

4.2.1 Tính toán tiết diện phần cột trên:

- Kích thước tiết diện: b x h = 400 mm x 400 mm

Bảng các cặp nội lực nguy hiểm

Ký hiệu

cặp nội

lực

MkNm

NkN

l

M e N



mm

eamm

eomm

- Chiều cao làm việc của tiết diện: ho = h – a = 400 – 40 = 360 mm

- Xét ảnh hưởng của uốn dọc:

7140

18 8 400

o

l h

cần kể đến ảnh hưởng củauốn dọc và tính N để xác định 

- Moment quán tính của tiết diện: 3 400 4003 9 4

400 680

o

e

l

R h

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn: do M và Ml cùng

dấu dấu, hệ số φl được xác định:

3 3

sc s m

=> Kích thước tiết diện cột đã chọn là hợp lý

+ Hàm lượng cốt thép t chênh lệch với hàm lượng cốt thép giả thiết khôngđáng kể do đó không cần giả thiết lại

+ Cốt thép vùng kéo phía phải cột chọn: 3 18 cóA s'  763 746  mm2

+ Với cốt thép dọc như trên chọn chiều dày lớp bảo vệ cốt thép: c1=25(mm).+ Khoảng cách: a = 34 < 40mm, a’ = 33 < 40mm  thiên về an toàn

4.2.1.2 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:

 

3 3

Vậy cột đảm bảo khả năng chịu lực với cặp nội lực II – 17

4.2.1.3 Kiểm tra khả năng chịu lực với cặp nội lực II – 16

M = 2,448 kNm, N = 123,932 kN, Ml = -6,702 kNm, Nl = 101,84 kN,

As’ = 4,02 (cm2), As = 7,63 (cm2), a = 34(mm), a’ = 33(mm), ho = 400 – 34

=366 mm

- Chiều dài tính toán: l o  2,5 H2  2,5 3,57 8,925    m  8925mm Lấy theoTCVN 5574 – 2012, trong trường hợp không có tải trọng cầu trục.

Kiểm tra khả năng chịu lực:

- Momen quán tính của tiết diện cốt thép:

400 33

o

e

l

R h

- Hệ số ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn: do M và Ml trái dấu nhau và

độ lệch tâm eo thõa mãn: eo = 33mm < 0,1h = 40mm nên:

- Độ lệch tâm có kể đến ảnh hưởng của uốn dọc: e o  1,039 33 34   mm

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

4.2.1.4 Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

Vì đoạn cột trên trục A có tiết diện vuông, kích thước tiết diện bxh = 400 mm

x 400 mm, nên độ mảnh theo phương mặt phẳng uốn Trong tính toán ở phầncột trên, cột đảm bảo khả năng chịu cặp nội lực có N Nmax ( cặp II – 15 ),nên theo phương ngoài mặt phẳng uốn cột cũng đảm bảo khả năng chịu lực

4.2.1.5 Vẽ biểu đồ tương tác cột trên:

Để xác định khả năng chịu lực và từ đó có thể kiểm tra khả năng chịu các cặpnội lực xác định bất kì, tiến hành tính toán và vẽ biểu đồ tương tác cho tiếtdiện đã tính toán ở trên

Xác định khả năng chịu lực:

Trường hợp 1: khả năng chịu các cặp nội lực có M > 0

- Các số liệu ban đầu:

As’ = 4,02 (cm2); As = 7,63 (cm2); a = 33(mm); a’ = 34(mm);

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

' 4

280 763 280 402

21,97 2 ' 66 11,5 400

8925

115 1,028 0,0000288 0,0016 1,028 0,0000288 78 0,0016 78 0, 73

400 400 (763 402) 158835 ( ) 0,73 (11,5 158835 280 (402 763)) 1572 10 1572

- Cho chiều cao vùng nén x biến thiên trong khoảng: 2 'a  x h

- Trong đoạn 2 ,a h'  lấy các giá trị của x như sau:

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

- Các số liệu ban đầu:

- Khi x biến thiên trong khoảng: 2a'  66  x R o h  228mm, với mỗi giá trị của x tính được một cặp ( M*, N ) theo nén lệch tâm lớn:

- Để xác định xem cột có đảm bảo khả năng chịu lực của một cặp nội lực nào

đó hay không, phải tiến hành tính toán và vẽ trên cùng một biểu đồ với cùngmột tỷ lệ các cặp giá trị nội lực xảy ra trong tiết diện cột Để đơn giản, tínhtoán và so sánh các cặp ( M*, N ) thay cho cặp ( M, N )

- Với cặp nội lực ( M, N ) ở một tiết diện tương ứng với một cặp ( Ml, Nl ).

Cốt thép cột được xác định là cốt thép vùng kéo hay vùng nén tùy thuộc vàochiều của moment

- Tại tiết diện II của cột trục A, cặp nội lực do tải trọng dài hạn:

+ Xác định hệ số kể đến ảnh hưởng của độ lệch tâm:

min 0,5 0,01 0,01 ; ; max ; min

0,11

0,1 0,1

+ Hệ số ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn: do M và Ml cùng dấu, hệ

số φl được xác định:

0,5 1

4,72

II-16 2,44

8

123,932

- Với mỗi cặp nội lực, tính toán như trình tư như trong tình hợp 1 Riêng hệ số

ϕl trong trường hợp M và Ml trái dấu được xác định theo TCVN 5574 – 2012 + Khi e o 0,1h lấy: ϕl = 1

kNm kN mm mm kN kNmII-14 -79,035 101,84 7140 789 1,97 0,15

Biểu đồ tương tác của tiết diện cột trên trục A

Kết luận:

Khả năng chịu lực của cột được xác định như hình trên Các cặp nội lực trêntiết diện đều nằm phía trong miền chịu lực của cấu kiện, như vậy cột đảm bảokhả năng chịu tất cả các cặp nội lực nguy hiểm có thể xảy ra

4.2.2 Tính toán tiết diện phần cột dưới

- Kích thước tiết diện: b x h = 400 mm x 600 mm

- Với cặp nội lực trong tổ hợp có xét đến thành phần hoạt tải cầu trục, chiều dài tính toán của cột được xác định: l o  1,5 H1  1,5 7880 11820   mm

- Với cặp nội lực trong tổ hợp không xét đến thành phần hoạt tải cầu trục:

NkN

l

M e N



mm

eamm

eomm

Ml

kNm

Nl

kNIV-13 178,347 206,57 863 20 883 -0,033 206,57IV-17 -170,896 510,158 335 20 355 -0,033 206,57IV-18 140,918 532,25 265 20 285 -0,033 206,57

- Xét ảnh hưởng của uốn dọc:

11820

20 8 600

o

l h

cần kể đến ảnh hưởng củauốn dọc và tính Ncr để xác định 

- Moment quán tính của tiết diện: 3 400 6003 9 4

600 883

o

e

l

R h

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn: do M và Ml trái dấu

nhau và độ lệch tâm eo thỏa mãn:e o  883mm  0,1h 60mm nên: l  1

1 1

1,12 206,57

206,57 10

45 11,5 400

206,57 10 1239 550 50

1090( )

280 550 50

a S

=> Kích thước tiết diện đã chọn là hợp lý

- Hàm lượng cốt thép t chênh lệch so với hàm lượng cốt thép đã giả thiết không đáng kể, do đó không cần giả thiết lại

Tính với cặp IV – 17:

- Tính toán cốt thép As khi biết A’s = 1090 mm2

- Chiều dài tính toán: l o  1, 2  H 1, 2 11,45 13,74    m  13740mm Lấy theoTCVN 5574 – 2012, trong trường hợp không có tải trọng cầu trục

0,95%

- Xét ảnh hưởng của uốn dọc:

13740

23 8 600

o

l h

cần kể đến ảnh hưởng củauốn dọc và tính Ncr để xác định 

- Moment quán tính của tiết diện: 3 400 6003 9 4

600 355

o

e

l

R h

1 1

1, 27 510,158

2

510,158 10 701 280 1090 550 50

0,147 11,5 400 550

510,158 10 701 550 50

732( )

280 550 50

a S

- Tính toán cốt thép As khi biết A’s = 732 mm2

- Tương tự như tính toán với cặp IV – 13 ở vòng một:

a’ = 50 mm

- Chiều cao làm việc của tiết diện: ho = h – a = 600 – 50 = 550 mm

- Xét ảnh hưởng của uốn dọc:

600

o

l h

cần kể đến ảnh hưởng củauốn dọc và tính Ncr để xác định 

- Moment quán tính của tiết diện: 3 400 6003 9 4

600 883

o

e

l

R h

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn: do M và Ml trái dấu

nhau và độ lệch tâm eo thỏa mãn: e o  883 0,1  h 60mm nên: l  1( TCVN

1 1

1,08 206,57

2

206,57 10 1204 280 732 550 50

0,11 11,5 400 550

206,57 10 1204 550 50

1039( )

280 550 50

a S

- Tính toán cốt thép As khi biết A’s = 1039 mm2

- Tính toán tương tự như tính toán với cặp IV – 15 ở vòng 1: η = 1,27,

510,158 10 701 550 50

732( )

280 550 50

a S

206,57 10 1204 550 50

1038( )

280 550 50

a S

- Chọn cốt thép vùng nén (bên phải): 418, có A’s = 1018 (mm2)

- Chọn cốt thép vùng kéo (bên trái): 318, có As = 760 (mm2)

- Xác định được các khoảng cách thực tế: a = 39 < 50 (mm); a’ = 39 < 50(mm)  thiên về an toàn.

- Khoảng cách thông thủy giữa hai thanh cốt dọc trong vùng kéo; t0 = 86(mm)  thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo

- Do cạnh tiết diện h = 600 (mm) > 500 mm nên tại vị trí chính giữa cạnh h bốtrí thép dọc cấu tạo 2Φ14

4.2.2.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của cặp nội lực IV – 18:

- Các số liệu ban đầu: M = 140,918 kNm; N = 532,25 kN; e0 = 239; Ml = 0,033 kNm; Nl = 206,57 kN; As = 760 (mm2); As’ = 1018 (mm2); a = 39mm; a’ = 39 mm; ho = 600 – 39 = 561 mm

Chiều dài tính toán: l o  1,5 H1  1,5 7,88 11,82    m  11820mm

(Do cặp IV-18 có kể đến tải trọng cầu trục)

600 285

o

e

l

R h