ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP 2

III-Đối với tổ hợp cơ bản 1: Để xác định cặp thứ nhất , lấy nội lực do tĩnh tải rồi cộng với nội lực của một hoạt tải có giá trị mômen dương lớn nhất trong số các mômen do hoạt tải.. Để

Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa , rộng 8 m , cao 3 m.

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

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

- Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12 cm

- Lớp bê tông chống thấm dày 4 cm

- Panel mái là dạng panel sườn , kích thước 6 x3 m, cao 40 cm

Tổng chiều dày các lớp mái : t = 5 + 12 + 4 + 40 = 61 cm

1.2 Chọn dầm cầu trục

Với nhịp cầu trục 6 m, sức trục 10 t, chọn dầm cầu trục theo thiết kế có Hc = 800 ; b =

V = R – ( Hr + Hc )

R – Cao trình ray đã cho R = 8,5 m

Hr - Chiều cao ray và các lớp đệm, Hr = 0,15 m

Hc - Chiều cao dầm cầu trục, Hc = 0,8 m

V =8,5 – ( 0,15 + 0,8) = 7,55 m

Cao trình đỉnh cột:

D = R + Hct + a1

Hct - Chiều cao cầu trục ,tra bảng 2 phụ lục 1 với sức trục 10 t có Hct = 1,9 m

a1 - Khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dưới kết cấu mang lực mái, chọn a1 = 0,15

m, đảm bảo a1 > 0,1cm

D = 8,5 + 1,9 + 0,15 = 10,55 m

Cao trình đỉnh mái:

M = D + h + hcm + t

h - Chiều cao kết cấu mang lực mái, h = 3 m

hcm - Chiều cao kết cấu cửa mái , hcm = 3 m

t - Tổng chiều dày các lớp mái , t = 0,61 m

Cao trình đỉnh mái ở nhịp giữa có cửa mái :

M2 = 10,55 + 3 + 3 + 0,61 = 17,16 m

1.4 Kích thước cột.

Chiều dài phần cột trên: Ht = D – V = 10,55 – 7,55 = 3 m

Chiều dài phần cột dưới : Hd = V + a2 = 7,55 + 0,5 = 8,05 m

a2 – Là khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng, chọn a2 = 0,5 m

Kích thước tiết diện cột chọn như sau:

Chiều rộng b của cột thường lấy 1 1 1 1 8,05

λ = = = × = ≤ , và thống nhất cho toàn bộ phần cột trên & cột

m

Kích thước vai cột chọn sơ bộ hv = 40 cm, khoảng cách từ trục định vị đến mép vai là 100

cm đối,góc nghiêng 45o

Hình 3 Kích thước vai cột

1 5 cm, γ = 1800 kG/mHai lớp gạch lá nem kể cả vữa dày3 0,05x1800 90 1,3 117

2 Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt, dày12 cm, γ = 1200kG/m3

2.2 Tĩnh tải do dầm cầu trục.

Gd = Gc + a.gr

Gc - Trọng lượng bản thân dầm cầu trục là 3,3 T

g - Trọng lượng ray và các lớp đệm, lấy 150 kG/m

Gd = 1,1x( 3,3 + 6.0,15 ) = 4,62 T

Tải trọng Gd dặt cách trục định vị 0,75 m

2.3 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột

- Tải trọng bản thân cột do sap2000 tính

- Tường xây gạch là tường tự mang nên trọng lượng bản thân của nó không gây ra nội lực cho khung.

2.4 Hoạt tải mái

Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn phân bố đều trên một mét vuông mặt bằng mái lấy 75kG/m2, n = 1,3 Hoạt tải này đưa về thành lực tập trung Pm

Áp lực tiêu chuẩn lớn nhất lên mỗi bánh xe cầu trục:

Pmaxc = 13,5 T

Pminc = 3,5 T

Hệ số vượt tải theo TCVN 2737 – 1995, n = 1,1

Áp lực thẳng đứng lớn nhất do hai cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax xácđịnh theo đường ảnh hưởng phản lực như hình vẽ

2.5.2 Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con.

Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp móc mềmxác định theo công thức:

2.6 Hoạt tải gió.

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng của công trình

là : W = n Wo.k.C,

Trong đó:

wo là áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào phân vùng gió (địa điểm xây dựng)

Theo TCVN 2737 – 1995 thì Thanh Hóa thuộc vùng IV – B nên áp lực gió Wo tra bảng

Hình dáng mái và hệ số khí động ở từng đoạn mái tra bảng theo phần phụ lục II và

TCVN 2737 – 95 , lấy theo sơ đồ như hình 5 :

Hình 5 Sơ đồ xác định hệ số khí động trên mái

3 Xác định nội lực.

Dùng chương trình SAP 2000 để tính ra nội lực của khung Nhà hai nhịp đều nhau, máicứng Khi khai báo đặc trưng tiết diện trong sap ta coi phần xà ngang có độ cứng EJ = ∞.

- Hoạt tải mái (HTM): hoạt tải mái có thể có ở nhịp một hay nhịp hai

HTM ( HTM1, HTM2)

HTM1

HTDCT3

HTDCT4

- Hoạt tải ngang do lực hãm của cầu trục khi hoạt động tác dụng lên cột, cao trình điểmđặt lực 5,45+1,4 = 6,85 m tương tự như hoạt tải đứng cầu trục thì hoạt tải ngang cầu trụccũng có 4 trường hợp tải trọng : HTNCT1, HTNCT2, HTNCT3, HTNCT4

HTNCT1

GP

3.3 Chạy ra kết quả nội lực.

3.3.1 Nội lực do tĩnh tải.

3.3.2 Nội lực do hoạt tải mái.

a: HTM1

b: HTM2.

3.3.3 Nội lực do hoạt tải đứng cầu trục.

a; HTĐCT1.

b; HTĐCT2.

c; HTĐCT3.

d; HTĐCT4.

b; HTNCT2.

d; HTNCT4.

b; GP.

3.4 Tổ hợp nội lực.

Sau khi đã có được nội lực tại các tiết diện do các trường hợp tải trọng gây ra Ta cầntiến hành tổ hợp tất cả các loại nội lực đó lại để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất có thể xuấthiện trong từng tiết diện của mỗi cột Theo tiêu chuẩn về tải trọng TCVN2737-95 ta tiến

hành tổ hợp theo hai tổ hợp như sau: Tổ hợp cơ bản 1(gồm TT + một HT) và tổ hợp cơ bản

2 (gồm TT + nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9).

Kết quả tổ hợp được lập như trong bảng

Trong mỗi tổ hợp xét đến ba cặp nội lực nguy hiểm:

- Cặp mômen dương lớn nhất và lực dọc tương ứng (Mmax;Ntư)

- Cặp mômen âm nhỏ nhất và lực dọc tương ứng (Mmin;Ntư)

- Cặp lực dọc lớn nhất và mômen tương ứng (Nmax;Mtư )

Ở các tiết diện IV,II,III chỉ cần tìm mômen và lực dọc Riêng ở tiết diện I (tiết diện chân cột) thì xác định thêm giá trị lực cắt Q để có số liệu tính toán móng sau này Trong đó,

tiết diện I-I tại chân cột, tiết diện II-II tại mặt trên vai cột nhưng thuộc cột dưới,tiết diện III tại mặt trên vai cột nhưng thuộc cột trên, tiết diện IV-IV tại đỉnh cột

III-Đối với tổ hợp cơ bản 1:

Để xác định cặp thứ nhất , lấy nội lực do tĩnh tải rồi cộng với nội lực của một hoạt tải

có giá trị mômen dương lớn nhất trong số các mômen do hoạt tải

Để xác định cặp thứ hai , lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực của một hoạt tải có giátrị mô men âm nhỏ nhất

Để xác định cặp thứ ba, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực của một hoạt tải có lựcdọc lớn nhất

Đối với tổ hợp cơ bản 2:

Để xác định cặp thứ nhất,lấy nội lực do tĩnh tải rồi cộng với mọi nội lực do hoạt tải cógiá trị mômen dương

Để xác định cặp thứ hai, lấy nội lực do tĩnh tải rồi cộng với mọi nội lực do hoạt tải cógiá trị mômen âm

Để xác định cặp thứ ba, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải gây ra

- Khi tổ hợp nếu xét nội lực của cả bốn cầu trục, tức là lấy nội lực của Dmax và Tmax cảbên trái và bên phải cột thì phải nhân với hệ số tổ hợp nth = 0,7 đối với cầu trục có chệ độlàm việc nhẹ và trung bình,nth = 0,8 đối với cấu trục có chế độ làm việc nặng Nếu xét tácdụng của hai cầu trục thì phải nhân với hệ số tổ hợp nth = 0,85 đối với cầu trục có chế độlàm việc nhẹ và trung bình , nth = 0,95 đối với cầu trục có chệ độ làm việc nặng

Lấy hệ số làm việc của bê tông γb2= 1

Tra phụ lục 8 sách kết cấu bê tông cốt thép ta có:

Lấy hệ số làm việc của bê tông γb2= 1

Tra phụ lục 8 sách kết cấu bê tông cốt thép ta có:

Chiều dài tính toán l o =2,5H t =2,5.3 7,5= m

Kích thước tiết diện b=50cm h; =40cm

h

l h

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra 3 cặp nghi ngờ là nguy hiểm ghi ở bảng 3

Ưu tiên chọn cặp nội lực như sau: Cặp có Trị tuyệt đối momen lớn nhất, cặp có Lựcdọc lớn nhất và cặp có độ lệch tâm lớn nhất

với cặp 1 và 3

a ,Tính toán với cặp 1

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc; tạm giả thiết µ =t 1,1%

Momen quán tính của tiết diện cột trên: 3 50.403 4

l

R h

e m h

1

e p

S

δϕ

l l l

s b

M N y E

N

−

Tính theo trường hợp lệch tâm lớn

Chọn x=10cm<ξR o h =0,563.36 20, 27= cm để tận dụng hết khả năng làm việc của

s s

φφ



b, Kiểm tra với cặp 2

Kiểm tra khả năng chịu lực của cặp 2 cho cốt thép:

l

R h

e m h

0,1

1

e p

S

δϕ

 

Vậy cốt thép đủ khả năng chịu lực

c, Kiểm tra với cặp 3

Kiểm tra khả năng chịu lực của cặp 3 trái dấu với cặp 1 cho cốt thép:

l

R h

e m h

0,1

1

e p

S

δϕ

N N

Vậy cốt thép đủ khả năng chịu lực.

c , Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

Vì tiết diện cột vuông độ mảnh theo phương ngoài mặt phẳng uốn không lớn hơn

độ mảnh theo phương trong mặt phẳng uốn và khi tính kiểm tra đã dùng cặp nội lực 3

là cặp có Nmax nên không cần kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

Kiểm tra về bố trí cốt thép Chọn lớp bảo vệ dày 2,5cm, có thể tính gần đúng

2,5 0,5.2 3,5

a= + = cm,trị số h o =40 3,5 36,5− = cm lớn hơn trị số dung để tính toán là

36cm,như vậy là an toàn

Khoảng cách giữa các cốt thép ở phía đặt 4 20φ là (40 2,5.2 4.2 4 9,35cm− − ) =thỏa mãn các quy định về cấu tạo

Chiều dài tính toán: l o =1,5H d =1,5.8,05 12,075= m

Kích thước tiết diện cột b=50cm h; =70cm

Vì các cặp nội lực cùng dấu nhau nên ta không cần tính vòng, ở đây dùng cặp 1

để tính thép cả As và As’ sau đó kiểm tra với 2 cặp còn lại

a ,Tính toán với cặp 1.

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc; tạm giả thiết µ =t 1,6%

Momen quán tính của tiết diện cột trên: 3 50.703 4

l

R h

e m h

1

e p

S

δϕ

+

cr o

N N

Tính theo trường hợp lệch tâm lớn

Chọn x=20cm<ξR o h =0,563.64 36= cm để tận dụng hết khả năng làm việc của bê

s s

φφ



b, Kiểm tra với cặp 2.

Dùng cặp 2 có nội lực trái dấu với cặp 1 kiểm tra cho cho cốt thép

2, 79.10 58, 06.0,5.70

l l l

M N y

cr o

N N

s s sc s b

Vậy cốt thép đủ khả năng chịu lực

c, Kiểm tra với cặp 3

l l l

Hệ số xét đến độ lệch tâm

0,370,10,1

1

e p

7213510,5 1,137.26, 2 35 6 58, 79

cr o

N N

s s sc s b

ảm bảo khả năng chịu lực của cặp trên.

- Cốt dọc cấu tạo: ở phần cột dưới có h>50cm nên ở giữa cạnh đó cần có cốt dọccấu tạo, khoảng cách giữa các cốt dọc theo phương cạnh h là:

1 1

mÆt c¾t 2-2 mÆt c¾t 3-3 mÆt c¾t 1-1

Vậy cột đủ khả năng chịu lực theo phương ngoài mặt phẳng uốn.

III Tính toán cột trục A theo các điều kiện khác

1 Kiểm tra theo khả năng chịu cắt

Ở phần cột dưới lực cắt lớn nhất xác định được từ bảng tổ hợp nội lực

ax 11, 4

m

1 .bt o 0,6.1, 05.50.64 20,16

k R b h = = T thỏa mãn điều kiện Q k R bh< 1 bt o Bê tông đủ

khả năng chịu cắt cốt đai đặt theo cấu tạo:

-Đường kính φ8, đảm bảo lớn hơn 0,25φmax(φ28)

-Khoảng cách cốt đai chọn là 30cm, đảm bảo không lớn hơn 15φmin(φ22)

Hệ số tăng cường độ được xác định 3 31200

1,15 2780

t cb

cb

F m

3.10 2 32cm+ = đảm bảo khoảng đặt lưới không dưới đoạn quy định đối với thép có gờ

Kích thước và sơ đồ tính cốt thép trong vai cột thể hiện trên hình 16

Chiều cao làm việc h o =70 4 66− = cm, bề dài vai Lv= 35cm, có

K R bh P

F

Ft Fcb

Hình 17 Sơ đồ tính toán ép mặt trên vai cột

4 Kiểm tra cột khi chuyên chở,cẩu lắp

Khi vận chuyển, cẩu lắp cột bị uốn ,tải trọng lấy bằng trọng lượng bản thân nhânvới hệ số động lực 1,5

Đoạn cột trên : g1 = 1,5.0,5.0,4.2,5 = 0,75 T/m

Đoạn cột dưới: g2 = 1,5.0,5.0,7.2,5 = 1,3125 T/m

Xét các trường hợp bốc xếp, treo buộc chọn ra hai sơ đồ ở hình 18.a

Và 18.b

a, Khi vận chuyển ( hình 18.a )

Cột được đặt theo phương ngang kê tự do lên 2 gối tựa hoặc được treo bằng 2móc Vị trí các gối của cột được chọn trên cơ sở mô men uốn của cột ở 2 gối bằnghoặc xấp xỉ nhau Gọi l l l1; ;2 3 là các điểm lần lượt từ đầu cột đến gối tựa thứ nhất,khoảng cách 2 gôi, từ gối thứ 3 tới chân cột

Để tính toán l l l1; ;2 3 có thể tính toán gần đúng bằng cách cho môn men âm ở 2gối ( M1, M3 ) và mô men tại chính giữa đoạn l2 ( M2 ) bằng nhau, coi g1 phân bố đềutrên l1, g2 phân bố đều trên l l2; 3

36,552,3

Lật cột nằm theo phương nghiêng rồi mới cẩu điểm cẩu đặt tại vai cột, cách núttrên một đoạn 4m Chân cột tì lên đất

Momen lớn nhất ở phần cột trên, chỗ tiếp giáp với vai cột

Hình 18 Sơ đồ tính toán cột trục A khi vận chuyển (a) và cẩu lắp(b)

III Tính toán tiết diện cột trục B

Cột trục B có hình dáng bên ngoài đối xứng và nội lực theo hai chiều tương ứngxấp xỉ nhau nên đặt cốt thép đối xứng là hợp lý và thuận tiện nhất

1 Phần cột trên

Để tính lực dọc tới hạn, giả thiết µ =t 1%

Momen quán tính của tiết diện cột trên: 3 50.603 4

e h

l

R h

e m h

1

e p

S

δϕ

++

l l l

s b

M N y E

Chiều cao vùng chịu nén

e

h

l

R h

e m h

0,1

1

e p

S

δϕ

Vậy cột đủ khả năng chịu lực

2 Phần cột dưới

Chiều dài tính toán l o =1207,5cm

Kích thước tiết diện b=50cm h; =80cm

Giả thiết a a= =' 5cm; h o =80 5 75− = cm; Z a =75 5 70− = cm

Độ mảnh 1207,5 15,09 8

80

o h

l h

Nội lực được chọn từ bảng tổ hợp nội lực và được ghi chi tiết vào bảng 6

Bảng 6 Nội lực nguy hiểm ở phần cột dưới cột trục B

N(T)

eo1=M/N(m) eo=eo1+e(m) ’o (Tm)Ml (T)Nl

Để tính lực dọc tới hạn, giả thiết µ =t 1,1%

Momen quán tính của tiết diện cột dưới 3 50.803 4

Hệ số xét đến độ lệch tâm

0,750,10,1

1

e p

18698020,5 1,083.60, 27 40 5 100, 25

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

1 . 1 1 109,34.0,5.80 1,689

l l l

19149250,5 1,089.48,17 40 5 87, 47

cr o

N N

Vậy cột đủ khả năng chịu lực

- Để bố trí cốt thép được tiết kiệm ta tính thêm tiết diện II-II

Chọn cặp nội lực II-II 17 để tính toán :

M= 31,8 Tm , N = -128,9 T , Ml = 0 Tm , Nl= -101,3 T

Với cặp này chọn As=As’=12,32 cm2(2Ф28)

27,34

0,3480

0,11

0,1 0,350,34

1

18533720,5 1,075.27,34 40 5 64, 4

l l l

Như vậy chỉ cần kéo suốt 2φ28 ở tiết diện I-I lên là thỏa mãn,còn 2φ28 thì cắt

ở quãng giữa cột giống như ở phần dưới cột biên

Cốt dọc cấu tạo dùng 2φ12 cho cả cột trên và cột dưới, thỏa mãn khoảngcách giữa các cốt dọc S d =(h o −a' 2) =(75 5 2 35 − ) = cm< 40cm và diện tích tiết diện

thanh cấu tạo 2 12;φ A s =2,62cm2 >0,0005bS d =0,0005.50.35 0,875= cm2 Bố trí cốt dọc

của cột như hình 19

3 3

mÆt c¾t 2-2 mÆt c¾t 3-3 mÆt c¾t 1-1

Tra bảng ta có → =ϕ 0,78

Diện tích tiết diện: A b =60.50 3000= cm2

Diện tích cốt thép: A s =2.15, 2 30, 4= cm2(không kể đến cốt dọc cấu tạo)

Tính toán kiểm tra theo công thức: N ≤ϕ(R A b b+R A sc s)

Với N =N max =103,1Tlấy ở cặp nội lực III-19

cm b

Diện tích tiết diện: A b =50.80 4000= cm2

Diện tích cốt thép: A st =2.24,63 49, 26= cm2(không kể đến cốt dọc cấu tạo)

Tính toán kiểm tra theo công thức: N ≤ϕ(R A b b+R A sc s)

Với N =N max =156,8T lấy ở cặp nội lực I-19

(R A b b R A sc s) 0,963.(14,5.4000.10 3650.49, 26.10 ) 709,88T

Vậy phần cột dưới đủ khả năng chịu lực theo phương ngoài mặt phẳng uốn

III Tính toán cột trục B theo các điều kiện khác

1 Kiểm tra theo khả năng chịu cắt

Fcb

Hình 20 Sơ đồ kiểm tra nén cục bộ và gia cố lưới thép đầu cột

2 Tính toán vai cột

Tính toán ép mặt hoàn toàn giống như đối với vai cột trục A

Kích thước và sơ đồ tính cốt thép trong vai thể hiện trên hình 21

Chiều cao làm việc h o =110 4 106− = cm; lực tác dụng lên vai P=33,58T

Kiểm tra kích thước vai cột theo các điều kiện sau:

( ) ( )

K R bh P

I m

Và h=110cm<2,5a V =2,5.45 112,5= cm nên trong vai cột dùng cốt xiên và cốt

đai ngang.Cốt đai chọn φ8, khoảng cách 15cm, thỏa mãn không quá h 4 30= cm

Diện tích cốt xiên cắt qua nửa trên đoạn Lx không bé hơn

Hình 22 Sơ đồ tính toán ép mặt trên vai cột

3.Kiểm tra cột khi chuyên chở cẩu lắp

Tiến hành tính toán tương tự như đối với cột trục A

Theo cả hai sơ đồ tương tự như hình 23 của cột trục A, cột đều đủ khả năng chịu lực

Hình 23 Sơ đồ tính toán cột trục B khi vận chuyển (a) và cẩu lắp (b)