ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II - TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG LẮP GHÉP

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II - TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG LẮP GHÉP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP II

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG LẮP

GHÉP Số liệu cho trước (Số liệu 47 ):

Nhà công nghiệp một tầng ba nhịp lắp ghép, có

Nhịp 1 L1 = 24 m

Nhịp 2 L2 = 21 m

- Chế độ làm việc trung bình, Cả 2 nhịp có cùng cao trình ray R= 7,5 m, ở

mỗi nhịp có cầu trục chạy điện, sức trục Q1=20/5T , Q2=20/5T

- Bước cột a = 6m

- Chiều dài khối nhiệt độ là 60 m, Tường bao che tự chịu lực.

- Mái lợp bằng panel (bề rộng tấm mái 1.5m) lợp trên độ dốc mái i=1/10

Liên kết giữa kết cấu đở mái và đầu cột là liên kết khớp

- Khu vực xây dựng công trình thuộc địa hình B, gió vùng III

- Vật liệu: Bê tông mác 250, thép nhóm CI ; CII

I/ LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CẤU KIỆN:

1 Chọn kết cấu mái:

Với nhịp L1 = 24 m, có thể chọn kết cấu dàn bê tông cốt thép dạng hìnhthang, độ dốc các thanh cánh thượng là 1/10

9

1 7

1 ( ).

9

1 7

1

=> Chọn H = 3m (lấy cho cả hai loại nhịp).

2

24 10

1 3 2

i H

- Khoảng cách giữa các mắt ở thanh cánh thượng là 3m

- Khoảng cách giữa các mắt ở thanh cánh hạ là 6m

- Chọn cửa mái đặt ở 3 nhịp: cao 2.1m rộng 12m.

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

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

- Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12 cm

- Lớp bêtông chống thấm dày 4 cm

- Panel mái là dạng panel sườn, kích thước 6x1,5m, cao

2 Chọn dầm cầu trục:

Với nhịp cầu trục 6m, sức trục 20/5T, chọn dầm cầu trục

theo thiết kế định hình có: - Chiều cao Hdct =1000 mm

- Bề rộng sườn b = 200 mm

- Bề rộng cánh bc = 570 mm

- Chiều cao cánh hc =120 mm

- Trọng lượng 4,2T.

* Kích thước cầu trục:

Chế độ làm việc của cầu trục Trung Bình

Tra bảng với nhịp cầu trục Lk và sức trục Q = 20/5 T ta có

B = 6300 mm, K= 4400 mm, Hct = 2400 mm B1 = 260 mm

Áp lực bánh xe lên ray:

Tra bảng với nhịp cầu trục Lk và sức trục Q = 20/5 T ta có

mm

Áp lực bánh xe lên ray:

3 Xác định các kích thước chiều cao của nhà:

Lấy cao trình nền nhà tương ứng với cốt ' : 3 16



a

khác

- Cao trình vai cột: V R (H r  H dct)

R : cao trình ray đã cho: R=7.5m

Hr : chiều cao ray và các lớp đệm lấy Hr = 0.15m

Hdct : chiều cao dầm cầu trục Hdct = 1m

=> V R (H r H dct)  7 5  ( 0 15  1 )  6 35m

- Cao trình đỉnh cột: D R H  cta1

H ct - chiều cao cầu trục, với chế độ làm việc trung bình sức trục 20/5Ttra bảng ta có H ct  2 4m

chọn a1  0 , 15m, đảm bảo a1  0 , 1m.

=> D = 7.5+2.4+0.15=10.05m

- Cao trình đỉnh mái: M Dhh cm t

h: chiều cao kết cấu mang lực mái, h =3m

h cm: chiều cao cửa mái h cm  2 1m

t: tổng chiều dày các lớp mái t  0 , 51m

=> M =10.05+3+2.1+0.51=15.66m

4 Kích thước cột:

- Chiều cao phần cột trên: H t D V  10 05  6 35  3 7m

- Chiều cao phần cột dưới: H d Va2  6 35  0 65  7m

a2 khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng, chọn a 2 0,65m

* Kích thước tiết diện cột chọn như sau:

a) Cột biên:

- Bề rộng b chọn theo thiết kế định hình, thống nhất cho toàn bộ phần cột

trên và cột dưới, chọn b = 40 cm Thỏa mãn điều kiện:

4 0

- Bề rộng b chọn theo thiết kế định hình, thống nhất cho toàn bộ phần cột

trên và cột dưới, chọn b = 40 cm Thỏa mãn điều kiện:

25 5 17 4

* Kích thước vai cột chọn sơ bộ :

hVï = 600 mm, khoảng cách từ trục định vị đến mép vai là 100cm, góc

Hình dáng, kích thước mặt cắt ngang và một số chi tiết như hình vẽ

± 0.000

12000

II/ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG:

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dàn mái:

Tra bảng 1.2.1 sách “Khung bê tông cốt thép” của Trịnh Kim Đạm

 Với nhịp L1 = 24m tải trọng bản thân là 9,6T, hệ số vượt tải n =1,1

G11  9 , 6  1 , 1  10 , 56T

Với nhịp L2 = 21m tải trọng bản thân là 8,4T, hệ số vượt tải n =1,1

G12  8 , 4  1 , 1  9 , 24T

- Trọng lượng khung cửa mái:

Với chiều rộng 12m, cao 2,1m lấy 2,8 T; n =1,1

G2  2 , 8  1 , 1  3 , 1T

- Trọng lượng kính và khung cửa kính lấy 500 Kg/m, với n =1,2

- Các lực G m1,G m2 đặt cách trục định vị 0,15m.

2 Tĩnh tải do dầm cầu trục:

Tải trọng Gdct đặt cách trục định vị 0,75m

3 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột:

Tải trọng này theo kích thước cấu tạo cho từng phần cột

- Cột biên có:

Phần cột trên: G t  0 , 4  0 , 4  3 , 7  2 , 5  1 , 1  1 , 63T

2

1 6 , 0 4 , 0 7 6 , 0 4 , 0



- Cột giữa có:

Phần cột trên: G t  0 , 4  0 , 6  3 , 7  2 , 5  1 , 1  2 , 44T

2

2 , 1 6 , 0 4 , 0 2 7 8 , 0 4 , 0



- Tường xây gạch là tường tự chịu lực nên trọng lượng bản thân của nókhông gây ra nội lực cho khung

4 Hoạt tải mái:

Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn phân bố đều trên 1m vuông mặt bằng mái

lấy Pm=75Kg/m2, n =1,3 Hoạt tải này đưa về lực tập trung Pm đặt ở đầu cột

Nhịp biên: P m1  0 , 5 np m aL1 0 , 5  1 , 3  0 , 075  6  24  7 , 02T

Nhịp giữa: P m2  0 , 5 np m aL2  0 , 5  1 , 3  0 , 075  6  21  6 , 14T

Vị trí từng Pm đặt trùng với vị trí từng Gm

5 Hoạt tải cầu trục:

a) Hoạt tải đứng do cầu trục:

- Với số liệu cầu trục đã cho Q = 20/5 T

+ Nhịp biên:

Nhịp cầu trục L k L1  2   24  2  0 , 75  22 , 5m Chế độ làm việc trung bìnhtra phụ lục ta có các số liệu về cầu trục như sau:

Bề rộng cầu trục B = 6,3m

Khoảng cách hai bánh xe K = 4,4m.

Trọng lượng xe con G = 8,5T.

Aùp lực tiêu chuẩn lớn nhất lên mỗi bánh xe cầu trục Pmax = 22 T

+ Nhịp giữa:

Nhịp cầu trục L k L2  2   21  2  0 , 75  19 , 5m Chế độ làm việc trung bìnhtra phụ lục ta có các số liệu về cầu trục như sau:

Bề rộng cầu trục B = 6,3 m

Khoảng cách hai bánh xe K = 4,4 m.

Trọng lượng xe con G = 8,5 T.

Aùp lực tiêu chuẩn lớn nhất lên mỗi bánh xe cầu trục Pmax = 21 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 và có mộtbánh xe đặt tại tâm vai cột và dầm chữ T truyền lên vai cột Dmax xác định theođường ảnh hưởng phản lực như hình sau:

- Các điểm đặt của Dmax trùng với điểm đặt của Gdct

b) Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con:

- Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợpmóc mềm được xác định theo công thức sau:

Với chế độ làm việc trung bình:

20 2

5 , 8 20 20 2

6 Hoạt tải gió:

* Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứngcủa công trình là: W nW okC

Trong đó:

o

với số liệu đã cho vùng II-B tra bảng 1 phụ lục II có W o  95KG/m2

k : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc vàodạng địa hình, tra bảng 2 phụ lục II, ở đâýap dụng dạng địa hình B Hệ số kxác định tương ứng ở hai mức:

- Mức đỉnh cột, cao trình +10,05 m có k = 1

- Mức đỉnh mái, cao trình +15,66 m có k = 1,09

C : Hệ số khí động, C = +0,8 đối với phía đón gió và phía khuất gió có:

69

05 , 10

n : Hệ số vượt tải, n = 1,2

* Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang từ đỉnh cột trở xuống lấy là phânbố đều

pWanW o kCa

- Phía đón gió: P d  1 , 2  0 , 095  1  0 , 8  6  0 , 547T /m

- Phía khuất gió: P h  1 , 2  0 , 095  1  0 , 4  6  0 , 27T /m

* Phần tải trọng tác dụng lên đỉnh mái, từ đỉnh cột trở lên đưa về lực tậptrung đặt ở đầu cột S1, S2 với k lấy trị số trung bình k  0 , 5 ( 1  1 , 09 )  1 , 045

* Hình dáng mái và hệ số khí động lấy theo hình sau :

T

203 , 3 ) 8 , 1 4 , 0 6 , 0 5 , 0 1 , 2 55 ,

III XÁC ĐỊNH NỘI LỰC:

Nhà công nghiệp có mái cứng, cao trình đỉnh mái, đỉnh cột bằng nhau khitính với tải trọng đứng và lực hãm của cầu trục được phép bỏ qua chuyển vịngang ở đỉnh cột, và tính với các cột độc lập Khi tính với tải trọng gió phải kểđến tải trọng ngang ở đỉnh cột

1 Các đặc trưng hình học:

* Cột trục A:

m

- Tiết diện phần cột trên b 40cm; h t  40cm

phần cột dưới b 40cm; h d  60cm

7 , 3

1 ) 0 , 098

213333 (

346 , 0 ) 1

*.Cột trục B:

m

- Tiết diện phần cột trên b 40cm; h t  60cm

phần cột dưới b  40cm; h d  80cm

7 , 3

346 , 0 ) 1

* Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải G m1 như hình sau :

- Lực G m1 gây ra mômen ở đỉnh cột là:

Tm e

G

- Độ lệch trục giữa phần cột trên và cột dưới là:

a (h d  h t) / 2  ( 0 , 6  0 , 4 ) / 2  0 , 1m

Vì a nằm cùng phía với e t so với cột trục dưới

nên phản lực đầu cột:

R = R 1 +R 2

- Tính R1 với M = -2,76Tm:

T k

H

t k M

) 098 0 1 ( 7 , 10 2

) 346 , 0 / 098 , 0 1 (

3 76 , 2 )

t M

) 098 0 1 ( 7 , 10 2

) 346 , 0 1 (

3 521 , 5 ) 1 (

2

) 1 (

* Xác định nội lực trong các tiết diện cột:

* Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái G m1 và G m2 như hình sau :

- Khi đưa G m1 và G m2về đặt ở trục cột ta được lực:

H

t k

M

) 057 0 1 ( 7 , 10 2

) 346 , 0 / 057 , 0 1 (

3 938 , 0 )

IV

I

II III

IV

B

R

Biểu đồ mômen như hình sau :

A

1,051 1,474

t M

) 098 0 1 ( 7 , 10 2

) 346 , 0 1 (

525 , 2 3 ) 1 (

2

) 1 (



IV

4 Tổng nội lực do tĩnh tải:

Cộng đại số nội lực ở các trường hợp đã tính ở trên cho từng tiết diện của từng

cột được kết quả trên hình sau trong đó lực dọc N được cộng thêm trọng lượng bản

thân cột đã tính ở phần trên

64,42

55,21

117,83 106,61

125,18 104,17

- Sơ đồ tính giống như khi tính với G m1 , nội

lực xác định bằng cách nhân giá trị nội lực do

1

m

G gây ra với tỷ số: 0 , 127

21 , 55

02 , 7

- Biểu đồ mômen như hình sau :

- Mô men và lực cắt trong cột do mô men này gây ra được xác định bằng

938 , 0

053 , 1

- Nội lực trong các tiết diện cột:

- Mô men và lực cắt trong cột do mô men này gây ra được xác định bằng

938 , 0

921 , 0

- Nội lực trong các tiết diện cột:

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

a) Cột trục A:

- Sơ đồ tính giống như khi tính với tĩnh tải dầm cầu trục G dct , nội lực xác định bằng cách nhân nội lực do G dct gây ra với tỷ số:

41 , 8 61

, 5

19 , 47

- Biểu đồ mômen như hình sau :

0,15

P m2 I

II III

IV

I

II III

A

8,839 12,396

4,323R

t M

) 057 0 1 ( 7 , 10 2

) 346 , 0 1 (

788 , 33 3 ) 1 (

.

2

) 1

* Lực Dmax1 gây ra mômen đối với phần cột dưới đặt ở vai cột phía bên trái:

- Sơ đồ tính giống như khi tính với hoạt tải đặt bên phải nội lực xác định

05 , 45

19 , 47

2 max

1 max

- Phản lực đầu cột: R 3 , 95  (  1 , 048 )  4 , 14T

- Nội lực trong các tiết diện cột:

I

II III

IV B

7 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục:

7 , 3

7 , 2

R T k t





 1

) 1 (

max

a) Cột trục A:

098 0 1

) 346 , 0 1 (

52 , 1







 0



I

M

444 , 2 7 , 2 905

'



a

F

829 ,

1 1

52 , 1 7

, 3 905

) 346 , 0 1 (

52 , 1







 0



I

M

538 , 2 7 , 2 94

- Biểu đồ mômen như hình vẽ

8 Nội lực tải trọng gió:

- Với tải trọng gió phải tính với sơ đồ toàn khung có chuyển vị ngang ởđỉnh cột Giả thiết xà ngang cứng vô cùng và vì các đỉnh cột có cùng mức nên

I

II III

IV

I

II III

2,102

R g R1 R4 S1 S2

Khi gió thổi từ trái sang phải thì R1vàR4 xác định theo sơ sau :

T k

t k P

) 098 , 0 1 (

8

) 346 , 0 098 , 0 1 (

7 , 10 547 , 0 3 )

1 (

8

) 1 (

d

547 , 0

27 , 0 067 , 2

H

t k J

E r

) 098 , 0 1 (

1070

720000

3 )

1 (

) 1 (

3

3 3

E k

H r

) 057 , 0 1 (

1070 )

1

3 3

E r

r

r 2 ( 1  2)  2  ( 0 , 00161  0 00395 )  0 , 0112

E E

r

0112 ,

0

457 ,

E r

R

R A  1  1   2 , 067  0 , 00161 844,375 0 , 708

T E

E r

R

R D  4  4   1 , 02  0 , 00161 844,375  0 , 339

T E

E r

1,125 23,737

0,708

D

3,102 19,083

0,339

B

12,34 35,685 3,335

B C

IV/ TỔ HỢP NỘI LỰC:

V/ CHỌN VẬT LIỆU:

- Mác bêtông 250 có :

VI/ TÍNH TIẾT DIỆN CỘT TRỤC A:

1 Phần cột trên:

- Chiều dài tính toán: l0  2 , 5 H t  2 , 5  370  925 cm

- Kích thước tiết diện bxh = 40 x 40 cm

- Giả thiết chọn aa  4 cm, h o  40  4  36cm

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra ba cặp nghi ngờ là nguy hiểm nhất ghi ởbảng sau:

M

(Tm) (T)N

N M

1,28-10,798-10,66

58,8458,8465,158

0,02180,18820,1775

0,03680,20160,1786

0,1550,1550,155

58,8458,8458,84

- Độ lệch tâm tính toán :

a) Tính với cặp 3:

M=-10,66Tm ; N= 65,158T ; Mdh=0,155 Tm ; Ndh= 58,84 T

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết t  1 , 6 %

- Tính mômen quán tính của tiết diện:

M Q

4 2

- Với cặp 3 có e0 /h 17 , 86 / 40  0 , 447

- Tính K dh trong đó M dh ngược chiều với M nên lấy dấu âm

) 04 , 0 4 , 0 5 , 0 (

158 , 65 66 10

) 04 , 0 4 , 0 5 , 0 (

84 , 58 155 , 0 1 ) 5 , 0 (

) 5 , 0 (

a h N

11 , 0 1 , 0 ) / 1 , 0 /(

301 , 0 925

4 , 6

.

4

,

2 0

a a b b th

K

S l

N

 191294 KG

517 , 1 191294 /

65158 1

1 /



- Trị số lệch tâm giới hạn:

65 , 11 ) 36 58 , 0 40 25 , 1 ( 4 , 0 ) 25

, 1 ( 4 ,

h e

- Tính F  a với A o  0 , 412

2 2

' 0 '

2 0 0

) 4 36 (

2600

36 40 110 412 , 0 09 , 43 65158 )

.(

.

cm a

h R

h b R A e N

51 , 5 0

' '

' 0

2600

65158 36

40 110 58 , 0

.

cm F

R

R R

N h b R

% 2 , 1 012 , 0 36 40

78 , 15

78 , 15 51 , 5 0

chọn cốt thép:

- Bên phải: F a : 2  25  2  22 ( 17 , 42 cm2 )

- Bên trái: a ( 6 , 03 cm )

b) Kiểm tra với cặp 1:

M=1,28Tm ; N= 58,84 ; M dh =0,155 Tm ; N dh = 58,84 T

- Vì cặp 1 có mô men trái dấu với cặp 3 là cặp tính

thép nên với cặp 1 có:

2 '

6003 )

4 40 5 , 0 (

45 , 23 ) 5 , 0 ).(

84 , 58 28 , 1

) 04 , 0 4 , 0 5 , 0 (

84 , 58 155 , 0 1 ) 5 , 0 (

) 5 , 0 (

a h N

11 , 0 1 , 0 ) / 1 , 0 /(

673 , 0 925

4 , 6

.

4

,

2 0

a a b b th

K

S l

N

 261484 KG

29 , 1 261484 /

58840 1

1 /



e  e0  0 , 5 h a 1 , 29  3 , 68  0 , 5  40  4  20 , 747 cm

- Xác định x theo công thức:

cm b

R

F R F R

N

x

n

a a a

40 110

42 , 17 2600 03

, 6 2600 58480

Vì e'  0 nên điều kiện trên thỏa mãn

c) Kiểm tra với cặp 2:

2 '

5888 )

4 40 5 , 0 (

45 , 23 ) 5 , 0 ).(

1 , 307

) 04 , 0 4 , 0 5 , 0 (

84 , 58 798 , 10

) 04 , 0 4 , 0 5 , 0 (

84 , 58 155 , 0 1 ) 5 , 0 (

) 5 , 0 (

a h N

11 , 0 1 , 0 ) / 1 , 0 /(

282 , 0 925

4 , 6

.

4

,

2 0

a a b b th

K

S l

N

 183798 KG

471 , 1 183798 /

58840 1

1 /



e  e0 0 , 5 h a  1 , 471  20 , 16  0 , 5  40  4  45 , 65 cm

- Xác định x theo công thức:

cm b

R

F R F R

N

x

n

a a a

40 110

03 , 6 2600 42

, 17 2600 58480

KGcm

2803688 )

4 36 (

03 , 6 2600 )

2 , 20 5 , 0 36 (

2 , 20

d) Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn:

- Vì tiết diện vuông, độ mãnh theo phương ngoài mặt phẳng uốn không lớnhơn độ mãnh theo phương trong mặt phẳng uốn và khi tính toán đã dùng cặpnội lực 3 có Nmax nên không cần kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳnguốn

- Kiểm tra về bố trí cốt thép:

+ Chọn lớp bảo vệ dày 2,5cm => a 2 , 5  0 , 5  2 , 5  3 , 75 cm

 h0  40  3 , 75  36 , 25 cm lớn hơn h 0 dùng để tính toán h0  36 cm

=> Như vậy thiên về an toàn

- Khoảng cách cốt thép ở phía đặt 2Þ25+2Þ22 là:

3

2 2 , 2 2 5 , 2 2 5 , 2 40

=> Thỏa mãn các quy định về cấu tạo

2 Phần cột dưới:

- Chiều dài tính toán: l0  1 , 5 H d  1 , 5  700  1050 cm

- Kích thước tiết diện b 40 cm ; h 60 cm

- Giả thiết chọn aa  4 cm, h o  60  4  56cm

- Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra hai cặp nghi ngờ là nguy hiểm nhất ghi ởbảng sau:

M

(Tm) (T)N

N M

26,408-19,70222,987

64,42100,52106,838

0,40990,1960,2152

0,43990,2260,2452

2,6752,6752,675

64,4264,4264,42

- Độ lệch tâm tính toán :

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết t  1 , 3 %

- Tính mômen quán tính của tiết diện:

J b bh3 / 12  40  60 3 / 12  720000 cm4

- Tính mômen quán tính của tiết diện cốt thép:

4 2

2

0 ( 0 , 5 ) 0 , 013 40 56 ( 0 , 5 60 4 ) 19685

- Với cặp 2 có e0/h 24 , 52 / 60  0 , 409

- Tính K dh trong đó M dh ngược chiều với M nên lấy dấu âm

) 04 , 0 6 , 0 5 , 0 (

838 , 106 987 , 22

) 04 , 0 6 , 0 5 , 0 (

42 , 64 675 , 2 1 ) 5 , 0 (

) 5 , 0 (

a h N

11 , 0 1 , 0 ) / 1 , 0 /(

316 , 0 1050

4 , 6

.

4

,

2 0

a a b b th

K

S l

N

KG

485233



282 , 1 485233 /

106838 1

1 /



 e0  1 , 282  24 , 52  31 , 43 cm

- Trị số lệch tâm giới hạn:

008 , 17 ) 56 58 , 0 60 25 , 1 ( 4 , 0 ) 25

, 1 ( 4 ,

h e