thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột : Tải trọng này tính theo kích thước cấu tạo cho từng cột... Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con : Lực hãm ngang do hai bánh xe truyền lên dầm cầu

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP II

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

I SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:

-Nhà công nghiệp 1 tầng,lắp ghép,3 nhịp đều nhau, cửa mái đặt tại nhịp giữa -Mỗi nhịp có 2 cầu trục chạy điện

K : Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục

Hct : Khoảng cách từ đỉnh ray đến mặt trên của xe con

B1 : Khoảng cách từ trục ray đến mút của cầu trục

ct : Trọng lượng của toàn bộ cầu trục

2.4 Chọn kết cấu mang lực mái :

Với nhịp L = 23,5m , chọn kết cấu mang lực mái là dàn mái hình thang

+ Chiều cao giữa dàn :

Cấu tạo dàn mái

+ Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa rộng 12m , cao 4m

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

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

-Lớp bêtông nhẹ cách nhiệt dày 12cm

-Lớp bêtông chống thấm dày 4cm

-Panen mái là dạng panen sườn kích thước 6x1,5m,cao 30cm

Tổng chiều dày lớp mái :

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

2.5 Đường ray :

Chọn ray giống nhau cho cả 2 nhip có hr = 15cm Trọng lượng riêng tiêu chuẩn trên 1m dài của ray và các lớp đệm : gc

2.7 Xác định chiều cao của khung :

Lấy cao trình nền nhà tương ứng với cốt ±0,00 để xác định các kích thước khác

+Cao trình vai cột : V = R – ( hr + Hc )

R : cao trình ray đã cho R = 8 m ;

hr : Chiều cao ray và các lớp đệm hr = 0,15 m

Hc : Chiều cao dầm cầu trục hc = 1 m

V = 8 – (0,15 + 1 ) = 6,85 m

Hct : Chiều cao cầu trục với sức trục 50kN có Hct = 1,65m

a1 : khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dưới kết cấu mang lực mái Chọn a1 = 0,15m

D = 8 + 1,65 + 0,15 = 9,8m

h : chiều cao kết cấu mang lực mái h = 3,2m;

hcm : chiều cao cửa mái hcm = 4m;

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

- Cao trình mái ở nhịp biên không có cửa mái

M1 = 9,8 + 3,2 + 0,51 = 13,51 m

- Cao trình đỉnh mái ở nhịp thứ hai có cửa mái

M2 = 9,8 + 3,2 + 4 + 0,51 = 17,51 m

2.8 Kích thước tiết diện cột :

Chiều dài phần cột trên : Ht = D – V = 9,8 – 6,85 = 2,95m

Chiều dài phần cột dưới : Hd = V + a2 = 6,85 + 0,5= 7,35 m (a2=0,5m)

Chiều dài toàn cột : H= Ht + Hd = 2,95+7,35= 10,3 m

Chiều dài tính toán của các đoạn cột giống nhau cho cả trục A và B

+ Kiểm tra với cột biên :

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

Tổng chiều dài của cột:

Do đoạn cột ngàm vào móng phải thỏa man đoạn a3 >= hd lên lấy theo tiết diện cột trục B chọn a3 = 0,8 m- chung cho cả hai cột trục A và B

Tổng chiều dài cột H = H + a = 10,3+ 0,8 = 11,1 m

1 1

2 2

1-1

3 3

2-2

3-3

4 4

* kiểm tra các điều kiện :

Do cột A va B có tiết diện chữ nhật, cùng bề rộng b, cung chiều dài tính toán tương ứng với từng đoạn cột trên và cột dưới nên chỉ cần kiểm tra điều kiện b l0 35

-Trọng lượng khung cửa mái rộng 12m , cao 4m lấy 28 KN ; n = 1,1

3 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột :

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

Cột biên có :

Phần cột trên : Gt =n×b×h ×H ×γ=1,1×0,4×0,4×2,95×25=12,98 kNt t

Phần cột dưới: Gd = ( v)

h+hn× b×h ×H +b× ×l ×γ

Tường xây gạch là tường chịu lực nên trọng lượng bản thân của nó không gây

ra nội lực cho khung

4 Hoạt tải mái :

Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn phân bố đều trên một mét vuông mặt bằng mái lấy

Pmc =0,75 KN/m2 , n = 1,3 Hoạt tải này đưa thành lực tập trung Pm đặt ở đầu cột

Pm = 0,5 n Pmc a L = 0,5 1,3 0,75 6 24,5 = 71,67 KN

Vị trí từng Pm đặt trùng với vị trí của từng Gm

5 Hoạt tải cầu trục :

a Hoạt tải đứng do cầu trục :

các thông số của cầu trục

1 i

tc

x = n Ptc

x

ma ( y1 + y2 + y3 )

6500 5000

Điểm đặt của Dmax trùng với điểm đặc của Gd

b Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con :

Lực hãm ngang do hai bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường

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

hưởng như đối với Dmax :

6 Hoạt tải do gió:

+Tải trọng gió tác dụng mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng của công trình là :

W = n W0 K C

Theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 thì vùng I-A nên W0 tra bảng là 0,65 KN/m2

Tuy nhiên đối với vùng anh hưởng của bão gió là yếu thì vùng I-A được giảm 0,1

kN/m2 Vậy W0 = 0,55 kN/m2

K : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc vào dạng địa

hình Ở đây áp dụng địa hình A ; hệ số K xác định tương ứng ở hai mức :

- Mức đỉnh cột , cao trình +9,8 m có K = 1,1756

- Mức đỉnh mái , cao trình +17,51m có K = 1,2651

C : hệ số khí động, xác định theo sơ đồ 16 bảng 6 của TCVN2737-95 :

C = + 0,8 về phía gió đẩy

C = - 0,4 đối với phía gió hút

+Hình dáng mái và hệ số khí động ở từng đoạn mái tham khảo trong phần

phụ lục II và TCVN 2737-1995 , lấy theo sơ đồ hình dưới :

+Xác định chiều cao của các đoạn mái :

-Chiều cao đầu dàn mái : hm1= hđ+t =2,1+0,51= 2,61 m

-Chiều cao từ đầu dàn mái đến đỉnh mái M1: hm2 = hg-hđ = 3,2-2,1 = 1,1 m

-Chiều cao từ đầu dàn mái đến chân cửa mái :

hm3=(hg-hđ)

L Lcm -

L 2

=(hg-hđ).L-Lcm

L =(3,2-2,1).24,5-1224,5 = 0,56 m

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

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

1 Các đặc trưng hình học của cột

Ht = 2,95 m ; Hd = 7,35 m ; H = 10,3 m

+Cột trục A :

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

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

- Mômen quán tính :

Jt = 3 213333 4

12

40 40

K = t3 ( d

t

J -1)

J = 0,2863 ( 1 )

213333

720000 − = 0,0555

+Cột trục B :

Tiết diện phần cột trên b = 40cm ; ht = 60cm

Tiết diện phần cột dưới b = 40cm ; hd = 80cm

- Mômen quán tính :

Jt = 3 720000 4

12

60 40

A

150 50

Chiều của nội lực

2 Nội lực do tĩnh tải mái

-24,85

-43,86 5,83

Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1 và Gm2

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

Gd 750 450

I I

Sơ đồ tính và biểu đồ mômen ở cột giữa do tĩnh tải mái

3 Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục :

a Cột trục A :

Sơ đồ tính với tĩnh tải dầm cầu trục Gd

-Lực Gd gây ra mômen đối với trục cột dưới , đặt tại vai cột

-Nội lực trong các tiết diện cột

0,75 0,75 -9,28

Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục

4 nội lực do trọng lượng bản thân cột.

Nhận xét: thành phần mô men và lưc cắt do trọng lượng bản thân cột gây ra là rất

bé, trong tính toán có thể bỏ qua phần này

M= - Gt a = -12,98.0.1 = 1,3 kN.m

R=

3M(1-t ) = 3.1,3.(1-0,286 ) = 0,1642H(1+K) 2.10,3.(1+0,055)

-24,85

-28,31 -3,45

25

496,97

509,95 565,12

Sơ đồ giống như khi tính với Gm1 , nội lực do Pm1 gây ra xác định bằng cách

nhân nội lực do Gm1 với tỷ số : Pm1 / Gm1 = 71,67 / 496,97 = 0,144

-3,58

- 6,31 0,84

Nội lực do hoạt tải mái

a) ở cột biên ; b) ở bên trái cột giữa ; c) ở bên phải cột giữa

Trường hợp Dmax đặt ở bên trái thì các giá trị mômen và lực cắt ở trên sẽ có dấu ngược lại

79,94

Q= 20,24 48,77

Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục

a ) Khi Dmax đặt ở cột trục A ; b ) Khi Dmax đặt ở bên trái cột trục B ;

c ) Khi Dmax đặt ở bên phải cột trục B

7 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục:

Lực Tmax cách đỉnh cột một đoạn y = 2,95 – 1= 1,95 m, có

t

y α=

H = 1,95 / 2,95 = 0,661

Lực xô ngang tác dụng lên cột B có thể do cầu trục ở nhịp biên hoặc nhịp giữa,

thành phần lực xô ngang lớn nhất ở 2 nhịp như nhau nên chỉ cần tính cho 1 bên :

IV

Sơ đồ tính và nội lực do lực hãm ngang của cầu trục

a) khi Tmax đặt ở cột trục A ; b) Khi Tmax đặt ở cột trục B

8 Nội lực do tải trọng gió :

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

vị ngang như nhau Ở đây dùng phương pháp chuyển vị để tính Hệ chỉ có một ẩn

số Δ là chuyển vị ngang ở đỉnh cột

Hệ cơ bản tính khung với tải trọng gió

Biểu đồ nội lực do gió thổi từ trái sang phải

Trường hợp gió thổi từ phải sang trái thì biểu đồ nội lực được đổi ngược lại

-0,05

-140,98 -58,67

-204,86 -113,6

-12,37

D B,C

A

Biểu đồ nội lực do gió thổi từ phải sang trái

V Tổ hợp nội lực :

Nội lực trong các tiết diện cột được sắp xếp và tổ hợp lại trong bảng

Trong bảng ngoài giá trị nội lực còn ghi rõ số thứ tự của cột mà nội lực được chọn

để đưa vào tổ hợp Tại các tiết diện I, II , III chỉ đưa vào giá trị tổ hợp M và N, ở

tiết diện IV còn đưa thêm lực cắt Q , cần dùng khi tính móng Trong tổ hợp cơ

bản 1 chỉ đưa vào 1 loại hoạt tải ngắn hạn Trong tổ hợp cơ bản 2 đưa vào ít nhất

2 loại hoạt tải ngắn hạn với hệ số tổ hợp 0,9 Ngoài ra , theo điều 5.16 của TCVN

2737 – 1995 Khi xét tác dụng của hai cầu trục (trong tổ hợp có cột 7;8 hoặc 9;10)

thì nội lực của nó nhân với hệ số 0,95; còn khi xét tác dụng của bốn cầu trục

(trong tổ hợp có cả cột 7;8 và 9;10) thì nội lực của nó phải nhân với hệ số 0,8

VI.Tính cốt thép

Chọn vật liệu

- Cấp độ bền bêtông B15 ( Rb = 8,5 MPa ; Eb = 27 103 MPa)

- Cốt thép dọc dùng thép nhóm C-II ( Rs = Rsc = 280 MPa ; Es = 21 104 MPa )

Với bêtông B20 , thép nhóm C-II các giá trị ξR = 0,65 ; αR = 0,439

A Tính tiết diện cột trục A

1 Phần cột trên :

Kích thước tiết diện b = 40cm , h = 40cm

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra ba cặp nghi ngờ là nguy hiểm

N( KN )

e1 = M/N ( mm )

ea

( mm )

574,35509,95574,35

58877

13 13 13

18 101 90

-3,45-3,45-3,45

509,95509,95509,95

Độ lệch tâm tính toán :

Vì hai cặp nội lực trái dấu nhau có trị số mômen chênh nhau quá lớn và trị số

mômen dương lại rất bé nên ta không cần tính vòng , ở đây dùng cặp 3 để tính

thép cả As và As’ sau đó kiểm tra với cặp 1 và 2

a Tính với cặp 3 : II-18

Các số liệu ban đầu :

M= - 44,14 KN.m ; N=574,35 KN ; Ml= - 3,45 KN.m ; Nl= 509,95 KN

Chiều dài tính toán : l0= 2Ht =2.295= 590 cm

Tính toán cốt thép dọc :

Giả sử : a = a’= 4cm , h0= h-a = 40- 4 = 36 cm

λh = l 0 590

h 40 >8 => xét ảnh hưởng của uốn dọc

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết μt = 0,8%

Mômen quán tính của tiết diện cốt thép, Is :

δ 0,1+0,2670,1+

φ

Ncr= b s

s 2

δ 0,1+0,2670,1+

φ

Ncr= b s

s 2

x =

= 150 mm

Nhận thấy : 2a’= 66 < x < ξR.h0 = 238,5 => Cột nén lệch tâm lớn

Kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện

Ne ≤ [Ne]gh = Rb.b.x(h0-0,5x) + Rsc.A’s(h0-a’)

Ne = 509,95.0.292=148,9 kN.m

[Ne]gh=8,5.103.0,4.0,15(0,367 –0,5.0,15)+280.103.4,02.10-4(0,367 – 0.033) = 186,5 kN.m > Ne

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

c Kiểm tra với cặp II-16 :

M= - -2,65 KN.m ; N=574,35 KN ; Ml= - 3,45 KN.m ; Nl= 509,95 KN

AS : 2Ф16 ( 4,02cm2 ) ; A’S : 2Ф16 ( 4,02cm2 )

Chiều dài tính toán : l0= 2,5Ht = 2,5.295 =737,5cm

Mômen quán tính của tiết diện cốt thép

δ 0,1+0,3960,1+

φ

Ncr= b s

s 2

Nhận thấy : 2a’= 66 < x < ξR.h0 = 238,5 => Cột nén lệch tâm lớn

Kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện

Ne ≤ [Ne]gh = Rb.b.x(h0-0,5x) + Rsc.A’s(h0-a’)

Ne = 574,35.0.197=113,15 kN.m

[Ne]gh=8,5.103.0,4.0,169(0,367 –0,5.0,169)+280.103.4,02.10-4(0,367 – 0.033) = 200 kN.m > Ne

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

d Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

Vì tiết diện cột vuông , độ mảnh theo phương ngoài mặt uốn không lớn hơn độ mảnh theo phương trong mặt phẳng uốn và khi tính đã dùng cặp nội lực 3 là cặp có Nmax nên không cần kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

2 Phần cột dưới :

Kích thước tiết diện b = 40cm, h = 60cm

Để tính cốt thép cho phần cột dưới ta chọn trong bảng tổ hợp ở tiết diện III và

IV những cặp nội lực nguy hiểm và xếp vào bảng dưới

N( kN )

M/N( mm )

620,18782,75847,16

268133153

202020

288153173

252525

620,18620,18620,18

Độ lệch tâm tính toán :

e0 = e1 + ea

Với ea là độ lệch tâm ngẫu nhiên : ea ≥ (h / 30 ; Hd / 600)

Hay ea≥ ( 60 /30 ; 735/ 600) =(2 ;1,225 cm) Nên lấy ea = 2 cm

Các cặp nội lực có mômen trái dấu nhau, giá trị mômen lớn và sự chênh lệch

về giá trị giữa các cặp nội lực có mô men trái dấu tương đối lớn nên trong tính toán sử dụng phương pháp tính vòng cốt thép

Dùng cặp 1 và 2 để tính vòng , sau đó kiểm tra với các cặp còn lại

Vòng 1 :

Tính với cặp IV-17 :

Trong vòng đầu tiên để đơn giản, tính toán cốt thép đối xứng As=A’s

Chiều dài tính toán : l0= 1,5H = 1,5.735= 11025 mm

Giả thiết a = a’ = 5cm , h0 = h – a = 60 – 5 = 55 cm

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết μt= 0.5%

Mômen quán tính của tiết diện cốt thép, Is :

Tính As khi biết A’s = 4,4 cm2

Chiều dài tính toán : l0= 1,2Hd = 1,2.1030 = 1236 cm

Giả thiết hàm lượng cốt thép tổng μt =1%

φl = 1+M +N (0,5h-a)l l 25+620,18.(0,5.0,6-0,05)

M+N(0,5h-a) 165,98+620,18.(0,5.0,6-0,05) Lực dọc tới hạn :

6,4.23.10 0,289.7,2.10

= 2494,8 kN

Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc

Tính toán cốt thép As khi biết A’s = 9,208 cm2

Tương tự như tính toán với cặp 1 ở vòng 1

= -356 mm2

Chọn As = μmin.b.ho = 0,002.400.550 = 440 mm2

Tính với cặp IV- 13 :

Tính toán cốt thép As khi biết A’s = 4,4 mm2

Tương tự như tính toán với cặp 2 ở vòng 1

Lấy As = μmin b.h0 = 440 mm2

Do vậy As lấy theo cấu tạo để tính tiếp: As = μminbh0= 0,002.40.55 = 4,40 cm2

Quá trình tính toán sẽ tương tự như vòng 2 nên chọn theo cặp IV-17:

As = 9,208 cm2 ; A’s = 4,40 cm2

- Cốt thép vùng kéo 3Ф20 (bên trái)có As = 9,42 cm2

- Cốt thép vùng nén 2Ф18 (bên phải)có A’s = 5,09 cm2

- Lớp bảo vệ thép dọc chịu lực c1 = 30 mm, thỏa mãn yêu cầu cấu tạo

- Khoảng cách thực tế: a = 40 mm<50mm, a’ = 39 mm< 50 mm => thiên về

an toàn

- Khoảng cách thông thủy giữa các thanh cốt dọc trong vùng chịu kéo là

t = 14 cm, thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo

- Do cạnh tiết diện h = 600 mm > 500 mm nên tại vị trí chính giữa cạnh h bố trí thép dọc cấu tạo 2Ф14

Các số liệu ban đầu :

M = 129,66 kNm; N = 847,16 kN; Ml = 25 kN.m; Nl = 620,19 T; e0 = 173 mm

Cùng chiều mômen với cặp 1 nên As = 9,42 cm2 ; As’ = 5,09 cm2

Chiều dài tính toán : l0 = 1,5Hd = 1,5.7350 = 11025 cm

Ta thấy : 2a’ = 78 mm < x < ξR.h0 = 364 nén lệch tâm lớn

Kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức :

N.e ≤ [Ne]gh = Rb.b.x.(h0 – 0,5x ) + Rsc.As’.(h0 – a’)

5

3 Tính toán cột A theo các điều kiện khác :

a Kiểm tra khả năng chịu cắt

n bt

Vậy lv = 40cm < 0,9h0 = 86,4cm => vai cột thuộc kiểu cụngxon ngắn

vậy chỉ cần bố trớ cốt đai ngang tại vai, khụng cần bố trớ cốt xiờn, chọn cốt đai vai

cú đường kớnh bằng đường kớnh trong của cột φ8, chọn bước đai tại vai cột a= 150

Kiểm tra các điều kiện đảm bảo độ bền trên dảI nghiêng chịu nén giữa vung

đặt tảI trọng tác dụng và gối:

θ λ

Chiều rộng của dải nghiêng chịu nén l b:

sup sin 200.sin 75,96 194

0,8 ϕw .sinR b l b b θ = 550,338kN P> = 268,14kN => Thoả mãn điều kiện hạn chế

kiểm tra cỏc điều kiện đảm bảo độ bền trờn dải ngiờng chịu nộn giữa vựng đặt tải

tỏc dụng và gối