Đồ án bê tông 2 nhà dân dụng và công nghiệp

yi Các tung độ yi của đường ảnh hưởng ứng với vị trí các lực tập trung Pc max xác định theo tam giác đồng dạng... Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con - Lực hãm ngang do một

MỤC LỤC

II.LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CẤU KIỆN:

* Tính toán kiểm tra ép mặt lên vai cột :

VIII TÍNH TOÁN CỘT B THEO CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC :

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NHIỆP

Loại công trình phổ thông, cao trình nền 0,00

Chiều dài khối nhiệt độ 60 m

Địa điểm xây dựng : Thành phố Đà Nẵng

II.LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CẤU KIỆN:

1.CHON KẾT CẤU MÁI:

- Với nhịp L1= L2=L3= 18m có thể chọn kết cấu dàn bê tông cốt thép dạng hình thang, chiều cao giữa dàn là: hgd=(1/7-1/9)L do đó đối với nhịp 18m ta đều chọn chiều cao giữa dàn là 2,5m

Chọn cửa mái đặt ở nhịp giữa rộng 6m, cao 3m

Các lớp mái cấu tạo từ trên xuống:

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

- lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12cm

- lớp bê tông chống thấm dày 4cm

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

2.CHỌN DẦM CẦU TRỤC :

Với nhịp dầm cầu trục 6 m, sức trục 20 tấn, chọn dầm cầu trục theo thiết kế định hình có: Hc

= 1000mm, b = 200mm; bc=570mm; hc = 120mm ;trọng lượng 4,2 tấn

3.XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHIỀU CAO CỦA NHÀ :

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= 7,5 m

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

Hc : chiều cao dầm cầu trục ,Hc = 1,0 m

V = 7,5 - ( 0,15 + 1 ) = 6,35 m

- Cao trình đỉnh cột :

D = R + Hct + a1

Hct : chiều cao cầu trục ,

Tra bảng với sức trục 30 T có Hct = 2,75 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 0,1 m

D = 7,5 + 2,75 + 0,15 =10,4 m

Chọn cho cả cột biên Dcb= 10,4m

- Cao trình đỉnh mái :

M = D + h + hcm + t

h : chiều cao kết cấu mang lực mái, h=2,5m

hcm: chiều cao cửa mái , hcm = 3,0 m

t : tổng chiều dày các lớp mái , t = 0,51 m + Cao trình đỉnh mái ở nhịp thứ hai có cửa mái :

* Kích thước tiết diện cột chọn như sau :

- Bề rộng cột b chọn theo thiết kế định hình , thống nhất cho toàn bộ phần cột trên và cột dưới , cho cả cột biên lẫn cột giữa b = 40 cm , thoả mãn điều kiện

Hd /b =6,95 / 0,4 = 17,375  25

*Cột biên :

- Chiều cao tiết diện phần cột trên cột biên ht = 40 cm ,thoả mãn điều kiện

a4 =  - ht –B1= 75- 40- 26 =9 cm > 6 cm

 là khoảng cách từ trục định vị ( mép ngoài cột biên )

đến tim cầu trục ,  =75 cm ;

B1 là khoảng cách từ tim dầm cầu trục đến mép cầu trục ,

tra bảng phụ lục 1 ta có B1=26 cm ;

- Chiều cao tiết diện phần cột dưới cột biên hd = 60 cm, thoả mãn điều kiện

hd >Hd/14 =6,95/14 =0,5 m

*Cột giữa :

- chọn ht = 60 cm , hd = 80 cm , các điều kiện tương tự như cột biên đều thoả mãn

- Kích thước vai cột sơ bộ chọn hv =60 cm , khoảng cách từ trục định vị đến mép vai là

100 cm , góc nghiêng 45

III.XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG :

1.TĨNH TẢI MÁI :

Phần tĩnh tải do trọng lượng bản thân các lớp mái tác dụng trên 1m2 mặt bằng mái xác định theo bảng 1

Bảng 1 : Cấu tạo và tải trọng của các lớp mái

TT Các lớp mái Tải trọngtiêu chuẩn

kG/m2

Hệ số

vượt tải

Tải trọngtính toánkG/m2

1 Hai lớp gạch lá nem, dày 5cm,  =1800 kG/m3

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dàn mái với hệ số vượt tải n =1,1

Ta có nhịp L=18m tra bảng ta có trọng lượng bản than của dàn là 6,6 T

* Tĩnh tải mái quy về lực tập trung

+Ở nhịp biên không có cửa mái :

Gc :trọng lượng bản thân dầm cầu trục là 4,2 tấn

gr :trọng lượng ray và các lớp đệm ,lấy 150 kG/m

hệ số vượt tải n = 1,1

Gd =1,1.( 4,2 + 6 x 0,15) = 5,61 tấn

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

3.TĨNH TẢI DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN CỘT :

Tải trọng này tính theo kích thước cấu tạo cho từng cột , với n =1,1

Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép lấy  = 2500 kG/m3=2,5 tấn /m3

4.HOẠT TẢI MÁI :

Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn phân bố đều trên 1m2 mặt bằng mái lấy

pm= 75 kG/m2 ,với n=1,3 Hoạt tải mái này đưa về thành lực tập trung Pm đặt ở đầu cột

Nhịp biên và nhịp giữa:

Pm1= Pm2=0,5.n pm.a.L = 0,5 1,3 75 6 18 = 5265 kG = 5,265 tấn

Vị trí từng Pm1,Pm2 đặt trùng với vị trí của từng Gm1, Gm2

5.HOẠT TẢI CẦU TRỤC :

a Hoạt tải đứng do cầu trục :

Khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 4,4 m

Chiều cao cầu trục Hct =2,4 m

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

max =19,5 tấn

Áp lực tiêu chuẩn nhỏ nhất lên mỗi bánh xe cầu trục Pc

min =4,8 tấn Trọng lượng xe con G = 8,5 tấn

Trọng lượng toàn trụ cầu là 28,5 tấn

Khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 5,1 m

Chiều cao cầu trục Hct =2,75 m

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

Trọng lượng xe con G = 12 tấn

Trọng lượng toàn trụ cầu là 42,5 tấn

Hoạt tải do cầu trục được tính với n = 1,1

- Áp lực thẳng đứng lớn nhất do 2 cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường phản lực như hình 2

Dmax=n.Pc

max yi

Các tung độ yi của đường ảnh hưởng ứng với vị trí các lực tập trung Pc

max xác định theo tam giác đồng dạng

0.60 K=5.10 0.60 0.60

0.60 0.60 K=5.10 0.60

b 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 mềm xác định theo công thức

T2 max = n T2 yi = 1,1 2,1.(1+ 0,15+0,8 ) = 4,505 tấn

- Xem lực Tmax đặt lên cột ở mức mặ trên dầm cầu trục, cách mặt vai cột 1,0 m và cách đỉnh cột 1 đoạn

y = 4,05 -1 =3,05 m

6.HOẠT TẢI DO GIÓ :

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

W = n.Wo.k.CTrong đó :

Wo : áp lực gió ở độ cao 10 m, theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 thì thành phố Đà

Nẵng thuộc vùng II-B nên áp lực Wo tra bảng là Wo=95 kG/m2

k : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc vào dạng địa hình, tra bảng với dạng địa hình B

Hệ số k xác định tương ứng ở 2 mức : đỉnh cột và đỉnh mái

Tra bảng và nội suy ta có:

Mức đỉnh cột, cao trình +10,4 m có k =1,006

Mức đỉnh mái, cao trình +16,41 m có k = 1,094

C :hệ số khí động,

C =+0,8 đối với phía gió đẩy

C = -0,6 đối với phía gió hút

n : hệ số vượt tải , n = 1,2

- Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang nhà từ đỉnh cột trở xuống lấy là phân bố đều

P = W.a = n Wo.k.C.a

Phía gió đẩy pđ = 1,2 0,095 1,006 0,8 6 = 0,55 tấn/m

Phía gió hút ph = 1,2 0,095 1,006 0,6 6 = 0,413 tấn/m

- Phần tải trọng gió tác động lên mái, từ đỉnh cột trở lên trở lên đưa về thành lực tập trung đặt ở đầu cột S1, S2 với k lấy trị số trung bình k =0,5.(1,006+1,094)=1,05

- Hình dáng mái và hệ số khí động ở từng giai đoạn mái tham khảo trong phần phụ lục và tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 ,lấy theo sơ đồ như hình 3

Trong đó

* giá trị Ce1 tính với góc =5 

Tính tỷ số H/L với

H= D= 10,4 m

L = L1 + L2 + L3 = 18+18+18 = 54 m

Tra bảng ta có Ce2 =-0,4

* Tính S : S = n.k.Wo.Ci.hi =1,2 1,05 0,095 6.Ci.hi= 0,718 Ci.hi

Thứ tự hệ số C hệ số h C.h

DC

BA

Hình 3 : Sơ đồ xác định hệ số khí động trên mái

III.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC :

Nhà 3 nhịp có mái cứng cao trình bằng nhau khi tính với tải trọng đứng và lực hãm của cầu trục được phép bỏ qua chuyển vị ngang ở đỉnh cột ,tính với các cột độc lập Khi tínhvới tải trọng gió phải kể đến chuyển vị ngang đỉnh cột

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

a = = =0,1 m cột R = R1 + R2

chiều R ở trên hình là chiều thực

- Xác định nội lực trong các tiết diện cột :

50

2,029

2,78 0,942

III IIIII II

I I

41,65 2x150

- Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1 và Gm2 như trên hình

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

NI = NII = NIII = NIV = 78,87 tấn

QIV = - 0,1 tấn

- Biểu đồ momen như hình 4

3 NỘI LỰC DO TĨNH TẢI DẦM CẦU TRỤC :

a Cột trục A :

- Sơ đồ tính với tĩnh tải dầm cầu trục Gd cho trên hình

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

M = Gd ed

với ed = - 0,5.hd = 0,75 -0,5.0,6 = 0,45 m

Gd = 5,61 tấnVậy M = 5,61 0,45 = 2,525 tm

39,002 44,612

1,332 0,135

Hình 6 : Tổng nội lực do tĩnh tải

5 NỘI LỰC DO HOẠT TẢI MÁI:

- Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên nhịp phía bên phải và phía bên trái của cột

- Lực Pm2 đặt ở phía bên phải gây ra momen đặt ở đỉnh cột

MP = Pm2 0,15 = 5,265.0,15 =0,79 tm

- Điểm đặt của Pm2 trùng với điểm đặt của Gm2

Momen và lực cắt trong cột do momen này gây ra được xác định bằng cách nhân momen do tĩnh tải Gm2 gây ra với tỉ số MP/ MG=0,79/0,665 =1,188

Biểu đồ momen cho trên hình

III IIIII II

I I

Biểu đồ momen cho trên hình.

- Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên vai cột phía bên trái và phia bên phải của cột

- Lực Dmax gây ra momen đối với phần cột dưới đối với vai cột

Nên nội lực do Dmax1 gây ra ở bên trái được suy ra từ nội lực do Dmax2 nhân với hệ số

Dmax1/Dmax2 và đổi dấu đối với momen và lực cắt ; còn lực dọc chỉ cần nhân với hệ số đó

Dmax1/Dmax2= 41,828 /60,06 = 0,696

nội lực do Dmax bên phải hệ số bên trái

- Biều đồ momen của chúng cho trên hình 8

7 NỘI LỰC DO LỰC HÃM NGANG CỦA CẦU TRỤC:

Lực Tmax đặt cách đỉnh cột 1 đoạn y = 3,05 m , có y/Ht = 3,05/4,05 = 0,753

Với y xấp xỉ 0,7 Ht có thể dùng công thức lập sẵn để tính phản lực

- Biểu đồ momen cho trên hình 9

M

6,489 6,292

B

3,941

5,295 1,728

Hình 9 : Sơ đồ tính và nội lực do lực hãm ngang của cầu trục

a) khi lực Tmax đặt ở cột trục A ; b) khi lực 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 các đỉnh cột có cùng mức nên chúng chuyển vị để tính ,

hệ chỉ có 1 ẩn số  là chuyển vị ngang ở đỉnh cột Hệ cơ bản như trên hình 10

Hình 10 : Hệ cơ bản khi tính khung với tải trọng gió

- Phương trình chính tắc : r. + Rg = 0

Trong đó Rg là phản lực liên kết trong hệ cơ bản

Rg = R1 + R4 + S1 + S2

- Khi gió thổi từ trái sang phải thì R1 và R4 xác định theo sơ đồ như hình 11

- Phản lực liên kết do cac đỉnh cột chuyển dịch 1 đoạn  = 1 được tính bằng

MI = 0

MII = MIII = 0,413 4,052 - 0,335 4,05 = 2,03 tm

MIV = 0,413.112 – 0,335 11 = 21,3 tm

NI = NII = NIII = NIV = 0

QIV = 0,413 11 – 0,335 = 4,208 tấnCột B, C :

- Biểu đồ nội lực trường hợp gió thổi từ trái sang phải cho trên hình 12

Trường hợp gió thổi từ phải sang trái thì biều đồ nộilực thay đổi ngược lại

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 cột mà nội lực được chọn để đưa vào rổhợp Tại các tiết diện cột I, II, III chỉ đưa vào tổ hợp các giá trị 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 hoạt tải ngắn hạn, trong tổ hợp cơ bản 2 đưa vào ít nhất 2 hoạt tải ngắn hạn với hệ số tổ hợp 0,9 Ngoài ra theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 ,khi xét đến tác dụng của 2 cầu trục (trong tổ hợp cộng cột 7,8 hoặc 9,10) thì nội lực của nó phải nhân với hệ số 0,85 ,còn khi sét đến tác dụng của 4 cầu trục (trong tổ hợp có cộng cả cột 7,8 và 9,10) thì nội lực của nó phải nhân với hệ số 0,7

Trái Phải D tráimax T tráimax phải Dmax T phảimax sang Trái sang Phải M Nmax

- Chiều dài tính toán lo: lo = 2,5.Ht = 2,5 4,05 = 10,125 m = 1012,5 cm

- Kích thước tiết diện b = 40 cm

h = 40 cm

- Momen quán tính Ib = = = 213333 cm4

- Giả thiết chọn a = a = 4 cm

vậy ho = h – a = 40 – 4 = 36 cm

Za = ho - a = 36 – 4 = 32 cm

- Tính độ mảnh  :

 = lo/r với r = 0,288 b = 0,288 40 = 11,52 cm = 1012,5 / 11,52 = 87,89

Vậy  = 87,89 < 120 nên thoả mãn điều kiện hạn chế

- Ta có b = lo / h = 1012,5/40 = 25,31 > 8

Vậy cần xét đến uốn dọc

- Độ lệch tâm ban đầu eo:

Nhận xét phần cột trên làm việc như 1 kết cấu tĩnh định vì vậy eo tính theo công thức sau :

eo = e1 + ea

- Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nghi ngờ là nguy hiểm ghi ở bảng sau:

Ở đây ta dùng cặp 2 để tính thép sau đó kiểm tra với cặp 1 và 3.

a Tính với cặp 2:

Để tính ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết t=1,5%

- Tính As : As =

- Tính hàm lượng cốt thép :

t =  + = 1,442 < max

So với giá trị đã giả thiết t = 1,5 =0,015 là xấp xỉ nhau, không cần tính lại

b Kiểm tra với cặp 1:

Vì cặp 1 có momen trái dấu với cặp 2 nên với cặp 1 ta có:

N.e < Vp nên điều kiện được thỏa mãn

c.Kiểm tra với cặp số 3 :

 = = =1,469

e = eo + - a = 1,469.26,7+20 - 4 = 55,22

ta có 2.a’ = 8 < x = 16,353 cm<Rho = 0,622.360 = 22,39

Nên kiểm tra theo công thức:

N.e ≤ Rb.b.x(h0 – 0,5.x) + Rsc.A’s.(h0-a’)

N.e = 437410.55,22 = 24153780,2

Vp = 11,5.400.163,53.(360-0,5.163,53)+280.608.(360-40) = 263,78.106

N.e < Vp nên điều kiện được thỏa mãn

d.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 trong mặt phẳng uốn và khi tính kiểm tra đã dùng cặp nội lực là cặp có Nmax nên không cần kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

Kiểm tra về bố trí thép :

Chọn lớp bảo vệ dày 2,5 cm , có thể tính được a = 2,5+0,5.2,5 = 3,75cm trị số ho theo cấu tạo ho = 400 – 37,5 = 362,5 mm lớn hơn trị số đã dùng để tính toán là 360 mm , như vậy là thiên về an toàn

Khoảng cách các cốt thép ở phía đặt 225 + 22 là:

(40 -2,5.2 – 2,5 2 – 2,2.2)/3 = 8,53 mm , thoả mãn các quy định về cấu tạo

2.TÍNH PHẦN CỘT DƯỚI CỦA CỘT A:

- Chiều dài tính toán : lo = 1,5.Hd = 1,5.6,95 = 10,425 m = 10425 mm

- Kích thước tiết diện : b = 400 mm

h = 600 mm

- Momen quán tính : Ib = =720000 cm4

- Giả thiết : a = a = 40 mm

ho = h – a = 600 – 40 = 560 mm

Za = ho - a = 560 – 40 = 520 mm-Độ mảnh b = lo/ h = 10425/ 600 = 17,375 >8

Vậy cần xét đến uốn dọc

- Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea ,chọn ea = 20 mm ,thoả mãn các điều kiện sau:

hiệu Kí hiệu ở bảng tổ hợp M(tm) N(t) e(mm)1 e(mm)a e(mm)o M(tm)dh N(t)dh

* Tính với cặp 1

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết t = 1,2%, momen tiết diện

Thỏa mãn điều kiện 2a’ = 8<x<0,622.56 = 34,37 cm

Tính As=A’s theo công thức:

 =’ = = = 0,642% > min = 0,002

t = +’ = 2.0,642% = 1,284%

* Tính với cặp 2 :

Dựa vào kết quả đã tính t = 1,284%

* Tính với cặp 2:

Để tính cặp 2 ta lấy A’s = 1728,53 mm2

-So 2 vòng cuối thấy rằng kết quả tính đã hội tụ có thể bố trí cốt thép như sau :

+ phía trái với A’s =1738,3 mm2 chọn 225 và 222 (1742mm2)

+ phía phải với As = 711,76 mm2 chọn 222 ( 760 mm2)

Với t = 100 = 1,043 % xấp xỉ với giá trị t đã giả thiết

Kiểm tra với cặp 3:

- Cặp 3 có : M = 23,624 tấn = 236240 N

So sánh ta có N.e<Vp nên thỏa mãn điều kiện khả năng chịu lực

Do phần cột dưới khá dài và nội lực ở tiết diện 33 là khá bé so với các cặp nội lực đã tính toán nên để tiết kiệm vật liệu ta chỉ kéo dài 4 thanh thép ở góc cho hết cả đoạn cột, còn các thanh khác chỉ dài 4,5m từ chân cột và cắt ở quảng giữa Với cốt thép còn lại ở phần trên tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực ở tiết diện 33

Chọn cặp nội lực III.18 để kiểm tra có M = 10,5 tm, N=81,35 t