Đồ án bê tông 2 nhà dân dụng

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 6.HOẠT TẢI DO GIÓ : - Tải trọng gió tính toá

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= L3= 15m và L2=18 m , tức nhịp từ 18 m trở xuống , ta chọn kết cấu đỡ mái

là dầm mái là thích dụng hơn cả so với dàn mái và vòm mái

- Ta chọn kết cấu dầm bêtông cốt thép tiết diện chữ I, lấy chiều cao đầu dầm là 800 mm , lấy độ dốc cho mái là 1/10

- Chiều cao ở giữa dầm thường lấy(101 

15

1).l

- Chiều cao đầu dầm lấy bằng (201 351 ).l

- Chọn kết cấu mái chỉ đặt ở nhịp giữa rộng :6 m

cao :3 m

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

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

Lớp bêtông nhẹ cách nhiệt 12 cm

Lớp bêtông chống thấm dày 4 cm

Pannen mái là dạng panen sườn, kích thước 6 x 1,5 m, cao 30 cm

Tổng chiều dày các lớp mái :

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

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= 8,5 m

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

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

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 :

M2 = 11,05 + 1,7 + 3 + 0,51 = 16,26 m + Cao trình mái ở hai nhịp biên không 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

- 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

Hình dáng ,kích thước mặt cắt ngang và một số chi tiết chi trên hình 1

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 địnhtheo bảng 1

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

TT Các lớp mái tiêu chuẩn Tải trọng

kG/m2

Hệ sốvượt tải

Tải trọngtính toánkG/m2

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

* Tĩnh tải mái quy về lực tập trung

+Ở hịp biên không có cửa mái :

Gm1=0,5.(G1b+ g.a.L) = 0,5.(6,49 + 6,221.6 15) = 31,235 tấn+ Ở nhịp giữa có cửa mái :

Gm2= 0,5( G1g + g.a.L +G2 +2.gk.a) = 0,5( 8,47 + 0,6221.6.18 + 1,65 + 2.0,6.6) = 41,423 tấn

Các lực Gm1 , Gm2 đặt cách trục định vị 0,15 m

2.TĨNH TẢI DO DẦM CẦU TRỤC :

Gd = Gc + a.gr

Gr :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

Gr =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

5.HOẠT TẢI CẦU TRỤC :

a Hoạt tải đứng do cầu trục :

- Với số liệu cầu trục đã cho Q = 20/5 t Chế độ làm việc trung bình

Chiều cao cầu trục Hct =2,4 m

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

max =18,5 tấn

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

min =4,2 tấn Trọng lượng xe con G = 8,5 tấn

Trọng lượng toàn trụ cầu là 22,5 tấn

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

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 địnhtheo đường phản lực như hình 2

Dmax=n.Pc

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

max xác định theo tam giác đồng dạng

Hình 2 :

y1 =1

y2 = 1,6/6 =0,267

y3 = 4,1/6 = 0,683+ Nhịp biên :

Dmax = n Pc

max. yi = 1,1.18,5.(1+0,267+0,683) = 39,683 tấn+ Nhịp giữa :

Dmax = n Pc

max. yi = 1,1.19,5.(1+0,267+0,683) = 41,828 tấn

- Điểm đặt của Dmax trùng với điểm đặt của Gd

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

6.HOẠT TẢI DO GIÓ :

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

C =+0,8 đối với phía gió đẩy

C = -0,6 đối với phía gió hút

Ta có bảng nội suy như sau :

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 tính với tải trọng gió phải kể đến chuyển vị ngang đỉnh cột

12

40

40 3

= 213300 cm4

Jd =

12

60

40 3

=720000 cm4Các thông số t =

Tiết diện phần cột trên : b = 40 cm , ht = 60 cm

phần cột dưới : b = 40 cm , hd = 80 cmMomen quán tính Jt =

12

60

40 3

= 720000 cm4

Jd =12

80

40 3

=1706700 cm4Các thông số t =

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

4 , 0 6 ,

0 

=0,1 m cột R = R1 + R2+ Tính R1 R1 = 3.2M.H.(.(11k k/)t)=3.( 12,.56211,55).(.(11 0,00778,0778/)0,32)







= -0,234 tấn+ Tính R2 :

t M



 =3.(2.113,,123555,(1).(10,07780,32))

chiều R ở trên hình là chiều thực

- Xác định nội lực trong các tiết diện cột :

b.Cột trục B:

- 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

- Biểu đồ momen như hình vẽ :

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

- 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=0,79/1,528 =0,517

- Do Pm1 =Pm2 nên nội lực do Pm1 được suy ra từ nội lực do Pm2 bằng cách đổi dấu momen

và lực cắt , còn lực dọc giữ nguyên 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

2

) 1 (

.

k H

t M





=

) 0449 , 0 1 (

55 , 11 2

) 32 , 0 1 (

371 , 31





= 3,4998 tấn+ Nội lực trong các tiết diện cột :

nội lực do Dmax bên phải hệ số bên trái

- Biều đồ momen của chúng cho trên hình

7 NỘI LỰC DO LỰC HÃM NGANG CỦA CẦU TRỤC:

Lực Tmax đặt cách đỉnh cột 1 đoạn y = 2,7 m , có y/Ht = 2,7/ 3,7 = 0,73

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 Giảthiết 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

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

55 , 11

10 720000

3

MIV = 21 0,558 11,552 – 1,0877 11,55 = 24,656 tm

NI = NII = NIII = NIV = 0

QIV = 0,558 11,55 – 1,0877 = 5,357 tấnCột D:

MI = 0

MII = MIII =

2

1.0,419 3,72 -0,5157 3,7 = 0,960 tm

MIV = 21 0,419 11,552 – 0,5157 11,55 = 21,991 tm

NI = NII = NIII = NIV = 0

QIV = 0,419 11,55 – 0,5157 = 4,324 tấnCột B, C :

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

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

III 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 cột mà nội lực được chọn để đưa vào

rổ hợp 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

c

Tĩnh tải

Hoạt tải

trái tráiTmax phải Dmax Tphảimax

Trái san

g

Phải sang

A

1.562

0.21

0.456

-0.078

7.14

0.20

0.20

-0.37

12.95

-4.30

10.955

0.375

-0.375

18.42

-4.30

10.955

9.052

-4.08

34.196

0.112

-3.49

2.9607

- Chọn cốt thép dọc chịu lực nhóm AII , tra bảng có:

- Chiều dài tính toán lo: lo = 2,5.Ht = 2,5 3,7 = 9,25 m = 925 cm

- Kích thước tiết diện b = 40 cm

40

Vậy  = 80,295 < 120 nên thoả mãn điều kiện hạn chế

Nhận xét phần cột trên làm việc như 1 kết cấu tĩnh định

vì vậy eo tính theo công thức sau :

N(N)

e1(mm)

ea(mm)

eo(mm)

1 A-II-13 -3780 372360 10 15 25

863 , 32 1

Vậy ta chọn x = 10 cm = 100 mm

- Tính As : As =

a sc

o b

Z R

x h x b R Ne

.

) 2 (

R

N A R x b

A s

100

= 1008400,.1360.100 = 0,700

 =

h b

A s

.

100 '

=

360 400

100 603

= 0,419

t =  + = 1,12  < max

So với giá trị đã giả thiết t = 1,2 =0,012 là xấp xỉ nhau, không cần tính lại

- Cốt đai đặt theo cấu tạo

Za = ho - att = 365 – 33 = 332 mmCác giá trị ho , Za đều lớn hơn trị số đã dùng để tính toán , thiên về an toàn không cần giả thiết lại a

b Kiểm tra với cặp 1:

1

với Ncr = 6,4.Eb.(SI/l + .Is)/lo

= 6,4 27000.( 0,533 2133.106/1,898 + 7,778 41287680) / 92502 = 1858270 N = 1858,270 kN

630 , 328 1

.

' 



=372360 280400.5,111,1008. 603.280 = 106 mm = 10,6 cmVậy ta có : 2.a = 2.33= 66 mm < x2 = 106 mm < R.ho = 0,623.365 = 227 mm

- Tính [Ne]gh để kiểm tra :

[Ne]gh = Rb.b.x2.(ho

-2 2

=208,18608 kNm

- Điều kiện về khả năng chịu lực : N.e  [Ne]gh

N.e = 372360.196 = 72982560 Nmm=72,98256 kNm

N.e =72,98256 kNm < [Ne]gh = 208,18608 kNm

Vậy thoả điều kiện về khả năng chịu lực

c.Kiểm tra với cặp số 3 :

kiểm tra? đủ khả năng chịu lực đủ khả năng chịu lực

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 1 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 = 35mm trị số ho theo cấu tạo ho = 400 – 35 = 365 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20 + 22 là:

(400 -25.2 – 20 2 – 22)/3 = 96 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 = 1,5.7,85 = 11,775 m = 11775 mm

- Kích thước tiết diện : b = 400 mm

h = 600 mm

- Momen quán tính : I =

12

600

a(mm) e

o(mm) M

dh(tm) N

dh(t)

eo/ h = 326/600 = 0,543

e = max(eo/h, min) = 0,543

= 6,4 27000.( 0,271 7200.106/1,305 + 7,778 151424000) / 117752 = 3331290 N = 331,290 kN

Giả thiết điều kiện : 2a= 80 mm  x  R.ho = 0.623.560 = 349 mm

Từ điều kiện cân bằng lực N = Ngh =Rb.b.x + Rsc.As - s.As ,tính được x1

Với trường hợp lệch tâm lớn s = Rs = 280 MPa

o b

Z R

x h x b R Ne

.

) 2 (

A s

.

100 = 1138400..600100= 0,474

 =

h b

A s

100.'

= 6,4 27000.( 0,256 7200.106/1,303 + 7,778 143549952) / 117752 = 3154521 N = 3154,521 kN

o b

a s sc

h b R

Z A R e

N 

= 11 , 5 400 560 2

520 1138 280 364

R

N A R x b

=

280

743650 1138

280 176 400 5 ,

= 1374 mm2

- Tính hàm lượng cốt thép :

 =

h b

A s

.

100 =

600 400

100 1374

= 0,573

 =

h b

A s

100.'

Lại lấy As xem là As đã biết để tính As cho cặp 2

* Cứ tiếp tục như vậy cho đến khi so sánh thấy As của cặp 3 và As của cặp 2 xấp xỉ bằng nhau thì ta lấy theo trị số lớn để cấu tạo cốt thép

Các kết quả tính toán được ghi trong bảng sau:

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

+ phía trái với 1378 mm2 chọn 325 (1473 mm2)+ phía phải với 1060 mm2 chọn 322 ( 1140 mm2)Với t =1473 400.6001140.100 = 1,089 % xấp xỉ với giá trị t đã giả thiết

- Lấy chiều dài lớp bảo vệ C1 = 25 mm >  và Co= 20 mm

- Tính a ,a :

= 6,4 27000.( 0,198 7200.106/1,370 + 7,778 168199766) / 117752

' 



=44006028011,.51473.400 280.1140 = 116 mm Vậy ta có : 2.a = 2.38= 76 mm < x2 = 116 mm < R.ho = 0,623.562 = 350 mm

- Tính [Ne]gh để kiểm tra :

* Khi phần cột dưới không dài và phần nội lực ở tiết diện III-III cũng khá lớn thì có thể đặtcốt thép đều cho cả đoạn cột dưới Ngược lại, như khung nhà này thì phần cột dưới khá dài và nội lực ở tiết diện III-III là khá bé so với cặp nội lực đã tính toán nên để tiết kiệm thép ta chỉ kéo dài 4 thanh ở góc cho hết cả đoạn cột ,còn các thanh khác thì chỉ dài 5 m từ chân cột và cắt quãng ở giữa cột

Với cốt thép còn lại ở phần trên tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực ở tiết diện III-III -Chọn cặp nội lực III-18 để kiểm tra có:

Khoảng cách các cốt dọc theo phương cạnh h :

So =260 mm< 500 mm ,thoả yêu cầu cấu tạo

Cốt thép cấu tạo không tham gia vào khả năng chị lực có đường kính 12 mm Ở đây ta chọn cốt thép 12.Bố trí cốt thép như hình

* Kiểm tra khả năng chịu lực theo phương ngoài mặt phẳng uốn.

Tính toán kiểm tra theo cấu kiện chị nén đúng tâm

Chiều dài tính toán :

lo = 1,2.Hd = 1,2.7,85 = 9,42 m = 9420 mm

Độ mảnh :

 = min

Diện tích toàn bộ cốt thép dọc

Ast =As +A’s = 982 + 760 = 1742 mm2 =17,42 cm2Hàm lượng toàn bộ cốt thép t = 17,240042.100 = 0,726 < 3%

Nên diện tích tiết diện bêtông có thể lấy gần đúng Ab = A = 2400 cm2

Cường độ tính toán về nén của cốt thép

Rsc = min (Rs, 400 MPa) = min( 280,400) = 280 MPaKhả năng chịu lực của tiết diện ở trạng thái giới hạn

Ngh = (Rb.Ab + Rsc.Ast )

= 0,705.(11,5 240000 + 280 1742) = 2437044 N =2437,044 kN

Kiểm tra theo điều kiện : N  Ngh

Với N chọn theo Nmax lấy ở cặp nội lực III-18 , N = 72,768 tấn

Ta có : N = 727,680 kN < Ngh = 2437,044 kN

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

VI TÍNH TOÁN CỘT TRỤC A THEO CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC :

1 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU CẮT:

Ở phần cột dưới ,lực cắt xác định được từ bảng tổ hợp ,Qmax = 5,933 tấn = 59,33 kNLực cắt do bêtông chịu :

Qb = b4.(1+ f + n)Rbt.b.ho2/ c

Với c  cmax = 2.ho = 2.560 =1120 mm

lấy c = cmax = 1120 mm

b4 = 1,5 đối với bêtông nặng

f = 0 đối với tiết diện chữ nhật

n = 0,1

o

bt b h R

N

.  0,5 do trong trường hợp này lực dọc là lực nén

n = 0,1.0,9727680.400.560= 0,361 < 0,5 thoả yêu cầu

Ta có : 1+ f + n = 1+ 0 + 0,361 =1,361 < 1,5 thoả yêu cầu

Vậy Qb = 1,5 1,361 0,9 400 5602/1120 = 205783 N =205,783 kN

Qbmin = b3(1+ f + n ).Rbt.b.ho

b3 = 0,6 đối với bêtông nặng

Qbmin = 0,6.1,361.0,9.400.560 = 164627 N = 164,627 kN

Ta có Qb > Qbmin,nên thoả mãn yêu cầu

Ở đây ta có : Qbmin =164,627 kN > Qmax = 59,33 kN

Vậy bêtông đủ khả năng chịu cắt

- Cốt đai đặt theo cấu tạo

  1  = 1 25 = 6,25 mm và 5mm Chọn  = 8