Bê tông cốt thép nhà công nghiệp 1 tầng

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông Lâm Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

Nhà công nghiệp 1 tầng lắp ghép, ba nhịp đều nhau,có cửa mái để thông gió và chiếu sáng đặt tại nhịp giữa L= 21m, cùng cao trình ray R=6.5m, ở mỗi nhịp có hai cầu trục chạy điện, chế độ làm việc nặng sức trục Q=20/5 T, dây móc cẩu cứng Bước cột a =

12 m Địa điểm xây dựng tại Bắc Ninh

I - LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN:

-Khoảng cách giữa các mắt dàn ở thanh cánh thượng lấy bằng 3m

-Khoảng cách giữa các mắt dàn ở thanh cánh hạ lấy bằng 6m

Cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa được bố trí dọc nhà, chiều rộng của cửa mái lấy bằng 12m, cao 4 m

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

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

- Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12 cm

- Lớp bê tông chống thấm dày 4 cm

- Panen mái là dạng panen sườn, kích thước 12 × 3 m cao 45 cm

Tổng chiều dày các lớp mái: t = 5 + 12 + 4 + 45 = 66 cm

Ta chọn đường ray có chiều cao : Hr = 150 (mm).

Trọng lượng tiêu chuẩn của đường ray: grc = 150 kG/m

- Với bước cột a =12 m, nhịp nhà L= 21 m, sức trục Q = 20 T

ta chọn dầm tiết diện chữ I bằng bê tông cốt thép với các kích

thước được chọn theo thiết kế định hình:

R- cao trình ray đã cho R = 6,5 m

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

Hc- chiều cao dầm cầu trục Hc = 1,4 m.

V = 6,5- ( 0,15 + 1,4) = 4,95

- Cao trình đỉnh cột: D = R + Hct + a1

Hct- chiều cao cầu trục tính từ cao trình ray đến đỉnh xe con, Hct = 2,4 m

a1- khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dưới kết cấu mang lực mái,

chọn: a1= 0,15m đảm bảo a1 ≥ 0,1 m

D = 6,5 + 2,4 + 0,15 = 9,05 m

- Cao trình đỉnh mái: M = D + h + hcm + t

Chiều cao kết cấu mang lực mái: h = 2,8m

Chiều cao cửa mái: hcm = 4m

Tổng chiều dày các lớp mái: t = 0,66 m

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

M2 = 9,05 + 2,8 + 4 + 0,66 = 16,51 m

Cao trình mái ở 2 nhịp biên không có cửa mái:

M1 = 9,05 + 2,8+ 0,66= 12,51 m

4 Chọn kích thước cột :

Trong trường hợp số liệu của đồ án: sức nâng trục nhỏ hơn 30T, nhịp nhà nhỏ hơn 30 m

ta chọn loại cột đặc có tiết diện chữ nhật

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

và cột dưới, cho cả cột biên lẫn cột giữa, với a =12 cm ta chọn b = 50 cm thoả mãn độ mảnh của cột theo phương ngoài mặt phẳng là :

l0/b = 1,2 Hd/ b =1,2.5,45/ 0,5 = 13,08 < 30

- Xác định chiều cao tiết diện phần cột trên:

+Cột biên: chọn dựa vào điều kiện a4 = λ - B1 – ht >6 ( cm ) Với a4 là khoảng cách từ mép bên cầu trục đến mép trong của cột

Tra bảng ta được B1 = 26 (cm); λ = 75 ( cm )

Chọn ht = 40 ( cm ) thoả mãn điều kiện a4 =75 - 40 – 26 = 9 > 6 (cm)

+Cột giữa: chọn dựa theo điều kiện a4 = λ - B1 – 0,5 ht

Chọn ht = 60 (cm) thoả mãn điều kiện a4 =75 – 0,5 60 – 26 = 19 >6 (cm)

- Xác định chiều cao tiết diện phần cột dưới:

+Cột biên chọn hd = 60 (cm) thoả mã điều kiện : hd >Hd / 14 = 5,45/14 = 0,39 m

+Cột giữa chọn hd = 80 (cm)

- Xác định kích thước vai cột:

+ Cột biên : hv = 60 cm ; lv= 40 cm ;góc nghiêng cạnh dưới của vai bằng 45o

+ Cột giữa : hv =60 cm ; lv=60 cm ;góc nghiêng cạnh dưới của vai bằng 45o

- Kiểm tra độ mảnh của cột :

d

- Tĩnh tải do toàn bộ mái: ∑ gm =(117+187,2+110).a.L + 352.a.(L-2.1,5) +1237,5.a.2.1.5 =(117+187,2+110).12.21 + 352.12.18 + 1237,5.12.3

chuẩn kG/m2

Hệ sốvượt tải

Tải trọng tínhtoán kG/m2

1 2 lớp gạch lá nem + vữa lót dày

2 Tĩnh tải do dầm cầu trục và ray cầu chạy :

Trọng lượng tiêu chuẩn bản thân dầm cầu trục, ray cầu chạy :

Gd= G1 + a×gr

G1 : trọng lượng bản thân dầm cầu trục, G1c =11,3 T, n =1,1

gr- trọng lượng ray và các lớp đệm, grc= 150 (kG/m2), n =1,1

Gd = 1,1.(11,3 + 12× 0,15) = 14,41 (T) 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 phần cột

Tường xây gạch là tường tự chịu lực nên trọng lượng bản thân nó không gây ra nội lực cho khung

4 Hoạt tải sửa chữa mái :

Mái nhà công nghiệp ở đây là mái nặng cho nên ta lấy :

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

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

Pm= 0,5×n×ptc×a×L

Pm= 0,5 × 1,3 × 75 × 12 × 21 = 12285 (kG) = 12,285(T)

Điểm đặt của Pm đặt trùng với vị trí của Gm

5 Hoạt tải cầu trục :

a Hoạt tải đứng do cầu trục:

Với số liệu cầu trục đã cho: Q = 20/ 5 T, LK=19,5 m chế độ làm việc nặng tra bảng ta

có :

- Bề rộng của cầu trục : B = 6,3 (m)

- Khoảng cách giữa hai trục bánh xe cầu trục : K = 4,4 (m)

- Áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray: Pmax= 22 (T)

- Hệ số vượt tải theo TCVN 2737 - 1995, n=1.1

-Trọng lượng xe con G = 6,0 T

Áp lực thẳng đứng lớn nhất do hai cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax

xác định theo đường ảnh hưởng của phản lực Dmax= n × Pmaxtc× ∑

=

4 1

i iy

Các tung độ của đường ảnh hưởng xác định theo tam giác đồng dạng :

Điểm đặt của D max trùng với điểm đặt của Gd

b Hoạt tải ngang của xe con:

Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp dây móc cẩu cứng được xác định theo công thức :

Tmax= n × T1× 4

1

i i

y

=

∑

= 1.1 × 1, 3 × 2,951= 4,22 (T)

Xem lực Tmax truyền lên cột ở mặt và trên dầm cầu trục, cách mặt vai cột 1,4m và cách đỉnh cột 1 đoạn: y = 4,1 – 1,4 = 3,7 (m)

6 Hoạt tải do gió :

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

sơ đồ như trong hình vẽ sau:

4,0m 5,71°

i i ikC

= 1,2 × 1,035 × 0,095 × 12 × ∑

=

n 1

i i ih

C =1,416 × ∑

=

n 1

i i ihCThay các giá trị vào ta được:

1 Các đặc trưng hình học :

* Cột biên :

- Chiều cao phần cột trên : Ht = 4,1 (m)

- Kích thước tiết diện phần cột trên : (50 × 40) cm

- Chiều cao phần cột dưới : Hd = 5,45 (m)

- Kích thước tiết diện phần cột dưới : (50 × 60) cm

- Chiều dài cột để tính toán : H= 4,1 + 5,45 = 9,55 (m)

Mômen quán tính của tiết diện: J=

12

h

b 3

Trong đó :

J : Mômen quán tính

b,h: kích thước tiết diện ngang của cột

- Mômen quán tính tiết diện phần trên vai cột :

Jt =

12

40

50 3

= 266667 (cm4)

- Mômen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :

Jd=50 603 900000 12

J J

- Chiều cao phần cột trên : Ht = 4,1 (m)

- Kích thước tiết diện phần cột trên : (50 × 60) cm

- Chiều cao phần cột dưới : Hd = 5,45 (m)

- Kích thước tiết diện phần cột dưới : (50 × 80)cm

- Chiều dài cột để tính toán : H = 4,1 + 5,45 = 9,55 (m)

- Momen quán tính tiết diện phần trên vai cột :

12

60

= (cm4)

- Momen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :

Jd=50 803 2133334 12

J J

2 Nội lực do tĩnh tải mái :

R = R1 + R2 = - (1,113+ 1,26) = - 2,373 (T)

I I

II III

IV IV

II III

(sơ đồ tính và biểu đồ mô men cột biên do tĩnh tải mái Gm1 gây ra)Xác định nội lực trong các tiết diện cột :

Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1và Gm2 như hình vẽ:

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

I I

II III

3 Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục :

a Cột biên : Sơ đồ tính với tĩnh tải dầm cầu trục cho trên hình vẽ :

5 Nội lực do hoạt tải mái :

m m

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

mô men do tĩnh tải Gm gây ra với tỷ số MP/MG = 1,843/1,311 =1,406

- Mômen: MI = 1,843 (T.m)

MII = MIII = 0,356 1,406 = 0,5 (T.m)

( Nội lực do hoạt tải mái )

6 Nội lực do hoạt tải thẳng đứng của cầu trục :

Trong trường hợp Dmax đặt ở phía bên trái thì các giá trị mômen và lực cắt ở trên sẽ

có dấu ngược lại

( Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục )

7 Nội lực do lực hãm ngang cầu trục :

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

8 Nội lực do hoạt tải gió :

Với tải trọng gió phải tính với sơ đồ toàn bộ khung có chuyển vị ngang ở đỉnh cột Giả thiết các xà ngang có độ cứng vô cùng và vì các đỉnh cột ở cùng mức nên chúng có chuyển vị ngang là như nhau Dùng phương pháp chuyển vị để tính, hệ chỉ có một ẩn số ∆ là chuyển vị ngang ở đỉnh cột Hệ cơ bản được lập nên bằng cách thêm một gối tựa cố định ở đầu cột để ngăn cản chuyển vị ngang đầu cột Hệ

cơ bản như hình vẽ:

∆ : ẩn số (chuyển vị ngang của đầu cột)

Rg : phản lực ở 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 vẽ :

( Sơ đồ xác định phản lực trong hệ cơ bản )

- Lực dọc: NI = NII = NII I= NIV = 0 (T)

- Lực cắt: QIV = 5,29 (T)

Biều đồ nội lực trường hợp gió thổi từ trái sang phải ở hình vẽ dưới

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

( Biểu đồ nội lực do gió thổi từ trái sang phải )

III - TỔ HỢP NỘI LỰC :

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

Trong bản 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 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 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 2 cầu trục(trong tổ hợp có cộng cả cột 7:8 hoặc cột 9:10 ) thì nội lực của nó phải nhân với hệ số 0,95 với cầu trục làm việc ở chế độ nặng còn khi xét tác dụng của 4 cầu trục ( trong tổ hợp của nó có cộng cả cột 7:8

và 9:10 ) thì nội lực của nó phải nhân với hệ số 0,8(chế độ làm việc nặng)

- Cốt thép dọc dùng thép nhóm C-III có RS=RSC = 365 MPa ; ES= 20.104 MPa

- Cốt thép đai nhóm C-I có RS=RSC = 225 MPa

Tra bảng với bê tông B25, thép nhóm C-III có các trị số :

ξ R=0,563 ; α R = 0,405 ; 1MPa = 10 kG/cm2

V- TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT TRỤC A :

1 Phần cột trên :

Chiều dài tính toán l0 = 2,5Ht = 2,5 × 410= 1025 cm

Kích thước tiết diện : b = 50cm, h = 40cm

Giả thiết chọn a = a’ = 4 cm, h0 = 40 – 4 = 36cm

N(T)

e1=M/N(m)

4,3152-18,57-18,2028

130,2515119,195130,2515

0,03310,15580,1398

0,04810,17080,1548

1,0141,0141,014

119,195119,195119,195

Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết µt = 2,5%,

Tính mô men quán tính của tiết diện :

δe= max (e0 /h , δmin )

δmin= 0,5 – 0,01.l0/h -0,01Rb =0,5 – 0,01.1025/40 -0,01.14,5 =0,099

δe=max ( 0,387 ; 0,099 ) =0,387

δp : hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt thép ứng lực trước

Bê tông cốt thép thường δp =1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc:

η =

11

tr

N N

1

130, 25151

249,17

Độ lệch tâm phân giới :

b Kiểm tra với cặp 2 :

Vì cặp 2 có mô men cùng chiều với cặp 3 đã tính thép nên đối với cặp 2 có :

Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ lệch tâm e0 :

S =

0,11

0,1 0,1 e p

δ δ

+ +

δe= max (e0 /h , δmin )

δmin= 0,5 – 0,01.l0/h -0,01Rb =0,5 – 0,01.1025/40 -0,01.14,5 =0,099

δe=max ( 0,427 ; 0,099 ) =0,427

δp : hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt thép ứng lực trước

Bê tông cốt thép thường δp =1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc:

η =

11

tr

N N

1119,1951

=6185204 kG.cm = 61,852 T.m

N.e = 119,195.0,4847 = 57,774 T.m

N.e < Mu → tiết diện đủ khả năng chịu cặp nội lực 2

c Kiểm tra với cặp 1 :

Vì cặp 1 có mô men ngược dấu với cặp 3 là cặp tính thép nên với cặp 1 có:

p

δ δ

+ +

tr

N N

1

130, 25151

N.e < Mu → tiết diện đủ khả năng chịu cặp nội lực 1

Vậy chính thức chọn lượng thép như sau :

AS : 3Φ28 + 2Φ22 (26,07 cm2)

AS’ : 1Φ28 + 4Φ22 (21,36 cm2)

d Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn :

Vì tiết diện cột là hình chữ nhật có kích thước b × h = 50 × 40 cm, 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 Nmăx nên không cần kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn

Kiểm tra về bố trí thép Chọn lớp bảo vệ dầy 2,5cm,

a = 3,81 cm ; a’ = 3,69 cm ;

Trị số h0 theo cấu tạo h0 = 40 – 3,81 = 36,19 cm lớn hơn trị số đã dùng để tính toán

là 36 cm như vậy thiên về an toàn

Khoảng cách giữa các cốt thép ở phía đặt 3Φ28 + 2Φ22 là:

(50 – 2,5.2 - 2,8 × 3 – 2,2.2)/4 = 8,05 >5 cm, thoả mãn các quy định về cấu tạo.Khoảng cách giữa các cốt thép ở phía đặt 1Φ28 + 4Φ22 là:

(50 – 2,5.2 – 2,8.1 -2,2.4)/4 =8,35 cm thoả mãn yêu cầu cấu tạo

2 Phần cột dưới:

Tra bảng ta có chiều dài tính toán: l0 = 1,5 × Hd = 1,5 × 545 =817,5cm

Kích thước tiết diện b = 50 cm, h = 60 cm Giả thiết chọn a = a’ = 4 cm,

h0 = 60 - 6 = 56 cm; h0 - a’ = 56 - 4 = 52 cm

Độ mảnh λh = l0/h = 817,5/ 60 = 13,625 > 8 cần xét đến uốn dọc

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

N(T)

e1=M/N(m)

40,359-

28,958744,6874

138,545199,6091

210,6656

0,2913

0, 1450,212

0,31130,16510,2321

4,9294,9294,929

138,545138,545138,545

tr

N N

1

210, 66561

1032

ep = 0,4(1,25 × h - ξ R× h0) = 0,4(1,25 × 60 – 0,563 × 56) = 17,39 cm

∑

a’ = (2,5 1).9, 42 (2,5 0,9).5,09 3, 47

;

b Kiểm tra với cặp 1 :

Vì cặp 1 có mô men cùng dấu với cặp 3 là cặp tính thép nên với cặp 1 có:

tr

N N

1138,5451

Kiểm tra khả năng chịu lực theo công thức lệch tâm lớn.

Tính Mu =Rb.b.x(h0- 0,5x)+RSC.AS’(h0-a’)

=145.50.20,1 (56,46 - 0,5.20,1)+3650.14,51(56,46 - 3,47)

=9569527 kG.cm = 95,695 T.m

N.e = 138,545.0,6335 = 87,768 T.m

N.e < Mu → tiết diện đủ khả năng chịu cặp nội lực 1

b Kiểm tra với cặp 2 :

Vì cặp 2 có mô men ngược dấu với cặp 3 là cặp tính thép nên với cặp 2 có:

tr

N N

1199,60911

1149,5

e = η × e0 + 0,5 × h – a = 1,21.16,51 + 0,5 × 60 – 3,47 = 46,51 cm

Giả thiết là nén lệch tâm lớn : 2a’ =7,08 < x < ξ R× h0 = 0,563×56,53 =31,83 cmXác định sơ bộ x theo công thức :

N.e < Mu → tiết diện đủ khả năng chịu cặp nội lực 1

Kết luận : chọn thép như sau : phía trái chọn:3Φ22 + 2Φ18 (AS =16,49 cm2 )

phía phải chọn: 3Φ20 + 2Φ18 (AS’ =14,51 cm2 )+ Vì phần cột dưới không dài (Hd = 5,45 m) và nội lực ở tiết diện III-III cũng không nhỏ không thể bỏ qua nên ta không cắt cốt thép mà kéo dài thép trên suốt chiều dài phần cột dưới

+Cốt dọc cấu tạo: ở phần cột dưới có h = 60 cm ≥ 50cm nên ở giữa cạnh đó cần có cốt dọc cấu tạo, khoảng cách các cốt dọc theo phương cạnh h là:

Sd = (h0 – a’)/2 = (56,46 – 3,47)/2 = 26,495 cm, thoã mãn Sd < 40cm

+Diện tích tiết diện thanh cấu tạo không bé hơn

0,0005 b Sd = 0,0005 x 50 x 26,495 = 0,66 cm2

Dùng thép : Φ16 , AS =2,01 cm2

* Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn:

Tra bảng ta có chiều dài tính toán: l0 = 1,2 × Hd = 1,2 × 5,45 = 6,54 m

Độ mảnh λb = l0/h = 654/50 = 13,08

Hệ số uốn dọc ϕ tra bảng phụ lục (nội suy) được ϕ = 0,942

Tính toán kiểm tra cấu kiện theo cấu kiện chịu nén đúng tâm

Ab = 50 × 60 = 3000 cm2

ASt = (16,49 + 14,51) = 31 cm2

µt = 31/ 3000 = 0,01 < 0,03

Điều kiện kiểm tra: N ≤ ϕ(Rb × Ab + RSC × ASt)

N chọn theo Nmax lấy ở cặp nội lực IV-18 ; Nmax = 210,6656 T

ϕ(Rb × Ab + RSC × ASt) = 0,942 × (145 × 3000 + 3650 × 31 )

= 516357 kG = 516,357 T > 210,6656 T

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

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

a Kiểm tra theo khả năng chịu cắt :

Ở phần cột dưới, lực cắt lớn nhất xác định từ bảng tổ hợp Qmax = 10,494 T

K1 Rbt b h0 = 0,6 ×10,5× 50 × 56,46 = 17785 kG = 17,78 T, thoả mãn điều kiện:

Q < K1 Rbt b h0 Bê tông đủ khả năng chịu lực cắt Cốt đai đặt theo cấu tạo:

Bề rộng dàn mái kê lên cột 24cm, bề dài tính toán của đoạn kê 26cm

Diện tích trực tiếp chịu nén cục bộ Fcb = 24 x 26 = 624 cm2

diện tích tính toán của tiết diện lấy đối xứng qua Fcb tính được

F = 3

Gia cố đầu cột bằng lưới thép ngang Dùng 4 lưới thép ô vuông, kích thước ô lưới