Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép 2

Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG LẮP GHÉP SỐ LIỆU CHO TRƯỚC ● Nhà công nghiệp tầng lắp ghép, có cầu trục chạy điện làm với chế độ làm việc trung bình Chiều dài khối nhiệt độ 60m Loại cơng trình phổ thơng, cao trình 0.00 ● Ba nhịp: L1 = 18 (m); L2 = 18(m); L3 = 18 (m) ● Bước cột: a = 6(m) ● Cao trình ray: R = 10 (m) ● Sức trục Q = 30 (tấn) ● Địa điểm xây dựng (xác định áp lực gió): Tp Đà Nẵng LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CẤU KIỆN 2.1.Chọn kết cấu mái ● Với nhịp L1 = L2 = L3 = 18m => chọn kết cấu mái dàn BTCT Có thể chọn dạng hình thang, dàn gãy khúc dạng dàn vòm Trong trường hợp chọn dàn gãy khúc có hình dáng hợp lí mặt chiụ tải trọng phân bố Nội lực tải trọng phân bố gây cánh thượng & cánh hạ tương đối từ gối tựa vào nhịp Nội lực xiên bé, chiều cao đầu dàn nhỏ giảm vật liệu bao che quanh nhà ● Chiều cao nhịp dàn BTCT : Vậy ta chọn hgd = 2.4m ● Chiều cao đầu dàn: Vậy ta chọn hd = 1.65m Trong đó: độ dốc cánh thượng dàn: i = 1/12 ● Trọng lượng tiêu chuẩn dàn : ● Chọn cửa mái đặt nhịp giữa, bố trí chạy dọc theo nhà Kích thước cửa mái: rộng 12m (do nhịp L=18m) Chiều cao cửa: 4m (chọn theo yêu cầu chiếu sáng) ● Các lớp cấu tạo mái từ xuống sau: Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Hai lớp gạch nem kể vữa dày (cm) Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12 (cm) Lớp bê tông chống thấm dày (cm) Panen mái dạng panen sườn, kích thước 6⋅1.5 (m), cao 30 (cm) Tổng chiều dày lớp mái: t = + 12 + + 30 = 51(cm) 2.2.Chọn dầm cầu trục ● Nhịp dầm cầu trục a = 6m, sức trục Q = 30 (t) ● Chọn dầm cầu trục tiết diện chữ T thỏa mãn: ● Chiều cao tiết diện: ● Hc = 1.0m ● Bề rộng cánh: ● bc = 0.57(m) ● Chiều rộng sườn: ● Chọn b = 200 ● Chiều rộng cánh: ● Chọn hc = 0.12(m) ● Kích thước tiết diện dầm cầu trục hình vẽ: 2.3 Xác định kích thước chiều cao nhà 570 - Lấy cao trình nhà tương ướng cốt ±0.00 để xác định kích thước khác 150 - Cao trình vai cột: V = R – (Hr + Hc) 120 R - Cao trình ray: R = 10 (m) 200 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Hr - Chiều cao ray lớp đệm: Hr = 0.15 (m) Hc - Chiều cao dầm cầu trục: Hc = 1.0 (m) ● V = 10 – (0.15 + 1.0) = 8.85 (m) - Cao trình đình cột: D = R + Hct + a1 Hct: Chiều cao cần trục (tra bảng phục lục I) với sức trục Q = 30 (t) có Hct = 2.75 (m) a1: khe hở an toàn từ đỉnh xe đến mặt đất kết cấu mang lực mái a1 ≥ 0.1 (m) Chọn a1 = 0.15 (m) ● D = 10 + 2.75 + 0.15 = 12.9 (m) - Cao trình đỉnh mái: M = D + h + + t h – Chiều cao kết cấu mang lực mái: h = 2.4 (m) – Chiều cao cửa mái: = (m) t – Tổng chiều dày lớp mái: t = 0.51 (m) ● Cao trình đỉnh mái nhịp biên khơng có cửa mái: M1 = 12.9 + 2.4 + 0.51 = 15.81 (m) ● Cao trình đỉnh mái nhịp có cửa mái: M2 = 12.9 + 2.4 + + 0.51 = 19.81 (m) 2.4 Xác định kích thước cột - Chiều dài phần cột trên: Ht = D – V = 12.9 – 8.85 = 4.05 (m) - Chiều dài phần cột dưới: Hd = V + a2 = 8.85 + 0.6 = 9.45 (m) a2: khoảng cách từ mặt đến mặt móng, a2 = 0.6 (m) - Kích thước tiết diện cột sau: + Bề rộng cột b : Bề rộng cột b chọn theo thiết kế định hình thống cho tồn pần cột cột cho cột biên lẫn cột b = 40 cm Thoả mãn điều kiện: Hd / b = 9.45 / 0.4 = 23.63< 25 - Phần cột biên: + Chiều cao tiết diện phần ht = 35cm, thoả mãn điều kiện α4 = λ - ht - B1 =75 - 35 - 30 = 10cm > 6cm λ - khoảng cách từ trục định vị (mép cột biên) đến tim dầm cầu trục λ =75cm Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép B1 - khoảng cách từ tim dầm đến mép cầu trục, tra bảng phụ lục I ta có B1 = 30cm + Chiều cao tiết diện phần cột hd = 70 cm, thoả mãn điều kiện hd > Hd / 14 = 9.45 / 14 = 0.68m - Phần cột giữa: + Chiều cao tiết diện phần ht = 60cm, thoả mãn điều kiện IV α5 = λ – hd – B1 =75 - 60/2 - 30 = 15cm.> 6cm 400 λ - khoảng cách từ trục định vị (mép cột giữa) đến tim dầm cầu trục IV - IV λ = 75 cm B1 - khoảng cách từ tim dầm đến mép cầu trục, tra bảng phụ lục I ta có B1 = 30cm 800 + Chiều cao tiết diện phần cột hd = 80 cm, thoả mãn điều kiện hd> Hd / 14 = 9.45 / 14 = 0.68m - Kích thước vai cột: lv ● Độ vươn vai mép cột: - ≥ 20 (cm) - Bội (cm) lv ≤ 40 (cm) - Bội 10 (cm) lv ≤ 60 (cm) ⇨ Cột biên: lv = 30 (cm) ⇨ Cột giữa: lv = 60 (cm) ● Chiều cao mép vai cột: - ≥ 20 (cm) - Bội số 10 (cm) - ≥ chiều cao tiết diện chỗ tiếp giáp cột - ≥ 50 (cm) Q > 15 ⇨ Chọn hv = 60 (cm) ● Góc nghiêng 450 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG 3.1.Tĩnh tải mái - Phần tĩnh tải trọng lượng thân lớp mái tác dụng 1m2 mặt mái xác định theo bảng sau: T T Các lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn (KG/m2) Hệ số vượt tải Tải trọng tính tốn (KG/m2) Hai lớp gạch men kể vữa dày 5cm 90 1.3 117 144 1.3 187.2 KG/cm3 Lớp bê tông nhẹ cách Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép nhiệt dày 12cm (KG/cm3) Lớp bê tông chông thấm dày 4cm 100 1.1 110 1.1 207.9 (KG/cm3) Panel 6x1.5m Trọng lượng kể bê tông chèn khe 1.7 (t) 189 Tổng cộng 523 622.1 ⇨ g = 622.1 KG/m2 = 0.6221 T/m2 ● Phần nhịp - Tĩnh tải trọng lượng thân dàn mái nhịp L2 = 18m, lấy theo bảng 1.2.1 6.6 (t), hệ số vượt tải n = 1.1 => trọng lượng tính tốn G1 = 6.6 x 1.1 = 7.26 (t) - Trọng lượng khung cửa mái rộng 12m, cao 4m, có trọng lượng (2.2 ÷ 2.8) (t), ta chọn 2.8 (t), hệ số vượt tải n = 1.1 => trọng lượng tính tốn: G2 = 2.8 x 1.1 = 3.08 (t) - Trọng lượng kính khung cửa kính có trọng lượng : (gk = 400÷500)(kg/m), hệ số vượt tải n = 1.2, => gk = 500 x 1.2 = 600 (kg/m) - Tĩnh tải mái qui lực tập trung Gm2 tác dụng nhịp có cửa mái Gm2 = 0.5 x (G1 + g.a.L + G2 + 2.gk a) = 0.5 x (7.26 + 0.6221 x x 18 + 3.08 + 2x 0.6 x 6) = 42.363 (t) ● Phần nhịp biên - Tĩnh tải trọng lượng thân dàn mái nhịp biên L1=L3= 18m, lấy theo bảng 1.2.1 6.6 (t), hệ số vượt tải n = 1.1 ⇨ G1 = 6.6 x 1.1 = 7.26 (t) - Tĩnh tải mái quy lực tập trung Gm1 tác dụng nhịp có cửa mái: Gm1=0.5(G1+g.a.L)= 0.5 x (7.26+0.622 x x 18)=37.223(t) - Các lực Gm1, Gm2 đặt cách trục định vị 0.15m 3.2.Tĩnh tải dầm cầu trục - Gd = n.(Gc + α.gr) ● Gc - Trọng lượng thân dầm cầu trục là: 4.2 ● gr - Trọng lượng ray lớp đệm mét dài ( qk = 150 ÷ 200 kG/m ) lấy 200 kG/m ● Vậy Gd = 1.1 (4.2 + x 0.15) = 5.61 ● Tải trọng Gd đặt cách trục định vị 0.75m 3.3.Tĩnh tải trọng lượng thân cột - Tĩnh tải tính theo kích thước cấu tạo cho phần cột ● Cột biên có: Đồ án mơn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép yy2 = y3 ▪ Cột trên: Gt= 0.35 x 0.4 x 4.05 x 2.5 x 1.1 = 1.559(t) ▪ Cột dưới: Gd = [0.7 x 0.4 x 9.45 + 0.4 x (0.6 + 0.9)/2 x 0.3] x 2.5 x 1.1 = 6.485(t) ● Cột có: ▪ Cột trên: Gt = 0.6 x 0.4 x 4.05 x 2.5 x 1.1 = 2.673(t) ▪ Cột dưới: Gt=[0.8 x 0.4 x 9.45 + 0.4 x (0.6 + 1.2) x 0.6] x 2.5 x 1.1 = 9.504(t) ▪ Tường xây gạch tường tự chịu lực nên trọng lượng thân khơng gây nội lực cho khung 3.4.Hoạt tải mái - Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn phân bố mét vuông mặt mái lấy 75 kG/m2, n = 1.3 Hoạt tải đưa thành lực tập trung Pm đặt đầu cột - Nhịp biên có L1 = L3 = 18 m ● Pm1 = 0.5 x n x pm x a x L =0.5 x 1.3 x 75 x x 18 = 5265 kG = 5.265(t) - Nhịp có L2 = 18 m ● Pm2 = 0.5 x n x pm x a x L =0.5 x 1.3 x 75 x x 18 = 5265 kG = 5.265 (t) ● Vị trí Pm đặt trùng với vị trí Gm 3.5.Hoạt tải cầu trục ● Hoạt tải đứng cầu trục: Với số liệu cầu trục cho Q = 30 nhịp biên có L1= L3 = 18m có chiều dài lớn nên ta chọn L = 18m) ❖ Nhịp biên có L1 = L3 = 18 m - Nhịp cầu trục Lk1 = L - 2λ =18 - x 75 = 16.5 m, chế độ làm việc trung bình, tra bảng phụ lục I ta có số liệu sau: ● Bề rộng cầu trục: B = 6.3 mét ● Khoảng cách hai bánh xe: K = 5.1 mét ● Trọng lượng xe con: G = 12 ● Áp lực tiêu chuẩn lên mổi bánh xe cầu trục là: Pcmax = 27.5 ● Hệ số vượt tải theo TCVN 2737 - 1995, n = 1.1 ● Áp lực thẳng đứng lên hai cầu trục đứng cạnh truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực hình sau: ● Dmax1 = n x Pcmax x Σyi - Các tung độ yi đường ảnh hưởng ứng với vị trí lực tập trung PCmax xác định theo tam giác đồng dạng: Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép yy2 = y3 Hình 2: Sơ đồ xác định Dmax ● y1 = ; y2 = 0.9/6 = 0.15 ; y3 = 4.8/6 = 0.8 ● Dmax1 =1.1 x 27.5 x ( + 0.15 + 0.8 ) = 58.988 - Điểm đặt Dmax2 trùng với điểm đặt Gd ❖ Nhịp có L2 = 18m Q = 30 - Nhịp cầu trục Lk2 = L - 2λ =18 - x 75 = 17 m, chế độ làm việc trung bình, tra bảng phụ lục I ta có số liệu sau: ▪ Bề rộng cầu trục: B = 6.3 mét ▪ Khoảng cách hai bánh xe: K = 5.1 mét ▪ Trọng lượng xe con: G = 12 ▪ Áp lực tiêu chuẩn lên mổi bánh xe cầu trục là: Pcmax = 27.5 ▪ Hệ số vượt tải theo TCVN 2737 - 1995, n = 1.1 ▪ Áp lực thẳng đứng lên hai cầu trục đứng cạnh truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực hình sau: ⇨ Dmax2 = n x Pcmax x Σyi ● Các tung độ yi đường ảnh hưởng ứng với vị trí lực tập trung Pcmax xác định theo tam giác đồng dạng: Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép ● y1= ; y2 = 0.9/6 = 0.15 ; y3 = 4.8/6 = 0.8 ● Dmax2 =1.1 x 27.5 x ( + 0.15 + 0.8 ) = 58.988 ● Điểm đặt Dmax2 trùng với điểm đặt Gd ● Hoạt tải lực hãm ngang xe con: ▪ Lực hãm ngang banh xe truyền lên dầm cầu trục trường hợp móc mềm xác định theo cơng thức: ❖ Nhịp biên có L1 = L3 = 18 m ▪ Tc1 = (Q + G) / 40 = (30 + 12) / 40 = 1.05 ❖ Nhịp có L2 = 18 m ▪ Tc1 = (Q + G) / 40 =(30 + 12) / 40 = 1.05 ▪ Lực hãm ngang Tmax truyền lên cột xác định theo đường ảnh hưởng Dmax ❖ Nhịp biên có L1 = L3 = 18 m ▪ Tmax = n x Tc1 x Σy1 = 1.1 x 1.05 x (1 + 0.15 + 0.8) = 2.252 ❖ Nhịp có L2 = 18 m ▪ Tmax = n x Tc1 x Σy1 = 1.1 x 1.05 x (1 + 0.15 + 0.8) = 2.252 ▪ Xem lực Tmax đặt lên cột mức mặt dầm cầu trục, cách mặt vai cột Hc = mét cách đỉnh cột đoạn: ⇨ y = Ht – Hc = 4.05 - = 3.05(m) 3.6.Hoạt tải gió : - Giá trị tính tốn thành phần tĩnh tải tải trọng gió W độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo công thức: ▪ W = n x W0 x k x C Trong đó: ▪ n - Hệ số vượt tải n = 1.2 ▪ W0 - Áp lực gió độ cao 10 mét, theo tiêu chuân TCVN 2737 - 1995 Đà Nẵng thuộc vùng II B nên áp lực W0 tra bảng phụ lục II 95 kG/m2 ▪ K: Hệ số tính đến thay đổi áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào địa hình Để đơn giản tính tốn, coi hệ số k khơng thay đổi phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột từ đỉnh cột đỉnh mái + Mức đỉnh cột có cao trình +12.9 mét có k =1.046 hm2 hm3 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép + Mức đỉnh mái có cao trình +19.81 mét có k =1.128 ⇨ Ktb = 1.087 ▪ C - Hệ số động, xác định phụ thuộc vào hình dáng bề mặt đón gió, với nhà cơng nghiệp tầng nhịp, có cửa trời chạy suốt chiều dài nhà, nhà có tường xây kín xung quanh hệ số khí động C xác định theo sơ đồ 16 bảng tiêu chuẩn TCVN 2737 - 95, hình vẽ đây: - Trong hệ số khí động tác dụng lên phần mái có hệ số Ce1 chưa biết, hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng α mái tỷ lệ chiều cao đầu mái nghiêng với nhịp nhà (H/L) ▪ Với tangα = (2.4-1.65)/9 = 0.83 => α = 4.740 ▪ tỷ số H/L = (12.9 + 1.5) / 54 = 0.27 ▪ nội suy có Ce1 = -0.274 S2 10 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép µ = µ' = As / (b x h0) = 1706/(400 x 760) = 0.609 % > µmin = 0.2% - Kích thước tiết diện hợp lí µt = x µ = x 0.209 = 1.2 % - Hàm lượng cốt thép µt chênh lệch so với hàm lương cốt thép giả thiết không đáng kể nên khơng cần giả thiết lại b Tính tốn cốt thép với cặp nội lực IV-16: Chiều dài tính toán: l0 = 1.5 x Hd =1.5 x 9.45 = 14.175 m = 14175 mm (Cặp IV-16 có kể tải trọng cầu trục) Với: e01: Độ lệch tâm ban đầu lực dọc e01 = M/N e0': Độ lệch tâm ngẫu nhiên e0' ≥ ( h/30 , Ht/600 , cm ) =( 0.675 , 2.667 , ) cm chọn e0' = 2.7cm > ( h/30 , Ht/600 , cm ) thỏa mãn điều kiện - Giả thiết hàm lượng cốt thép tổng: µt =1.5% - Khoảng cách: a = a' =4 cm - Chiều cao làm việc tiết diên: H0 = h - a =800 - 40 = 760mm - Mơmen qn tính tiết diện: I = b x h3 / 12 = 400 x 512000000 / 12 = 17x 109 mm4 - Mơmen qn tính tiết diện cốt thép: Is = µt x b x h0 x (0.5 x h - a)2 = 0.015 x 400 x 760 x (0.5 x 800 - 40)2= 59.1x 107 mm4 - Xác định hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm δmin = 0.5 - 0.01 x (l0/h) - 0.01 x Rb =0.5 - 0.01 x (14175 / 800) - 0.01 x 11.5 = 0.323 e0/h = 382 / 800 = 0.478 δe = max(e0/h, δmin) =0.478 φp = - với cấu kiên bê tông cốt thép thường S = [0.11 / (0.1 + δe/φp)] + 0.1 = [0.11 / (0.1 + 0.478/1)] + 0.1= 0.29 - Hệ số xét đến ảnh hưởng trải trọng tác dụng dài hạn Do M Mdh dấu nhau, hệ số φdh xác định: - φdh = + [Mdh + Ndh x (0.5 x h -a)] / [M + N x (0.5 x h -a)]= + [-4.818x106 + 1029.83x103 x (0.5 x 800 - 40)] / [542.5x106 + 1528.47x103 x (0.5 x 800 - 40)] = 1.32 - Lực dọc tới hạn: - Ncr = [6.4 x (Eb / l20)] x [(S x I)/φl + α x Is] = [6.4 x (27000 / 200930625)] x [(0.29 x 17 x 109)/ 1.32 + 7.78 x 59.1 x 107] = 5848133 N = 5848.133 kN - Hệ số xét đến ảnh hưởng uốn dọc: - η = / [ 1- (N / Ncr)] =1 / [1- (1528.47 / 5848.133)] = 1.27 53 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép - Độ lệch tâm có kể đến ảnh hưởng uốn dọc: η x e0= 1.27 x 382 = 485 mm - Độ lêch tâm e = η x e0 + 0.5 x h - a =1.14 x 382 + 0.5 x 800 – 40 = 845mm - Tính sơ chiều cao vùng nén: X1 = N / (Rb x b) =1528.47x1000/ (11.5 x 400) = 332 mm - So sánh thấy: x a' = 80mm < X = 332mm < ξR x h0= 473.48mm - Thỏa mãn giả thiết, tính tốn theo nén lệch tâm lớn - Với X = X1 = 332mm - Diện tích cốt thép xác định: As = As' = [N x (e + X/2 – h0)] / [Rsc x (h0 - a')] =[1528.47 x 1000 x (845 + 166 - 760)]/[280 x (760 - 40)] = 1903mm2 - Hàm lượng cốt thép: µ = µ' = As / (b x h0) = 1903/(400 x 760) = 0.625% > µmin =0.2% => Kích thước tiết diện hợp lí µt = x µ = x 0.625 = 1.3 % - Hàm lượng cốt thép µt chênh lệch so với hàm lương cốt thép giả thiết không đáng kể nên khơng cần giả thiết lại c Tính toán cốt thép với cặp nội lực IV-18: Chiều dài tính tốn: l0 = 1.5 x Hd =1.5 x 9.45 = 14.175 m = 14175 mm (Cặp IV-18 có kể tải trọng cầu trục) Với: e01: Độ lệch tâm ban đầu lực dọc e01 = M/N e0': Độ lệch tâm ngẫu nhiên e0' ≥ ( h/30 , Ht/600 , cm ) =( 0.675 , 2.667 , ) cm chọn e0' = 2.7cm > ( h/30 , Ht/600 , cm ) thỏa mãn điều kiện - Giả thiết hàm lượng cốt thép tổng: µt =1.3% - Khoảng cách: a = a' =4 cm - Chiều cao làm việc tiết diên: H0 = h - a =800 - 40 = 760mm - Mơmen qn tính tiết diện: I = b x h3 / 12 = 400 x 512000000 / 12 = 17x 109 mm4 - Mơmen qn tính tiết diện cốt thép: - Is = µt x b x h0 x (0.5 x h - a)2= 0.013 x 400 x 760 x (0.5 x 800 40) x (0.5 x 800 - 40)= 51.2 x 107 mm4 - Xác định hệ số kể đến ảnh hưởng độ lệch tâm: - δmin = 0.5 - 0.01 x (l0/h) - 0.01 x Rb = 0.5 - 0.01 x (14175 / 800) - 0.01 x 11.5 = 0.318 - e0/h = 271 / 800 = 0.339 54 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép - δe = max(e0/h, δmin) =0.339 - φp = - với cấu kiên bê tông cốt thép thường - S = [0.11 / (0.1 + δe/φp)] + 0.1 = [0.11 / (0.1 + 0.339/1)] + 0.1 = 0.351 - Hệ số xét đến ảnh hưởng trải trọng tác dụng dài hạn Do M Mdh dấu nhau, hệ số φdh xác định: - φdh= + [Mdh + Ndh x (0.5 x h -a)] / [M + N x (0.5 x h -a)]= + [-4818000 + 1029830 x (0.5 x 800 - 40)] / [-455520000 + 1867850 x (0.5 x 800 - 40)]= 2.687 - Lực dọc tới hạn: - Ncr = [6.4 x (Eb / l20)] x [(S x I)/φdh + α x Is] = [6.4 x (27000 / 200930625)] x [(0.351 x 17000000000)/2.687 + 7.78 x 512000000] = 5335474 N = 5335.474 kN - Hệ số xét đến ảnh hưởng uốn dọc: η = / [ 1- (N / Ncr)] =1 / [1- (1867.85 / 5335.474)] = 1.539 - Độ lệch tâm có kể đến ảnh hưởng uốn dọc: η x e0 = 1.539 x 271 = 417 mm - Độ lêch tâm: e = η x e0 + 0.5 x h - a =1.539 x 271 + 0.5 x 800 - 40 = 777mm - Tính sơ chiều cao vùng nén: X1 = N / (Rb x b) =1867.85 x 1000 / (11.5 x 400) = 406 mm - So sánh thấy: x a' = 80mm < X = 406mm < ξR x h0 = 473.48mm - Thỏa mãn giả thiết, tính tốn theo nén lệch tâm lớn - Với X = X1 = 406mm - Diện tích cốt thép xác định: AS = AS' = [N x (e + X/2 – h0)] / [Rsc x (h0 - a')] =[1867.85 x 1000 x (777 + 203 - 760)]/[280 x (760 - 40)] =2038 mm2 - Hàm lượng cốt thép: µ = µ' = AS / (b x h0) = 2038/(400 x 760) = 0.67% > µmin = 0.2% => Kích thước tiết diện hợp lí µt = x µ = x 0.67 = 1.34 % - Hàm lượng cốt thép µt chênh lệch so với hàm lương cốt thép giả thiết không đáng kể nên không cần giả thiết lại d Chọn bố trí cốt thép: So sánh diện tích cốt thép tính từ cặp nội lực trên, cốt thép cột chọn theo tính tốn từ cặp nội lực IV-18 có giá trị AS = AS' = 20.38 cm2 có AS = AS' = µmin x b x h0 = 0.2% x b x ho =6.12 cm2 Chọn thép phía:1Φ30 + 2Φ30 có As = As' = 21.209 cm2 (đảm bảo yêu cầu cốt thép) 55 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Φ 30 Φ 30 Do cạnh tiết diện: h = 800 > 500 nên cần bố trí cốt thép dọc cột biên Φ 14 Chọn lớp bê tông bảo vệ: c1 =20 mm, thỏa mãn yêu cầu Khoảng cách a = a' = 35mm , h0 = 800 - 35 = 765mm > 760mm (thiên an tồn) Khoảng cách thơng thủy: c = 135mm > 50mm, thỏa mãn yêu cầu cấu tạo ● Kết luận: Các cặp nội lực tiết diện nằm phía miền chịu lực cấu kiện, cột đảm bảo khả chịu tất nội lực nguy hiểm xay Tính tốn kiểm tra chịu cắt : Lực cắt lớn chân cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực 56 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép QIVmax= 70.96kN, nội lực tương ứng N = 1528.47kN Khả chịu lực cắt nhỏ tiết diện cột kể đến tác dụng chiu cắt bê tông: Qbmin = 0.6 x (1 + φn) x Rbt x b x h0 – Với cột vật liệu bê tông nặng, tiết diện chữ nhật φn = 0.1 l x N / (Rbt x b x h0) =0.1 x 1528.47 x 1000 / (0.9 x 400 x 765) = 0.555 > 0.5 nên ta lấy giá trị φn= 0.5 Qbmin = 0.6 x (1 + φn) x Rbt x b x h0 =0.6 x (1 + 0.5) x 0.9 x 400 x 765 = 247860N = 247.86kN Nhận thấy Qbmin =247.86kN > QIVmax = 70.96kN Vậy bê tông đủ khả chịu cắt, cần bố trí cốt đai theo cấu tạo Chọn cốt đai Φ s 250 chung cho cột cột dưới, cốt đai chọn phải thỏa mãn điều kiện: Φ ≥ 0.25 Φ max = 0.25 x 30 = 7.5mm (Thỏa mãn yêu cầu ) s ≤ 15 x Φmin = 15 x 22 = 330mm (Thỏa mãn u cầu ) Tính tốn vai cột : Kích thước vai cột chọn theo thiết kế định hình vẽ phần trước ( Phần VI mục 3) Giả thiết khoảng cách a = cm, => h0 = h -a =1200 - 40 = 1160mm Vậy: lv = 600mm > 0.9 x h0 = 0.9 x 1160 = 1044mm => Vai cột thuộc kiểu côngxôn ngắn Lực tác dụng lên vai lấy nhịp có tải trọng lớn hơn: QV = Dmax + Gd = 589.88 + 56.1 = 645.98kN Qv < 2.5 x Rbt x b x h0 =2.5 x 0.9 x 400 x 1160 = 1044000N = 1044kN Khoảng cách : av = λ - 0.5 x hd = 750 - 0.5 x 800 = 350mm Do chiều cao vai cột thỏa mãn điều kiện: 3.5 x av = 3.5x350 = 1225mm > h = 1200mm > 2.5x av =2.5x350 = 875mm Nên cần bố trí cốt đai ngang vị trí vai cột bố trí cốt xiên Chọn cốt đai vai cột có đường kính cốt đai cột Φ , chọn bước đai vai cột s 150 thỏa mãn điều kiện: s 150 ≤ (150mm; h/4 = 300mm) Chọn cốt xiên:4Φ18, bố trí hai lớp nghiêng góc 45 độ, cách 100mm Cốt thép chịu lực thỏa mãn: As,inc =10.18 > 0.002 x b x h0 =0.002 x 400 x 1160 = 9.28cm2 Φinc =18mm ≤ (25mm; linc / 15) 57 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Kiểm tra tiết diện đảm bảo độ bền dải nghiêng chịu nén vùng đặt tải trọng tác dụng gối: ▪ QV ≤ 0.8 x φw2 x Rb x b x lb x sinθ Tính tốn góc θ Bề rộng vùng đặt tải trọng vai cột lấy bề rộng sườn dầm cầu trục lsup= 200 mm tgθ= h / (λ - 0.5 x hd + lsup/2)=1200 / (750 - 400 + 100) = 2.667 suy ra: θ = 69.446độ Chiều rộng dải nghiêng chịu nén lb: lb = lsup x sinθ =200 x sin(69.446) = 187 mm Tính tốn hệ số φw2: Cốt đai vai cột Φ s 150, diện tích tiết diện nhánh cốt đai nằm mặt phẳng ngang cắt qua dải nghiên chịu nén: Asw = x x 5.03 = 90.54 mm2 φw2 = + x α x µw2 = + x 7.78 x 90.54/(400 x 350) = 1.025 Vậy: 0.8 x φw2 x Rb x b x lb x sinθ 0.8 x 1.025 x 11.5 x 400 x 187 x 0.936 = 825276 N = 825.276 kN 0.8 x φw2 x Rb x b x lb x sinθ = 825.276 kN > Qv = 645.98 kN => thỏa mãn yêu cầu điều kiện hạn chế Mơmen uốn tính tốn vai cột tiết diện tiếp giáp với mép cột dưới: 58 CỐT XIÊN Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Φ 18 M = 1.25 x QV x av =1.25 x 645.98 x 350 = 282616 kNmm = 282.616 kNm Tính tốn cốt thép dọc: αm = M / (Rb x b x h20) 282.616 x 1000000/(11.5 x 400 x 1345600) = 0.046 < αR = 0.429 => thỏa mãn điều kiện hạn chế ξ=1- = 0.0471 As = Rb x b x ξ x h0/Rs =11.5 x 400 x 0.0471 x 1160/280 = 898mm2 =8.98cm2 Hàm lượng cốt thép: µ = As / (b x h0) = 898 / (400 x 1160) = 0.194 % > µmin = 0.05 % Chọn thép: Chọ 3Φ20 có As = 9.42cm2 Bố trí lớp (đảm bảo hàm lượng yêu cầu) Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: c =20 mm => a = 30mm < 40 mm => Thiên an tồn hình vẽ: Bố Kiểm tra cột vận chuyển, cẩu lắp : Khi vận chuyển, cẩu lắp, cột bị uốn Tải trọng tính tốn lấy tải trọng thân có hệ số động lực: n = Đoạn cột trên: g1 = n x (b x h)cột x γbt =1.5 x 0.4 x 0.7 x 25 = kN/m Đoạn cột dưới: g2 = n x (b x h)cột x γbt =1.5 x 0.4 x 0.8 x 25 = 12 kN/m 59 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép a Khi vận chuyển: Cột đặt nằm theo phương ngang kê tự hai gối tựa treo lên hai móc Vị trí đặt gối cột lực chọn sở mômen uốn cột hai gối nhịp xấp xỉ Gọi l1, l2, l3 lần lược khoảng cách từ đỉnh cột đến gối kê thứ nhất, khoảng cách hai gối kê khoảng cách từ gối kê thứ hai đến chân cột Để xác định đoạn l1, l2, l3, tính tốn gần cách cho mơmen âm hai gối (M1, M3) mômen dương vị trí đoạn l2 (Mnh) nhau, coi g1 phân bố l1, g2 phân bố đoạn l2 + l3 đó: M1 = g1 x l21/2 = M3 = g2 x l23/2 = Mnh = 0.5 x M0 = 0.5 x (g2 x l22/8) Suy ra: l1 = x l3 ; l2 =2 l3 Hc = l1 + l2 + l3 = x l3 + l2 + 2l3 + l3 = ( + + + 1).l3 Với số liệu tốn ta tính được: ● l3=Hc/( + + +1) = 14.3 / (1.155 + 2.828 + 1) = 2.87 m ● l1 = x l3 =1.155 x 2.87 = 3.315 m ● l2 =2 x l3 = 2.828 x 2.87 = 8.116 m 60 Φ 14Cốt Thép Đồ án môn học: Kết Cấu Bê1Tông Vậy ta chọn khoảng cách: l1 =3.3 m; l2 =8.1m; l3 = 2.9 m Φ 14 Tính mơmen uốn với khoảng cách chọn sơ đồ tải trọng thực tế M1 = 0.5 x g1 x l21 =0.5 x x 10.989 = 49.005 kNm M3 = 0.5 x g2 x l23 =0.5 x 12 x 8.237 = 50.46 kNm Để tìm xác mômen dương lớn nhất, xác định: RB = [-0.5 x g1 x l21 + 0.5 x g2 x (Hc – l1)2 - 0.5 x (g2 – g1) x (Ht – l1)2] / l2 = [-0.5 x x 10.989 + 0.5 x 12 x (14300 - 3.315) x (14300 - 3.315) - 0.5 x (12 9) x (4.05 -3.315) x (4.05 -3.315) ] / 8.116 = 83.475 kN Khoảng cách X từ gối thứ hai đến vị trí mơmen dương lớn nhất: X = RB/g2 – l3 = 83.475/12 - 2.87 = 4.086 m (Tính x cách đạo hàm M2) M2 = RB x X - 0.5 x g2 x (X + l3)2 =83.475 x 4.086 - 0.5 x 12 x (4.086 + 2.87) x (4.086 + 2.87) = 50.763 kNm 61 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Tại gối kê 1: - Kích thước tiết diện: b = 400mm, h = 600mm - Diện tích cốt thép vùng kéo: Φ 22 + Φ 22 có As = As' = 7.602cm2 =760.2 mm2 - Khoảng cách: a = a' = 40mm, ho = 360mm - Khả chịu lực tiết diện: Mtd1 = RS x AS x (h0- a') = 280 x 7.602 x (400 - 38) = 68.965 x 1000000N.mm = 68.965kN.m Tại gối kê 2: - Kích thước tiết diện: b = 400mm, h = 800mm - Diện tích cốt thép vùng kéo: Φ 30 + Φ 30 có As = As' = 14.138 cm2 =1413.8mm2 - Khoảng cách: a = a' = 35mm, ho = 365mm - Khả chịu lực tiết diện: Mtd3 = Rs x As x (h0 - a') = 280 x 1413.8 x (365 - 35) = 130.635 x 1000000N.mm = 130.635kN.m - Vậy - Mtd1 = 68.965kN.m > M1 = 49.005kN.m , - Mtd3 = 130.635kN.m > M3 = 50.46kN.m - Suy cột đảm bảo khả chịu lực vận chuyển b Khi cẩu lắp: Khi cẩu lắp cột lật theo phương nghiêng cẩu Điểm đặt móc cẩu nằm vai cột cách mặt vai mm, chân cột tì lên mặt đất Xác định mômen tiết diện cột: Mômen âm phấn cột vị trí tiếp giáp với vai cột: Ml = 0.5 x x 4.05 x 4.05 =73.81125 kN.m Để xác định thành phần mômen dương lớn nhất, ta cần tính tốn: 62 Đồ án mơn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép 400 Φ 25 + Φ 22 Φ 30 + Φ 30 Φ 30 + Φ 30 63 600 RB = [-0.5 x x 4.05 x 4.05 - 0.5 x (12 - 9) x 0.2 x 0.2 + 0.5 x 12 x 10.05 x 10.05] / 10.05 = 55kN Khoảng cách từ gối B đến tiết diện có mômen dương lớn nhất: X = RB/g2 = 55 / 12 = 4.583 m M2 = 55 x 4.583 - 0.5 x 12 x 4.583 x 4.583 = 126.041666 kN.m 400 Tính tốn khả chịu lực: ❖ Tiết diện cột nằm sát vai cột: Kích thước tiết diện: b = 400mm, h = 800mm Diện tích cốt thép vùng nén: Φ 25 + Φ 22 có As' = 12.509cm2 = 1250.9 mm2 Diện tích cốt thép vùng kéo: Φ 25 + Φ 22 có As = 12.509 cm2 = 1250.9 mm2 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Khoảng cách: a = 35mm, a' = 35mm, ho = 565mm Xác định chiều cao vùng nén: X =(RS x AS – RSC x AS')/(Rb x b)=(280 x 12.509 - 280 x 12.509)/(11.5 x 400) = So sánh thấy: x a' = 70mm > X = 0mm Vậy: Mtd1 = RS x AS x (h0 - a') = 280 x 1250.9 x (565 - 35) = 185.634 x 1000000 Nmm = 185.634kNm Nhận thấy: Mtd1 = 185.634kNm > M1 = 73.81125kNm => Tiết diện đảm bảo khả chịu lực ❖ Tiết diện cột dưới: Kích thước tiết diện: b = 400mm, h = 800mm Diện tích cốt thép vùng nén: Φ 30 + Φ 30 có As' = 21.209cm2 Diện tích cốt thép vùng kéo: Φ 30 + Φ 30 có As' = 21.209cm2 Khoảng cách: a = 35mm, a' = 35mm, ho = 765mm Xác định chiều cao vùng nén: X =(RS x AS – RSC x AS')/(Rb x b) =(280 x 2120.9 - 280 x 2120.9)/(11.5 x 400) = So sánh thấy: x a' = 70mm > X = 0mm Vậy Mtd2 = RSC x AS' x (h0 - a') = 280 x 2120.9 x (765 - 35) = 433.512 x 106 Nmm = 433.512kNm 64 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Nhận thấy: Mtd2 = 433.512kNm > M2 = 126.041666kNm => Tiết diện đảm bảo khả chịu lực ● Kết luận:Cột hoàn toàn đảm bảo điều kiên chịu lực cẩu lắp Tính tốn ép cục chi tiết liên kết : a Tại đỉnh cột: Tải trọng đứng lớn mái truyền lên đỉnh cột: N = Gm2 + Pm2= 42.363 x 10 + 5.265 x 10 = 476.28kN Kích thước chi tiết mã dàn mái kê lên đỉnh cột: b x l = 240 x 260mm Sơ đồ tính tốn nén cục vị trí đỉnh cột lấy theo sơ đồ hình 16f tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 Xác định khả chịu nén cục đỉnh cột không kể đến ảnh hưởng cốt thép ngang Diện tích chịu nén cục bộ: Aloc1 = 240 x 260 = 62400mm2 Diện tích tính tốn chịu nén cục bộ: Aloc2 = 400 x 300 = 120000mm2 Hệ số: ψ = 0.75 - Với bê tông nặng tải trọng cục đỉnh cột phân bố không Hệ số:α = - Với bê tơng cột có câp độ bền B20 Hệ số: φb = = 1.244 < 2.5 Cường độ chịu nén cục tính tốn bê tơng đỉnh cột: Rb.loc = α x φb x Rb =1 x 1.244 x 11.5 = 14.306Mpa Vậy: [N]loc = ψ x Rb.loc x Aloc1 = 0.75 x 14.306 x 62400 = 669521N = 669.521kN Suy ra: [N]loc= 669.521kN > N = 476.28kN Vậy vị trí đỉnh cột bê tơng đảm bảo khả chịu lực phá hoại cục Ta bố trí lưới thép theo cấu tạo để đảm bảo đầu cột vận chuyển b Tại vai cột: Lực nén lớn từ đầu dầm cầu trục truyền vào vai cột: N = 0.5 x Gd + Dmax Trong đó: Dmax Pmax gây cho đầu dầm cầu trục, Dmax xác định theo đường ảnh hưởng: Dmax = P2max(y1 + y3) =1.1 x 275 x (1 + 0.8) = 544.5kN N = Gd + Dmax= 0.5 x 56.1 + 544.5 = 572.55kN Sơ đồ tính tốn nén cục vai cột lấy theo sơ đồ hình 16h TCXDVN 356-2005 65 Aloc2 hình vẽ: Sơ đồ Đồ án mơn học: Kết Cấu Bê Tơng Cốt Thép ính tốn nén cục vai cột 400 Xác định khả chịu nén cục vai cột không kể đến ảnh hưởng cốt thép ngang: Diện tích chịu nén cục bộ: Aloc1 = 200 x 180 = 36000 mm2 Diện tích tính tốn chịu nén cục bộ: Aloc2 = 300 x 180 = 54000 mm2 Hệ số: ψ = 0.75 - Với bê tông nặng tải trọng cục đỉnh cột phân bố không Hệ số:α = - Với bê tơng cột có câp độ bền B20 Hệ số: φb = = 1.145 < 2.5 Cường độ chịu nén cục tính tốn bê tơng đỉnh cột: Rb.loc= α x φb x Rb = x 1.145 x 11.5 = 13.168 Vậy: [N]loc = ψ x Rb.loc x Aloc1= 0.75 x 13.168 x 36000 = 355536N = 355.536kN Suy ra: [N]loc= 355.536kN < N = 572.55kN Không đảm bảo khả chịu lực cục bộ, phải gia cường thêm lưới thép ❖ Ta sử dụng lưới thép Φ8 a 100x100 bố trí đoạn vai cột tính từ mép cột đến mút vai, khoảng cách lưới thép theo phương đứng chọn khoảng cách cốt đai ngang vai cột s = 150mm Tính tốn kiểm tra cho nửa vai cột - Số thép lưới: nx = 2; ny = (thanh) - Chiều dài lưới: lx = 680; ly = 180 (mm) - Diện tích cốt thép thép lưới: Asxy=50.3 (mm) - Diện tích bê tơng nằm phạm vi lưới thép lấy gần đúng: Aef = lx.ly = 680x180 = 122400 (mm2) - Các hệ số: ● φb = 1.145 < 3.5 ● µxy = (nx x Asx x lx+ ny x Asy x ly) / Aef = (2.680.50.3 + 6.180.50.3) / (122400.150) = 0.007 ● ψ = (µxy x Rsxy)/(Rb + 10) = (0.007 x 280) / (11.5 + 10) = 0.091 ● φ = / (0.23 + ψ) =1 / (0.23 + 0.091) = 3.12 ● φs = 4.5 - 3.5 x (Aloc1 / Aef) = 4.5 - 3.5 x (36000 / 54000) = 2.17 (Do Aef = 104400 > Aloc2 = 54000 => lấy Aef = Aloc2 =54000 (mm2) để tính tốn.) ⇨ cường độ lăng trụ quy đổi bê tơng tính tốn chịu nén cục bộ: Rb.red = Rb x φb + φ x µxy x Rs.xy x φs =11.5 x 1.145 + 3.12 x 0.007 x 280 x 2.17 = 26.44(MPa) [N]loc = Rb.red x Aloc1 =26.44 x 36000 = 951840 N= 951.840 (KN) => [N]loc = 951.840 kN > 572.55kN - Vậy vị trí vai cột bê tơng đảm bảo khả chịu lực 66 800 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép 67 ... 3.904 tm MIV =1. 52 x 13.5 - 2. 2 52 x 10.45 = -3.013 tm NI = NII = , NIII = NIV = QIV =1. 52 - 2. 2 52 = -0.7 32 t Biểu đồ mơmen cho Hình 10.b 20 10.45 Đồ án môn học: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép 4.8.Nội... LIỆU - Mác bê tông M250 Tương ứng cấp độ bền B20 Rb = 11.5kG/cm2; Rbt = 0.9kG/cm2 Eb =27 0 x 103 kG/cm2 ) - Cốt thép dọc dùng nhóm thép C-II Rs = Rsc =28 00kG/cm2; Es =21 0 x 104 kG/cm2 ) - Tỷ số... trục A: R = [2. 2 52 x (1 - 0.3)] / [1 + 0.189] = 1. 326 t A MI = 0, My = 1. 326 x 3.05 = 4.044 tm MII = MIII =1. 326 x 4.05 - 2. 2 52 x = 3.118 tm MIV =1. 326 x 13.5 - 2. 2 52 x 10.45 = -5.6 32 tm NI = NII