Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng lắp ghép có nhịp cầu trục 23m bước cột 12m

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng lắp ghép có nhịp cầu trục 23m bước cột 12m Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng lắp ghép có nhịp cầu trục 23m bước cột 12m Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng lắp ghép có nhịp cầu trục 23m bước cột 12m

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG LẮP GHÉP

Sức cầu trục

Q (kN);

chế độ làmviệc

xây dựng(vùng gió)

- Khung có 3 nhịp đều nhau, có cùng cao trình đường ray, cửa mái đặt tại nhịp giữa

- Mỗi nhịp có 2 cầu trục chạy điện

- Mỗi khối nhiệt độ gồm 7 khung ngang

1 Xác định khung ngang nhà công nghiệp

1.1 Xác đ nh khung ngang nh p nhà ịnh khung ngang nhịp nhà ịnh khung ngang nhịp nhà

1.2 Tr c đ nh v ục định vị ịnh khung ngang nhịp nhà ịnh khung ngang nhịp nhà

Do sức cầu trục Q = 100 kN< 300 kN, nên trục định vị của các cột biên và cột giữa xác định như sau:

750 truc dinh vi

1.3 Các s li u c a c u tr c ố liệu của cầu trục ệu của cầu trục ủa cầu trục ầu trục ục định vị

Các thông số của cầu trục được tra theo cataloge với chế độ làm việc nặng như bảng sau:

Q : Sức nâng của cầu trục;

Lk : Nhịp của cầu trục, là khoảng cách giữa 2 trục ray;

B : Bề rộng của cầu trục;

K: khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục;

Hct : chiều cao cầu trục, tính từ đỉnh ray đến mặt trên của xe con;

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

1.4 Ch n k t c u mái ọn kết cấu mái ết cấu mái ấu mái

Với nhịp nhà L = 24,5 m, chọn kết cấu mang lực mái là dàn hình thang

Chiều cao giữa dàn: hg 1 / 7 1 / 9 L  2,72 3,5 m 

Bảng 1-2: Cấu tạo mái

1.6 Đ ường ray ng ray

1.7 D m c u tr c ầu trục ầu trục ục định vị

Trong trường hợp này, nhà công nghiệp có bước cột

a = 12 m; sức cầu trục Q 100 kN < 300 kN; 

nên ta sử dụng dầm cầu trục bằng dầm bê tông cốt thép lắp ghép

Dầm có tiết diện chữ T, được chế tạo định hình với các kích thước như sau:

Kích thước dầm cầu trục Trọng lượng tiêu chuẩn dầm

c dct

G  kN Chiều cao

dầm

Hc (cm)

Bề rộngsườn

b (cm)

Bề rộngcánh

' c

Chiều caocánh h'c

(cm)

1.8 Xác đ nh các cao trình khung ngang ịnh khung ngang nhịp nhà

thước khác:

Cao trình vai cột:

V R   H  HVới:

- R cao trình ray của cầu trục; R = 7,25 m

đến mặt dưới của kết cấu mang lực mái;

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

- hcm: chiều cao cửa mái; hcm = 4 m

- t : tổng chiều dày các lớp mái; t = 0,66

Cao trình đỉnh mái nhịp biên không có cửa mái: hình 1.6, kích thước khung ngang.

- Ht chiều dài đoạn cột trên: Ht = D – V = 9,45 – 5,9 = 3,55 m

- Hd chiều dài đoạn cột dưới: Hd = V + a2 = 5,9 + 0,6 = 6,5 m;

2

H 3,55 6,5 10,05 m.

1.9 Xác đ nh kích th ịnh khung ngang nhịp nhà ướp cấu tạo mái c ti t di n c t ết cấu mái ệu của cầu trục ột

Với bước cột a = 12 m, ta chọn kích thước tiết diện cột theo thiết kế định hình như sau:

*)Kiểm tra độ mảnh của cột:

Trong mọi trường hợp tiết diện cột phải đảm bảo độ mảnh theo cả 2 phương không

= 35 b

0

l

- l 0chiều dài tính toán của cột;

- b kích thước bé nhất của tiết diện cột

a, Kiểm tra với cột biên:

- phần cột trên: 30cm < ht = 40 cm < b=50 cm, kiểm tra độ mảnh theo ht:

l 0= 2.Ht = 2.3,55 = 7,1 m = 710 cm

710

17,75 35 40

b, Kiểm tra với cột giữa:

l 0= 2,0.Ht = 2.3,55 = 7,1 m = 710 cm

710

14,2 35 50

- cột biên: hv = 600 mm, h = 1000 mm, l v = 400 mm, góc nghiêng mép dưới vai cột

800 600

(b)(a)

Hình: 1.7- a: kích thước vai cột biên Hình:1.7- b: kích thước vai cột giữa

II Xác đ nh t i tr ng ịnh khung ngang nhịp nhà ải trọng ọn kết cấu mái

1 Tĩnh t i mái ải trọng

2

g 7,55 kN/m 

khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng bằng bê tông cốt thép lắp ghép:

c 1

G  100,42 kN; ta có: G1 n.G1c  1,1.100,42 110,5 kN 

Với: - G1 trọng lượng tính toán của dàn mái; n = 1,1 là hệ số vượt tải.

g  5,0 kN/m; ta có: gk  n.gck  1,2.5,0 6,0 kN/m  Tĩnh tải mái quy về thành lực tập trung ở nhịp biên (không có cửa mái):

2 Tĩnh t i d m c u tr c tác d ng lên vai c t ải trọng ầu trục ầu trục ục định vị ục định vị ột

Trọng lượng dầm cầu trục, trọng lượng ray và các lớp đệm tác dụng lên vai cột:

3 T i tr ng b n thân c t ải trọng ọn kết cấu mái ải trọng ột

4 Ho t t i mái ạo mái ải trọng

Trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái phân bố đều trên 1 mét vuông mặt bằng mái lấybằng P =0,75 kN/mmc 2;

Hoạt mái được quy về thành lực tập trung đặt ở đỉnh cột:

5 Ho t t i c u tr c ạo mái ải trọng ầu trục ục định vị

5.1 Ho t t i th ng đ ng do c u tr c ạo mái ải trọng ẳng đứng do cầu trục ứng do cầu trục ầu trục ục định vị

Các thông số của cầu trục đã được xác định như trong bảng 1-1

Áp lực thẳng đứng lớn nhất do 2 cầu trục cạnh nhau truyền lên một bên vai cột được xác định theo đường ảnh hưởng của phản lực:

D  nP  y

12000

950 4400

950 950 4400

Điểm đặt của Dmax trùng với điểm đặt của Gdct

5.2 Ho t t i do l c hãm ngang c a bánh xe con ạo mái ải trọng ực hãm ngang của bánh xe con ủa cầu trục

Lực hãm ngang do 1 bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp dùng móc cẩu cứng:

6 Ho t t i gió ạo mái ải trọng

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

0

Trong đó:

- n - là hệ số vượt tải, n = 1,2

- k - hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạng địa hình, ở đây áp dụng dạng địa hình B Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn , coi như hệ số k không đổi trong phạm vi từ mặt móng tới đỉnh cột và từ đỉnh cột tới đỉnh mái:

C - hệ số khí động, được xác định phụ thuộc hình dáng bề mặt đón gió, với nhà công nghiệp một tầng, 3 nhịp, có cửa mái chạy suốt chiều cao nhà ở nhịp giữa, nhà có tường xây kín xung quanh hệ số khí động C xác định dựa theo sơ đồ 16, phụ lục 14, sách

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng bằng bê tông cốt thép lắp ghép:

24500 24500 24500

h 1 + 0,8

Hình 2.4, Sơ đồ tải trọng gió tác dụng lên khung.

Xác định chiều cao các đoạn mái:

 Chiều cao từ đầu cửa mái đến đỉnh cửa mái (độ dốc i = 1/12; lấy bằng độ dốc của mái): hm5 = hg – hđ – hm3 = 3 – 2,0 – 0,51 = 0,49 m.

cột, một nửa tập trung ở đỉnh cột trục A một nửa tập trung ở đỉnh cột trục D:

1,2.1,1.1,55.12 0.8.2,66 0,514.1,0 0,6.1,0 0,3.0,51 0,3.4 0,6.0,49 72,85 kN

- phía gió đẩy: qđ = n.k.W0.a.C = 1,2.0,987.1,55.12.0.8 = 17,6kN / m.

- phía gió hút: qh = n.k.W0.a.C = 1,2.0,987.1,55.12.0,4 = 8,8kN / m.

III Xác đ nh n i l c ịnh khung ngang nhịp nhà ột ực hãm ngang của bánh xe con

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

1 Các đ c tr ng hình h c c a c t ặc trưng hình học của cột ư ọn kết cấu mái ủa cầu trục ột

Quy ước chiều dương của các thành phần nội lực:

Hình 3,1 Quy ước chiều dương của các thành phần nội lực

2 N i l c do tĩnh t i gây ra ột ực hãm ngang của bánh xe con ải trọng

2.1 C t tr c A ột ục định vị

Vị trí điểm đặt của tải trọng Gm1 nằm ở bên trái trục cột trên và cách trục này một đoạn:

t t

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

Hình 3.2 Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực cột trục A do tĩnh tải mái gây ra,

Hình 3.3, Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực cột trục B do tĩnh tải mái gây ra,

Đơn vị: mô men kNm, lựckN.

3 N i l c do tĩnh t i d m c u tr c ột ực hãm ngang của bánh xe con ải trọng ầu trục ầu trục ục định vị

Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mô men ở vai cột gây ra:

Hình 3.4, Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực cột trục A do tĩnh tải dầm cầu trục gây

4.2 C t tr c B ột ục định vị

Đối với cột trục B, do trục cột trên trùng với trục cột dưới, nên trọng lượng bản thân của cột không gây ra mô men và lực cắt trên toàn bộ tiết diện cột mà chỉ gây ra thành phần lực dọc:

2441,9

2573,9

2660,

Hình 3.5, biểu đồ nội lực cột trục A do tổng tĩnh tải gây ra, Đơn vị: mô men

kNm, lực kN.

Hình 3.6, biểu đồ nội lực cột trục B do tổng tĩnh tảigây ra

Đơn vị: mô men kNm, lực kN.

6 N i l c do ho t t i mái ột ực hãm ngang của bánh xe con ạo mái ải trọng

6.1 C t tr c A ột ục định vị

thành phần nội lực do Pm1 gây ra, chỉ cần nhân nội lực do Gm1 gây ra cho tỷ số:

m1 m1

Hình 3.7, Biểu đồ nội lực cột trục A do hoạt tải máigây ra

6.2 C t tr c B ột ục định vị

nội lực do từng hoạt tải gây ra

Trường hợp hoạt tải ở nhịp giữa tác dụng lên cột trục B (Pm2):

Pm2 gây ra tại đỉnh cột một mô men có giá trị bằng:

Hình 3.8 Biểu đồ nội lực cột trục B do hoạt tải mái P m2 gây ra

Trường hoạt tải nhịp biên tác dụng lên cột trục B (Pm1):

Do Pm1 đối xứng với Pm2 qua trục cột B nên biểu đồ mô men và lực cắt do Pm1 gây ra

phần lực dọc thì giữ nguyên

Các thành phần mô men và lực cắt do Pm2 gây ra tại các tiết diện cột:

Hình 3.9 Biểu đồ nội lực cột trục B do hoạt tải mái P m1 gây ra

7 N i l c do ho t t i đ ng c a c u tr c ột ực hãm ngang của bánh xe con ạo mái ải trọng ứng do cầu trục ủa cầu trục ầu trục ục định vị

7.1 C t tr c A ột ục định vị

max dct

Hình 3.10 Biểu đồ nội lực cột trục A do hoạt tải thẳng đứng cầu trụcgây ra

7.2 C t tr c B ột ục định vị

Hoạt tải thẳng đứng cầu trục tác dụng lên vai cột B gồm hoạt tải đứng của cầu trục ở nhịp biên và ở nhịp giữa, hai hoạt tải này có thể không xuất hiện đồng thời nên phải tính toán nội lực do từng hoạt tải gây ra Do cầu trục ở hai nhịp có các thông số như nhau nên chỉ cần tính toán cho một bên, bên còn lại được lấy đối xứng:

M D    487,575.0,75 365,7 kNm Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mô men vai cột gây ra:

nhịp giữa gây ra, Đơn vị: mô men kNm, lựckN.

Hình 3.11 Biểu đồ nội lực cột trục B do hoạt tải thẳng đứng của cầu trục

8 N i l c do l c hãm ngang c a c u tr c ột ực hãm ngang của bánh xe con ực hãm ngang của bánh xe con ủa cầu trục ầu trục ục định vị

trục)

Với αarctg i = 4,59'  y / H ;t phản lực tại liên kết đỉnh cột được xác định bằng công thức

(Sử dụng phương pháp lực với 1 ẩn số là phản lực đầu cột):

 

Lực hãm ngang tác dụng lên cột trục A chỉ do cầu trục ở nhịp biên tác dụng lên,

do lực này có thể hướng từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái nên phản lực:

R15,52 kN Các thành phần nội lực tại các tiết diện cột:



 

Thành phần lực hãm ngang tác dụng lên cột trục B cũng giống như cột trục A, nên các thành phần nội lực tại các tiết diện cột có thể mang dấu âm hoặc dấu dương:

Hình 3.13 Biểu đồ nội lực cột trục B do lực hãm ngang cầu trục gây ra.

9 N i l c do t i tr ng gió ột ực hãm ngang của bánh xe con ải trọng ọn kết cấu mái

Tính toán nội lực của khung dưới tác dụng của tải trọng gió không được phép bỏqua chuyển vị ngang ở đỉnh cột Giả thiết các kết cấu mang lực mái có độ cứng kéo nén

vô cùng lớn, nên khi các cột có cùng cao trình đỉnh thì chuyển vị ngang đỉnh các cột là bằng nhau Sử dụng phương pháp chuyển vị để tính toán nội lực của khung ngang, ẩn

chiều từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái

9.1 Tr ường ray ng h p gió th i t trái sang ph i ợng bản thân ổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra ừ trái sang phải ải trọng

Phương trình chính tắc:

g

r   R  0Trong đó:

Hình 3.14 Hệ cơ bản khi tính toán khung ngang chịu tải trọng gió.

Xác định phản lực Rg: Rg  R1 R4 W1 W ;2

Trong đó: R1 và R4 được xác định theo sơ đồ sau:

Hình 3.15, Sơ đồ xác định phản lực trong hệ cơ bản.

Các thành phần phản lực r1, r2, r3, r4 được xác định như sau:

3

5 d

8,8.10,05

2

9.2 Tr ường ray ng h p gió th i t ph i sang trái ợng bản thân ổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra ừ trái sang phải ải trọng

Trong trường gió thổi từ phải sang trái, biểu đồ nội lực của các cột trục B,C

được đổi dấu so với trường hợp gió thổi từ trái sang phải, biểu đồ nội lực của cột trục A

và D được lấy đổi dấu tương ứng với biểu đồ nội lực của cột trục D và A khi gió thổi từtrái sang phải

Hình 3.16, Biểu đồ nội lực cột trục do gió thổi từ trái sang phải gây ra.

Hình 3.17, Biểu đồ nội lực cột trục do gió thổi từ phải sang trái gây ra.

IV T h p n i l c ổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra ợng bản thân ột ực hãm ngang của bánh xe con

Nội lực trong các tiết diện cột được xắp xếp và tổ hợp trong bảng 3-1 Tổ hợp

cơ bản 1 là tổ hợp bao gồm nội lực do tĩnh tải gây ra và một trường hợp nội lực do hoạttải nguy hiểm nhất, giá trị nội lực này được lấy toàn bộ (nth = 1) Trong tổ hợp cơ bản 2bao gồm tĩnh tải và ít nhất hai trường hợp hoạt tải, giá trị của các hoạt tải trong tổ hợp này được nhân với hệ số 0,9 Khi trong tổ hợp cơ bản 1 và 2 nếu có hoạt tải cầu trục thìgiá trị của hoạt tải này còn cần phải nhân với hệ số tổ hợp của cầu trục, cụ thể:

hoặc 9,10) thì hệ số tổ hợp cầu trục là 0,95 (chế độ làm việc nặng)

7,8,9,10) thì hệ số tổ hợp cầu trục là 0,8

V Tính toán và c u t o c t ấu mái ạo mái ột

1 Ch n v t li u ọn kết cấu mái ật liệu ệu của cầu trục

Bê tông: sử dụng bê tông cấp độ bền B25 có:

Cốt thép đai nhóm CII có:

4

R  R  280 MPa; R =225 MPa; E  21.10 MPa;

Tỷ số mô đun đàn hồi: αarctg i = 4,59 E / E  s b  20.10 / 30.104 3  6,67

Do cấu kiện cột lắp ghép được chế tạo trong nhà máy, khi đổ bê tông cột ở tư thế nằm ngang nên hệ số điều kiện làm việc của vật liệu bê tông cột  b 1, các thông số:

0,734; 0,593; αarctg i = 4,59 0,417

2 Tính toán c t tr c A ột ục định vị

2.1 Tính toán ti t di n ph n c t trên ết cấu mái ệu của cầu trục ầu trục ột

Kích thước tiết diện: bxh = 500 x 400 mm

Qua bảng tổ hợp nội lực ta thấy các cặp nội lực đều có mô men mang giá trị âm, nên ta chọn 2 cặp ngi ngờ là nguy hiểm nhất để tính toán:

hợp

MkNm kNN (mm)e1 (mm)ea (mm)e0 kNmM1 kNN1

Dùng cặp 2 để tính toán cốt thép không đối xứng sau đó kiểm tra cho cặp 1

a Tính toán c t thép d c v i c p 2 ốt thép dọc với cặp 2 ọc với cặp 2 ới cặp 2 ặp 2

Các số liệu ban đầu:

Chiều dài tính toán: l 0= 2,0.Ht = 2,0.3,55 = 7,1 m = 7100 mm.( Vì trong tổ hợp có kể

đến nội lực do cầu trục gây ra).

Ta có:l 0 /h = 7100/400 = 17,75> 8, cần phải xét tới ảnh hưởng của uốn dọc.

Giả thiết hàm lượng cốt thép tổng: μt 1%(μ0 2μmin 0,4 μ t μmax); khoảng

cách a = a’ = 40 mm

Mô men quán tính của tiết diện:

dấu thì mới phải tính công thức này)

7 b

Độ lệch tâm phân giới:

Vậy nên diện tích cốt thép vùng nén chọn 2 18  có A's  5,09 cm 2

Diện tích cốt thép vùng kéo được tính tiếp như sau:

Cốt thép vùng kéo ( phía phải cột) chọn 3 25  có As  14,73 cm 2

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc: 25 mm

b Ki m tra kh năng ch u l c v i c p n i l c s 1 ểm tra khả năng chịu lực với cặp nội lực số 1 ả năng chịu lực với cặp nội lực số 1 ịu lực với cặp nội lực số 1 ực với cặp nội lực số 1 ới cặp 2 ặp 2 ội lực số 1 ực với cặp nội lực số 1 ốt thép dọc với cặp 2

Các số liệu ban đầu:

Chiều dài tính toán: l 0= 2,0.Ht = 2,0.3,55 = 7,1 m = 7100 mm

Mô men quán tính của diện tích cốt thép:

I  A  A 0,5h a   509 1473 0,5.400 37,5    5,3.10 mm Xác định hệ số kể đến ảnh hưởng của độ lệch tâm:

Nhận thấy: 2a'  66 mm x  2  ξh0,4.1,25.4000,593.360114,6 mm hR 0  222,4 mm, cột chịu nén lệch tâm lớn; lấy

x = x2, khả năng chịu lực của cột:

c Ki m tra kh năng ch u l c v i c p n i l c s 3 ểm tra khả năng chịu lực với cặp nội lực số 1 ả năng chịu lực với cặp nội lực số 1 ịu lực với cặp nội lực số 1 ực với cặp nội lực số 1 ới cặp 2 ặp 2 ội lực số 1 ực với cặp nội lực số 1 ốt thép dọc với cặp 2

Các số liệu ban đầu:

Chiều dài tính toán: l 0= 2,0.Ht = 2,0.3,55 = 7,1 m = 7100 mm

Mô men quán tính của diện tích cốt thép:

I  A  A 0,5h a   509 1473 0,5.400 37,5    5,3.10 mm Xác định hệ số kể đến ảnh hưởng của độ lệch tâm:

Lực dọc tới hạn:

9

7 b

Nhận thấy: 2a'  66 mm x  2  ξh0,4.1,25.4000,593.360114,6 mm hR 0  222,4 mm, cột chịu nén lệch tâm lớn; lấy

x = x2, khả năng chịu lực của cột:

d Ki m tra c t theo ph ểm tra khả năng chịu lực với cặp nội lực số 1 ội lực số 1 ương ngoài mặt phẳng uốn ng ngoài m t ph ng u n ặp 2 ẳng uốn ốt thép dọc với cặp 2

Vì đoạn cột trên trục A có kích thước tiết diện bxh=500x400mm, nên độ mảnh theo phương ngoài mặt phẳng uốn nhỏ hơn so với độ mảnh theo phương mặt phẳng uốn

theo phương ngoài mặt phẳng uốn cột cũng đảm bảo khả năng chịu lực

2.2 Tính toán ti t di n c t d ết cấu mái ệu của cầu trục ột ướp cấu tạo mái i