đồ án bê tông cốt thép 2

đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2đồ án bê tông cốt thép 2v

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐ T THÉP SỐ II

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

SỐ LIỆU CHO TR ƯỚC:

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:

1 Chọn kết cấu mái :

Với nhịp L=21 m chọn kết cấu dàn bê tông cốt thép dạng hình thang, độ dốc các thanh cánh trên i=1/10 , chiều cao giữa dàn có thể chọn như sau:

H = (1/7  1/9)L = (21/7  21/9) = (3,  2,33) m.Chọn H = 2,8 m

Chiều cao đầu dàn: Hđd =H- .

2

L

i = 2,8 - 1 21

10 2 =1,8 m

-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

2 Chọn dầm cầu trục :

- Trục định vị của nhà :

Cầu trục có sức trục Q = 20T thuộc trường hợp Q < 30T do đó trục định vị của nhà được xác định như hình sau:

Cột biên: trục định vị trùng mép ngoài cột

A B

- Nhịp cầu trục được xác định : LK = L- 2 =21 – 2.0,75 =19,5 m

- Cầu trục làm việc ở chế độ nặng, sức trục Q=20/5 T , LK =19,5 m tra bảng ta có các chỉ tiêu của cầu trục chạy điện như sau:

B = 6300 (mm); K = 4400 (mm) ; Hct = 2400(mm); B1 = 260(mm)

- áp lực bánh xe lên ray:Pmaxtc =22 T

Ptcmin = 4,8 T

-Trọng lượng xe con: G = 6,0 T

-Toàn cầu trục: G = 33,5 T

-Từ Ptcmax = 22 T

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:

Hc = 1400 ;b =140 ; bf’= 650; hf’= 180 ; bf = 340 ; hf =300

trọng lượng dầm cầu trục : 11,3 T

3 Xác định chiều cao 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 = 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

- 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

- Chọn chiều dài các phần cột:

+ Chiều dài phần cột trên:

Ht = D – V = 9,05 – 4,95 = 4,1( m )

+ Chiều dài phần cột dưới:

Hd = V + a2

a2 là khoảng cách từ mép trên của móng đến mặt nền Ta chọn a2 = 0,5 m đảm bảo a2

0,4m

 Hd = 4,95 + 0,5 = 5,45 (m)

* Chọn tiết diện cột:

- 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 =  - 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);  = 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 =  - 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 :

* Cột biên:

+độ mảnh của cột trên theo phương trong mặt phẳng khung là:

0 2, 5 2, 5.4,1

25, 625 30

0, 4

t

t t

+độ mảnh của cột trên theo phương ngoài mặt phẳng khung là:

0,5

t

l H

b  b   

+độ mảnh của cột dưới theo phương trong mặt phẳng khung là:

0 1, 5 1, 5.5, 45

13, 625 30

0, 6

d

+độ mảnh của cột dưới theo phương ngoài mặt phẳng khung là:

0 1, 2 1, 2.5, 45

13, 08 30

0, 5

d

* Cột giữa: +độ mảnh của cột trên theo phương trong mặt phẳng khung là :

0 2, 5 2, 5.4,1

17, 083 30

0, 6

t

t t

+độ mảnh của cột trên theo phương ngoài mặt phẳng khung là:

0 2 2.4,1

16, 4 30

0, 5

t



+độ mảnh của cột dưới theo phương trong mặt phẳng khung là:

0 1, 5 1, 5.5, 45

10, 22 30

0, 8

d

+độ mảnh của cột dưới theo phương ngoài mặt phẳng khung là:

0 1, 2 1, 2.5, 45

13, 08 30

0, 5

d

II - XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN :

1 Tĩnh tải mái:

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân các lớp mái tác dụng trên 1m2 mặt bằng mái được xác định theo công thức:

Ptt = Ptc n =     n

- Phần mái hở ở đầu hồi do panen không đủ để đặt panen dự kiến đổ bù bằng bê tông

rộng 1,5 m, chiều cao bằng chiều cao panen (45 cm), =2500 kG/m3 có tải trọng tính

toán : Ptt = 2500  0,45  1,1 = 1237,5 kG/m2

- 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

 gm =224,96 (T)

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dàn mái nhịp 21 m lấy G1c= 8,1 T, n = 1.1

Gtt1 = 8,11,1 = 8,91 (T)

- Trọng lượng khung cửa mái rộng 12m, cao 4m, lấy G2c =2,8 T, n=1,1

Gtt2 = 2,8 1,1 = 3,08 (T)

- Trọng lượng kính và khung cửa kính lấy G2c =500 (kG/m), n = 1,2

gttk = 500  1,2 = 600 (kG/m)

chuẩn kG/m2

Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toán kG/m2

1 2 lớp gạch lá nem + vữa lót dày

2 Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày

3 Lớp bê tông chống thấm dày

4 Panen 123 m

Tĩnh tải mái quy về lực tập trung Gm1 tác dụng ở nhịp biên (không có cửa mái) được tính theo công thức:

Gm1 = 0.5  (G1 +  gm)

Gm1 = 0,5  (8,91 + 224,96) = 116,94 (T)

-Với nhịp giữa có cửa mái:

Gm2 = 0,5  (G1 +  gm + G2 + 2gka)

= 0,5  (8,91 + 224,96 + 3,08 + 2 0,612) = 125,68 (T)

Điểm đặt của Gm1, Gm2 cách trục định vị 0,15m và được thể hiện như hình vẽ:

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

* Cột biên: + Phần cột trên: Gt = 0,5  0,4  4,1  2,5  1,1 = 2,255 (T)

+ Phầncột dưới: Gd =( 0,5 0,6 5,45 + 0,50, 6 1

2



0,4 ) 2,5  1,1 = 4,94 (T)

* Cột giữa:

+ Phần cột trên: Gt = 0,5  0,6  4,1  2,5  1,1 = 3,38 (T)

+ Phầncột dưới: Gd =(0,5  0,8  5,45 +20,5 0, 6 1, 2

2



 0,6 ) 2,5 1,1= 6,74 (T)

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 i

y

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

y1 = 1 ; y2 = 7,6/ 12 = 0,634

y3 = 10,1/ 12 = 0,842 ; y4 =5,7/12 = 0,475





4

1

i

4

y = 1 + 0,634 + 0,842 + 0,475 = 2,951

Dmax = 1,1  22  2,951 = 71,42 (T)

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 :

T1 =1

2 Ttcn =1

2

10

Q Gx

=1

2.20 6

10



=1,3 (T) Lực hãm ngang lớn nhất Tmax do hai cầu trục làm việc gần nhau được xác định theo đường ảnh hưởng như đối với Dmax :

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:

W = n  W0  k  C

Trong đó W0 - áp lực gió ở độ cao 10 m ,theo TCVN-2737-1995 thì Bắc Ninh thuộc vùng II-B nên áp lực W0 tra bảng là W0 = 95 (kG/m2)

k - hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc vào dạng địa hình, ở đây áp dụng dạng địa hình B Hệ số k xác định tương ứng ở hai mức :

+ Mức đỉnh cột cao trình +9,05 m có k = 0,976

+ Mức đỉnh mái cao trình +16,51 m có k = 1,094

C - hệ số khí động, phụ thuộc vào dạng công trình, được phân ra 2 thành phần gió đẩy và gió hút

C = + 0.8 với phía gió đẩy và C = - 0.4 đối với phía gió hút

n - hệ số vượt tải, n = 1.2

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

P = W  a = n  W0  k  C  a

Phía gió đẩy: Pđ = 1,2  0.095  0,976 0,8  12 = 1,07 (T/m)

Phía gió hút: Ph = 1,2  0,095  0,976  0,4  12 = 0,535(T/m)

Phần tải trọng gió tác dụng trên mái, từ đỉnh cột trở lên đưa về thành lực tập trung đặt ở đầu cột S1, S2 với k lấy trị số trung bình:

K = 0.5  (0,976 + 1,094) = 1,035 Các giá trị hệ số khí động trên các phần mái được tra theo TCVN 2737 – 1995, lấy theo

sơ đồ như trong hình vẽ sau:

Trong đó : Ce1 tính với góc  = 5,710 ( độ dốc i =tg =1/10 ), tỉ số 9, 05 0, 43

21

H

l  

Nội suy  Ce1 =-0,46

0,4 1,8m 2,8m

4,0m

5,71°

-0,6

1

Sơ đồ xác định hệ số khí động trên mái

Ce = -0,

46 -0,6

+0,8

-0,3

-0,6

-0,6 -0,5 -0,4

-0,4

Trị số S tớnh theo cụng thức:

S = n  k  W0  a  

 n

1 i i

ik C

= 1,2  1,035  0,095  12  

 n

1 i i

ih

C =1,416  

 n

1 i i

ih C Thay cỏc giỏ trị vào ta được:

S1 = 1,416 ( 0,82,86 – 0,461 + 0,6 1 – 0,30,45 + 0,34 – 0,6  0,55) = 4,03 (T)

S2 = 1,416 ( 0,60,55 + 0,6  4 +0,60,45 – 0,51 + 0,41 +0,42,86 ) = 5,5 (T)

I I - XÁ C Đ ỊN H NỘ I LỰC :

Nhà 3 nhịp cú cửa mỏi cứng, c o rỡnh bằng nhau khi t nh với tải trọng đứng và ực hóm của c u rục được phộp bỏ qua chuyển vị ngang ở đỉnh cột ớnh với c c cột độc ập Khi t nh với tải trọng giú phải kể đến chuyển vị ngang ở đỉnh cột

1 Cỏc đặc trưng hỡnh học :

* Cột biờn :

- 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=

3

50 60

900000 12



Các thông số: t =

H

H t

= 4,1

9, 55 = 0.43 k=t3

3 900000

266667

d t

J J

* Cột giữa :

- 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 :

Jt= 900000 12

60

50 3

- Momen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :

Jd=

3

50 80

2133334 12



4,1

t

H

k = t3

900000

d t

J J

Chiều dương của nội lực được biểu diễn như hình vẽ:

M > 0

Q > 0 N> 0

2 Nội lực do tĩnh tải mái :

a Cột biên :

Tĩnh tải mái Gm1 gây ra mô men đặt ở đỉnh cột

M1 = Gm1.et = - 116,94  0.05 = - 5,85 (T.m)

với et là khoảng cách từ điểm đặt Gm1 đến trọng tâm phần cột trên,

et =0,5ht - 0,15 =0,5.0,4 – 0,15 = 0.05 m

Khoảng cách từ trục phần cột trên và trục phần cột dưới :

a = (hd-ht)/2 = (0.6 – 0.4)/2 = 0,1(m)

Vì a nằm cùng phía với et so với trục phần cột dưới nên phản lực đầu cột :

R = R1 + R2

R1=

0.189

0.43

k M t



Tính R2 với: M = - Gm1  a = -116,94  0,1= -11,694 (T.m)

Mô men này được đặt ở cao trình vai cột

R2=

3M(1 ) 3 11, 694(1 0, 43 ) 2H(1 k) 2 9,55(1 0.189)

t



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

I I

II III

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 :

- Mômen: MI = - 116,94.0,05 = - 5,85 (T.m)

MII = - 5,85 + 2,373  4,1 = 3,88 (T.m)

MIII = - 116,94 (0,05 + 0,1) + 2,373 4,1 =- 7,81 (T.m)

MIV = - 116,94 (0,05 + 0,1) + 2,373 9,55 = 5,12(T.m)

- Lực dọc: NI = NII = NIII = NIV = 116,94 (T)

- Lực cắt: QIV = 2,373 (T)

b Cột giữa :

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:

G = Gm1+Gm2 = 116,94+125,68 = 242,62 T và mô men

M = - 116,94.0,15 +125,68.0,15 = 1,311 T.m

Phản lực đầu cột : R =

0.109

0, 43





III II

II III

( sơ đồ tính và biểu đồ mô men cột giữa do tĩnh tải mái Gm1 ,Gm2 gây ra) Xác định nội lực trong các tiết diện cột:

- Mômen: MI =1,311 (T.m)

MII = MIII = 1,311 – 0,233  4,1 = 0.356(T.m)

MIV = 1,311 – 0,233  9,55 = - 0,914 (T.m)

- Lực dọc: NI = NII = NIII = NIV = 242,62 (T)

- Lực cắt : QIV = - 0,233(T)

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 :

Gd = 14,41 T; ed =  - 0,5hd = 0,75 – 0,5  0,6= 0,45 (m)

Lực Gd gây ra momen đặt tại vai cột:

M = Gd  ed = 14,41 0,45 = 6,485 (T.m)

2 (1 ) 2 9, 55 1 0,189



Xác định nội lực trong các tiết diện cột:

- Mômen: MI = 0

MII = - 0,699 4,1 = - 2,866 (T.m)

MIII = 6,485 – 0,6994,1 = 3,62 (T.m)

MIV = 6,485– 0,699 9,55 = - 0,191 (T.m)

- Lực dọc: NI = NII = 0

NIII = NIV = 14,41 (T)

- Lực cắt: QIV = - 0,699 (T)

b Cột giữa :Do tải trọng đặt đối xứng qua trục cột nên: M=0; Q = 0

- Lực dọc: NI = NII = 0 ; NIII = NIV = 2  14,41 = 28,82 (T)

4 Tổng nội lực do tĩnh tải :

Cộng đại số các trường hợp đã tính ở trên cho từng tiết diện của từng cột được kết quả như hình dưới trong đó lực dọc N còn được công thêm trọng lượng bản thân cột đã tính ở phần II.3 được kết quả như sau: