thuyết minh đồ án bê tông cốt thép
Trang 2
MỤC LỤC
I - LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN: 2
1 Chọn kết cấu mái : 2
2 Chọn dầm cầu trục : 3
3 Xác định chiều cao nhà : 4
4 Chọn kích thước cột : 5
II - XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN : 8
1 Tĩnh tải mái: 8
2 Tĩnh tải do dầm cầu trục và ray cầu chạy : 9
3 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột : 9
4 Hoạt tải sửa chữa mái : 10
5 Hoạt tải cầu trục : 10
6 Hoạt tải do gió : 11
III - XÁC ĐỊNH NỘI LỰC : 13
1 Các đặc trưng hình học : 13
2 Nội lực do tĩnh tải mái : 15
3 Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục : 17
4 Tổng nội lực do tĩnh tải : 18
5 Nội lực do hoạt tải mái : 20
6 Nội lực do hoạt tải thẳng đứng của cầu trục : 21
7 Nội lực do lực hãm ngang cầu trục : 23
8 Nội lực do hoạt tải gió : 24
III - TỔ HỢP NỘI LỰC : 27
IV- CHỌN VẬT LIÊU : 27
V- TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT TRỤC A : 27
1 Phần cột trên : 27
2 Phần cột dưới: 33
VI TÍNH TOÁN CỘT TRỤC A THEO CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC : 38
VII TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT TRỤC B : 46
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:
Trang 3
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
Cột giữa: trục định vị trùng với trục hình học của cột
- Nhịp cầu trục được xác định : LK = L- 2λ =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:
Trang 4
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
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
Trang 5
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 = 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
Trang 6
+ 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
l H
h = h = = <
+độ mảnh của cột trên theo phương ngoài mặt phẳng khung là:
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
13, 625 30 0,6
d
l H
h = h = = <
+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
l H
b = b = = <
* 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
l H
h = h = = <
+độ mảnh của cột trên theo phương ngoài mặt phẳng khung là:
0 2 2.4,1 16, 4 30
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 10, 22 30
0,8
d
l H
h = h = = <
+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
l H
b = b = = <
Trang 8
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 = γ × δ × 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), γ=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)
Tĩnh tải mái quy về lực tập trung Gm1 tác dụng ở nhịp biên (không có cửa mái) được tính theo công thức:
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
Trang 9
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)
Trang 10
+ 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
Trang 11
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
Trang 12
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 α = 5,710 ( độ dốc i =tgα =1/10 ), tỉ số 9, 05 0, 43
21
H
l = =
Nội suy → Ce1=-0,46
Trang 13
0,4
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 ì k ì W0 ì a ì ∑
= n 1 i i
ik C
= 1,2 ì 1,035 ì 0,095 ì 12 ì ∑
= n 1 i i
ih
C =1,416 ì ∑
= n 1 i i
ih C Thay cỏc giỏ trị vào ta được:
S1 = 1,416 ( 0,8ì2,86 – 0,46ì1 + 0,6ì 1 – 0,3ì0,45 + 0,3ì4 – 0,6 ì 0,55) = 4,03 (T)
S2 = 1,416 ( 0,6ì0,55 + 0,6 ì 4 +0,6ì0,45 – 0,5ì1 + 0,4ì1 +0,4ì2,86 ) = 5,5 (T)
III - XÁC ĐỊNH NỘI LỰC :
Nhà 3 nhịp cú cửa mỏi cứng, c o rỡnh bằng nhau khi t nh với tải trọng đứng và ực hóm của cầu 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 :
Trang 14
- 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
= 266667 (cm4)
- Mômen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :
Jd=50 603 900000 12
×
= (cm4)
Các thông số: t =
H
H t = 4,1 9,55 = 0.43 k=t3 d 1 0, 433 900000266667 1
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
= (cm4)
- Momen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :
Jd=
3
50 80
2133334 12
×
9, 55
t H
Trang 15
k = t3 d 1 0,433 2133334900000 1
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
2 (1 ) 2 9,55 (1 0.189)
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 )
t
=
R = R1 + R2 = - (1,113+ 1,26) = - 2,373 (T)
Trang 16
II III
II III
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
+
=
