thuyet minh đồ án Bê Tông Cốt Thép 2

tính toán thép cột nhà công nghiệp.

đồ án bê tông cốt thép II

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầngI/ số liệu cho trớc:

- Nhà công nghiệp 1 tầng, lắp ghép, 3 nhịp không đều nhau - Nhịp giữa co cầu trục điện 2 móc cẩu, chế độ làm việc nặng - Bớc cột : a = 6 (m).

-Hoạt tải mái: pc = 75 da/Nm2 - n = 1,2 - mái nặng - Cao trình vai cột: V = 6,6 (m).

- Liên kết kết cấu mái vào cột là liên kết khớp bằng bu lông chôn sẵn - Liên kết cửa máI vào kết cấu mái là liên kết hàn, thông qua bản thép chôn

II/ Lựa chọn kích thớc của các cấu kiện.

Từ sứ trục ta tra phụ lục đợc các số liệu sau:

Có thể chọn dạng hình thang, dàn gãy khúc hoặc dạng dàn vòm Trong trờng hợp này chọn dàn gãy khúc vì có hình dáng hợp lí về mặt chiụ tải trọng phân bố đều Nội lực do tải trọng phân bố gây ra trong các thanh cánh thợng & các thanh cánh hạ tơng đối đều nhau từ gối tựa vào giữa nhịp Nội lực trong các thanh xiên bé, chiều cao đầu dàn nhỏ nh vậy giảm đợc vật liệu bao che quanh nhà.

- Chiều cao ở giữa nhịp dàn BTCT là:

- Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa, bố trí chạy dọc theo nhà Kích thớc cửa mái: rộng 12 (m) (do nhịp L = 24 > 18(m) ) Chiều cao: 4 (m) ( chọn theo yêu cầu về chiếu sáng).

- Các lớp mái đợc cấu tạo từ trên xuống nh sau: Hai lớp gạch lá nem kể cả vữa 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 sờn, kích thớc 93 (m), cao 40 (cm).

 Tổng chiều dày các lớp mái: t = 5 + 12 + 4 + 40 = 61(cm).

2/.Chọn dầm cầu trục:

- Nhịp dầm cầu trục a = 6 (m), sức trục Q = 20 < 30 (t).

 Chọn dầm cầu trục tiết diện chữ T thoả mãn:

- Chiều cao tiết diện:H 1 1 a 1 1 6 0,6 1(m)

Hr - Chiều cao ray và các lớp đệm: Hr = 0,15 (m) Hc - Chiều cao dầm cầu trục: Hc=1,2 (m)

a1 : Khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dới kết cấu mang lực mái.,

hm- chiều cao cửa mái: hcm= 4 (m)

t- tổng chiều dày các lớp mái: t = 0,61 (m).

 Cao trình đỉnh mái ở nhịp biên không có cửa mái:

 , và thống nhất cho toàn bộ phần cột trên & cột dới, cho cả cột biên lẫn cột giữa

l0: chiều dài tính toán của đoạn cột Chọn b = 45 (cm)

- Kiểm tra điều kiện: Dầm cầu trục là không liên tục:

Cột biên: a4 =  - B1 - ht (B1: khoảng cách từ trục dầm cầu trục đến mép ngoài cầu trục) Tra phụ lục  B1 = 26 (cm).

- Chọn chiều cao tiết diện phần cột dới: hd

Đảm bảo các điều kiện sau: + Đủ điều kiện chịu lực.

+ Cột đủ độ cứng để biến dạng của khung ngang không ảnh hởng tới sự làm vịêc của cầu trục.

III Xác định tải trọng: 1/.Tĩnh tải mái:

- Phần tĩnh tải do trọng lợng bản thân các lớp mái tác dụng trên 1m2 mặt bằng mái đợc xác định theo bảng sau: + Nhịp biên: L = 21,5 (m), tra phụ lục: 8,6 T

 Trọng lợng tính toán 1 kết cấu mái nhịp biên: G1 =8,6 1,1 = 9,46 (T) + Nhịp giữa: L = 24 (m), tra phụ lục: 9,6 T.

 Trọng lợng tính toán 1 kết cấu mái nhịp giữa: G1 =9,6 1,1 = 10,56 (T) - Trọng lợng khung cửa mái (12 4 m): Gc - Tĩnh tải qui về lực tập trung Gm

Nhịp biên không có cửa mái:

Gm1 = 0,5 ( G1 + g a L ) = 0,5.(9,46 + 0,684.6.21,5 ) = 48,848 (t) Nhịp giữa có cửa mái:

Gm2 = 0,5 ( G1 + g a L + G2 + 2gk a )

= 0,5.(10,56 + 0,684.6.24 + 3,08 + 2.0,6.6 ) = 59,688 (T).

- Điểm đặt Gm2: đặt tại trung tâm bản thép ở đầu kết cấu mái ( thờng trùng với trục đi qua bulông liên kết ở đầu cột, lấy cách trục định vị 150 (mm).

2/ Tĩnh tải do dầm cầu trục:

- Tĩnh tải do trọng lợng bản thân cầu trục, trọng lợng ray & các bảm đệm hợp thành lực tập trung đặt lên vai cột:  Gd = n ( Gc + a.gr ).

- Tờng xây gạch là tờng tự chịu lực nên trọng lợng bản thân của nó không gây ra nội lực cho khung.

4/.Hoạt tải mái:

- Hoạt tải mái truyền qua kết cấu mái vào đỉnh cột thành lực tập trung Pm Điểm đặt của Pm trùng với điểm đặt của Gm.

- Khi trên mái không có ngời đi lại mà chỉ có ngời sửa chữa, hoạt tải tiêu

sơ đồ xác định điểm đặt tải trọng mái

điểm đặt của tải trọng cầu trục

5/ Hoạt tải cầu trục:

a/ Hoạt tải đứng do cầu trục:

Hệ số vợt tải: n = 1,1 Với số liệu cầu trục đả cho:

+ Trọng lợng xe con: G = 9,3 T

+ Ap lực tiêu chuẩn lớn nhất lên bánh xe cầu trục Pc

max = 23 T

 áp lực thẳng đứng lớn nhất do 2 cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax đợc xác định theo đờng ảnh hởng phản lực: - Điểm đặt của Dmax trùng với điểm đặt của Gd.

b/ Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con:

- Lực hãm ngang do 1 bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trơng hợp móc

- Lực hãm ngang do Tmax truyền lên cột đợc xác định theo đờng ảnh hởng nh đối với Dmax.

- Tải trọng gió gồm 2 thành phần: tĩnh & động.

- Giá trị tính toán của tải trọng gió W ở độ cao Z so với cột mốc chuẩn tác dụng lên 1m2 bề mặt thẳng đứng của công trình xác định theo công thức.

W0- Giá trị của áp lực gió ở độ cao 10 (m) so với cột chuẩn của mặt đất, lấy theo bản đồ phân vùng gió của TCVN 2737-1995 ở vùng IIA  W0= 83 (kg/ C- Hệ số khí động, phụ thuộc vào hình dáng công trình Phía gió đẩy C = 0,8.

- Phần tải trọng gió tác dụng trên mái, từ đỉnh cột trở lên đa về thành lực tập trung đặt ở đầu cột S, với k lấy trị số trung bình: 0,74

 ci.hi = ( 0.8 + 0,6) 1.41 + ( -0115 + 0,5) 2,2 + (0,7+0,6) 4+ (-0.237 + 0,4) 1,2 = 7,839

 S =0,442 7,839 = 3,465 (T) = 3,5 (T)

III/ Xác định nội lực:

- Nhà 3 nhịp có mái cứng, cao trình bằng nhau khi tính với tải trọng đứng và lực hãm của cầu trục đợc phép bỏ qua chuyển vị ngang ở đỉnh cột, tính với các cột độc lập Khi tính với tải trọng gió phải kể đến chuyển vị ngang đỉnh cột.

 M = -48,848 0,05 = - 2,442 (T.m) Dấu - vì có chiều ngợc chiều qui ớc - Độ lệch trục giữa phần cột trên và phần cột dới là:

- Sơ đồ tính với tĩnh tải dầm cầu trục Gd:

- Gd gây ra mômen đối với trục cột dới đặt ở vai cột: M = Gd ed.

- Vì Pm có cùng điểm đặt & chiều nh Gm  Nội lực do hoạt tải mái đợc tính bằng cách nhân giá trị nội lực do tĩnh tải Gm gây ra với: 486,,480848 0,112

- Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên nhịp phải bên phải & trái của cột - Lực Pm2 đặt bên phải gây ra momen ở đỉnh cột:

M = Pm2 et = 6,48 0,15 = 0,972 (tm).

- Momen và lực cắt trong cột do momen này gây ra đợc xác định bằng cách nhân momen do tĩnh tải Gm gây ra với tỉ số 0,56. - Do Pm1 = Pm2 nên nội lực do Pm1 gây ra đợc suy ra từ nội lực do Pm2 bằng cách đổi dấu momen & lực cắt còn lực dọc giữ nguyên

- Sơ đồ tính giống nh khi tính với tĩnh tải dầm cầu trục Gd, nội lực đợc xác định bằng cách nhân nội lực do Gd gây ra với tỉ số: 4,79

- Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên vai cột phía bên trái & phải của cột - Lực Dmax gây ra momen đối với phần cột dới đặt ở vai cột:

8/ Nội lực do tải trọng gió:

- Với tải trọng gió phải tính với sơ đồ toàn khung có chuyển vị ngang ở đỉnh cột.

- Giả thiết xà ngang cứng vô cùng và vì các đỉnh cột có cùng mức nên chúng có chuyển vị ngang nh nhau.

- Dùng phơng pháp chuyển vị để tính, hệ có 1 ẩn số : là chuyển vị ngang ở đỉnh cột.Hệ cơ bản nh hình vẽ:

- Biểu đồ nội lực trong trờng hợp gió thổi từ trái sang phải nh hình vẽ Trờng hợp gió thổi từ phải sang trái thì biểu đồ nội lực lấy dầu ngợc lại.

- Nội lực trong các tiết diện cột đợc sắp xếp và tổ hợp lại thành bảng - Tại các tiết diện I, II, III chỉ đa vào tổ hợp các giá trị M và N, còn ở tiết

- Trong tổ hợp cơ bản 1 chỉ đa vào 1 loại hoạt tải ngắn hạn, trong tổ hợp cơ bản 2 đa vào ít nhất 2 loại hoạt tải ngắn hạn với hệ số tổ hợp là: 0,9.

- Khi xét tác dụng của 2 cầu trục ( trong tổ hợp có cộng cột 7;8 hoặc 9;10 thì nội lực của nó phải nhân với hệ số: 0,95).

- Khi xét tác dụng của 4 cầu trục ( trong tổ hợp có cộng cả cột 7;8 và 9;10 thì nội lực của nó phải nhân với hệ số: 0,8.

- Vì 2 cặp nội lực trái dấu có trị số momen chênh lệch nhau quá lớn & trị số momen dơng lại rất bé nên ta không cần tính vòng.

- Dùng cặp 3 để tính thép cả Fa & ,a

F sau đó kiểm tra lại với cặp 1 & 2.

a/ Tính với cặp 3:

- Để tính toán ảnh hởng của uốn dọc, tạm giả thiết t = 1,5%, tính momen quán tính của tiết diện cốt thép Javà bê tông Jb:

b/.KiÓm tra víi cÆp 1:

- V× cÆp 1 cã momen tr¸i dÊu víi cÆp 2 lµ cÆp tÝnh thÐp nªn víi cÆp 1 ta cã:

Fa = 216 = 4,02 (cm2) ; ,

F = 318 = 7,63 (cm2).

c/.Kiểm tra với cặp 2:

- Vì cặp 2 có momen cùng chiều với cặp 3 đã tính thép nên đối với cặp 2

d/ Kiểm tra cột theo phơng ngoài mặt phẳng uốn:

- Vì tiết diện cột vuông, độ mảnh theo phơng ngoài mặt phẳng uốn không lớn hơn độ mảnh theo phơng trong mặt phẳng uốn và kiểm tra đã dùng cặp nội lực 3 là cặp có Nmax nên không cần kiểm tra theo phơng ngoài mặt phẳng

- Trị số h0 theo cấu tạo: h0 = 40 – 6,25 = 33,75 = h0gt

- Khoảng cách giữa các cốt thép ( ở phía đặt 318): 9,86).

- Do phần cột dới khá dài và nội lực ở tiết diện III-III là không lớn so với các cặp nội lực đã tính toán  nên để tiết kiệm thép ta chỉ kéo dài 4 thanh ở góc cho hết cả đoạn cột còn các thanh khác chỉ dài 6 m tính từ chân cột và cắt ở quãng

- So sánh vế trái và vế phải thấy rằng bố trí cốt thép nh trên là đảm bảo chịu lực cho tiết diện III-III

- Cốt dọc cấu tạo: ở phần cột dới có hd = 60 > 50 (cm)  nên giữa cạnh đó cần có cốt dọc cấu tạo, khoảng cách giữa các cốt dọc theo phơng cạnh h

- Kiểm tra theo phơng ngoài mặt phẳng uốn:  Cột đủ khả năng chịu lực theo phơng ngoài mặt phẳng uốn.

VII/ Tính toán cột trục A theo các điều kiện khác:1/ Kiểm tra khả năng chịu lực cắt:

- ở phần cột dới, lực cắt lớn nhất: Qmax = 5,396 (t).

- Đờng kính cốt đai: 0,25.250,25.256,25(mm)  Chọn đai 8 - Khoảng cách cốt đai: 15.dmin 15.18270 a300

2/ Kiểm tra về nén cục bộ:

- Đỉnh cột chịu lực nén do mái truyền xuống :

- Bề rộng dàn mái kê lên cột: 24 (cm); bề dài tính toán của đoạn kê: 26 (cm) Diện tích trực tiếp chịu nén cục bộ: Fcb = 24 26 = 624 (cm2).

Diện tích tính toán của tiết diện lấy đối xứng qua Fcb: Ft = 45 30 = 1350

 Không thỏa mãn điều kiện về khả năng chịu nén cục bộ nên gia cố đầu cột bằng lới thép ngang Dùng lới ô vuông, kích thớc ô lới 6 6 (cm), dùng thép CI 6 Fa = 0,283 (cm2).

- Chiều dài thanh lới l = 38 (cm) ; số thanh theo mỗi phơng n1 = n2 = 38/6 = 7 - Khoảng cách giữa các lới: 15 (cm).

- Các lới đợc đặt trong 1 đoạn cột dài : < 20.dmax = 20.3 = 60 (cm)

 Đặt 4 lới, khoảng đặt lới: 3 15 +3 = 48 (cm) > 15 d max = 15 3 = 45

Kiểm tra khả năng chịu lực theo công thức:

Vì N = 55,3284 < 217 (t)  đảm bảo khả năng chịu lực cục bộ Ta có sơ đồ kiểm tra nén cục bộ cách gia cố lới thép ở đầu cột:

 Vai thuộc loại congxon ngắn.

- Lực tác dụng lên vai: PDmax Gd 49,33510,69860,033(t). - Kiểm tra kích thớc vai cột theo các điều kiện:

- §êng kÝnh cèt ®ai 0,25 30 = 7,5 (mm)  Chän ®ai 8 a150 - §êng kÝnh cèt xiªn: 6,8(cm)&25

- TÝnh kiÓm tra Ðp mÆt lªn vai:

- DÇm cÇu trôc l¾p ghÐp, lùc nÐn lín nhÊt tõ 1 dÇm truyÒn vµo vai lµ:

- Kiểm tra cột khi chuyên chở, cẩu lắp:

- Lúc này cột bị uốn, tải trọng lấy bằng trọng lợng bản thân nhân với hệ số động lực : 1,5

Đoạn dới: g1 1,5.0,44.0,65.2,51,09(t/m)

Đoạn trên : g2 1,5.0,45.0,4.2,50,675(t/m)

- Xét các trờng hợp bốc xếp, treo buộc chọn ra 2 sơ đồ.

- Khi chuyên chở bốc xếp : cột đợc đặt nằm theo phơng ngang, các điểm kê hoặc treo buộc cách mút dới 1 đoạn a1 = 2m, cách mút trên 1 đoạn a2 = 3,5 m

Monen âm tại gối: 

- So sánh momen và tiết diện, chỉ cần kiểm tra với M2 cho phần cột trên là đủ - Kiểm tra khả năng chịu lực với tiết diện nằm ngang: h = 40 (cm); h0 = 34 (m), cốt thép đa vào tính toán chỉ lấy hai cốt ở ngoài :

F =122 + 125 = 8,54 (cm2)

- Cột trục B có hình dáng bên ngoài đối xứng & nội lực theo 2 chiều tơng ứng xấp xỉ nhau, nên đặt cốt thép đối xứng là thuận tiện và hợp lí nhất.

- Kiểm tra theo phơng ngoài mặt phẳng uốn:  Cột đủ khả năng chịu lực theo phơng ngoài mặt phẳng uốn.

IX/ Tính toán cột trục B theo các điều kiện khác:1/ Kiểm tra khả năng chịu lực cắt:

- ở phần cột dới, lực cắt lớn nhất: Qmax = 5,369 (t).

max1.R .b.h 0,6.7,5.45.7915998(kg)19,998(t) Q

chịu lực cắt đặt cốt đai theo cấu tạo

- Đờng kính cốt đai: 0,25.250,25.256,25(mm) Chọn đai 8 - Khoảng cách cốt đai: 15.dmin 15.18270 a300

2/ Kiểm tra về nén cục bộ:

- Đỉnh cột chịu lực nén do mái truyền xuống :

- Bề rộng dàn mái kê lên cột: 24 (cm); bề dài tính toán của đoạn kê: 26 (cm) Diện tích trực tiếp chịu nén cục bộ: Fcb = 24 26 = 624 (cm2).

Diện tích tính toán của tiết diện lấy đối xứng qua Fcb: Ft = 45 30 = 1350

 Không thỏa mãn điều kiện về khả năng chịu nén cục bộ nên gia cố đầu cột bằng lới thép ngang Dùng lới ô vuông, kích thớc ô lới 6 6 (cm), dùng thép CI 6 Fa = 0,283 (cm2).

- Chiều dài thanh lới l = 38 (cm) ; số thanh theo mỗi phơng n1 = n2 = 38/6 = 7 - Khoảng cách giữa các lới: 15 (cm).

 Đặt 4 lới, khoảng đặt lới: 3 15 +3 = 48 (cm) > 15 d max = 15 3 = 45

Vì N = 55,3284 < 217 (t)  đảm bảo khả năng chịu lực cục bộ Ta có sơ đồ kiểm tra nén cục bộ cách gia cố lới thép ở đầu cột:

 Vai thuộc loại congxon ngắn.

- Lực tác dụng lên vai: PDmax Gd 49,33510,69860,033(t). - Kiểm tra kích thớc vai cột theo các điều kiện:

- Đờng kính cốt đai 0,25 30 = 7,5 (mm)  Chọn đai 8 a150 - Đờng kính cốt xiên: 8,3(cm)&25

- Kiểm tra cột khi chuyên chở, cẩu lắp:

- Lúc này cột bị uốn, tải trọng lấy bằng trọng lợng bản thân nhân với hệ số động lực : 1,5

Đoạn dới: g1 1,5.0,45.0,85.2,51,434(t/m)

Đoạn trên : g2 1,5.0,45.0,6.2,51,013(t/m)

- Khi chuyên chở bốc xếp : cột đợc đặt nằm theo phơng ngang, các điểm kê hoặc treo buộc cách mút dới 1 đoạn a1 = 2m, cách mút trên 1 đoạn a2 = 3,5 m

Monen âm tại gối: 

- So sánh momen và tiết diện, chỉ cần kiểm tra với M2 cho phần cột trên là đủ - Kiểm tra khả năng chịu lực với tiết diện nằm ngang: h = 60 (cm); h0 = 54 (m), cốt thép đa vào tính toán chỉ lấy hai cốt ở ngoài :