Đồ án Bê tông cốt thép II thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng

đồ án bê tông cốt thép II Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng I/. số liệu cho trước: - Nhà công nghiệp 1 tầng, lắp ghép, 3 nhịp đều nhau. - Nhịp cầu trục: LK = 22,5 (m). - Bước cột : a = 9 (m). - Cao trình vai cột: V = 6,6 (m). - Chế độ làm việc: Nặng. - Sức trục: Q = 20/5 (t). - Gió : IIIC. II/. Lựa chọn kích thước của các cấu kiện. 1/.Chọn kết cấu mái: - Nhịp của khung ngang : L = LK+2l . Với l : Khoảng cách từ dầm cầu trục đến trục định vị Chọn l = 0,75 (m) do Q < 30 t L= 22,5 + 2 . 0,75=24 (m). - Với nhịp L = 24 (m) 18 < L < 30 (m). Chọn kết cấu mái là dàn BTCT. Có thể chọn dạng hình thang, dàn gãy khúc hoặc dạng dàn vòm. Trong trường 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 thượng & các thanh cánh hạ tương đối đều nhau từ gối tựa vào giữa nhịp. Nội lực trong các thanh xiên bé, chiều cao đầu dàn nhỏ như vậy giảm được vật liệu bao che quanh nhà. - Chiều cao ở giữa nhịp dàn BTCT là: Chọn h = 3,2 (m). - Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa, bố trí chạy dọc theo nhà. Kích thước 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 được cấu tạo từ trên xuống như 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 sườn, kích thước 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 = 9 (m), sức trục Q = 20 < 30 (t). Chọn dầm cầu trục tiết diện chữ T thoả mãn: - Chiều cao tiết diện: - Bề rộng cánh: - Chiều rộng sườn: Chọn - Chiều rộng cánh: - Trọng lượng cho 1 dầm: - Kích thước tiết diện như hình vẽ: 3/. Xác định các kích thước chiều cao nhà: - Lấy cao trình nền nhà tương ứng cốt ±0.000 để xác định xác kích thước khác. - Cao trình ray: R = V + (Hr + Hc). V - Cao trình vai cột: V = 6,6 (m). Hr - Chiều cao ray và các lớp đệm: Hr = 0,15 (m). Hc - Chiều cao dầm cầu trục: Hc=1,2 (m) R = 6,6 + (0,15 + 1,2) = 7,95 (m). - Cao trình đỉnh cột: D = R + Hct + a1 Hct :Chiều cao cầu trục, tra bảng với Q= 20/5(t); LK = 22,5 (m)Hct =2,4 (m). a1 : Khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dưới kết cấu mang lực mái., Chọn a1 = 0,15 (m) D = 7,95 + 2,4 + 0,1 = 10,5 (m). - Cao trình đỉnh mái: M = h + hcm + t h- Chiều cao kết cấu mang lực mái: h = 3,2 (m). 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: M1 = 10,5 + 3,2 + 0,61 = 14,31 (m). Cao trình đỉnh mái ở nhịp thứ 2 có cửa mái: M2 = 10,5 + 3,2 + 0,61 + 4 = 18,31 (m). 4/. Kích thước cột: - Chiều dài phần cột trên: Ht = D - V = 10,5 - 6,6 = 3,9 (m). - Chiều dài phần cột dưới: Hd = V + a2 a2 = 0,6 (m)- khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng Hd = 6,6 + 0,6 = 7,2 (m). - Kích thước tiết diện cột chọn như sau: Chọn theo thiết kế định hình và thỏa mãn điều kiện độ mảnh: , và thống nhất cho toàn bộ phần cột trên & cột dưới, cho cả cột biên lẫn cột giữa . l0: chiều dài tính toán của đoạn cột. Chọn b = 40 (cm). - Kiểm tra điều kiện: Dầm cầu trục là không liên tục: Cột trên: l0 = 2,5.Ht = 2,5.3,9 = 9,75 (m). Cột dưới: l0 = 1,5.Hd = 1,5.7,2 = 10,8 (m). - Chọn chiều cao tiết diện phần cột trên: ht Cột biên: a4 = - B1 - ht . (B1: khoảng cách từ trục dầm cầu trục đến mép ngoài cầu trục). Tra phụ lục B1 = 26 (cm). a4 = 75 - 26 - ht = 49- ht 6 Chọn ht= 40 (cm) a4 = 9 (cm). Cột giữa: a4= - B1 - a4 = 75 - 26 - = 49 – 6Chọn ht= 60 (cm). - Chọn chiều cao tiết diện phần cột dưới: hd - Kích thước vai cột: Độ vươn của vai ra ngoài mép cột dưới: Chiều cao mép ngoài của vai cột: Chọn hv = 60 (cm). - Góc nghiêng 450. III. Xác định tải trọng: 1/.Tĩnh tải mái: - Phần tĩnh tải do trọng lượng bản thân các lớp mái tác dụng trên 1m2 mặt bằng mái được xác định theo bảng sau: Stt Các lớp mái Chiều dày (m) KLriêng (kg/m3) Tải trọng tiêu chuẩn gc (kg/m2) Hệ số vượt tải n Tải trọng tính toán g (kg/m2) 1 Hai lớp gạch lá nem kể cả vữa 5 1800 90 1,3 117,0 2 Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dầy 12 1200 144 1,3 187,2 3 Lớp bê tông chống thấm 4 2500 100 1,1 110,0 4 Panen sườn 93(m), trọng lượng1 tấm kể cả bê tông chèn khe 6,6(t). 40 1,1 269,5 5 Tổng cộng 579 683,7 g = 683,7 (kg/m2) = 0,684 (t/m2). - Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dàn mái nhịp L = 24 (m). tra phụ lục: 9,6 (t), hệ số vượt tải n= 1,1. Trọng lượng tính toán 1 kết cấu mái: G1 = 9,6 . 1,1 = 10,56 (t). - Trọng lượng khung cửa mái (12 4 m): Gc2 = 2,22,8 (t). Lấy Gc2 = 2,8 (t), n = 1,1 G2 = 2,8 . 1,1 = 3,08 (t). - Trọng lượng kính và khung cửa kính: gck = 400500 (kg/m). Lấy gck = 500 (kg/m), n = 1,2 gk = 500 . 1,2 = 600 (kg/m). - Tĩnh tải qui về lực tập trung Gm Nhịp biên không có cửa mái: Gm1 = 0,5 . ( G1 + g . a. L ) = 0,5.(10,56 + 0,684 . 9 . 24 ) = 79,152 (t). Nhịp giữa có cửa mái: Gm2 = 0,5 . ( G1 + g . a. L + G2 + 2gk .a ) = 0,5.(10,56 + 0,684 . 9 . 24 + 3,08 +2 . 0,6 . 9) = 86,092 (t). - Điểm đặt Gm2: đặt tại trung tâm bản thép ở đầu kết cấu mái ( thường 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 lượng bản thân cầu trục, trọng lượng ray & các bảm đệm hợp thành lực tập trung đặt lên vai cột: Gd = n. ( Gc + a.gr ). Gc- trọng lượng bản thân cầu trục: Gc = 9 (t). gr- trọng lượng ray và các lớp đệm: gr = 150200 (kg/m) Chọn gr = 150 (kg/m ) Gd = 1,1 . ( 9 + 9. 0,15) = 11,4 (t). - Điểm đặt Gd: trùng với tâm tiết diện dầm cầu trục, cách trục định vị = 750 (mm). 3/.Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột: - Tải trọng này tính theo kích thứoc cấu tạo cho từng phần cột. - Cột biên: Cột trên: Cột dưới: - Cột giữa: Cột trên: Cột dưới: - Tường xây gạch là tường tự chịu lực nên trọng lượng 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 người đi lại mà chỉ có người sửa chữa, hoạt tải tiêu chuẩn: - Hoạt tải tính toán:Pm = . n .a. = 1,3 . 75. 9. = 10530 (kg/m2). Pm = 10,53 (t/m2). 5/. Hoạt tải cầu trục: a/. Hoạt tải đứng do cầu trục: - áp lực tiêu chuẩn max , min lên mỗi bánh xe cầu trục: Hệ số vượt tải: n = 1,1. áp lực thẳng đứng lớn nhất do 2 cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax được xác định theo đường ảnh hưởng phản lực: Dmax = n. . Dmax = = 1,2 .23. ( 1+ 0,51 + 0,79 + 0,3 ) = 65,78 (t). - Điểm đặt của Dmax trùng 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 trương hợp móc mềm được xác định theo công thức: - Lực hãm ngang do Tmax truyền lên cột được xác định theo đường ảnh hưởng như đối với Dmax. Tmax = = 1,1 .0,733. ( 1+ 0,51 + 0,79 + 0,3 )= 2,1 (t). - Xem Tmax đặt lên cột ở mức mặt trên dầm cầu trục cách mặt vai cột Hc=1,2 (m), cách đỉnh cột 1 đoạn y = Ht - Hc = 3,9 - 1,2 = 2,7 (m). 6/.Hoạt tải do gió: - Tải trọng gió gồm 2 thành phần: tĩnh & động. Không cần tính đến phần 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 III = 125 (kg/m2). k- Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc dạng địa hình. - Với địa hình C, hệ số k xác định tương ứng ở 2 mức: Mức đỉnh cột, cao trình: D = 10,5 (m) k = 0,668. Mức đỉnh mái, cao trình: M2 = 18,31 (m) k = 0,78. C- Hệ số khí động, phụ thuộc vào hình dáng công trình. Phía gió đẩy C = 0,8. Phía gió hút C = - 0,6. 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 = .a. Phía gió đẩy: pđ = 1,2 . 0,125 . 0,668 . 0,8 . 9 = 0,721 (t/m). Phía gió hút: ph = 1,2 . 0,125 . 0,668 . 0,6 . 9 = 0,632 (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 S, với k lấy trị số trung bình: . - Hình dáng mái & hệ số khí động ở từng đoạn mái như sơ đồ: - Xác định Ce1 theo và : Nội suy: Ce1 = -0,0985 - Xác định theo và : Nội suy: = -0,1952 - Xác định : có < 600 = - 0,4. S = n.a.ktb . W0. = 1,2 .9. 0,724 . 0.125. = 0,9774 . Ta có: h1 =0,8 + 0,61 = 1,41 (m); h2 =(3,2 + 0,61) – (0,8 + 0,61) = 2,4 (m). h3 = 4 (m); h4 =0,2 . 6 = 1,2 (m). = ( 0.8 + 0,6) . 1.41 + ( -0,0985 + 0,5). 2,4 + (0,7+0,6) . 4+ (-0.1952 + 0,4). 1,2 = 8,384. S =0,9774 . 8,384 = 8,195 (t) = 8,2 (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 được 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. 1/. Các đặc trưng hình học: a/. Cột trục A: - Ht= 3,9 (m) ; Hd= 7,2 (m) H = Ht + Hd = 3,9 + 7,2 = 11,1 (m). - Tiết diện phần cột trên: b = 40 (cm); ht = 40 (cm). cột dưới: b = 40 (cm); ht = 60 (cm). - Mômen quán tính: - Các thông số: b/. Cột trục B: - Tiết diện phần cột trên: b = 40 (cm); ht = 60 (cm). cột dưới: b = 40 (cm); ht = 80 (cm). - Mômen quán tính: - Các thông số: - Qui định chiều dương nội lực: 2/. Nội lực do tĩnh tải mái: a/. Cột trục A: - Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1: - Gm1 gây ra mômen ở đỉnh cột: M = Gm1. et. et- độ lệch của Gm1 so với trục cột trên: M = -79,152 . 0,05 = - 3,958 (tm). Dấu - vì có chiều ngược chiều qui ước. - Độ lệch trục giữa phần cột trên và phần cột dưới là: - Phản lực đầu cột: R = R1 + R2. Lấy dấu + vì a nằm cùng phía et so với trục cột dưới. (t). -Tính R2 với M2 = - Gm1 . a = -79,152 . 0,1 = -7,9152 (tm). (t) R = R1 + R2 = -0,627 + (-0,851) = - 1, 478 (t). - Chiều thực của R như hình vẽ. - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = - 79,152 . 0,05 = - 3,958 (tm). II – II : MII = - 3,958 + 1,478 . 3,9 = 1,806 (tm). III – III : MIII = - 79,152. (0,05 +0,1) + 1,478 . 3,9 = - 6,109 (tm). IV- IV : MIV = - 79,152. (0,05 +0,1) + 1,478 . 11,1 = 4,533 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 79,152 (t). QIV = -R = 1,478 (t). b/. Cột trục B: - Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1, Gm2: - Khi Gm1, Gm2 về đặt ở trục cột ta được: Gm , M. Gm = Gm1 + Gm2 = 79,152 + 86,092 = 165,244 (t). M = -79,152 . 0,15 + 86,092 . 0,15 = 1,041 (tm). - Phản lực đầu cột: (t). - Chiều thực của R như hình vẽ. - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 1,041 (tm). II – II : MII = 1,041 – 0,155 . 3,9 = 0,437 (tm). III – III : MIII = MII = 0,437 (tm). IV- IV : MIV = 1,041 – 0,155 . 11,1 = - 0,68 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 156,26 (t). QIV = - R = - 0,155 (t). 3/. Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục: a/. Cột trục A: - Sơ đồ tính với tĩnh tải dầm cầu trục Gd: - Gd gây ra mômen đối với trục cột dưới đặt ở vai cột: M = Gd. ed. M = 11,4 . 0,45 = 5,13 (tm). - Phản lực đầu cột: (t). - Chiều thực của R như hình vẽ. - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 0 (tm). II – II : MII = - 0,551 . 3,9 = - 2,149 (tm). III – III : MIII = - 2,149 + 5,13 = 2,981 (tm). IV- IV : MIV = - 0,551 . 11,1 + 5,13 = - 0,986 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 11,4 (t). QIV = -R = - 0,551 (t). b/. Cột trục B: - Do tải trọng đặt đối xứng qua trục cột M = 0, Q = 0. - NI = NII = 0 (t); NIII = NIV = 2. 11,4 = 22,8 (t). 4/.Tổng nội lực do tĩnh tải: - Cộng đại số nội lực ở các trường hợp đã tính ở trên cho từng tiết diện của từng cột. Lực dọc N còn được cộng thêm trọng lượng bản thân cột. 5/. Nội lực do hoạt tải mái: a/. Cột trục A: - Vì Pm có cùng điểm đặt & chiều như Gm Nội lực do hoạt tải mái được tính bằng cách nhân giá trị nội lực do tĩnh tải Gm gây ra với: I-I : MI = - 3,958 . 0,133 = - 0,526 (tm). II – II : MII = 1,806 . 0,133 = 0,24 (tm). III – III: MIII = - 6,109 . 0,133 = - 0,813 (tm). IV- IV : MIV = 4,533 . 0,133 = 0,603 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 10,53 (t). QIV = -R = 1,478 . 0,133 = 0,197 (t). b/. Cột trục B: - 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 = 10,53 . 0,15 = 1,58 (tm). - Momen và lực cắt trong cột do momen này gây ra được xác định bằng cách nhân momen do tĩnh tải Gm gây ra với tỉ số - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 1,041. 1,52 = 1,582 (tm). II – II : MII = 0,437 . 1,52 = 0,664 (tm). III – III: MIII = MII = 0,664 (tm). IV- IV : MIV = - 0,68 . 1,52 = - 1,034 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 10,53 (t). QIV = - R = - 0,155 . 1,52 = - 0,236 (t). - Do Pm1 = Pm2 nên nội lực do Pm1 gây ra được suy ra từ nội lực do Pm2 bằng cách đổi dấu momen & lực cắt còn lực dọc giữ nguyên. 6/. Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục: a/. Cột trục A: - Sơ đồ tính giống như khi tính với tĩnh tải dầm cầu trục Gd, nội lực được xác định bằng cách nhân nội lực do Gd gây ra với tỉ số: - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 0 (tm). II – II : MII = - 2,149 . 5,77 = - 12,4(tm). III – III: MIII = 2,981 . 5,77 = 17,2 (tm). IV- IV : MIV = - 0,986 . 5,77 = - 5,69 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 65,78 (t). QIV = -R = - 0,551 . 5,77 = - 3,18 (t). b/. Cột trục B: - 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 dưới đặt ở vai cột: M = Dmax . ed = 65,78 . 0,75 = 49,355 (tm). - Trường hợp Dmax đặt ở bên phải: Phản lực đầu cột: (t). - Chiều thực của R như hình vẽ. - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 0 (tm). II – II : MII = - 5,52 . 3,9 = - 21,528 (tm). III – III: MIII = - 21,528 + 49,355 = 27,807 (tm). IV- IV : MIV = - 5,52. 11,1 + 49,355 = - 11,937 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 65,78 (t). QIV = -R = - 5,52 (t). - Trường hợp Dmax đặt ở bên trái thì các giá trị momen và lực cắt ở trên sẽ có dấu ngược lại. 7/. Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục: - Lực Tmax đặt cách đỉnh cột 1 đoạn y = 2,7 (m) . y = 0,7 . Ht nên ta có: . - Cột trục A: - Phản lực đầu cột: (t). - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 0 (tm). MT = 1,263 .(3,9 – 1,2 ) = 3,41 (tm). II – II : MII = 1,263 . 3,9 – 2,1 . 1,2 = 2,406 (tm). III – III: MIII = MII = 1,263 . 3,9 – 2,1 . 1,2 = 2,406 (tm). IV- IV : MIV = 1,263 . 11,1 - 2,1 . ( 1,2 + 7,2 ) = - 3,621 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 0 (t). QIV = 1,263 – 2,1 = - 0,837 (t). - Cột trục B: - Phản lực đầu cột: (t). - Xác định nội lực trong các tiết diện cột: I-I : MI = 0 (tm); MT = 1,287 .(3,9 – 1,2 ) = 3,475 (tm). II – II : MII = 1,287 . 3,9 – 2,1 . 1,2 = 2,5 (tm). III – III: MIII = MII = 2,5 (tm). IV- IV : MIV = 1,287 . 11,1 - 2,1 . ( 1,2 + 7,2 ) = - 3,354 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 0 (t). QIV = 1,287 – 2,1 = - 0,813 (t). 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 như nhau. - Dùng phương pháp chuyển vị để tính, hệ có 1 ẩn số : là chuyển vị ngang ở đỉnh cột.Hệ cơ bản như hình vẽ: - Phương trình chính tắc:  :phản lực liên kết trong hệ cơ bản. Rg = R1 + R4 + S - Khi gió thổi từ trái sang phải thì R1 & R4 được xác định như sau. Rg = 2,819 + 2,471 + 8,2 = 13,49 (t). - Phản lực liên kết do các đỉnh cột chuyển dịch 1 đoạn = 1 được tính bằng: r = r1 + r2 + r3 + r4 r = 2. (r1 + r2 ) = 2. ( 0,001432 + 0,003535 ). E = 0,009934. E = - Phản lực tại các đỉnh cột trong hệ thực: - Nội lực tại các tiết diện cột: - Cột A: I-I : MI = 0 (tm). II – II : MII = III – III: MIII = MII = 2,07 (tm). IV- IV : MIV = NI = NII = NIII = NIV = 0 (t). QIV = - Cột D: I-I : MI = 0 (tm). II – II : MII = III – III: MIII = MII = 2,752 (tm). IV- IV : MIV = NI = NII = NIII = NIV = 0 (t). QIV = - Cột B & C: I-I : MI = 0 (tm). II – II : MII = 4,801 . 3,9 = 18,724 (tm). III – III: MIII = MII = 18,724 (tm). IV- IV : MIV = 4,801 . 11,1 = 53,292 (tm). NI = NII = NIII = NIV = 0 (t); QIV = 4,801 (t). - Biểu đồ nội lực trong trường hợp gió thổi từ trái sang phải như hình vẽ. Trường hợp gió thổi từ phải sang trái thì biểu đồ nội lực lấy dầu ngược lại. IV/.Bảng tổ hợp nội lực: Nội lực trong các tiết diện cột được sắp xếp và tổ hợp lại thành bảng. Tại các tiết diện I, II, III chỉ đưa vào tổ hợp các giá trị M và N, còn ở tiết diện IV còn đưa thêm lực cắt Q, cần dùng khi tính móng. Trong tổ hợp cơ bản 1 chỉ đưa vào 1 loại hoạt tải ngắn hạn, trong tổ hợp cơ bản 2 đưa 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. Bảng tổ hợp nội lực V/. Chọn vật liệu: - Mác bê tông: M300 - Cốt thép dùng thép nhóm C_III: . VI/.tính toán tiết diện cột trục A: 1/.Phần cột trên: - Chiều dài tính toán: l0 = 2,5 . Ht = 2,5 . 390 = 975 (cm). - Kích thước tiết diện: b´h = 40´40 (cm). - Giả thiết chọn: a = a, = 4,5 (cm) h0 = 40 - 4,5 = 35,5 (cm). - Độ mảnh: cần xét đến uốn dọc. - Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nghi ngờ là nguy hiểm ghi trong bảng: Kí hiệu nội lực Kí hiệu ở bảng tổ hợp M (tm) N (t) (m) (m) Mdh (tm) Ndh (t) 1 II - 13 2,063 80,872 0,0255 0,0405 - 0,343 80,872 2 II - 17 -15,479 80,872 0,1914 0,2064 - 0,343 80,872 3 II - 18 -15,263 90,349 0,1689 0,1839 - 0,343 80,872 - Độ lệch tâm ngẫu nhiên:Chọn =1,5 (cm) - Vì 2 cặp nội lực trái dấu có trị số momen chênh lệch nhau quá lớn & trị số momen dương lại rất bé nên ta không cần tính vòng. - Dùng cặp 3 để tính thép cả Fa & sau đó kiểm tra lại với cặp 1 & 2. a/. Tính với cặp 3: - Để tính toán ảnh hưởng của uốn dọc, tạm giả thiết mt = 2,5%, tính momen quán tính của tiết diện cốt thép Javà bê tông Jb: - Cặp 3 có: - Hệ số xét đến độ lệch tâm: . - Lực dọc tới hạn: sfdf - Trị số lệch tâm giới hạn: - Tính cốt thép không đối xứng: tính theo trường hợp lệch tâm lớn. - Tính với A0 = 0,406 - Kiểm tra: Với độ mảnh và = 16,76 > 4,02 (cm2) là 2ặ16 dùng để tính Fa với - Kiểm tra: . - Chọn cốt thép: = 2ặ28 + 1ặ25 = 17,27 (cm2) Fa = 3ặ30 = 21,21 (cm2) b/.Kiểm tra với cặp 1: - Vì cặp 1 có momen trái dấu với cặp 2 là cặp tính thép nên với cặp 1 ta có: Fa = 2ặ28 + 1ặ25 = 17,27 (cm2) ; = 3ặ30 = 21,21 (cm2). - Để tính toán uốn dọc ta tính lại Ja; - Tính Kdh (Mdh ngược chiều với M nên lấy dấu âm). . . - Kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện: Vế trái: 80872 . 21,27 = 1720148 Vế phải: - So sánh vế trái và vế phải thấy rằng bố trí cốt thép như trên là đảm bảo chịu được lực của cặp 1. c/.Kiểm tra với cặp 2: - Vì cặp 2 có momen cùng chiều với cặp 3 đã tính thép nên đối với cặp 2 ta có: Fa = 3ặ30 = 21,21 (cm2); = 2ặ28 + 1ặ25 = 17,27 (cm2). - . - Kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện: Vế trái: 80872 . 49,76 = 4024191 Vế phải: - So sánh vế trái và vế phải thấy rằng bố trí cốt thép như trênlà đảm bảo chịu được lực của cặp 2. d/. Kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn: - Vì tiết diện cột vuông, độ mảnh theo phương ngoài mặt phẳng uốn không lớn hơn độ mảnh theo phương trong mặt phẳng uốn và kiểm tra đã dùng cặp nội lực 3 là cặp có Nmax nên không cần kiểm tra theo phương ngoài mặt phẳng uốn. e/.Kiểm tra về bố trí cốt thép: -Chọn lớp bêtông bảo vệ dày 3 (cm), có thể tính gần đúng ; . - Trị số h0 theo cấu tạo: h0 = 40 - 4,5 = 35,5 = h0gt . - Khoảng cách giữa các cốt thép ( ở phía đặt 3ặ30): Thỏa mãn các yêu cầu về cấu tạo. 2/. Phần cột dưới: - Chiều dài tính toán: l0 = 1,5 . Hd = 1,5 . 720 = 1080 (cm). - Kích thước tiết diện: b´h = 40´60 (cm). - Giả thiết chọn: a = a, = 4,5 (cm) h0 = 60 - 4,5 = 55,5 (cm). - Độ mảnh: cần xét đến uốn dọc. - Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nghi ngờ là nguy hiểm ghi trong bảng: Kí hiệu nội lực Kí hiệu ở bảng tổ hợp M (tm) N (t) (m) (m) Mdh (tm) Ndh (t) 1 IV - 13 38,252 97,376 0,393 0,413 3,547 97,376 2 IV - 17 -34,191 156,578 0,2184 0,2384 3,547 97,376 3 IV - 18 33,556 163,095 0,206 0,226 3,547 97,376 - Độ lệch tâm ngẫu nhiên:Chọn =2 (cm) - Dùng cặp 2 & 3 để tính vòng sau đó kiểm tra lại với cặp 1. a/.Vòng 1: - Tính với cặp 3: - Để tính ảnh hưởng của uốn dọc, giả thiết: mt = 1,6% - ở vòng 1 tính thép với cặp 3 theo công thức tính thép đối xứng với: - Tính với cặp 2: Coi : - Vòng 2: - Tính với cặp 3: coi đã cho là chưa đủ tính lại . Tính theo trường hợp lệch tâm lớn. - Tính với cặp 2: - Coi . - Tại vòng 2 kết quả tính đã hội tụ có thể bố trí cốt thép: Phía trái: = 2ặ22 + 2ặ25 Phía phải: = 2ặ28 + 1ặ25 - Kiểm tra với cặp 1: Cặp 1 có:M = 38,252 (tm); N = 97,376 (t); e0 = 41,3 (cm) cùng chiều momen với cặp 3 . - Kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện: Vế trái: 97376 . 78,65 = 7658623 (kgcm). Vế phải: - So sánh vế trái và vế phải thấy rằng bố trí cốt thép như trên không đảm bảo chịu lực cho cặp1Tính lại thép cho cặp 1 theo trường hợp không đối xứng. Giả thiết Jb = 720000 (cm4) Theo kết quả phần kiểm tra với cặp 1 ta có: - Dùng thép vừa tính cho cặp 1 để kiểm tra cho cặp 3 ( cũng như cho cặp 2). Cặp 3 có momen cùng chiều cặp 1: = 2ặ28 + 2ặ30; = 2ặ22 Lấy Có Kiểm tra theo điều kiện Vế trái: 163095 . 58,47 = 9536165(kgcm). Vế phải: - So sánh vế trái và vế phải thấy rằng bố nếu dùng thép cặp 1 để bố trí cho cặp 2,3 không thỏa mãn cốt thép bên dưới cột B chọn như sau: - Do phần cột dưới 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 giữa cột. - Với cốt thép còn lại ở phần trên tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực ở tiết diện III-III. - Chọn cặp nội lực III-18 để kiểm tra: . - Kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện: Vế trái: 157991.41 = 6477631 (kgcm). Vế phải: - So sánh vế trái và vế phải thấy rằng bố trí cốt thép như trên là đảm bảo chịu lực cho tiết diện III-III. - Cốt dọc cấu tạo: ở phần cột dưới có hd = 60 > 50 (cm) nên giữa cạnh đó cần có cốt dọc cấu tạo, khoảng cách giữa các cốt dọc theo phương cạnh h là: Diện tích tiết diện thanh cấu tạo dùng thép - Bố trí cốt thép dọc như hình vẽ: - Kiểm tra theo phương ngoài mặt phẳng uốn: - Tính toán kiểm tra theo điều kiện chịu nén đúng tâm: Fb = 40.60 = 2400 (cm2). ở phần đã cắt bớt cốt dọc & không kể cốt dọc cấu tạo vì khoảng cách cốt đai > 15 lần đường kính của nó. Kiểm tra theo điều kiện: - Chọn N theo Nmax ( III-18) = 157,991 (t). - Vế phải: Cột đủ khả năng chịu lực theo phương 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 dưới, lực cắt lớn nhất: Qmax = 9,793 (t). bê tông đủ khả năng chịu lực cắt. - Đường kính cốt đai: Chọn đai 8 - Khoảng cách cốt đai: 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 = 40 . 30 = 1200 (cm2). - Hệ số tăng cường độ được xác định: < N Không thỏa mãn điều kiện về khả năng chịu nén cục bộ nên gia cố đầu cột bằng lưới thép ngang. Dùng lưới ô vuông, kích thước ô lưới 6 . 6 (cm), dùng thép CI 6 Fa = 0,283 (cm2). - Chiều dài thanh lưới l = 38 (cm) ; số thanh theo mỗi phương n1 = n2 = 38/6 = 7 - Khoảng cách giữa các lưới: 15 (cm). - Các lưới được đặt trong 1 đoạn cột dài : < 20.dmax = 20.3 = 60 (cm) Đặt 4 lưới, khoảng đặt lưới: 3 .15 +3 = 48 (cm) > 15. d max = 15 . 3 = 45 (cm). - Diện tích bê tông được bao bên trong lưới: = 1200 (cm2). - Tỉ số cốt thép của lưới: tính với Fl không quá Ft : . Kiểm tra khả năng chịu lực theo công thức: Vì N = 89,7 < 206 (t) đảm bảo khả năng chịu lực cục bộ. Ta có sơ đồ kiểm tra nén cục bộ cách gia cố lưới thép ở đầu cột: c/.Tính toán vai cột Vai thuộc loại congxon ngắn. - Lực tác dụng lên vai: - Kiểm tra kích thước vai cột theo các điều kiện: Chế độ làm việc nặng: Kv = 0,75 av- khoảng cách từ lực P đến mép cột dưới: av = 75 - 60 = 15 (cm). - Tính toán cốt dọc: - Momen uốn tại tiết diện mép cột 1-1: - Tính cốt thép với momen tăng 25% - Chọn 218; Fa = 5,09 (cm2). - Tính cốt đai & cốt xiên: Dùng cốt xiên & cốt đai ngang. - Khoảng cách cốt đai:Chọn a = 15 (cm) - Đường kính cốt đai 0,25 . 30 = 7,5 (mm) Chọn đai 8 a150 - Đường kính cốt xiên: - Diện tích cốt xiên cắt qua nửa trên đoạn lx: Fax0,002.b.h0 = 0,002.40.96 = 7,68 (cm2) Chọn đặt thành 2 lớp. - Tính kiểm tra ép mặt lên vai: - Dầm cầu trục lắp ghép, lực nén lớn nhất từ 1 dầm truyền vào vai là: N = 0,5. Gd + Dmax 1 . - Giá trị Dmax1 do Pmax gây ra nhưng chỉ tính cho 1 bên dầm. Dựa vào đường ảnh hưởng ta có: - Bề rộng dầm cầu trục ở trong đoạn gối được mở rộng ra 30 (cm), đợn dầm gối lên vai 18 (cm) . Diện tích tính toán khi nén cục bộ là Ft như hình vẽ: - Hệ số tăng cường độ được xác định: Với < N Thoả mãn điều kiện chịu ép cục bộ. - Kiểm tra cột khi chuyên chở, cẩu lắp: - Lúc này cột bị uốn, tải trọng lấy bằng trọng lượng bản thân nhân với hệ số động lực : 1,5 Đoạn dưới: Đoạn trên : - Xét các trường hợp bốc xếp, treo buộc chọn ra 2 sơ đồ. - Khi chuyên chở bốc xếp : cột được đặt nằm theo phương ngang, các điểm kê hoặc treo buộc cách mút dưới 1 đoạn a1 = 2m, cách mút trên 1 đoạn a2 = 3,5 m. Monen âm tại gối: - Momen dương lớn nhất ở đoạn giữa phần cột dưới tìm được tại tiết diện cách gối tựa B : 2,93 (m) có M3 = 2 (tm) - 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 = 35,5 (m), cốt thép đưa vào tính toán chỉ lấy hai cốt ở ngoài : =1ặ28 + 1ặ30 = 13,228 (cm2) cột đủ khả năng chịu lực. - Khi cẩu lắp: lật cột nằm theo phương nghiêng rồi mới cẩu. Điểm cẩu đặt tại vai cột, cách mút trên 4,1 (m), chân cột tì lên đất. - Momen lớn nhất ở phần cột trên, chỗ tiếp giáp với vai cột - Tiết diện cột với Fa = 3ặ30 = 21,21 (cm) cột đủ khả năng chịu lực. ở phần cột dưới, mom`en lớn nhất tìm được cách chân cột 1 đoạn 3,18 (m) ; M6 = 4,55 (tm) tiết diện có h = 60 (cm); h0 = 55,5 (cm). Thép lấy an toàn là Fa = 2ặ30 = 14,14 (cm) bỏ qua 2ặ28 bị cắt. Cột đủ khả năng chịu lực. VIII/. Tính toán tiết diện cột trục B - Cột trục B có hình dáng bên ngoài đối xứng & nội lực theo 2 chiều tương ứng xấp xỉ nhau, nên đặt cốt thép đối xứng là thuận tiện và hợp lí nhất. 1/.Phần cột trên: - Chiều dài tính toán: l0 = 2,5 . Ht = 2,5 . 390 = 975 (cm). - Kích thước tiết diện: b´h = 40´60 (cm). - Giả thiết chọn: a = a, = 4,5 (cm) h0 = 60 - 4,5 = 55,5 (cm). - Độ mảnh: cần xét đến uốn dọc. - Từ bảng tổ hợp chọn ra 2 cặp nghi ngờ là nguy hiểm ghi trong bảng: Kí hiệu nội lực Kí hiệu ở bảng tổ hợp M (tm) N (t) (m) (m) Mdh (tm) Ndh (t) 1 II - 16 38,341 177,195 0,2164 0,2364 0,437 167,718 2 II - 18 37,833 186,672 0,2027 0,2227 0,437 167,718 - Độ lệch tâm ngẫu nhiên:Chọn =2 (cm) - Giả thiết - Tính thép đối xứng với cặp 1: Có Lấy - Tính thép đối xứng với cặp 2: Có Lấy - Chọn cốt thép: = 2ặ25 + 2ặ30 = 2/. Phần cột dưới: - Chiều dài tính toán: l0 = 1,5 . Hd = 1,5 . 720 = 1080 (cm). - Kích thước tiết diện: b´h = 40´80 (cm). - Giả thiết chọn: a = a, = 4,5 (cm) h0 = 80 - 4,5 = 75,5 (cm). - Độ mảnh: cần xét đến uốn dọc. - Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nghi ngờ là nguy hiểm ghi trong bảng: Kí hiệu nội lực Kí hiệu ở bảng tổ hợp M (tm) N (t) (m) (m) Mdh (tm) Ndh (t) 1 IV - 17 -62,647 252,461 0,2482 0,2782 - 0,68 186,742 2 IV - 18 -53,473 300,419 0,178 0,208 - 0,68 186,742 3 IV - 14 -53,972 186,742 0,289 0,319 - 0,68 186,742 - Độ lệch tâm ngẫu nhiên:Chọn =3 (cm) - Giả thiết - Tính thép đối xứng với cặp 1:Có Lấy - Tính thép đối xứng với cặp 2: Có - Tính thép đối xứng với cặp 3: Có Chiều cao vùng chịu nén x : - So sánh diện tích cốt thép yêu cầu của 3 cặp, lấy trịc số lớn nhất ở cặp 2: = 2ặ28 + 2ặ30 = . - Để bố trí thép được tiết kiệm, cần tính thêm diện tích thép yêu cầu ở tiết diện III-III. - Chọn cặp nội lực III-16: M = 43,799 (tm); N = 244,937 (t). Mdh = 0,437 (tm); Ndh = 179,218 (t). Thoả mãn chỉ cần kéo suốt 2ặ30 ở IV-IV lên là thoả mãn, còn 2ặ28 thì cắt ở quãng cách chân cột 6 m như ở cột biên. - Cốt dọc cấu tạo dùng 2ặ12 cho cả cột trên & cột dưới: thoả mãn & diện tích tiết diện của thanh cấu tạo: Fa ặ12 = 1,13 > 0,0005 . 40 . 35,5 = 0,71 - Bố trí cốt dọc như hình vẽ: - Kiểm tra theo phương ngoài mặt phẳng uốn: *Phần cột trên: Nmax = 163,095 (t) - Tính toán kiểm tra theo điều kiện chịu nén đúng tâm: Fb = 40.60 = 2400 (cm2). Tổng diện tích cốt thép: Kiểm tra theo điều kiện: Nmax = 163,095 (t). - Vế phải: Cột đủ khả năng chịu lực theo phương ngoài mặt phẳng uốn. *Phần cột dưới: Nmax = 292,895 (t) (ở tiết diện III-III đã cắt còn ) - Tính toán kiểm tra theo điều kiện chịu nén đúng tâm: Fb = 40.80 = 3200 (cm2). Tổng diện tích cốt thép: Kiểm tra theo điều kiện: Nmax = 292,895 (t). - Vế phải: Cột đủ khả năng chịu lực theo phương 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 dưới, lực cắt lớn nhất: Qmax = 9,793 (t). bê tông đủ khả năng chịu lực cắt. đặt cốt đai theo cấu tạo - Đường kính cốt đai: Chọn đai 8 - Khoảng cách cốt đai: 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 = 40 . 30 = 1200 (cm2). - Hệ số tăng cường độ được xác định: < N Không thỏa mãn điều kiện về khả năng chịu nén cục bộ nên gia cố đầu cột bằng lưới thép ngang. Dùng lưới ô vuông, kích thước ô lưới 6 . 6 (cm), dùng thép CI 6 Fa = 0,283 (cm2). - Chiều dài thanh lưới l = 38 (cm) ; số thanh theo mỗi phương n1 = n2 = 38/6 = 7 - Khoảng cách giữa các lưới: 15 (cm). - Các lưới được đặt trong 1 đoạn cột dài : < 20.dmax = 20.3 = 60 (cm) Đặt 4 lưới, khoảng đặt lưới: 3 .15 +3 = 48 (cm) > 15. d max = 15 . 3 = 45 (cm). - Diện tích bê tông được bao bên trong lưới: = 1200 (cm2). - Tỉ số cốt thép của lưới: tính với Fl không quá Ft : . Kiểm tra khả năng chịu lực theo công thức: Vì N = 89,7 < 206 (t) đảm bảo khả năng chịu lực cục bộ. Ta có sơ đồ kiểm tra nén cục bộ cách gia cố lưới thép ở đầu cột: c/.Tính toán vai cột Vai thuộc loại congxon ngắn. - Lực tác dụng lên vai: - Kiểm tra kích thước vai cột theo các điều kiện: Chế độ làm việc nặng: Kv = 0,75 av- khoảng cách từ lực P đến mép cột dưới: av = 75 - 40 = 35 (cm). - Tính toán cốt dọc: - Momen uốn tại tiết diện mép cột 1-1: - Tính cốt thép với momen tăng 25% - Chọn 225; Fa = 9,82 (cm2). - Tính cốt đai & cốt xiên: Dùng cốt xiên & cốt đai ngang. - Khoảng cách cốt đai:Chọn a = 15 (cm) - Đường kính cốt đai 0,25 . 30 = 7,5 (mm) Chọn đai 8 a150 - Đường kính cốt xiên: - Diện tích cốt xiên cắt qua nửa trên đoạn lx: Fax0,002.b.h0 = 0,002.40.115,5 = 9,24 (cm2) Chọn đặt thành 2 lớp. - Kiểm tra cột khi chuyên chở, cẩu lắp: - Lúc này cột bị uốn, tải trọng lấy bằng trọng lượng bản thân nhân với hệ số động lực : 1,5 Đoạn dưới: Đoạn trên : - Xét các trường hợp bốc xếp, treo buộc chọn ra 2 sơ đồ. - Khi chuyên chở bốc xếp : cột được đặt nằm theo phương ngang, các điểm kê hoặc treo buộc cách mút dưới 1 đoạn a1 = 2m, cách mút trên 1 đoạn a2 = 3,5 m. Monen âm tại gối: - Momen dương lớn nhất ở đoạn giữa phần cột dưới tìm được tại tiết diện cách gối tựa B : 2,84 (m) có M3 = 2,27 (tm) - 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 = 55,5 (m), cốt thép đưa vào tính toán chỉ lấy hai cốt ở ngoài : =1ặ30 + 1ặ30 = 14,14 (cm2) cột đủ khả năng chịu lực. - Khi cẩu lắp: lật cột nằm theo phương nghiêng rồi mới cẩu. Điểm cẩu đặt tại vai cột, cách mút trên 4,1 (m), chân cột tì lên đất. - Momen lớn nhất ở phần cột trên, chỗ tiếp giáp với vai cột - Tiết diện cột với Fa = 2ặ25 + 2ặ30 = 23,96 (cm) cột đủ khả năng chịu lực. ở phần cột dưới, momen lớn nhất tìm được cách chân cột 1 đoạn 3,14 (m) ; M6 = 5,73 (tm) tiết diện có h = 80 (cm); h0 = 75,5 (cm). Thép lấy an toàn là Fa = 2ặ30 = 14,14 (cm) bỏ qua 2ặ25 bị cắt. Cột đủ khả năng chịu lực.