®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP SỐ II
ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP SỐ II
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:
SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:
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:
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: H
đd
=H-
.
2
L
i
= 2,8 -
1 21
.
10 2
=1,8 m.

= 2400(mm); B
1
= 260(mm).
- áp lực bánh xe lên ray:P
max
tc
=22 T.
P
tc
min
= 4,8 T.
-Trọng lượng xe con: G = 6,0 T
-Toàn cầu trục: G = 33,5 T.
-Từ P
tc
max
= 22 T
Ta chọn đường ray có chiều cao : H
r
= 150 (mm).
Trọng lượng tiêu chuẩn của đường ray: g
r
c
= 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:
H
c
= 1400 ;b =140 ; b

SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
2
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
- Cao trình đỉnh cột: D = R + H
ct
+ a
1
H
ct
- chiều cao cầu trục tính từ cao trình ray đến đỉnh xe con, H
ct
= 2,4 m
a
1
- khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dưới kết cấu mang lực mái,
chọn: a
1
= 0,15m đảm bảo a
1
≥
0,1 m
D = 6,5 + 2,4 + 0,15 = 9,05 m.
- Cao trình đỉnh mái: M = D + h + h
cm
+ t.
Chiều cao kết cấu mang lực mái: h = 2,8m.
Chiều cao cửa mái: h
cm
= 4m
Tổng chiều dày các lớp mái: t = 0,66 m

⇒
H
d
= 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 :
l
0
/b = 1,2 H
d
/ b =1,2.5,45/ 0,5 = 13,08 < 30
- Xác định chiều cao tiết diện phần cột trên:
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
3
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
+Cột biên: chọn dựa vào điều kiện a
4
= λ - B
1
– h
t
>6 ( cm ). Với a
4
là khoảng cách từ
mép bên cầu trục đến mép trong của cột.
Tra bảng ta được B
1
= 26 (cm); λ = 75 ( cm ).

= 60 cm ; l
v
= 40 cm ;góc nghiêng cạnh dưới của vai bằng 45
o
.
+ Cột giữa : h
v
=60 cm ; l
v
=60 cm ;góc nghiêng cạnh dưới của vai bằng 45
o
.
- 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
l H
h h
= = = <
+độ mảnh của cột trên theo phương ngoài mặt phẳng khung là:0

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
t 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:
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
4

mặt bằng mái được xác
định theo công thức:
P
tt
= P
tc
× n = γ × δ × n.
Stt Các lớp mái Tải trọng tiêu
chuẩn kG/m
2
Hệ số
vượt tải
Tải trọng tính
toán kG/m
2
1 2 lớp gạch lá nem + vữa lót dày
5 cm,γ=1800kG/m
3
90 1,3 117
2 Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày
12 cm, γ=1200 kG/m
3

144 1,3 187,2
3 Lớp bê tông chống thấm dày
4cm, γ=2500 kG/m
3
100 1,1 110
4
Panen 12×3 m

2
c
=2,8 T, n=1,1
G
tt
2
= 2,8× 1,1 = 3,08 (T).
- Trọng lượng kính và khung cửa kính lấy G
2
c
=500 (kG/m), n = 1,2.
g
tt
k
= 500 × 1,2 = 600 (kG/m).
Tĩnh tải mái quy về lực tập trung G
m1
tác dụng ở nhịp biên (không có cửa mái) được tính
theo công thức:
G
m1
= 0.5 × (G
1
+
∑
g
m
)
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
6

1
+ a×g
r
G
1
: trọng lượng bản thân dầm cầu trục, G
1
c
=11,3 T, n =1,1
g
r
- trọng lượng ray và các lớp đệm, g
r
c

= 150 (kG/m
2
), n =1,1
G
d
= 1,1.(11,3 + 12× 0,15) = 14,41 (T)
Tải trọng G
d
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: G
t
= 0,5 × 0,4 × 4,1 × 2,5 × 1,1 = 2,255 (T).
+ Phầncột dưới: G

= 75 kG/m
2
, n = 1,3. Hoạt tải này đưa về thành lực tập trung P
m
đặt ở đầu cột.
P
m
= 0,5×n×p
tc
×a×L
P
m
= 0,5 × 1,3 × 75 × 12 × 21 = 12285 (kG) = 12,285(T).
Điểm đặt của P
m
đặt trùng với vị trí của G
m
.
5. Hoạt tải cầu trục :
a. Hoạt tải đứng do cầu trục:
Với số liệu cầu trục đã cho: Q = 20/ 5 T, L
K
=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: P
max
= 22 (T)
- Hệ số vượt tải theo TCVN 2737 - 1995, n=1.1.


∑
=
4
1i
4
y
= 1 + 0,634 + 0,842 + 0,475 = 2,951
D
max
= 1,1 × 22 × 2,951 = 71,42 (T)
Điểm đặt của D
max
trùng với điểm đặt của G
d
.
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 :
T
1
=
1
2
. T
tc
n
=
1
2

Xem lực T
max
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 × W
0
× k × C
Trong đó W
0
- áp lực gió ở độ cao 10 m ,theo TCVN-2737-1995 thì Bắc Ninh thuộc
vùng II-B nên áp lực W
0
tra bảng là W
0
= 95 (kG/m
2
).
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 × W
0

Nội suy
→
C
e1
=-0,46
0,4
1,8m
2,8m
4,0m
5,71°
-
0
,
6
21000 21000 21000
1
S
S
2
-0,6
P
®
P
h
S¬ ®å x¸c ®Þnh hÖ sè khÝ ®éng trªn m¸i
A
B C
D
EJ=
8

,
6
-
0
,
5
-
0
,
4
-0,4
Trị số S tính theo công thức:
S = n × k × W
0
× a ×
∑
=
n
1i
ii
kC
= 1,2 × 1,035 × 0,095 × 12 ×
∑
=
n
1i
ii
hC
=1,416 ×
∑

- Kích thước tiết diện phần cột trên : (50 × 40) cm
- Chiều cao phần cột dưới : H
d
= 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 :
J
t
=
12
40.50
3
= 266667 (cm
4
)
- Mômen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :
J
d
=
3
50 60
900000

 
= 0.189
* Cột giữa :
- Chiều cao phần cột trên : H
t
= 4,1 (m)
- Kích thước tiết diện phần cột trên : (50 × 60) cm
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
11
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
- Chiều cao phần cột dưới : H
d
= 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 :
J
t
=
900000
12
60.50
3
=
(cm
4
)
- Momen quán tính tiết diện phần dưới vai cột :
J
d

− = −
 ÷
 ÷
 
 
= 0.109
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 G
m1
gây ra mô men đặt ở đỉnh cột
M
1
= G
m1
.e
t
= - 116,94 × 0.05 = - 5,85 (T.m)
với e
t
là khoảng cách từ điểm đặt G
m1
đến trọng tâm phần cột trên,
e
t
=0,5h

Tính R
2
với: M = - G
m1
× a = -116,94 × 0,1= -11,694 (T.m)
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
12
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
Mô men này được đặt ở cao trình vai cột.
R
2
=
2 2
3M(1 ) 3 11,694(1 0,43 )
2H(1 k) 2 9,55(1 0.189)
t− − × −
=
+ × +
= -1,26 (T)
R = R
1
+ R
2
= - (1,113+ 1,26) = - 2,373 (T)
I I
II
III
IV
IV
II

Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái G
m1
và G
m2
như hình vẽ:
Khi đưa G
m1
,G
m2
về đặt ở trục cột ta được lực:
G = G
m1
+G
m2
= 116,94+125,68 = 242,62 T và mô men
M = - 116,94.0,15 +125,68.0,15 = 1,311 T.m
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
13
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
Phản lực đầu cột : R =
0.109
k
3 1,311(1 )
3M(1 )
0,43
2H(1 k) 2 9,55 (1 0.109)
t
× +
+
=

II
= N
III
= N
IV
= 242,62 (T)
- Lực cắt : Q
IV
= - 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 :
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
14
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
A
B
G
d
= 14,41 T; e
d
= λ - 0,5h
d
= 0,75 – 0,5 × 0,6= 0,45 (m)
Lực G
d
gây ra momen đặt tại vai cột:
M = G
d
× e
d

= 0
N
III
= N
IV
= 14,41 (T)
- Lực cắt: Q
IV
= - 0,699 (T)
b. Cột giữa :Do tải trọng đặt đối xứng qua trục cột nên: M=0; Q = 0.
- Lực dọc: N
I
= N
II
= 0 ; N
III
= N
IV
= 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:
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
15
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
tæng néi lùc do tÜnh t¶i
cét biªn cét gi÷a
m n
m

= Q
II
= Q
III
= Q
IV
= 2,373 - 0,699 = 1,674(T)
* Cột giữa:
- Mô men : M
I
= 1,311 (T.m)
M
II
= M
III
= 0,356(T.m)
M
IV
= - 0,914 (T.m)
- Lực dọc : N
I
= 242,62 (T).
N
II
= 242,62 + 3,38 = 246 (T)
N
III
= 246 + 28,82 = 274,82 (T)
N
IV

- Mômen: M
I
= - 5,85 × 0,105 = - 0,615 (T.m)
M
II
= 3,88 × 0,105 = 0,408 (T.m)
M
III
= - 7,81 × 0,105 = - 0,82 (T.m)
M
IV
= 5,12× 0,105 = 0,538 (T.m)
- Lực dọc: N
I
= N
II
= N
II
= N
IV
= 12,285 (T).
- Lực cắt: Q
I
= Q
II
= Q
III
= Q
IV
= 2,373 × 0,105 = 0,25 (T)

SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
17
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
- Lực dọc :N
I
= N
II
= N
III
= N
IV
=12,285 (T)
- Lực cắt: Q
IV
= - 0,233 . 1,406 =- 0,328 (T)
Do P
m1
=P
m2
nên nội lực do P
m1
gây ra được suy ra từ nội lực do P
m2
bằng cách đổi
dấu mô men và lực cắt còn lực dọc thì giữ nguyên. Biểu đồ mô men như hình vẽ :
( Nội lực do hoạt tải mái )
6. Nội lực do hoạt tải thẳng đứng của cầu trục :
a. Cột biên :
Sơ đồ tính giống như khi tính với tĩnh tải dầm cầu trục G
d

N
III
= N
IV
= 71,42 (T)
- Lực cắt: Q
IV
= - 0,699 × 4,96 = - 3,47 (T)
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
18
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
A
( Sơ đồ tính và nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục)
b. Cột giữa :
D
max
= 71,42 (T) ; e
d
= 0.75 (m).
Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên vai cột phía bên trái và phía bên phải của
cột .
Lực D
max
gây ra mô men đối với phần cột dưới đặt ở vai cột :
M = D
max
× e
d
= 71,42× 0,75 = 53,6 (T.m)
Trường hợp D

N
III
= N
IV
= 71,42 (T)
- Lực cắt: Q = - 6,19 (T)
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
19
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
Trong trường hợp D
max
đặt ở phía bên trái thì các giá trị mômen và lực cắt ở trên sẽ
có dấu ngược lại.
B B
( Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục )
7. Nội lực do lực hãm ngang cầu trục :
Lực T
max
đặt cách đỉnh cột một đoạn là :
y = 4,1 – H
c
= 4,1 – 1,4 = 2,7 (m)
Ta có
t
y 2,7
H 4,1
=
= 0,66
Có thể dùng công thức lập sẵn để tính phản lực :
R=

I
= N
II
= N
III
= N
IV
= 0 (T)
- Lực cắt: Q
IV
= 2,023– 4,22 = - 2,197 (T)
b. Cột giữa : R =
4,22(1 0,43)
1 0,109
−
+
= 2,17 (T)
- Mômen: M
I
= 0 (T.m).
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
20
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
Tại vị trí tác dụng của T
max
thì M
y
= 2,17 × 2,7 = 5,859 (T.m)
M
II

8
ej =
8
ej =
a
b
c
d
( Hệ cơ bản khi tính khung với tải trọng gió )
Phương trình chính tắc :
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
21
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
r × ∆ + R
g

= 0
r : Phản lực trong liên kết ở tại đầu cột khi nó chuyển vị một đoạn bằng 1 đơn
vị.
∆ : ẩn số (chuyển vị ngang của đầu cột)
R
g
: phản lực ở liên kết trong hệ cơ bản.
R
g
= R
1
+ R
4
+ S

p
p
=
0,535
3,485
1,07
×
= 1,7425 (T)
R
g
= 3,485 + 1,7425+ 4,03 + 5,5 = 14,75 (T)
Tổng phản lực do các đỉnh cột chuyển vị một đoạn ∆ = 1 được tính bằng :
r = r
1
+ r
2
+ r
3
+ r
4
r
1
= r
4
=
d
3 3
3EJ
3E 900000
H (1 k) 955 (1 0,189)

Phản lực tại các đỉnh cột trong hệ thực :
R
A
= R
1
+ r
1
× ∆ = 3,485 + 0,00261E × (
798,16
E
−
) = 1,4 (T)
R
B
= R
C
= r
2
× ∆ = 0,0066E × (
798,16
E
−
) = - 5,29 (T)
R
D
= R
4
+ r
1
× ∆ = 1,7425 + 0,00261E × (

IV
= 0 (T)
- Lực cắt: Q
IV
= 1,07 x 9,55 – 1,4 = 8,82 (T)
* Cột trục D :
- Mômen: M
I
= 0 (T.m)
M
II
= M
III
= 0,5 × 0,535 × 4,1
2
+ 0,34 × 4,1 = 5,89 (T.m)
M
IV
= 0,5 × 0,535 × 9,55
2
+ 0,34 × 9,55 = 27,64 (T.m)
- Lực dọc: N
I
= N
II
= N
II I
= N
IV
= 0 (T)

SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
R
A
Q
=8,82
R
D
= 0,34
Q
=5,45
R
C
=5,29R
B
=
Q
=5,29
A
35,43
3,26
50,52
21,69
27,64
B , C D
5,89
23
=1,4
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
III - TỔ HỢP NỘI LỰC :
III - TỔ HỢP NỘI LỰC :

S
=R
SC
= 225 MPa
Tra bảng với bê tông B25, thép nhóm C-III có các trị số :

ξ
R
=0,563 ;
α
R
= 0,405 ; 1MPa = 10 kG/cm
2
V- TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT TRỤC A :
1. Phần cột trên :
Chiều dài tính toán l
0
= 2,5H
t
= 2,5 × 410= 1025 cm.
Kích thước tiết diện : b = 50cm, h = 40cm.
Giả thiết chọn a = a’ = 4 cm, h
0
= 40 – 4 = 36cm
h
0
- a’ = 36- 4 = 32 cm
Độ mảnh λ
h
= l

SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
24
®å ¸n bª t«ng cèt thÐp sè ii GVHD : NGUYÔN V¡N PHONG
1
2
3
II-16
II-17
II-18
4,3152
-18,57
-18,2028
130,2515
119,195
130,2515
0,0331
0,1558
0,1398
0,0481
0,1708
0,1548
1,014
1,014
1,014
119,195
119,195
119,195
Độ lệch tâm tính toán: e
0
= M/N + e

I
S
= µ
t
× b ×h
0
× (0,5 h – a)
2
= 0,025×50 ×36 × (20 – 4)
2
= 11520 cm
4
Với cặp 3 có e
0
/h = 15,48/40 = 0,387
Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng tác dụng dài hạn : vì M
dh
ngược chiều với M
nên mang dấu âm.
ϕ
l
= 1+
(0,5 )
1,014 119,195(0,5 0,4 0,04)
1
(0,5 ) 18,2028 130,2515(0,5 0,4 0,04)
dh dh
M N h a
M N h a
+ × −

0
/h -0,01R
b
=0,5 – 0,01.1025/40 -0,01.14,5 =0,099

e
δ
=max ( 0,387 ; 0,099 ) =0,387

p
δ
: hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt thép ứng lực trước.
Bê tông cốt thép thường
p
δ
=1

→
S =
0,11
0,1
0,1 0,387
+
+
= 0,326
Lực dọc tới hạn:
SVTH : NGUYÔN DUY CH÷ - LíP : 2004X1
25