ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
“ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT
TẦNG BẰNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LẮP GHÉP ”
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN XUÂN HIỂN
SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN ĐOÀN KHUÊ
NGÀY GIAO ĐỒ ÁN: 11/11/2013 NGÀY NỘP ĐỒ ÁN :06/01/2014
A. ĐỀ BÀI
I. Nội dung yêu cầu
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng lắp gép đối xứng bằng bê
tông cốt thép (BTCT), ba nhịp đều nhau L, cùng cao trình đỉnh ray R, ở mỗi
nhịp có hai cầu trục chạy điện, sức trục Q. Bước cột a, chiều dài khối nhiệt độ
60m. Mái cứng bằng panel sườn, tường bao che là tường tự mang bằng gạch xây
dày 220mm. Bê tông cấp độ bền B20 (M250), cốt thép chịu lực nhóm CII, cốt
đai CI (AI). Các số liệu tính toán trong bảng sau:
L
(m)
R
(m)
Q
(m)
Chế độ làm
việc CT
a
(m)
Địa điểm
XD
18 8,5 30/5 Trung bình 6 TP Hải Dương
Bảng 1: Số liệu tính toán

(KN)
Nhịp
CT
L
k
(m)
Kích thước cầu trục
(mm)
Áp lực bánh
xe (KN)
Trọng lượng
(KN)
B K H
ct
B
1
P
c
max
P
c
min
Xe con Tổng
300/5
0
16,5 6300 5100 2750 300 280 82 120 425
Bảng 2: Thông số cầu trục
Trong đó:
Q : Sức nâng của cầu trục.
L

SL + 8,5
SL ± 0,00
SL + 7,35
SL - 0,5
A B C D
A B C D
11
10
2
1
Hình 1: Trục định vị của khung ngang
3. Dầm cầu trục
Với bước cột a = 6m, sức trục ở hai nhịp Q = 300/50KN, chọn dầm cầu trục
chữ T có kích thước tiết diện như nhau cho cả 3 nhịp và có các số liệu sau:
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
3
3
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
Kích thước dầm cầu trục Trọng lượng
tiêu chuẩn dầm
G
c
c
(KN)
Chiều cao
H
c

GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
4
4
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
• Chiều cao đầu dàn: h
đ
= h
g
– i x (1/2)L = 1,75m, chọn h
đ
= 1,7m.
• Trọng lượng tiêu chuẩn của dàn G
c
dàn
= 66KN.
• Cửa mái có nhịp L
cm
= 6m, chiều cao h
cm
= 3m.
Hình 3: Dàn mái hình thang
6. Các lớp cấu tạo mái
Các lớp cấu tạo mái được lựa chọn với các thông số được xác định trong
bảng sau:
STT Các lớp cấu tạo mái
(m) (KN/m
3

( Cao trình đỉnh cột Đ và cao trình vai cột V lấy như nhau cho cả cột A và cột B,
vai phía nhịp biên và nhịp giữa)
• Cao trình đỉnh mái nhịp biên (không có cửa trời):
M
1
= Đ + h
g
+ t = 11,4 + 2,5 + 0,51 = 14,41 m
• Cao trình đỉnh mái nhịp giữa (có của trời):
M
2
= Đ + h
g
+ h
cm
+ t = 11,4 + 2,5 + 3 + 0,51 = 17,41 m
8. Kích thước cột
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
5
5
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
Các kích thước chiều cao cột:
Cột trên: H
t
= Đ – V = 11,4 – 7,35 = 4,05 m.
Cột dưới: H
d

l
0bt
= 1,5xH
t
= 1,5 x 4,05 = 6,075 m.
Phần cột dưới, theo phương ngang nhà, khi kể đến tải trọng cầu trục:
l
0hd
= 1,5xH
d
= 1,5 x 7,85 = 11,775 m.
Phần cột dưới, theo phương ngang nhà, khi không kể đến tải trọng cầu trục:
l
0hd
= 1,2 x H = 1,2 x 11,9 = 14,28 m.
Phần cột dưới, theo phương dọc nhà có hệ giằng dọc, kể hay không kể đến
tải trọng cầu trục:
l
0bd
= 0,8xH
d
= 0,8 x 7,85 = 6,28m.
• Kích thước cột chọn theo thiết kế định hình như sau:
Cột trục A: b = 400mm, h
tA
= 350mm, h
dA
= 600mm.
Cột trục B: b = 600mm, h
tB

H
c
= H + a
3
= 11,9 + 0,8 = 12,7m.
• Kiểm tra các điều kiện:
+ Độ mảng:
bmax
= max(l
0bt
/ b ; l
0bd
/ b) = max(15,19 ; 15,7) = 15,7 < 35
hmax
= max(l
0ht
/ h
t
; l
0hd
/ h
d
) = max(28,93 ; 23,8) = 25,31 < 35
Thảo mãn.
+ Kinh nghiệm:
h
d
=
1 1
÷

ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
D
B C
A
Hình 4: Các khích thước cột A và cột B
II. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
1. Tĩnh tải mái
Tĩnh tải mái do trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo mái (bảng 4):
g
c
= 5,04 KN/m
2
; g = 6,02 KN/m
2
Tải trọng bản thân dàn mái nhịp 18m (bảng 2.4 - tr.21/Thiết kế khung ngang
nhà công nghiệp một tầng bằng bêtông cốt thép lắp ghép)
G
c
dan
= 66 KN; G
dan
= n G
c
dan
= 1,1 x 66 = 72,6 KN
Tải trọng bản thân khung cửa mái rộng 6m kể cả kính và khung kính:
G
c

, G
mB
trên đỉnh cột cách trục định vị 0,15m.
2. Tĩnh tải dầm cầu trục tác dụng lên vai cột
Theo bảng 3 trọng lượng bản thân dầm cầu trục :
G
c
c
= 42 KN ; G
c
= nG
c
c
= 1,1 x 42 = 46,2 KN
Trọng lượng dầm cầu trục, trọng lượng ray và các lớp đệm lên vai cột:
G
d
= G
c
+ ag
r
= 42,6 + 6x1,5 = 55,2 KN
Vị trí điểm đặt của G
d
cách trục định vị một đoạn = 0,75m.
3. Tải trọng bản thân cột
• Cột trục A:
Phần cột trên:
t t t
G = n×b×h × H × =1,1×0,4×0,35×4,05 =15,59γ

d d d v
h + h
G = n× b×h ×H +2 b× ×l ×
2
γ
 
×
 
 

d
1,2+ 0,6
G =1,1× 0,4×0,8×7,85+ 2×0,4 ×0,6 ×25 = 80,96
2
 
 
 
KN
4. Hoạt tải mái
Trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái theo TCVN 2737-95:
p
c
m
=0,75KN/m
2
; p
m
= n p
c
m

D = n×P × y
∑

Bằng phương pháp hình học (tam giác đồng dạng) ta tính được kết quả sau:
max max 1 2 3
D = n×P ×(y + y ×y ) =1,1×280×(1+0,15+0,8) = 600,6
KN
Hình 5: Đường ảnh hưởng phản lực gối tựa để xác định D
max
• Xác định T
max
:
Lục hãm ngang T
c
do một bánh xe cầu trục truyền lên dầm cầu trục trong trường
hợp móc cẩu mền được là:
c
xc
Q+ G
300 +120
T = = =10,5KN
40 40

GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
10
10
Dmax
Gd
Dmax

0
kC
Trong đó:
n – Hệ số vượt tải, n = 1,2
W
0
– Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực. Công trình được
xây dựng tại Tx. Hải Dương nằm trong vùng gió III-B, W
0
= 125 daN/m
2
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
11
11
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
k – Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào
dạng địa hình. Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn, coi như hệ số k
không thay đổi trong phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột và từ đỉnh cột đến đỉnh
mái.
+ Trong phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột, hệ số k lấy ứng với cao
trình đỉnh cột D = 11,4m; k = 1,023
+ Trong phạm vi từ đỉnh cột đến đỉnh mái, hệ số k lấy ứng với cao
trình đỉnh mái ở nhịp giữa (có cửa mái) M
2
= 17,41; k = 1,104
C – Hệ số khí động, được xác định phụ thuộc vào hình dáng bề mặt đón
gió, với nhà công nghiệp một tầng, 3 nhịp, ở nhịp giữa có cửa trời chạy suốt

:
Xác định chiều cao của các đoạn mái:
+ Chiều cao đầu giàn mái (từ đỉnh cột đến đầu dàn mái):
h
m1
= h
đ
+ t = 1,7 + 0,51 = 2,21 m.
+ Chiều cao từ đầu giàn mái đến đỉnh dàn mái M1:
h
m2
= h
g
– h
đ
= 2,5 – 1,7 = 0,8 m.
+ Chiều cao từ đầu giàn mái đến chân cửa mái:
cm
cm
m3 g d g d
L
L
-
L- L
2 2
h = (h -h ) = (h - h )
L
L
2
× ×

13
13
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
Tải trọng gió tác dụng lên mái được quy về thành lực tập trung W
1
, W
2
đặt ở
đỉnh cột,một nửa tập trung ở đỉnh cột trục A, một nửa tập trung ở đỉnh cột trục D
(hoặc cũng có thể tính toán toàn bộ thành phần tải trọng gió tác dụng lên mái W
và đặt ở một đỉnh cột bất kỳ):
+
1 0 i mi
W = n×k×W ×a× C ×h
∑
=1,2×1,104×125×6×(0,8×2,21- 0,241×0,8 +0,6×0,8- 0,3×0,533+ 0,3×3-0,6×0,267)
W
1
= 2618,2 Kg = 26,18 KN.
+
2 0 i mi
W = n×k×W ×a× C ×h
∑
=1,2×1,104×125×6×(0,6×0,267 + 0,6×3+0,6×0,533-0,5×0,8+ 0,4×0,8 +0,4×2,21)
W
2
= 3064,2 Kg = 30,64 KN.
• Xác định tải trọng gió phân bố tác dụng lên cột trục A và D (P

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 của cột
• Côt trục A:
Tiết diện phần cột trên: b = 40 cm, h
t
= 35 cm
Tiết diện phần cột dưới: b = 40 cm, h
d
= 60 cm
Mômen quán tính: J
t
=
3
4
40×35
=142916,67cm
12
J
d
=
3
40 60
12
×
= 720000 cm
4 Hình 8: Quy ước chiều

4
40×60
= 720000cm
12
J
d
=
3
40 80
12
×
= 1706666,67cm
4

Các thông số:
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
N
Q
M
R
15
15
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
t
H 4,05
t = = = 0,340
H 11,9

mA
x e
1
= 361,38 x (-0,025) = -9 KNm
Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mômen tại đỉnh cột gây ra.
1
1
3×M ×(1+ k/ t) 3 ( 9) (1 0,159 / 0,340)
R = 1,44
2×H×(1+ k) 2 11,9 (1 0,159)
× − × +
= = −
× × +
KN
Độ lệch trục giữa phần cột trên và cột dưới là: a =
d t
h -h
- = -0,125
2
m
Thành phần mômen tập trung tại vị trí vai cột do độ lệch tâm của hai trục cột
trên và trục cột dưới gây ra là:
M
2
= G
mA
x a = 361,38 x (-0,125) = -45,17 KNm
Thành phần phản lực tại vị trí đỉnh cột do mômen ở vai cột gây ra là:
2 2
2

x e
d
– RxH
t
= 361,38 x (-0,15) – (-5,79)x4,05
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
16
16
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
M
III
= -30,78KNm (e
d
= 0,15 – h
d
/2 = 0,15 – 0,3 = -0,15m)
M
IV
= G
mA
x e
d
– RxH = 361,38 x (-0,15) – (-5,79)x11,9
M
IV
= 11,64 KNm
N

150 150
40507850
11900
M N
Q
739,26 0,343
0,343739,26
2,47
1,08
1,61
14,39
Hình 9: Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực cột trục A, B
do tĩnh tãi gây ra (KN-m)
b) Cột trục B:
- Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái G
m1
và G
m2
như vẽ
Khi đưa G
m1
và G
m2
về đặt ở trục cột ta được
+ Lực: G
m
= G
mA
+ G
mB

= N
II
= N
III
= N
IV
= 129,746 T
Q
IV
= - 0,121 T
3. Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục gây nên
a) Cột trục A:
- Sơ đồ tính với tĩnh tải dầm cầu trục G
d
như hình 10.
- Tĩnh tải G
d
đặt cách cột trục dưới một đoạn là:
e
d
= λ- 0,5xh
d
= 0,75 - 0,5x0,6 = 0,45 m
- Lực G
d
gây ra Mômen đối với trục cột dưới, đặt tại vai cột
M = G
d
x e
d

II
= 0, N
III
= N
IV
= G
d
= 55,2 KN
Q
IV
= - R = -2,388 KN
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
18
18
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
40507850
11900
A
125
2,388
M N
Q
2,388
2,38855,2
55,2
750
3,58

a) Cột trục A:
Do trục cột trên và cột dưới lệnh nhau một đoạn a nên trọng lượng bản thân
của phần cột trên sẽ gây ra cho cột dưới một thành phần mômen M, thành phần
mômen này sẽ làm phát sinh phản lực R ở đỉnh cột và do đó gây ra mômen, lực
cắt trên các tiết diện cột.
M = G
t
x a = 15,59 x (-0.125) = -1,948 KNm
2 2
3×M×(1- t ) 3×( 15,59)×(1- 0,34 )
R = = = -0,187
2× H×(1+ k) 2×11,9×(1+ 0,159)
−
KN
• Xác định nội lực tại các tiết diện cột:
M
I
= 0
M
II
= -R x H
t
= -0,187 x 4,05 = -0,758 KNm
M
III
= M - R x H
t
= -1,948 – 0,758 = -2,707 KNm
M
IV

GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
20
20
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
N
I
=0, N
II
= N
III
= G
t
= 26,73KN
N
IV
= G
t
+ G
d
= 26,73 + 80,96 = 107,69 KN
5. Tổng nội lực do tĩnh tãi gây ra
Cộng đại số nội lực ở các trường hợp đã tính ở trên cho từng tiết diện của
từng cột được kết quả trong bảng sau (hình 11,12).
a) Cột trục A:
Tiết diện
Mômen
(KNm)

367,97
Hình 11: Biểu đồ tổng nội lực cột trục A do tĩnh tải gây ra (KN-m)
b) Cột trục B:
Tiết diện
Mômen
(KNm)
Lực dọc
(KN)
Lực cắt
(KN)
I-I +2,75 +739,26 +0,34
II-II +1,09 +765,99 +0,34
III-III +1,09 876,39 +0,34
IV-IV -1,06 957,35 +0,34
Bảng 6: Tổng tiết nội lực do tĩnh tãi gây ra
tại các tiết diện cột trục B
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
22
22
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
B
40507850
11900
M N
Q
739,26 0,34
0,34957,35

+2,6
M
III
(KNm) -30,78
-4,82
M
IV
(KNm) +14,64
+2,94
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê
23
23
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN BÊ TÔNG
CỐT THÉP DÂN DỤNGĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU
NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
N
I
=N
II
=N
III
=N
IV
+361,38 +56,65
Q
IV
(KN) +5,78 +0,91
Bảng 7: Nội lực tại các tiết diện cột trục A
do hoạt tải mái gây ra (KN-m)

P
/M
G
= 1,316/7,71 = 1,71
- Thành phần lực dọc do hoạt tải mái G
mA
gây ra là:
N
I
= N
II
= N
III
= N
IV
= G
mA
= 56,65 KN
Ta có kết quả trong bảng sau:
Nội lực Do G
mA
+G
mB
Do P
mB
M
I
(KNm) +2,47
+8,50
M

NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
do hoạt tải mái G
mB
gây ra (KN-m)
• Trường hợp hoạt tải nhịp biên tác dụng lên cột trục B (P
mA
):
Do P
mA
đối xứng với P
mB
qua trục cột B nên biểu đồ mômen và lực cắt do
P
mA
gây ra được lấy từ biểu đồ mômen và lực cắt do P
mB
gây ra nhưng đổi dấu,
thành phần lực dọc thì giữ nguyên.
Kết quả thể hiện trong bảng sau:
Nội lực Do P
mA
M
I
(KNm)
-8,50
M
II
(KNm)
-3,73
M

d
gây ra tỉ số D
max
/G
d
= 600,6/52,2 = 10,88
Các thành phần nội lực được tính trong bảng sau:
Nội lực Do G
d
Do D
max
M
I
(Tm) 0 0
M
II
(Tm) -9,67 -105,24
M
III
(Tm) +15,17 +165,03
M
IV
(Tm) -3,58 -38,96
N
I
= N
II
(T) 0 0
GVHD : Nguyễn Xuân Hiển
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê