Tính toán thiết kế thi công nhà công nghiệp một tầng 3 nhịp

1
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THI CÔNG 2
I. Đặc điểm công trình xây dựng
1. Đặc điểm công trình.
Trên hình vẽ là sơ đồ nhà công nghiệp một tầng 3 nhịp,24 bước cột ta cần
lập biện pháp thi công, thi công bằng phương pháp lắp ghép các cấu kiện khác
nhau bao gồm: móng, cầu trục, cột, dàn mái, dầm cầu chạy, dàn vì kèo bằng bê
tông. Các cấu kiện này được sản xuất trong nhà máy và được vận chuyển bằng
các phương tiện vận chuyển chuyên dụng đến công trường để tiến hành thi công
lắp ghép.
Đây là công trình lớn 3 nhịp, 24 bước cột , có L1=L3=6,8m, L2=22m.
Chiều dài công trình là 24 x 6 = 144m, vì vậy cần phải bố trí 2 khe lún. Công
trình được thi công trên nền đất bằng phẳng, không bị hạn chế về mặt bằng, các
điều kiện cho thi công là thuận lợi, các phương tiện thi công đầy đủ, nhân công
luôn đảm bảo.
Từ các đặc điểm công trình và các thông số đề bài cho ta có sơ đồ lắp ghép
công trình bao gồm 1 mặt bằng và các mặt cắt.
Nguyễn Văn Hải
2
6000
6000 6000
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
6000
25
A
B
C
D
6
8

0
0
2
2
0
0
0
6
8
0
0
M? T B? NG CÔNG TRÌNH
A B C
D
M? T C? T NGANG NHÀ
6800
22000 6800
35600
1. Số liệu tính toán:
Căn cứ vào số liệu đầu bài ta có :
• Cột biên (C1) :
H = 7,8m
R = 6m
Cột dưới : 0,3 x0,6m
Cột trên :0,3 x 0,4m
• Cột giữa (C2):
H = 11,6m
R = 8,4m
Cột dưới : 0,4 x0,6m
Cột trên :0,4 x 0,5m

• Dầm cầu trục nhịp biên (DCT) :
L = 6m
Nguyễn Văn Hải
3
H = 0,8m
B = 0,3m
B1 = 0,3m ( chiều rộng sườn)
Hc = 0,4m ( chiều cao cánh)
• Dầm cầu trục nhịp giữa (DCT) :
L = 6m
H = 1,2m
B = 0,4m
B1 = 0,4m ( chiều rộng sườn)
Hc = 0,5m ( chiều cao cánh)
• Giàn vì kèo mái 1
( )
1
1 1 1 1
6,8 0,97 0,76
7 9 7 9
H L
   
= ÷ = ÷ = ÷
 ÷  ÷
   
Lấy H = 0,8m
• Giàn vì kèo mái 2
( )
2
1 1 1 1

22 3,14 2,45
7 9 7 9
H L
   
= ÷ = ÷ = ÷
 ÷  ÷
   
Lấy H = 2m
• Dàn cửa trời :
- Nhịp biên :
L = 3,6 m
H = 2,1m
- Nhịp giữa :
L = 6 m
H = 2,4 m
• Panen tường (Pt): kích thước 1,2x6 m p = 1,2 T
II. Tính toán trọng lượng các cấu kiện
1: Móng
Nguyễn Văn Hải
4
1.1. Móng ngoài Kích thước móng được chọn như hình vẽ:
200 300 650
1150
25
25
350
300
510
810
1500

650
600
810
1110
2000
200 300 650
1150
25
25
MÓNG BIÊN
Thể tích
-V
1
= 0,2×1,5×2,0 = 0,6 (m
3
)
-V
2
=
( )
0,3
1,5 2,0 (1,5 0,81)(2,0 1,11 0,81 1,11)
6
× + + + + ×
= 0,45(m
3
)
- V
3
= 0,65× 1,11 ×0,81 =0,584 (m

3
)
-V
4
=
( )
0,65
0,35 0,65 (0,35 0,51)(0,65 0,81 0,51 0,81)
6
× + + + + ×
= 0,21 (m
3
)
Nguyễn Văn Hải
5
Thể tích khối móng
V = V
1
+ V
2
+V
3
-V
4
= 0,6 + 0,45+0,584 - 0,21 = 1,424 (m
3
)
Trọng lượng : P = 1,424×2,5 = 3,56 ( T )
1.2.Móng trong
Kích thước móng chọn như hình vẽ:

200 300 650
1150
25
25
MÓNG GI? A
650
600
810
1110
2000
450
400
610
910
1600
200 300 650
1150
25
25
Thể tích
-V
1
= 0,2×1,6×2,0 = 0,64 (m
3
)
-V
2
=
( )
0,3

1,6 2,0 (1,6 0,91)(2,0 1,11 0,91 1,11)
6
× + + + + ×
= 0,601(m
3
)
-V
3
= 0,65
×
1,11
×
0,91= 0,66(m
3
)
Nguyễn Văn Hải
6
-V
4
=
( ) ( )
0,65
0,35 0,85 0,45 0,61 0,65 0,81 0,61 0,81
6
× + + + + × = 
 
0,129 (m
3
)
Thể tích khối móng

V = V
1
+ V
2
+ V
3
– V
4
= 0,64 + 0,601+0,66 – 0,129 = 1,772 (m
3
)
Trọng lượng : P = 1,772×2,5 = 4,43( T )
2: Cột
400 600
+0.00
400
C? T BIÊN C? T GI? A
19008200
10700
13100
8800
3700
a
2
a
3
300
300
a
2

a
3
500
600
500
250
250
400
C-C
C C
D D
400
D-D
400
B-B
600
A-A
600
200 200
400
A A
B B
+0.00
600
600 600
2.1. Cột biên:
Ta có : Cao trình vai cột V = R – ( H
r
+ H
dct

)
Nguyễn Văn Hải
7
→
R = V + ( H
r
+ H
dct
) = 6 + (0,15 +0,8) = 6,95 m
Lấy a = 15cm ta có :
Cao trình đỉnh cột : D = R + H
dct
+ a
1
= 6,95 + 0,8 + 0,15 = 7,9 m
→
Chiều dài phần cột trên : H
t
= D – V = 7,9 – 6 = 1,9 m
Chiều dài phần cột dưới : H
d
= H
1
+a
2
= 7,8 + 0,4 = 8,2 m
H
t
= 1,9 m ; H
d

=8,2 m
Vậy chiều dài cột là: 10,7m
Trọng lượng phần cột trên
P
t
=0,3×0,4×2,5x 1,9 = 0,57T
Trọng lượng phần cột dưới:
P
d
= 2,5(0,3×0,6×8,8 + (0,6+1,0) .
0,4
2
.0,3 )
= 4,2 T
Trọng lượng toàn bộ cột:
P
cột
= P
t
+ P
d
= 0,57+ 4,2 = 4,77 T
2.2.Cột giữa:
Nguyễn Văn Hải
8
Ta có : Cao trình vai cột V = R – ( H
r
+ H
dct
)

→
R = V + ( H
r
+ H
dct
) =8,4 + (0,15 +1,2) = 10,75 m
Lấy a = 15cm ta có :
Cao trình đỉnh cột : D = R + H
dct
+ a
1
= 10,75 + 1,2 + 0,15 = 12,1 m ( lấy a
1

=15cm)
→
Chiều dài phần cột trên : H
t
= D – V = 12,1 – 8,4 = 3,7 m
Chiều dài phần cột dưới : H
d
= V +a
2
= 8,4 + 0,4 = 8,8 m ( lấy a
2
= 40 cm)
→
Chiều dài toàn bộ cột H :
H = H
d

+ H
t
+ a
3
= 8,8 + 3,7 + 0,6 = 13,1m ( lấy a
3
= 60cm)
Trọng lượng phần cột trên:
P
t
= 0,5×0,4×2,5x 3,7 = 1,85 T
P
d
= 2,5(0,4×0,6×9,4+2.(0,6+1,0) .
0,4
2
.0,5 )
= 6,44 T
Trọng lượng toàn bộ cột:
Nguyễn Văn Hải
9
P
cột
= P
t
+ P
d
= 1,85 + 6,44 = 8,29 T
b
2=

300
b
2=

300
b
1=

300
b
3=

900
h
1
=

4
0
0
h
2
=

8
0
0
400
2. Dầm cầu trục.

Nhịp biên
- L = 6 m
- Chiều cao dầm: 0,8 m
- Thể tích cánh dầm
3
1 3 1
. . 0,9.0,4.6 2,16( )V b h l m
= = =
- Thể tích phần thân dưới dầm
Nguyễn Văn Hải
10
( ) ( ) ( ) ( )
3
2 1 3 2 2 1
6
2 0,3 0,9 2.0,3 0,8 0,4 0,72( )
2 2
l
V b b b h h m= + − − = + − − =
- Thể tích toàn phần dầm cầu chạy
3
1 2
2,16 0,72 2,88( )V V V m
= + = + =
- Trọng lượng dầm cầu chạy
b
2=

400
b

2=

400
b
1=

400
b
3=

1200
h
1
=

5
0
0
h
2
=

1
2
0
0
700
. 2,5.2,88 7,2( )
dcc
Q V T

γ
= = =
Nhịp giữa :
- L = 6 m
- Chiều cao dầm: 1,2 m
- Thể tích cánh dầm
3
1 3 1
. . 1,2.0,5.6 3,6( )V b h l m
= = =
Nguyễn Văn Hải
11
- Thể tích phần thân dưới dầm
( ) ( ) ( ) ( )
3
2 1 3 2 2 1
6
2 0,4 1,2 2.0,4 1,2 0,5 1,68( )
2 2
l
V b b b h h m= + − − = + − − =
- Thể tích toàn phần dầm cầu chạy
3
1 2
3,6 1,68 5,28( )V V V m
= + = + =
- Trọng lượng dầm cầu chạy
. 2,5.5,28 13,2( )
dcc
Q V T

γ
= = =
4. Dàn mái.
6800
6800
Nguyễn Văn Hải
12
3
6
0
0
6800
800
2100
Dàn mái lắp ở nhịp biên
6
0
0
0
22000
2400
2000
Dàn mái lắp ở nhịp giữa
Dàn vì kèo mái nhịp biên
Nhịp Chiều cao Trọng lượng
6800 800 5,1
Dàn vì kèo mái nhịp giữa
Nguyễn Văn Hải
13
Nhịp Chiều cao Trọng lượng

22000 2000 7,125
5. Dàn cửa trời : Tương tự như giàn mái ta cũng có các thông số của cửa trời
nếu giả thiết bề dày thanh theo phương vuông góc với mặt phẳng dàn là 0,25m
và độ rỗng toàn dàn là 30%
- Dàn cửa trời ở nhịp 6,8 m
Chiều dài L (mm) Chiều cao h (mm) Trọng lượng (T)
3600 2100 0,48224T
- Dàn cửa trời ở nhịp 22 m
Chiều dài L (mm) Chiều cao h (mm) Trọng lượng (T)
6000 2400 0,6341072
6. Panen mái.
250
80
120 120
1343
1583
218
6000
- Kích Thước panen là 1,583x6m
- Trọng lượng :
Nguyễn Văn Hải
14
Q = [0,08x1,583 + 2x(0,12 + 0,218)x0,17/2]x6x2,5 = 2,7615 T
Bảng tổng kết thống kê số lượng và khối lượng
các cấu kiện toàn công trình:
STT Tên cấu kiện:
Khối
lượng/1CK:
(T/1CK)
Tổng số lượng:

(Chiếc, CK)
Tổng khối
lượng:
(T)
1 Cốc móng cột biên. 3,56 50 178
2 Cốc móng cột giữa. 4,43 50 221,5
3 Cột biên. 4,77 50 238,5
4 Cột giữa. 8,29 50 414,5
5 Dầm cầu chạy nhịp
biên
7,2 50 360
6 Dầm cầu chạy nhịp
giữa.
13,2 100 1320
7 Dàn mái nhịp biên 5,1 50 255
7 Dàn cửa trời nhịp biên. 1,2 50 60
Dàn mái nhịp giữa 7,125 25 178,125
Dàn cửa trời nhịp giữa. 1,5 25 37,5
Panel mái. 2,7615 562 1552
III. Chọn cáp thi công
Nguyễn Văn Hải
15
1. Chọn cáp cẩu móng.
- Để cẩu móng dùng chùm dây cáp treo có 4 móc gắn với 4 dây. Khối móng
nặng 4,43T (chọn khối móng nặng), giả sử dây treo
nghiêng góc 45
0
so với phương thẳng đứng. p
tt
= p

x1,1= 4,43x1,1= 4,873(T)
- Nội lực trong mỗi dây là: S =
α
cos n
P
tt
Trong đó: n Số nhánh dây, n = 4
α = 45
0
Góc nghiêng dây so với phương đứng.
P
tt
Trọng lượng tính toán của cấu kiện
Thay số tính được: S =
4,873
2
4.
2
= 1,723 T
- Khi cáp làm việc thì bị kéo, xoắn, uốn, nhưng khi tính độ bền cho cáp để đơn
giản tính cho khi chịu kéo.
- Lực kéo đứt dây cáp: R = k.S ( k Hệ số an toàn, lấy k = 6)
Thay số R = 6×1,723 = 10,337 T
- Giả sử sợi cáp có cường độ chịu kéo bằng cáp cẩu σ = 160 kg/mm
2
Nguyễn Văn Hải
®¸nh dÊu tim
cèt cÊu kiÖn
treo buéc mãng
4

5
°
16
Diện tích tiết diện cáp: F ≥ R/σ = 10337/160 = 64,6075mm
2
Mặt khác: F =
4
.
2
d
Π
≥ 64,6075 ⇒ d ≥ 9,07 mm.
- Tra bảng chọn cáp: Chọn cáp mềm có cấu trúc 6x37+1, có đường kính cáp
17,5 mm, trọng lượng 1,06 kg/m.
2. Chọn cáp cẩu cột, thiết bị neo buộc.
Sức nâng của cột không lớn lắm, khi thi công cột dùng biện pháp kéo lê, do
vậy không dùng cáp cứng mà dùng cáp mềm có khoá bán tự động để neo cột.
Cáp treo 2 nhánh có góc nghiêng ϕ = 0
0
nên lực cần thiết kế của dây cáp là:
Do cột có trọng lượng nhẹ, sử dụng đai ma sát làm thiết bị treo buộc cột có
cấu tạo như hình vẽ:
Trong đó: 1.Đòn treo
2.Dây cáp
3.Các thanh thép chữ U
4.Đai ma sát
*Cột biên:
P = 4,77 T. Có : P
tt
= 1,1x4,77= 5,247 (T).

Nguyễn Văn Hải
4
3
2
1
17
Lực kéo đứt cáp:
R = k.S = k.
ϕ
cos.n
P
tt
= 6.

5,247
2 1
×
= 15,741 T
- Dùng loại cáp mềm có cấu trúc 6x37+1, cường độ chịu kéo của 1 sợi cáp
là 160kg/mm
2
. Tính đường kính dây cáp.
F ≥ R/σ ⇒ F ≥ 15741/160 = 98,3813 mm
2
Mặt khác ta có: F = πd
2
/4 ≥ 98,3813 ⇒ d ≥ 11,19 mm
- Tra bảng chọn cáp có cấu trúc 6x37+1, cường độ sợi cáp 160kg/mm
2
Chọn đường kính sợi d = 19,5 mm ,trọng lượng cáp 1,33 (Kg/m)

l
cáp
= H
trên
+h
vai cột
+1,5= 1,9 + 1 +1,5 = 4,4(m).
q
tb
= γl
cáp
+ q
đai ma sát
= 1,33×4,4 + 30 = 35,852(KG) = 0,035852 T
*Cột giữa:
P = 8,29 T . Có : P
tt
= 1,1x 8,29 = 9,119 (T).
Lực kéo đứt cáp: R = k.S = k.
ϕ
cos.n
P
tt
= 6.
9,119
2 1
×
= 27,357 T
Nguyễn Văn Hải
18

- Dùng loại cáp mềm có cấu trúc 6x37+1, cường độ chịu kéo của 1 sợi cáp là
160kg/mm
2
. Tính đường kính dây cáp.
F ≥ R/σ ⇒ F≥ 27357/160 = 170,9813 mm
2
Mặt khác ta có: F = π.d
2
/4 ≥ 170,9813 ⇒d ≥ 14,755 mm
- Tra bảng chọn cáp có cấu trúc 6x37+1, cường độ sợi cáp 160kg/mm
2
chọn đường kính sợi d = 24 mm ,trọng lượng cáp 1,99 (Kg/m)
l
cáp
= H
trên
+h
vai cột
+1,5= 3,7 +1 +1,5 = 6,2(m).
q
tb
= γl
cáp
+ q
đai ma sát
= 1,99×6,2 + 30 = 42,344 (KG) = 0,042344T
3. Chọn cáp cẩu dầm cầu trục.
Dầm cầu chạy là kết cấu nằm ngang nên thiết bị treo buộc là thiết bị treo buộc
đơn giản thông thường. Do L
dcc

≤
6m nên dùng chùm
dây 2 nhánh có khóa bán tự động. Cấu tạo như hình vẽ:
Trong đó:
1- miếng đệm
2- dây cẩu kép
3- khóa bán tự động
4-đoạn ống ở khóa để luồn dây cáp
Nguyễn Văn Hải
4
3
1
2
19
§ßn treo
treo buéc dÇm cÇu ch¹y
DÇm cÇu ch¹y
* Dầm cầu chạy nhịp biên Q = 7,2 T nên để cẩu lắp dầm cầu chạy ta không cần
dùng thêm đòn treo.
* Chọn cáp treo dầm:
- Trọng lượng dầm và thiết bị treo buộc: P

= 7,2×1,1 + 0,2 = 8,12T
+ Thiết bị treo buộc gồm có dây cáp treo. Lấy bằng 200kg.
+ Tính với dây cáp treo xiên góc 45
0
.
- Nội lực làm đứt dây: R = k.S = k.P/m.n.cosϕ
Thay số: R = 6×8,12

2
2
2
1
= 34,450 T
- Chọn cáp mềm loại 6x37 + 1, cường độ chịu kéo của 1 sợi cáp là 160kg/mm
2
.
Diện tích dây cáp: F ≥ R/σ ⇒ F≥ 34450/160 = 215,314 mm
2
Mặt khác ta có: F = π.d
2
/4 ≥ 215,314 ⇒ d ≥ 16,56 mm
Nguyễn Văn Hải
20
- Tra bảng chọn cáp có cấu trúc 6x37+1, cường độ sợi cáp 160kg/mm
2
Chọn đường kính sợi d = 28,5(mm), trọng lượng cáp 2,68(kG/m), lực kéo đứt
cáp là:34450(kG)
l
cáp
= 0,8 + 1,5 = 2,3(m).
q
tb
= γl
cáp
+ q
đai ma sát
= 2,68×2,3 + 30 = 36,164 (KG) = 0,036164 T
Dầm cầu chạy nhịp giữa :

Lực căng cáp được tính theo công thức:
.
6.13,2
56,003( )
. .cos 1.2.0,707
tt
k P
S T
m n
φ
= = =
Vậy chọn cáp mềm cấu trúc 6x37+1, đường kính D=35mm, cường độ chịu
kéo là:
σ
=160kg/cm
2
,
có
γ
=4,21 kg/m với :
q
tb
=
γ
.l
cáp
+q
đai ma sát
=4,21.2,7+30=41,3562kg
≈

0,0414 (T)
4. Chọn cáp cẩu dàn mái .
- Do dàn mái có nhịp 6,8 và 22 m, nên ta sẽ khuếch đại dàn mái và cửa mái ở
dưới đất trước sau đó cẩu lắp lên và lắp dựng.
- Để cẩu lắp dàn mái dùng đòn treo và dây treo có khoá bán tự động.
Nguyễn Văn Hải
21
- Chọn đòn treo là hai thanh thép định hình chữ C ghép với nhau loại:
CCT38 có: f = 2300Kg/cm
2
và hệ số điều kiện làm việc: ó
c
= 0,85
- Khi tính toán đòn treo ta coi đòn treo làm việc như một dầm đơn giản đặt trên
hai gối tựa và chịu tác dụng của hai lực tập trung N đặt ở vị trí như hình vẽ trên.
* Nhịp biên :
+. Dàn vì kèo bê tông và cửa trời
N =
0
45cos
2
tt
nP

1,1.6,3 6,93
tt
P T
= =
- Nhưng khi cẩu lắp cấu kiện ta có kể đến ảnh hưởng của chuyển động nên:
N =

0
45cos
2
tt
d
nP
K
=
0
1,1 6,93
1,1 cos45
2
×
×
= 2,96T
n = K
d
= 1,1: là các hệ số vượt tải.
- Mômen uốn lớn nhất trong tiết diện dầm treo là:
M
max
= 1,1.6,3.(4 + 2).0,5 – 2,96x4.sin45
0
= 2,969 T.m=2,969.10
3
.100 Kg.cm
Nguyễn Văn Hải
22
- Mômen kháng uốn cần thiết cho dầm: Chia cho 2 là vì ghép từ 2 thanh thép
chữ C: W

yc
=
c
f
M
γ
max
=
3
2,969.10 .100
2.2300.0,85
= 133,4cm
3

Vậy chọn đòn treo là: C20 có W = 152cm
3
và g = 18,4 Kg/m, h = 200mm
- Sơ đồ treo buộc nhịp biên:
3600
500
4
5
°
1134 1134
1134
1134
1134
6800
2100
1000

c
b
A
2100
50020008000500 2000
1134
*Chọn dây cáp treo dàn.
- Trọng lượng dàn, cửa mái và thiết bị treo buộc: P = 6,3x 1,1 + 0,2 = 7,13
T
+ Thiết bị treo buộc gồm có dây cáp treo, trọng lượng gỗ gia cường. Lấy
bằng 200kg.
+ Khi tính coi như dây cáp treo xiên góc 0
0
và có 4 dây
Nguyễn Văn Hải
23
- Nội lực làm đứt dây: R = k.S =
α
cosnm
KP
tt
n: Số nhánh cáp
m: hệ số kể sự căng các dây cáp không đều
Thay số: R =
0
6.7,13
4.0,75.cos 0
= 14,26T
- Tra bảng chọn cáp mềm loại 6x37 + 1, cường độ chịu kéo của 1 sợi cáp là
160kg/mm

2
.
Diện tích dây cáp: F ≥ R/σ ⇒ F≥ 14260/160 = 89,125mm
2

Mặt khác ta có: F = π.d
2
/4 ≥ 89,125 ⇒ d ≥ 10,65 mm
Chọn đường kính sợi d = 17,5 mm, trọng lượng cáp là 1,05 (Kg/m)
Sơ đồ treo buộc ở nhịp giữa:
Nguyễn Văn Hải
24
6000
500
4
5
°
N?p G?
22000
3667 3667 3667 3667 3667
2400
1000
c
b
A
2400
50020008000500 2000
3667
N =
0

45cos
2
tt
nP

1,1 8,625 9,4875
tt
P T
= × =
- Nhưng khi cẩu lắp cấu kiện ta có kể đến ảnh hưởng của chuyển động nên:
N =
0
45cos
2
tt
d
nP
K
=
0
1,1 9,4875
1,1 cos45
2
×
×
= 4,059T
n = K
d
= 1,1: là các hệ số vượt tải.
- Mômen uốn lớn nhất trong tiết diện dầm treo là:

M
max
= 1,1x8,625.(4 + 2).0,5 – 4,059x4.sin45
0
= 16,983 T.m=4,259.10
3
.100
Kg.cm
Nguyễn Văn Hải
25
- Mômen kháng uốn cần thiết cho dầm: Chia cho 2 là vì ghép từ 2 thanh
thép chữ C: W
yc
=
c
f
M
γ
max
=
3
4,259.10 .100
2.2300.0,85
= 108,93cm
3

Vậy chọn đòn treo là: C20 có W = 152cm
3
và g = 18,4 Kg/m, h = 200mm
*Chọn dây cáp treo dàn.

- Trọng lượng dàn, cửa mái và thiết bị treo buộc: P = 8,625x 1,1 + 0,2 =
9,6875 T
+ Thiết bị treo buộc gồm có dây cáp treo, trọng lượng gỗ gia cường. Lấy
bằng 200kg.
+ Khi tính coi như dây cáp treo xiên góc 0
0
và có 4 dây
- Nội lực làm đứt dây: R = k.S =
α
cosnm
KP
tt
n: Số nhánh cáp
m: hệ số kể sự căng các dây cáp không đều
Thay số: R =
0
6 9,6875
4.0,75.cos 0
×
= 19,375T
Nguyễn Văn Hải