Thiết kế khung nhà công nghiệp 1 tầng 3 nhịp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (567 KB, 46 trang )
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
Đồ án bê tông 2
THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP
1 TẦNG 3 NHỊP
1
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
Phần 1:
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG
VÀ TẢI TRỌNG TÁC DỤNG
2
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC :
1/Số liệu đề bài
Kích thước
L1(m)
L2(m)
Đề bài
A
B
Số liệu
21
24
Bê tông
Cốt thép
Địa điểm
B15
AI
TP.HCM
Q1(T)
I
15/3
Đất nền
Rtc=1.5daN/cm2
Q2(T)
III
30/5
Hr(m)
c
8.5
Số bước
cột
10
Bước cột
• Cấu tạo khung gồm:
+ Cột bê tông cốt thép
+ Kết cấu mái
+ Cửa trời ở nhịp giữa,chiều rộng 6m,chiều cao 2.5m
+ Mái lợp panen bê tông cốt thép 1.5m x 6m
+ Cầu trục chạy điện có một/hai móc cẩu,chế độ làm việc nặng
Tra bảng chọn cầu trục ta có các thông số sau đây
c
Q
Lk
B
K
Hct
B1
Pmc ax
Pmin
(T)
(m) (mm) (mm) (mm) (mm)
(T)
(T)
15/ 3 19.5
6300 4400 2300
260
18.5
Gxc
(T)
7
6m
Gct
(T)
30.5
30/ 5 22.5
6300 5100 2750
300
31.5
12
52.0
2/Trục định vị :
- Cột biên : Vì nhà công nghiệp có sức trục của cầu trục Q < 30T nên trục định vị trùng
với mép ngoài cột.
- Cột giữa : Trục định vị trùng với trục hình học của cột
Tuong
21000
A
B
Cột biên
Cột giữa
3/Chọn dầm cầu trục
Với nhịp dầm cầu trục 6m, sức trục lớn nhất Q = 30(T), chọn dầm cầu trục theo kết cấu
định hình ở bảng tra(chọn chung cho cả 3 nhịp nhằm thiết kế cầu trục cùng cao trình)
Chiều cao
: Hc =1000 (mm)
Bề rộng sườn : b = 200 (mm)
3
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
Bề rộng cánh : bc = 570 (mm)
Chiều cao cánh : hc = 120 (mm)
Trọng lượng : t = 4,2 (T)
4/Chọn ray
Chọn loại ray KP-100,chiều cao ray hr = 150mm
Trọng lượng tiêu chuẩn trên 1m dài : grc = 70 kg/m
5/Chọn kết cấu mái
• Với nhịp 21m và 24m chọn kết cấu dàn bê tông cốt thép dạng hình thang, chiều cao đầu
dàn là hđd =1.2m, độ dốc mái i = 1/12
• Cửa trời chỉ đặt ở nhịp giữa, lcm = 6m, hcm = 2.5m.
• Các lớp mái được cấu tạo từ trên xuống dưới như sau:
Hai lớp gạch lá nem kể cả vữa lót dày 5cm
Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 12cm
Lớp bê tông chống thấm dày 4cm
Panel mái dạng sườn, kích thước 6×1,5m, cao 30cm
Tổng chiều dày các lớp mái: t=5+12+4+30=51cm
6/Chiều cao khung ngang
• Cao trình đỉnh ray: Hr =V+ hr + Hdcc =V+0.12+1=8.5m
• Cao trình vai cột : V = 8.5-1-0.15=7.35m
• Cao trình đỉnh cột: D = Hr + Hct + a1
Hct : chiều cao cầu trục
a1 : khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến đáy dàn, chọn a1 = 0.1m
Cột giữa: D = 8.5+2.75+0.1 = 11.35m
Cột biên: D = 8.5+2.3+0.1 = 10.9m
Chọn chung cao trình đỉnh cột là D=11.35m
• Cao trình đỉnh mái: M = D + h +hcm + t
h: chiều cao kết cấu mang lực mái, h = hđd + i×L/2
Nhịp giữa : h = 1.2 + (1/12)×(24/ 2) = 2.2 m
Nhịp biên : h = 1.2 + (1/12)×(21/ 2) = 2.075≈2.1 m
Cao trình đỉnh mái ở nhịp giữa có cửa mái:
M2 = 11.35 + 2.2 + 2.5 + 0.51 = 16.56 m
Cao trình đỉnh mái ở hai nhịp biên không có cửa mái:
M1 = 11.35 + 2.1 + 0.51 = 13.96 m
7/Chọn tiết diện cột và vai cột :
Chiều dài cột trên:
Ht = D – V = 11.35 – 7.35 = 4 m
Chiều dài cột dưới:
Hd = V + a2 = 7.35 + 0.5 = 7.85 m
a2 : khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng, chọn a2 = 0.5m
Căn cứ vào sức trục và chiều dài cột. Tiết diện cột chọn như sau :
- Cột biên : + Cột trên : 350x350 (mm)
+ Cột dưới : h = Hd/13 ≈ 600 (mm)
b = H d/22 ≈ 350 (mm)
- Cột giữa : + Cột trên : 600x400 (mm)
+ Cột dưới : h = Hd/10 ≈ 800 (mm)
B = H d/20 ≈ 400 (mm)
4
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
II. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG :
1. Tĩnh tải mái :
- Trọng lượng các lớp mái :
Stt
1
Các lớp mái
Dày
(cm)
5
γ
(kN/m3)
18
gtc
(kN/m2)
0.9
1,2
gtt
(kN/m2)
1.08
12
12
1.44
1,2
1.73
4
25
1.0
1,1
1.1
1,1
1.98
2
Hai lớp gạch lá nem kể cả
vữa
Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt
3
Lớp bê tông chống thấm
4
Panel 6×1,5 m
1.8
Tổng cộng
5.14
n
5.89
- Trọng lượng bản thân dàn mái :
Nhịp biên : L = 21m, Gtc = 81 kN ; n = 1.1 => Gdb = 89.1 kN
Nhịp giữa : L = 24m, Gtc = 96 kN ; n = 1.1 => Gdg = 105.6 kN
- Trọng lượng khung cửa mái :
Bố trí ở nhịp giữa Gtc = 14 kN ; n = 1.1 => Gcm = 15.4 kN
Tĩnh tải mái quy về lực tập trung :
Nhịp biên : Gm1 = 0,5( Gdb + gtt×a×L1 )
= 0,5( 89.1 + 5.89×6×21 ) = 415.6 kN
Nhịp giữa : Gm2 = 0,5( Gdg + gtt×a×L2 + Gcm )
= 0,5( 105.6 + 5.89×6×24 + 15.4 ) = 484.6 kN
Vị trí đặt lực như hình vẽ
150 150
150
Gm1
A
Gm1 Gm2
B
2. Tĩnh tải do dầm cầu trục :
GCT = Gc + a×gr
+ Gc : Trọng lượng bản thân dầm cầu trục Gc = 42 kN
+ gr : Trọng lượng ray và các lớp đệm grtc = 0.7 kN
GCT = 1.1 ( 42 + 6×0.7) = 50.8 kN
GCT đặt cách trục định vị 0,75m như hình vẽ :
5
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
750
750
GCT
A
GVHD:TS Hoàng Nam
750
GCT
GCT
B
3. Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột :
+ Cột biên :
Phần cột trên: Gtb = n×bt×ht×Ht×γ = 1.1×0.35×0.35×4×25 = 13.5 kN
Phần cột dưới: Gdb = n×bd×hd×Hd×γ = 1.1×0.35×0.6×7.85×25 = 45.3 kN
+ Cột giữa:
Phần cột trên: Gtg = n×bt×ht×Ht×γ = 1.1×0.4×0.6×4×25 = 26.4 kN
Phần cột dưới: Gdg = n×bd×hd×Hd×γ = 1.1×0.4×0.8×7.85×25 = 69.1 kN
4. Hoạt tải mái :
Hoạt tải tiêu chuẩn : ptc = 0.75 kN/m2 ; n=1.3
Hoạt tải mái đưa về lực tập trung Pm đặt tại đầu cột
Pm = 0.5×n×ptc×a×L
+ Nhịp biên Pm1 = 0.5×1.3×0.75×6×21 = 61.4 kN
+ Nhịp giữa Pm2 = 0.5×1.3×0.75×6×24 = 70.2 kN
Vị trí đặt lực tương tự như vị trí đặt lực của tĩnh tải mái
5. Hoạt tải do cầu trục :
a/ Hoạt tải đứng do cầu trục :
- Áp lực thẳng đứng do 2 cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột D max xác định theo
đường ảnh hưởng như hình vẽ
Dmax = n×P cmax × ∑yi
+ Nhịp biên :
6
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
P2
GVHD:TS Hoàng Nam
P3
P1
y2
y1
P4
y3
Từ y1=1 tính được : y2 = 0.267, y3 = 0.683.
Dmax = 1.1×185×(1 + 0.267 + 0.683) = 396.8 kN
+ Nhịp giữa :
Vị trí và kích thước cầu trục tương tự như ở nhịp biên
Dmax = 1.1×315×(1 + 0.267 + 0.683) = 675.7 kN
Điểm đặt Dmax trùng với điểm đặt của GCT
b / Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con :
- Trọng lượng của xe con :
+ Nhịp biên : Gxc = 70 kN
+ Nhịp giữa : Gxc = 120 kN
- Tổng hợp lực ngang tác dụng lên toàn cầu trục :
+ Nhịp biên : To = (Q + Gxc).fms. nxc’/nxc = (150 + 70) ×0.1×2/4 = 11 kN
+ Nhịp giữa : To = (Q + Gxc).fms. nxc’/nxc = (300 + 120) ×0.1×2/4 = 21 kN
- Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục
+ Nhịp biên : T1 = To / 2 = 5.5 kN
+ Nhịp giữa : T1 = To / 2 = 10.5 kN
- Lực xô ngang của cầu trục :
+ Nhịp biên: Tmax = n×T1c×∑yI = 1.1×5.5×(1+0.267 + 0.683) = 11.8 kN
+ Nhịp giữa: Tmax = 1.1×10.5× (1 + 0.267 + 0.683) = 22.5 kN
- Lực Tmax đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục, cách mặt vai cột 1 m
Tmax
Tmax
1000
Tmax
A
B
7
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
6. Hoạt tải gió :
- Khu vực TP HCM, địa hình B, hoạt tải gió tiêu chuẩn Wotc = 0.83 kN/m2
- Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang từ đỉnh cột trở xuống lấy là phân bố đều ứng
với giá trị lớn nhất tính ở đỉnh cột
W = n×Wo×k×c×a
+ k : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao
Cao trình đỉnh cột +11.35 m, nội suy từ bảng tra k = 1.02
Cao trình đỉnh mái +16.56 m, nội suy từ bảng tra k = 1.10
+ c : hệ số khí động (xác định theo sơ đồ 16 trong TCVN 2737-1995)
Phía gió đẩy c = +0,8
Phía gió hút c = -0,4
Phía gió đẩy : qđ = 1.2×0.83×1.02×0.8×6 = 4.88 kN/m
Phía gió hút : qh = 1.2×0.83×1.10×0.4×6 = 2.63 kN/m
- Phần tải trọng tác dụng trên mái, từ đỉnh cột trở lên đưa về thành lực tập trung đặt ở đầu
cột
W với ktb = 0.5(1.02 + 1.10) = 1.06
+ Xác định hệ số khí động ce1 :
α =arctg(1/12) = 4.763o, và H1/L = 11.35/21 = 0.54, nội suy có ce1 = - 0.6
ce1 = -0.6
ce1 = -0.6
-0.3
-0.6
-0.6
-0.6
+0.3
-0.5
-0.6
-0.4
+0.8
-0.4
21000
A
24000
B
21000
C
D
+ Tải trọng tác dụng :
W = n×k×Wo×a×∑ci.hi
W = 1.2×1.06×0.83× 6× (0.8×1.2 – 0.6×0.875– 0.6×0.875 – 0.3×0.75 + 0.3×2.5 –
0.6×0.25 + 0.6×0.25+ 0.6×2.5 + 0.6×0.75 + 0.5×0.875 + 0.4×0.875 + 0.4×1.2 )
= 23.14 kN
Biểu đồ áp lực gió :
8
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
W=
23.14kN
qd= 4.88
qh= 2.63
210 00
A
240 00
B
21000
C
D
9
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
Phần II :
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG
I/ XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẰNG BẢNG TRA :
1. Các đặc trưng hình học :
a/ Cột trục biên A, D :
+ Cột trên :
Chiều cao Ht = 4 m
Tiết diện 35×35 cm
+ Cột dưới :
Chiều cao Hd = 7.85 m
Tiết diện 60×35 cm
+ Chiều cao toàn cột : H = Ht + Hd = 4 + 7.85 = 11.85 m
+ Moment quán tính của tiết diện :
Jt = b×ht3/12 = 35×353/12 = 125052 cm4
Jd = b×hd3/12 = 35×603/12 = 630000 cm4
+ Các thông số:
t = Ht /H = 4 / 11.85 = 0.3375
Jd
630000
− 1÷ = 0,33753
− 1÷ = 0.155
125052
Jt
k = t3
b/ Cột trục giữa B, C :
+ Cột trên :
Chiều cao Ht = 4 m
Tiết diện 60×40 cm
+ Cột dưới :
Chiều cao Hd = 7.85 m
Tiết diện 80×40 cm
+ Chiều cao toàn cột : H = Ht + Hd = 4 + 7.85 = 11.85 m
+ Moment quán tính của tiết diện :
Jt = b×ht3/12 = 40×603/12 = 364583 cm4
Jd = b×hd3/12 = 40×803/12 = 1000417 cm4
+ Các thông số:
t = Ht /H = 4 / 11.85 = 0.3375
Jd
1000417
− 1÷ = 0,33753
− 1÷ = 0.067
364583
Jt
k = t3
2. Quy ước chiều nội lực :
Chiều dương của nội lực như hình vẽ sau:
10
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
M
GVHD:TS Hoàng Nam
N
Q
3. Nội lực do tĩnh tải :
3.1 Nội lực do tĩnh tải mái :
a/ Cột trục biên A :
- Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái như hình vẽ :
Gm1
R
e =0.025
- Độ lệch tâm đối với cột trên et = 350/2 – 150 = 25 mm
- Moment do Gm1 gây ra tại đỉnh cột : M1 = Gm1×et = −415.6×0.025 = −10.39 kNm
- Khoảng cách trục cột trên và trục cột dưới : a = 0.6/2 – 0.35/2 = 0.125 m
- Phản lực đầu cột :
R1 =
3M 1 (1 + k / t ) 3(−10.39)(1 + 0.155 / 0.3375)
=
= −1.66kN
2 H (1 + k )
2 ×11.85 ( 1 + 0.155 )
- Moment do Gm1 gây tại vai cột : M2 = Gm1×a = −415.6×0.125 = −51.95 kNm
- Phản lực do moment tác dụng vào cao trình vai cột :
R2 =
3M 2 ( 1 − t 2 )
2H ( 1 + k )
=
3 ( −51.95 ) ( 1 − 0.33752 )
2 ×11.85 ( 1 + 0.155 )
= −5.04kN
- Phản lực tổng cộng : R = R1 + R2 = -1.66 – 5.04 = - 6.7 kN
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = − 10.39 kNm
MII = −10.39 + 6.7×4 = 16.4 kNm
MIII = −415.6×(0.025 + 0.125) + 6.7×4 = −35.5 kNm
MIV = −415.6×(0.025 + 0.125) + 6.7×11.85= 17.1 kNm
N1 = NII = NIII = NIV = - 415.6 kN
QIV = 6.7 kN
11
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
10.39
-
R
+
16.4
-
415.6
35.5
6.07
-
+
N
Q
+
17.1
M
b/ Trục cột giữa B :
- Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải mái Gm1 và Gm2 như hình vẽ:
G G
m1
m2
R
1
e = 0.15
e = 0.15
- Lực tác dụng tại đầu cột :
Gm = Gm1 + Gm2 = 415.6 + 484.6 = 900.2 kN
M1 = 415.6(−0.15) + 484.6(0.15) = 10.35 kNm
- Phản lực đầu cột:
R1 =
3M 1 ( 1 + k / t ) 3 ×10.35 ( 1 + 0.067 / 0.3375 )
=
= 1.5kN
2H ( 1 + k )
2 ×11.85 ( 1 + 0.067 )
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 10.35 kNm
MII = 10.35 – 1.5×4 = 4.35 kNm
MIII = MII = 4.35 kNm
MIV = 10.35 - 1.5×11.85= -7.425 kNm
N1 = NII = NIII = NIV = -900.2 kN
Q = - 1.5 kN
R
+
10.35
-
4.35
7.43
M
900.2
1.5
-
N
Q
12
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
3.2 Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục :
a/ Cột biên trục A :
- Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải câu trục như hình vẽ :
R
GCT
e = 0.45
- Độ lệch tâm so với trục cột dưới :
e = λ − hd/ 2 = 0.75− 0.6/ 2 = 0.45 m
- Moment tại vai cột :
M = GCT×e = 50.8×0.45 = 22.86 kNm
- Phản lực đầu cột :
R=
3M ( 1 − t 2 )
2H ( 1 + k )
=
3 × 22.86 ( 1 − 0.33752 )
2 × 11.85 ( 1 + 0.155 )
= 2.22kN
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0 kNm
MII = −2.22×4 = −8.88 kNm
MIII = −2.22×4 + 22.86 = 13.98 kNm
MIV = −2.22×11.85+ 22.86 = - 3.45 kNm
N1 = NII = 0 kN
NIII = NIV = - 50.8 kN
Q = - 2.22 kN
2.22
R
G
CT
13.98
+
-8.88
50.8
-
-
3.45
M
N
Q
b/ Cột giữa trục B :
- Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải câu trục như hình vẽ :
13
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
R
GCT
GCT
e = 0.75
e = 0.75
Nội lực trong các tiết diện cột :
- Vì tải trọng đối xứng nên :
MI = MII = MIII = MIV = 0
NI = NII = 0
NIII = NIV = 2×50.8 = 101.6 kN
Q=0
R
G CT
GCT
101.6
Q
N
M
3.3 Nội lực do trọng lượng bản thân cột :
Thành phần trọng lượng bản thân cột chỉ gây ra lực dọc trong cột
a/ Cột trục biên A :
NI = 0
NII = NIII = - 13.5 kN
NIV = - 13.5 – 45.3 = - 58.8 kN
13.5
M
58.8
N
Q
b/ Cột trục giữa B :
NI = 0
NII = NIII = -26.4 kN
NIV = - 26.4 – 69.1 = -95.5 kN
14
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
26.4
M
95.5
N
Q
3.4 Tổng nội lực do tĩnh tải :
Cộng 3 biểu đồ nội lực do tĩnh tải mái, dầm cầu trục và trọng lực bản thân cột được
biểu đồ nội lực do tĩnh tải gây ra :
a/ Cột biên trục A :
MI = -10.39 kNm
MII = 16.9– 8.88 = 8.02 kNm
MIII = −35.5 + 13.98 = -21.52 kNm
MIV = 17.1 – 3.45 = 13.65 kNm
N1 = -415.6kN
NII = -415.6 -13.5 = -429.1 kN
NIII = - 415.6 – 50.8 – 13.5 = -479.9 kN
NIV = -415.6 – 50.8– 58.8 = -525.2 kN
Q = 6.7 - 2.22 = 4.48 kN
10.39
+
8.02
-
-
21.52
415.6
429.1
479.9
-
+
13.65
M
4.48
+
525.2
N
Q
b/ Cột giữa trục B :
MI = 10.35 kNm
MII = MIII = 4.35 kNm
MIV = -7.43 kNm
N1 = -900.2 kN
NII = -900.2 – 26.4 = -926.6 kN
NIII = - 900.2 – 101.6 – 26.4 = -1028.2 kN
NIV = -900.2 – 101.6 – 95.5 = -1097.3 kN
Q = -1.5 kN
15
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
+
10.35
900.2
1.5
-
926.6
1028.2
4.35
-
M
-
-
7.43
GVHD:TS Hoàng Nam
1097.3
Q
N
4. Nội lực do hoạt tải :
4.1 Nội lực do hoạt tải mái :
a/ Cột biên trục A :
- Tính tương tự như khi tính với tĩnh tải mái.
- Nội lực xác định bằng cách nhân nội lực do Gm1 gây ra với hệ số :
n = Pm1/Gm1 = 61.4/ 415.6= 0.148
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = − 10.39x0.148= -1.54kNm
MII = 16.4 x0.148= 2.43 kNm
MIII = −35.5 x0.148=-5.25 kNm
MIV = 17.1 x0.148=2.53 kNm
N1 = NII = NIII = NIV = - 415.6 x0.148=-61.5 kN
QIV = 6.7 x0.148=0.99 kN
P
m1
e =0.025
1.54
-
R
+
2.42
-
5.25
61.5
-
0.99
+
+
2.53
b/ Cột giữa trục B :
Tính riêng phần hoạt tải tác dụng lên phía trái và phía phải :
Khi Pm1 đặt bên trái :
- Sơ đồ tác dụng của hoạt tải mái như hình vẽ dưới
- Độ lệch tâm đối với cột trên et = 0.15 m
- Moment do Pm1 gây ra tại đỉnh cột : M1 = Pm1×et = −61.4×0.15 = −9.21 kNm
- Phản lực đầu cột :
R1 =
3M 1 ( 1 + k / t ) 3 × ( −9.21) ( 1 + 0.067 / 0.3375 )
=
= −1.31kN
2H ( 1 + k )
2 ×11.85 ( 1 + 0.067 )
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = -9.21 kNm
MII = MIII = -9.21 + 1.31×4 = -3.97 kNm
16
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
MIV = -9.21 + 1.31×11.85= 6.31 kNm
N1 = NII = NIII = NIV = -61.4 kN
Q = 1.31 kN
P
9.21
R
m1
e =0.625
-
61.4
1.31
3.97
-
+
+
6.31
Q
N
M
Khi Pm2 đặt bên phải :
- Vì lực Pm2 đặt đối xứng với Pm1 qua trục cột, nên tính tương tự như khi tính Pm1
- Nội lực xác định bằng cách nhân nội lực do Pm1 gây ra với hệ số :
n = - Pm2/ Pm1 = -70.2/ 61.4 = -1.14(đối với M và Q)
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = -9.21x(-1.14)= 10.5 kNm
MII = MIII =-3.97 x(-1.14)=4.5 kNm
MIV = 6.31 x(-1.14)=-7.2 kNm
N1 = NII = NIII = NIV = -61.4 x(1.14)= -70 kN
Q = 1.31 x(-1.14)=-1.5 kN
P
m2
R
+
e =0.625
10.5
4.5
70
1.5
-
-
-
7.2
M
N
Q
4.2 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục :
a/ Cột biên trục A :
-Tính tương tự như khi tính với tĩnh tải dầm cầu trục.
- Nội lực xác định bằng cách nhân nội lực do GCT gây ra với hệ số:
n = Dmax/GCT = 396.8/ 50.8 = 7.81
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0 kNm
MII = −8.88x(7.81)=-69.35 kNm
MIII = 13.98 x(7.81)= 109.2kNm
MIV = - 3.45 x(7.81)= -26.9 kNm
N1 = NII = 0 kN
NIII = NIV = - 50.8 x(7.81)=-396.7 kN
17
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
Q = - 2.22 x(7.81)=-17.3 kN
R
D
17.3
109.2
+
max
-69.35
e = 0.45
-
396.7
-
-
26.9
Q
N
M
b/ Cột giữa trục B :
Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên vai cột phía bên trái và bên phải cột
Khi Dmax đặt bên trái :
- Sơ đồ tác dụng của hoạt tải đứng cầu trục như hình vẽ dưới
- Độ lệch tâm e = 0.75 m
- Moment tại vai cột : M = Dmax×e = −396.8×0.75 = −297.6 kNm
- Phản lực đầu cột :
R1 =
3M ( 1 − t 2 )
2H ( 1 + k )
=
3 × ( −297.6 ) ( 1 − 0.33752 )
2 ×11.85 ( 1 + 0.067 )
= −31.3kN
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0 kNm
MII = 31.3x4 = 125.2 kNm
MIII = 125.2 – 297.6 = - 172.4 kNm
MIV = 31.3×11.85 – 297.6 = 73.3 kNm
N1 = NII =0 ; NIII = NIV = -396.8 kN
Q = 31.3 kN
R
D
max
e =0.75
+ 172.4
125.2
-
396.8
31.3
-
+
73.3
M
N
Q
Khi Dmax đặt bên phải :
- Tính tương tự như khi tính với Dmax đặt bên trái .
- Nội lực xác định bằng cách nhân nội lực do Dmax (phải) gây ra với hệ số :
n = Dphmax/ Dtrmax = -675.7/ 396.8 = -1.7
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0 kNm
MII = 125.2x(-1.7) =-212.84kNm
MIII = - 172.4 x(-1.7) =293.1 kNm
18
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
MIV = 73.3 x(-1.7) = -124.6kNm
N1 = NII =0
NIII = NIV = -396.8 x(1.7) = -674.5kN
Q = 31.3x(-1.7) =-53.2kN
R
D
max
e =0.75
53.2
293.1
+
-212.8
674.5
-
-
-
124.6
N
M
Q
4.3 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục :
- Lực Tmax đặt cách đỉnh cột một đoạn y = 4 – 1 = 3 m
- Tỷ số y/Ht = 3/4 = 0.75
Với y xấp xỉ 0,7×Ht có thể dùng công thức lập sẵn để tính phản lực :
R=
Tmax (1 − t )
1+ k
a/ Cột biên trục A :
Tmax = 11.8 kN
R=
11.8 ( 1 − 0.3375 )
= 6.8kN
1 + 0.155
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0
My = 6.8×3 = 20.4 kNm
MII = MIII = 6.8x4 − 11.8×1 = 15.4 kNm
MIV = 6.8×11.85 − 11.8×8.85= − 23.85 kNm
NI = NII = NIII = NIV = 0
QIV = 6.8 – 11.8 = - 5 kNm
6.8
+
6.8
1m
11.8
20.4
15.4
+
-
5
23.85
M
N
Q
b/ Cột giữa trục B :
Tính riêng tác dụng của hoạt tải ngang cầu trục đặt lên vai cột bên trái và bên phải cột
Khi Tmax phía bên trái :
Trường hợp Tmax = 11.8 kN đặt ở bên trái :
R=
11.8 ( 1 − 0.3375 )
= 7.33kN
1 + 0.067
19
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0
My = - 7.33×3 = - 22.0 kNm
MII = MIII = -7.33×4 + 11.8×1 = -17.52 kNm
MIV = -7.33×11.85 + 11.8×8.85 = 17.6 kNm
NI = NII =NIII = NIV = 0
QIV= -7.33 + 11.8 = 4.47 kNm
7.33
7.33
-
1m
11.8
-
22
17.52
+
+
17.6
4.47
N
M
Q
Khi Tmax phía bên phải :
- Tính tương tự như Tmax phía bên trái.
- Nội lực được xác định bằng cách nhân nội lực do Tmax kN phía bên trái với hệ số
n = -22.5/11.8 = -1.9, R=13.9kN
Nội lực trong các tiết diện cột :
MI = 0
My = 13.9x3= 41.7kNm
MII = MIII = 13.9x4-22.5x1= 33.1 kNm
MIV = 13.9x11.85-22.5x8.85= -34.4kNm
NI = NII =NIII = NIV = 0
QIV= 13.9-22.5=-8.6 kNm
13.9
1m
22.5
41.7
33.1
13.9
+
+
-
8.6
34.4
M
N
Q
4.4 Nội lực do tải trọng gió:
- Giả thuyết dàn mái có EJ = ∞, các đầu cột có cùng cao độ nên chuyển vị đứng của chúng
như nhau. Giải khung bằng phương pháp chuyển vị.
a/ Hệ cơ bản :
20
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
W= 23.1kN
EJ = oo
EJ = oo
EJ = oo
qd= 4.88
R
qh= 2.63
2 1000
2 40 00
2 10 00
- Phương trình chính tắc: r11×∆ + R1p = 0
- Khi gió thổi từ trái sang phải :
RPA
q
A
đ
D=1
R
PD
q
r
i
h
D
3qd H (1 + k .t ) 3 × 4.88 ×11.85(1 + 0.155 × 0.3375)
=
= 19.8kN
8(1 + k )
8(1 + 0.155)
q
2.63
= h RPA =
x19.8 = 10.67 kN
qd
4.88
R pA =
R pD
R1P = W + RPA + RPD = 23.1 + 19.8 + 10.67 = 53.6 kN
- Phản lực liên kết do các đỉnh cột chuyển vị ∆ = 1 được tính bằng :
r11 = r1A + r1B + r1C + r1D
3EJ d
3 × E × 630000 × 10−8
=
= 0.98 ×10−5 EkN / m
r1A = r1D = 3
H ( 1+ k )
11.853 ( 1 + 0.155 )
3 × E × 1000417 ×10−8
= 1.69 ×10−5 E
r1B = r1C =
3
11.85 ( 1 + 0.067 )
r11 = 2(r1A + r1B) = 2×(0.98 × 10-5+ 1.69 × 10-5)E = 5.34 × 10-5E
21
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
∆=−
GVHD:TS Hoàng Nam
R1P
53.6
1003745
=−
=−
m
−5
r11
5.34 × 10 E
E
- Phản lực tại các đỉnh cột trong hệ thực :
RA = RPA + r1A×∆ = 19.8 − 0.98 × 10-5×1003745= 9.96 kN
RD = RPD + r1D×∆ = 10.67 − 0.98 × 10-5×1003745= 0.8 kN
RB = RC = r1B×∆ = −1.69 × 10-5×1129213= −19.1 kN
Nội lực ở các tiết diện của cột :
a/ Cột biên trục A :
MI = 0
MII = MIII =
MIV =
qd H t2
4.88 × 42
− RA .H t =
− 9.96 × 4 = -0.8 kNm
2
2
qd H 2
4.88 ×11.852
− RA .H =
− 9.96 × 11.85 = 224.6 kNm
2
2
NI = NII = NIII = NIV = 0
QIV = qđ×H − RA = 4.88×11.85− 9.96 = 47.9 kN
9.96
RA=9.96
qd= 4.88
-
0.8
+
+
47.9
Q
224.6
N
M
b/ Cột biên trục D :
MI = 0
qh H t2
2.63 × 42
− RD .H t =
− 0.8 × 4 = 17.84 kNm
MII = MIII =
2
2
qh H
2.63 × 11.852
− RD .H =
− 0.8 ×11.85 = 175kNm
MIV =
2
2
NI = NII = NIII = NIV = 0
QIV = qh×H − RD = 2.63×11.85 – 0.8 =30.4 kN
0.8
RD=0.8
qh= 2.63
-
17.84
+
+
175
M
N
30.4
Q
c/ Cột giữa trục B,C :
MI = 0
22
Đồ án bê tông 2:Thiết kế khung nhà công nghiệp
GVHD:TS Hoàng Nam
MII = MIII = −RB×Ht = 19.1×4 = 76.4 kNm
MIV = −RB×H = 19.1×11.85= 226.3 kNm
NI = NII = NIII = NIV = 0
QIV = −RB = 19.1 kN
RB,C=19.1
19.1
76.4
+
+
226.3
M
N
Q
IV. TỔ HỢP NỘI LỰC :
- Gồm tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2.
+ Tổ hợp cơ bản 1 : gồm một tĩnh tải + 1 hoạt tải ngắn hạn nhân với hệ số tổ hợp 1
+ Tổ hợp cơ bản 2 : gồm 1 tĩnh tải + nhiều hoạt tải ngắn hạn nhân với hệ số tổ hợp 0,9
- Dù có tính hoạt tải ở một bên cột (cột biên) hay ở hai bên cột (cột giữa) thì vẫn coi là
một hoạt tải.
- Nếu xét nội lực của cả hai cầu trục ở 2 phía đồng thời tác dụng vào bên trái và bên phải
của cột giữa thì phải nhân hệ số 0.8 (chế độ làm việc nặng) (tức là kể tất cả các ô 7,8,9,10
trong bảng tổ hợp nội lực)
- Bảng tổ hợp nội lực được trình bày trong bảng sau :
23
GVHD :TS Hoaøng Nam
Đồ án bê tông 2: Thiết kế khung nhà công nghiệp
Bảng tổ hợp nội lực cho cột biên trục A,D
Nộ
i
lự
Cột diện c
1
2
3
Tiết
Tải trọng cầu trục
Dmax
phải trái
7
8
Tải trọng gió
Phải
Trái
Tmax
qua
qua
phải
phải trái trái
9
10
11
12
I -I
M
N
-10.4
-415.6
-1.54
-61.5
-
0
0
-
0
0
-
II-II
M
N
8.0
-429.1
2.43
-61.5
-
-69.35
0
-
±15.4
0
-
M
N
-21.52
-479.9
-5.25
-61.5
-
109.2
-396.7
-
±15.4
0
-
M
N
Q
13.65
-525.2
4.48
2.53
-61.5
0.99
-
-26.9
-396.7
-17.3
-
±23.85
0
-5
-
IIIIII
Cột
Tĩnh
tải
4
Hoạt tải mái
Phía Phía
nhịp nhịp
AB
BC
5
6
Tổ hợp cơ bản 1
Max Mmin Mtư
Ntư
Ntư Nmax
13
14
15
4,5
4,5
0
0
-11.9 -11.9
0
0
-477
-477
4,5
4,7,9
4,5
-0.8 -17.8 10.43 -76.7 10.43
0
0
-491 -429
-491
4,7,9 4,12
4,7,9
-0.8 -17.8 103.1 -39.3 103.1
0
0
-877 -480
-877
4,11 4,12
4,7,9
224.6 -175 238.3 -161 -37.1
0
0
-525 -525
-922
47.9 -30.4 52.4 -26.0 -17.8
- 24 -
Tổ hợp cơ bản 2
Max
Mmin
Mtư
Ntư
Ntư
Nmax
16
17
18
4,5
10.2
-484.5
4,7,9
90.6
-837
4,5,11
218.1
-580.9
48.5
4,7,9,12 4,5,7,9,12
-84.3
-82.1
-429.1
-484.5
4,5,12 4,5,7,9,11
-42.3
85.2
-535.3
-892.3
4,7,9,12 4,5,7,9,12
-189.5
-187.2
-882.5
-937.6
-43.0
-42.1
GVHD :TS Hoaøng Nam
Đồ án bê tông 2: Thiết kế khung nhà công nghiệp
Bảng tổ hợp nội lực cho cột giữa trục B,C
Nộ
Tiết
i
Cột diện lực
1
2
3
Cột
giữa
trục
B,C
Tĩnh
tải
4
Hoạt tải mái
Phía Phía
nhịp nhịp
AB
BC
5
6
Tải trọng cầu trục
Dmax
phải
trái
7
8
I -I
M
N
10.35 -9.21
-900.2 -61.4
10.5
-70
0
0
II-II
M
N
4.35 -3.97
-926.6 -61.4
4.5
-70
-213
0
IIIIII
M
N
4.35
-1028
-3.97
-61.4
4.5
-70
M
IV- N
IV Q
-7.43
-1097
-1.5
6.31
-61.4
1.31
-7.2
-70
-1.5
0
0
Tmax
phải
trái
9
10
0
0
0
0
Tải trọng gió
phải Trái
qua
qua
trái
phải
11
12
0
0
0
0
125.2 ±33.1 ±17.5
0
0
0
76.4
0
-76.4
0
293
-674.5
-172
-397
±33.1 ±17.5
0
0
76.4
0
-76.4
0
-124.6
-674.5
-53.2
73.3
-397
31.3
±34.4 ±17.6
0
0
±8.6 ±4.47
226
0
19.1
-226
0
-19.1
Tổ hợp cơ bản 1
Tổ hợp cơ bản 2
Max Mmin Mtư
Max
Mmin
Mtư
Ntư
Ntư Nmax
Ntư
Ntư
Nmax
13
14
15
16
17
18
4,6
4,5,6
4,5,6
20.9
11.6
-970
-1032
4,8,9 4,7,9 4,5,6 4,6,8,9,11 4,5,7,9,12
4,5,6,7,9,12
162.7 -242
4.9
219.6
-289.5
-285.5
-927
-927 -1058
-996.6
-981.9
-1045
4,7,9 4,8,9 4,7,9 4,6,7,9,11 4,5,8,9,12 4,5,6,7,8,9,10,11
330.5 -201 330.5
370.7
-252.6
197.1
-1703 -1425 -1703
-1698
-1440.6
-1918
4,11
4,12
4,7,9 4,5,8,9,11 4,6,7,9,12 4,5,6,7,8,9,10,12
218.6 -233 -166.4
298.6
-360.4
-286
-1097 -1097 -1772
-1510
-1767
-1952
17.6 -20.6 -63.3
52.8
-75.7
-44
- 25 -
