ĐỒ ÁN BÊ TÔNG NHÀ 2

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

I. SỐ LIỆU CHO TRƯỚC
Số liệu tính toán
Công trình xây dựng là nhà công nghiệp một tầng lắp ghép đối xứng, ba nhịp đều nhau:
Lk = 17 (m), cùng cao trình ray R = 7,5 (m). Ở mỗi nhịp có hai cầu trục chạy điện, sức
trục Q = 15 tấn, móc cầu mềm. Bước cột a = 6m, chiều dài khối nhiệt độ là 60m. Mái
cứng bằng panel sườn, tường bao che là tường tự mang bằng gạch xây dày 220mm. Bê
tông cấp độ bền B20, cốt thép chịu lực CII, cốt đai CI.

II. SỐ ĐỒ TÍNH TOÁN VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA NHÀ
1. Trục định vị. Với sức cầu trục Q ≤ 300 kN, các trục định vị được xác định như

sau:
Theo phương ngang nhà, các trục biên ( trục A,D ) được lấy trùng với mép ngoài cột
biên, các trục giữa ( trục B,C ) được lấy trung với trục cột.
Theo phương dọc nhà, với các trục định vị giữa ( trục 2, 3, 4, 5, 6 ) vị trí của các trục
trùng với trục cột, với hai trục ở hai đầu khối nhiệt độ ( trục 1, 7 ) trục cột lấy lùi vào
500mm so với trục định vị.
Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị của cột chọn sơ bộ: λ = 750 mm = 0,75 m.
Nhịp của khung ngang - Khoảng cách giữa các trục định vị:

Các cột biên được gọi chung là cột A, các cột giữa được gọi chung là cột B.
2. Các số liệu của cầu trục.

Các thông số cầu trục được tra theo Cataloge với chế độ làm việc nhẹ như bảng dưới
đây:
Bảng 4.1. Các thông số cầu trục
Sức trục

Q (kN)
15

Nhịp cầu
trục
Lk(m)
17

Kích thước cầu trục
(mm)
B
K
Hct
B1
6300 4400 2300 260

Áp lực bánh xe
lên ray (kN)
Pcmax
Pcmin
165
32

Trọng lượng (kN)
Xe con
52

Toàn c.tr
245

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Trong đó:
Q - Sức nâng của cầu trục;
Lk - Nhịp của cầu trục được tính từ khoảng cách giữa hai trục ray;
B - Bề rộn cầu trục;
K - Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục;
Hct - Chiều cao cầu trục, là khoảng cách từ đỉnh ray đến mặt trên của xe con;
B1 - Khoảng cách từ trục ray đến đầu mút của cầu trục;
Pcmax - Áp lực tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray khi xe con chạy sát về
phía ray đó;
Pcmin - Áp lực tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray khi xe con đứng ở sát
ray bên kia;
G - Trọng lượng xe con;
+16,96

+12,96

+9,95
+7,50
+6,85

-0,500

Q=15T

Q=15T

±0,000

A

B

Hình 4.1: Trục định vị của khung ngang


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

3. Dầm cầu trục

Với bước cột a = 6m, sức trục là ở hai nhịp Q = 15, chọn dầm cầu trục chữ T có kích
thước tiết diện như nhau cho cả 3 nhịp và có các số liệu sau:
Bảng 4.2. Bảng số liệu dầm cầu trục
Kích thước dầm cầu trục
Chiều cao
Hc (mm)
1000

Bề rộng sườn
b (mm)
200

Trọng lượng
tiêu chuẩn dầm

(kN)

Bề rộng cánh
(mm)
570

Chiều cao cánh
(mm)
120

42

1000

120

570

200

Hình 4.2: Tiết diện ngang dầm cầu trục
4. Đường ray

Chọn ray giống nhau cho cả hai nhịp, chiều cao ray và lớp đệm lấy: h r = 150mm, trọng
lượng tiêu chuẩn của ray và lớp đệm trên 1m dài:
5. Kết cấu mang lực mái

Với nhịp của nhà L = 18,5m, Chọn hệ kết cấu mang lực mái là dàn mái hình thang.
Chiều cao giữa dàn: , chọn hg = 2,5 m.
Chiều cao đầu giàn: , chọn hđ = 1,5m.

Với nhịp L = 18,5m > 18m, chọn =12m. Chiều cao cửa mái chọn hcm = 4m.


ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

1500

2500

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

18500

Hình 4.3: 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 theo bảng sau:
Bảng 4.3. Các lớp cấu tạo mới
STT

Các lớp cấu tạo mái

1
2
3
4
5

Hai lớp gạch lá nem + vữa
Lớp bê tông cách nhiệt

Lớp bê tông chống thấm
Panen sườn loại 6x3x1,5m
Tổng cộng: g(kN/m2)

δ
(m)
0,05
0,12
0,04
0,30
0,51

ɣ
(kN/m3)
18
12
25
-

H.số
n
1,3
1,3
1,1
1,1
-

Ptc
(kN/m2)
0,90

0,44
1
1,7
5,04

P
(kN/m2)
1,17
1,87
1,10
1,87
6,02

7. Các cao trình khung ngang.

Lấy cao trình lúc hoàn thiện của nền nhà ( sau khi lát ) là cao trình ± 0.00.
Cao trình vai cột:
Cao trình đỉnh cột:
Cao trình định cột Đ và cao trình vai V lấy như nhau cho cả cột A và cột B, vai phía nhịp
biên và vai phía nhịp giữa.
Cao trình đỉnh mái nhịp biên ( không có cửa mái ):

Cao trình đỉnh mái nhịp giữa ( có cửa mái ):

8. Kích thước cột.


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Các kích thước chiều cao cột:
Cột trên:
Cột dưới:
Toàn cột:
Trong đó: a2 là khoảng cách từ cốt ± 0,00 đến cốt mặt móng, chọn a2 = 0,5 (m).

Chiều dài tính toán của các đoạn cột ( giống nhau cho cả cột trục A và B )
( Lấy theo bảng 31 của TCXDVN 356-2005)
Phần cột trên, theo phương ngang, khi kể đến tải trọng cầu trục:

Phần cột trên, theo phương ngang, khi không kể đến tải trọng cầu trục:

Phần cột trên, theo phương dọc, với nhà có hệ giằng dọc, khi kể hay không kể đến tải
trọng cầu trục:

Phần cột dưới, theo phương ngang, khi kể đến tải trọng cầu trục:

Phần cột dưới, theo phương ngang khi không kể đến tải trọng cầu trục:

Phần cột dưới, théo phương dọc, với nhà có hệ giằng dọc, khi kể đến hay không kể đến
tải trọng cầu trục:

Kích thược tiết diện cột chọn theo thiết kế định hình như sau:
Cột trục A: b = 400(mm), htA = 400(mm), hdA = 600(mm)
Cột trục B: b = 400(mm), htB = 600 (mm), hdB = 800(mm)


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Kích thước vai cột:
Cột trục A: hv = 600(mm), lv = 400(mm), h = 1000(mm), α = 45°
Cột trục B: hv = 600(mm), lv = 600(mm), h = 1200(mm), α = 45°
Tổng chiều dài cột:
Do đoạn cột ngàm vào móng phải thỏa mãn a3 ≥ hd nên lấy theo tiết diện cột trục B, chọn
a3 = 800(mm) – giống nhau cho cả 2 cột trục A và B.
Tổng chiều dài cột: Hc = H +a3 = 10,45 + 0,8 = 11,25 (m)
Kiểm tra các điều kiện:
Do cột A và cột B có tiết diện chữ nhật, có cùng bề rộng b, có cùng chiều dài tính toán
tương ứng với từng đoạn cột trên và cột dưới nên chỉ cần kiểm tra điều điện:

Cho các đoạn cột trên và dưới trục A do có ht và hd nhỏ hơn so với cột trục B.

Khoảng hở a4:
Cột A:
Cột B:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Hình 4.4: Sơ bộ kích thước cột A và B

III. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
1. Tĩnh tải mái

Tĩnh tải mái do trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo mái tác dụng lên 1m 2 diện tích

mặt bằng được xác định theo bảng 3.3:
gc = 5,04 kN/m2; g = 6,02 kN/m2
Tải trọng bản thân dàn mái nhịp 18,5m:
Tải trọng bản thân khung cửa mái rộng 12m cao 4m:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Trọng lượng kính và khung cửa kính:

Tĩnh tải mái quy về thành lực tập trung ở nhịp biên ( không có cửa mái ):

Tĩnh tải mái quy về thành lực tập trung ở nhịp giữa ( có cửa mái ):

Vị trí điểm đặt của Gml, Gm2 trên đỉnh cột, cách trục định vị 0,15m.

Tải trọng tác dụng lên mái cột
2. Tĩnh tải dầm cầu trục tác dụng lên vai cột.

Theo bảng 4.2 trọng lượng bản thân dầm cầu trục:

Trọng lượng dầm cầu trục, trọng lượng ray và lớp đệm tác dụng lên vai cột:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Vị trí điểm đặt của Gd cách trục định vị một đoạn λ = 0,75m.

3. Tải trọng bản thân cột.

Cột trục A:
Phần cột trên:
Phần cột dưới:

Cột trục B:
Phần cột trên:
Phần cột dưới:

Tường bao che là tường tự mang nên trọng lượng bản thân của nó không gây ra nội
lực cho khung.
4. Hoạt tải mái

Trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái theo TCVN 2737-95:
(Theo TCVN 2737-95, khi trị số hoạt tải tiêu chuẩn nhỏ hơn 200 daN/m2, hệ số vượt
tải n lấy bằng 1,3).
Hoạt tải mái được quy về thành lữ tập trung đặt ở đỉnh cột:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Vị trí điểm đặt của Pm trên đỉnh cột biên và cột giữa trùng với vị trí của tĩnh tải mái
Gm1 và Gm2.
5. Hoạt tải cầu trục

Các thông số của cầu trục đã được xác định như bảng 4.1.
Áp lực thẳng đứng lớn nhất do hai cầu trục cạnh nhau truyền lên một bên vai cột được
xác định theo đường ảnh hưởng của phản lực: Dmax = nPmax∑yi.

6300
950

6300

4400

950

950

4400

6000

950

6000
y2
y3

y1

Hình 4.5: Đường ảnh hưởng phản lực gối tựa để xác định Dmax
Điểm đặt của Dmax trùng với điểm đặt Gd.
Lực hãm ngang Tc do một bánh xe cầu trục truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp

móc cẩu mềm được xác định:

Lực xô ngang lớn nhất của xe con tác dụng lên một bên vai cột cũng được xác định
theo đường ảnh hưởng của phản lực tại cao trình mặt trên của dầm cầu trục:

6. Hoạt tải gió


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Z so với mốc chuẩn
được xác định theo công thức:

Trong đó: n- Hệ số vượt tải n = 1,2
W0 – Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực. Công trình được xây dựng tại
Thành Phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng gió II-A, W0 = 95 – 12 = 83 daN/m2.
k – Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, phù thuộc vào dạng địa
hình. Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn, coi như hệ số k không 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 Đ = 9,95m: k = 1,1789.
Trong phạm vi tính từ đỉnh cột đến đỉnh mái, hệ số k lấy tương ứng với cao trình đỉnh
mái ở nhịp giữa ( có cửa mái ) M2 = 16,96m: k = 1,2596.
C – Hệ số khí động, được xác định phụ thuộc vào hình dáng bề mặt đón gió, với nhà
công nghiệp một tầng, ba nhịp, ở giữa có cửa trời chạy suốt chiều cao nhà, nhà có
tường xây kín xung quanh hệ số khí động C được xác định theo sơ đồ 16 bảng 6 của
TCVN 2737-95, như hình vẽ dưới đây:
Trong các hệ số khí động tác dụng lên các phần mái thì chỉ có hệ số C e1 chưa biết, hệ
số này phụ thuộc vào góc nghiêng α của mái và tỷ lệ giữa chiều cao của đầu mái

nghiêng với nhịp nhà (H/L). Với α = arctangi = 4,59°, . Nội suy có Ce1 = -0,2061.


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Hình 4.6: Sơ đồ xác định hệ số khí động.

Hình 4.7: Sơ đồ tải trọng gió tác dụng lên khung
Xác định chiều cao của các đoạn mái:
Chiều cao đầu dàn mái ( từ đỉnh cột đến đầu dàn mái ):


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Chiều cao từ đầu dàn mái đến đỉnh mái M1:

Chiều cao từ đầu dàn mái đến chân của mái:

Chiểu cao từ chân cửa mái đến đầu cửa mái:
Chiều cao từ đầu cửa mái đến đỉnh cửa mái M2 ( độ dốc của cửa mái lấy giống như độ
dốc của mái ):
Tải trọng gió tác dụng lên mái được quy về thành lực tập trung W1, W2 đặt ở đỉnh cột,
một nửa tập trung ở đỉnh cột A, một nữa tập trung ở đỉnh cột D. ( Hoặc cũng có thể
tính toàn bộ thành phần tải trọng gió tác dụng lên mái W và đặt ở 1 đỉnh cột bất kỳ ):

Tải trọng gió tác dụng lên cột biên trục A và D được quy về thành tải trọng phân bố

đều theo chiều dài cột:
Phía gió đẩy:
Phía gió hút:

IV. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC
Với nhà ba nhịp, cao trình đỉnh cột bằng nhau, khi tính toán với tải trọng đứng và lực
hãm của cầu trục được phép bỏ qua chuyển vị ngang của đỉnh cột, tính 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.

a) Cột trục A:
Các đặc trưng hình học của cột:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Các thông số trung gian:

b) Cột trục B:
Các đặc trưng hình học của cột:

Các thông số trung gian:

Quy định chiều dương của các thành phần nội lực cột như hình vẽ:

Hình 4.8: Quy ước chiều dương của nội lực
2. Nội lực do tĩnh tải mái

a) Cột trục A:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Vị trí điểm đặt của tải trọng Gm1 nằm ở bên trái trục cột trân và cách trục này một
đoạn:

Gm1 sẽ gây ra tại đỉnh cột một thành phần mômen:

Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mômen đỉnh cột gây ra:

Độ lệch giữa cột trên và trục cột dưới:

Tại vị trí vai cột sẽ xuất hiện một thành phần mômen tập trung do độ lệch của hai trục
cột trên và cột dưới gây ra, thành phần mômen này luôn mang dấu âm vì trục cột trên
luôn nằm bên trái trục cột dưới:

Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mômen ở vị trí vai cột gây ra:

Phản lực tổng cộng do Gm1 gây ra tại đỉnh cột:
(R mang giá trị âm chứng tỏ chiều của phản lực trên thực tế ngược với chiều giả
thiết).
Xác định nội lực tại các tiết diện của cột:

Trong đó ed là độ lệch tâm của Gm1 so với trục cột dưới:

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

371,785
150 50 7,4

371,785

7,4

3600

18,589

29,128
8,051
-

371,785

7,4

6850

+

+
21,56

A

M (kN.m)

N (kN)

Q (kN)

Hình 4.9: Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực của cột A do tĩnh tải mái gây ra

b) Cột trục B:
Tĩnh tải mái Gm1 và Gm2 của nhịp biên và nhịp giữa tác dụng lên đỉnh cột trục B như hình
vẽ. Thành phần Gm1 đặt cách trục cột B một đoạn: e1 = -0,15m, Gm2 đặt cách trục cột một
đoạn e2 = 0,15m. Hai thánh phần này gây ra đỉnh cột một mômen:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mômen đỉnh cột gây ra:

Xác định nội lực tại các tiết diện của cột:

371,785 423,185
150
1,218

7,71

3600

150

794,97

1,218

+

-

794,97

1,218

+

6850

3,325

-

5,02

B

M (kN.m)

N (kN)

Q (kN)

Hình 4.10: Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của cột trục B do tĩnh tải mái gây ra


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

3. Nội lực do tĩnh tải dầm cầu trục

a) Cột trục A:
Tĩnh tải dầm cầu trục Gd đặt các trục cột dưới một đoạn:

Gd gây ra tại vai cột một mômen M đối với trục cột dưới:

Thành phần phản lực tại liên kết đỉnh cột do mômen vai cột gây ra:

Xác định nội lực tại các tiết diện của cột:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

3600

2,86

750

2,86

55,2
14,544

55,2

10,296

6850

+

-

-

+

5,047

A

M (kN.m)

N (kN)

Q (kN)

Hình 4.11: Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của cột trục A do tĩnh tải dầm cầu trục
gây ra
b) Cột trục B:
Do tải trọng đặt đối xứng qua trục cột nên mômen và lực cắt trên toàn tiết diện cột:
Thành phần lực dọc:
4. Nội lực do trọng lượng bản thân cột

a) Cột trục A:
Do trục phần cột trên và cột dưới lệch nhau một đoạn a nên trọng lượng bản thân cột
sẽ gây ra cho cột dưới một thành phần mômen M,thành phần này sẽ làm phát sinh
phản lực R ở đỉnh cột và do đó gây ra mômen và lực cắt trên các tiết diện cột.


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

Xác định nội lực tại các tiết diện cột:

b) Cột trục B:
Do trục cột trên và dưới trùng nhau, nên trọng lượng bản thân cột không gây ra nội
lực mômen M và lực cắt Q cho các tiết diện cột mà chỉ gây ra thành phần lực dọc N:

5. Tổng nội lực do tĩnh tải

Cộng các đại số nội lực ở các trường hợp tải trọng đã tính ở trên cho từng tiết diện cột
được thành phần nội lực tổng cộng do toàn bộ tĩnh tải gây ra.
a) Cột trục A:

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

b) Cột trục B:

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2
18,598

371,785

4,722

3600

+

15,514
1,59

-

387,625
442,825

+
6850

+

+
16,883

A

M (kN.m)

491,555

N (kN)

Q (kN)

Hình 4.12: Biểu đồ nội lực của cột A do tổng tĩnh tải gây ra


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2
794,97

7,71

1,218

3600

+

3,325

818,73

929,13

-

6850

+

-

5,02

B

M (kN.m)

1001,29

N (kN)

Q (kN)

Hình 4.13: Biểu đồ nội lực của cột trục B do tổng tĩnh tải gây ra
6. Nôi lực do hoạt tải mái

a) Cột trục A:
Sơ đồ tính giống như trong trường hợp hoạt tải Gm1, do đó để xác định các thành phần
do Pm1 gây ra, chỉ cần nhân nội lực do Gm1 gây ra cho tỷ số:

Các thành phần nội lực tại tiết diện cột do Pmax gây ra:


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DÂN DỤNG 2

54,1125
50

1,08

54,28

1,08

3600

2,71

4,25
1,18

+
-

6850

-

+
3,15

A

M (kN.m)

N (kN)

Q (kN)

Hình 4.14: Biểu đồ nội lực của cột A do hoạt tải mái gây ra