Chủ đầu tư yêu cầu Công ty Hóa Chất Xây Dựng Phương Nam thiết kế tính giá thành thi công xây dựng công trình nhà xưởng công nghiệp với số liệu cho trước; Nhà xưởng công nghiệp một tầng lắp ghép, ba nhịp đều nhau, L= 24 m, cùng cao trình ray R = 8 m. ở mỗi nhịp có hai cầu trục chạy điện, chê độ làm việc trung bình, sức trục Q = 20/5 t. Bước cột a = 6 m, chiều dài khối nhiệt độ là 60 m. Địa điểm xây dựng : Hồ Chí Minh.
Thiết kế kích thước của các cấu kiện thi công xây dựng nhà xưởng
Chọn kết cấu mái
Với nhịp L = 24 m, có thể chọn kết cấu dàn bêtông cốt thép dạng hình thang, dàn gãy khúc hoặc dạng dàn vòm. ở đây chọn dàn gãy khúc, chiều cao giữa dàn là 3,2 m.
Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa, rộng 12 m, cao 4 m.
Các lớp mái được cấu tạo từ trên xuông như sau :
Hai lớp gạch lá nem kể cả vữa lót dày 5 cm; lớp bêtông nhẹ cách nhiệt dày 12 cm; lốp bêtông chống thấm dày 4 cm, panen mái là dạng panen sườn, kích thước 6 x 1,5 m, cao 30 cm.
Tổng chiều dày các lớp mái : t=5 + 12 + 4 + 30 = 51 cm.
Thiết kế xây dựng dầm cầu trục nhà xưởng
Với nhịp dầm cầu trục 6 m, sức trục 20 t, chọn dầm cầu trục theo thiết kế định hình ở bảng 1.1.1 có Hc = 1000 ; b = 200 ; bc = 570 ; ht = 120, trọng lượng 4,2t.
Xác định các kích thước chiều cao của nhà xưởng
Lấy cao trình nền nhà tương ứng với cốt ± 0, 00 để xác định các kích thước khác.
Cao trình vai cột V = R - (Hr + Ht),
R - cao trình ray đã cho R = 8 m ;
Hr - chiều cao ray và các lóp đệm, Hr = 0,15 m;
Hc - chiều cao dầm cầu trục, Hc = 1,0 m,
V= 8 - (0, 15 + 1) = 6, 85 m
Cao trình đỉnh cột; D = R + Hct + a1,
Hct - chiều cao cầu trục, tra bảng 2 phụ lục I với sức trục 20 t có Hct = 2,4m :
a1 - khe hở an toàn từ đỉnh xe con đến mặt dưới kết cấu mang lực mái, chọn a1 = 0,15 m, đảm bảo a1 ≥ 0, 1 m.
D = 8 + 2, 4 + 0, 15= 10, 55 m.
Cao trình đỉnh mái; M = D + h + hcm + t,
h - chiều cao kết cấu mang lực mái, h - 3, 2 m ;
hcm - chiều cao cửa mái, hcm - 4, 0 m ;
t - tổng chiều dày các lốp mái, t = 0,51 m.
Cao trình đỉnh mái ở nhịp thứ hai có cửa mái
M2- 10, 55 + 3, 2 + 4 + 0, 51 = 18, 26 m.
Cao trình mái ở hai nhịp biên không có cửa mái
M2 = 10, 55 + 3, 2 + 0, 51 = 14, 26 m
Thiết kế kích thước cột nhà xưởng công nghiệp
Chiều dài phần cột trên; Ht = D - V = 10,55 - 6,85 = 3,7 m.
Chiều dài phần cột dưới; Ha = V + a2 = 6,85 + 0, 5 = 7,35 m.
a2 là khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng, chọn a2 = 0,5 m
Kích thước tiết diện cột chọn như sau :
Bề rộng cột ỏ chọn theo thiết kế định hình, thống nhất cho toàn bộ phần cột trên và cột dước cho cả cột biên lẫn cột giữa b = 40 cm, thỏa mãn điều kiện
Mặt cắt ngang và chi tiết
Chiều cao tiêt diện phần cột trên cột biên ht = 40 cm, thỏa mãn điều kiện
a4 = λ - ht – B1 = 75 - 40 - 26 = 9 cm > 6 cm. ở đây λ - khoảng cách từ trục định vị ( mép ngoài cột biên ) đến tim dầm cầu trục, λ = 75 cm ; B1 - khoảng cách từ tim dầm cầu trục đến mép cầu trục, tra bảng phụ lục I, B1= 26 cm.
Chiều cao tiết diện phần cột dưới cột biên hd = 60 cm, thỏa mãn điêu kiện hd >Hd / 14 = 7,35/ 14 = 0, 525 m
Cột giữa chọn ht = 60 cm, hd = 80 cm, các điều kiện tương tự như cột biên đều thỏa mãn.
Kích thước vai cột sơ bộ chọn hv = 60 cm, khoảng cách từ trục định vị đến mép vai là 100 cm, góc nghiêng 45°.
Hình dáng, kích thước mặt cắt ngang và một số chi tiết cho trên.
Xác định tải trọng thiết kế xây dựng kết cấu mái nhà xưởng
Tĩnh tải mái
Phần tĩnh tải do trọng lượng bản thân các lốp mái tác dụng trên lm2 mặt bằng mái xác định theo;
Cấu tạo và tải trọng của các lắp mái
Hai lớp gạch lá nem kể cả vữa, dày 5cm; γ = 1800 kG/m3, n = 1.3 .
Ptc = 0,05 X 1800 = 90 kG/m2 ; Ptt = n . Ptc = 1.3 x 90 = 117 kG/m2
Lớp bêtông nhẹ cách nhiệt, dày 12 cm; γ = 1200 kG/m3, n = 1.3.
Ptc = 0,12 X 1200 = 144 kG/m2 ; Ptt = n . Ptc = 1.3 x 144 = 187.2 kG/m2
Lớp bêtông chống thấm, dày 4 cm; γ = 2500 kG/m3, n = 1.1.
Ptc = 0,04 X 2500 = 100 kG/m2 ; Ptt = n . Ptc = 1.1 x 144 = 110 kG/m2
Panen 6 X 1, 5 m, trọng lượng một tấm kể cả bêtông chèn khe;
Ptc = 1700/9 = 189 kG/m2 ; Ptt = n . Ptc = 1.1 x 189 = 208 kG/m2
Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dàn mái nhịp 24m là 9,6t hệ số vượt tải n = 1,1.
G1 = 9,6 X 1,1 = 10,56 t
Trọng lượng khung cửa mái rộng 12 m, cao 4 m lấy 2,8 t ; n =1,1
G2 = 2,8 X 1,1 = 3.1 t.
Trọng lượng kính và kliung cửa kính lấy 500 kG / m,với 11 =1,2
gk= 500 x l,2 = 600 kG/m
Tĩnh tải mái quy về lực tập trung Gm1, tác dụng ở nhịp biên không có cửa mái
Gml = 0,5 (G1 + g a L ) = 0,5 (10,56 + 0.622 x 6 x 24 ) = 50,08 t.
Ở nhịp giữa có cửa mái
Gm2 = 0,5 (G[ + g a L + G2 + 2j?k a ) ;
Gm2 = 0,5 (10,56 + 0,622 X 6 X 24 + 3,1 +2 X 0,6 X 6 ) = 55,23 t.
Các lực Gml , Gm2 đặt cách trục định vị 0,15 m.
Tĩnh tải do dầm,cầu trục
Gd = Gc + a gr
Gc - trọng lượng bản thân dầm cầu trục là 4,2 t;
gr - trọng lượng ray và các lớp đệm, lấy 150 kG/m
Gd = 1,1 (4,2 + 6 X 0,15) = 5,61 t.
Tải trọng Gd đặt cách trục định vị 0,75m.
Tĩnh tải do trong lương bản thân cột
Tải trọng này tính theo kích thước cấu tạo cho từng phần cột.
Cột biên có :
Phần cột trên : Gt = 0, 4 x 0,4 x 3,7 x 2,5 x 1,1 = l,63 t;
Phần cột dưới: Gt = (0, 4 X 0, 6 X 7, 35 + 0, 4 ({0, 6 + 1}/2)0, 4 ) x 2, 5 x 1, 1 = 5,2t.
Cột giữa có : Gt = 0,4 x 0,6 x 3,7x 2,0 x 1,1 = 2,44 t;
Gd = [0,4 x 0, 8 x 7,35 + 2 x 0,4 x ({0,6 + 1,2}/2 )x0,6] x 2,5 x 1,1 = 7,7t.
Tường xây gạch là tường tự chịu lực nên trọng lượng bản thân của nó không gây ra nội lực cho khung.
Hoạt tải mái
Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn phân bố đều trên một mét vuông mặt bằng mái lấy 75 kG/m2, n = 1,3. Hoạt tải này đưa về thành lực tập trung Pm đặt ở đầu cột.
Pm = 0,5 x n x Pm x a x l = 0,5 x 1,3 x 75 x 6 x 24 = 7020 kg = 7,02t.
Vị trí từng Pm đặt trùng với vị trí của từng Gm.
Hoạt tải cầu trục
Hoạt tải đứng do cầu trục
Với số liệu cầu trục đã cho Q = 20/5 t.
Nhịp cầu trục Lk = L – 2λ = 24 - 2 x 0,75 = 22,5m, chê độ làm việc trung bình, tra bảng 2 phụ lục I có các số liệu về cầu trục như sau :
Bề rộng cầu trục B = 6,3m
Khoảng cách hai bánh xe K = 4, 4m
Trọng lựơng xe con G = 8,5t.
Áp lực tiêu chuẩn lớn nhất lên mỗi bánh xe cầu trục Pcmax = 22,0 t, n = 1,1
Áp lực thẳng đứng lớn nhất do hai cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực.
Dmax = n . Pcmax . Σyi ,
Các tung độ yi của đường ảnh hưởng ứng với vị trí các lực tập trung Pcmax xác định theo tâm giác đồng dạng
Hoạt tải do lực hãm ngang của xe con
Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp móc mềm xác định theo công thức
T1c = ( Q + G ) / 40 = ( 20 + 8,5 ) / 40 = 0,71t.
Lực hãm ngang Tmax truyền lên cột được xác định theo đường ảnh hưởng như đối với Dmax
Tmax = n x T1c x Σyi = 1,1 x 0,71 x ( 1 + 0,267 + 0,683 ) = l,52t
Xem lực Tmax đặt lên cột ở mức mặt trên dầm cầu trục, cách mặt vai cột l,0m và cách đỉnh cột một đoạn; y = 3,1 - 1 = 2,7m
Hoạt tải do gió
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng của công trình là; W = n x W0 x k x C,
W0 - áp lực gió ở độ cao 10 m, theo tiêu chuẩn TCVN 2737 - 1995 thì Hà Nội thuộc vùng II-B nên áp lực W0 tra ở bảng 1 phụ lục II là 95 kG/m2 ;
k - hệ số kể đến ểsự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc vào dạng địa hình, tra ở bảng 2 phụ lục II, ở đây áp dụng dạng địa hình B. Hệ số k xác định tương ứng ở hai mức :
Mức đỉnh cột, cao trình +10,55 m có k =1 ; Mức đỉnh mái, cao trình +18,26 m có k = 1,11 ;
C - hệ số khí động, C= +0, 8 đối với phía gió đẩy và C = -0, 6 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 bô đều; p = W x a = n x W0 x k x C x a ;
Phía gió đẩy pd = 1,2 x 0,095 x 1,0 x 0,8 x 6 = 0,547 t / m
Phía gió hút ph = 1.2 x 0,095 x 1,0 x 0,6 x 6 = 0,410 t / m
Phần tải trọng gió tác dụng trên mái, từ đỉnh cột trở lên đvía vê thành lực tập trung đặt ỏ đầu cột S1, S2 với k lấy trị số trung bình k = 0,5 (1,0 + 1,11 ) = 1,055.
Hình dáng mái và hệ số khí động ở từng đoạn mái tham khảo trong phần phụ lục II và TCVN 2737 - 1995, lấy theo sơ đồ.
Trong đó giá trị Cel tính với góc α = 10°, tỷ số H / L = 10,55 / 12 = 0,15, nội suy có Cel = -0,08 ; giá trị C'e1 tính với góc α = 5°,tỷ số H / L = 17,76 / 72 = 0,247,nội suy có C'e1 = -0,246 ; Ce2 = -0,4.
Trị số S tính theo công thức
S = n k W0 a Σ Ci hi =1,2 x l,055 x 0,095 x 6 x Σ Ci hi = 0,722 x Σ Ci hi ;
S1 = 0,722 (0,8 x 2 - 0,08 x 2,2 +0,5 x 2,2 - 0,5 x 1,4 + 0,7 x 4 -0,246 x l,2) = 3,125t;
S2 = 0,722 ( 0,4 x 1,2 + 0,6 x 4 + 0,5 x 1,4 - 0,5 x 2.2 + 0,5 x 2,2 + 0,6 x 2 ) = 3,45 t.
Thiết kế thi công khung ngang nhà xưởng một tầng ba nhịp
Xác định nội lực
Tổ hợp nội lực
Tính toán cột trục A theo các điều kiện khác
Tính toán tiết diện cột trục B