Tài liệu Tính toán độ võng của dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -----------------*****--------------- NGUYỄN MẠNH CƯỜNG TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ CHIỀU CAO THAY ĐỔI TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD & CN Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -------------------------------- NGUYỄN MẠNH CƯỜNG KHÓA 2013-2015 TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ CHIỀU CAO THAY ĐỔI TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG Chuyên ngành: xây dựng DD & CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD & CN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sỹ, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báu của nhiều cá nhân và tập thể. Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Tiến Chương đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa đào tạo Sau đại học đã tận tình giản dạy, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp thuộc lớp CH.2013X đã giúp tôi tìm kiếm tài liệu, tìm kiếm nguồn tham khảo để hoàn thành luận văn này. Mặc dù tôi đã rất cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót hoặc có những phần nghiên cứu chưa sâu. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và thông cảm của các Thầy cô. Tôi xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2015 Tác giả Nguyễn Mạnh Cường LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Tác giả Nguyễn Mạnh Cường MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các hình vẽ Danh mục các bảng biểu MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: .......................................................................................... 1 Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 1 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn......................................................................... 2 Cấu trúc luận văn ............................................................................................ 2 NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MÁI NHÀ CÔNG NGHIỆP ...... 3 1.1 Giới thiệu về nhà công nghiệp một tầng ................................................... 3 1.2 Các bộ phận của nhà công nghiệp một tầng .............................................. 5 1.2.1 Kết cấu chịu lực ..................................................................................... 5 1.2.2 Kết cấu bao che..................................................................................... 8 1.2.3 Nền, sàn nhà công nghiệp ..................................................................... 9 1.2.4 Kết cấu phụ ............................................................................................ 9 1.3 Các loại kết cấu mái ................................................................................. 9 1.3.1 Vai trò của kết cấu mái ......................................................................... 9 1.3.2 Phân loại kết cấu mái ............................................................................ 9 1.3.3 Đặc điểm cấu tạo và tính toán dầm mái .............................................. 12 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM MÁI BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ CHIỀU CAO THAY ĐỔI TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG THEO TCVN 5574:2012 .................................................................. 14 2.1 Khái niệm chung về độ võng, sự hình thành khe nứt ........................... 14 2.2 Phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép theo biến dạng theo TCVN 5574:2012 .................................................................................................... 15 2.2.1 Xác định độ cong dầm bê tông cốt thép trên đoạn không có vết nứt trong vùng chịu kéo ............................................................................................... 15 2.2.2 Xác định độ cong của dầm bê tông cốt thép trên các đoạn có vết nứt trong vùng chịu kéo ............................................................................................... 18 2.2.3 Xác định độ võng của dầm ................................................................... 22 2.3 Tính toán dầm mái bê tông cốt thép có tiết diện thay đổi theo tiêu chuẩn Việt Nam ...................................................................................................... 23 2.4 Xây dựng quy trình tính toán độ võng của dầm mái bê tông cốt thép có tiết diện thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng............................................... 24 2.4.1 Kiểm tra khả năng xảy ra khe nứt trên các tiết diện dầm. ..................... 25 2.4.2 Khảo sát độ võng của dầm tại một số tiết diện. .................................... 26 CHƯƠNG III: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN .................................................... 62 3.1 Ví dụ 1: ................................................................................................... 62 3.2 Ví dụ 2: ................................................................................................... 99 3.3 Ví dụ 3: ................................................................................................... 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... . PHỤ LỤC ........................................................................................................ . Phụ lục 1:......................................................................................................... . Phụ lục 2:.......................................................................................................... DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Hình 1 Tên hình Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực của dầm mái chiều cao thay đổi………………………………………………………………………….13 Hình 2.1 Trạng thái ứng suất biến dạng của dầm sau khi xuất hiện khe nứt………………………………………………………………………….18 Hình 2.2 Sơ đồ xác định độ cong của trục dầm ………..……….……..………21 Hình 2.3 Biểu đồ độ cong của dầm có tiết diện thay đổi.……….………….….24 Hình 2.4 Hình dạng dầm mái có tiết diện thay đổi.……………………………25 Hình 2.5 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x1 …………………………………..……….………………….……………..28 Hình 2.6 Biểu đồ mô men tại tiết diện x2 dưới tác dụng của lực đơn vị x2……………………………………..……………………….……………39 Hình 2.7 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x3……………………………..………...…………………….……………35 Hình 2.8 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x4……………………………………..……………………….……………45 Hình 2.9 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x5………………………………………………..…………………………50 Hình 2.10 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x6…………………………………………..…………………….………..56 Hình 3.1 Tiết diện của dầm mái…………………………………………..……..62 Hình 3.2 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x1 ……………………………..……….…………………….………………66 Hình 3.3 Biểu đồ mô men tại tiết diện x2 dưới tác dụng của lực đơn vị x2……………………………..……………………………….…………..69 Hình 3.4 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x3…………………………..………...…………………….……………..76 Hình 3.5 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x4……………………………………..…………………….……………..83 Hình 3.6 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x5………………………………………..…………………….…………..90 Hình 3.7 Biểu đồ mô men của dầm dưới tác dụng của lực đơn vị tại tiết diện x6……………………………………..…………………….……………..97 Hình 3.8 Biểu đồ độ cong của dầm mái…..…………………….……………...98 Hình 3.9 Biểu đồ độ võng của dầm mái…..…………………….……………...98 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng, biểu Bảng 1.1 Tên bảng, biểu Bảng hệ số b2 xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng cấu kiện không có vết nứt…………………………….17 Bảng 3.1 Độ võng của dầm mái chiều dài thay đổi l= 9m ……….………….99 Bảng 3.2 Độ võng của dầm mái độ dốc thay đổi i=1/8………….…………...100 1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Trong hệ thống cấu trúc nhà công nghiệp, dầm mái chiếm một vị trí quan trọng, chúng góp phần quyết định độ bền vững của tòa nhà, hình thành bộ mặt bên trong và bên ngoài của nhà. Hiện nay, dầm mái bê tông cốt thép trong nhà công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong thực tế, đối với dầm có tiết diện thay đổi chưa có chỉ dẫn cụ thể. Nhằm phục vụ công tác thiết kế, đề tài chọn hướng nghiên cứu: Xây dựng quy trình tính toán độ võng dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu áp dụng TCVN 5574:2012 để tính toán dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng theo biến dạng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán dầm mái có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp. - Phạm vi nghiên cứu: Tính toán kiểm tra độ võng cho dầm mái nhà công nghiệp một tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu kết cấu dầm mái bê tông cốt thép trong nhà công nghiệp một tầng. - Nắm vững phương pháp tính võng dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam. - Áp dụng tính toán dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng. 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xây dựng quy trình “tính toán dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng theo biến dạng” nhằm phục vụ cho công tác thiết kế. Cấu trúc luận văn Mở đầu Nội dung Chương I: Tổng quan về kết cấu mái nhà công nghiệp Chương II: Tính toán độ võng của dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi trong nhà công nghiệp một tầng theo TCVN 5574:2012 Chương III: Các ví dụ tính toán Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. KẾT LUẬN Các dầm mái nhà công nghiệp thường là dầm nhịp lớn nên việc tính toán độ võng là hết sức cần thiết. Luận văn đã nghiên cứu áp dụng TCVN 5574:2012 để tính toán độ võng của dầm nhà công nghiệp có tiết diện thay đổi; đã xây dựng được quy trình tính toán độ võng của loại dầm này và áp dụng để tính toán cho 1 ví dụ cụ thể. Do đặc điểm của dầm mái nhà công nghiệp có tiết diện thay đổi, độ võng tính toán được là một hàm rất phức tạp, luận văn đi theo hướng sử dụng tích phân xác định (công thức hình thang) để tính độ võng cho dầm này. 2. KIẾN NGHỊ Chia dầm làm 12 đoạn bằng nhau và sử dụng tích phân xác định (công thức hình thang) để tính độ võng cho loại dầm có tiết diện thay đổi. Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể áp dụng để thiết kế mái nhà công nghiệp có chiều cao thay đổi trong thực tế. Tài liệu tham khảo 1. GS. TS. Nguyễn Đình Cống (2008), Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 (Tập II), NXB xây dựng Hà Nội. 2. PGS, TS. Phan Quang Minh; GS. TS. Ngô Thế Phong; GS,TS. Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện cơ bản, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 3. GS. TS. Ngô Thế Phong; PGS,TS. Lý Trần Cường; PGS. TS. Trịnh Kim Đạm. PGS. TS Nguyễn Lê Ninh (2006),Kết cấu bê tông cốt thép phần kết cấu nhà cửa, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 4. GS. TS. Ngô Thế Phong; PGS. TS. Trịnh Kim Đạm (1993),Thiết kế nhà công nghiệp một tầng, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 5. TS. KTS Nguyễn Minh Thái (2008), Thiết kế cấu tạo kiến trúc nhà công nghiệp, NXB xây dựng Hà Nội 6. TS. KTS Nguyễn Minh Thái (2008), Thiết kế kiến trúc công nghiệp, NXB xây dựng Hà Nội 7. Vũ Đức Cơ (2002), Một số vấn đề về việc tính toán độ võng và nứt dầm bê tông cốt thép, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội. 8. Trần Minh Đại (2012), Tính võng dầm bê tông cốt thép chịu uốn sau khi nứt bằng phần tử lớn, so sánh với một số tiêu chuẩn, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội. 9. TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế.NXB Xây dựng, Hà Nội. 10. TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.NXB Xây dựng, Hà Nội. Phụ lục 1 (Tính toán dầm mái tiết diện chữ I; lo = 9m) Số liệu tính toán h0 (m) 0.9 lo bf b'f hf h'f (m) (m) (m) (m) (m) 9 0.08 b (m) i 0.08 0.15 0.3 0.2 0.18 1.25 Đặc trưng hình học tại các tiết diện dầm x hx x0 y0 Ired Wred Ared Sred (m) (m) (m) (m) (m4) (m3) (m2) (m3) x1 0.75 0.963 0.433693 0.528807 0.0139 0.0263 0.141 0.061 x2 1.5 1.025 0.4628017 0.562198 0.0165 0.0293 0.146 0.068 x3 2.25 1.088 0.4920519 0.595448 0.0193 0.0324 0.151 0.074 x4 3 1.150 0.62857 0.0224 0.0356 0.156 0.082 x5 3.75 1.213 0.5509241 0.661576 0.0258 0.0390 0.161 0.089 x6 4.5 1.275 0.5805238 0.694476 0.0295 0.0424 0.166 0.097 STT 0.52143 Vật liệu sử dụng: Bê tông B30; Thép CIII α Es As A's Rb,ser Rbt,ser (kN/m2) 6.154 Eb (kN/m2) (m2) (m2) (kNm) (kNm) 32,500,000 200,000,000 0.00152 0.00023 22,000 1,800 Tải trọng tác dụng lên dầm mái qngh 75*9/100 6.75 P tôn 20*9/100 1.8 Ppanel 190*9/100 17.1 Pg 0,14*25 3.5 kN/m qdh 22.4 kN/m Tổng 29.15 kN/m x0 y0 (m) (m) 0.403486 -0.067764 0.431704 -0.070796 0.460137 -0.073613 0.488764 -0.076236 0.517565 -0.078685 0.546523 -0.080977 Ib Ib' Is Is' 0.009113 0.009685 0.000452 0.000044 0.010581 0.011258 0.000509 0.000050 0.012183 0.012979 0.000569 0.000057 0.013926 0.014852 0.000631 0.000064 Mô men do tải trọng tác dụng lên dầm mái và mô men chống nứt tại các tiết diện x 0 _0/12 Mngh 0 20.883 37.969 51.258 60.750 66.445 68.344 Mdh 0 69.300 126.000 170.100 201.600 220.500 226.800 M 0 90.183 163.969 221.358 262.350 286.945 295.144 59.17 65.90 72.91 80.17 87.70 95.49 Mcrc _0/6 3 _0/3 5 Mcrc < Mx: Độ cong toàn bộ dầm tính theo điều kiện có vết nứt trong vùng kéo +) Độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng x 0 _0/12 _0/6 Mngh 0 20.883 37.969 51.258 60.750 66.445 68.344 Mdh 0 69.300 126.000 170.100 201.600 220.500 226.800 0.564 0.528 0.496 0.468 0.442 0.420 0.062 0.098 0.117 0.123 0.121 0.112 0.0208 0.0195 0.0183 0.0173 0.0163 0.0155 0.508 0.479 0.453 0.429 0.408 0.389 j 0.545 0.546 0.547 0.547 0.548 0.549 Z 0.744 0.795 0.846 0.896 0.946 0.995 cs 0.528 0.808 0.888 0.914 0.914 0.894 Abred 0.081 0.084 0.087 0.089 0.092 0.095 0.000332 0.000717 1/ Ghi chú: nếu c s >1, lấy c s = 1 3 _0/3 5 0.001009 0.001059 0.001033 0.000953 +) Độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn x 0 _0/12 _0/6 Mdh 0 69.300 126.000 170.100 201.600 220.500 226.800 0.564 0.528 0.496 0.468 0.442 0.420 0.047 0.075 0.090 0.095 0.093 0.086 0.0208 0.0195 0.0183 0.0173 0.0163 0.0155 0.508 0.479 0.453 0.429 0.408 0.389 j 0.264 0.255 0.250 0.248 0.247 0.248 Z 0.813 0.874 0.934 0.994 1.053 1.112 cs 0.311 0.675 0.779 0.813 0.812 0.787 Abred 0.060 0.061 0.062 0.063 0.064 0.065 0.000403 0.000636 3 _0/3 5 1/ 0.000752 0.000787 0.000765 0.00070 +) Độ cong do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn x 0 Mdh 0 _0/6 3 _0/3 5 69.300 126.000 170.100 201.600 220.500 226.800 0.606 0.567 0.533 0.503 0.476 0.451 0.047 0.075 0.090 0.095 0.093 0.086 0.0208 0.0195 0.0183 0.0173 0.0163 0.0155 0.546 0.515 0.487 0.462 0.439 0.418 j 0.253 0.245 0.240 0.238 0.238 0.239 Z 0.815 0.876 0.937 0.997 1.053 1.109 cs 0.567 0.832 0.907 0.932 0.932 0.913 Abred 0.0627 0.0633 0.0642 0.0652 0.0664 0.0677 0.000448 0.000833 1/ 0.001026 0.001084 0.001053 0.000957 Từ các số liệu tính toán ở trên, ta có bảng kết quả như sau: x _0/6 0 3 _0/3 5 _0/2 0.75 Mx Mcrc 0 1.5 2.25 3 3.75 4.5 90 164 221 262 287 295 59.17 65.90 72.91 80.17 87.70 95.49 Nứt 1/ M 1/ Fm 0.00038 0.00092 0.00128 0.00136 0.00132 0.00121 0.69 1.25 1.69 2.00 2.19 2.25 0.0003 0.00114 0.00216 0.00271 0.00289 0.00271 0.000065 0.000416 0.001243 0.00246 0.003863 0.00526