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 trình học tập, nghiên cứu thực Luận văn Thạc sỹ, nhận giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình quý báu nhiều cá nhân tập thể Trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Nguyễn Tiến Chương tận tình hướng dẫn suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa đào tạo Sau đại học tận tình giản dạy, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt trình học tập thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp thuộc lớp CH.2013X giúp tìm kiếm tài liệu, tìm kiếm nguồn tham khảo để hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên tránh khỏi thiếu sót có phần nghiên cứu chưa sâu Rất mong nhận bảo thông cảm 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 công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Tác giả Nguyễn Mạnh Cường MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MÁI NHÀ CÔNG NGHIỆP 1.1 Giới thiệu nhà công nghiệp tầng 1.2 Các phận nhà công nghiệp tầng 1.2.1 Kết cấu chịu lực 1.2.2 Kết cấu bao che 1.2.3 Nền, sàn nhà công nghiệp 1.2.4 Kết cấu phụ 1.3 Các loại kết cấu mái 1.3.1 Vai trò kết cấu mái 1.3.2 Phân loại kết cấu mái 1.3.3 Đặc điểm cấu tạo 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 độ võng, 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 đoạn vết nứt vùng chịu kéo 15 2.2.2 Xác định độ cong dầm bê tông cốt thép đoạn có vết nứt vùng chịu kéo 18 2.2.3 Xác định độ võng 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 dầm mái bê tông cốt thép có tiết diện thay đổi nhà công nghiệp tầng 24 2.4.1 Kiểm tra khả xảy khe nứt tiết diện dầm 25 2.4.2 Khảo sát độ võng dầm 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 Tên hình Sơ đồ tính toán biểu đồ nội lực dầm mái chiều cao thay đổi………………………………………………………………………….13 Hình 2.1 Trạng thái ứng suất biến dạng dầm sau xuất khe nứt………………………………………………………………………….18 Hình 2.2 Sơ đồ xác định độ cong trục dầm ……… ……….…… ………21 Hình 2.3 Biểu đồ độ cong 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 dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x1 ………………………………… ……….………………….…………… 28 Hình 2.6 Biểu đồ mô men tiết diện x2 tác dụng lực đơn vị x2…………………………………… ……………………….……………39 Hình 2.7 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x3…………………………… ……… …………………….……………35 Hình 2.8 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x4…………………………………… ……………………….……………45 Hình 2.9 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x5……………………………………………… …………………………50 Hình 2.10 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x6………………………………………… …………………….……… 56 Hình 3.1 Tiết diện dầm mái………………………………………… …… 62 Hình 3.2 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x1 …………………………… ……….…………………….………………66 Hình 3.3 Biểu đồ mô men tiết diện x2 tác dụng lực đơn vị x2…………………………… ……………………………….………… 69 Hình 3.4 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x3………………………… ……… …………………….…………… 76 Hình 3.5 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x4…………………………………… …………………….…………… 83 Hình 3.6 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x5……………………………………… …………………….………… 90 Hình 3.7 Biểu đồ mô men dầm tác dụng lực đơn vị tiết diện x6…………………………………… …………………….…………… 97 Hình 3.8 Biểu đồ độ cong dầm mái… …………………….…………… 98 Hình 3.9 Biểu đồ độ võng 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 từ biến dài hạn bê tông đến biến dạng cấu kiện vết nứt…………………………….17 Bảng 3.1 Độ võng dầm mái chiều dài thay đổi l= 9m ……….………….99 Bảng 3.2 Độ võng dầm mái độ dốc thay đổi i=1/8………….………… 100 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trong hệ thống cấu trúc nhà công nghiệp, dầm mái chiếm vị trí quan trọng, chúng góp phần định độ bền vững tòa nhà, hình thành mặt bên bên nhà Hiện nay, dầm mái bê tông cốt thép nhà công nghiệp sử dụng rộng rãi thực tế, dầm có tiết diện thay đổi chưa có 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 nhà công nghiệp 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 nhà công nghiệp tầng theo biến dạng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán dầm mái có chiều cao thay đổi nhà công nghiệp - Phạm vi nghiên cứu: Tính toán kiểm tra độ võng cho dầm mái nhà công nghiệp tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu kết cấu dầm mái bê tông cốt thép nhà công nghiệp 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 nhà công nghiệp tầng 2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Xây dựng quy trình “tính toán dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi nhà công nghiệp tầng theo biến dạng” nhằm phục vụ cho công tác thiết kế Cấu trúc luận văn Mở đầu Nội dung Chương I: Tổng quan kết cấu mái nhà công nghiệp Chương II: Tính toán độ võng dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi nhà công nghiệp tầng theo TCVN 5574:2012 Chương III: Các ví dụ tính toán Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục THÔNG BÁO Để xem phần văn 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: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Các dầm mái nhà công nghiệp thường dầm nhịp lớn nên việc tính toán độ võng cần thiết Luận văn nghiên cứu áp dụng TCVN 5574:2012 để tính toán độ võng dầm nhà công nghiệp có tiết diện thay đổi; xây dựng quy trình tính toán độ võng loại dầm áp dụng để tính toán cho ví dụ cụ thể Do đặc điểm dầm mái nhà công nghiệp có tiết diện thay đổi, độ võng tính toán hàm phức tạp, luận văn theo hướng sử dụng tích phân xác định (công thức hình thang) để tính độ võng cho dầm KIẾN NGHỊ Chia dầm làm 12 đoạn sử dụng tích phân xác định (công thức hình thang) để tính độ võng cho loại dầm có tiết diện thay đổi Kết nghiên cứu luận văn áp dụng để thiết kế mái nhà công nghiệp có chiều cao thay đổi thực tế Tài liệu tham khảo 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 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 bản, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 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 GS TS Ngô Thế Phong; PGS TS Trịnh Kim Đạm (1993),Thiết kế nhà công nghiệp tầng, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội TS KTS Nguyễn Minh Thái (2008), Thiết kế cấu tạo kiến trúc nhà công nghiệp, NXB xây dựng Hà Nội TS KTS Nguyễn Minh Thái (2008), Thiết kế kiến trúc công nghiệp, NXB xây dựng Hà Nội Vũ Đức Cơ (2002), Một số vấn đề việc tính toán độ võng nứt dầm bê tông cốt thép, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Trần Minh Đại (2012), Tính võng dầm bê tông cốt thép chịu uốn sau nứt phần tử lớn, so sánh với số tiêu chuẩn, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông 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 (Tính toán dầm mái tiết diện chữ I; lo = 9m) Số liệu tính toán h0 (m) 0.9 i 0.08 lo b bf b'f hf h'f (m) (m) (m) (m) (m) (m) 0.08 0.15 0.3 0.2 0.18 1.25 Đặc trưng hình học 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 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 6.154 Eb Es As A's Rb,ser Rbt,ser (kN/m2) (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 tải trọng tác dụng lên dầm mái mô men chống nứt tiết diện x _0/12 Mngh 20.883 37.969 51.258 60.750 66.445 68.344 Mdh 69.300 126.000 170.100 201.600 220.500 226.800 M 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 _0/3 Mcrc < Mx: Độ cong toàn dầm tính theo điều kiện có vết nứt vùng kéo +) Độ cong tác dụng ngắn hạn toàn tải trọng x _0/12 _0/6 Mngh 20.883 37.969 51.258 60.750 66.445 68.344 Mdh 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: c s >1, lấy c s = _0/3 0.001009 0.001059 0.001033 0.000953 +) Độ cong tác dụng ngắn hạn tải trọng dài hạn x _0/12 _0/6 Mdh 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 _0/3 1/ 0.000752 0.000787 0.000765 0.00070 +) Độ cong tác dụng dài hạn tải trọng dài hạn x Mdh _0/6 _0/3 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 số liệu tính toán trên, ta có bảng kết sau: x Mx Mcrc _0/6 0 _0/3 _0/2 0.75 1.5 2.25 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 ... cấu dầm mái bê tông cốt thép nhà công nghiệp 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. .. 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 độ võng, hình... quan kết cấu mái nhà công nghiệp Chương II: Tính toán độ võng dầm mái bê tông cốt thép có chiều cao thay đổi nhà công nghiệp tầng theo TCVN 5574:2012 Chương III: Các ví dụ tính toán Kết luận