Đồ Án Kết Cấu Công Trình Thép.docx

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 THÔNG SỐ ĐỀ BÀI 11 1 1 Số liệu đề bài 11 1 2 Yêu cầu đề bài 12 CHƯƠNG 2 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 13 2 1 Xác định mặt bằng bố trí lưới cột 13 2 2 Xác định kích thước khung chính theo phư[.]

THÔNG SỐ ĐỀ BÀI

Số liệu đề bài

Cho công trình nhà công nghiệp một tầng một nhịp bằng thép, có các thông số sau:

- Mặt bằng hình chữ nhật có nhịp L33m.

- Mặt bằng hình chữ nhật có chiều dài W 60m.

- Nhà có cầu trục chế độ làm việc trung bình, sức trục Q16T

- Chiều cao đỉnh ray cầu trục H r H 1 8m.

- Công trình được xây dựng ở vùng gió IIA.

Do công trình có nhịp L33m, tra bảng số liệu cầu trục không có nhịp cầu trục thích hợp nên theo yêu cầu đề bài đồ án chọn loại cầu trục có nhịp gần với L1m nhất.Vì vậy chọn cầu trục có nhịp L32m.

* Thông số cầu trục: Sức trục Q16T và L k 32m

- Chiều cao gabarit của cầu trục: H k 1190  mm 

- Bề rộng gabarit của cầu trục: B k  5030  mm 

- Khoảng cách nhỏ nhất: Z min 190 mm 

- Bề rộng đáy của cầu trục (khoảng cách trọng tâm hai bánh xe):K k  4200  mm 

- Trọng lượng của cầu trục: G  15.18   T

- Trọng lượng của xe con: G xc 1.301   T

- Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lên ray: P min 5.23  T

- Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lên ray: P max 13.4  T

Hình 1.1.Các thông số kích thước của cầu trục

Hình 1.2.Các thông số khung ngang điển hình của công trỉnh.

Yêu cầu đề bài

Sinh viên cần thể hiện đồ án qua thuyết minh tính toán và bản vẽ.

*Thuyết minh : Cần trình bày đầy đủ các nội dung

- Chương 1: Số liệu đề bài.

- Chương 2: Kích thước khung ngang.

- Chương 4: Tính toán, thiết kế dầm mái (xà ngang).

- Chương 5: Tính toán, thiết kế cột.

- Chương 6: Tính toán, thiết kế liên kết.

Thể hiện trên khổ giấy A1, đúng tỷ lệ, đúng quy cách bản vẽ xây dựng, trình bày đầy đủ các nội dụng sau:

- Hệ giằng mái và cột cho công trình.

- Kết cấu khung ngang (cột, dầm mái).

- Các chi tiết chân cột, vai cột, nút liên kết và ghi chú bản vẽ.

KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

Xác định mặt bằng bố trí lưới cột

Trong kết cấu nhà xưởng, bước khung (khoảng cách các khung ngang) thường bố trí hợp hợp lý từ khoảng 6m đến 8m.

Dựa vào mặt bằng công trình đề bài cho.Kích thước cạnh ngắn (nhịp khung) của công trình

, cạnh dài L  60   m ta bố trí bước khung với khoảng cách B  6   m

2.1.Xác định mặt bằng bố trí lưới cột.

Hình 2.1.Mặt bằng bố trí hệ cột công trình.

Xác định kích thước khung chính theo phương đứng

2.2.1.Xác định tổng chiều cao cột

Chiều cao của cột tính từ mặt sàn sau khi hoàn thiện đến đỉnh cột được chọn sơ bộ theo công thức sau:

H H Cao trình đỉnh ray (khoảng cách nhỏ nhất từ mặt sàn hoàn thiện đến mặt ray cầu trục).Đề cho cao H r 8000  mm 

H Khoảng cách từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang.

Giá trị H 2 được tính như sau:H 2 H k 100mm f 1190 100 300 1590    mm 

H Chiều cao gabarit của dầm cầu trục H k 1190  mm 

100mm:Là khoảng hở an toàn giữa cầu trục với dầm mái.

: f Độ võng giả thiết của dầm mái.Thông thường lấy 200mm400mm(Chọn f 300mm).

2.2.Xác định kích thước khung chính theo phương đứng.

2.2.2.Xác định chiều cao cột trên

Chiều cao cột trên được xác định theo công thức sau:

H Được xác định giống công thức ở trên H 2 1590 mm . r :

H Chiều cao tổng cộng của ray và đệm ray dầm cầu trục.Lấy H r 200  mm  dct :

H Chiều cao của dầm cầu trục.Ban đầu chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:

2.2.3.Xác định chiều cao cột dưới

Chiều cao cột dưới được xác định theo công thức sau:

Trong đó:H 3 là chiều cao phần cột chôn dưới cốt nền Sơ bộ H 3600mm1000mm 

Hình 2.2.Minh họa các thông số ký hiệu kích thước khung ngang.

Xác định kích thước khung chính theo phương ngang

Đối với kết cấu nhà xưởng có cầu trục làm việc, thì việc xác định kích thước theo phương ngang để xác định và kiểm tra khoảng cách an toàn giữa cầu trục và cột.

- Xác định khoảng cách a từ mép ngoài cột tới trục định vị cột: Phụ thuộc vào sức trục Q. + Khi sức trục Q30 :T Lấy a0.

+ Khi sức trục 30T Q 75 :T Lấy a  250  mm 

+ Khi sức trục Q75 :T Lấy a  500  mm  Đối với công trình trong đồ án, có sức trục Q16T 30T  Lấy a0, trục định vị nằm mép biên ngoài của cột.

Hình 2.3.Minh họa các thông số kích thước giữa cầu trục và cột.

- Kiểm tra điều kiện làm việc an toàn của cầu trục theo phương dọc nhà theo công thức sau:

 Cầu trục làm việc an toàn theo phương dọc nhà.

 Khoảng cách từ trục định vị tới trọng tâm ray cầu trục    750 mm  1000 mm  t : h Chiều cao tiết diện cột trên.Do sử dụng cột có tiết diện không thay đổi, chiều cao cột trên và dưới giống nhau.Chọn h t 750mm(tính toán chi tiết được thể hiện trong phần chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột).

2.3.Xác định kích thước khung chính theo phương ngang. min:

Z Khoảng cách nhỏ nhất từ mép cốt đến mép cầu trục.Được xác định phụ thuộc vào sức trục và nhịp cầu trục.Đề bài cho Z min 190 mm 

Xác định kích thước sơ bộ cấu kiện

2.4.1.Sơ bộ kích thước tiết diện cột

Trong công trình nhà xưởng, do nhịp khung ngang khá lớn nên tiết diện cột lớn.Vì vậy cột được làm từ thép I tổ hợp hàn.Kích thước sơ bộ của tiết diện được chọn theo công thức kinh nghiệm, đảm bảo độ cứng như sau:

- Chiều cao tiết diện cột thép chữ I:

    Chọn h  750  mm  Ở bước này chỉ chọn sơ bộ.Sau khi kiểm tra kết quả nội lực và xem chuyển vị thì chọn được chiều cao tiết diện cột h  750  mm sẽ đảm bảo thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh và tối ưu.

- Chiều rộng cánh tiết diện cột thép chữ I:

- Chiều dày bản bụng tiết diện cột thép chữ I:

- Chiều dày bản cánh tiết diện cột thép chữ I:

: f Cường độ tính toán của thép làm cột Chọn thép CCT38 có f  230  MPa 

E Modul đàn hồi của thép làm cột E  210000  MPa 

2.4.Xác định kích thước sơ bộ cấu kiện.

2.4.2.Sơ bộ kích thước tiết diện dầm mái

Khung ngang của công trình đang tính theo sơ đồ ngàm tại cột, liên kết giữa cột và dầm mái là liên kết cứng.Vì vậy momen tại tiết diện đầu dầm mái (nách khung) lớn hơn nhiều tại tiết diện đỉnh khung.Vì vậy chọn kích thước dầm mái có tiết diện thay đổi, chia làm hai đoạn và cũng làm thép tiết diện chữ I tổ hợp hàn.

Kích thước tiết diện dầm mái được chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:

- Chiều cao tiết diện dầm mái tại đầu dầm (chiều cao lớn):

. Tuy nhiên thông thường chiều cao tiết diện đầu dầm mái được chọn bằng giá trị chiều cao tiết diện của cột.Vì vậy chọn h 1 750 mm 

- Chiều cao tiết diện dầm mái đoạn không thay đổi (chiều cao bé):

- Chiều rộng tiết diện dầm mái:

- Chiều dày bản bụng tiết diện dầm mái:

- Chiều dày bản cánh tiết diện dầm mái:

- Xác định vị trí thay đổi tiết diện dầm mái:

Chiều dài đoạn dầm mái thay đổi tiết diện được xác định theo công thức sau:

Hình 2.4.Tiết diện cột thép I tổ hợp hàn.

Hình 2.5.Tiết diện dầm mái chữ I tổ hợp hàn.

Hình 2.6.Minh họa 3D tiết diện dầm mái thay đổi tiết diện.

2.4.3.Sơ bộ kích thước tiết diện vai cột

Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục và nhịp dầm vai cầu trục.

- Xác định nhịp dầm vai cầu trục theo công thức sau:

 Khoảng cách từ trục định vị tới trọng tâm ray cầu trục    750 mm  1000 mm  c : h Chiều cao tiết diện cột.

- Xác định kích thước tiết diện vai cột:

Hình 2.7.Minh họa liên kết dầm vai với cột.

Thiết hệ giằng cột công trình

2.5.1.Vai trò và cấu tạo

- Hệ giằng cột trong công trình giúp hệ kết cấu bất biến hình, làm tăng ổn định cho công trình.Giằng cột làm tăng độ ổn định không gian giữa các khung ngang trong công trình.

- Chiều dài các thanh giằng nên bé hơn 10m.

- Khoảng cách giằng nên bé hơn 30m.

- Hệ giằng cột được bố trí ngay những khung có giằng dọc.

Kích thước tiết diện vai cột cũng chọn sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm như cột và dầm mái.

+ Chiều cao dầm tại điểm đặt lực cầu trục: h  350  mm 

+ Chiều cao dầm tại vị trí liên kết với cột: h v 550  mm .

+ Chiều rộng tiết diện dầm:b f 350  mm 

. + Chiều dày bản bụng tiết diện dầm:t w 8  mm 

+ Chiều dày bản cánh tiết diện dầm: t f 12  mm 

2.5.Thiết hệ giằng cột công trình

- Mặc dù khi tính toán ta bỏ qua sự làm việc của thanh chịu nén, theo cấu tạo thì chỉ cần 1 thanh giằng cột là đảm bảo điều kiện bất biến hình.Tuy nhiên ta bố trí 2 thanh giằng chéo nhau để khi gió đổi chiều thì vẫn đảm bảo ổn định.

2.5.2.1.Sơ đồ tính giằng cột.

Thông thường khi tính giằng cột có hai sơ đồ tính: Sơ đồ một nhịp và hai nhịp.Do công trình có cầu trục và chiều cao cột lớn nên chọn tính theo sơ đồ hai nhịp giống hình vẽ.

Hình 2.8.Sơ đồ tính giằng cột hai nhịp.

2.5.2.2.Tính toán hệ giằng cột.

- Bước 1: Xác định tải trọng gió từ đầu hồi và quy về tải tập trung P đặt tại nút giằng.

+ Tải trọng gió tại đầu hồi:W W 0  k c  w 83 0.9904 0.8 1.2 78.92     daN m/ 2 

W Áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình.Ứng với đề cho công trình thuộc vùng gió IIA, tra bảng 4 TCVN 2737:1995 xác định W 0  83  daN m / 2 

: k Hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió, phụ thuộc vào cao độ z của công trình và dạng địa hình nơi xây dựng công trình.Giả sử công trình ở vùng địa hình B và cao độ z H   9.6   m , tra bảng 5 TCVN 2737:1995 xác định k  0.9904(nội suy tuyến tính).

: c Hệ số khí động, phụ thuộc vào dạng hình học mặt đón gió.Dựa vào sơ đồ 2 và 8 trong TCVN 2737:1995, đối với mặt đón gió lấy c  0.8

P Tải trọng đầu hồi quy về tập trung đặt tại nút giẳng. :

N cb Lực dọc (kéo) của thanh giằng cột trên.

N cb Lực dọc (kéo) của thanh giằng cột dưới.

H Chiều cao cột trên (tính từ vai cột lên).

H Chiều cao cột dưới (tính từ mặt sàn hoàn thiện). w :

 Hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy  w 1.2

+ Quy tải trọng gió về tải tập trọng đặt tại đỉnh cột (nút giằng) một cách tương đương:

Hình 2.9.Phân bố gió đầu hồi thành lực tập trung tương đương tại đỉnh cột (nút giằng).

- Bước 2: Xác định lực dọc (kéo) trong các thanh giằng cột trên và dưới.

Dựa vào sơ đồ tính của hệ giằng cột như Hình 2.8, bỏ qua sự làm việc của các thanh chịu nén.Xem liên kết giữa hệ giằng với cột (gần chân cột) là khớp, giải bài toán Cơ học kết cấu ta xác định được giá trị của các thông số sau:

+ Góc giữa thanh giằng cột trên so với phương ngang:

+ Góc giữa thanh giằng cột dưới so với phương ngang:

+ Lực dọc trong thanh giằng cột trên: 1  

+ Lực dọc trong thanh giằng cột dưới: 1  

- Bước 3: Kiểm tra ứng suất trong thanh giằng cột.

* Thông số vật liệu thanh giằng:

+ Chọn thanh giằng là thép sợi, đường kính   22  mm (Ở đây đang làm bài toán kiểm tra, ban đầu chọn sơ bộ đường kính thanh giằng, sau đó kiểm tra sao cho thỏa điều kiện bền và tận dụng được khả năng làm việc của vật liệu nhiều nhất).

+ Cường độ tính toán chịu kéo của thép sợi f  2600  daN cm / 2 

+ Hệ số tin cậy của thép làm thanh giằng: 1.

* Ứng suất trong thanh giằng:

+ Ứng suất trong thanh giằng cột trên:

+ Ứng suất trong thanh giằng cột dưới:

Trong đó: A :Là tiết diện ngang của thanh giằng.

* Kiểm tra điều kiện bền:

Do thanh giằng cột trên và cột dưới đều chọn cùng một loại đường kính, vật liệu.Vì vậy chỉ cần kiểm tra điều kiện bền cho thanh giằng cột dưới (có ứng suất lớn hơn).

+ Ta thấy: cb 2 2559 daN cm/ 2   f c 2600 1 2600   daN cm/ 2 

 Tiết diện thanh giằng đảm bảo điều kiện bền.

+ Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của vật liệu: 2 2559 98.4 %  

- Bước 4: Quy tải giằng cột về phân bố đều.

Mục đích của việc quy tải giằng cột về phân bố đều là để xác định tĩnh tải tác dụng lên khung ngang phục vụ cho việc mô hình xác định nội lực khung.

+ Khối lượng trên mét dài của thanh giằng:m cb 2.983  daN m / 

(Phụ thuộc vào đường kính thanh giằng lựa chọn).

+ Chiều dài của thanh giằng cột trên:L cb 1 B 2 H 1 2  6 2 2.45 2 6.481  m

+ Chiều dài của thanh giằng cột dưới:L cb 2  B 2 H 1 2  6 2 7.15 2 9.334  m

+ Tải trọng hệ giằng cột quy đổi về phân bố đều:

B Khoảng cách các khung ngang (bước khung). c :

H Chiều cao cột khung ngang (bao gồm cả cột trên và cột dưới). Ở đây quy tải giằng cột theo một khung ngang.Trên một khung ngang, hệ giằng cột sẽ được bố trí như Hình 2.10.

Hình 2.10.Bố trí hệ giằng cột trên một bước khung và chi tiết giằng.

Thiết hệ giằng mái công trình

2.6.1.Vai trò và cấu tạo

- Hệ giằng mái trong công trình giúp hệ kết cấu bất biến hình, làm tăng ổn định cho công trình.Giằng mái làm tăng độ ổn định không gian giữa các khung ngang trong công trình.Hệ

2.6.Thiết hệ giằng mái công trình giằng mái thường được đặt tại hai gian đầu hồi nhà để chịu tải trọng gió tác dụng từ đầu hồi Giằng mái cũng được giằng theo phương dọc nhà để chịu tải trọng gió theo phương ngang nhà

- Chiều dài các thanh mái giằng nên bé hơn 10m.

- Khoảng cách giằng nên bé hơn 30m.

- Mặc dù khi tính toán ta bỏ qua sự làm việc của thanh chịu nén, theo cấu tạo thì chỉ cần 1 thanh giằng mái là đảm bảo điều kiện bất biến hình.Tuy nhiên ta bố trí 2 thanh giằng chéo nhau để khi gió đổi chiều thì vẫn đảm bảo ổn định.

2.6.2.1.Sơ đồ tính giằng cột.

Khi tính toán hệ giằng mái thông thường giả thiết sơ bộ khoảng cách xà gồ mái trước.Thông thường các nút giằng mái thường bằng hai đến ba lần khoảng cách xà gồ, tùy vào nhịp công trình bố trí sao cho hợp lý và đảm bảo chiều dài cho phép của thanh giằng.Dựa vào số liệu đề bài cho nhịp công trình L  33   m , sơ bộ trước khoảng cách xà gồ mái là a rp  1.5   m ta bố trí được sơ đồ tính hệ giằng mái theo phương ngang nhà (giằng khung đầu hồi) như Hình 2.11 và Hình 2.12

Hình 2.11.Sơ đồ tính toán hệ giằng mái theo phương ngang nhà trên mặt bằng.

Hình 2.12.Sơ đồ tính hệ giằng mái theo phương ngang nhà trên mặt đứng.

Khi mô hình hóa sơ đồ tính cho hệ giằng mái, bỏ qua sự làm việc của các thanh giằng chịu nén, chỉ xét đến các thanh chịu kéo.Tải trọng gió đầu hồi tập trung quy đổi tác dụng lên các nút giằng.Tải trọng gió phân bố tác dụng lên đầu hồi sẽ được quy đổi tương đương thành các lực tập trung P (theo diện tích truyền tải).

Sơ đồ tính hệ giằng mái lúc này xem như giàn tĩnh định, chịu tải trọng tập trung P tại các nút giàn.Giải bài toán Cơ học kết cấu ta tìm được lực kéo F1, F2, F3 trong các thanh giằng, sau đó tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giằng.

Hình 2.13.Sơ đồ quy tải gió phân bố về tải gió tập trung đặt tại nút giằng.

2.6.2.2.Tính toán hệ giằng cột.

- Bước 1: Xác định tải trọng gió từ đầu hồi và quy về tải tập trung P1, P2, P3, P4 đặt tại các nút của hệ giằng.

+ Tải trọng gió tại đầu hồi:W W 0   k c  w 83 0.9904 0.8 1.2 78.92     daN m/ 2 

Lưu ý: Các giá trị W k c 0 , , , w được giải thích chi tiết trong phần tính toán tải trọng gió đầu hồi của hệ giằng cột (Mục 2.5).

+ Quy tải trọng gió về tải tập trọng đặt tại nút giằng một cách tương đương:

: a Là khoảng cách của hai nút giằng.Lấy a   3 a rp   3 1.5 4.5    m

. : b Là khoảng cách của hai nút giằng đỉnh khung.Lấy b   4 a rp   4 1.5 6    m

Lưu ý: Ở đây khoảng cách a và b phụ thuộc vào cách chia khoảng cách xà gồ và sao cho chiều dài các thanh giằng đảm bảo không vượt quá 10m). c :

- Bước 2: Xác định lực dọc (kéo) trong các thanh giằng mái.

Dựa vào sơ đồ tính của hệ giằng mái như Hình 2.12, bỏ qua sự làm việc của các thanh chịu nén Xem liên kết giữa hệ giằng với dầm mái là khớp, giải bài toán Cơ học kết cấu ta xác định được giá trị của các thông số sau:

+ Góc giữa thanh giằng mái so với phương ngang:

+ Lực dọc (kéo) trong thanh giằng: 1 1 2 3  

+ Lực dọc (kéo) trong thanh giằng: 2 1 2  

+ Lực dọc (kéo) trong thanh giằng: 3 1  

 Chọn thanh giằng mái chịu lực kéo lớn nhất là F 1 để kiểm tra điều kiện bền.

- Bước 3: Kiểm tra ứng suất trong thanh giằng mái.

* Thông số vật liệu thanh giằng:

+ Chọn thanh giằng là thép sợi, đường kính   22  mm (Ở đây đang làm bài toán kiểm tra, ban đầu chọn sơ bộ đường kính thanh giằng, sau đó kiểm tra sao cho thỏa điều kiện bền và tận dụng được khả năng làm việc của vật liệu nhiều nhất).

+ Cường độ tính toán chịu kéo của thép sợi f  2600  daN cm / 2 

+ Hệ số tin cậy của thép làm thanh giằng: 1.

* Ứng suất trong thanh giằng: Ứng suất trong thanh giằng mái được xác định theo công thức sau:

Trong đó: A :Là tiết diện ngang của thanh giằng mái.

* Kiểm tra điều kiện bền:

+ Ta thấy: cb 2 1775.9  daN cm / 2   f c 2600 1 2600   daN cm/ 2 

 Tiết diện thanh giằng mái đảm bảo điều kiện bền.

+ Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của vật liệu: 1775.9 68.3 %  

- Bước 4: Quy tải hệ giằng mái về phân bố đều.

Mục đích của việc quy tải giằng mái về phân bố đều là để xác định tĩnh tải tác dụng lên khung ngang phục vụ cho việc mô hình xác định nội lực khung.

+ Khối lượng trên mét dài của thanh giằng:m cb 2.983  daN m / (Phụ thuộc vào đường kính thanh giằng lựa chọn).

+ Chiều dài của thanh giằng mái lớn nhất: L rb  B 2  a 2  6 2  4.5 2  7.5   m

+ Tải trọng hệ giằng mái quy đổi về phân bố đều:

B Khoảng cách các khung ngang (bước khung). B  6 m 

: a Là khoảng cách giữa hai nút giằng. a  4.5 m  Ở đây quy tải hệ giằng mái theo một ô có kích thước a B   4.5   m  6   m

Thiết kế xà gồ cột công trình

2.7.1.Tổng quan về xà gồ cột

- Vai trò: Liên kết các nút khung với nhau tạo thành hệ kết cấu không gian công trình, đỡ kết cấu bao che và truyền tải trọng ngoài lên khung ngang.

- Bố trí xà gồ: Khoảng cách xà gồ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên xà gồ (vật liệu bao che, hệ thống cách nhiệt,…) và khoảng cách khung ngang.Ngoài ra khoảng cách xà gồ cũng được chọn dựa trên chiều cao cột.Khi tính toán thiết kế xà gồ, ban đầu giả thiết sơ bộ khoảng cách xà gồ phù hợp, sau đó tiến hành tính toán và kiểm tra.Với xà gồ thép cán nguội Z và C, khoảng cách các xà gồ thường bé hơn 2m (thông thường chọn 1.5m).

Hiện nay xà gồ dùng cho kết cấu nhà công nghiệp thường dùng hai loại chính bao gồm:

+ Xà gồ thép cán nguội (tiết diện chữ C, Z): Dùng cho nhịp nhà nhỏ và vừa (nhà công nghiệp).

+ Xà gồ thép cán nóng (tiết diện C): Dùng cho nhà nhịp lớn (nhà vượt nhịp lớn).

 Trong tính toán Đồ án, công trình có nhịp vừa nên sẽ dùng xà gồ thép cán nguội chữ Z.

2.7.2.Sơ đồ tính toán xà gồ cột

Xà gồ cột là cấu kiện chịu uốn hai phương (theo phương x và phương y).Xà gồ cột thông thường được tính theo sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) hoặc theo sơ đồ dầm liên tục (nhiều nhịp), phụ thuộc vào cách cấu tạo tại nút liên kết giữa xà gồ với cột.

 Trong Đồ án, sinh viên tính toán xà gồ cột thiên về đơn giản và an toàn nên tính theo sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) cho cả hai phương, chịu tải trọng phân bố đều.

2.7.Thiết kế xà gồ cột công trình.

Hình 2.14.Minh họa bố trí hệ xà gồ cột trong công trình.

2.7.3.Tính toán thiết kế xà gồ cột

2.7.3.1.Thông số kích thước, đặc trưng hình học và vật liệu của xà gồ.

- Chiều dài nhịp tính toán của xà gồ: L cp 6   m

- Chọn sơ bộ khoảng cách xà gồ: a cp 1.5   m

* Thông số đặc trưng hình học:

Bài toán thiết kế xà gồ cột là bài toán lặp, ban đầu chọn tiết diện xà gồ, sau đó tiến hành tính toán tải trọng và xác định nội lực trong xà gồ, kiểm tra điều kiện bền và võng.Nếu tiết diện thỏa thì chọn, trường hợp không thỏa thì tiến hành lặp lại cho đến khi chọn được tiết diện xà gồ thích hợp.

Chọn tiết diện xà gồ: Xà gồ thép cán nguội tiết diện chữ Z (200Z20).

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x: I x 409.1  cm 4 

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục y-y: I y 57.3  cm 4 

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục x-x: W x 40.91  cm 3 

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục y-y: W y 8.05  cm 3 

- Trọng lượng bản thân xà gồ trên mét dài: m cp 5.42  daN m / 

Hình 2.15.Tiết diện xà gồ cột chữ Z thép cán nguội.

* Thông số đặc trưng vật liệu xà gồ:

- Cường độ giới hạn dẻo của thép làm xà gồ: f y 3450  daN cm / 2 

- Hệ số tin cậy về cường độ của thép làm xà gồ:  M 1.1

- Cường độ tính toán của thép làm xà gồ: f f y /1.1 3450 /1.1 3136.4   daN cm/ 2 

- Hệ số điều kiện làm việc của thép làm xà gồ:  c 1.

- Modul đàn hồi của thép làm xà gồ: E  21 10  5  daN cm / 2 

2.7.3.2.Xác định tải trọng tác dụng lên xà gồ cột.

Tải trọng tác dụng lên xà gồ cột bao gồm: Tải trọng phân bố theo phương x   q x và y   q y

Tải trọng   q x gây ra momen uốn M y và tải trọng   q y gây ra momen uốn M x

* Xác định tải trọng q x (tĩnh tải):

Tải trọng   q x tác dụng lên xà gồ cột là trọng lượng bản thân xà gồ, lớp bao che.

- Trọng lượng bản thân xà gồ cột: g cp 5.42  daN m / 

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét vuông): g env 5  daN m / 2 

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét dài): g env m / g env a cp  5 1.5 7.5  daN m/ .

- Giá trị tĩnh tải tiêu chuẩn: q tc x g cp g env m / 5.42 7.5 12.92   daN m/ 

- Giá trị tĩnh tải tính toán: q tt x  g cp g env m /  g   5.42 7.5 1.1 14.21     daN m/ 

* Xác định tải trọng q y (hoạt tải gió):

- Áp lực gió phân bố:W W 0  k c 83 0.9904 0.8 65.76    daN m/ 2 

W Áp lực gió tiêu chuẩn phân, phụ thuộc vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình.Công trình xây dựng ở vùng gió IIA nên W 0 83 daN m/ 2 

(Bảng 4 TCVN 2737:1995) : k Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió khi lên cao, phụ thuộc vào dạng địa hình nơi xây dựng công trình và chiều cao công trình.Với H   z 9.6   m ta được k  0.9904 (Bảng 5 TCVN 2737:1995).

: c Hệ số khí động của gió.Khi gió thổi theo phương ngang nhà, đối với mặt phẳng thẳng đứng thì  c  0.8 đối với gió đẩy,  c  0.6  đối với gió hút.Lấy c  0.8để tính toán cho an toàn khi gió đổi chiều.

- Tải trọng gió tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ cột: q tc y W a cp 65.76 1.5 98.64   daN m/ 

- Tải trọng gió tính toán phân bố trên xà gồ cột: q tt y q tc y  w 98.64 1.2 118.37   daN m/ 

 w : Hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy  w 1.2

2.7.3.3.Xác định nội lực trong xà gồ cột.

Sơ đồ tính xà gồ cột là dầm tĩnh định chịu tải trọng phân bố đều q.

Hình 2.16.Sơ đồ tính toán nội lực của xà gồ cột.

- Momen uốn lớn nhất của xà gồ theo phương x (do tải trọng qy gây ra):

- Momen uốn lớn nhất của xà gồ theo phương y (do tải trọng qx gây ra):

2.7.3.4.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp.

- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ cột theo công thức sau:

- Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của tiết diện xà gồ:

Xét tỷ số: max 2096.53 3136.4 67% cb f c

Tận dụng được 67% sự làm việc của tiết diện.

 Tiết diện xà gồ 200Z20 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

2.7.3.5.Kiểm tra độ võng xà gồ.

Xà gồ chịu uốn theo hai phương, nên kiểm tra độ võng xà gồ như sau:

- Độ võng của xà gồ: cp      2 x 2 y 1.812 2 1.938 2 2.653  cm 

- Kiểm tra độ xà gồ với độ võng cho phép: 2.653     600 3  

 Tận dụng được 87% sự làm việc của tiết diện.

 Tiết diện xà gồ 200Z20 thỏa điều kiện độ võng cho phép.

2.7.3.6.Tính toán tải trọng xà gồ cột quy đổi.

Sau khi thiết kế được loại tiết diện dùng cho xà gồ cột, ta xác định tải trọng quy đổi xà gồ cột nhằm mục đích phục vụ cho việc xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang.

Tải trọng quy đổi xà gồ cột (tải phân bố đều trên mét vuông) được xác định như sau:

6 9.6 cp cp cp cp c m n L g daN m

Trong đó: cp : m Trọng lượng của xà gồ cột 200Z20 trên mét dài, m cp 5.42  daN m / 

. cp : n Số lượng xà gồ cột trên một khung ngang,

L B Lần lượt là chiều dài của xà gồ và khoảng cách các khung ngang, L cp  B 6   m c :

H Chiều cao cột của công trình, H c 9.6   m

Thiết kế xà gồ mái công trình

2.8.1.Tổng quan về xà gồ mái

- Vai trò: Liên kết các nút khung với nhau tạo thành hệ kết cấu không gian công trình, đỡ kết cấu bao che và truyền tải trọng ngoài lên khung ngang.

- Bố trí xà gồ: Khoảng cách xà gồ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên xà gồ (vật liệu bao che, hệ thống MEP, trần treo, hệ thống cách nhiệt,…) và khoảng cách khung ngang.Ngoài ra khoảng cách xà gồ cũng được chọn dựa trên nhịp nhà.Khi tính toán thiết kế xà gồ, ban đầu giả thiết sơ bộ khoảng cách xà gồ phù hợp, sau đó tiến hành tính toán và kiểm tra.Với xà gồ thép cán nguội Z và C, khoảng cách các xà gồ thường bé hơn 2m (thông thường chọn 1.5m).

2.8.Thiết kế xà gồ mái công trình.

Hiện nay xà gồ dùng cho kết cấu nhà công nghiệp thường dùng hai loại chính bao gồm:

+ Xà gồ thép cán nguội (tiết diện chữ C, Z): Dùng cho nhịp nhà nhỏ và vừa (nhà công nghiệp).

+ Xà gồ thép cán nóng (tiết diện C): Dùng cho nhà nhịp lớn (nhà vượt nhịp lớn).

 Trong tính toán Đồ án, công trình có nhịp vừa nên sẽ dùng xà gồ thép cán nguội chữ Z.

2.8.2.Sơ đồ tính toán xà gồ mái

Xà gồ mái là cấu kiện chịu uốn hai phương (theo phương x và phương y).Xà gồ mái thông thường được tính theo sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) hoặc theo sơ đồ dầm liên tục (nhiều nhịp), phụ thuộc vào cách cấu tạo tại nút liên kết giữa xà gồ với cột.

 Trong Đồ án, hệ xà gồ mái có độ cứng theo phương trong mặt phẳng khi chịu uốn nên có thêm các ty giằng xà gồ, vì vậy sơ đồ tính xà gồ là dầm liên tục.Tuy nhiên, sinh viên tính toán xà gồ mái thiên về đơn giản và an toàn nên tính theo sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) cho cả hai phương, chịu tải trọng phân bố đều.

Hình 2.17.Minh họa bố trí hệ xà gồ mái trong công trình.

2.8.3.Tính toán thiết kế xà gồ mái

2.8.3.1.Thông số kích thước, đặc trưng hình học và vật liệu của xà gồ.

- Chiều dài nhịp tính toán của xà gồ: L rp 6   m

- Chọn sơ bộ khoảng cách xà gồ trên mặt bằng: a rp 1.5   m

- Độ dốc mái công trình: i  10%  Góc nghiêng của mái  5.71 

- Khoảng cách xà gồ trên mặt phẳng nghiêng:

* Thông số đặc trưng hình học:

Bài toán thiết kế xà gồ mái là bài toán lặp, ban đầu chọn tiết diện xà gồ, sau đó tiến hành tính toán tải trọng và xác định nội lực trong xà gồ, kiểm tra điều kiện bền và võng.Nếu tiết diện thỏa thì chọn, trường hợp không thỏa thì tiến hành lặp lại cho đến khi chọn được tiết diện xà gồ thích hợp.

Chọn tiết diện xà gồ: Xà gồ thép cán nguội tiết diện chữ Z (200Z15).

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x: I x 308.3  cm 4 

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục y-y: I y 42.49  cm 4 

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục x-x: W x 30.83  cm 3 

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục y-y: W y 5.98  cm 3 

- Trọng lượng bản thân xà gồ trên mét dài: m cp 4.06  daN m / 

Hình 2.18.Tiết diện xà gồ cột chữ Z thép cán nguội.

* Thông số đặc trưng vật liệu xà gồ:

- Cường độ giới hạn dẻo của thép làm xà gồ: f y 3450  daN cm / 2 

- Hệ số tin cậy về cường độ của thép làm xà gồ:  M 1.1

- Cường độ tính toán của thép làm xà gồ: f f y /1.1 3450 /1.1 3136.4   daN cm/ 2 

- Hệ số điều kiện làm việc của thép làm xà gồ:  c 1.

- Modul đàn hồi của thép làm xà gồ: E  21 10  5  daN cm / 2 

2.8.3.2.Xác định tải trọng tác dụng lên xà gồ mái.

Xà gồ mái chịu tải trọng tĩnh tải (TLBT xà gồ và lớp bao che) và hoạt tải (tải trọng gió, hoạt tải mái).

Tải trọng tác dụng lên xà gồ mái bao gồm: Tải trọng phân bố theo phương x   q x và y   q y

Tải trọng   q x gây ra momen uốn M y và tải trọng   q y gây ra momen uốn M x

* Xác định tải trọng tĩnh tải (TLBT)

Giá trị tĩnh tải tác dụng lên xà gồ mái được xác định như sau:

- Trọng lượng bản thân xà gồ mái: g rp 4.06  daN m / 

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét vuông): g env 5  daN m / 2 

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét dài): g env m / g env a rpl  5 1.51 7.54  daN m/ 

* Xác định hoạt tải gió

- Áp lực gió phân bố:W W 0  k c 83 0.9904   0.5 41.10 daN m/ 2 

W Áp lực gió tiêu chuẩn phân, phụ thuộc vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình.Công trình xây dựng ở vùng gió IIA nên W 0 83 daN m/ 2 

(Bảng 4 TCVN 2737:1995) : k Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió khi lên cao, phụ thuộc vào dạng địa hình nơi xây dựng công trình và chiều cao công trình.Với H   z 9.6   m ta được k  0.9904 (Bảng 5 TCVN 2737:1995).

: c Hệ số khí động của gió.Hệ số c được xác định theo chỉ dẫn của sơ đồ 8 trong Bảng 6 TCVN 2737:1995.

Hình 2.19.Sơ đồ tra hệ số khí động c khi tính tải trọng gió theo sơ đồ 8.

Công trình có độ nghiêng mái  5.71  , tỷ số H L 1 / 9600 / 33000 0.291 ta tra được các hệ số khí động khi tính gió tác dụng lên mái như sau:

1 0.29, 2 0.4, 1 0.29, 0.5 e e e e c  c  c  c   Chọn hệ số khí động lớn nhất c  0.5

(Giá trị âm và dương trước hệ số chỉ dùng để ký hiệu hướng gió hướng ra và hướng vào).

- Tải trọng gió tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ: q tc w W a cp 41.10 1.51 61.96  daN m / 

- Tải trọng gió tính toán phân bố trên xà gồ: q w tt q tc w  w 61.96 1.2 74.35  daN m / .

 w : Hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy  w 1.2

* Xác định hoạt tải mái:

Hoạt tải tác dụng lên mái công trình lấy theo chỉ dẫn trong TCVN 2737:1995.Theo Bảng 3 của tiêu chuẩn, đối với mái bằng không sử dụng (mái tôn không có người đi lại, chỉ có người đi lại sửa chữa, chưa kể các thiết bị điện nước, thông hơi nếu có) thì tải trọng tiêu chuẩn là

- Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ:p tc 30a rp 30 1.5 45   daN m / 

- Giá trị hoạt tải tính toán phân bố trên xà gồ: p tt p tc n p 45 1.3 58.5   daN m/ .

Trong đó: p : n Là hệ số tin cậy đối với hoạt tải.Theo TCVN 2737:1995, nếu trường hợp giá trị hoạt tải tiêu chuẩn có giá trị bé hơn 200  daN m /  thì lấy n p 1.3

2.8.3.3.Xác định nội lực và kiểm tra cho xà gồ mái với trường hợp 1.

Trường hợp 1: Tĩnh tải + Hoạt tải mái. a.Xác định nội lực

Sơ đồ tính xà gồ mái là dầm tĩnh định chịu tải trọng phân bố đều q.

Hình 2.20.Sơ đồ tính toán nội lực của xà gồ mái.

Với tổ hợp tĩnh tải và hoạt tải mái, tổng tải trọng q tác dụng lên xà gồ (q hướng theo trọng trường) được xác định như sau:

- Giá trị tải tiêu chuẩn: q tc   g rp  g env m /   p tc   4.06 7.54    45 56.60   daN m / 

- Giá trị tải tính toán:q tt  g rp g env m /  g p tt   4.06 7.54 1.1 58.5 71.26      daN m/  Xác định tải phân bố tác dụng theo phương x và phương y:

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương x:q x tc q tc sin 56.60 sin 5.71   5.63  daN m/ 

- Giá trị tải tính toán theo phương x: q tt x q tt sin 71.26 sin 5.71    7.09 daN m/ .

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương y:q tc y q tc cos 56.60 cos 5.71    56.32  daN m/ 

- Giá trị tải tính toán theo phương y: q tt y q tt cos 71.26 cos 5.71    70.90 daN m/ . Xác định giá trị nội lực trong xà gồ mái:

. b.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp

- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ mái theo công thức sau:

Xét tỷ số: max 1568.5 3136.4 50% rb f c

 Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp. c.Kiểm tra độ võng xà gồ

- Độ võng của xà gồ: rp      2 x 2 y 1.065 2 1.468 2 1.814  cm 

 Tận dụng được 60% sự làm việc của tiết diện.

2.8.3.4.Xác định nội lực và kiểm tra cho xà gồ mái với trường hợp 2.

Trường hợp 2: Tĩnh tãi + Hoạt tải gió. a.Xác định nội lực

Với tổ hợp tĩnh tải và hoạt tải gió, tổng tải trọng q tác dụng lên xà gồ (q hướng theo trọng trường) được xác định như sau:

- Giá trị tải tiêu chuẩn:q tc g rp g env m / 4.06 7.54 11.60   daN m/ .

- Giá trị tải tính toán:q tt  g rp g env m /  g 4.06 7.54 1.1 12.76    daN m/ 

. Xác định tải phân bố tác dụng theo phương x và phương y:

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương x:q x tc q tc sin 11.60 sin 5.71   1.15  daN m/ 

- Giá trị tải tính toán theo phương x: q tt x q tt sin 12.76 sin 5.71    1.27 daN m/ .

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương y:

      cos 11.60 cos 5.71 61.96 50.42 / tc tc tc y w q q   q       daN m

- Giá trị tải tính toán theo phương y:

      cos 12.76 cos 5.71 74.35 61.66 / tt tt tt y w q q  q       daN m

Xác định giá trị nội lực trong xà gồ mái:

. b.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp

- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ mái theo công thức sau:

Xét tỷ số: max 1568.5 3136.4 50% rb f c

 Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp. c.Kiểm tra độ võng xà gồ

- Độ võng của xà gồ: rp      2 x 2 y 1.065 2 1.468 2 1.814  cm 

2.8.3.5.Tính toán tải trọng xà gồ mái quy đổi.

Sau khi thiết kế được loại tiết diện dùng cho xà gồ mái, ta xác định tải trọng quy đổi xà gồ mái nhằm mục đích phục vụ cho việc xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang.

Tải trọng quy đổi xà gồ mái (tải phân bố đều trên mét vuông) được xác định như sau:

6 33 rp rp rp rp m n L g daN m

Trong đó: rp : m Trọng lượng của xà gồ mái 200Z15 trên mét dài, m rp 4.06  daN m / 

. rp : n Số lượng xà gồ mái trên một khung ngang,

L B Lần lượt là chiều dài của xà gồ và khoảng cách các khung ngang, L rp  B 6   m

L Kích thước nhịp khung ngang của công trình, L  33   m

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG

Xác định tĩnh tải tác dụng lên khung ngang

3.1.Xác định tĩnh tải tác dụng lên khung ngang.

Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang bao gồm: Trọng lượng lớp bao che, TLBT hệ giằng mái và cột, TLBT xà gồ mái và cột, TLBT dầm cầu trục.

Hình 3.1.Sơ đồ tính tĩnh tải tác dụng lên khung ngang.

* Xác định tải trọng phân bố đều trên xà ngang   q rg

- Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn tác dụng lên xà mái được xác định theo công thức sau:

   5 1.657 2.830  6 56.92  /  tc rg env rb rp q  g g g  B     daN m

- Tải trọng phân bố đều tính toán tác dụng lên xà mái được xác định theo công thức sau:

  56.92 1.1 62.61 / . tt tc rg env rb rp rg g q  g g g  B q     daN m

Trong đó: env : g Trọng lượng lớp bao che trên mái, lấy g env 5  daN m / 2 

. rb : g Trọng lượng bản thân giằng mái quy đổi, g rb 1.657  daN m / 2 

(được tính toán ở phần thiết kế hệ giằng mái). rp : g Trọng lượng bản thân xà gồ mái quy đổi, g rb 2.830  daN m / 2 

(được tính toán ở phần thiết kế xà gồ mái).

B Khoảng cách giữa các khung ngang (bước khung), B  6   m

* Xác định tải trọng tập trung đặt tại đỉnh cột   q cg

Tải trọng bao che, xà gồ cột và hệ giằng cột sẽ truyền tải phân bố đều dọc trục của cột.Ta quy đổi lực đó về lực tập trung đặt tại đỉnh cột, giá trị lực tập trung được xác định như sau:

  5 1.638 4.517 6 9.6 642.50 . tc cg env cb cp q  g g g  B H       daN

  642.50 1.1 706.75   tt tc cg env cb cp g cg g q  g g g   B H  q     daN

Trong đó: cb : g Trọng lượng bản thân giằng cột quy đổi, g cb 1.638  daN m / 2 

(được tính toán ở phần thiết kế hệ giằng cột). cp : g Trọng lượng bản thân xà gồ cột quy đổi, g cb 4.517  daN m / 2 

(được tính toán ở phần thiết kế xà gồ cột).

* Xác định tải trọng tập trung do TLBT dầm cầu trục  q cb  :

- Các thông số chọn sơ bộ của dầm cầu trục (tiết diện chữ I tổ hợp) được xác định như sau: + Chiều cao tiết diện dầm: h  650  mm  (Được xác định sơ bộ ở Chương 2).

+ Chiều rộng tiết diện dầm:b f 350  mm 

(Lấy bằng chiều rộng tiết diện cột).

+ Chiều dày bản cánh dầm:t f 12  mm 

(Lấy bằng chiều dày bản cánh tiết diện cột).

+ Chiều dày bản bụng dầm:t w 8  mm 

(Lấy bằng chiều dày bản bụng tiết diện cột).

+ Diện tích mặt cắt ngang của tiết diện:

+ Trọng lượng bản thân dầm cầu trục:

( s :Trọng lượng riêng của thép).

+ Trọng lượng bản thân ray được lấy giả thiết là g r 10  daN m / 

- Tổng tải trọng tập trung tiêu chuẩn: q tc cb  g cb g r  B  105.25 10  6 691.52  daN 

- Tổng tải trọng tập trung tính toán: q cb tt q cb tc  g 691.52 1.1 760.67   daN .

Xác định hoạt tải tác dụng lên khung ngang

Hình 3.2.Sơ đồ tính hoạt tải tác dụng lên khung ngang.

Giá trị hoạt tải tác dụng lên mái được lấy theo TCVN 2737:1995.Tra Bảng 3 của TCVN 2737:1995, đối với mái bằng không sử dụng (mái tôn không có người đi lại, chỉ có người đi lại sửa chữa, chưa kể các thiết bị điện nước, thông hơi nếu có) thì giá trị hoạt tải tiêu chuẩn toàn p tc  30  daN m / 2 

- Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn phân bố lên khung ngang được xác định như sau:

- Giá trị hoạt tải tính toán phân bố lên khung ngang được xác định như sau:

Trong đó: Giá trị hệ số tin cậy hoạt tải  p được xác định theo điều 4.3.3 của TCVN

2737:1995 (Đối với giá trị p tc  30  daN m / 2   200  daN m / 2  thì lấy   p 1.3).

Xác định tải trọng gió tác dụng lên khung ngang

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên khung ngang công trình được xác định như sau:

- Giá trị tải trọng tiêu chuẩn:q w tc W 0   k c B.

- Giá trị tải trọng tính toán: q tt w W 0   k c  w B.

3.2.Xác định hoạt tải tác dụng lên khung ngang.

3.3.Xác định tải trọng gió tác dụng lên khung ngang.

W Áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào địa điểm xây dựng công trình và vùng gió.Đối với công trình thuộc vùng gió IIA, tra Bảng 4 của TCVN 2737:1995 xác định W 0 83 daN m/ 2 

: k Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió thay đổi theo độ cao, phụ thuộc chiều cao và dạng địa hình nơi xây dựng công trình.Trong đồ án, sinh viên chọn dạng địa hình B (Địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không quá 10m).Chiều cao từ cột tính từ sàn hoàn thiện đến nóc gió  H 110.6m 

.Tra Bảng 5 của TCVN 2737:1995 xác định k  1.01 : c Hệ số khí động.Tra theo Bảng 6 của TCVN 2737:1995 (Sơ đồ 2 và 8), phụ thuộc vào chiều cao, chiều rộng và độ dốc mái công trình. w :

 Hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy  w 1.2

Hình 3.3.Sơ đồ 8 tra hệ số khí động theo TCVN 2737:1995.

Dựa vào kích thước đứng của công trình, với chiều cao cột H 2 9.6  m , khoảng từ sàn hoàn thiện đến nóc gió H 1 10.6  m

, chiều dài nhịp L  33   m và góc nghiêng của mái  5.17  xác định được các hệ số khí động như sau:

Hình 3.4.Hệ số khí động tải trọng gió trái của công trình.

Hình 3.5.Sơ đồ tải trọng gió trái tác dụng lên khung ngang.

Hình 3.6 Hệ số khí động tải trọng gió phải của công trình.

Hình 3.7 Sơ đồ tải trọng gió phải tác dụng lên khung ngang

Giá trị tải trọng gió trái và gió phải tác dụng lên khung ngang công trình được trình bày trong Bảng 3.1.

Bảng 3.1.Tổng hợp giá trị tải trọng gió phân bố lên khung ngang công trình.

STT Hệ số khí động Giá trị tiêu chuẩn Giá trị tính toán

Ký hiệu Giá trị Ký hiệu Giá trị (daN/m) Ký hiệu Giá trị (daN/m)

Xác định áp lực đứng cầu trục tác dụng lên khung ngang

Áp lực đứng cầu trục tác dụng lên khung ngang được xác định theo công thức sau:

- Giá trị áp lực đứng tiêu chuẩn: D max,min tc  n c  P max,min   y i

- Giá trị áp lực đứng tính toán: D max,min tt  D   n c P max,min  y i

Trong đó: c : n Hệ số kể đến sự làm việc của hai cầu trục.Đối với công trình có chế độ làm việc nhẹ và trung bình, lấy n c 0.85 max,min

P : Giá trị áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất và bé nhất ở mỗi bánh xe của cầu trục (Giá trị được cho trong đề bài tùy theo loại cầu trục).Theo đề bài P max 13.4  T P, min 5.23  T :

 D Hệ số tin cậy (hệ số vượt tải) của áp lực đứng cầu trục   D  1.1 . i : y Tung độ của đường ảnh hưởng áp lực vai tại vị trí thứ i.

Hình 3.8.Sơ đồ đường ảnh hưởng áp lực đứng vai cột.

Các giá trị tung độ đường ảnh hưởng được xác định theo quy tắc nội suy đường thẳng sẽ được công thức tính toán như sau:

3.4.Xác định áp lực đứng cầu trục tác dụng lên khung ngang

 Tổng giá trị tung độ đường ảnh hưởng: y i  1 0.3 0.862 0.162 2.32  

* Giá trị áp lực đứng tiêu chuẩn:

* Giá trị áp lực đứng tính toán:

Hình 3.9.Sơ đồ áp lực đứng cầu trục tác dụng lên vai cột của khung ngang.

Xác định áp lực ngang cầu trục tác dụng lên khung ngang

Áp lực ngang cầu trục tác dụng lên khung ngang được xác định theo công thức sau:

- Giá trị áp lực ngang tiêu chuẩn: T tc  n T c  1  y i 0.85 4.325 2.32 8.542    kN 

- Giá trị áp lực ngang tính toán: T tt  T    n T c 1  y i 1.1 0.85 4.325 2.32 9.396     kN 

3.5.Xác định áp lực ngang cầu trục tác dụng lên khung ngang.

Trong đó: c : n Hệ số kể đến sự làm việc của hai cầu trục.Đối với công trình có chế độ làm việc nhẹ và trung bình, lấy n c 0.85

 T Hệ số tin cậy (hệ số vượt tải) của áp lực ngang cầu trục   T  1.1 .

T Giá trị áp lực ngang tiêu chuẩn trên một bánh xe cầu trục, được tính toán theo công thức:

Hình 3.10.Sơ đồ áp lực đứng cầu trục tác dụng lên vai cột của khung ngang.

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

Lựa chọn sơ đồ tính

Trong phạm vi đồ án, để tăng tính an toàn và đơn giản trong tính toán sinh viên lựa chọn mô hình bài toán khung phẳng (lựa chọn khung giữa) trong phần mềm Etabs để xác định nội lực trong khung ngang

Sơ đồ tính mô hình trong phần mềm được xác định như sau:

- Nhịp tính toán được xác định từ tim cột đến tim cột (trọng tâm hai cột).

- Chiều cao cột lấy bằng khoảng cách từ mặt móng đến trọng tâm dầm mái có tiết diện không đổi.

- Do công trình chịu tải trọng động của cầu trục nên chọn liên kết giữa cột và móng là ngàm (tuy cấu tạo phức tạp nhưng sẽ làm phân phối momen từ đỉnh cột về chân cột).

4.1.Lựa chọn sơ đồ tính.

Hình 4.1.Sơ đồ tính khung ngang.

Mô hình khung ngang trong phần mềm Etabs 17

Hiện nay để giải quyết bài toán phân tích kết cấu thì có nhiều phần mềm như SAP 2000, Robot Structural Analysis, Etabs,…Trong Đồ án sinh viên chọn phân tích nội lực và chuyển vị của khung ngang bằng phần mềm Etabs 17.Các bước cơ bản để mô hình bài toán được trình bày như sau:

- Khai báo mô hình, thiết lập hệ lưới trục và thiết lập hệ đơn vị trong phần mềm.

- Khai báo vật liệu thép nhằm xác định TLBT (loại thép, trọng lượng riêng, hệ số Possion).

- Khai báo tiết diện thép chữ I tổ hợp hàn (tiết diện cột, đầu dầm, đỉnh dầm, vai cột, nóc gió).

- Khai báo các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung ngang (tĩnh tải, hoạt tải toàn phần, hoạt tải nửa trái, hoạt tải nửa phải, gió trái, gió phải, áp lực đứng lớn nhất bên trái, áp lực đứng lớn nhất bên phải, áp lực ngang bên trái, áp lực ngang bên phải).Không khai báo tổ hợp tải trọng trong phần mềm (sinh viên xuất kết quả nội lực và tổ hợp trong Excel).

- Vẽ mô hình và gán các trường hợp liên kết nối đất.

- Gán các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung ngang.

- Kiểm tra lại mô hình, đánh lại tên cho cấu kiện và lựa chọn mô hình phân tích nội lực.

- Chạy nội lực và kiểm tra các điều kiện chuyển vị (đỉnh, ngang).Nếu thỏa điều kiện xem kết quả nội lực và xuất kết quả sang Excel tổ hợp nội lực, còn chưa thỏa tiếp tục điều chỉnh tiết diện đến khi thỏa.

4.2.Mô hình khung ngang trong phần mềm Etabs 17.

Hình 4.2.Mô hình khung ngang (khung phẳng) trong phần mềm Etabs.

Dưới đây là các trường hợp gán tải lên khung ngang:

Hình 4.3.Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung ngang (TT).

Hình 4.4.Sơ đồ hoạt tải mái toàn phần tác dụng lên khung ngang (HT)

Hình 4.5.Sơ đồ hoạt tải mái nửa trái tác dụng lên khung ngang (HT1).

Hình 4.6.Sơ đồ hoạt tải mái nửa phải tác dụng lên khung ngang (HT2).

Hình 4.7.Sơ đồ gió trái tác dụng lên khung ngang (GT).

Hình 4.8.Sơ đồ gió phải tác dụng lên khung ngang (GP).

Hình 4.9.Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất bên trái tác dụng lên khung ngang (D maxtr ).

Hình 4.10.Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất bên phải tác dụng lên khung ngang (D maxph ).

Hình 4.11.Sơ đồ áp lực ngang lớn nhất bên trái tác dụng lên khung ngang (T maxtr ).

Hình 4.12.Sơ đồ áp lực ngang lớn nhất bên phải tác dụng lên khung ngang (T maxph ).

Lựa chọn nội lực khung ngang

4.3.1.Lựa chọn nội lực dầm mái (xà ngang)

Khi mô hình phân tích khung ngang trong phần mềm phân tích kết cấu, ta có thể xem nội lực cấu kiện tại bất kỳ tiết diện nào.Tuy nhiên dựa vào biểu đồ momen của khung ngang ta chỉ cần xác định nội lực ở những tiết diện nguy hiểm để kiểm tra.Đối với dầm mái (xà ngang) ta chỉ cần xác định nội lực ở 3 tiết diện: Đầu dầm (ĐD), giữa dầm (GD), cuối dầm (CD).

4.3.Lựa chọn nội lực khung ngang.

Hình 4.13.Vị trí các tiết diện cần xác định nội lực của dầm mái.

Hình 4.14.Biểu đồ momen dầm mái.

- Đầu dầm (ĐD): Tại vị trí dầm mái liên kết với đỉnh cột.

- Giữa dầm (GD): Tại vị trí kết thúc đoạn dầm thay đổi tiết diện và bắt đầu đoạn không đổi.

- Cuối dầm (CD): Tại vị trí kết thúc đoạn dầm không đổi tiết diện (đỉnh dầm).

Sau khi chạy kết quả nội lực giá trị nội lực của dầm mái tại từng vị trí tiết diện ứng với các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung được trình bày trong Bảng 4.1.

Bảng 4.1.Nội lực của dầm mái với từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung ngang.

Loại tải trọng (Đơn vị: kN.m)

TT HT HT1 HT2 GT GP D maxtr D maxph T maxtr T maxph ĐD M -142.53 -186.98 -116.45 -70.52 221.47 179.61 41.12 -6.18 -38.20 25.30

- TT: Tĩnh tãi - GP: Gió phải

- HT: Hoạt tải mái toàn phần - Dmaxtr: Áp lực đứng lớn nhất bên trái.

- HT1: Hoạt tải mái nửa trái - Dmaxph: Áp lực đứng lớn nhất bên phải.

- HT2: Hoạt tải mái nửa phải - Tmaxtr: Áp lực ngang lớn nhất bên trái.

- GT: Gió trái - Tmaxph: Áp lực ngang lớn nhất bên phải.

4.3.1.Lựa chọn nội lực cột

Khi mô hình phân tích khung ngang trong phần mềm phân tích kết cấu, ta có thể xem nội lực cấu kiện tại bất kỳ tiết diện nào.Tuy nhiên dựa vào biểu đồ momen của khung ngang ta chỉ cần xác định nội lực ở những tiết diện nguy hiểm để kiểm tra.Đối với cột ta chỉ cần xác định nội lực ở 4 tiết diện: Chân cột (CC), vai cột dưới (VC -) , vai cột trên (VC + ), đỉnh cột (ĐC).

Hình 4.15.Vị trí tiết diện xác định nội lực trong cột và biểu đồ momen cột.

- Chân cột (CC): Tại vị trí chân cột (chỗ liên kết ngàm).

- Vai cột dưới (VC - ): Tại vị trí phía dưới của vai cột.

- Vai cột trên (VC + ): Tại vị trí phía trên của vai cột.

- Đỉnh cột (ĐC): Tại vị trí đỉnh của cột liên kết với dầm mái.

Sau khi chạy kết quả, giá trị nội lực cột tại từng vị trí tiết diện ứng với từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung được trình bày trong Bảng

Bảng 4.2.Nội lực của cột với từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung ngang.

Loại tải trọng (Đơn vị: kN.m)

TT HT HT1 HT2 GT GP D maxtr D maxph T maxtr T maxph

- TT: Tĩnh tãi - GP: Gió phải

- HT: Hoạt tải mái toàn phần - Dmaxtr: Áp lực đứng lớn nhất bên trái.

- HT1: Hoạt tải mái nửa trái - Dmaxph: Áp lực đứng lớn nhất bên phải.

- HT2: Hoạt tải mái nửa phải - Tmaxtr: Áp lực ngang lớn nhất bên trái.

- GT: Gió trái - Tmaxph: Áp lực ngang lớn nhất bên phải.

Tổ hợp nội lực khung ngang

4.4.1.Thiết lập các trường hợp tổ hợp

- Tải trọng tác dụng lên khung ngang gồm nhiều trường hợp tải trọng khác nhau (10 trường hợp tải), tương ứng với mỗi trường hợp tải trọng sẽ gây ra nội lực trong khung ngang.Vì vậy cần tổ hợp nội lực của các trường hợp tải khác nhau để nhằm mục đích xác định trường hợp tổ hợp gây bất lợi nhất cho kết cấu để tính toán sao cho thỏa các điều kiện yêu cầu.

- Theo TCVN 2737:1995 tổ hợp tải trọng sẽ bao gồm tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt.Trong

4.4.Tổ hợp nội lực khung ngang. phạm vi Đồ án không có các loại tải trọng đặc biệt (động đất, cháy nổ) nên chỉ xét đến tổ hợp cơ bản.Tương tự tổ hợp nội lực cũng chỉ xét đến tổ hợp cơ bản, có hai trường hợp tổ hợp cơ bản:

+ Tổ hợp cơ bản 1: Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) + Một tải trọng tạm thời (hoạt tải, gió,

…).Đối với trường hợp này hệ số tổ hợp của tải trọng tạm thời là  1.

+ Tổ hợp cơ bản 2: Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) + Hai tải trọng tạm thời trở lên.Đối với trường hợp này hệ số tổ hợp của tải trọng tạm thời là  0.9.

Bảng 4.3.Các trường hợp tổ hợp nội lực khung ngang.

Ký hiệu Thành phần Ký hiệu Thành phần

TH1 TT + HT TH6 TT + D maxtr

TH2 TT + HT1 TH7 TT + D maxph

TH3 TT + HT2 TH8 TT + T maxtr + D maxtr

TH4 TT + GT TH9 TT + T maxph + D maxph

TH10 TT + 0.9(HT +GT) TH35 TT + 0.9(GP + T maxph + D maxph ) TH11 TT + 0.9(HT +GP) TH36 TT + 0.9(HT + GT +D maxtr ) TH12 TT + 0.9(HT + D maxtr ) TH37 TT + 0.9(HT + GT + D maxph ) TH13 TT + 0.9(HT + D maxph ) TH38 TT + 0.9(HT+GT+D maxtr +T maxtr ) TH14 TT + 0.9(HT+T maxtr +D maxtr ) TH39 TT+0.9(HT+GT+D maxph +T maxph ) TH15 TT + 0.9(HT+T maxph +D maxph ) TH40 TT +0.9(HT+GP+D maxtr )

TH16 TT + 0.9(HT1 + GT) TH41 TT+0.9(HT+GP+D maxph )

TH17 TT + 0.9(HT1 + GP) TH42 TT +0.9(HT+GP+D maxtr +T maxtr ) TH18 TT + 0.9(HT1 + D maxtr ) TH43 TT+0.9(HT+GP+D maxph +T maxph ) TH19 TT + 0.9(HT1 + D maxph ) TH44 TT+T maxtr +D maxph

TH20 TT + 0.9(HT1+T maxtr +D maxtr ) TH45 TT+T maxph +D maxtr

TH21 TT + 0.9(HT1+T maxph +D maxph ) TH46 TT+0.9(HT+T maxtr +D maxph )

TH22 TT + 0.9(HT2 + GT) TH47 TT+0.9(HT+T maxph +D maxtr )

TH23 TT + 0.9(HT2 + GP) TH48 TT + 0.9(HT1+T maxtr +D maxph )TH24 TT + 0.9(HT2 + D maxtr ) TH49 TT + 0.9(HT1+T maxph +D maxtr )TH25 TT + 0.9(HT2 + D maxph ) TH50 TT + 0.9(HT2+T maxtr +D maxph )TH26 TT + 0.9(HT2+T maxtr +D maxtr ) TH51 TT + 0.9(HT2+T maxph +D maxtr )TH27 TT + 0.9(HT2+T maxph +D maxph ) TH52 TT + 0.9(GT + T maxtr + D maxph )TH28 TT + 0.9(GT + D maxtr ) TH53 TT + 0.9(GT+ T maxph + D maxtr )TH29 TT + 0.9(GT + D maxph ) TH54 TT + 0.9(GP + T maxtr + D maxph )TH30 TT + 0.9(GT + T maxtr + D maxtr ) TH55 TT + 0.9(GP + T maxph + D maxtr )TH31 TT + 0.9(GT+ T maxph + D maxph ) TH56 TT + 0.9(HT+GT+D maxtr +T maxph )TH32 TT + 0.9(GP + D maxtr ) TH57 TT +0.9(HT+GT+D maxph +T maxtr )

Ký hiệu Thành phần Ký hiệu Thành phần

TH33 TT + 0.9(GP + D maxph ) TH58 TT +0.9(HT+GP+D maxtr +T maxph ) TH34 TT + 0.9(GP + T maxtr + D maxtr ) TH59 TT+0.9(HT+GP+D maxph +T maxtr )

4.4.2.Tổ hợp nội lực dầm mái Đối với dầm mái tại mỗi vị trí tiết diện ta cần xác định 3 trường hợp tổ hợp sau đây để tiến hành thiết kế, kiểm tra dầm:

- Tổ hợp có momen mang dấu dương lớn nhất M max và V N tu , tu

- Tổ hợp có momen mang dấu âm lớn nhất M min và V N tu , tu

- Tổ hợp có lực dọc lớn nhất N max và M V tu , tu

Bảng 4.4.Lựa chọn tổ hợp nội lực dầm mái tại các vị trí tiết diện.

Tiết diện Nội lực Tổ hợp

M min , N tu , V tu Tổ hợp N max , M tu , V tu ĐD

M Giá trị momen mang dấu dương lớn nhất. min:

M Giá trị momen mang dấu âm lớn nhất.

N max: Giá trị lực dọc lớn nhất (thường mang giá trị âm vì lực dọc làm cột bị nén). tu :

V Giá trị lực cắt tương ứng và N tu :Giá trị lực dọc tương ứng.

* Tại vị trí tiết diện đầu dầm (ĐD):

- Tổ hợp M max ,N V tu , tu : Tổ hợp 53 TT + 0.9(GT+ Tmaxph + Dmaxtr).

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 46 TT+0.9(HT+Tmaxtr+Dmaxph).

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 46 TT+0.9(HT+Tmaxtr+Dmaxph).

* Tại vị trí tiết diện giữa dầm (GD):

- Tổ hợp M max ,N V tu , tu : Tổ hợp 53 TT + 0.9(GT+ Tmaxph + Dmaxtr).

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 46 TT+0.9(HT+Tmaxtr+Dmaxph).

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 13 TT + 0.9(HT + Dmaxph).

* Tại vị trí tiết diện cuối dầm (CD):

- Tổ hợp M max ,N V tu , tu : Tổ hợp 1 TT + HT.

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 32 TT + 0.9(GP + Dmaxtr).

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 13 TT + 0.9(HT + Dmaxph).

4.4.3.Tổ hợp nội lực cột

Bảng 4.5.Lựa chọn tổ hợp nội lực cột tại các vị trí tiết diện.

M min ,N tu ,V tu Tổ hợp N max ,M tu ,V tu

Chú thích: Các thông số ký hiệu giống như Bảng 4.4.

* Tại vị trí tiết diện chân cột (CC):

- Tổ hợp M max ,N V tu , tu : Tổ hợp 4 TT + GT.

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 59 TT+0.9(HT+GP+Dmaxph+Tmaxtr).

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 14 TT + 0.9(HT+Tmaxtr+Dmaxtr).

* Tại vị trí tiết diện vai cột dưới (VC - ):

- Tổ hợp M max ,N V tu , tu : Tổ hợp 14 TT + 0.9(HT+Tmaxtr+Dmaxtr).

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 4 TT + GT.

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 14 TT + 0.9(HT+Tmaxtr+Dmaxtr).

* Tại vị trí tiết diện vai cột trên (VC + ):

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 28 TT + 0.9(GT + Dmaxtr).

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 1 TT + HT.

* Tại vị trí tiết diện đỉnh cột (ĐC):

- Tổ hợp M min ,V N tu , tu : Tổ hợp 53 TT + 0.9(GT+ Tmaxph + Dmaxtr).

- Tổ hợp N max ,M V tu , tu : Tổ hợp 1 TT + HT.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM MÁI

Thông số tiết diện và vật liệu

Dầm mái là cấu kiện được làm từ thép tổ hợp hàn tiết diện chữ I có các thông số tiết diện như sau:

Hình 5.1.Thông số kích thước tiết diện dầm chữ I tổ hợp hàn.

- Chiều rộng phần nhô ra của bản cánh dầm: 0  

- Khoảng cách giữa hai trục bản cánh dầm:h fk  h t f 750 12 738   mm 

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x:

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục x-x: W x  h I / 2 x  139896 75 / 2  3730.55  cm 3 

- Momen tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x:

- Momen tĩnh của phần bản cánh dầm đối với trục x-x:

5.1.Thông số tiết diện và vật liệu.

Bảng 5.1.Tổng hợp thông số tiết diện và đặc trưng hình học đoạn dầm thay đổi tiết diện.

Thông số tiết diện Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Chiều cao tiết diện dầm: h 750 mm

Chiều cao tiết diện bụng dầm: h w 726 mm

Chiều rộng bản cánh tiết diện dầm: b f 350 mm

Chiều dày bản cánh tiết diện dầm: t f 12 mm

Chiều dày bản bụng tiết diện dầm: t w 8 mm

Chiều rộng phần nhô ra của bản bụng: b 0f 171 mm

Khoảng cách giữa hai trục bản cánh dầm: h fk 738 mm

Momen quán tính của tiết diện với trục x-x: I x 139896 cm 4

Momen kháng uốn của tiết diện với trục x-x: W x 3730.55 cm 3

Momen tĩnh đối với một phần hai tiết diện: S x 2076.88 cm 3

Momen tĩnh đối với phần bản cánh dầm: S c 1549.8 cm 3

Bảng 5.2.Tổng hợp thông số tiết diện và đặc trưng hình học đoạn dầm không đổi tiết diện.

Chiều rộng bản cánh dầm: b f 350 mm

Chiều dày bản cánh dầm: t f 12 mm

Chiều dày bản bụng dầm: t w 8 mm

Khoảng cách giữa hai trục bản cánh dầm h fk 438 mm

Momen quán tính của tiết diện với trục x-x: I x 45451.2 cm 4

Dầm mái được sử dụng từ thép cacbon CCT34 có các thông số vật liệu như sau:

- Cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của thép: f  2100  daN cm / 2 

- Cường độ tính toán chịu cắt của thép: f v 0.58 f 1218  daN cm / 2 

- Modul đàn hồi của thép: E  21 10  5  daN cm / 2 

- Hệ số điều kiện làm việc (tin cậy) của thép:  c 0.95.

Kiểm tra dầm mái theo trạng thái giới hạn thứ nhất

5.2.Kiểm tra dầm mái theo trạng thái giới hạn thứ nhất.

Dầm mái là cấu kiện chịu uốn là chủ yếu.Nội lực chính trong dầm là momen uốn M  và lực cắt  Q , trong tính toán kiểm tra bài toán dầm mái xem bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc   N vì dầm mái có độ mái bé nên thành phần lực dọc gây cắt là bé.Đối với cấu kiện dầm (cấu kiện chịu uốn) nên ta lấy tổ hợp có giá trị momen uốn lớn nhất để kiểm tra.

Kiểm tra điều kiện bền

5.2.1.Kiểm tra cho tiết diện đầu dầm.

Tại tiết diện đầu dầm ta có 3 tổ hợp nội lực.Lựa chọn tổ hợp có giá trị momen lớn nhất (giá trị tuyệt đối) để kiểm tra bền.

Nội lực tại tiết diện đầu dầm:M max 350.76 kN m N , tu 78 kN V , tu 63.32 kN 

* Điều kiện bền ứng suất pháp:

Kiểm tra tỷ số: max 940.22

Tận dụng được 47% khả năng làm việc của tiết diện.

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất pháp.

* Điều kiện bền ứng suất tiếp:

Kiểm tra tỷ số: max 117.5 1157.1 10% f v c

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

* Điều kiện bền ứng suất tương đương.

1 1 910.14 87.69 922.72 / 1.15 1.15 1995 2294.25 / td daN cm f c daN cm

 Ứng suất tại mép bản cánh dầm 1 4  2 

1:Ứng suất tiếp tạị mép bản cánh dầm 1 2  2 

Tận dụng được 40% KNLV của tiết diện.

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng tương đương.

5.2.2.Kiểm tra cho tiết diện giữa dầm.

Nội lực tại tiết diện giữa dầm:M max 78.40 kN m N , tu 72.88 kN V , tu 37.65 kN 

 Tiết diện giữa dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất pháp.

 Tiết diện giữa dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

1 1 367.39 95.25 402.73 / 1.15 1.15 1995 2294.25 / td daN cm f c daN cm

 Tiết diện giữa dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng tương đương.

5.2.3.Kiểm tra cho tiết diện cuối dầm.

Nội lực tại tiết diện giữa dầm:M max 115.88 kN m N , tu 58.49 kN V , tu 5.85 kN 

 Tiết diện cuối dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất pháp.

 Tiết diện cuối dầm I 450 350 8 12   thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

1 1 543.04 14.80 543.65 / 1.15 1.15 1995 2294.25 / td daN cm f c daN cm

 Tiết diện cuối dầm I 450 350 8 12   thỏa điều kiện bền ứng tương đương.

Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng

* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh:

E Modul đàn hồi của vật liệu thép làm dầm.

: f Cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của vật liệu thép làm dầm.

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12   thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản bụng:

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12    thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

5.3.2.Kiểm tra cho tiết diện giữa dầm và cuối dầm.

* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh:

E Modul đàn hồi của vật liệu thép làm dầm.

: f Cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của vật liệu thép làm dầm.

 Tiết diện cuối dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản bụng:

 Tiết diện cuối dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể

Theo điều 7.2.2 của TCVN 5575:2012 đối với dầm tiết diện chữ I đối xứng thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể nếu thỏa điều kiện sau:

0: l Theo điều 7.2.2.1 của TCVN 5575:2012 đối với dầm đơn giản là khoảng cách giữa các điểm cố kết của cánh chịu nén không cho chuyển vị ngang (các nút của hệ giằng dọc, giằng ngang, các điểm liên kết của sàn cứng), bằng chịu dài nhịp dầm khi không có hệ giằng.

* Đối với cánh trên tiết diện chữ I chịu nén:

: Là khoảng cách giữa các xà gồ mái (có thể lấy bằng khoảng cách giữa các điểm giằng mái).

* Đối với cánh dưới tiết diện chữ I chịu nén:

0 3000 l  mm : Là khoảng cách giữa các thanh giằng chéo (lấy bằng hai lần khoảng cách xà gồ).

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12   không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

Hình 5.2.Sự làm việc của tiết diện dầm chịu momen dương và momen âm.

5.4.1.Kiểm tra cho tiết diện giữa dầm và cuối dầm.

* Đối với cánh trên tiết diện chữ I chịu nén:

0 1500 l  mm : Là khoảng cách giữa các xà gồ mái (có thể lấy bằng khoảng cách giữa các điểm giằng mái).

* Đối với cánh dưới tiết diện chữ I chịu nén:

: Là khoảng cách giữa các thanh giằng chéo (lấy bằng hai lần khoảng cách xà gồ).

 Tiết diện giữa dầm và cuối dầm I 450 350 8 12    không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

Kiểm tra dầm mái theo trạng thái giới hạn thứ hai

Kiểm tra dầm mái theo trạng thái giới hạn thứ hai là kiểm tra trạng thái dầm không còn được sử dụng bình thường được nữa do biến dạng quá lớn hoặc hư hỏng cục bộ.Đối với dầm ta sẽ

5.3.Kiểm tra dầm mái theo trạng thái giới hạn thứ hai. kiểm tra độ võng (chuyển vị đứng) lớn nhất của dầm phải thỏa điều kiện giới hạn cho phép theo công thức sau:   

Dầm mái chịu tác dụng của nhiều loại tải trọng, vì vậy cần kiểm tra độ võng của tổ hợp bất lợi nhất (gây võng lớn nhất).Sử dụng phần mềm Etabs 17 với tải trọng tác dụng lên khung ngang là giá trị tiêu chuẩn xác định được giá trị độ võng (chuyển vị đứng) lớn nhất tại vị trí đỉnh dầm tương ứng với từng loại tải trọng tác dụng.

Bảng 5.3.Chuyển vị đứng tại đỉnh dầm của từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung.

TT HT HT1 HT2 D maxtr D maxph T maxph T maxtr GT GP

 Chuyển vị đứng lớn nhất của dầm ứng với tổ hợp bất lợi nhất:  73.02  mm ứng với tổ hợp 1 (TT+HT).

Trong đó:    được lấy theo Bảng 1 của TCVN 5575:2012.

 Tiết diện dầm mái được chọn sơ bộ I 750 350 8 12   và I 450 350 8 12   thỏa mãn điều kiện độ võng cho phép.

Hình 5.3.Độ võng (chuyển vị đứng) của dầm mái do tĩnh tải tác dụng.

Hình 5.4.Độ võng (chuyển vị đứng) của dầm mái do hoạt tải tác dụng.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT

Thông số tiết diện và vật liệu

Cột trong công trình có tiết diện lớn nên được làm từ thép tổ hợp hàn tiết diện chữ I có các thông số tiết diện như sau:

Hình 6.1.Thông số kích thước tiết diện cột chữ I tổ hợp hàn.

- Chiều rộng phần nhô ra của bản cánh cột: 0  

- Khoảng cách giữa hai trục bản cánh cột:h fk  h t f 750 12 738   mm 

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x:

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục y-y:

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục x-x: x  / 2 x  139896 75 / 2  3730.55  3 

- Momen tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x:

- Diện tích mặt cắt ngang của tiết diện cột:

- Diện tích mặt cắt ngang của bản cánh tiết diện cột: A f  2 b f   t f 2 35 1.2 84   cm 2 

- Diện tích mặt cắt ngang của bản bụng tiết diện cột:A w h w  t w 72.6 0.8 58.08   cm 2 

Bảng 6.1.Tổng hợp thông số tiết diện và đặc trưng hình học tiết diện cột.

Chiều cao tiết diện cột: h 750 mm

Chiều cao tiết diện bụng cột: h w 726 mm

Chiều rộng bản cánh tiết diện cột: b f 350 mm

Chiều dày bản cánh tiết diện cột: t f 12 mm

Chiều dày bản bụng tiết diện cột: t w 8 mm

Khoảng cách giữa hai trục bản cánh cột: h fk 738 mm

Momen quán tính của tiết diện với trục x-x: I x 139896 cm 4

Momen quán tính của tiết diện với trục y-y: I y 8578.10 cm 4

Diện tích mặt cắt ngang tiết diện cột: A 142.08 cm 2

Diện tích mặt cắt ngang bản cánh tiết diện cột: A f 84.00 cm 2

Diện tích mặt cắt ngang bản bụng tiết diện cột: A w 58.08 cm 2 6.1.2.Thông số vật liệu

Cột được sử dụng từ thép cacbon CCT34 có các thông số vật liệu như sau:

Kiểm tra cột theo trạng thái giới hạn thứ nhất

6.2.1.Xác định chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung (l x )

Theo chỉ dẫn tại mục 7.5.2.1 của TCVN 5575:2012, đối với cột có tiết diện không thay đổi thì chiều dài tính toán được xác định như sau:

H Là chiều cao của cột, H  9600  mm 

6.2.Kiểm tra cột theo trạng thái giới hạn thứ nhất.

:Là hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi (đứng độc lập) phụ thuộc vào cách liên kết ở hai đầu cột và dạng tải trọng.Trong công trình, ta thiết kế chân cột ngàm với móng nên giá trị được tính toán theo công thức sau:

: n Là hệ số phụ thuộc vào số nhịp công trình, công trình nhà công nghiệp 1 nhịp nên giá trị hệ số

I x Là momen quán tính của tiết diện dầm mái (xà ngang) đối với trục x, I x r 45451.2  cm 4 

I x Là momen quán tính của tiết diện cột đối với trục x, I x c  139896  cm 4 

L Chiều dài nhịp khung ngang, L  33000  mm 

Hình 6.2.Xác định các thông số tính toán hệ số n.

6.2.2.Xác định chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung (l y )

Theo chỉ dẫn tại mục 7.5.2.5 của TCVN 5575:2012 chỉ dẫn, chiều dài tính toán của cột theo hướng dọc nhà (ngoài mặt phẳng khung) bằng khoảng cách giữa các điểm liên kết không cho cột chuyển vị ra ngoài mặt phẳng khung (gối tựa chân cột, dầm cầu trục, giàn đỡ kèo, mắt liên kết với hệ giằng, với xà ngang,…)

Trong đồ án sinh viên lấy chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung bằng khoảng cách giữa hai mắt liên kết hệ giằng cột (hệ giằng từ chân cột đến vai cột), nên giá trị chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng khung l y  H d  7750  mm 

6.2.3.Kiểm tra bền tại tiết diện tại tiết diện giảm yếu

Trong trường hợp tiết diện chân cột có bị giảm yếu tiết diện thì có thể kiểm tra, trong trường hợp này tiết diện chân cột không bị giảm yếu nhưng ta vẫn có thể kiểm tra.

* Trường hợp 1: (Tổ hợp M max , N tu , V tu ) tiết diện tại chân cột (CC)

Giá trị nội lực M x ,max 233.34 kN m , N tu  20.99  kN ,V tu  54.92  kN .

- Kiểm tra điều kiện ứng suất pháp lớn nhất tại tiết diện cột:

- Kiểm tra điều kiện ứng suất pháp nhỏ nhất tại tiết diện cột:

(Lưu ý: Vì tiết diện chân cột không bị giảm yếu nên A n A và W xn W x ).

- Xác định sự tận dụng làm việc của tiết diện:

    f c Tận dụng được 32% sự làm việc của vật liệu.

 Tiết diện tại chân cột thỏa điều kiện bền.

* Trường hợp 2: (Tổ hợp M min , N tu , V tu ) tiết diện tại chân cột (CC)

Giá trị nội lực M x ,min 356.77 kN m 

(Lưu ý: Vì tiết diện chân cột không bị giảm yếu nên A n A và W xn W x )

* Trường hợp 3: (Tổ hợp N max , M tu , V tu ) tiết diện tại chân cột (CC)

Giá trị nội lực M tu  266.72  kN m , N max 355.20 kN ,V tu  77.23  kN .

(Lưu ý: Vì tiết diện chân cột không bị giảm yếu nên A n A và W xn W x ).

Tiết diện cột trong công trình không thay đổi suốt chiều dài, giá trị nội lực tại chân cột là lớn nhất trong 4 tiết diện lựa chọn để tính toán cho cột (CC, VC - ,VC + , ĐC) nên chỉ cần kiểm tra tại vị trí tiết diện chân cột thỏa thì các tiết diện khác sẽ thỏa mãn.

6.2.4.Kiểm tra ổn định tổng thể đối với trục x-x (trong mặt phẳng khung)

Trong tính toán kiểm tra ổn định tổng thể của tiết diện cột trong mặt phẳng không sẽ có hai trường hợp xảy ra: Trường hợp lực dọc trong tổ hợp nhỏ, độ lệch tâm tương đối tính đổi 20 e  m thì kiểm tra ổn định tổng thể giống như cấu kiện dầm.Trường hợp lực dọc trong tổ hợp lớn, độ lệch tâm tương đối tính đổi m e 20 thì kiểm tra ổn định tổng thể giống như cấu kiện cột.

6.2.4.1.Kiểm tra tại vị trí tiết diện chân cột cho trường hợp 1.

(Tổ hợp Mmax, Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 233.34 kN m , N tu  20.99  kN ,V tu  54.92  kN 

* Xác định độ mảnh quy ước của tiết diện:

 x Là độ mảnh của cột đối với trục x-x. x : l Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung, l x 1604  cm .

: f Cường độ tính toán của thép khi tính kéo, nén, uốn, f  2100  daN cm / 2 

E Module (mô đun) đàn hồi của vật liệu thép, E  2.1 10  6  daN cm / 2 

* Xác định độ lệch tâm tương đối:

Trong đó: Giá trị momen uốn Mx và N ở trong cùng một tổ hợp tải trọng được xác định theo chỉ dẫn tại mục 7.4.2.3 của TCVN 5575:2012, khi đó giá trị Mx với cột tiết diện không đổi của hệ khung là momen lớn nhất trong chiều dài cột (momen tại vị trí chân cột).

* Xác định độ lệch tâm tương đối tính đổi:m e   m x  1 42.34 42.34

Trong đó: Giá trị hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  được lấy theo bảng D.9 phụ lục D của TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước và độ lệch tâm tương đối.Vì do giá trị độ lệch tâm tương đối m x 42.34 20 nên hệ số  1.

Ta thấy:m e 42.34 20  Kiểm tra ổn định tổng thể cột như kiểm tra ổn định tổng thể dầm.

* Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể cột giống như dầm:

 Thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung.

Trong đó: Giá trị hệ số  b được lấy theo phụ E của TCVN 5575:2012, xác định như sau:

- Khi hệ số   1 0.85 thì lấy giá trị  b  1   b 0.356

Trong đó: Giá trị hệ số  được xác định phụ thuộc vào hệ số  , xác định như sau:

- Tra bảng E.1 phụ lục E của TCVN 5575:2012 với giá trị 0.1 5.83 40 nên hệ số 2.25 0.07 2.25 0.07 5.83 2.66

* Kiểm tra sự tận dụng khả năng làm việc của tiết diện:

Tận dụng được 88% làm việc của tiết diện.

(Tổ hợp Mmin, Ntu, Vtu) : M x ,min 356.77 kN m  N tu 158.27  kN  V tu 72.49  kN 

* Xác định độ lệch tâm tương đối tính đổi:m e   m x  1 42.34 8.59

Trong đó: Giá trị hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  được lấy theo bảng D.9 phụ lục D của TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước và độ lệch tâm tương đối.Ta có tỷ số

   và 5m x 8.89 20 nên tra bảng được  1.

Ta thấy:m e 8.59 20  Kiểm tra ổn định tổng thể như cột.

* Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột:

Trong đó:Giá trị hệ số  e được lấy theo Bảng D.10 của TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước và độ lệch tâm tương đối tính đổi, ta có

  và m e 8.59 tra bảng kết hợp nội suy xác định được   e 0.1519

* Kiểm tra điều kiện độ mảnh giới hạn của cột:

- Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục x-x: 139896 31.38  

 Tiết diện thỏa điều kiện độ mảnh giới hạn của cột.

(Tổ hợp Nmax, Mtu, Vtu) : M tu 266.72  kN m  N max 355.20 kN  V tu 77.23  kN 

* Xác định độ lệch tâm tương đối tính đổi:m e   m x 0.783 2.86 2.24 

Trong đó: Giá trị hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  được lấy theo bảng D.9 phụ lục D của TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước và độ lệch tâm tương đối.Ta có tỷ số

   và 5m x 2.86 25 nên tra bảng tính toán hệ số

Ta thấy:m e 2.24 20  Kiểm tra ổn định tổng thể như cột.

* Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột:

Trong đó:Giá trị hệ số  e được lấy theo Bảng D.10 của TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước và độ lệch tâm tương đối tính đổi, ta có

  và m e 2.24 tra bảng kết hợp nội suy xác định được   e 0.4056

* Kiểm tra điều kiện độ mảnh giới hạn của cột:

- Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục x-x: 139896 31.38  

 Tiết diện thỏa điều kiện độ mảnh giới hạn của cột.

6.2.5.Kiểm tra ổn định tổng thể đối với trục y-y (ngoài mặt phẳng khung)

Theo chỉ dẫn tại mục 7.4.2.4 của TCVN 5575:2012 tính toán ổn định ngoài mặt phẳng uốn cấu kiện chịu nén lệch tâm có tiết diện không đổi được thực hiện theo công thức: c y

Tiến hành kiểm tra cho vị trị tiết diện chân cột với 3 trường hợp tổ hợp tải trọng đã chọn.

6.2.5.1 Kiểm tra tại vị trí tiết diện chân cột cho trường hợp 1.

(Tổ hợp Mmax, Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 233.34 kN m , N tu  20.99  kN ,V tu  54.92  kN 

* Xác định độ mảnh quy ước của cột theo trục y:

- Bán kính quán tính của tiết diện cột đối với trục y-y: 8578.1 7.77  

- Độ mảnh của tiết diện cột đối với trục y-y:

- Độ mảnh quy ước của tiết diện cột theo trục y-y:

Trong đó: Giá trị momen tính toán Mx được lấy theo chỉ dẫn tại mục 7.4.2.5 của TCVN 5575:2012, với cột hai đầu được giữ không cho chuyển vị trong phương vuông góc với mặt phẳng tác dụng của momen là momen lớn nhất trong khoảng 1/3 chiều dài cột (nhưng không nhỏ hơn 0.5 lần momen lớn nhất trên cả chiều dài cột).

Giá trị M x max M 1, 0.5M max  max 285.45;0.5 233.34   285.45 kN m 

M Là giá trị momen lớn nhất trong khoảng 1/3 chiều dài cột. max:

M Là giá trị momen lớn nhất trên cả chiều dài cột.

* Xác định hệ uốn dọc  y :

Giá trị hệ số uốn dọc  y có thể xác định theo các công thức tính toán ở mục 7.3.2.1 của TCVN 5575:2012 hoặc tra bảng kết hợp nội suy ở Bảng D.8 Phục lục D của TCVN

5575:2012 (phụ thuộc vào độ mảnh  y và cường độ tính toán của thép làm cột).Với độ mảnh

  y và cột sử dụng thép CCT34 có f  210  MPa  nội suy được giá trị   y 0.586

Kiểm tra cột theo trạng thái giới hạn thứ hai

- Khi tính toán thiết kế cột, ngoài tính toán cột theo trạng thái giới hạn thứ nhất thì cần tính toán kiểm tra cột theo trạng thái giới hạn thứ hai, cụ thể đối với cột ta kiểm tra điều kiện chuyển vị ngang của đỉnh cột.

- Đối với chuyển vị ngang của đỉnh cột ta cũng lấy giá trị chuyển vị lớn nhất trong các tổ hợp đã được định nghĩa để kiểm tra với chuyển vị ngang cho phép của cột (lấy theo mục 5.3.4 của TCVN 5575:2012).

- Sau khi mô hình khung ngang nhà trong phần mềm Etabs (gán tải tiêu chuẩn), đối với từng trường hợp tải sẽ có giá trị chuyển vị ngang đỉnh cột tương ứng như Bảng.

Bảng 6.2.Chuyển vị ngang ở đỉnh cột với từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung.

Loại tải trọng gây ra độ võng cho dầm

TT HT HT1 HT2 D maxtr D maxph T maxph T maxtr GT GP

-3.20 -3.75 1.79 -5.54 6.54 -5.83 2.49 -2.76 16.59 -7.70 Sau khi tiến hành tổ hợp giá trị chuyển vị ngang trong Excel, xác định được tổ hợp gây ra chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột là tổ hợp TT + 0.9(HT+Tmaxph + Dmaxtr)   21.24  mm 

- Chuyển vị ngang lớn nhất cho phép: Chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng không vượt quá 1/300 chiều cao khung.

 Cột thỏa mãn điều kiện trạng giới hạn thứ hai (chuyển vị ngang đỉnh cột).

6.3.Kiểm tra cột theo trạng thái giới hạn thứ hai.

TOÁN THIẾT KẾ LIÊN KẾT

Tính toán, thiết kế liên kết chân cột

Trong kết cấu công trình nhà xưởng chân cột được liên kết với hệ móng qua bu lông neo, tùy theo liên kết chân cột là ngàm hay khớp sẽ có cấu tạo hợp lý.Công trình nhà xưởng có cầu trục hoạt động sinh viên thiết kế chân cột là liên kết ngàm nên chi tiết liên kết chân cột cần tính toán, kiểm tra theo các điều kiện như sau:

7.1.1.Kiểm tra điều kiện ép mặt cục bộ bê tông móng

Theo chỉ dẫn tại mục 8.1.5 của TCVN 5574:2018, tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén (ép) cục bộ được tiến hành khi có tác dụng của lực nén đặt lên một diện tích giới hạn, vuông góc với bề mặt cấu kiện bê tông cốt thép.Tính toán cấu kiện chịu nén cục bộ khi không có cốt thép hạn chế biến dạng ngang chịu tác dụng của lực dọc N và momen uốn M theo công thức:

 Ứng suất trong bản đế của liên kết chân cột (plate) với bê tông móng.

N Là lực dọc (lực nén) tại tiết diện chân cột.

M Là momen uốn tại tiết diện chân cột. p :

B Là chiều rộng của bản đế liên kết chân cột với bê tông móng (ban đầu chọn sơ bộ theo cấu tạo khoảng cách của bu lông quy định, sau đó tiến hành kiểm tra điều kiện). p :

L Là chiều dài của bản đế liên kết chân cột với bê tông móng (ban đầu chọn sơ bộ theo cấu tạo khoảng cách của bu lông quy định, sau đó tiến hành kiểm tra điều kiện).

 Là hệ số lấy bằng 1.0 khi tải trọng cục bộ phân bố đều và bằng 0.75 khi tải trọng cục bộ phân bố không đều trên diện tích chịu nén cục bộ.

R Là khả năng chịu nén cục bộ tính toán của bê tông khi có lực nén cục bộ (Tính theo công thức 117 của TCVN 5574:2018).

Do tại tiết diện chân cột ta đã tiến hành tổ hợp được ba trường hợp nội lực gây bất lợi nhất, nên tiến hành kiểm tra cho từng trường hợp.Để kiểm tra, trước tiên ta cần xác định sơ bộ kích thước bản để (chiều rộng, chiều dài và chiều dày).

7.1.1.1.Sơ bộ kích thước bản đế và móng bê tông.

- Chọn chiều rộng bản đế theo công thức kinh nghiệm (gần đúng) như sau:

- Chiều dài bản đế theo công thức kinh nghiệm (gần đứng) như sau:

- Chiều dày bản đế được chọn theo công thức kinh nghiệm như sau:

Hình 7.1.Cấu tạo chi tiết liên kết chân cột với móng (liên kết ngàm).

- Diện tích bề mặt của bản đế:A p B p L p 600 1000 6 10   5  mm 2 .

- Chọn bê tông móng có cấp độ bền B20, cường độ chịu nén theo TTGHI R b 11.5  MPa .

- Kích thước móng bê tông:B f L f 800  mm 1200  mm .

- Diện tích bề mặt móng bê tông: A f B f L f 800 1200 9.6 10   5  mm 2 .

(Tổ hợp M max , Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 233.34 kN m , N tu  20.99  kN ,V tu  54.92  kN 

- Ứng suất nén lớn nhất trong bản đế:

- Ứng suất nén bé nhất trong bản đế:

- Kiểm tra điều kiện:max p ,max; p ,min  2.37  MPa  R b loc , 0.75 11.64 8.73   MPa 

 Kích thước bản đế thỏa mãn điều kiện ép mặt cục bộ bê tông móng.

R : Cường độ chịu nén cục bộ tính toán của BT,R b loc ,  b R b 1.01 11.5 11.64   MPa 

 b : Là hệ số được tính toán như sau:

(Tổ hợp M min , Ntu, Vtu) : M x ,min 356.77 kN m  N tu 158.27  kN  V tu 72.49  kN 

7.1.2.Kiểm tra điều kiện chịu uốn bản đế

Theo điều kiện chịu uốn của bản đế thì chiều dày bản đế:

: Là momen uốn trong các ô bản S i (i= 1, 2), được tính toán như sau:

 Là hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa các cạnh và loại ô bản (Tra Bảng 4.12 Sách Kết cấu thép của tác giả Phạm Văn Hội). i : d Là nhịp tính toán của ô bản S i (i= 1, 2). p :

 Ứng suất nén lớn nhất trong bản đế 2

. : f Là cường độ tính toán của vật liệu thép (chịu kéo, nén uốn).

Hình 7.2.Xác định nhịp tính toán của các ô bản trong bản đế.

7.1.2.1.Xác định các thông số tính toán:

- Đối với ô bản S 1 là ô tựa trên hai cạnh kề nhau có nhịp tính toán là d 1 và giá trị hệ số  b 1 phụ thuộc vào tỷ số b d 1 / 1 Ta có b d 1 / 1 248.61/ 321.31 0.77  Nội suy được   b 1 0.095.

- Đối với ô bản S 2 là ô tựa trên ba cạnh có nhịp tính toán là d 2 và giá trị hệ số  b 2 phụ thuộc vào tỷ số b d 2 / 2 Ta có b d 2 / 2 296 / 363 0.82  Nội suy được  b 2 0.099.

(Tổ hợp M max , Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 233.34 kN m 

- Momen uốn trong ô bản S 1 :M p 1 b 1 p d 1 2 0.095 2.37 321.31  2 231.39 daN cm 

- Momen uốn trong ô bản S 2 :M p 2  b 2 p d 2 2 0.099 2.37 363  2 307.52 daN cm 

- Lựa chọn momen uốn trong ô bản để kiểm tra:M p max M p 1;M p 2  307.52  daN cm 

10 15 40 p p t mm mm mm t mm mm

 Kích thước bản đế thỏa điều kiện chịu uốn.

7.1.3.Kiểm tra kích thước sườn đế

Sườn đế trong chi tiết liên kết cột bao gồm sườn đế hàn vào bản cánh tiết diện cột (sườn A) và sườn đế hàn vào bản bụng tiết diện cột (sườn B), mỗi loại sẽ sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng lên khác nhau.

Hình 7.3.Cấu tạo sườn đế chi tiết liên kết chân cột

7.1.3.2.Kiểm tra kích thước sườn đế A.

Sườn đế A có sơ đồ tính như dầm công xôn đơn giản ngàm tại vị trí sườn đế hàn vào bản cánh tiết diện cột, chịu trọng phân bố đều trên mét dài (từ ứng suất nén lớn nhất trong bản đế truyền vào theo diện truyền tải).

Hình 7.4.Sơ đồ tính toán sườn đế A.

* Xác định sơ bộ kích thước sườn và thông số vật liệu tính toán liên kết:

- Chọn sơ bộ chiều dày sườn:t s 10  mm 

- Chọn chiều cao sườn theo điều kiện bền của cấu kiện chịu uốn như sau:

   Chọn chiều cao sườn đế h s 400  mm 

M Là giá trị momen uốn lớn nhất tại vị trí ngàm, được xác định theo công thức Sức bền vật liệu sau:  

. dd : t Là chiều dày của dầm đế, lấy sơ bộ bằng chiều dày sườn đế, t dd 10  mm  p :

 Ứng suất nén lớn nhất trong cả ba trường hợp tổ hợp nội lực (ở đây đang lấy trường hợp

Bảng 7.1.Thông số kích thước vật liệu của sườn đế A.

Thông số của sườn đế Giá trị

Chọn chiều cao của sườn đế A: h s = 400 (mm)

Chọn chiều dày của sườn đế A: t s = 10 (mm)

Chiều dài consol của sườn đế A: L = 115 (mm)

Cường độ chịu tính toán chịu uốn của thép: f = 2100 (daN/cm 2 )

Cường độ chịu tính toán chịu cắt của thép: f v = 1218 (daN/cm 2 )

Bảng 7.2.Thông số kích thước và cường độ que hàn cho sườn đế A.

Thông số của đường hàn Giá trị

Tên que hàn sử dụng: N42

Chọn chiều cao đường hàn: h f = 8 (mm)

Chiều dài tính toán của đường hàn: l w = 390 (mm)

Momen kháng uốn của tiết diện đường hàn: W w = 405.60 (cm 3 )

Diện tích tiết diện ngang của đường hàn: A w = 62.40 (cm 2 )

Hệ số khi tính toán theo tiết diện 1 β f = 0.7

Hệ số khi tính toán theo tiết diện 2 β s = 1.0

Cường độ tính toán của đường hàn theo tiết diện

- Momen kháng uốn của tiết diện đường hàn được tính theo công thức sau:

- Diện tích tiết diện ngang của đường hàn được tính theo công thức sau:

- Chiều dài tính toán của đường hàn:l w h s 1 40 1 39    cm 

- Giá trị hệ số   s , f được lấy theo Bảng 37 của TCVN 5575:2012 khi các cấu kiện được hàn là thép có giới hạn chảy f y 530  MPa , phụ thuộc vào phương pháp hàn và chiều cao đường hàn.

- Giá trị cường độ tính toán của đường hàn theo tiết diện 1 (theo kim loại mối hàn) được lấy theo Bảng 8 của TCVN 5575:2012, phụ thuộc vào loại que hàn.Giá trị cường độ tính toán của đường hàn theo tiết diện 2 (kim loại ở biên nóng chảy) được tính toán theo công thức như sau:

(Vì vật liệu thép đang dùng để hàn là thép CCT34 nên giá trị f u 3400  daN cm / 2 

* Kiểm tra tại vị trí tiết diện chân cột cho trường hợp 1

(Tổ hợp Mmax, Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 233.34 kN m 

- Giá trị momen và lực cắt lớn nhất trong sườn đế A (tại ngàm):

- Kiểm tra điều kiện bền chịu ứng suất pháp của sườn đế A:

 Kích thước sườn đế A thỏa điều kiện bền ứng suất pháp.

- Kiểm tra điều kiện bền chịu ứng suất tiếp của sườn đế A:

 Kích thước sườn đế A thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

- Kiểm tra đường hàn góc của sườn A vào bản cánh tiết diện cột chịu đồng thời momen uốn và lực cắt theo công thức sau:

     2  min  f f wf ; s ws f  c min 0.7 1800;1 1530  0.95 1260 0.95 1197   daN cm/

Ta thấy: w 349.65  daN cm / 2 min  f f wf ; s ws f  c 1197  daN cm / 2 

 Chiều cao đường hàn và loại que hàn đảm bảo điều kiện bền cho đường hàn sườn đế A.

7.1.3.3.Kiểm tra kích thước sườn đế B.

Sườn đế B có sơ đồ tính như dầm công xôn đơn giản ngàm tại vị trí sườn đế hàn vào bản bụng tiết diện cột, chịu trọng phân bố đều trên mét dài (từ ứng suất nén lớn nhất trong bản đế truyền vào theo diện truyền tải).

Hình 7.5 Sơ đồ tính toán sườn đế B.

* Xác định sơ bộ kích thước sườn và thông số vật liệu tính toán liên kết:

- Chọn sơ bộ chiều dày sườn:t sB 10  mm 

- Chọn chiều cao sườn theo điều kiện bền của cấu kiện chịu uốn như sau:

   Chọn chiều cao sườn đế h s 500  mm 

M Là giá trị momen uốn lớn nhất tại vị trí ngàm, được xác định theo công thức Sức bền vật liệu sau:  

2: c Là khoảng cách từ sườn đế B đến mép tiết diện cột, 2  

. sA : t Là chiều dày của sườn đế A, t sA 10  mm  p :

 Ứng suất nén lớn nhất trong cả ba trường hợp tổ hợp nội lực (ở đây đang lấy trường hợp

Bảng 7.3.Thông số kích thước vật liệu của sườn đế B.

Thông số của sườn đế Giá trị

Chọn chiều cao của sườn đế B: h s = 500 (mm)

Chọn chiều dày của sườn đế B: t s = 10 (mm)

Chiều dài consol của sườn đế B: L = b 1 = 295 (mm)

Khoảng cách từ mép bản cánh cột đến sườn đế B: c 2 = 370 (mm)

Cường độ chịu tính toán chịu uốn của thép: f = 2100 (daN/cm 2 )

Cường độ chịu tính toán chịu cắt của thép: f v = 1218 (daN/cm 2 )

Bảng 7.4.Thông số kích thước và cường độ que hàn cho sườn đế B.

Chiều dài tính toán của đường hàn: l w = 490 (mm)

- Momen kháng uốn của tiết diện đường hàn được tính theo công thức sau:

- Diện tích tiết diện ngang của đường hàn được tính theo công thức sau:

- Chiều dài tính toán của đường hàn:l w h s 1 50 1 49    cm 

- Giá trị hệ số   s , f được lấy theo Bảng 37 của TCVN 5575:2012 khi các cấu kiện được hàn là thép có giới hạn chảy f y 530  MPa 

, phụ thuộc vào phương pháp hàn và chiều cao đường hàn.

- Giá trị cường độ tính toán của đường hàn theo tiết diện 1 (theo kim loại mối hàn) được lấy theo Bảng 8 của TCVN 5575:2012, phụ thuộc vào loại que hàn.Giá trị cường độ tính toán của đường hàn theo tiết diện 2 (kim loại ở biên nóng chảy) được tính toán theo công thức như sau:

(Vì vật liệu thép đang dùng để hàn là thép CCT34 nên giá trị f u 3400  daN cm / 2 

(Tổ hợp Mmax, Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 233.34 kN m ,N tu 20.99  kN  , V tu 54.92  kN 

- Giá trị momen và lực cắt lớn nhất trong sườn đế B (tại ngàm):

- Kiểm tra điều kiện bền chịu ứng suất pháp của sườn đế B:

 Kích thước sườn đế B thỏa điều kiện bền ứng suất pháp.

- Kiểm tra điều kiện bền chịu ứng suất tiếp của sườn đế B:

 Kích thước sườn đế B thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

- Kiểm tra đường hàn góc của sườn B vào bản bụng tiết diện cột chịu đồng thời momen uốn và lực cắt theo công thức sau:

 Chiều cao đường hàn và loại que hàn đảm bảo điều kiện bền cho đường hàn sườn đế B.

- Kiểm tra đường hàn góc của sườn B vào bản cánh tiết diện cột chịu đồng thời momen uốn và lực cắt theo công thức sau:

Ta thấy: w 1101.24  daN cm / 2  min  f f wf ; s ws f  c 1197  daN cm / 2 

- Kiểm tra đường hàn góc của sườn B vào bản cánh tiết diện cột chịu đồng thời momen uốn và lực cắt theo công thức sau:

Ta thấy: w 936.77  daN cm / 2  min  f f wf ; s ws f  c 1197  daN cm / 2 

7.1.4.Kiểm tra kích thước dầm đế

Dầm đế được hàn vào bản cánh tiết diện cột, sơ đồ tính toán của dầm đế là dầm tĩnh định (gối tại vị trí hàn vào bản cánh tiết diện cột), chịu tải phân bố đều từ ứng suất nén lớn nhất từ bản đế truyền vào theo diện truyền tải.

Hình 7.6.Sơ đồ tính dầm đế liên kết chân cột (ngàm).

7.1.4.2.Xác định các thông số kích thước và vật liệu tính toán dầm đế.

* Xác định các thông số kích thước:

- Chọn sơ bộ chiều dày dầm đế:t d 10  mm 

- Chọn sơ bộ chiều cao dầm đế theo công thức điều kiện bền của cấu kiện chịu uốn như sau:

   Chọn chiều cao dầm đế h d 600  mm 

Tính toán, thiết kế liên kết dầm vai

Đối với công trình nhà thép có cầu trục làm việc, thì dầm vai dùng để đỡ dầm cầu trục phục vụ cho việc cầu trục di chuyển trên ray theo phương dọc công trình.Dầm vai thường liên kết với vào bản cánh cột bằng liên kết hàn, tải trọng tác dụng lên dầm vai là trọng lượng bản thân dầm cầu trục và tải trọng cầu trục.

7.2.1.Sơ đồ tính toán và nội lực

Sơ đồ tính của dầm vai là dầm đơn giản, tĩnh định, dạng công xôn chịu tải trọng tập trung F đặt ở đầu dầm vai được minh họa ở Hình bên dưới.

Hình 7.8.Sơ đồ tính và chi tiết liên kết dầm vai.

Tải trọng tập trung tác dụng lên dầm vai (F) bao gồm:

- Tải trọng tập trung do trọng lượng bản thân dầm cầu trục (Gdct).

- Tải trọng tập trung do tải trọng cầu trục truyền vào (Dmax).

Nội lực trong dầm cầu trục được xác định theo công thức Sức bền vật liệu như sau:

- Momen lớn nhất trong dầm vai (vị trí ngàm):

- Lực cắt lớn nhất trong dầm vai:V max F  D maxG dct   291.09 6.92  298.01 kN .

D Giá trị tính toán áp lực đứng lớn nhất của dầm cầu trục (phụ thuộc sức trục), như tính toán ở Chương 3, D max 291.09 kN 

G Trọng lượng bản thân dầm cầu trục tác dụng lên vai cột, như tính toán ở Chương 3, xác định được G dct 6.92  kN 

L Khoảng cách từ mép cột bên ngoài đến vị trí biên dầm cầu trục, L 11400 mm . c : h Chiều cao tiết diện cột, h c 750  mm 

7.2.2.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp và tiếp

7.2.2.1.Thông số tiết diện và vật liệu.

Bảng 7.10.Tổng hợp thông số tiết diện và đặc trưng hình học của dầm vai.

Chiều rộng bản cánh tiết diện dầm: b f 350 mm

Chiều dày bản cánh tiết diện dầm: t f 12 mm

Chiều dày bản bụng tiết diện dầm: t w 8 mm

Khoảng cách giữa hai trục bản cánh dầm: h fk 538 mm

Momen quán tính của tiết diện với trục x-x: I x 70495.40 cm 4

Hình 7.9.Tiết diện dầm vai chữ I tổ hợp hàn.

Dầm vai được sử dụng từ thép cacbon CCT34 có các thông số vật liệu như sau:

- Hệ số điều kiện làm việc (tin cậy) của thép: c 0.95

7.2.2.2.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp.

 Tiết diện dầm vai I 550 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất pháp.

7.2.2.3.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất tiếp.

 Tiết diện dầm vai I 550 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

7.2.2.4.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất tương đương.

1 1 722.66 597 1261.53 / 1.15 1.15 1995 2294.25 / td daN cm f c daN cm

 Tiết diện dầm vai I 550 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất tương đương.

7.2.2.5.Kiểm tra điều kiện bền ứng suất nén cục bộ bản bụng.

- Ứng suất nén cục bộ bản bụng của tiết diện dầm vai:

Ta thấy: max 996.01 daN cm/ 2   f c 2100 0.95 1995   daN cm/ 2 

 Tiết diện dầm vai I 550 350 8 12    thỏa điều kiện bền ứng suất nén cục bộ bản bụng.

7.2.3.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng

7.2.3.1.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

E Modul đàn hồi của vật liệu thép làm dầm, E  21 10  5  daN cm / 2 

: f Cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của vật liệu thép làm dầm, f  2100  daN cm / 2 

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12    thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

7.2.3.2.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

 Tiết diện đầu dầm I 750 350 8 12    thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

 Tiết diện cuối dầm I 450 350 8 12    thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

7.2.4.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể

Theo điều 7.2.2 của TCVN 5575:2012 đối với dầm tiết diện chữ I đối xứng thì không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể nếu thỏa điều kiện sau:

0: l Theo điều 7.2.2.1 của TCVN 5575:2012 đối với dầm đơn giản là khoảng cách giữa các điểm cố kết của cánh chịu nén không cho chuyển vị ngang (các nút của hệ giằng dọc, giằng ngang, các điểm liên kết của sàn cứng), bằng chịu dài nhịp dầm khi không có hệ giằng.

0 650 l  mm : Là nhịp tính toán của dầm vai

 Tiết diện dầm vai I 550 350 8 12   không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

7.2.5.Kiểm tra dầm vai theo trạng thái giới hạn II

Ngoài kiểm tra theo TTGH thứ I (bền, ổn định) thì dầm vai phải được tiến hành kiểm tra theo

TTGH II (độ võng) theo điều kiện như sau:max   

- Xác định độ võng lớn nhất (theo phương thẳng đứng) của dầm vai:

Do sơ độ tính của dầm vai là thanh công xôn chịu tải trọng tập trung ở đầu dầm nên theo công thức Sức bền vật liệu ta xác định được độ võng lớn nhất trong dầm là:

- Xác định độ võng cho phép của dầm vai:

Theo Bảng 1 của TCVN 5575:2012 đối với dầm vai thì giá trị độ võng đối nhà có cầu trục làm việc chế độ làm việc nhẹ thì   2 2 650 3.25  

- Kiểm tra độ võng dầm vai: max 0.553 mm      3.25 mm .

 Tiết diện dầm vai I 550 350 8 12    thỏa mãn điều kiện độ võng cho phép.

7.2.6.Kiểm tra liên kết hàn dầm vai vào cột

Liên kết hàn dầm vai vào cột kiểm tra dưới tác dụng của momen uốn M max và V max

7.2.6.1.Thông số vật liệu và đặc trưng hình học đường hàn.

Bảng 7.11.Thông số kích thước và cường độ que hàn cho dầm vai.

Chiều dài tính toán của đường hàn cánh 1: l w1 f = 340 (mm)

Chiều dài tính toán của đường hàn cánh 2: l w2 f = 332 (mm)

Chiều dài tính toán của đường hàn bụng : l w w = 516 (mm)

- Chiều dài tính toán của đường hàn cánh 1:l w f 1b f 10 mm  350 10 340   mm .

- Chiều dài tính toán của đường hàn cánh 2:l w f 2 b f  t w 10 mm  350 8 10 332    mm .

- Chiều dài tính toán của đường hàn bụng:l w w h w 10  mm  526 10 516   mm 

- Diện tích tiết diện ngang của các đường hàn liên kết dầm vai vào cột:

- Momen kháng uốn của các tiết diện đường hàn liên kết dầm vai vào cột:

- Ứng suất lớn nhất trong đường hàn chịu tác dụng bởi momen uốn và lực cắt:

M Là giá trị momen uốn lớn nhất trong dầm vai, M max 193.70 kN m  max:

V Là giá trị lực cắt lớn nhất trong dầm vai, V max 298.01 kN 

- Khả năng chịu ứng suất lớn nhất trong đường hàn:

     2  min  f f wf , s ws f   c min 0.7 1800;1 1530  0.95 1260 0.95 1197   daN cm/

- Kiểm tra: w M V , 568.86  daN cm / 2  min  f f wf , s ws f  c 1197  daN cm / 2 

 Loại que hàn và chiều cao đường hàn dầm vai vào cột đảm bảo chịu lực.

Tính toán, thiết kế liên kết đầu cột

7.3.1.Cấu tạo liên kết đầu cột

Hình 7.10 Cấu tạo chi tiết liên kết đầu cột

Bảng 7.12.Thông số tính toán của bu lông cho chi tiết liên kết đầu cột.

Các thông số tính toán của bu lông Giá trị

Chọn cấp độ bền của bu lông: Cấp độ bền 5.8

Chọn đường kính bu lông liên kết: d = 27 (mm)

Số lượng bu lông bố trí trên toàn bộ liên kết: n b = 14 (bu lông)

Diện tích tiết diện ngang (kể đến ren)của bu lông: A = 5.72 (cm 2 )

Diện tích tiết diện thực (không kể đến ren) của bu lông: A bn = 4.59 (cm 2 )

Khoảng cách hai dãy bu lông ngoài cùng: l 1 = 738 (mm)

Khoảng cách từ dãy bu lông 1 đến dãy bu lông 6 l 2 = 626 (mm)

Cường độ tính toán chịu kéo của bu lông: f tb = 2000 (daN/cm 2 )

Cường độ tính toán chịu cắt của bu lông: f vb = 2000 (daN/cm 2 )

Cường độ tính toán chịu ép mặt của bu lông: f cb = 3950 (daN/cm 2 )

Hệ số điều kiện làm việc: γ c = 0.95

Hệ số tin cậy của bu lông: γ b = 0.9

- Diện tích tiết diện ngang A (kể đến ren) của bu lông và diện tích tiết diện ngang thực Abn

(không kể đến ren) được lấy theo Bảng B.4 phụ lục B của TCVN 5575:2012.

- Cường độ tính toán chịu kéo và chịu cắt của bu lông lấy theo Bảng 10 của TCVN

5575:2012, phụ thuộc vào cấp độ bền của bu lông.

- Cường độ tính toán chịu ép mặt của bu lông lấy theo Bảng 11 của TCVN 5575:2012, phụ thuộc vào giới hạn bền kéo đứa của thép cấu kiện được liên kết.

- Số lượng bu lông bố trí ở mỗi hàng phải đảm quy định của Bảng 44 TCVN 5575:2012

Bảng 7.13.Thông số tính toán của bản ghép cho chi tiết liên kết đầu cột.

Các thông số tính toán của bản ghép Giá trị

Chọn mác thép làm bản ghép: Thép CCT34

Cường độ tính toán của thép làm bản ghép: f = 2100 (daN/cm 2 )

Cường độ kéo đứt của thép làm bản ghép: f u = 3400 (daN/cm 2 )

Chọn chiều dày bản ghép: t p = 14 (mm)

Tổng chiều dày bản thép nhỏ nhất trượt về một phía: (Σt) min = 28 (mm)

Khoảng cách giữa hai hàng bu lông: b 1 = 250 (mm)

7.3.2.Kiểm tra điều kiện chịu kéo của bu lông

7.3.2.1.Kiểm tra cho trường hợp 1.

(Tổ hợp M max , Ntu, Vtu) :M x ,max 309.02 kN m 

- Tổng lực kéo lớn nhất tác dụng lên mỗi bu lông trong liên kết:

Trong đó: 2 là thể hiện liên kết có hai hàng bu lông.

- Khả năng chịu kéo lớn nhất của mỗi bu lông trong liên kết:

- Kiểm tra:N b max 7715.7 daN   N tb  c 8721 daN 

Cấp độ bền, đường kính và số lượng bu lông trong liên kết đảm bảo điều kiện chịu kéo.

(Tổ hợp M min , Ntu, Vtu) : M x ,min 107.85 kN m 

(Tổ hợp N max , Mtu, Vtu) : M tu 309.02  kN m 

Trường hợp 3 có giá trị nội lực giống trường hợp 1 nên không cần kiểm tra lại.

7.3.3.Kiểm tra điều kiện chịu cắt và ép mặt của bu lông

- Tổng lực gây cắt lớn nhất tác dụng lên mỗi bu lông trong liên kết:

- Khả năng chịu cắt và ép mặt lớn nhất của mỗi bu lông trong liên kết:

3950 2.7 2.8 0.9 26875.8 vb v b vb vb cb c cb b cb

- Kiểm tra:N b V 419.9  daN  min      N vb ; N cb  c 9781.2  daN  

Cấp độ bền, đường kính và số lượng bu lông trong liên kết đảm bảo điều kiện chịu cắt và ép mặt.

3950 2.7 2 80.9 26875.8 vb v b vb vb cb c cb b cb

- Kiểm tra:N b V 419.9  daN  min      N vb ; N cb  c 9781.2  daN  

7.3.4.Kiểm tra chiều dày bản ghép Đối với bản ghép liên kết đầu cột, chiều dày của bản phải thỏa điều kiện sau:

N b Là giá trị lực kéo lớn nhất tác dụng lên bu lông  N b max N 1 .

1: b Là khoảng cách giữa hai hàng bu lông, b 1b f  50 50 350 100 250     mm .

: b Chiều rộng bản ghép (lấy bằng chiều rộng tiết diện bản cánh cột b b f 350mm). : f Là giá trị cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của vật liệu làm bản ghép, sử dụng thép

CCT 34 nên f  2100  daN cm / 2  bj :

N Là giá trị lực kéo tác dụng lên dãy bu lông thứ j.

- Lực kéo lớn nhất tác dụng lên dãy bu lông thứ nhất (ngoài cùng):

- Lực kéo tác dụng lên dãy bu lông thứ 2: 2 2 max  

 Chiều dày bản ghép t p 14  mm  đảm bảo điều kiện bền.

(Tổ hợp M min , Ntu, Vtu) : M x ,min 107.85 kN m , N tu 1.73  kN ,V tu 7.55  kN 

(Tổ hợp N max , Mtu, Vtu) : M tu 309.02  kN m , N max 76.66 kN ,V tu 58.79  kN 

7.3.5.Kiểm tra đường hàn liên kết

7.3.5.1.Kiểm tra đường hàn liên kết bản cánh cột và dầm.

Bảng 7.14 Thông số đường hàn góc liên kết bản cánh cột và dầm vào bản ghép.

Thông số của đường hàn cánh dầm Giá trị

Chiều dài tính toán của đường hàn: l w f = 161 (mm)

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn: Σl w f = 644 (mm)

Cường độ tính toán của đường hàn theo tiết diện f ws = 1530 (daN/cm 2 ))

- Chiều dài tính toán của đường hàn bản cánh dầm và cánh cột vào bản ghép:

- Tổng chiều dài tính toán đường hàn bản cánh dầm và cột: l w f 4 l w f  4 161 644  mm 

* Kiểm tra tại vị trí tiết diện đỉnh cột cho trường hợp 1

- Tổng lực dọc lớn nhất tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm và cột liên kết vào bản ghép:

- Tổng lực dọc nhỏ nhất tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm và cột liên kết vào bản ghép:

- Khả năng chịu cắt của đường hàn cánh dầm và cột vào bản ghép:

      min ; 0.8 64.4 min 0.7 1800;1 1530 0.95 61669.44 f f w f wf s ws c h  l  f  f         daN

- Kiểm tra:N f max 45035.1 daN  h f  l w f min f f wf ; s ws f  c 61669.44  daN 

 Chiều cao và vật liệu đường hàn cánh dầm và cột vào bản ghép thỏa điều kiện.

* Kiểm tra tại vị trí tiết diện đỉnh dầm cho trường hợp 2

(Tổ hợp Mmin, Ntu, Vtu) : M x ,min 107.85 kN m 

- Tổng lực dọc lớn nhất tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm và cột liên kết vào bản ghép:

- Tổng lực dọc nhỏ nhất tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm và cột liên kết vào bản ghép:

- Khả năng chịu cắt của đường hàn cánh dầm và cột vào bản ghép:

- Kiểm tra:N f max 14466.94 daN h f  l w f min f f wf ; s ws f  c 61669.44  daN 

 Chiều cao và vật liệu đường hàn cánh dầm và cột vào bản ghép thỏa điều kiện.

(Tổ hợp Nmax, Mtu, Vtu) : M tu 309.02  kN m 

7.3.5.2.Kiểm tra đường hàn liên kết bản bụng dầm.

Bảng 7.15.Thông số đường hàn góc liên kết bản bụng dầm và cột vào bản ghép.

Thông số của đường hàn bụng dầm Giá trị

Chiều dài tính toán của đường hàn: l w w = 716 (mm)

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn: Σl w w = 1432 (mm)

- Chiều dài tính toán của đường hàn bản bụng dầm và cột vào bản ghép:

- Tổng chiều dài tính toán đường hàn bản bụng dầm: l w w 2 l w w  2 716 1432  mm 

(Tổ hợp M max , Ntu, Vtu) :M x ,max 309.02 kN m , N tu 76.66  kN ,V tu 58.79  kN 

- Tổng lực cắt tác dụng lên đường hàn bụng dầm và cột : V  58.79  kN   5879  daN 

- Khả năng chịu cắt của đường hàn bụng dầm và cột vào bản ghép:

      min ; 0.8 143.2 min 0.7 1800;1 1530 0.95 137128.3 w f w f wf s ws c h  l  f  f         daN

- Kiểm tra:V 5879  daN  h f  l w w min  f f wf ; s ws f  c 137128.3  daN 

 Chiều cao và vật liệu đường hàn bụng dầm và cột vào bản ghép thỏa điều kiện.

(Tổ hợp Mmin, Ntu, Vtu) : M x ,min 107.85 kN m , N tu 1.73  kN ,V tu 7.55  kN 

- Tổng lực cắt tác dụng lên đường hàn bụng dầm và cột: V  7.55  kN   755  daN 

- Khả năng chịu cắt của đường hàn bụng dầm và cột vào bản ghép:

 Chiều cao và vật liệu đường hàn bụng dầm và cột vào bản ghép thỏa điều kiện.

* Kiểm tra tại vị trí tiết diện nối dầm cho trường hợp 3

Tính toán, thiết kế liên kết nối dầm

7.4.1.Cấu tạo liên kết nối dầm

Hình 7.11.Cấu tạo chi tiết liên kết nối dầm.

Bảng 7.16.Thông số tính toán của bu lông cho chi tiết liên kết nối dầm.

- Số lượng bu lông bố trí ở mỗi hàng phải đảm quy định của Bảng 44 TCVN 5575:2012

Bảng 7.17.Thông số tính toán của bản ghép cho chi tiết liên kết nối dầm.

- Kiểm tra:N b max 3284.2 daN    N tb  c 4655 daN  

(Tổ hợp N max , Mtu, Vtu) : M tu 73.05  kN m 

- Kiểm tra:N b max 3323.6 daN    N tb  c 4655 daN   Cấp độ bền, đường kính và số lượng bu lông trong liên kết đảm bảo điều kiện chịu kéo.

(Tổ hợp M max , Ntu, Vtu) nội lực: M x ,max 60.44 kN m , N tu 9.06  kN ,V tu 7.56  kN 

3950 2 2 0.9 14220 vb v b vb vb cb c cb b cb

- Kiểm tra:N b V 75.6  daN  min      N vb ; N cb  c 5364  daN  

- Kiểm tra:N b V 376.5  daN  min      N vb ; N cb  c 5364  daN  

- Kiểm tra:N b V 369.7  daN min      N vb ; N cb  c 5364  daN  

7.4.4.Kiểm tra chiều dày bản ghép Đối với bản ghép liên kết nối dầm, chiều dày của bản phải thỏa điều kiện sau:

1: b Là khoảng cách giữa hai hàng bu lông, b 1250 mm .

: b Chiều rộng bản ghép (lấy bằng chiều rộng tiết diện bản cánh dầm b b f 350mm). : f Là giá trị cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của vật liệu làm bản ghép, sử dụng thép

CCT 34 nên f  2100  daN cm / 2  bj :

7.4.5.1.Kiểm tra đường hàn liên kết bản cánh dầm.

Bảng 7.18 Thông số đường hàn góc liên kết bản cánh dầm vào bản ghép.

- Chiều dài tính toán của đường hàn bản cánh dầm vào bản ghép:

- Tổng chiều dài tính toán đường hàn bản cánh dầm: l w f 4 l w f  4 161 644  mm 

- Tổng lực dọc lớn nhất tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm liên kết vào bản ghép:

- Tổng lực dọc nhỏ nhất tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm liên kết vào bản ghép:

- Khả năng chịu cắt của đường hàn cánh dầm vào bản ghép:

 Chiều cao và vật liệu đường hàn cánh dầm vào bản ghép thỏa điều kiện.

(Tổ hợp Nmax, Mtu, Vtu) : M tu 73.05  kN m 

Bảng 7.19.Thông số đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vào bản ghép.

- Chiều dài tính toán của đường hàn bản bụng dầm vào bản ghép:

- Tổng lực cắt tác dụng lên đường hàn bụng dầm : V  7.56  kN   756  daN 

- Khả năng chịu cắt của đường hàn bụng dầm vào bản ghép:

- Kiểm tra:V 756  daN h f  l w w min  f f wf ; s ws f  c 79672.32  daN 

 Chiều cao và vật liệu đường hàn bụng dầm vào bản ghép thỏa điều kiện.

(Tổ hợp Mmin, Ntu, Vtu) : M x ,min 78.40 kN m 

(Tổ hợp Nmax, Mtu, Vtu) : M tu 73.05  kN m , N max 75.52 kN ,V tu 36.97  kN 

- Kiểm tra:V 3697  daN h f  l w w min  f f wf ; s ws f  c 79672.32  daN 

Tính toán, thiết kế liên kết đỉnh dầm

7.5.1.Cấu tạo liên kết đỉnh dầm

Hình 7.12.Cấu tạo chi tiết liên kết đỉnh dầm.

Bảng 7.20.Thông số tính toán của bu lông cho chi tiết liên kết đỉnh dầm.

- Số lượng bu lông bố trí ở mỗi hàng phải đảm quy định của Bảng 44 TCVN 5575:2012.

Bảng 7.21.Thông số tính toán của bản ghép cho chi tiết liên kết đỉnh dầm.

- Kiểm tra:N b max 5894.3 daN    N tb  c 6688 daN  

- Kiểm tra:N b max 1277.8 daN    N tb  c 6688 daN  Cấp độ bền, đường kính và số lượng bu lông trong liên kết đảm bảo điều kiện chịu kéo.

(Tổ hợp N max , Mtu, Vtu) : M tu 99.23  kN m , N max 71.24 kN ,V tu 5.80  kN 

7.5.4.Kiểm tra chiều dày bản ghép Đối với bản ghép liên kết đỉnh dầm, chiều dày của bản ghép phải thỏa điều kiện sau:

1: b Là khoảng cách giữa hai hàng bu lông, b 1b f  50 50 350 100 250     mm .

: b Chiều rộng bản ghép (lấy bằng chiều rộng tiết diện bản cánh dầm b b f 350mm).

: f Là giá trị cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của vật liệu làm bản ghép, sử dụng thép

CCT 34 nên f  2100  daN cm / 2  bj :

- Lực kéo lớn nhất tác dụng lên dãy bu lông thứ nhất (ngoài cùng):N b max 5894.3 daN 

- Lực kéo lớn nhất tác dụng lên dãy bu lông thứ nhất (ngoài cùng):N b max 1277.8 daN .

- Lực kéo lớn nhất tác dụng lên dãy bu lông thứ nhất (ngoài cùng):N b max 4838 daN 

7.5.5.1.Kiểm tra đường hàn liên kết bản cánh dầm.

Bảng 7.22 Thông số đường hàn góc liên kết bản cánh dầm vào bản ghép.

- Chiều dài tính toán của đường hàn bản cánh dầm vào bản ghép:

- Tổng chiều dài tính toán đường hàn bản cánh dầm: l w f 4 l w f  4 161 644  mm 

- Tổng lực dọc gây cắt tác dụng lên phần cánh tiết diện dầm liên kết vào bản ghép:

- Kiểm tra:N f 25174.42  daN h f  l w f min  f f wf ; s ws f  c 61669.44  daN 

Bảng 7.23.Thông số đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vào bản ghép.

- Chiều dài tính toán của đường hàn bản bụng dầm vào bản ghép:

- Tổng lực cắt tác dụng lên đường hàn bụng dầm :

- Kiểm tra:V 116.41  daN  h f  l w w min  f f wf ; s ws f  c 79672.32  daN 

(Tổ hợp Nmax, Mtu, Vtu) : M tu 99.23  kN m , N max 71.24 kN ,V tu 5.80  kN 

Định dạng
Số trang	162
Dung lượng	22,83 MB