KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉPGVHD: NGUYỄN NGỌC DƯƠNG k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ caoc: hệ số khí động, phụ thuộc vào hướng gió và hình dạng công trình... KẾT CẤU CÔNG
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
Tải trọng thường xuyên
a.Tải trọng lên dầm mái
Tải trọng phân bố trên mái bao gồm tôn, hệ giằng mái, xà gồ mái: g = 0.1 kN/m tc 2 mặt bằng mái Trong thực tế, dầm mái có thể chịu các tải trọng khác như: tải trọng hệ thống cơ, điện, lạnh, lớp cách nhiệt Tuy nhiên, đồ án không xét các tải trọng này. Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:
Tải trọng tính toán phân bố lên dầm mái:
Trong công thức trên n là hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải), khi tính toán cường g độ và ổn định, đối với kết cấu thép: n = 1.05 (Bảng 1, TCVN 2737:1995)g b Tải trọng lên cột
Tải trọng thường xuyên tác dụng lên cột bao gồm tải trọng kết cấu bao che (xà gồ vách) : g = 0.11 kN/m tc 2
Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên cột:
Tải trọng tính toán phân bố lên cột:
Hoạt tải sửa chữa mái
Mái tôn không sử dụng có giá trị hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn: p = 0.57 kN/m tc 2 mặt bằng nhà, do đó:
Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:
Hoạt tải sửa chữa tính toán phân bố trên dầm mái:
Trong công thức trên: ứng với độ dốc mái 10%, n = 1.3 là hệ số độ tin cậy củap hoạt tải sửa chữa mái (Bảng 3 và Mục 4.3.3, TCVN 2737:1995)
Tải trọng gió
Theo TCVN 2737:1995, áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo công thức:
Trong đó: n = 1.2: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió
(daN/m ) : áp lực gió tiêu chuẩn, 2
1 g k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao c: hệ số khí động, phụ thuộc vào hướng gió và hình dạng công trình
Bảng 1 Tải trọng gió theo phương ngang nhà
Loại tải Áp lực tiêu chuẩn
MÔ HÌNH KẾT CẤU
Mô hình khung ngang
Sử dụng phần mềm Etabs để mô hình và tính toán nội lực cho kết cấu công trình.
Mô đun đàn hồi E (kN/m ) 2
Hệ số poisson ν f y (kN/m 2 ) f u (kN/m ) 2
Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng
2.2.1 Các trường hợp tải trọng
Bảng 3 Các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung
2 HTT Hoạt tải tác dụng mái trái
3 HTP Hoạt tải tác dụng mái phải
4 GT Gió thổi ngang nhà hướng sang trái
5 GP Gió thổi ngang nhà hướng sang phải
Hình 2.1.Mô hình dạng tiết diện khung
Hình 2.2.Tĩnh tải tác dụng lên khung
Hình 2.3.Hoạt tải mái trái
Hình 2.4.Hoạt tải mái phải
Nội lực khung ngang
Hình 2.7.Biểu đồ momen của tĩnh tải
Hình 2.8.Biểu đồ lực cắt của tĩnh tải
Hình 2.9.Biểu đồ lực dọc của tĩnh tải
Hình 2.10.Biểu đồ momen của hoạt tải trái
Hình 2.11.Biểu đồ lực cắt của hoạt tải trái
Hình 2.12.Biểu đồ lực dọc của hoạt tải trái
Hình 2.13.Biểu đồ momen của hoạt tải phải
Hình 2.14.Biểu đồ lực cắt của hoạt tải phải
Hình 2.15.Biểu đồ lực dọc của hoạt tải phải
Hình 2.16.Biểu đồ momen của gió trái
Hình 2.17.Biểu đồ lực cắt của gió trái
Hình 2.18.Biểu đồ lực dọc của gió trái
Hình 2.19.Biểu đồ momen của gió phải
Hình 2.20.Biểu đồ lực cắt của gió phải
Hình 2.21.Biểu đồ lực dọc của gió phải
KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT
Thông số chung
Nội lực tính toán Đặc điểm thành phần nội lực M (kN.m) N (kN) V (kN)
Trường hợp 1 M , N , Vmax tư tư 15.052 20.81 13.19
Trường hợp 2 M , N , Vtư max tư 5.434 -65.08 7.21
Trường hợp 3 M , N , Vmax tư tư -12.161 6.55 -11.33
Vật liệu thép CCT34 có cường độ:
Kích thước hình học tiết diện cột
Chiều cao Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) b (mm)f t (mm)f h (mm)w t (mm)w b (mm)f t (mm)f
250 100 3 244 2.5 100 3 Đặc trưng hình học tiết diện cột
Ix Wx ix Iy Wy iy A Sx
(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 2 ) (cm 3 )
Giả thiết tỷ số độ cứng của xà và cột tại chỗ liên kết xà-cột là bằng nhau, ta có: cot cot
Theo bảng 19 (TCVN 5575-2012), hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi được xác định như sau:
Vậy chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng uốn:
Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng khung lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà tức là bằng khoảng cách giữa hai điểm giằng cột (khoảng cách các sườn tường) l = 2.5 (m) y
Các hệ số tham gia kiểm tra tiết diện
Kiểm tra điều kiện khống chế độ mãnh
10.03 2.03 x y x y x y l l i i Độ mảnh quy ước của cột:
Theo bảng 25 TCVN 5575:2012, độ mảnh giới hạn của cột nén lệch tâm:
( e 0.383 nội suy từ max max x ; y 3.89)
Kiểm tra độ mảnh: max max x ; y 123.152 139.878
Kiểm tra điều kiện bền
Trường hợp 1: M = 15.052 kN.m, N = 20.81kN max tư Độ lệch tâm tương đối:
M A m N Độ lệch tâm tính đổi: m e m < 20
1.48: hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy bảng D.9, phụ lục D, TCVN
Không cần kiểm tra điều kiện bền
Trường hợp 2: M = 5.434 kN.m, N = -65.08 kN Độ lệch tâm tương đối:
M A m N Độ lệch tâm tính đổi: me m 1.48 1.365 2.03 < 20
1.48: hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy bảng D.9, phụ lục D, TCVN
Không cần kiểm tra điều kiện bền
Trường hợp 3: M= -12.161 kN.m, N = 6.55 kN Độ lệch tâm tương đối:
12 Độ lệch tâm tính đổi: me m 1.48 30.358 45.171 > 20
1.48: hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy bảng D.9, phụ lục D, TCVN
Kiểm tra điều kiện bền:
Kiểm tra khả năng chịu cắt
Công thức kiểm tra: max x v c x w
Kiểm tra khả năng chịu cắt
Kiểm tra khả năng chịu uốn cắt đồng thời
Kiểm tra khả năng chịu uốn cắt đồng thời
Kiểm tra ổn định tổng thể
- Với cặp nội lực: M 12.161(kN.m); N 6.55(kN); V 11.33(kN)
13 Độ lệch tâm tương đối:
6.55 74 x x x e M A m p N W Độ lệch tâm tính đổi me:m e m0.358 > 20
Trong đó: f c 21 (KN/cm ) 2 e 0 (thỏa)
- Với cặp nội lực: M 15.052 (kN.m); N 20.81(kN); V 13.19(kN) Độ lệch tâm tương đối:
11.827 20.81 74 x x x e M A m p N W Độ lệch tâm tính đổi me:m e m.827< 20
- Với cặp nội lực M 5.434 (kN.m); N 65.08(kN); V 7.21(kN) Độ lệch tâm tương đối:
1.365 65.08 74 x x x e M A m p N W Độ lệch tâm tính đổi me:m e m 2.03= < 20
A Kiểm tra ngoài mặt phẳng uốn:
Hệ số uốn dọc y đối với trục y-y được xác định bằng bẳng tra D8 TCVN
Hệ số c kể đến ảnh hưởng của momen uốn M và hình dạng tiết diện đều ổn định củax cột theo phương ngoài mặt phẳng làm việc, phụ thuộc vào m (mục 7.4.2.5 TCVN x
Với , dược lấy từ bảng 16 TCVN 5575:2012)
Với mx được xác định:
M' là giá trị momen quy ước dùng kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung được xác định:
M Là giá trị momen ở vị trí 1/3 nhịp (gần chân cột)
M 2: Là giá trị momen ở vị trí 1/3 nhịp (gần vai cột)
Giá trị kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng
N (KN) M 1 (KN.m) M 2 (KN.m) M (KN.m) M ' (KN.m)
65.08 15.052 -9.938 -1.61 7.526 kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng
Vậy cột thoả mãn điều kiện ổn định tổng thể ngoài măt phẳng
Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh cột
Công thức kiểm tra theo mục 7.6.3 - TCVN 5575-2012
Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng cột
Bản bụng phải đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ theo công thức:
Theo mục 7.6.2.2 TCVN:2012 đối với cột chịu nén lệch tâm và nén uốn, tiết diện chữ I mà điều kiện ổn định được kiểm tra theo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng thì giá trị giới hạn của hw/hw phụ thuộc vào bảng giá trị của thông số σ và σ1
:Hệ số kể đến trạng thái ứng suất pháp không đều trên bản bụng.
, :1 Ứng suất nén, kéo ở các mặt phẳng ngoài cùng của bản bụng.
, :1 y y Khoảng cách từ trục x-x đến thớ chịu nén, kéo nhiều nhất của bản bụng.
Khi 0.5 thì xác định theo mục 7.6.2.1 TCVN:2012
Khi 1 thì hw/hw được xác định theo công thức:
V t h Bảng kiểm tra điều kiện ổn định bảng bụng
Ta lấy w w h t 0.167 đển kiểm tra. w w w w
Bản bụng không mất ổn định cục bộ.
Cần thêm sườn gia cường
KIỂM TRA TIẾT DIỆN XÀ NGANG
Tiết diện nhỏ
Với cặp nội lực: M 93.76 (kN.m); N 0 (kN); V 31.3 (kN)
Kích thước hình học tiết diện xà tại nách khung
Chiều cao Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)
300 100 4 244 3 100 4 Đặc trưng hình học tiết diện xà tại nách khung
Ix Wx ix Iy Wy iy A Sx
(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 2 ) (cm ) 3
4.1.1 Kiểm tra điều kiện bền chịu nén, uốn
4.1.2.Điều kiện bền chịu cắt
4.1.3.Điều kiện bền chịu nén uốn và cắt đồng thời
1 3 14.174 3 0.935 14.26 / 1.15 24.15 / td kN cm f c kN cm
4.1.4.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể cho dầm mái
Theo Bảng 13, TCVN 5575 – 2012 xét các biểu thức sau:
4.1.5.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng
Tiết diện lớn
Với cặp nội lực: M 61.093 (kN.m); N 12.54 (kN); V 0 (kN)
Kích thước hình học tiết diện xà tại đỉnh khung
Chiều cao Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)
400 100 5 244 4 100 5 Đặc trưng hình học tiết diện xà tại nách khung
Ix Wx ix Iy Wy iy A Sx
(cm4) (cm3) (cm) (cm4) (cm3) (cm) (cm2) (cm3)
41712 1714 45.94 83 17 2.05 19.76 96.49 Độ lệch tâm tương đối:
4.2.1 Kiểm tra điều kiện bền chịu nén, uốn
4.2.2 Điều kiện bền chịu cắt
4.2.3 Điều kiện bền chịu nén uốn và cắt đồng thời
1 3 4.1 3 0 4.1 / 1.15 24.15 / td kN cm f c kN cm
4.2.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể cho dầm mái
Theo Bảng 13, TCVN 5575 – 2012 xét các biểu thức sau:
4.2.5 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng
THIẾT KẾ LIÊN KẾT CỘT
Chi tiết liên kết cột
Cặp nội lực 1 có N , M , V :max tư tư
Cặp nội lực 2 nội lực có
Thiết kế bản đế
- Chọn chiều rộng bản đế lớn hơn bề rộng cột 3 cm
Chiều dài bản đế được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng
Bê tông móng cấp độ bền B20
Chiều dài của bản đế c = 6 cm2
Bề dày của dầm đế t = 1 cmdđ
Chiều cao dầm đế h = 25cm
2 2 bd bd b loc bd b loc bd b loc
2 2 bd bd b loc bd b loc bd b loc
Chọn L = 39 cmbđ Ứng suất dưới bản đế, chọn cặp nội lực thứ 2 để tính toán
Thỏa điều kiện Ứng suất tại mép cột
1 = 0.23789 kN/cm 2 Ô số 1 tw = 1 cm, a = d = 12.5 cm, b = 7.5 cm2 1 2
Tra bảng và nội suy ta có 0.074b Ô số 2 ( bản kê 2 cạnh liền kề ) a2 = d = 7.5 cm, b = 6 cm2 2
Vậy bề dày của bản đế được xác định theo công thức
Thiết kế dầm đế
Kích thước của dầm đế chọn như sau:
Dầm đế được hàn vào bản cánh cột h = 1 cmf hf,min = 6 mm hf,max = 12 mm
Lực truyền vào dầm đế do ứng suất phản lực vùng bê tông móng
Mmax = 1505.2 kNcm tf = 1.2 cm hc = 23.8 cm
Từ đó xác định được chiều dài tính toán của 1 dường hàn liên kết dầm đế vào cột Hàn tay
Bs = 1 fwf = 18 kN/cm 2 fws = 15.3 kN/cm 2
Vậy chọn h dầm đế là 5 cm
Thiết kế sườn ngăn A
Sườn làm việc như dầm console
Bdđ = 16 cm Đoạn phân bố ứng suất nén 19 cm
L = 39 cm max = 0.404 qs = 0.035 ls = 7.5 cm
Chọn bề dày sườn t = 1 cms
Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương
Chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng hf = 0.8 cm
Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức
Thiết kế sườn ngăn B
Bề rộng diện truyền tải vào sườn 16 cm Ứng suất max : 0.40445 kN/cm 2 ls = 6 cm qs = 6.47126
Bề dày sườn t = 15mm = 1.5 cms
Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn
Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương lw = 5 cm, t = 1.5 cmw
Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B hf = 13 mm
Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức
Thiết kế bulong neo
M = 15.052 kNm, N = 20.81 kN, V = 13.19 kN max = 0.404 kN/cm, min = 0.337 kN/cm
Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế:
Khoảng cách từ điểm đặt của lực dọc đến trọng tâm của biểu đồ ứng suất nén
Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm bulong neo d = 3 cm Trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trục bulong chịu kéo lớn nhất
Tổng các lực kéo trong thân các bulong neo ở 1 phía chân cột
Chọn thép bulong neo n1 = 4, f = 19 kN/cmba 2
Chọn bulong phi 10 có A = 0.58 cmbn 2
Tính lại tổng lực kéo trong thân các bulong neo
N = 20.81 Đạt yêu cầu về bulong đã chọn
Thiết kế dường hàn liên kết cột vào bản đế
Lực kéo trong bản cánh cột do moment và lực dọc tác dụng vào
Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột
Chiều cao cần thiết của các đường liên kết ở bản cánh cột vào bản đế c = 1
Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kêt ở bản bụng cột vào bản đế
Theo điều kiện cấu tạo chiều cao đường hàn
THIẾT KẾ LIÊN KẾT XÀ MÁI
Chi tiết liên kết xà với cột
Từ bảng tổ hợp nội lực xà chọn được
Thiết kế bulong liên kết
Chọn 10 bu long Đường kính 14 mm
Diện tích thực của bulong A = 1.15 cmbn 2
Diện tích nguyên của bulong A = 1.54 cm 2
Cường độ tính toán chịu kéo của bulong f = 40 kN/cmtb 2
Cường độ tính toán chịu cắt của bulong f = 32 kN/cmvb 2
Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích
Khả năng chịu kéo của 1 bu lông ftb = 40 kN/cm 2
Lực kéo lớn nhất ở hàng bulong ngoài cùng
Vậy thỏa điều kiện chịu kéo
Khả năng chịu lực của bulong theo điều kiện chịu cắt và ép mặt
Lực tác dụng lên một bulong V = 31.3 kN n = 10
Khả năng chịu cắt của 1 bulông fvb = 32 kN/cm 2 b = 1
Giả thiết chiều dày mặt bích d = 1.4 cm
Vậy thỏa điều kiện ép mặt của bulông
Thiết kế bản bích
Bề dày của bản bích xác định từ điều kiện chịu uốn b1 = 5 cm
Nbmax = 26.849 kN b = 10 cm f = 21 kN/cm 2 h1 = 31.5 cm
Chi tiết nối xà ở đỉnh
Thiết kế bulong liên kết
Chọn 8 bulong Đường kính bulong 14mm
A = 1.54 cm 2 ftb = 40 kN/cm 2 fvb = 32 kN/cm 2
2 cặp sườn gia cường cho mặt bích
10 ( mm ) min 2 ( cm ) vb b min
Nemb df 1.4 32 1 2 89.6 ( kN ) vb emb min N ; N 49.28 ( kN )
Khả năng chịu kéo của 1 bulông
Lực kéo tác dụng vào một bulông
Vậy thỏa điều kiện bulong chịu kéo
Kiểm tra khả năng chịu cắt và ép mặt của bulọng fvb = 32 kN/cm 2 b = 1
Vậy thỏa điều chịu cắt và ép mặt
Thiết kế liên kết xà ngang với bản bích
Nb,max = 31.966 kN b = 10 cm f= 21 kN/cm 2
Nemb df 1.4 32 1 1 89.6 ( kN ) cb Nsin Vsin 31.3 0.995
N 3.893 ( kN ) n 8 vb emb min N ; N 49.28 ( kN )
Thiết kế đường hàn liên kết tiết diện xà ngang với mặt bích
Lực kéo trong bản cánh dưới do moment, lực dọc và lực cắt gây ra
Chiều cao cần thiết các đường hàn liên kết bản cánh cột và mặt bích c = 1
Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng xà với mặt bích h1 = 55 cm tf = 1.2 cm
BÀI TẬP SỐ 2: THIẾT KẾ TRẠM XĂNG CHƯƠNG 1: TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
1.1.Tải trọng thường xuyên a Tải trọng lên dầm mái
Tải trọng phân bố trên mái bao gồm tôn, hệ giằng mái, xà gồ mái: g = 0.1 kN/m tc 2 mặt bằng mái Trong thực tế, dầm mái có thể chịu các tải trọng khác như: tải trọng hệ thống cơ, điện, lạnh, lớp cách nhiệt Tuy nhiên, đồ án không xét các tải trọng này. Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:
Tải trọng tính toán phân bố lên dầm mái:
Trong công thức trên n là hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải), khi tính toán cường g độ và ổn định, đối với kết cấu thép: n = 1.05 (Bảng 1, TCVN 2737:1995)g b Tải trọng lên cột
Tải trọng thường xuyên tác dụng lên cột bao gồm tải trọng kết cấu bao che (xà gồ vách) : g = 0.11 kN/m tc 2
Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên cột:
Tải trọng tính toán phân bố lên cột:
1.2 Hoạt tải sửa chữa mái
Mái tôn không sử dụng có giá trị hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn: p = 0.57 kN/m tc 2 mặt bằng nhà, do đó:
Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:
Hoạt tải sửa chữa tính toán phân bố trên dầm mái:
Trong công thức trên: ứng với độ dốc mái 10%, n = 1.3 là hệ số độ tin cậy củap hoạt tải sửa chữa mái (Bảng 3 và Mục 4.3.3, TCVN 2737:1995)
Theo TCVN 2737:1995, áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo công thức:
Trong đó: n = 1.2: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió
(daN/m ) : áp lực gió tiêu chuẩn, 2
33 g k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao c: hệ số khí động, phụ thuộc vào hướng gió và hình dạng công trình
Bảng 1 Tải trọng gió theo phương ngang nhà
Loại tải Áp lực tiêu chuẩn
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH KẾT CẤU
S d ng phầần mềầm Etabs đ mô hình và tính toán n i l c cho kềết cầếu công trình.ử ụ ể ộ ự
Mô đun đàn hôồi E (kN/m ) 2
H sôốệ poisson ν fy (kN/m 2 ) fu (kN/m 2 )
Chọn tiết diện thép cột: I – 200x100x6x8
Tiết diện thép dàn: thép ống O- 70x60x3.5
2.2 Các trườ ng h p t i tr ng và t h p t i tr ng ợ ả ọ ổ ợ ả ọ
2.2.1 Các trườ ng h p t i tr ng ợ ả ọ
B ng 3.ả Các trườ ng h p t i tr ng tác d ng lền khungợ ả ọ ụ
STT Ký hi uệ Ý nghĩa
2 HTT Ho t t i tác d ng mái tráiạ ả ụ
3 HTP Ho t t i tác d ng mái ph iạ ả ụ ả
4 GT Gió th i ngang nhà hổ ướ ng sang trái
5 GP Gió th i ngang nhà hổ ướng sang ph iả
Hình 2.1 Mô hình d ng tiềết di n khungạ ệ
Hình 2.2.Tĩnh t i tác d ng lền khungả ụ
Hình 2.7 Bi u đôầ momen c a tĩnh t i ể ủ ả
Hình 2.8 Bi u đôầ l c cắết c a tĩnh t iể ự ủ ả
Hình 2.9 Bi u đôầ l c d c c a tĩnh t iể ự ọ ủ ả
Hình 2.10 Bi u đôầ momen c a ho t t i tráiể ủ ạ ả
Hình 2.11 Bi u đôầ l c cắết c a ho t t i tráiể ự ủ ạ ả
Hình 2.12 Bi u đôầ l c d c c a ho t t i tráiể ự ọ ủ ạ ả
Hình 2.13 Bi u đôầ momen ho t t i ph iể ạ ả ả
Hình 2.14 Bi u đôầ l c cắết ho t t i ph i ể ự ạ ả ả
Hình 2.15 Bi u đôầ l c d c ho t t i ph i ể ự ọ ạ ả ả
Hình 2.16 Bi u đôầ momen gió trái ể
Hình 2.17 Bi u đôầ l c cắết gió trái ể ự
Hình 2.18 Bi u đôầ l c d c gió trái ể ự ọ Gió ph iả
Hình 2.19 Biểu đồ momen gió phải
Hình 2.20 Biểu đồ lực cắt gió phải
Hình 2.21 Biểu đồ lực dọc gió phải
CHƯƠNG 3 : KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT
Nội lực tính toán Đặc điểm thành phần nội lực M (kN.m) N(kN) V(kN)
- Vật liệu thép CCT34 có cường độ:
Kích thước hình học tiết diện cột
Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw(mm) tw(mm) bf (mm) bf (mm)
200 100 8 184 6 100 8 Đặc trưng hình học tiết diện cột
Ix Wx ix Iy Wy iy A sx
(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 2 ) (cm ) 3
Giả thiết tỷ số độ cứng của xà và cột tại chỗ liên kết xà-cột là bằng nhau, ta có: cot cot
Theo bảng 19 (TCVN 5575-2012), hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi được xác định như sau:
Vậy chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng uốn:
Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng khung lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà tức là bằng khoảng cách giữa hai điểm giằng cột (khoảng cách các sườn tường) l = 2.5 (m) y
3.2 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mãnh Độ mảnh của cột:
8.28 2.07 x y x y x y l l i i Độ mảnh quy ước của cột:
Theo bảng 25 TCVN 5575:2012, độ mảnh giới hạn của cột nén lệch tâm:
( e 0.383 nội suy từ max max x ; y 3.82)
Kiểm tra độ mảnh: max max x ; y 120.77 165.06 → Thoả
3.3 Kiểm tra điều kiện bền
Trường hợp 1: M = 16.65 kN.m, N = -7.91 kN max tư Độ lệch tâm tương đối:
M A m N Độ lệch tâm tính đổi: m e m < 20
1.1: hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy bảng D.9, phụ lục D, TCVN 5575:2012
Không cần kiểm tra điều kiện bền
Trường hợp 2: M = -0.85 kN.m, N = -42.11kN tư max Độ lệch tâm tương đối:
M A m N Độ lệch tâm tính đổi: m e m < 20
1.1: hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy bảng D.9, phụ lục D, TCVN 5575:2012
Không cần kiểm tra điều kiện bền
Trường hợp 3: M = -16.52 kN.m, N = -40.34 kN min tư Độ lệch tâm tương đối:
M A m N Độ lệch tâm tính đổi: m e m 1.1 37.22 40.942 > 20
1.1: hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy bảng D.9, phụ lục D, TCVN 5575:2012
Kiểm tra điều kiện bền:
3.4 Kiểm tra khả năng chịu cắt
Kiểm tra khả năng chịu cắt
(kN/cm )2 Kiểm tra Trường hợp
3.5 Kiểm tra khả năng chịu uốn cắt đồng thời
Kiểm tra khả năng chịu uốn cắt đồng thời
3.6 Kiểm tra ổn định tổng thể
- Với cặp nội lực: M 16.52(kN.m); N 40.31(kN); V 10.85(kN) Độ lệch tâm tương đối:
16.52 100 21 37.02 40.34 23.1 x x x e M A m p N W Độ lệch tâm tính đổi me: m e m= 40.942 > 20
Trong đó: f c 21 (KN/cm ) 2 e 0 (thỏa)
- Với cặp nội lực: M 0.85 (kN.m); N 42.11(kN); V 0.61(kN) Độ lệch tâm tương đối:
0.85 100 21 1.835 42.11 23.1 x x x e M A m p N W Độ lệch tâm tính đổi me: m e m=2.019 < 20
- Với cặp nội lực: M 16.65 (kN.m); N 7.91(kN); V 11.88(kN) Độ lệch tâm tương đối:
16.65 100 21 1.913 7.91 23.1 x x x e M A m p N W Độ lệch tâm tính đổi me: m e m=2.104 < 20
Kiểm tra ngoài mặt phẳng uốn:
Hệ số uốn dọc y đối với trục y-y được xác định bằng bẳng tra D8 TCVN 5575:2012
Hệ số c kể đến ảnh hưởng của momen uốn M và hình dạng tiết diện đều ổn x định của cột theo phương ngoài mặt phẳng làm việc, phụ thuộc vào m (mục x
Với , dược lấy từ bảng 16 TCVN 5575:2012)
Với mx được xác định:
M ' là giá trị momen quy ước dùng kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung được xác định:
M Là giá trị momen ở vị trí 1/3 nhịp (gần chân cột)
M2: Là giá trị momen ở vị trí 1/3 nhịp (gần vai cột)
Giá trị kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng
(KN.m) 42.11 -41.713 -31.899 -35.84 -15.4495 kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng
Vậy cột thoả mãn điều kiện ổn định tổng thể ngoài măt phẳng
Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh cột
Công thức kiểm tra theo mục 7.6.3 - TCVN 5575-2012
3.7 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng cột
Bản bụng phải đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ theo công thức:
Theo mục 7.6.2.2 TCVN:2012 đối với cột chịu nén lệch tâm và nén uốn, tiết diện chữ I mà điều kiện ổn định được kiểm tra theo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng thì giá trị giới hạn của hw/hw phụ thuộc vào bảng giá trị của thông số σ và σ1 x
:Hệ số kể đến trạng thái ứng suất pháp không đều trên bản bụng.
, :1 Ứng suất nén, kéo ở các mặt phẳng ngoài cùng của bản bụng.
, :1 y y Khoảng cách từ trục x-x đến thớ chịu nén, kéo nhiều nhất của bản bụng. Khi 0.5 thì xác định theo mục 7.6.2.1 TCVN:2012
Khi 1 thì hw/hw được xác định theo công thức:
Bảng kiểm tra điều kiện ổn định bảng bụng
Ta lấy w w h t 0.167 đển kiểm tra. w w w w
Bản bụng không mất ổn định cục bộ.
Thông số chung
Cần thêm sườn gia cường
KIỂM TRA GIÀN MÁI
Giằng dưới
Tính toán thanh giàn: Nmax=-308.812kN
Hình ảnh Đặc trưng tiết diện hình học:
Chọn thép CCT34: f 21( Kn cm / 2 )
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng: x 1( ) l l m
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung: y 1( ) l l m
4.1.1 Kiểm tra điều kiện độ mảnh
4.1.2 Kiểm tra điều kiện bền
4.1.3 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể max tra bảng II.1 kết cấu thép cấu kiện cơ bản (Phan Văn Hội)
Giằng xiên
Tính toán thanh giàn: Nmax#4.298kN
Hình ảnh Đặc trưng tiết diện hình học:
Chọn thép CCT34: f 21( Kn cm / 2 )
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng:
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:
4.2.1.Kiểm tra điều kiện độ mảnh
4.2.2.Kiểm tra điều kiện bền
4.2.3.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể max tra bảng II.1 kết cấu thép cấu kiện cơ bản(Phan Văn Hội)
Giằng trên
Tính toán thanh giàn: Nmax23.561kN
Hình ảnh Đặc trưng tiết diện hình học:
Chọn thép CCT34: f 21( Kn cm / 2 )
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng: x 1( ) l l m
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung: y 1( ) l l m
4.3.1.Kiểm tra điều kiện độ mảnh
4.3.2.Kiểm tra điều kiện bền
4.3.3.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể max tra bảng II.1 kết cấu thép cấu kiện cơ bản(Phan Văn Hội)
Giằng đứng
Tính toán thanh giàn: Nmax=-38.616kN
Hình ảnh Đặc trưng tiết diện hình học:
Chọn thép CCT34: f 21( Kn cm / 2 )
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng:
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:
4.4.1.Kiểm tra điều kiện độ mảnh
4.4.2.Kiểm tra điều kiện bền
4.4.3.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể max tra bảng II.1 kết cấu thép cấu kiện cơ bản (Phan Văn Hội)
Chi tiết chân cột
Cặp nội lực 1 có N , M , Vmax tư tư
Cặp nội lực 2 nội lực có |M |, N , Vmax tư tư
Chọn bề rộng bản đế lớn hơn bề rộng cột: b |mc c \m1
Chiều dài bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng
2 2 bd bd b loc bd b loc bd b loc
2 2 bd bd b loc bd b loc bd b loc
Bê tông móng có cấp độ bền B20:
1, khi lấy bằng 1 thì cấp độ bền bê tông không quá B25
54 Ứng suất dưới bản đế, chọn cặp nội lực thứ 2 để tính toán
6 0.638 b loc 1.035 / bd bd bd bd
B L B L Ứng suất tại mép cột:
Tra bảng và nội suy ta có: b 0.097
M d kNcm Ô số 2(bản kê 2 cạch liền kề) a2Ҍm b2cm b2/a2=1.5
Tra bảng và nội suy ta có: b 0.135
Vậy bề dày của bản đế được xác định theo công thức
Kích thước của dầm đế chọn như sau
Bề rộng: b dd B dd 17 cm
Dầm đế được hàn vào bản cánh cột: h f 1 cm
Lực truyền vào dầm đế do ứng suất phản lực vủa bê tông móng max 7.9
M tf=1.2cm h 8cmc max max 84.61
Từ đó xác định được chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột Hàn tay:
Vậy chọn h dầm đế: 7cm
Sườn làm việc như dầm colsole
Bddcm Đoạn phân bố ứng suất nén:19.25cm
Chọn bề dày sườn: tsmm
Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương lw,m twm
Chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột hfmm
Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức
Bề rộng diện truyền tải vào sườn 17 cm Ứng suất max 0.7501 kN/cm 2
Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn
Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương
Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B hf = 1.2 cm
Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức
Trong đó chia ra tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải:
Nht= 1 kN; M = 16.79ht kN. m Lực tính bu lông neo:
16.68 kN max = 0.67 kN/cm min = 0.64 kN/cm
Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế
Khoảng cách từ điểm đặt của lực dọc đến trọng tâm của biểu đồ ứng suất nén
Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chận cột đến tâm bulong neo d = 2 cm
Trọng tạm vùng bê tông chịu nén đến trục bu long chịu kéo lớn nhất
Tổng các lực kéo trong thân các bulông neo ở phía chân cột
Chọn bulong phi 18 có A = 1.92 cmbn 2
Tính lại tổng lực kéo trong thân các bulong neo
Lb = 26 cm Đạt yêu cầu về bulong đã chọn
Thiết kế đường hàn liên kết cột vào bản đế
Lực kéo trong bản cánh cột do moment và lực dọc tác dụng vào
Trong đó chia ra tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải:
Nht= 1 kN; M = 16.79ht kN. m Lực tính bu lông neo: