Đồ án kết cấu thép -Thiết kế khung thép 1 nhịp 1 tầng( khung zamil)

Mã đề : S1H1B3L4Q5 Mặt bằng công trình thể hiện trong Hình 1.1. Cho một nhà công nghiệp một tầng gồm 17 bước cột (n=17), có mặt bằng lưới cột như sau: Số liệu tính toán:  Nhịp khung ngang: L = 27 m  Sức nâng cầu trục: Q =12,5 T  Cao trình đỉnh ray : H1 = 8 m  Bước khung: B = 5 m 1.2. Nhiệm vụ thiết kế và tiến độ thực hiện 1.2.1. Nhiệm vụ thiết kế Nhận các thông số kỹ thuật của khung ngang theo mã đề. Chọn cầu trục và chế độ làm việc của cầu trục? Chọn các thông số kỹ thuật của khung ngang, chọn sơ bộ tiết diện, vẽ lại sơ đồ khung trong đó có ghi cụ thể các kích thước và thông số đã chọn? Thiết kế hệ xà gồ và sườn tường, thiết kế tấm lợp tole? Bố trí hệ giằng? Tính tải trọng tác dụng lên khung và tổ hợp tải trọng? Chọn tiết diện và kiểm tra tiết diện của thanh? Tính các liên kết? Kiểm tra chuyển vị ngang của khung Thuyết minh trình bày thành cuốn A4, bản vẽ thể hiện đúng tỉ lệ trên giấy A1 gồm 2 khung, hệ giằng, và chi tiết. 1.2.2. Tiến độ thực hiện Nộp tiến độ lần 1: Sau khi tính tải trọng và tổ hợp tải trọng Nộp tiến độ lần 2: Sau khi tính nội lực và kiểm tra tiết diện thanh Nội tiến độ lần 3 : Sau khi hoàn thành bản vẽ

SỐ LIỆU TÍNH TOÁN VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Số liệu tính toán

Mặt bằng công trình thể hiện trong Hình 1.1.

Cho một nhà công nghiệp một tầng gồm 17 bước cột (n), có mặt bằng lưới cột như sau:

Hình 1.1.1.a.1.1.1.1: Mặt bằng công trình

Sơ đồ kết cấu khung ngang thể hiện trong Hình 1.2.

Hình 1.1.1.a.1.1.1.2: Sơ đồ kết cấu khung ngang( khung zamil)

Nhiệm vụ thiết kế và tiến độ thực hiện

Nhận các thông số kỹ thuật của khung ngang theo mã đề.

Chọn cầu trục và chế độ làm việc của cầu trục?

Chọn các thông số kỹ thuật của khung ngang, chọn sơ bộ tiết diện, vẽ lại sơ đồ khung trong đó có ghi cụ thể các kích thước và thông số đã chọn?

Thiết kế hệ xà gồ và sườn tường, thiết kế tấm lợp tole?

Tính tải trọng tác dụng lên khung và tổ hợp tải trọng?

Chọn tiết diện và kiểm tra tiết diện của thanh?

Kiểm tra chuyển vị ngang của khung

Thuyết minh trình bày thành cuốn A4, bản vẽ thể hiện đúng tỉ lệ trên giấy A1 gồm 2 khung, hệ giằng, và chi tiết.

Nộp tiến độ lần 1: Sau khi tính tải trọng và tổ hợp tải trọng

Nộp tiến độ lần 2: Sau khi tính nội lực và kiểm tra tiết diện thanh

Nội tiến độ lần 3 : Sau khi hoàn thành bản vẽ

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, TIÊU CHUẨN TẢI TRỌNG VÀ THÔNG SỐ VẬT LIỆU

Tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 5575 - 2012: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế.

Tiêu chuẩn tải trọng

TCVN 2737- 2023: Tải trọng và tác động tiêu chuẩn thiết kế.

2.2.1 Tải trọng thường xuyên G( tĩnh tải)

Tải trọng tồn tại trong suốt thời hạn sử dụng theo thiết kế của công trình xây dựng và sự thay đổi giá trị tính toán của tải trọng là rất nhỏ so với giá trị trung bình của tải trọng; hoặc là tải trọng mà sự thay đổi giá trị tính toán của tải trọng luôn đơn điệu theo một chiều đến khi đạt tới giá trị giới hạn.

Công thức xác định: tt k f

G tt :là giá trị tính toán tải của trọng thường xuyên;

G k :là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng thường xuyên ( lấy theo nhà sản xuất );

 t là hệ số độ tin cậy của tải trọng lấy n=1.05 ( theo Bảng 2.1).

Bảng 2.2.1.a.1.1.1.1.1 Hệ số độ tin cậy về tải trọng γ f của trọng lượng kết cấu và đất( trích Bảng 3 TCVN 2737-2023)

Kết cấu công trình và loại đất Giá trị γ f

1 Kết cấu a) Kim loại, trừ trường hợp nêu trong 7.3 1,05 b) Bê tông (có khối lượng thể tích trung bình lớn hơn 1 600 kg/m 3 ), bê tông cốt thép, khối xây, gỗ 1,1 c) Bê tông (có khối lượng thể tích nhỏ hơn hoặc bằng 1 600 kg/m 3 ), các lớp ngăn cách, lớp căn phẳng, lớp hoàn thiện (bản, vật liệu cuộn, độn, lớp láng phẳng và tương tự), được sản xuất, chế tạo:

2.2.2 Tải trọng tạm thời ngắn hạn Q (hoạt tải sửa chữa)

Tải trọng mà sự thay đổi độ lớn hoặc hướng của tải trọng phải được kể đến.

Công thức tính giá trị tính toán của tải trọng tạm thời:

Q t là giá trị tính toán của tải trọng tạm thời ngắn hạn; q k ,t là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố điều ( lấy theo Bảng 2.2 );

 f là hệ số độ tin cậy của tải trọng tạm thời lấy n=1,3 ( lấy theo TCVN 2737-

Bảng 2.2.2.a.1.1.1.1.1 Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố đều q k,t lên sàn, mái, cầu thang bộ( trích 1 phần bảng 4 TCVN 2737-2023)

Khu vực D: Khu vực thương mại

D1: Khu vực cửa hàng kinh doanh bán lẻ 4,0

D2: Khu vực bán hàng ở trung tâm thương mại, siêu thị và tương tự 5,0

Khu vực H: Mái không sử dụng, chỉ có người đi lại sửa chữa 0,3

Khu vực I: Mái có sử dụng

I1: Những chỗ tập trung đông người (đi từ các phòng xưởng, phòng họp lớn, phòng hội trường và tương tự) 4,0

2.2.3 Tải trọng gió Áp dụng cho công trình không cao quá 200m.

Tải trọng gió tiêu chuẩn:

Wk = W3s,10ãk(ze)ãcãGf = (T W0) k(ze).c.Gf

Tải trọng gió tính toán:

Hệ số độ tin cậy về tải trọng  f đối với tải trọng gió chính được lấy bằng 2,1; khi tính toán kích động xoáy cộng hưởng thì hệ số độ tin cậy về tải trọng  f lấy bằng 1,0. Trong đó:

W 3s,10 là áp lực gió 3s ứng với chu kỳ lặp 10 năm, W 3s,10 = T W 0 với T là hệ số chuyển đổi áp lực gió từ chu kỳ lặp từ 20 năm xuống 10 năm, lấy bằng 0,852; W0 là áp lực gió cơ sở theo Bảng 2.3. k(z e ) là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ theo và dạng địa hình tại độ cao tương đương z e, được nêu trọng Bảng 2.5 và được tính theo công thức:

Ze là độ cao tương đương; Ze lấy không nhỏ hơn Zmin theo Bảng 2.4;

Zg là độ cao của gradient, được xác định phụ thuộc vào dạng địa hình theo Bảng 2.4; α là hệ số dùng trong hàm lũy thừa đối với vận tốc gió 3s (lấy trung bình trong khoảng thời gian 3s) theo Bảng 2.4.

Bảng 2.2.3.a.1.1.1.1.1 Giá trị của áp lực gió cơ sở W 0 (trích bảng 7 TCVN 2737-2023)

Vùng áp lực gió trên bản đồ I II III IV V

Bảng 2.2.3.a.1.1.1.1.2 Các hệ số zg, z min và α( trích bảng 8 TCVN 2737-2023)

Mô tả dạng địa hình Giá trị z g , m

A Trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không quá 1,5 m (bờ biển thoáng, mặt sông, hồ lớn, đồng muối, cánh đồng không có cây cao ), xem Hình D.1, Phụ lục D.

B Tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không quá 10 m (vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa hoặc rừng non, vùng trồng cây thưa ), xem Hình D.2, Phụ lục D.

C Bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau cao từ 10 m trở lên (trong thành phố, vùng rừng rậm ), xem Hình D.3, Phụ lục D.

Bảng 2.2.3.a.1.1.1.1.3 Hệ số k(z e ) (trích bảng 9 TCVN 2737-2023) Độ cao tương đương z e , m Giá trị k(z e ) đối với các dạng địa hình

CHÚ THÍCH 1: Đối với các độ cao tương đương z e trung gian cho phép xác định giá trị k(z e ) bằng cách nội suy tuyến tính.

CHÚ THÍCH 2: Khi xác định tải trọng gió cho một công trình, các dạng địa hình có thể khác nhau theo hướng gió khác nhau.

Xác định chiều cao tương đương ze của công trình nhà:

Trong đó: z là độ cao so với mặt đất (khi đất xung quanh nhà và công trình không bằng phẳng thì mốc chuẩn để tính độ cao z được xác định theo Phụ lục C TCVN 2737- 2023); h là chiều cao nhà; b là bề rộng nhà mặt vuông góc hướng gió.

Hệ số hiệu ứng giật Gf:

 Hệ số hiệu ứng giật Gf là hệ số phản ứng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng gió (bao gồm cả thành phần phản ứng tĩnh và thành phần phản ứng động của kết cấu).

 Đối với kết cấu “cứng” (có chu kỳ dao động riêng cơ bản thứ nhất T 1 1s) thì G f có thể lấy bằng 0,85.

 Đối với kết cấu “mềm” (có chu kỳ dao động riêng cơ bản thứ nhất T 1 > 1s) thì

Gf được tính theo công thức:

 Công thức đơn giản tính hệ số hiệu ứng giật G f

 Đối với nhà cao tầng có hình dạng đều đặn theo chiều cao và có chu kỳ dao động riêng cơ bản thứ nhất T1 > 1s và chiều cao không quá 150m, có thể xác định hệ số hiệu ứng giật G f theo công thức sau để tính toán sơ bộ:

 Đối với nhà bê tông cốt thép:

Trong đó: h là chiều cao công trình, tính bằng mét (m).

Bảng 2.2.3.a.1.1.1.1.4 Hệ số c e cho tường thẳng đứng của nhà có mặt bằng chữ nhật (trích bảng F.4 TCVN 2737-2023) h/d

Hệ số khí động c e cho các vùng trên các tường của nhà có mặt bằng chữ nhật (Hình 2.3) lấy theo TCVN 2737-2023 phụ lục bảng F.4 (Bảng 2.6).

Hệ số khí động áp lực ce cho các vùng của mái (thể hiện trên Hình 2.1 và Hình 2.2) lấy theo TCVN 2737-2023 phụ lục bảng F.5a (thể hiện trên Bảng 2.7)

Bảng 2.2.3.a.1.1.1.3.1 Hệ số c e khi góc hướng gió θ = 0° (trích Bảng F.5a TCVN 2737-2023)

Hình 2.2.3.a.1.1.1.4: Tường thẳng đứng của nhà có mặt bằng chữ nhật

2.2.4 Tải trọng do cầu trục: Áp lực đứng: D max , D min của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tập trung tại vai cột Trị số D max , D min có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi bảnh xe cầu trục duy chuyển tới vị trí bất lợi nhất Với khung

1 nhịp, cần phải xét tải trọng của 2 cầu trục đặt sát nhau (Hình 2.4).

Trị số áp lực đứng xác định theo công thức:

Trong đó: n c : hệ số tổ hợp, lấy bằng 0.85 khi xét tải trọng do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình; 0.9 với hai cầu trục chế độ làm việc nặng; γ p : hệ số vược tải của hoạt tải cầu trục: lấy bằng  f =1,2 đối với tất cả các chế độ làm việc của cần trục (theo mục 9.8 TCVN 2727-2023);

P max : Áp lực lớn nhất của 1 bánh xe cầu trục lên rây ( tra catalo cầu trục );

P min : Áp lực nhỏ nhất của 1 bánh xe cầu trục lên rây (tra catalo cầu trục ); y i :Tung độ đường ảnh hưởng.

Nếu áp lực thẳng đứng của cầu trục đặc lệt tâm so với trục cột thì cần tính momen lệch tâm tương ứng:

Với: e là khoản cách từ trục cột đến trục rây.

Hình 2.2.4.a.1.1.1.1: Sơ đồ chất tải để xác định D max

Lực hãm ngang của cầu trục:

Lực hãm ngang của cầu trục tác dụng vào cột thông qua dầm hảm xác định theo công thức:

Với : n c là hệ số tổ hợp, lấy bằng 0.85 khi xét tải trọng do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình; 0.9 với hai cầu trục chế độ làm việc nặng;

 f là hệ số vược tải của hoạt tải cầu trục lấy bằng 1,2 đối với tất cả các chế độ làm việc của cần trục(theo mục 9.8 TCVN 2737-2023);

T 1 là lực hảm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục:

T 0 là lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục:

Với: n 0 là số bánh xe;

T 0 là lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục k f hệ số ma sát lấy bằng 0.1;

Q sức nâng cầu trục ( tra catalo );

G xc trọng lượng xe con ( tra catalo cầu trục ); y i tung độ đường ảnh hưởng.

Thông số vật liệu

2.3.1 Vật liệu dùng cho móng

Vật liệu chế tạo móng sử dụng bê tông B20 (TCVN 5574:2018) có: R b =1,15kN/c m 2

2.3.2 Vật liệu dùng trong kết cấu

Vật liệu thép dùng trong kết cấu phải được lựa chọn thích hợp tuỳ theo tính chất quan trọng của công trình, điều kiện làm việc của kết cấu, đặc trưng của tải trọng và phương pháp liên kết…

Cường độ tiêu chuẩn fy , fu và cường độ tính toán f của thép cacbon Bảng 2.8 (đơn vị làm tròn tới 5Mpa)

Bảng 2.3.2.a.1.1.1.1.1 Cường độ tiêu chuẩn của thép (trích TCVN 5575- 2012) đơn vị: Mpa

Cường độ tiêu chuẩn f y và cường độ tính toán f với độ dày thép t (mm) Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f u không phụ thuộc vào chiều dày t (mm) t≤20 f y f

Modun đàn hồi: E s =2,1 10 4 kN/cm 2

2.3.3 Vật liệu dùng trong liên kết

Dùng que hàng N42 hàng tay:với cường độ kéo đứt tiêu chuẩn và cường độ tính toán thể hiện qua Bảng 2.9.

Bảng 2.3.3.a.1.1.1.1.1 Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f wun và cường độ tính toán f wf của kim loại hàn trong mối hàn góc (trích bảng 8 TCVN 5575-2012) Đơn vị: MPA

Loại que hàn theo TCVN 3223:1994

Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f wun Cường độ tính toán f wf

Với đường hàng tay ta có :

Bu long phổ thông dùng trong kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu của TCVN

1916 -1995 bu long tính toán phải có cấp độ bền từ 4.6 trở lên.

Cường độ tính toán chịu cắt và chịu kéo của bu long cho trong Bảng 2.10.Cường độ tính toán chịu ép mặt của bu long cho trong Bảng 2.11

Cường độ tính toán chịu kéo của bu long neo cho trong Bảng 2.12

Bảng 2.3.3.a.1.1.1.1.2 Cường độ tính toán chịu cắt và kéo của bulong (trích Bảng 10 TCVN

Bảng 2.3.3.a.1.1.1.1.3 Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulong ( trích bảng 11 TCVN

Giới hạn bền kéo đứt của thép cấu kiện được liên kết

Giá trị f cb (Mpa) Bulong tinh Bulong thô và thường

Bảng 2.3.3.a.1.1.1.1.4 Cường độ tính toán chịu kéo của bulong neo (Mpa) (lấy theo bảng 12

TCVN 5575-2012) Đường kính bulong (mm)

CHỌN CẦU TRỤC VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA

Chọn cầu trục

Chọn cầu trục: Với cầu trục có sức trục Q,5 T, theo bảng II.3 Phục lục trang 87 ( Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng ,một nhịp_TS.Phạm Minh Hà),Ta có thông số cầu trục được thể hiện trong Bảng 3.1 và hình minh hoạ ở Hình 3.1 và Hình 3.2

Bảng 3.1.1.a.1.1.1.1.1 Số liệu cầu trục, chế độ làm việc trung bình

Hình 3.1.1.a.1.1.1.2: Các kích thước của cầu trục

Kích thước theo phương đứng

H2 là chiều cao từ mặt ray cầu trục tới đến đáy xà ngang:

Hk: Tra catalo cầu trục lấy từ Bảng 3.1( bằng 1,14m); bk: Khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang lấy ≥ 0,2m(chọn bằng 0,3m).

H là chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang ;

H1 là cao trình đỉnh ray H1= 8m;

H3- Phần cột chôn dưới nền , coi mặt móng ở cốt 0.000 (H3=0).

3.2.3 Chiều cao dầm cầu trục

Ht là chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang;

Hr là chiều cao của ray và đệm, lấy sơ bộ khoảng 200 mm,

Hd là chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Ta có : tg αb =0,1 => αb = 5 ° 43’ cos αb =0,995 ; sin αb = 0,0996

Từ chiều cao đỉnh cột biên ,độ dốc mái i% ta xác định được chiều cao đỉnh cột mái và đỉnh mái theo công thức sau:

Chiều cao mái tính từ mặt móng đến đỉnh xà ngang:

3.2.8 Chiều cao cột cửa trời :

Chọn độ dốc i= 10% ,cửa trời chủ yếu để thông thoáng,thông gió và lấy sáng bằng tole sáng và hệ cửa sổ dọc nhà Thường được lấy (1250mm, 1500mm, 1750mm)

Chiều cao tính từ mặt móng đến đỉnh mái cửa trời :

Theo phương ngang

L 1 là khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Giả sử xem trục định vị trùng với tim cột Ta có khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

3.3.2 Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng

3.3.3 Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

Chọn Lcm = 4m ,mỗi bên mái là 2m.

Hình vẽ các kích thước chính của khung ngang được thể hiện qua Hình 3.4.

Xác định sơ bộ tiết diện khung

Chú ý: Nên chọn tf  tw để tiết diện làm việc hiểu quả theo hướng đưa vật liệu ra xa trọng tâm Không nên chọn quá mỏng và chọn từ 0,6 t 1,6cm để đảm bảo điều kiện chống gỉ

Tiết diện cột thể hiện ở hình 3.3.

Hình 3.4.2.a.1.1.1.1: Mặt cắt ngang ngang tiết diện cột và xà Đoạn xà 1: Đoạn tiết diện thay đổi

Tức là đoạn đầu nối giữa cột và xà ngang ,có tiết diện thay đổi.Chiều dài đoạn xà theo phương ngang được xác định như sau :

Lấy sơ bộ tiết diện xà với các thông số I-B.H.tf.tw như sau: I-250 × (550300) × 10 ×

8 mm Đoạn xà dài 5m có tiết diện thay đổi với đoạn lớn nối với đỉnh cột chọn bằng tiết diện cột như Hình 3.3 và đoạn xà nhỏ dần với tiết diện thể hiện qua Hình 3.3. Đoạn xà 2: Đoạn tiết diện không đổi

Tức là đoạn xà còn lại của nhịp nhà Chiều dài đoạn xà theo phương ngang được xác định như sau :

Lấy sơ bộ với các thông số I-B.H.tf.tw như sau: I-250 × 300 × 10 × 8 mm Đoạn xà có tiết diện không đổi có chiều dài 8,5m thể hiện qua Hình 3.3.

Tiết diện cột và xà cửa trời :Chọn sơ bộ tiết diện cửa mái cho cả cột và xà cửa trời với các thông số là:

I-B.H.tf.tw : I_100 × 200 × 8 × 6 mm thể hiện trên Hình 3.3.

Hình 3.4.2.a.1.1.1.2: Các kích thước chính của khung ngang

BỐ TRÍ HỆ GIẰNG, THIẾT KẾ TẤM TOLE, XÀ GỒ, SƯỜN TƯỜNG

Bố trí hệ giằng

Hệ giằng nhà công nghiệp là bộ phận kết cấu có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ cứng không gian nhà Đối với công trình thép do vật liệu có tính dẻo, cường độ cao nên tiết diện thường nhỏ, độ mảnh lớn nên việc tăng độ cứng của nhà là yêu cầu thiết yếu Ngoài ra hệ giằng còn chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất Hệ giằng còn có tác dụng tạo thành hệ bất biến hình giúp thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp dựng và thi công.

Hệ giằng trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm hai bộ phận là hệ giằng mái và hệ giằng cột thể hiện qua Hình 4.1 và Hình 4.2.

Hệ giằng mái sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương ngang nhà tại hai đầu gối hồi (hay gần đầu gối hồi), đầu các khối nhiệt độ và một số gian giữa nhà tùy thuộc chiều dài nhà, sau cho khoảng cách giữa các bố trí không quá 5 bước cột Bản bụng của hai thanh xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập. Các thanh giằng chéo này có thề sử dụng thép tròn hay cáp thép mạ kẽm đường kính không nhỏ hơn 12mm (sức trục nhỏ hơn 5T) Ngoài ra, cần bố trí các thanh chống dọc bằng thép hình (thường là thép goc) tại những vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà (cột), chân cửa mái Chọn bố trí trên đỉnh cột thanh chống dọc nhà tiết diện C200x90 (Bảng 4.1) theo độ mảnh giới hạn thanh chịu nén như sau

Bảng 4.1.1.a.1.1.1.1.1 Đặc trưng tiết diện thép hình C200x90 theo nhà sản xuất

Kích thước Bán kính quán tính

Moment Moment chống cắt chống uốn

H B t1 t2 ix iy Ix Iy Wx Wy mm mm mm mm cm cm cm 4 cm 4 cm 3 cm 3

 Chiều dài tính toán theo phương x-x, y-y:

Vậy thanh chống dọc C200x90 đã chọn thoả điều kiện độ mảnh.

Trường hợp nhà có cần trục, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tải trọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận.

Ta chọn thanh giằng mái bằng thép tròn φ20 để bố trí.

Hình 4.1.1.a.1.1.1.2: Sơ đồ bố trí hệ giằng mái

Hệ giằng cột có tác dụng đảm độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột tiếp nhận và truyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tải trọng gió lên tường hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục Hệ giằng gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong phạm vi cột trên và cột dưới tại những gian có hệ giằng mái.

Trường hợp nhà không có cầu trục hoặc nhà có cầu trục với sức nâng dưới 15 tấn có thể dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính không nhỏ hơn 200mm.Nếu sức trục trên 15 tấn cần dùng thép hình, thường là thép góc Độ mảnh của thanh giằng không vượt quá 200.

Ta chọn thanh giằng cột tròn đường kính 20mm để bố trí Thanh chống dọc chọn C200x90 (theo điều kiện độ mãnh như trên) tại vị trí đỉnh mái

Hình 4.1.2.a.1.1.1.1: Sơ đồ bố trí hệ giằng cột

Thiết kế tấm tole

4.2.1 Thông số kỹ thuật và vật liệu a Thông số kỹ thuật

Tấm tole được tính toán như một dầm liên tục ( trường hợp tôn dài suốt ) hoặc dầm đơn giản nhận xà gồ làm gối đỡ Thông số kỹ thuật thể hiện trong Bảng 4.2 và đặc trưng hình học như trên Hình 4.3

Tấm lớp sử dụng : Tôn kẽm 7 sóng có độ dày = 0,5mm ; khổ B m =1m.

Hệ độ cao của áp lực gió tại đỉnh xà : Hđỉnh xà ,85m

Hình 4.2.1.a.1.1.1.1: Cấu tạo của tấm tole Bảng 4.2.1.a.1.1.1.1.1 Thông số kỹ thuật tole 7 sóng vuông của nhà sản xuất Độ dày tole

Khoảng cách xà gồ tối đa

L = 10 – 15% mm mm Kg/m 2 mm mm 4 mm 3 mm

Tấm tole là từ thép tấm cán nguội dập sóng ( giả sử vật liệu làm tấm lợp có cường độ tương đương với thép dùng cho kết cấu CCT34)

4.2.2 Tải trọng tác dụng lên tấm tole a Tải trọng gió:

W 3s,10 là áp lực gió 3s ứng với chu kỳ lặp 10 năm, W 3s,10 = T W 0 với T là hệ số chuyển đổi áp lực gió từ chu kỳ lặp từ 20 năm xuống 10 năm, lấy bằng 0,852; W0 là áp lực gió cơ sở. k(z e ) là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ theo và dạng địa hình tại độ cao tương đương z e, được xác định theo công thức:

Xác định hệ số hiệu ứng giật Gf: vì công trình có chu kỳ giao động cơ bản T1 < 1s nên ta có thể tính hệ số hiệu ứng giật bằng công thức đơn giản: Gf=0.85

Xác định hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tại độ cao tương đương Ze:

 Độ cao từ chân cột đến đỉnh xà Ze= h = 10,85 m

 Công trình có dạng địa hình B

→ Nội suy từ Bảng 2 trích Bảng 9 TCVN 2737:2023 ta có k(Ze) = 1.015

Xác định hệ số kí động c:

 Độ dốc mái i = 10%; góc  5 43 0 ' ( sin = 0,0,996 ; cos = 0,995 )

 Hệ số khí động của mái dóc hai phía được thể hiện ở Hình 5.5.

→ Nội suy từ Bảng 2.7 trích bảng F.5a của TCVN 2737: 2023 ta có ce : c e F =−1,64;c e G =−1,17; c e H =−0,58;c e I =−0,59; c e J =−0,63

Từ đó ta tính được:

Wk tc= W3s,10ãk(ze)ãcãGf = (T.W0) k(ze).c.Gf

Trong đó: c e F là hệ số khí động c lấy trường hợp nguy hiểm nhất c e F = -1.64;

 f là hệ số độ tin cậy lấy bằng 2.1 theo mục 2.2.3. b Tải trọng bản thân mái tole:

Với số liệu của tole được sử dung ta xác đinh giá trị tính toán của tải trọng bản thân mái tole như sau:

G k , m ❑ là trọng lượng tiêu chuẩn của mái tole theo Bảng 4.1;

 f là hệ số độ tin cậy về tải trọng lấy bằng 1,05 theo Bảng 2.1. c Tải trọng tạm thời ngắn hạn (hoạt tải sửa chữa):

: Giá trị tính toán của tải trọng tạm thời ngắn hạn mái tole;

, , k t m q : Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố đều lấy bằng 0,3 (kN/m2) theo Bảng 2.2 ;

 f : hệ số độ tin cậy về tải trọng, lấy bằng 1,3 theo mục 2.2.2;

4.2.3 Các trường hợp tải trọng tác động lên tấm tole

TH1 :Tải trọng tạm thời ngắn hạn mái tole + Tải trọng bản thân mái tole

TH2 :Tải trọng gió + Tải trọng bản thân mái tole

Hình 4.2.3.a.1.1.1.1: Sơ đồ tính tấm tole

Nội lực : chủ yếu tính |Mmax |của tấm tôn, dùng các phương pháp sức bền vật liệu ta xác định được giải nội lực cấu kiện ứng với tổ hợp TH2.

Ta xem độ võng lớn nhất của tấm tôn ở khoảng giữa 2 xà gồ, vì vậy ta xem một khoảng tấm tôn như dầm đơn gối 2 đầu như Hình 4.4.

4.2.4 Kiểm tra lại tấm tôn từ các điều kiện Điều kiện bền: σ= 3 9

5466(kN/m 2 ),5466 (kN/cm 2 ) σ = 15,5466 (kN/cm 2 ¿ ≤ f g c ! (kN/cm 2

→Tấm tole thoả điều kiện bền. Điều kiện võng:

→Tấm tole thỏa điều kiện độ võng.

Thiết kế xà gồ

Xà gồ mái trọng khung thép nhẹ thường sử dụng thép tạo hình cán nguội thành mỏng Tiết diện chữ C hoặc chữ Z Đối với khung đang thiết kế chọn xà gồ là thép nguội tiết diện chữ C Sơ đồ tính của xà gồ là dầm đơn giản Xà gồ được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên ( Uốn trong 2 mặt phẳng).

4.3.1 Thông số kỹ thuật và vật liệu a Thông số kỹ thuật

Bảng 4.3.1.a.1.1.1.1.1 Đặc trưng hình học xà gồ C250

C250 H W L t S P Jx Jy Wx Wy mm mm mm mm mm 2 kN/m mm 4 mm 4 mm 3 mm 3

Ta có các số liệu :

 Độ dốc mái i = 10%; góc  5 43 0 ' ( sin = 0,0996 ; cos = 0,995 ).

 Khoảng cách bố trí giữa các xà gồ trên mặt bằng chọn axg= 1,2 m.

 Tấm lớp sử dụng : Tôn kẽm Hoa sen 7 sóng vuông có độ dày = 0,5mm ; khổ

Chọn sơ bộ chiều xà gồ chữ C mã hiệu C250 có các thông số trong Bảng 4.3 và kích thước minh hoạ như Hình 4.6: b Vật liệu

Giả sử vật liệu làm xà gồ dùng thép có cường độ tương đương vật liệu thép CCT34 có:

4.3.2 Tải trọng tác dụng lên xà gồ: a Giá trị tính toán của tải trọng bản thân xà gồ :

G k , xg ❑ là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng thường xuyên xà gồ theo Bảng 4.2;

 f là hệ số độ tin cậy về tải trọng lấy bằng 1,05 theo Bảng 2.1. b Tải trọng bản thân mái tole :

G k , m ❑ =0,0459kN/m 2 theo Bảng 4.3 c Tải trọng tạm thời ngắn hạn (hoạt tải sửa chữa):

Giá trị tiêu chuẩn của trải trọng gió:

Giá trị tính toán của tải trọng gió:

4.3.3 Các trường hợp tải trọng tác dụng lên xà gồ

Trường hợp 1: Tải trọng bản thân xà gồ + Tải trọng tạm thời ngắn hạn mái tole

0.0459 0.3 1, 2 0, 0942 0.511 / cos 0,995 tc xg k m k t m k xg q G Q a G kN m

0,0482 0.39 1, 2 0, 099 0.627 / cos 0,995 tt tt tt xg tt m t m xg q G Q a G kN m

Trường hợp 2: Tải trọng bản thân tole và xà gồ + Tải trọng gió:

1,145 0.0459 1, 2 0,0942 1, 231 / cos 0,995 tc tc xg k k m k xg q W G a G kN m

2, 405 0,0482 1, 2 0,099 2,743 / cos 0,995 tt tt tt xg tt k m xg q W G a G kN m

4.3.4 Sơ đồ tính xà gồ

Hình 4.3.4.a.1.1.1.1: Mặt cắt xà gồ Hình 4.3.4.a.1.1.1.2: Kích thước xà gồ

Hình 4.3.4.a.1.1.1.3: Sơ đồ tính của xà gồ

Phân tải trọng thành hai phương x-x , y-y : q x tt =q tt cosαb=2,743.0,995=2,729kN/m q x tc =q tc cosαb=1,231 0,995=1,225kN/m q tt y

=q tt sinαb=2,743.0,0996=0,273kN/m q tc y =q tc sinαb=1,231 0,0996=0,123kN/m

Mặt cắt xà gồ phương x-x , y-y thể hiện ở Hình 4.5.

Sơ đồ tính được thể hiện ở Hình 4.7:

4.3.5 Kiểm tra xà gồ từ các điều kiện

Kiểm tra điều kiện bền:

→Xà gồ thoả điều kiện bền.

Kiểm tra điều kiện độ võng : Δ x = 5

→Xà gồ thỏa điều kiện độ võng.

Xà được chọn đảm bảo được độ võng cho phép Vậy xà gồ có tiết diện chữ C số hiệu C250 đạt yêu cầu.

Ta có nhịp L = 27m chia làm 2 bên 13,5m.

 Mái cửa trời : Bố trí 3 thanh xà gồ khoản cách 1,2m

 Mái chính : Bố trí 10 thanh xà gồ khoảng cách 1,2m và 1 thanh cuối khoản cách 0,8m

Thiết kế sườn tường

Hệ sườn gồm có 2 dạng chủ yếu Hệ sườn tường cho vách che bằng tole sử dụng các thanh thép có tiết diện thông thường như : chữ C , chữ Z , chữ I , thép hộp

Hệ sườn tường đỡ tường bằng gạch xây thường dùng thép chữ I.

4.4.1 Thông số kỹ thuật và vật liệu

Chọn sườn tường có tiết diện chữ C số hiệu C250 với các đặc trưng tiết diện và vật liệu như của xà gồ mái tính trước đó (Bảng 4.3).

4.4.2 Tải trọng tác dụng lên sườn tường a Theo phương đứng (theo phương trục x-x):

Tải trọng tác dụng lên sườn tường gồm có: Tải trọng bản thân tấm vách, tải trọng bản thân dầm sườn tường

Tải trọng bản thân tấm vách (vật liệu cùng loại với mái tôn ):

Tải trọng bản thân dầm sườn tường (Vật liệu cùng loại với xà gồ mái ):

Tổng tải trọng tác dụng lên sườn tường theo phương đứng :

0,0482.1, 2 0,099 0.157 / tt tt tt x v st st q G a G    kN m

, , 0,0459.1, 2 0,0942 0.149 / tc x k v st k st q G a G    kN m b Theo phương ngang (Theo phương trục y-y).

Công thức tính tải trọng gió tiêu chuẩn:

Xác định áp lực gió: Công trình thuộc vùng II có W0 = 0.95 (kN/m 2 ), V3s,50 = 44(m/s), V10m,50 = 31 (m/s);

Xác định hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tại độ cao tương đương Ze:

Công trình có dạng địa hình B và độ cao tương đương ze =h =9,5m (khi h ≤ b) tra Bảng 2.5 (trích bảng 9 TCVN 2737:2023) kết hợp nội suy ta có: k(Ze) = 0.99

Xác định hệ số hiệu ứng giật Gf vì công trình có chu kỳ giao động cơ bản T1 < 1s nên ta có thể tính hệ số hiệu ứng giật bằng công thức đơn giản:

Xác định hệ số khí động c nội suy từ Bảng 2.6 (trích Bảng F.4 TCVN 2737- 2023)

Với : h là chiều cao cột biên bằng 9,5m; d là chiều dài nhịp khung ngang bằng 27m.

Tra Bảng 2.6 nội suy ta được hệ số khí lưu động ce các vùng A,B,C,D,E như sau: c e A

=−0,33 Các vùng gió A,B,C,D,E thể hiện dưới Hình 4.8.

Chọn vùng D có gió nguy hiểm nhất để tính toán.

 Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió:

Wk tc= W3s,10ãk(ze)ãcãGf = (T W0) k(ze).c.Gf

 Giá trị tính toán của tải trọng gió:

Tải trọng lên sườn tường theo phương ngang :

 Giá trị tính toán: q tt y = W k tt a st =1,016.1,2=1,219kN/m

 Giá trị tiêu chuẩn; q tc y

4.4.3 Sơ đồ tình sường tường

Thanh dầm sườn tường được tính toán như 1 dầm đơn giản nhận cột làm gối đỡ.

Nội lực dầm sườn tường tính toán theo 2 phương x-x và y-y.

Các giá trị momen uốn : lx = ly = B = 5 (m).

Sơ đồ tính sườn tường thể hiện trong Hình 4.9:

Hình 4.4.3.a.1.1.1.1: Tường thẳng đứng nhà có mặt bằng hình chữ nhật q tt y q x tt

Hình 4.4.3.a.1.1.1.2: Sơ đồ tính sườn tường

4.4.4 Kiểm tra lại sường tường từ các điều kiện

Kiểm tra điều kiện bền : σ=σ x +σ y =M x

84,976 10 3 10 −9 196kN/m 2 =8,8196kN/c m 2 σ=8,8196kN/cm 2 ≤ f γ c !kN/c m 2

 Dầm sườn tường thoả điều kiện bền

Tiết diện sườn tường thỏa điều kiện về độ võng  Sườn tường có tiết diện chữ C số hiệu C250 đạt yêu cầu.

9,5 1 8,9 n1, 2   vậy ta chọn bố trí 9 thanh xà gồ mỗi bên.

Cách bố trí mỗi bên tường: bố trí 8 thanh sườn tường khoảng cách a = 1,2m và 1 cây trên cùng khoảng cách a=1,1m.

TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Sơ đồ tính khung ngang

Do sức nâng cầu trục không quá lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi,với độ cứng là I1 Vì nhịp khung 27m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 5m Với đoạn xà 5m, độ cứng ở đầu xà là I1 và cuối xà là I2 (giả thuyết độ cứng của xà và cột tại chổ liên kết xà cột là như nhau).Với đoạn xà 8,5m, độ cứng ở đầu và cuối xà bằng I2 (tiết diện không đổi) Tiết diện xà và cột được nhập vào phần mềm tính toán (Etabs) là tiết diện đã được chọn sơ bộ ở mục 3.4 Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột khung với móng là ngàm tại mặt móng( ±0.000) Liên kết giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là liên kết cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn Sơ đồ tính khung ngang như Hình 5.1.

Tải trọng tác dụng lên khung ngang

5.2.1 Tải trọng thường xuyên G (tĩnh tải)

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm tải trọng bản thân các lớp mái, tải trọng bản thân xà gồ, tải trọng bản thân khung ngang và dầm cầu trục.

Trọng lương bản thân kết cấu do phần mềm Etabs tự tính với hệ số độ tin cậy tải trọng là 1,05 và trọng lượng riêng của thép là 78,50kN/m 3 a Tải trọng bản thân của mái tole, xà gồ

Tải trọng bản thân tấm tole:

Tải trọng bản thân xà gồ quy về tải phân bố đều trên 1m 2 :

1, 2 tt xg tt xg xg q G kN m

Tổng tải trọng bản thân của mái tole và xà gồ trên 1m 2 :

 Giá trị tính toán: q tt m xg  G m tt q tt xg 0,0482 0,0825 0,131  kN m/ 2

Tổng tải trọng bản thân tấm tole và xà gồ tác dụng lên xà ngang:

0,658 / 0,995 tt tt q m xg B q kN m cos

    b Tải trọng bản thân dầm cầu trục

Tải trọng bản thân dầm cầu trục quy thành tải tập trung và moment lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

Trong đó: p dct :Tải trọng tập trung của dầm cầu trục đặt tại cao trình vai vột ;

M dct :Moment lệch tâm của dầm cầu trục đặt tại cao trình vai cột;

G dct : Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng thường xuyên dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m;

L 1: Khoảng cách từ trục định vị đến ray cầu trục; c Tải trọng bản thân của tấm vách và sườn tường

Tải trọng bản thân của tấm vách và sườn tường lấy tương tự như với mái và xà gồ.Giá trị tiêu chuẩn:

P  q  B  kN m d Tải trọng thường xuyên truyền vào cửa trời

Tải trọng bản thân mái và xà gồ (tương tự như trên):

0,131 5 0,658 / cos 0,995 tt tt m xg q q B kN m

, k m xg q  là tải trọng phân bố tiêu chuẩn của tấm tole và xà gồ trên 1m 2 ; tt q m xg  là tải trọng phân bố tính toán của tấm tole và xà gồ trên 1m 2 ;

Tải trọng bản thân của vách và sườn tường: tính tải trọng thường xuyên của vách và sườn tường (tương tự như trên).

Hình 5.2.1.d.1.1.1.1: Sơ đồ tải trọng thường xuyên

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang thể hiện ở Hình 5.2

5.2.2 Tải trọng tạm thời ngắn hạn Q t (hoạt tải sửa chữa)

Tải trọng mà sự thay đổi độ lớn hoặc hướng của tải trọng phải được kể đến.

Giá trị tiêu chuẩn q k ,t của tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố điều (lấy theo Bảng 2.2 ) được lấy bằng 0.3 kN/m 2

Quy về tải trọng phân bố đều:

Các sơ đồ chất tải được thể hiện tại ở Hình 5.3, Hình 5.4, Hình 5.5.

Hình 5.2.2.a.1.1.1.1: Hoạt tải chất đầy

Hình 5.2.2.a.1.1.1.2: Hoạt tải mái trái

Hình 5.2.2.a.1.1.1.3: Hoạt tải mái phải

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai thành phần là gió tác dụng lên cột và gió tác dụng lên mái.

Công thức xác định tải trọng gió tiêu chuẩn:

Công thức xác định tải trọng gió tính toán:

Trọng đó cần xác định :

W 3s,10 là áp lực gió 3s ứng với chu kỳ lặp 10 năm, W 3s,10 = T W 0 với T là hệ số chuyển đổi áp lực gió từ chu kỳ lặp từ 20 năm xuống 10 năm, lấy bằng 0,852; công trình thuộc Thành phố Cần Thơ ( thuộc vùng gió II-B ) có áp lực gió cơ sở

W0=0,95kN/m theo Bảng 2.3(lấy theo TCVN 2737-2023).

Gf là hệ số hiệu ứng giật: đối với kết cấu “cứng” (có chu kỳ dao động riêng cơ bản thứ nhất T 1 1s) thì G f có thể lấy bằng 0,85 (theo mục 10.2.7.2 TCVN 27372023).

Công trình thuộc dạng địa hình B và các độ cao tương đương ze=h(thuộc trường hợp h≤ b ) trả Bảng 2.5 kết hợp nội suy ta tính được các giá trị k(ze):

 Độ cao đỉnh cột cửa trời: 12,05m → k3 = 1.03

 Độ cao của mái cửa trời: 12,35m → k4 = 1.04

Tất cả các thông số chiều cao được thể hiện ở Hình 3.6.

Hệ số khí động ce được lấy theo Phụ lục F TCVN 2737-2023:

 Đối với mái dóc hai phía (Hình 5.2) ,tra Bảng 2.6 của TCVN 2737: 2023 kết hợp nội suy ta có ce : c e F =−1,64;c e G =−1,17; c e H =−0,58;c e I =−0,59; c e J =−0,63

 Đối với tường thẳng đứng(Hình 5.2) tra Bảng 2.7 của TCVN 2737: 2023 ta có ce : c e A =−1,2;c e B =−0,8;c e C =−0,5;c e D =0,71;c e E =−0,33

Hình 5.2.3.a.1.1.1.1: Hệ số khí động c e của mái và sườn tường a Tải trọng gió tác dụng lên cột

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng D với k(ze)=0,99 :

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng E với k(ze)=0,99:

W  T W k z c G B    kN m b Tải trọng gió tác dụng lên mái

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng F, H với k(ze)=1,015:

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng I với k(ze)=1,015:

W T W k z c G B    kN m c Tải trọng gió tác dụng lên cột cửa trời

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng D với k(ze)=1,03:

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng E với k(ze)=1,03:

Bảng 5.2.3.c.1.1.1.1.1 Bảng thống kê hệ số khí động và giá trị tính toán của tải trọng gió

Vùng gió Hệ số khí động ce

Giá trị tính toán W k tt

Giá trị tiêu chuẩn W k tc

Hình 5.2.3.c.1.1.1.2: Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang b Gió phải a Gió trái d Tải trọng gió tác dụng lên mái cửa trời

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng H k(ze)=1,04:

Giá trị tính toán của tải trọng gió tác dụng lên vùng I,J với k(ze)=1,04:

Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang với các vùng F,H,I,J,D,E thể hiện ở Hình 5.7.

5.2.4 Tải trọng do cầu trục

Hình 5.2.4.a.1.1.1.1: Đường ảnh hưởng để xác định D max , D min

Ta có thông số cầu trục đã chọn được thể hiển ở Bảng 3.1:

Tải trọng do cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lục đứng của cầu trục và lực hãm cầu trục. b Áp lực đứng của cầu trục

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và sắp xếp các bánh xe cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất Hình 5.3, xác định các tung độ yi của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

Vậy lực D max , D min được xác định:

: Hệ số độ tin cậy đối với tải trọng do cầu trục, lấy bằng  f =1,2 đối với tất cả các chế độ làm việc của cần trục (theo mục 2.2.4);

P max : Áp lực lớn nhất của 1 bánh xe cầu trục lên rây ( tra Bảng 3.1);

P min : Áp lực nhỏ nhất của 1 bánh xe cầu trục lên rây (tra Bảng 3.1); y i : Tung độ đường ảnh hưởng (Hình 5.8)

Hình 5.2.4.b.1.1.1.1: Sơ đồ tính áp lực đứng Dmax của cầu trục lên cột trái

Hình 5.2.4.b.1.1.1.2: Sơ đồ tính áp lực đứng Dmax của cầu trục lên cột phải

Các lực D max , D min thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là : e = L1 = 0,75m

Trị số của các moment lệch tâm tương ứng:

Lực Dmax và momen tương ứng tác dụng lên cột phải và cột trái thể hiện ở Hình 5.9 và Hình 5.10. c Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang của cầu trục tác dụng vào cột thông qua dầm hãm xác định theo công thức:

 f :Hệ số vược tải của hoạt tải cầu trục: lấy bằng γ p =1,2 đối với tất cả các chế độ làm việc của cần trục.

T : Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục:

Trong đó : n 0 :Số bánh xe.

T 0 : Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục.

: Hệ số ma sát lấy bằng 0.1 với cầu trục có móc mềm.

Q: Sức nâng thiết kế của cầu trục ( tra Bảng 3.1 ).

G xc : Trọng lượng xe con ( tra Bảng 3.1 ). y i : Tung độ đường ảnh hưởng (Hình 5.7).

Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục:

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

Hình 5.2.4.c.1.1.1.1: Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái

Hình 5.2.4.c.1.1.1.2: Lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải

Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt tại cao trình dầm hãm tức là ở cao trình đỉnh rây Hr=8m.

Lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái và cột phải thể hiện ở Hình 5.11 và Hình 5.12.

Tổ hợp tải trọng và xác định nội lực

Cần tìm nội lực tại các tiết diện đặc trưng đối với từng cấu kiện khung là cột và xà ngang:

 Với cột khung: cần xác định nội lực tại các tiết diện đỉnh cột, chân cột và vai cột (trường hợp nhà không có vai cột đỡ dầm cầu trục thì xác định tại tiết diện giữa của cột).

 Với xà ngang: trường hợp có tiết diện không thay đổi thì xác định ở các tiết diện 2 đầu và giữa nhịp Nếu xà có tiết diện thay đổi thì cần xác định nội lực ở các tiết diện 2 đầu và chổ tiết diện thay đổi.

Sau khi tính khung với tùng loại tải trọng cần tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất tại các tiết diện đặc trưng Khi tiến hành tổ hợp cần tuân thủ một số nguyên tắc cơ bản sau:

 Nội lực do tĩnh tải cần kể đến trong mọi trường hợp.

 Không được xác định đồng thời nội lực do Dmax và Dmin ở cùng một phía.

 Nếu kể đến nội lực do lực hãm ngang T thì phải kể nội lực do áp lực đứng

Dmax và Dmin Ngược lai, có thể kể nội lực do áp lực đứng Dmax và Dmin mà không cần kể nội lực do lực hãm ngang T.

Cần xét 2 tổ hợp cơ bản:

 Tổ hợp cơ bản 1: gồm nội lực do tĩnh tải và 1 hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp n 1 )

 Tổ hợp cơ bản 2: gồm nội lực do tĩnh tải và nhiều hoạt tải gây ra (Hệ số tổ hợp của hoạt tải cầu trục n=0,85, hoạt tải chính lấy n=1, hoạt tải thứ 2 lấy n=0,9,hoạt tải còn lại lấy 0,7 theo TCVN 2737-2023)

 Tại một tiết diện đặc trưng cần tìm 3 cặp nội lực: Μ max + −Ν tu

Sử dụng tải trọng tính toán để tổ hợp tải trọng Các tổ hợp cơ bản của tải trọng, bao gồm các tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn.

Các tổ hợp cơ bản có thể được biểu diễn bằng công thức tổng quát:

Ký hiệu “+” có nghĩa là “tổ hợp với”;

G k i là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng thường xuyên thứ i;

Q là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời dài hạn thứ j;

Q là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời ngắn hạn thứ m;

 f i là hệ số độ tin cậy về tải trọng của tải trọng thường xuyên thứ i;

 f j là hệ số độ tin cậy về tải trọng của tải trọng tạm thời dài hạn thứ j;

 f m là hệ số độ tin cậy về tải trọng của tải trọng tạm thời ngắn hạn thứ m;

 L j - là hệ số tổ hợp của tải trọng tạm thời dài hạn thứ j;

 t m là hệ số tổ hợp của tải trọng tạm thời ngắn hạn thứ m;

 n là hệ số tầm quan trọng của công trình.

Các loại tải trọng tác dụng lên khung ngang:

TT: Tải trọng thường xuyên((Hình 5.2);

HTĐ: Hoạt tải chất đầy (Hình 5.3);

HTT: Hoạt tải mái trái(Hình 5.4);

HTP: Hoạt tải mái phải(Hình 5.5);

HTĐT: Áp lực Dmax của cầu trục tại cột trái (Hình 5.9)

HTĐP: Áp lực Dmax của cầu trục tại cột phải(Hình 5.10);

HTNT: Lực hãm ngang của cầu trục tại cột trái(Hình 5.11) ;

HTNP: Lực hãm cầu trục tại cột phải(Hình 5.12);

GT: Tải trọng gió trái(Hình 5.7b);

GP: Tải trọng gió phải(Hình 5.7a).

Các trường hợp tổ hợp tải trọng bao gồm 125 tổ hợp cơ bản và trường hợp BAO(max, min) của các trường hợp tổ hợp thể hiện trọng Bảng 5.1

Bảng 5.3.1.a.1.1.1.1.1 Bảng tổng hợp các trường hợp tổ hợp tải trọng

Tải trọng tạm thời ngắn hạn Tải trọng do cầu trục Tải trọng gió

Trường hợp tải trọng ST

T Tên tổ hợp Tĩnh tải TT Đầy HT Đ

Phải HT P Đứng trái HTĐT Đứng phải HTĐ P

Một tĩnh tải kết hợp với một hoạt tải

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng tạm thời ngắn hạn

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng do cầu trục

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng gió

Một tĩnh tải kết hợp với hai hoạt

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng tạm thời

14 TT+HTĐ+0,85HTNT 1 1 - - - - 0,85 - - - tải ngắn hạn+Tải trọng do cầu trục

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng tạm thời ngắn hạn(chính) +Tải trọng gió

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng tạm thời ngắn hạn+Tải trọng

40 TT+0,9HTP+GT 1 - - 0,9 - - - - 1 - gió(chính) 41 TT+0,9HTP+GP 1 - - 0,9 - - - 1

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng do cầu trục +Tải trọng gió

Một tĩnh tải kết hợp với ba hoạt tải

Tải trọng thường xuyên+Tải trọng tạm thời ngắn hạn(chính) +Tải trọng do cầu trục+Tải trọng gió

Tải trọng thường xuyên+Tải

92 TT+0,9HTĐ+0,85HTNT+GT 1 0,9 - - - - 0,85 - 1 - trọng tạm thời ngắn hạn+Tải trọng do cầu trục+Tải trọng gió(chính)

Ghi chú : Với tải trọng ngang của cầu trục chổ mang dấu '-' chỉ hướng ra ngoài

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm ETABS V20.

Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng biểu đồ và bảng thống kê nội lực (Bảng 5.2)

Biểu đồ BAO max ,min của các trường hợp tải trọng cho ta thấy các vị trí tiết diện nguy hiểm có nội lực lớn thể hiện ở Hình 5.13

Tổ hợp nội lực cần xét hai tổ hợp cơ bản( thể hiện ở bảng 5.3):

 Tổ hợp cơ bản 1 (THCB1): gồm nội lực do tĩnh tải và một hoạt tải gây ra ( hệ số tổ hợp là 1)

 Tổ hợp cơ bản 2 (THCB2): gồm nội lực do tĩnh tải và các hoạt tải bất lợi ( hệ số tổ hợp của tĩnh tải và hoạt tải chính yếu là 1,hoạt tải cầu trục lấy 0,85, hoạt tải thứ hai lấy 0.9, các hoạt tải còn lại lấy 0.7 theo mục 6.4 TCVN 2737-2023)

Cấu kiện Tiết diện Nội lực Bảng 5.3.2.a.1.1.1.1.1 Bảng tổ hợp nội lực

Mmax,Ntư Mmin,Ntư Mtư,Nmax,Vtu Mtu,Ntu,Vmax

TT-0,85HTNP+GT TT+HTĐ+0,85HTĐ

P TT+HTĐ+0,85HTĐT TT-0,85HTNT+GT

TT+HTĐ+0,85HTNT TT-0,85HTNT+GT TT+HTĐ+0,85HTĐT TT+HTĐ+0,85HTNT

TT+HTĐ-0,85HTNT TT+0,85HTĐT+GT TT+0,85HTNT+GT TT+HTĐ+0,85HTNT

TT+HTĐ+0,85HTĐP TT+0,85HTNT+GT TT+0,85HTNT+GT TT+HTĐ+0,85HTĐT Đỉnh cột

TT+0,85HTNT+GT TT+HTĐ+0,85HTĐ

P TT+HTĐ+0,85HTĐT TT+0,85HTĐT+GT Đầu xà

P TT+HTĐ+0,85HTĐT TT+HTĐ-0,85HTNT

P TT+HTĐ+0,85HTĐT TT+HTĐ-0,85HTNT Đầu xà

V (kN) 17.47 -26.95 -22.00 -27.35 Đoạn ngay chân cửa trời

TT+HTĐ-0,85HTNP TT+0,85HTNP+GP TT+HTĐ+0,85HTĐT TT+HTĐ-0,85HTNT

TT+HTĐ-0,85HTNT TT+0,85HTĐT+GT TT+0,9HTĐ+0,85HTĐT+GP

TT+0,85HTĐT+GT TT+HTĐ-0,85HTNP TT+HTĐ+0,85HTĐP TT+0,85HTĐT+GT

TT+HTĐ+0,85HTĐP TT-0,85HTNP+GT TT+0,85HTNT+GP TT+HTĐ-0,85HTNT Đỉnh cột

V (kN) -25.35 23.59 25.17 -26.97 Đoạn xà cửa trời

TT-0,85HTNP+GT TT+HTĐ+0,85HTĐ

P TT+HTĐ-0,85HTNT TT+HTĐ-0,85HTNT Đầu xà

- TT-0,85HTNT+GP TT+HTĐ-0,85HTNT TT+0,9HTP+0,85HTĐP+GP*

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH

Hình 5.3.2.a.1.1.1.2: Biểu đồ Bao (max, min) của các trường hợp tải trọng

THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN

Kiểm tra tiết diện cột

6.1.1 Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột không thay đổi tiết diện để thiết kế cột cho khung ngang Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thuyết là bằng nhau ta có:

    Theo TCXDVN 338-2005 liên kết giữa cột khung và móng là liên kết ngàm, ta có :

Trong đó : n : Tỷ số độ cứng đơn vị của cột và xà ngang

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không thay đổi là :

H : Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột. μ : Hệ số chiều dài tính toán.

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung ly lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột,…) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +4000, tức là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm hãm, nên l y  4 m

Sử dụng vật liệu thép CCT34 có các thông số thể hiện trong Bảng 2.8 :

Sử dụng vật liệu liên kết hàn N42 được lấy theo mục 2.3.2 có:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán: a Trường hợp 1 M max - Ntư -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT-0,85HTNP+GT gây ra: max 278,7 42,9 75,95 tu tu

 b Trường hợp 2 Mtu – Nmax -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTĐT gây ra: max

 c Trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT-0,85HTNT+GT gây ra: max

Tiết diện cột đã chọn sơ bộ ở mục 3.4.1 thể hiện qua Hình 3.3 :

 Ta có kích thước tiết diện cột sơ bộ như sau :

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

 Diện tích tiết diện cột:

 Mômen quán tính của tiết diện cột đối với trục X-X:

 Mômen quán tính của tiết diện cột đối với trục Y-Y:

 Mômen kháng uốn của tiết diện cột đối với trục X-X:

 Mômen kháng uốn của tiết diện cột đối với trục Y-Y:

 Moment tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà X-X

 Bán kính quán tính của tiết diện cột đối với trục X-X, Y-Y:

 Độ mảnh của tiết diện cột theo phương X, Y:

6.1.5 Kiểm tra điều kiện bền a Sử dụng nội lực trường hợp 1( M max - Ntư -Vtư): x y c x y

86,4 47821 2   kN cm  f c   kN cm b Sử dụng nội lực trường hợp 2 M tu – Nmax -Vtư: x y c x y

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH c Sử dụng nội lực trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax :

Theo 7.2.1.2 TCVN 5575:2012 kiển tra khả năng chịu cắt :

6.1.6 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng a Sử dụng nội lực trường hợp 1( M max - Ntư -Vtư): Độ lệch tâm tương đối :

Vì m x 5,2>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

Theo mục 7.2.2.1 TCVN 5575:2012 ta có: c b c

Trong đó Wc là modun chống uốn của tiết diện nguyên cho thớ biên cánh chịu nén.

                                      l 0 @0cm: được xác định là khoảng cách giữa thanh chóng dọc của khung và mặt đất (xem hình 5.1)

Tra bảng E.1 TCVN 5575:2012 ta có:

      b Sử dụng nội lực trường hợp 2 M tu – Nmax -Vtư Độ lệch tâm tương đối :

Tra bảng D.9 TCVN 5575-2012 kết hợp nội suy ta có:

Với  x  1, 74 và m e  3,57 tra Bảng D.10 TCVN 5575- 2012

Nội suy ta có:   e 0,295 Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức (cột chịu nén lệch tâm):

Trong đó :   c 0,95 là hệ số điều kiện làm việc (lấy theo Bảng 3 TCVN 5575- 2012)

6.1.7 Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng a Sử dụng nội lực trường hợp 2 M max – Ntu -Vtu

Theo mục 7.4.2.5a TCVN 5575:2012, với thanh 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 thanh (nhưng không nhỏ hơn 0,5 lần momen lớn nhất trên cả chiều dài thanh)thể hiện ở Hình 6.1 Tại cao trình +4,000m có thanh chóng dọc.

Hình 6.1.7.a.1.1.1.1: Giá trị momen tại cao trình +4,000m

Giá trị moment của trường hợp Mmax tại cao trình +4,000m xuất từ phần mềm ETABS thể hiện ở hình 6.1.

Giá trị mômen lớn nhất tại vị trí 1/3 chiều cao cột dưới tính từ chân cột lên là:

  Độ lệch tâm tương đối :

Vì m x ,5>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

Theo mục 7.2.2.1 TCVN 5575:2012 ta có: max( ) 1 3 c b c

                                      l 0 @0cm: được xác định là khoảng cách giữa hai thanh chóng dọc của khung Tra bảng E.1 TCVN 5575:2012 ta có:

      b Sử dụng nội lực trường hợp 2 M tu – Nmax -Vtư

Giá trị Nmax , Mtu ở cao trình +4,000m xuất từ phần mềm ETABS thể hiện ở Hình 6.2.

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH 0,603

Hình 6.1.7.b.1.1.1.1: Nmax và Mtu tại cao trình +4,000m

Theo mục 7.4.2.5 TCVN 5575-2012 ta xác định được các thông số:

  Điều kiện kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn của cấu kiện chịu nén lệch tâm được xác định theo công thức (42 TCVN 5575:2012):

6.1.8 Kiểm tra ổn đinh cục bộ bản cánh và bản bụng a Kiểm tra ổn định bản cánh

  Theo bảng 35 TCVN 5575-2012 ta có :

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH b Kiểm tra ổn định bản bụng

Theo mục 7.6.2.1 TCVN 5575-2012 ta có: w w w w h h t t

Từ bảng 33 TCVN 5575-2012 ta tính được:

 Phần bảng bụng bị mất ổn định cục bộ Coi như chỉ có một phần của bụng tiếp giáp với cánh còn làm việc.

Bề rộng của bảng bụng lúc này tính theo mục 7.6.2.5 TCVN-5575-2012: w

Diện tích tiết diện cột hiệu dụng ,không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộ:

 Không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể.

 Không cần gia cường bằng sườn cứng ngang.

Bảng 6.1.8.b.1.1.1.1.1 Bảng kiểm tra mặt cắt tiết diện cột theo các điều kiện

Kiểu tra điều kiện bền

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn theo điều kiện cấu kiện chịu nén

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng theo cấu kiện chịu uốn

Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng theo cấu kiện chịu nén

Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn theo cấu kiện chịu uốn

Tiết diện trên vai cột

Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt

Ghi chú: Tiết diện chịu kéo ( lực dọc mang dấu “+”) nên không cần kiểm tra ổn định tổng thể theo điều kiện cấu kiện chịu nén.

6.1.9 Tính toán chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng cột

Theo bảng 42 TCVN 5575:2012 ta có công thức (105; 106) tương đương công thức sau: sử dụng nội lực trong trường hợp 3 mục 8.1.2.3 để tính toán:

→ Kết hợp điều kiện cấu tạo , chọn h f =0,6(cm).

Các tiết diện cột dưới vai, trên vai và đỉnh cột kiểm tra tương tự như ở chân cột thể hiện qua tóm tắt Bảng 6.1 để tiết kiệm thời gian trong tính toán.

Kiểm tra tiết diện xà ngang đoạn xà 5m (tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn các cặp nội lực tính toán (nội lực tại tiết diện đầu xà): a Trường hợp 1 M max - Ntư -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+0,85HTNT+GT gây ra: max 229,88 17,16 59,3 tu tu

 b Trường hợp 2 Mtư – Nmax -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTĐT gây ra: max

 c Trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTĐT gây ra: max

Trong quá trình tính toán sử dụng vật liệu CCT34 có thông số như Bảng 2.6 có:

 Moment tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x

 Độ mảnh của tiết diện xà theo phương X, Y:

6.2.4 Kiểm tra theo điều kiện bền a Sử dụng nội lực trường hợp 1 M max – Ntu -Vtu x c x

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bụng:

13,94 3.0,91 14,03 / 1,15.21.1 24,15 / td kN cm kN cm

      b Sử dụng nội lực trường hợp 2 M tu – Nmax -Vtư x c x

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH c Sử dụng nội lực Mmax và Vmax

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bụng ( theo mục 7.2.1.4 TCVN 5575:2012):

13,94 3.0,9 14 / 1,15.21.1 24,15 / td kN cm kN cm

6.2.5 Kiểm tra ổn định tổng thể a Kiểm tra với cặp nội lực trường hợp 1( Mmax-Ntu-Vtu) : Độ lệch tâm tương đối :

Vì m x r,6>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén uốn lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

                                      l 0 : được xác định là khoảng cách giữa hai thanh chóng dọc của khung (khoảng cách giữa hai thanh chóng dọc l  4500 mm

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH 0,1 2,1 40  2,25 0,07  2,4

      b Sử dụng nội lực trường hợp 2 ( ( M tu-Nmax-Vtu): Độ lệch tâm tương đối :

Từ điều kiện 5 20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén uốn lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH 0,1 2,1 40  2,25 0,07  2,4

6.2.6 Kiểm tra ổn định cục bộ của cánh và bụng xà a Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh Áp dụng theo 7.6.3.2 TCVN 5575:2012):

→ Cánh dầm không bị mất ổn định cục bộ. b Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng xà

→ Bụng không bị mất ổn định cục bộ, nên không cần đặt các sườn cứng ngang. Theo 7.6.1.1.c TCVN 5575:2012 ta có:

→ Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ, nên không cần đặt sườn dọc.

6.2.7 Tính toán chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bụng dầm

Sử dụng nội lực trong trường hợp 3 Vmax:

Theo bảng 42 TCVN 5575:2012 ta có :

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH 59, 22 590

Kết hợp điềukiện cấu tạo chọn h f =0,6(cm).

Kiểm tra tiết diện xà ngang đoạn xà 9,5m (tiết diện không đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán (nội lực tại tiết diện đầu xà). a Trường hợp 1 M max - Ntư -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+0,85HTT+0,85HTNT+GT gây ra: max 45, 45

 b Trường hợp 2 Mtư – Nmax -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTĐT gây ra: max

 c Trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTNT gây ra: max

Tiết diện xà không đổi đã chọn sơ bộ ở mục 3.4.2 thể hiện qua Hình 3.3 :

4 658  kN cm  f c   kN cm b Sử dụng cặp nội lực trường hợp 2 M tu – Nmax -Vtu x c x

     c Sử dụng nội lưc Mmax và Vmax

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bụng ( theo mục 7.2.1.4 TCVN 5575:2012):

6, 4 3.1 6,63 / 1,15.21.1 24,15 / td kN cm kN cm

6.3.5 Kiểm tra ổn định tổng thể a Sử dụng nội lực trường hợp 1 M max – Ntu -Vtu

Vì m x R,1>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén uốn lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

                                      l 0 : được xác định là khoảng cách giữa hai thanh chóng dọc của khung (khoảng cách giữa hai thanh chóng dọc l 4500mm

      b Sử dụng nội lực trường hợp 2 ( M tu-Nmax-Vtu): Độ lệch tâm tương đối :

Theo Bảng D.9 TCVN 5575:2012 loại tiết diện 5; m x =1,05 nội suy ta có:

Với  x  2,14 và m e  1,64 tra Bảng D.10 TCVN 5575- 2012 kết hợp nội suy

Ta được:   e 0,402 Điều kiện ổn định tổng thể của xà trong mặt phẳng khung được kiểm tra giống như cột theo công thức (cột chịu nén lệch tâm):

Trong đó :   c 0,95 là hệ số điều kiện làm việc (lấy theo Bảng 3 TCVN 5575- 2012)

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Tra bảng 34 ta có:

6.3.7 Tính toán chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bụng dầm

Sử dụng nội lực trong trường hợp 3 Vmax:

Theo bảng 42 TCVN 5575:2012 ta có :

Kết hợp điều kiện cấu tạo chọn h f  0, 6  cm 

Kiểm tra tiết diện xà ngang tại vị trí chân cửa trời

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại vị trí chân cửa trời: a Trường hợp 1 M max - Ntư -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTNP gây ra: max 75,14 27,95

 b Trường hợp 2 Mtư – Nmax -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTĐT gây ra:

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH max

 c Trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTNT gây ra: max

6.4.3 Đặc trưng tiết diện Đoạn xà không thay đổi tiết diện nên sử dụng tiết diện ở mục 6.3.3 để tính toán.

     b Sử dụng nội lực trường hợp 1 M tu– Nmax -Vtu x c x

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH c Sử dụng nội lưc Mmax và Vmax

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bụng:

F: là lục dọc lớn nhất tại vị trí chân cột cửa trời (theo bảng 7.2) l z : được tính theo mục 7.2.1.3 TCVN 5575:2012

6.4.5 Kiểm tra ổn định tổng thể a Sử dụng nội lực trường hợp 1 M max – Ntu -Vtu Độ lệch tâm tương đối :

Vì m x %,5>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén uốn lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

      b Sử dụng nội lực trường hợp 2 ( M tu-Nmax-Vtu) Độ lệch tâm tương đối :

Theo Bảng D.9 TCVN 5575:2012 loại tiết diện 5; m x ,04 kết hợp nội suy ta có:

Với  x  2,14 và m e  13, 43 tra Bảng D.10 TCVN 5575- 2012 kết hợp nội suy

Ta được:   e 0,099 Điều kiện ổn định tổng thể của xà trong mặt phẳng khung được kiểm tra giống như cột theo công thức (cột chịu nén lệch tâm):

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Tra bảng 34 ta có:

Kiểm tra tiết diện cột cửa trời

6.5.1 Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột không thay đổi tiết diện để thiết kế cột cho khung ngang Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thuyết là bằng nhau ta có:

    Theo TCXDVN 338-2005 liên kết giữa cột khung và móng là liên kết ngàm, ta có :

Trong đó : n : Tỷ số độ cứng đơn vị của cột và xà ngang

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không thay đổi là :

H : Chiều dài thực tế của cột μ : Hệ số chiều dài tính toán.

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung ly lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột,…) Ở đây ly=1,5m.

Sử dụng vật liệu thép CCT34 có các thông số thể hiện trong Bảng 2.8 :

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại chân cột (nguy hiểm): a Trường hợp 1 M max - Ntư -Vtư max 36,8

 b Trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax max 36,8

 Độ mảnh của tiết diện cột theo phương X, Y:

6.5.5 Kiểm tra điều kiện bền a Sử dụng nội lực trường hợp 1( M max - Ntư -Vtư): x y c x y

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH b Sử dụng nội lực trường hợp 3 M tư - Ntư -Vmax :

Theo 7.2.1.2 TCVN 5575:2012 kiển tra khả năng chịu cắt :

6.5.6 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng

Sử dụng nội lực trường hợp 1( M max - Ntư -Vtư): Độ lệch tâm tương đối :

Vì m x H,4>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

6.5.7 Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng

Sử dụng nội lực trường hợp 1 M max – Ntu -Vtu

Theo mục 7.4.2.5a TCVN 5575:2012, với thanh 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 thanh (nhưng không nhỏ hơn 0,5 lần momen lớn nhất trên cả chiều dài thanh)thể hiện ở Hình 6.1 Tại cao trình +12,350m có thanh chóng dọc( đỉnh cột cửa trời).

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Ntu=-8,68kN

  Độ lệch tâm tương đối :

Vì m x 5,2>20nằm ngoài điều kiện trong bảng tra nên không thể kiểm tra ổn định tổng thể theo cấu kiện chịu nén lấy lý thuyết dầm để kiểm tra.

Theo mục 7.2.2.1 TCVN 5575:2012 ta có: max( ) 1 3 c b c

6.5.8 Kiểm tra ổn đinh cục bộ bản cánh và bản bụng a Kiểm tra ổn định bản cánh

 Theo bảng 35 TCVN 5575-2012 ta có (do 0,8   x  0, 76 nên bằng 0,8) :

  b Kiểm tra ổn định bản bụng

Theo mục 7.6.2.1 TCVN 5575-2012 ta có: w w w w h h t t

Từ bảng 33 TCVN 5575-2012 ta tính được:

 Không cần gia cường bằng sườn cứng ngang.

THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT

Chi tiết vai cột

7.1.1 Sơ đồ tính a Sơ đồ kết cấu

Với chiều cao tiết diện cột là h`cm, giả thuyết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục b dct (cm).Vai cột liên kết với cột bằng cách liên kết với cánh của cột bằng liên kết hàn, vì vậy ta có cấu tạo của vai vột và sơ đồ kết cấu của cột như dầm consol (Hình 7.1)

Hình 7.1.1.a.1.1.1.1: Cấu tạo vai cột và sơ đồ tính

Từ các giá trị tải trọng cầu trục ở mục 6.1.3.1 ta xác định được các giá trị momen uốn và lực cắt tại chỗ liên kết consol vai cột với cánh cột:

Chọn sơ bộ tiết diện (Hình 7.2)

7.1.5 Kiểm tra theo điều kiện bền

Kiểm tra điều kiện chịu uốn ( theo 7.2.1.1 TCVN 5575:2012):

Kiểm tra điều kiện chịu cắt (theo 7.2.1.2 TCVN 5575:2012): τ=V S f

Tại tiết diện đầu dầm có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bụng ( theo mục 7.2.1.4 TCVN 5575:2012): σ td =√ σ 2 +σ C

Hình 7.1.5.a.1.1.1.1: Mặt căt tiết diện vai cột

7.1.6 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng a Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh: Áp dụng theo 7.6.3.2 TCVN 5575:2012):

→ Cánh dầm không bị mất ổn định cục bộ. b Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng: Áp dụng theo 7.6.1 TCVN 5575:2012:

→ Bụng không bị mất ổn định cục bộ, nên không cần đặt các sườn cứng ngang.

Do tại vị trí đặt dầm cầu trục lên vai cột có tải trọng di động của cầu trục gây ra, nên ta tiến hành tính toán và đặt sườn gia cường tại vị trí đó:

Theo mục 7.6.1.1.a) trang 49 TCVN 5575:2012 ta có:

7.1.7 Tính toán đường hàn liên kết

Chọn chiều cao đường hàn: h fmax =1,2t min =1,2.0,8=0,96(cm) h fmin =0,5(cm)

Ta có: t max =1(cm) tra vào Bảng 43 TCVN 5575:2012.

Chiều dài tính toán của các đường hàng liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định như sau (Hình 7.3):

Hình 7.1.7.a.1.1.1.1: Đăc trưng tiết diện đường hàn vai cột

 Phía trên cánh 2 đường hàn: l t  20 1 19   cm

 Phía dưới cánh 4 đường hàn: l d (20 0,8).0,5 1 8   cm

 Ở bản bụng 2 đường hàn: l b  33 1 32   cm

Từ đó diện tích tiết diện và moment chống uốn của các đường hàn trong liên kết (coi lực cắt chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu).

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Kiểm tra ứng suất trong đường hàn:

10,5 kN cm/  f f wt c  0,7.18.1 12,6 kN cm/

7.1.8 Kiểm tra chiều dài đường hàn theo yêu cầu kỹ thuật và cấu tạo

Theo mục 10.6.1.3.c) TCVN 5575:2012 Chiều dài tính toán của đường hàn góc không được nhỏ hơn 4 h f và không nhỏ hơn 40mm.

Theo mục 10.6.1.3.d) TCVN 5575:2012 Chiều dài tính toán của đường hàn góc bên không được lớn hơn 85 β f h f ( β f =0,7 :Bảng37TCVN5575 :2012)

7.1.9 Kiểm tra điều kiện độ võng

Kiểm tra võng của dầm vai bằng cách sử dụng phương pháp nhân biểu đồ verasaghin (Hình 7.4):

Hình 7.1.9.a.1.1.1.1: Biểu đồ trạng thái m và k

Momen ở trạng thái m (trạng thái chịu tải thực):

Momen ở trạng thái k (trạng thái chịu tải lực P=1 tại vị trí cần tính chuyển vị):

Xét tam giác đồng dạng ta có tỷ lệ:

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Chuyển vị tại vị trí đặt lực P=1:

 Vậy vai cột đảm bảo yêu cầu về điều kiện độ võng.

Chi tiết chân cột

Từ bảng thống kế nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột: a Trường hợp 1 M max - Ntư -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT-0,85HTNP+GT gây ra: max 278,7 42,9 75,95 tu tu

 b Trường hợp 2 Mtu – Nmax -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT+HTĐ+0,85HTĐT gây ra: max

 c Trường hợp 3 M tư - Ntư -Vtư Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT-0,85HTNT+GT gây ra: max

Bản đế ,dầm đế, sườn cánh sườn bụng Sử dụng vật liệu có cường độ như thép cơ bản CCT34 :

Vật liệu của bu lông neo với thông số cường độ được nêu trong bảng 2.11

Vật liệu dùng cho móng chọn vật liệu bê tông có cấp độ bền B20 có

Sử dụng vật liệu liên kết hàn N42( được nếu trong 2.3.2) có:

0, 45 0, 45.34 15,3 / 0,1; 0,7 wf ws u s f f kN cm f f kN cm

Căn cứ vào kích thước tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp trường hợp có vùng kéo trong bê tông móng với 6 bu lông neo ở một phía chân cột (Hình 7.5) Từ đó xác định được bề rộng bản đế:

B bd  b c    cm( chọn sơ bộ c1|m)

Chọn sơ bộ c1=(5 ÷ 10)cm =>chọn c1|m c2=(10 ÷ 15)cm => chọn c2cm

Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bulông neo, chiều dài của bản đế :

Chiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bêtông móng :

2 B bđ ψ R b ,loc + √ ( 2 B bđ N ψ R b ,loc ) 2 + B bđ 6 ψ M R bđ

Hình 7.2.3.a.1.1.1.1: Cấu tạo chân cột liên kết ngàm với móng

Bê tông móng sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có Rb= 1,15 kN/cm 2 và chọn sơ bộ hệ số tăng cường độ   b 1,1- tương ứng với kích thước mặt móng là (40x90)cm Từ đó xác định được cường độ tính toán chịu nén cục bộ của bê tông móng:

Trong đó : αb =1 khi mác bêtông móng không quá B20; φ b :chọn sơ bộ 1,1-1,2; ψ :lấy 0,75 khi ứng suất trong bê tông móng phân bố không đều, lấy bằng 1 khi ứng suất trong bê tông móng phân bố đều.

Tính ứng suất phản lực bê tông móng phía dưới bản đế:

 Sử dụng cặp nội lực trường hợp 1

36.86 36.86 min bd bd bd bd

36.86 36.86 0,642 / 0,75.1, 242 0,932 ( / ) max bd bd bd bd b loc

 Sử dụng cặp nội lực trường hợp 2

36.86 36.86 0,37 / 0,75.1, 242 0,932 ( / ). max bd bd bd bd b loc

36.86 36.86 min bd bd bd bd

Hình 7.2.3.a.1.1.1.2: Kích thước bản đế

Bề dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất uốn của bản đế do ứng suất phản lực trong bê tông móng( Hình 7.6) Xét các ô bản đế: Ô-1 (bản ngàm 3 cạnh):

Tra bảng 7.1, nội suy có: αb b =0,073

M    d   kNcm Ô-2 (bản ngàm 2 cạnh liền kề):

Tra bảng 7.1, nội suy có: αb b =0,06

- Bề dày của bản đế xác định theo công thức sau:

Bảng 7.2.3.a.1.1.1.2.1 Hệ số αb b với bản kê ba cạnh hoặc hai cạnh liền kề. b 2 /a 2 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,2 αb b 0,06 0,074 0,088 0,09

(Trích Bảng 2.4 sách “ Thiết Kế Kết Cấu Nhà Công Nghiệp Một Tầng Một Nhịp –

Kích thước của dầm đế chọn như sau:

- Bề rộng: b dd =B bd 6cm.

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Từ Hình 9.4 ta xác định được diện tích truyền lực vào dầm đế:

Xác định chiều cao của dầm đế bằng cách xác định độ dài đường hàn liên kết dầm đế vào cột sao cho đủ khả năng chịu lực do N dd gây ra Chọn chiều cao đường hàn của dầm đế vào cột h f =0,7cm Ta tính toán chiều dài tổng đường hàn liên kết dầm đế vào cột như sau: w

Chọn chiều cao dầm đế hdd'cm

Với ( β f w ) min =min(β f f wf ; β s f ws )= min(0,7.18;1.15,3),6(kN/c m 2 )

Sơ đồ tính sườn là dầm consol ngàm (Hình 7.7) ở dầm đế bằng liên kết bằng hai đường hàn

Chọn bề dày sườn t s =1,0cm Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

Kiểm tra lại với tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương:

,72 td kN cm f c kN cm

Hình 7.2.5.a.1.1.1.1: Sơ đồ tính sườn cánh

GVHD: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn cánh vào dầm đế h f =0,7cm Diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn là:

Khả năng chịu lực của các đường hàn liên kết được kiểm tra theo công thức:

10,97 / 0, 7.18.1 12, 6 / td w w ,6 f wt c kN cm f kN cm

Sơ đồ tính sườn bụng là dầm consol ngàm vào bụng cột bằng hai đường hàn (Hình 7.8).

Hình 7.2.6.a.1.1.1.1: Sơ đồ tính sườn bụng

Chọn bề dày sườn t s =1,0cm Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

Kiểm tra lại với tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương:

16, 4 / 1,15 1,15.21 24,15 / td kN cm f c kN cm

Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn cánh vào dầm đế h f =0,7cm Diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn là:

Khả năng chịu lực của các đường hàn liên kết được kiểm tra theo công thức:

11, 2 / 0,7.18.1 12,6 / td w w f wt c kN cm f kN cm

Các kích thước của chân cột thể hiện qua Hình 7.9.

7.2.7 Tính toán bu lông neo

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo: Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột do trường hợp TT-0,85HTNP+GT gây ra: max 278,7 42,9 75,95 tu tu

Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c= 44 cm Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đế tâm bu lông neo là 7 cm, xác định được:

(Các kích thước a,c,y xem Hình 7.8).

Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột :

Hình 7.2.7.a.1.1.1.1: Tính toán và bố trí bu long

Hình 7.2.7.a.1.1.1.2: Cấu tạo chân cột

Diện tích tiết diện cần thiết của một bu lông neo:

Chọn thép bu lông neo mác CT38 có f ba 15kN/cm 2

Theo bảng B.4 TCVN 5575:2012, chọn bu lông neo ϕ 30 có A bn =5,6c m 2

Kiểm tra tổng lực kéo trong thân bu lông neo ở một phía chân cột:

Trong công thức trên N lấy dấu trừ vì là lực nén.

T 2

Tiêu đề	Đồ án kết cấu thép - Thiết kế khung thép 1 nhịp 1 tầng (khung Zamil)
Tác giả	Thơ, Tuấn Kiệt
Người hướng dẫn	PGS. TS Nguyễn Hoàng Anh
Trường học	Trường Đại học Cần Thơ, Khoa Kỹ thuật Xây dựng
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	3,32 MB