2020 huong dan thiet ke khung thep nha cong nghiep mot tang mot nhip

Các đặc trưng hình học

A Diện tích tiết diện nguyên An Diện tích tiết diện thực Af Diện tích tiết diện bản cánh Aw Diện tích tiết diện bản bụng, diện tích tính toán của đường hàn Awf Diện tích tính toán của đường hàn góc theo kim loại đường hàn (tiết diện 1-1) A ws Diện tích tính toán của đường hàn góc theo kim loại đường hàn (tiết diện 2-2) Abl Diện tích tiết diện thực của bulong

A d Diện tích tiết diện thanh xiên b Chiều rộng của tiết diện b f Chiều rộng bản cánh b0 Chiều rộng phần nhô ra của bản cánh b s Chiều rộng của sườn ngang h Chiều cao của tiết diện h w Chiều cao của bản bụng hf Chiều cao của đường hàn góc h fk Khoảng cách giữa trục của các cánh dầm i Bánh kính quán tính của tiết diện ix, iy Bánh kính quán tính của tiết diện đối với các trục tương ứng x-x, y-y imin Bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện

 x ,  y Các mômen quán tính của tiết diện nguyên đối với các trục x-x và y-y

 nx ,  ny Các mômen quán tính của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x, y-y

L Chiều cao của thanh đứng, cột hoặc chiều dài nhịp dầm

Trong thiết kế kết cấu, nhiều loại chiều dài tính toán được sử dụng để đảm bảo hiệu quả và an toàn: Chiều dài nhịp biểu thị khoảng cách giữa các điểm tựa của kết cấu Chiều dài tính toán của cấu kiện chịu nén (l) được xác định theo phương chịu lực chính Chiều dài tính toán của cấu kiện trong mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng (x, y) là (l x, l y) Chiều dài tính toán của đường hàn (w) được sử dụng để đánh giá cường độ của mối hàn.

S Mômen tĩnh s Bước lỗ bu lông t Chiều dày t f, t w Chiều dày của bản cánh và bản bụng u Khoảng cách đường lỗ bu lông

W nmin Môđun kháng uốn nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán

W x , W y Môđun kháng uốn của tiết diện nguyên đối với trục tương ứng x-x, y-y

Môđun kháng uốn nhỏ nhất của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x, y- y

Ngoại lực và nội lực

M x , M y Mômen uốn đối với trục tương ứng x-x, y-y

N M Lực dọc trong nhánh do mômen gây ra

Cường độ và ứng suất

15 f y Cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép f u Cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt f Cường độ tính toán của thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy f t Cường độ tính toán của thép theo sức bền kéo đứt f v Cường độ tính toán chịu cắt của thép f c Cường độ tính toán của thép khi ép mặt theo mặt phẳng tì đầu (có gia công phẳng) f ub Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulông f tb Cường độ tính toán chịu kéo của bulông f vb Cường độ tính toán chịu cắt của bulông f cb Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông f ba Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo f hb Cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao f w Cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo giới hạn chảy f wu Cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo sức bền kéo đứt f wv Cường độ tính toán của mỗi mối hàn đối đầu chịu cắt f wf Cường độ tính toán của đường hàn góc (chịu cắt qui ước) theo kim loại mối hàn f ws Cường độ tính toán của đường hàn góc (chịu cắt qui ước) theo kim loại ở biên nóng chảy f wun Cường độ tiêu chuẩn của kim loại đường hàn theo sức bền kéo đứt

 c Ứng suất pháp cục bộ

 x,  y Các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y

 cr,  c,cr Các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn

 cr Ứng suất tiếp tới hạn

Các hệ số

c 1 ,c x ,c y Các hệ số dùng để kiểm tra bền của dầm chịu uốn trong một mặt phẳng chính hoặc trong hai mặt phẳng chính khi có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo e Độ lệch tâm của lực m Độ lệch tâm tương đối m e Độ lệch tâm tương đối tính đổi n, p,  Các thông số để xác định chiều dài tính toán của cột n a Số lượng bulông trên một nửa liên kết n c Số mũ n v Số lượng các mặt cắt tính toán

 f ,  s Các hệ số tính toán đường hàn góc theo kim loại đường hàn và ở biên nóng chảy của thép cơ bản

 c Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

 b Hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông

 M Hệ số độ tin cậy về cường độ

 Q Hệ số độ tin cậy về tải trọng

 u Hệ số độ tin cậy trong các tính toán theo sức bền tức thời

 Hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết hiện

 Độ mảnh của cấu kiện ( = lo/i)

 o Độ mảnh tương đương của thanh tiết diện rỗng

0 Độ mảnh tương đương qui ước của thanh tiết diện rỗng ( 0 =  f /E )

 w Độ mảnh qui ước của bản bụng ( w = (hw / tw) f /E )

 x ,  y Độ mảnh tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng x-x, y-y

 Hệ số chiều dài tính toán của cột

 b Hệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định dạng uốn xoắn

 e Hệ số giảm cường độ tính toán khi nén lệch tâm,nén uốn

 Hệ số xác định hệ số  b khi tính toán ổn định của dầm

KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP BẰNG THÉP

Cấu tạo của khung thép nhẹ một tầng, một nhịp

Khung thép nhẹ một tầng, một nhịp thường dùng trong các công trình cần không gian thông thoáng hoàn toàn như nhà thi đấu, hăng-ga máy bay, phòng trưng bầy sản phẩm, nhà kho, nhà sản xuất… với nhịp khung thường không vượt quá 60m

Liên kết giữa cột khung với móng có thể ngàm hoặc khớp Liên kết khớp có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giảm được kích thước móng vì không có mômen ở chân cột, nên thường được dùng khi kích thước khung không lớn, nhà không có cầu trục, hoặc khi nền đất yếu

Tuy nhiên với những khung ngang có kích thước lớn, chịu tải trọng nặng (sức trục lớn, gió mạnh) nếu dùng liên kết khớp thì chuyển vị ngang ở đỉnh cột sẽ lớn, nên trong trường hợp này cần chọn phương án liên kết ngàm giữa cột khung với móng để phân phối bớt mômen đầu cột xuống móng làm giảm chuyển vị đầu cột và tăng khả năng ổn định cũng như độ cứng cho khung ngang a) Nhà không có cầu trục b) Nhà có cầu trục

Hình 1.1 Sơ đồ khung nhà thép một tầng, một nhịp

Một loại khác của khung một nhịp là loại có cột chống giữa, thường dùng khi không gian trong nhà không cần quá lớn, thường sử dụng làm nhà kho, nhà điều hành sản xuất, nhà xưởng… Nhịp kinh tế nhất là khoảng 18 đến 24m (tối đa 90m) Khi nhịp lớn cần xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự làm việc của kết cấu Loại khung này có ưu điểm là không giới hạn chiều rộng nhà, không gian sử dụng linh hoạt, có thể bố trí thành nhiều phòng khi sử dụng các vách ngăn

Tuy nhiên kết cấu khung rất nhạy cảm đối với sự lún lệch của móng, cột giữa có chiều cao quá lớn nếu nhịp rộng, vị trí cột khó thay đổi trong tương lai Để giảm chiều cao cột giữa có thể sử dụng sơ đồ kết cấu khung một nhịp có nhiều cột chống Cột chính thường liên kết ngàm với móng, cột giữa có thể liên kết khớp khớp hoặc ngàm với rường ngang Liên kết khớp khi tải trọng gió nhỏ, liên kết ngàm khi tải trọng gió lớn hoặc chiều cao cột lớn

Hình 1.2 Sơ đồ khung nhà thép một nhịp có cột chống giữa

Một loại khung nhịp khác thường gặp là loại khung tựa hay khung một mái dốc

Khung tựa thường dùng cho các công trình mở rộng như phòng lắp đặt thiết bị, phòng cho công nhân, kho chứa hàng Chúng không thể tự đứng vững nên phải tựa vào một khung khác với mái dốc Dầm khung tựa thường khớp với khung chính để tiết kiệm diện tích cột Nhịp cầu tựa thường không lớn, thường không quá 18m.

Với yêu cầu nhịp lớn hơn thì dầm được liên kết ngàm với khung chính hoặc đặt thêm cột phụ để chống trong nhịp, cột phụ liên kết ngàm với dầm Khi cấu tạo liên kết giữa mái và khung chính, cần chú ý hệ thống thoát nước không ảnh hưởng đến sự làm việc của toàn bộ kết cấu Cột và dầm thường được chọn có tiết diện không đổi Khi nhịp lớn có thể chọn tiết diện thay đổi

Hình 1.3 Sơ đồ khung tựa kết cấu nhà thép

Khung có một mái dốc có dạng một nhịp hoặc có thêm cột chống không kinh tế bằng khung một nhịp có hai mái dốc nên chỉ được sử dụng khi có yêu cầu thoát nước mái Khi cần không gian lớn ở một bên nhà, cần mở rộng thêm nhịp của công trình nhưng không được để máng nước ở giữa hai nhà cũ và mới hoặc không được chất thêm tải trọng vào cột, móng của công trình cũ.

Sơ đồ khung ngang

Cột và xà ngang trong khung thép nhẹ thường có tiết diện chữ I tổ hợp hàn Tiết diện cột khung có thể không thay đổi hoặc thay đổi tuyến tính (cột vát hình nêm) Trong trường hợp chiều đầu xà ngang lớn, có thể chia nhỏ thành các đoạn nhỏ dễ chuyên chở và thi công Chiều dài các đoạn chuyên chở được chọn phụ thuộc vào điều kiện vận chuyển, chế

21 tạo (chiều dài thép cán), kết hợp làm vị trí thay đổi tiết diện căn cứ vào sự phân bố mô men trong xà

Liên kết cột và xà ngang thường được cấu tạo là ngàm để tăng độ cứng và giảm biến dạng cho khung Liên kết giữa cột và móng có thể là ngàm hoặc khớp Liên kết khớp thường để giảm kích thước móng hoặc khi nền đất yếu để không có mô men ở chân cột

Liên kết ngàm thường dùng để tăng độ ổn định cho khung ngang trong trường hợp khung chịu tải trọng khá lớn (nhà có cầu trục) hoặc ckhi chiều cao hay nhịp khung lớn

Quá trình thiết kế kích thước tiết diện cột và xà ngang trong khung thép nhẹ là quá trình tính toán lặp Sau khi lựa chọn sơ đồ tính phù hợp, nội lực trong khung ngang được xác định bằng phần mềm tính kết cấu thông dụng với các kích thước tiết diện được giả thiết trước sơ bộ (có thể giả thiết trước sơ bộ tỷ số độ cứng của xà và cột, thông thường khoảng 1÷3) và lấy kết quả nội lực phân tích được kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện vừa giả định

Nếu tiết diện quá lớn hoặc quá bé thì cần có những thay đổi cần thiết Sơ đồ tính toán khung ngang được minh họa trong hình 2.4 dưới đây a) Cột liên kết khớp với móng b) Cột liên kết ngàm với móng

Hình 1.4 Sơ đồ tính khung ngang Nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

Các kích thước chính của khung ngang

Hình 2.5 thể hiện các kích thước chính của khung ngang, gồm kích thước theo phương đứng và kích thước theo phương ngang

1.3.1 Kích thước theo phương đứng

Chiều cao của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột (đáy xà):

H1 - cao trình đỉnh ray, là khoảng cách nhỏ nhất từ mặt nền đến mặt ray cầu trục, xác định theo yêu cầu sử dụng và công nghệ;

22 H 2 - chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang, lấy theo: b H

HK - chiều cao gabarit cầu trục, là khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của cầu trục, lấy theo cataloge cầu trục; b - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang, lấy không nhỏ hơn 200 mm;

H 3 - chiều cao phần cột chôn dưới cốt mặt nền, lấy sơ bộ khoảng từ 0,5 đến 1,0m

Hình 1.5 Các kích thước chính của khung ngang

Chiều cao phần cột trên, từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Hdct - chiều cao dầm cầu trục, lấy theo phần thiết kế dầm cầu trục hoặc chọn sơ bộ khoảng từ 1/8 đến 1/10 nhịp dầm;

Hr - chiều cao ray và đệm, lấy theo quy cách ray hoặc lấy sơ bộ khoảng 200 mm

Chiều cao phần cột dưới tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột: d t

Chú ý: Độ dốc của mái thường chọn i = (10- 15)% so với khung có nhịp dưới 60m i % i %

1.3.2 Kích thước theo phương ngang

Khoảng cách giữa hai trục định vị (nhịp khung) thường có mô đun 6 hoặc 3m, có thể xác định theo công thức: k 2

LK - nhịp của cầu trục, lấy theo catalo cẩu trục;

 - khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục;

Thông thường, giá trị  được lấy bằng 750mm đối với cầu trục có sức trục dưới 30 tấn Tuy nhiên, trong trường hợp khoảng cách giữa mép trong của cột trên và đầu dầm cầu trục không đảm bảo khe hở an toàn, có thể tăng giá trị  lên 900mm để cầu trục hoạt động bình thường.

Khoảng cách từ mép ngoài của cột đến trục định vị lấy bằng không a=0 (trục định vị trùng với mép ngoài của cột) trong trường hợp nhà không có cầu trục hoặc có cầu trục với sức nặng dưới 30 tấn

1.3.3 Sơ bộ kích thước tiết diện cột

Tiết diện cột được lựa chọn sơ bộ theo các điều kiện về cấu tạo, độ cứng và ổn định cục bộ, trong đó:

Hình 1.6 Tiết diện cột đặc thép hình tổ hợp

Khoảng cách từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong của cột (z) không được nhỏ hơn khoảng cách z min trong catalo cầu trục, để đảm bảo cho cầu trục không vướng vào cột khi hoạt động

Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột:

24 L: là nhịp ngang nhà h: là chiều cao tiết diện cột

1.3.4 Chọn tiết diện vai cột

Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột)

Tiến hành chọn sơ bộ giúp phục vụ quá trình tính toán nội lực, cụ thể là xác định nội lực dầm vai Sau khi có giá trị nội lực dầm vai, sẽ tiến hành điều chỉnh tiết diện dầm vai cho phù hợp với yêu cầu chịu lực.

+ Chiều cao tiết diện vai cột : hcot ≥ h ≥ 30 cm + Bề rộng tiết diện vai cột : b = bcot

+ Chiều dày bản bụng vai cột : t w ≥ 0,8 cm + Chiều dày bản cánh vai cột : t f ≥ 1,0 cm

1.3.5 Sơ bộ tiết diện xà ngang

Xà ngang có tiết diện chữ I đối xứng, đoạn nách khung gần cột chịu mô men lớn nên thường cấu tạo tiết diện cao hơn Chiều cao tiết diện nách khung chọn không nhỏ hơn 1/40 nhịp, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 – 0,4) chiều dài nửa xà

Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn như sau:

2 (1,5 2) h   b chiều cao đoạn xà tiết diện không đổi;

Hình 1.7 Tiết diện xà ngang thép tổ hợp bf tf hhwtf x tw x y y

Hệ giằng trong nhà công nghiệp dùng kết cấu khung thép nhẹ

Hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ cứng không gian của nhà, giảm chiều dài tính toán của xà và cột khung theo phương ngoài mặt phẳng, từ đó tăng khả năng ổn định tổng thể cho khung ngang Hệ giằng còn có nhiệm vụ truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng Ngoài ra hệ giằng còn đảm bảo cho việc thi công lắp dựng kết cấu được an toàn thuận tiện Hệ giằng trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm hai bộ phận là hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương ngang nhà tại hai giàn đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ở một số gian giữa nhà tùy thuộc vào chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các gian bố trí không quá 5 bước cột Cánh trên của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo hình chữ thập Các thanh này có thể là thép góc, thép tròn hoặc thép mạ kẽm đường kính không nhỏ hơn 12mm Ngoài ra, cần bố trí các thanh chống dọc bằng thép hình (thường là thép góc) tại những vị trí quan trọng như đỉnh mái, đàu xà (cột), chân cửa mái…

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

Hệ giằng cột đảm bảo độ cứng dọc, giữ ổn định cột và truyền tải trọng dọc xuống móng như tải gió lên tường đầu hồi và lực hãm của cầu trục Gồm các thanh giằng chéo trong phạm vi cột trên và cột dưới tại gian có hệ giằng mái Với nhà không có cầu trục hoặc cầu trục dưới 15 tấn, dùng thanh chéo chữ thập thép tròn đường kính tối thiểu 20mm; nếu cầu trục trên 15 tấn dùng thép hình (thường là thép góc) Độ mảnh của thanh giằng không quá 200.

Hình 1.8 Chi tiết thanh chống xà gồ

Sơ đồ bố trí hệ giằng mái và giằng cột thể hiện trong hình 2.9

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệ giằng mái và giằng cột a) b) c)

KHÔNG QUá 5 BƯớC CộT KHÔNG QUá 5 BƯớC CộT giằng mái ỉ20 giằng mái ỉ20 giằng cột giằng mái ỉ20 L 100 x 100 x 5

125 125 250 lỗ ôvan 23 x 30 3 lỗ ôvan 23 x 30 hệ giằng mái giằng mái ỉ20

72000 hệ giằng cột (tl:1/200) Ð?NH C? T

430 chi tiÕt a chi tiÕt b chi tiÕt c chi tiÕt d, e

Tải trọng tác dụng lên khung ngang

Tải trọng tác dụng lên khung ngang thông thường bao gồm: tải trọng thường xuyên

(tĩnh tải) , hoạt tải thi công hoặc hoạt tải sửa chữa mái , tải trọng cầu trục và tải trọng gió

1.5.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang bao gồm:

- Trọng lượng bản thân của tấm lợp và xà gồ: lấy theo catalo nhà sản xuất hoặc có thể lấy sơ bộ khoảng 10-15 daN/m 2

- Trọng lượng bản thân kết cấu và hệ giằng: được lấy theo các thiết kế tương tự hoặc có thể lấy sơ bộ theo kinh nghiệm khoảng 15-20 daN/m 2

- Trọng lượng dầm cầu trục: xác định theo phần thiết kế dầm cầu trục hoặc theo kinh nghiệm khoảng 100-200 daN/m với sức trục dưới 30 tấn Lực này đặt tại vai cột, đặt lệch tâm so với trục cột

- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục cũng có thể tính như sau:

Gdct  dct L dct (daN) Trong đó:

Ldct là nhịp dầm cầu trục tính bằng mét; αdct -35 là hệ số trọng lượng bản thân - Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm, lấy theo kinh nghiệm:

Gdh = 500 daN Lực này đặt tại cao trình vai cột và dọc theo trục cột

Theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, trị số hoạt tải sửa chữa hoặc thi công mái phụ thuộc vào loại mái

Với mái lợp vật liệu nhẹ như mái tôn, fibroximăng, … trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái p tc = 30 daN/m 2 , hệ số vượt tải tương ứng là  p 1,3

Hoạt tải của cầu trục tác dụng lên phương ngang bao gồm áp lực đứng Dmax, Dmin và lực hãm ngang Tmax của cầu trục Các tải trọng này thông qua các bánh xe cầu trục truyền lên vai cột Áp lực đứng Dmax, D min , T max được xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất Với khung một nhịp, cần xét tải trọng của hai cầu trục đặt sát nhau

28 a) Cầu trục và các thành phần tải trọng b) Chi tiết cầu trục liên kết trên ray

Hình 1.10 Sơ đồ cầu trục

Trị số P max c là áp lực lớn nhất tác động lên đường ray của cầu trục khi xe con mang vật nặng đến gần vị trí của cột nhất Thông số này thường được cung cấp trong tài liệu hướng dẫn của cầu trục.

Tương ứng với phía bên kia áp lực tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe lên cầu trục, tính theo công thức: min max

Trong đó: n 0 – số bánh xe ở một bên ray của cầu trục ( thường bằng 2, hoặc 4 bánh);

Q – sức trục của cầu trục, tính theo đơn vị của lực;

G – trọng lương toàn bộ cầu trục (tra trong catalo cầu trục)

Q dÇm cÇu trôc dÇm cÇu trôc cÇu trôc xe con

Hình 1.11 Sơ đồ tính toán tải cầu trục theo đường ảnh hưởng a Giá trị D max tính theo công thức sau: max ct c max c i

  - hệ số độ tin cậy; n c – hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của nhiều cầu trục; các hệ số này lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 phụ thuộc vào sức trục và chế độ làm việc của cầu trục: nc=0,85 với 2 cầu trục chế độ nhẹ và vừa và 0,9 cho chế độ nặng hoặc rất nặng; n c =0,7 với 4 cầu trục chế độ nhẹ và vừa và 0,8 cho chế độ nặng hoặc rất nặng;

∑yi :Tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các vị trí bánh xe cầu trục; b Lực hãm ngang của cầu trục

Ngoài áp lực đứng, khi cầu trục hoạt động còn sinh ra áp lực ngang do xe con hãm, đó là lực quán tính tác dụng theo phương ngang nhà (theo phương chuyển động của xe con) Lực hãm ngang của xe con, qua các bánh xe cầu trục truyền lên dầm hãm (hoặc các tấm liên kết dầm cấu trục với cột), vào cột bằng phản lực tựa của dầm hãm, gọi là T

Gần đúng coi điểm đặt của T tại cao trình mặt dầm cầu trục (vì lực hãm thực tế tác dụng ở mặt ray) Lực hãm T được xác định tương tự như Dmax; Dmin;

T 1 – lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm, được tính bằng công thức: 1 0

T c - lực hãm ngang chuẩn tác dụng lên toàn cầu trục, tính theo công thức:

Lực hãm do hệ thống phanh sinh ra được tính bằng công thức Q = Gxc.0,05, trong đó: Q là lực hãm tác dụng lên xe con; Gxc là trọng lượng của riêng xe con; hệ số 0,05 bao gồm hệ số ma sát của bánh xe cầu trục với ray và tỉ số giữa số bánh xe hãm trên tổng số bánh xe của xe con.

Lực T được tính với tác dụng nhiều nhất là của hai cầu trục nằm trong một nhịp hoặc trong hai nhịp khác nhau Chiều của lực T có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột, coi toàn bộ lực T chỉ đặt vào một cột (trái hoặc phải)

Tải trọng gió ảnh hưởng đến khung ngang tùy thuộc vào vị trí công trình và hình dáng kiến trúc Giá trị tải trọng gió tác động vào cột và dầm ngang có thể được xác định bằng công thức.

 p - hệ số vượt tải của tải trọng gió,  p 1, 2;

W o - áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào phân vùng gió (địa điểm xây dựng); k - hệ số kể đến thay đỏi áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạng địa hình; c - hệ số khí động, phụ thuộc vào dạng địa hình nhà;

B - bề rộng diện truyền tải trọng gió vào khung (bước khung)

Trị số W o ,k,c xác định trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 a) Gió ngang nhà b) Gió dọc nhà

Hình 1.12 Mặt bằng khung chịu gió

31 Trường hợp nhà có chiều cao không quá 10m, tải trọng gió được coi là không đổi

Với nhà có chiều cao trên 10m, tải trọng gió phân bố theo quy luật hình thang, do đó để thuận tiện trong tính toán có thể quy đổi thành tải trọng phân bố đều trên suốt chiều cao của cột bằng cách nhân trị số của q với hệ số quy đổi  như sau:

 1,1 nếu H 15 20 m; a Tải trọng gió thổi ngang nhà

Hình 1.13 Sơ đồ xác định hệ số khí động cho gió thổi ngang nhà

Các hệ số khí động gió tác dụng vào khung ngang lấy theo sơ đồ hình 2.13, các hệ số khí động của mái Ce1 và Ce2 được tra theo sơ đồ 2 và sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737:1995 b Tải trọng gió thổi dọc nhà

Các hệ số khí động của mái được tra theo sơ đồ 2 và sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737:1995 Lúc này các hệ số khí động trên các mặt mái dốc theo tiêu chuẩn được lấy bằng -0,7

Hệ số khí động của hai mặt bên C e3 tra bảng phụ thuộc vào tỷ số b/l hoặc L/B với

B- chiều dài toàn nhà; và tỷ số h1/l hoặc H/B lấy theo sơ đồ hình vẽ 2.14 và bảng 2.1 dưới đây

Hình 1.14 Sơ đồ hệ số khí động với nhà có mái dốc hai phía

Bảng 2.1 Bảng tra hệ số Ce3 cho gió thổi dọc nhà b/l

Với nhà công nghiệp thông thường có tổng chiều dài nhà rất lớn so với chiều cao và bề rộng nhà nên hệ số Ce3=-0,4

Hình 1.15 Sơ đồ xác định hệ số khí động cho gió thổi dọc nhà

Thiết kế xà gồ mái

Xà gồ là cấu kiện chịu uốn xiên có thể dùng thép hình cán sẵn dạng chữ I hoặc chữ C Những loại này dùng hợp lý khi nhịp 6m; với nhịp 12m không dùng vì trọng lượng thép rất lớn Được sử dụng rộng rãi nhất là loại xà gồ dùng từ thép hình dập từ thép bản dày 2- 4mm Loại xà gồ này thường nhẹ hơn xà gồ thép hình, song giá thành cao vì chế tạo từ thép bản; mặt khác do bản thép mỏng nên không thể tăng được chiều cao xà gồ khi nhịp lớn Vì vậy xà gồ này cũng chỉ dùng khi bước dàn từ 6-12m, mái nhẹ Khi nhịp 12m và tải trọng lớn hơn dùng xà gồ dạng dàn cấu tạo từ thép góc

1.6.1 Xà gồ dùng thép cán nóng

Xà gồ liên kết với dàn vì kèo để đỡ tấm mái, lực do tải trọng tác dụng trên mái theo phương thẳng đứng, nên xà gồ bị uốn theo 2 phương

Tải trọng thẳng đứng q được phân theo hai phương tác dụng, qx tác dụng theo phương song song với mặt mái; qy tác dụng vuông góc với mặt mái

Do độ cứng xà gồ theo phương x-x (phương song song mặt mái) bé nên dễ bị biến dạng do thành phần tải trọng qx gây nên, vì vậy để tăng ổn định ngoài mặt phẳng uốn, người ta cấu tạo thêm hệ giằng xà gồ từ thép tròn có tăng đơ hoặc bulong 10-14; hoặc dùng thép góc giằng 2 đầu xà gồ Khi này, theo phương trong mặt phẳng mái, xà gồ có sơ đồ dầm liên tục hai hoặc ba nhịp

Trị số mô men uốn My phụ thuộc vào số điểm giằng xà gồ a Tải trọng tác dụng lên xà gồ bao gồm: o Trọng lượng bản thân mái và các lớp cấu tạo mái (phân bố theo m 2 mặt mái); o Hoạt tải sửa chữa mái (phân bố theo m 2 mặt bằng); o Tải trọng gió (phân bố theo m 2 mặt mái); o Trọng lượng bản thân xà gồ

Giá trị toàn phần của tải trọng tác dụng vào xà gồ xác định theo:

Trong đó: c g m - Tĩnh tải mái tiêu chuẩn trên 1m 2 mặt nghiêng mái; p c - Tải trọng tiêu chuẩn trên 1m 2 mặt bằng mái;

g; p - Hệ số độ tin cậy của tĩnh tải và hoạt tải; d - Khoảng cách xà gồ theo mặt bằng (bước xà gồ);

34 c g xg - Trọng lượng bản thân xà gồ trên một mét dài

Tải trọng thành phần tác dụng vào xà gồ theo phương x và phương y lần lượt: q x = q.sin; qy = q.cos;

Khi xà gồ không sử dụng giằng thì làm việc như dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều có:

Khi xà gồ có dùng giằng xà gồ thì mômen theo phương song song với mặt mái My được lấy theo hình vẽ trên b Kiểm tra xà gồ theo điều kiện bền ứng suất:

Kiểm tra bền cho xà gồ theo công thức: y x c x x y y

Khi kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo thì kiểm tra theo công thức:

Hình 1.16 Sơ đồ làm việc của xà gồ mái c Kiểm tra võng của xà gồ theo công thức:

(độ võng cho phép của xà gồ lợp mái tôn)

  (13) là độ võng tương đối của xà gồ theo phương x và phương y do tải trọng tiêu chuẩn q c x và q c y gây ra cho dầm đơn giản;

Để đảm bảo kết cấu ổn định, cần kiểm tra độ võng của xà gồ tại vị trí giữa nhịp (điểm có Δ = x0 và Δy lớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ khoảng z = 0,21B (điểm có Δx lớn nhất) Việc kiểm tra này giúp đánh giá sự biến dạng của xà gồ và ngăn ngừa nguy cơ võng quá mức, đảm bảo an toàn cho công trình

Nếu đảm bảo tấm lợp liên kết chặt vào xà gồ thì có thể coi như xà gồ không bị võng theo phương trục x-x (  x 0), chỉ cần kiểm tra võng theo phương trục y-y

Ngoài ra, cần kiểm tra xà gồ chịu tác dụng của tải trọng gió Vì tải trọng gió có phương vuông góc với mặt mái và thường hướng ra khỏi mái (do hệ số khí động C e của mái mang dấu âm) Dựa vào góc dốc α của mái và tỷ lệ chiều cao với nhịp nhà (H/L) tra bảng của tiêu chuẩn TCVN2737:1995 để có hệ số Ce

Tải trọng gió và thành phần theo phương trục y-y của tĩnh tải mái ngược chiều nhau nên tải trọng tác dụng vào xà gồ là:

Hệ số độ tin cậy của tĩnh tải khi này lấy bằng 0,9; k- hệ số độ cao;

w; g - Hệ số vượt tải của gió;

W 0 – áp lực gió tiêu chuẩn;

Kiểm tra ổn định tổng thể của xà gồ theo công thức: y x c x x y y

Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của xà gồ chịu tải trọng thẳng đứng vì cánh nén của nó được gắn vào tấm lợp bằng vít Ở những nơi có gió bão lớn, phải kiểm tra ổn định tổng thể của xà gồ chịu tải trọng gió, tuy nhiên vì ứng suất tính theo điều kiện bền là nhỏ nên ở vùng gió bé thường không cần kiểm tra

Khi cấu tạo xà gồ thành dầm liên tục, có một số vấn đề cần lưu ý: không nên dùng xà gồ siêu tĩnh hai nhịp, sẽ không kinh tế vì mômen gối bằng 1,79 lần mômen nhịp

37 Khi sử dụng xà gồ liên tục nhiều nhịp mà bước dàn B (nhịp xà gồ) đều nhau thì mômen ở gối thứ 2 tính từ đầu hồi sẽ lớn hơn mômen ở gối trung gian Do đó, để xà gồ ở các nhịp có tiết diện giống nhau thì nhịp đầu tiên phải giảm đi còn 0,8B

Nếu không giảm nhịp đầu tiên thì: hoặc tăng tiết diện xà gồ, hoặc tăng cường độ vật liệu thép, hoặc bố trí thêm xà gồ cho gian đầu hồi

1.6.2 Xà gồ thép dập, cán nguội

Hiện nay trong xây dựng, xà gồ bằng thép dập, cán nguội được dùng tương đối rộng rãi Chế tạo xà gồ bằng cách dập hoặc cán nguội từ thép phẳng mạ kẽm (có giới hạn chảy từ 450N/mm 2 ), dày từ 1,5mm – 2,5mm thành tiết diện chữ Z hoặc chữ C

Khi cán và dập nguội, cấu trúc tinh thể của thép biến đổi, cả ứng suất chảy và ứng suất bền đều tăng lên, thép trở lên cứng hơn Việc tính toán xà gồ dập nguội tương đối phức tạp, theo lý thuyết thanh thành mỏng, cấu kiện không chỉ chịu uốn mà còn chịu xoắn

Sau khi ứng suất trong bản mỏng đạt giá trị tới hạn, tấm bị oằn nhưng không bị phá hủy, vẫn còn khả năng chịu thêm lực Tải trọng đặt thêm vào sẽ gây ra sự phân bố lại ứng suất và cấu kiện vẫn chịu được tải trọng Do đó phải tính được bề rộng hữu hiệu (nhỏ hơn bề rộng thực tế) của từng tiết diện

Xác định nội lực

Nội lực trong kết cấu khung ngang được xác định tùy theo từng loại tải trọng tác dụng bằng các phần mềm tính toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn như SAP, ETABS Kết quả tính toán cần được thể hiện dưới dạng bảng thống kê và biểu đồ mô tả nội lực (M, N, V).

Cần tìm nội lực tại các tiết diện đặc trưng đối với cấu kiện khung: 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 không có vai cột đỡ dầm cầu trục thì xác định tại tiết diện giữa cột)

- Với xà ngang: trường hợp xà có tiết diện không 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 tiết diện hai đầu và chỗ thay đổi tiết diện a Sơ đồ kết cấu

Sơ đồ kết cấu và hình dạng tiết diện khung minh họa hình vẽ 2.18 và 2.19 dưới đây:

Hình 1.18 Sơ đồ khung ngang

Hình 1.19 Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán b Sơ đồ tải trọng Khung được thiết kế với các sơ đồ tải trọng sau:

1 Tĩnh tải chất toàn bộ 2 Hoạt tải chất nửa trái của mái 3 Hoạt tải chất nửa phải của mái 4 Áp lực D max đặt ở vai cột trái, D min ở vai cột phải 5 Áp lực Dmax đặt ở vai cột phải, Dmin ở vai cột trái 6 Tmax đặt ở cột trái

7 Tmax đặt ở cột phải 8 Gió thổi ngang nhà từ trái sang phải 9 Gió thổi ngang nhà từ phải sang trái 10 Gió thổi dọc nhà

Do khung được thiết kế đối xứng nên chỉ cần sử dụng nội lực cho sơ đồ 1, 2, 4, 6, 8, 10 Nội lực của nửa bên trái khung được dùng để đưa vào bảng tổ hợp nội lực.

- Nội lực của các sơ đồ 3, 5, 7, 9 thì dùng nội lực của nửa bên phải khung tương ứng của các 2, 4, 6, 8 để đưa vào bảng tổ hợp nội lực

Hình 1.20 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 1.21 Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung

Hình 1.22 Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục Dmax tác dụng lên cột trái

Hình 1.23 Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục Tmax tác dụng lên cột trái

Hình 1.24 Sơ đồ tải trọng gió ngang thổi từ trái sang

Hình 1.25 Sơ đồ tải trọng gió thổi dọc nhà

Tổ hợp nội lực

Sau khi tính nội lực khung với từng loại tải trọng cần tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất tại các tiết diện đăc 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 xét đồng thời nội lực do Dmax và Dmin ở cùng một phía cột;

- Nếu kể đến nội lực do lực hãm ngang T thì phải kể nội lực do áp lực đứng D max và D min Ngược lại, có thể kể nội lực do áp lực đứng D max và D min mà không kể đến nội lực do lực hãm ngang T

- Nội lực do áp lực đứng Dmax xét ở phía cột nào thì nội lực do lực hãm ngang T phải kể đến ở phía cột đó

- Cần xét hai tổ hợp cơ bản sau:

+ Tổ hợp cơ bản 1: gồm nội lực do tĩnh tải và một hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp nội lực nc = 1);

+ Tổ hợp cơ bản 2: gồm nội lực do tĩnh tải và các hoạt tải bất lợi (trị số của nội lực do các hoạt tải gây ra cần nhân với hệ số tổ hợp nc = 0,9)

- Tại một tiết diện đặc trưng cần thìm 3 cặp nội lực sau: ax, m tu

Sau khi tổ hợp cần chọn cặp nội lực nguy hiểm cho từng tiết diện đặc trưng

Có thể dùng cách tính sơ bộ ứng suất nén lớn nhất ở thớ biên của tiết diện khảo sát theo công thức: ax 2 m

Thiết kế cột khung

Cột chịu lực tổng hợp có tiết diện đặc hoặc tiết diện chữ I đối xứng Dựa vào bảng tổ hợp nội lực, lựa chọn cặp nội lực (M, N) bất lợi nhất để kiểm tra lại tiết diện đã chọn Tiến hành tính toán cột nén lệch tâm theo các tiêu chuẩn: bền, ổn định tổng thể trong và ngoài mặt phẳng uốn, ổn định cục bộ của các bản thép (nếu cột tổ hợp từ thép bản).

Cột nhà công nghiệp là cấu kiện chịu nén lệch tâm (còn gọi là chịu nén uốn), ứng suất trên tiết diện do tác dụng của lực nén N và mô men Mx trong mặt phẳng khung, ngoài ra còn có thể có trường hợp chịu tác dụng thêm mô men uốn ngoài mặt phẳng khung My

44 Muốn chọn được tiết diện cột, ngoài việc xác đinh được nội lực tính toán, còn phải xác đinh được chiều dài tính toán của cột trong và ngoài mặt phẳng khung l x , l y Chiều dài tính toán của cột phụ thuộc vào liên kết 2 đầu thanh trong sơ đồ khung

Trong công trình nhà ở, cột là cấu kiện chịu lực thẳng đứng, có nhiệm vụ truyền tải tải trọng xuống móng thông qua liên kết chân cột Đầu cột liên kết với xà ngang để tạo thành khung chịu lực chính của công trình Các liên kết này có thể là liên kết ngàm, liên kết cứng hoặc liên kết khớp, tùy thuộc vào phương làm việc của tiết diện cột.

Sau khi thiết kế được tiết diện, cần phải cấu tạo phù hợp với sơ đồ tính của khung

1.9.1 Xác định chiều dài tính toán cột

Chiều dài tính toán của cột khung có liên quan đến việc tính toán kiểm tra ổn định

Việc xác định chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung một cách chính xác thực chất là bài toán ổn định khung

Do bài toán ổn định của khung quá phức tạp nên để đơn giản hóa tính toán, khi xét chiều dài tính toán của cột đã dùng một số giả thiết: bỏ qua ảnh hưởng của mômen uốn và lực dọc trong mỗi đoạn cột, lý tưởng hóa đầu trên của cột và tách riêng từng cột (không kể đến sự làm việc không gian của nhà)

Do cột khung làm việc theo hai phương nên cần xác định chiều dài tính toán theo phương ngang nhà (trong mặt phẳng khung) và phương dọc nhà (ngoài mặt phẳng khung)

Xét hai trường hợp là cột tiết diện không đổi và cột vát a Cột tiết diện không đổi

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức: ox l H (19)

H - là chiều dài hình học của cột, tính từ mặt móng tới mép dưới xà ngang: à - hệ số quy đổi chiều dài tớnh toỏn phụ thuộc vào liờn kết 2 đầu và tỷ số độ cứng đơn vị giữa xà ngang và cột

Khi xà ngang liên kết cứng với cột và:

- Liên kết với móng là khớp:

- Liên kết với móng là ngàm:

I I - mô men quán tính của xà ngang hai nhịp lân cận cột đang xét;

L L - nhịp của xà ngang hai nhịp lân cận cột đang xét;

Khi xà ngang liên kết khớp với cột, thì lấy n=0

Lưu ý: Công thức trên chỉ áp dụng cho cột trong nhà một tầng và khung không giằng (khung có chuyển vị ngang tự do) b Cột tiết diện thay đổi (Cột vát)

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột vát được xác định theo công thức:

- xác định tương tự như trường hợp cột tiết diện không đổi;

1- hệ số chiều dài tính toán bổ sung, tra bảng phụ lục (Bảng D.7)

Chiều dài tính toán của cột vát theo phương ngoài mặt phẳng khung xác định tương tự như với cột tiết diện không đổi a) Cột tiết diện không đổi b) Cột tiết diện thay đổi

Hình 1.26 Sơ đồ xác định chiều dài tính toán của cột khung

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 (giằng cột, dầm cầu trục…)

1.9.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện cột đã chọn

Kiểm tra sơ bộ diện tích tiết diện cần thiết của cột theo cặp nội lực đã chọn b1 Kiểm tra sơ bộ tiết diện của cột đã chọn:

Nếu diện tích tiết diện đã chọn sơ bộ ở trên không đủ 80% theo diện tích yêu cầu thì nên chọn lại tiết diện sơ bộ và tính lại nội lực b2 Kiểm tra tiết diện đã chọn: w w 2 f f

A - diện tích tiết diện cột; x , y

I I - các mô men quán tính củ tiết diện đối với các trục chính; x , y i i - các bán kính quán tính của tiết diện đối với các trục chính; x , y

  - độ mảnh tính toán của tiết diện cột theo hai phương x và y;

  - các độ mảnh quy đổi theo hai phương x và y; mx - độ lệch tâm tương đối; me - độ lệch tâm quy đổi;

 - hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết diện tra bảng phụ lục

Tiết diện cột đã chọn ở trên cần kiểm tra theo các điều kiện bền, ổn định tổng thể và ổn định cục bộ b3 Kiểm tra độ mảnh cho phép: ax  

 m   (36) b4 Kiểm tra bền theo công thức: x c n n

A n , W n - diện tích và mômen chống uốn thực của tiết diện cột

Công thức trên chỉ kiểm tra đối với những cột có tiết diện giảm yếu nhiều hoặc khi độ lệch tâm quy đổi me > 20 b5 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung: x c e

 e - hệ số uốn dọc của cấu kiện chịu nén lệch tâm tra bảng (BảngD.10) phụ thuộc x ,m e

Giá trị của lực dọc N và mômen uốn M ở trong cùng một tổ hợp tải trọng và cột khung có tiết diện không thay đổi nên M là mô men lớn nhất trong suốt chiều dài cột b6 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung: y c y

 y - hệ số uốn dọc của cấu kiện nén đúng tâm tra bảng (Bảng D.8) phụ thuộc  y

48 C - hệ số xét đến ảnh hưởng của mô men uốn và hình dạng của tiết diện đến khả năng ổn định ngoài mặt phẳng cột,

 - nếu độ lệch tâm tương đối m x 5 (40)

- nếu độ lệch tâm tương đối m x 10 (41)

C5 được xác định với mx = 5;

C10 được xác định với mx = 10;

 b - hệ số xác định như với dầm thép khi kiểm tra ổn định tổng thể

Cụ thể được xác định như sau:

Tính  b phụ thuộc vào hệ số  1 :

Khi φ 1 0,85 thì φ b 0,68 0,21φ ;φ 1 b 1; Trong đó giá trị được lấy theo bảng E 1 cho dầm có cánh nén có nhiều điểm cố kết:

Với dầm tổ hợp từ 3 bản thép thì hệ số α được tính như sau:

Trong đó: l o là khoảng cách hai điểm giằng dọc cột; h fk – khoảng cách trọng tâm hai bản cánh, và a =0,5h fk ;

 , để xác định hệ số C5 được lấy theo bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng tra hệ số 

Giá trị của các hệ số

 c là giá trị của  y khi  y =  c = 3,14 E/ f b7 Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh cột:

Khi độ mảnh quy ước 0,8  4, có:

Khi 0,8 <  thì tính [bo/tf] theo  =8;

Khi  >4 thì tính [bo/tf] theo =4 b8 Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột: w w w w h h t t

Giá trị giới hạn [h w /t w ] tra theo bảng 2.3

Bảng 2.3 Giá trị giới hạn [hw/tw] Độ lệch tâm tương đối

 là độ mảnh qui ước khi tính toán ổn định của cột chịu nén đúng tâm;

 1 là độ mảnh qui ước khi tính toán ổn định trong mặt phẳng tác dụng của mômen;

Khi 0 < m < 1 thì [h w /t w ] được nội suy tuyến tính theo các giá trị với m = 0 và m = 1 - Đối với cột chịu nén lệch tâm và nén uốn, tiết diện chữ  mà điều kiện ổn định được quyết định bởi ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng thì giá trị giới hạn w w h t

  phụ thuộc vào giá trị của thông số được xác định như sau:

 là ứng suất nén lớn nhất tại biên của bản bụng, mang dấu "+";

 ’ là ứng suất tại biên tương ứng còn lại của bản bụng, được lấy như sau:

Với yk, y n là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép chịu nén ít (hoặc chịu kéo) và chịu nén nhiều của bản bụng;

  lại lấy theo như trên (Bảng 2.3);

Khi   1, tính theo công thức:

 t h là ứng suất tiếp trung bình trong tiết diện khảo sát)

Khi 0,5 <  < 1, nội suy tuyến tính các giá trị được tính theo các giá trị  = 0,5 và 

Hình 1.27 Biểu đồ ứng suất trong cột đặc

- Khi khả năng chịu lực của cột được quyết định theo điều kiện bền và có tỷ số

N A f  thì điều kiện ổn định cục bộ của cột được xác định theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm;

Thiết kế xà ngang (dầm khung)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn các cặp nội lực nguy hiểm để tính toán Chọn các cặp nội lực tại các tiết diện hai đầu xà và tại chỗ thay đổi tiết diện a Xác định chiều dài tính toán

Trường hợp xà ngang tiết diện thay đổi có liên kết hai đầu là ngàm, chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của xà ngang xác định theo công thức: x os l L

 - hệ số chiều dài tính toán, xem phần cột thép;

L c  - chiều dài thực tế của xà;

- góc dốc của mái b bs ts hw h a

53 Chiều dài tính toán của xà theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho xà chuyển vị theo phương dọc nhà, tức là bằng khoảng cách giữa các xà gồ mái b Kiểm tra sơ bộ tiết diện đã chọn

Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà gồ có thể xác định theo công thức: yc x c

Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu: w yc

Trong đó: k - hệ số cấu tạo, lấy bằng 1,15-2 với tiết diện tổ hợp hàn; t w - bề dày bản bụng, chọn sơ bộ 6-12mm

Bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt: w

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà có thể xác định theo công thức:

Nếu tiết diện chọn sơ bộ ở trên không đáp ứng được theo kích thước yêu cầu của nội lực đã chọn thì nên chọn lại sơ bộ tiết diện ở trên và tính toán lại nội lực c Kiểm tra tiết diện

Kiểm tra điều kiện bền theo công thức: x c n n

A n , - diện tích thực của tiết diện cột

Wn - mômen chống uốn thực của tiết diện cột

Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh xà:

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng xà w w h E

Kiểm tra ổn định tổng thể của xà Khi 1h f /b f 6; 15b f /t f 35: o f f f f f f fk l b b b E

Trong đó: l0 là khoảng cách giữa các điểm cố kết của cánh chịu nén không cho chuyển vị ngang.

Kiểm tra chuyển vị của khung ngang

Cần kiểm tra độ cứng của khung ngang để bảo đảm sự làm việc bình thường của nhà nói chung và của cầu trục nói riêng Nếu các điều kiện về độ cứng không đảm bảo thì cần phải tăng tiết diện của các cấu kiện trong khung

Với trường hợp nhà có cầu trục, chế độ làm việc nặng và rất nặng, trị số chuyển vị  tại cao trình đỉnh ray được xác định do lực hãm ngang tiêu chuẩn của một cầu trục có sức nâng lớn nhất trong các cầu trục làm việc

Giá trị chuyển vị giới hạn    được lấy như sau:

- Nhà tính theo sơ đồ phẳng lấy  

- Nhà tính theo sơ đồ không gian lấy  

H T – khoảng cách từ chân cột đến đỉnh dầm cầu trục

Với nhà có cầu trục, chế độ làm việc nhẹ, trung bình cần kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột

Chuyển vị ngang ngang cho phép  

Với nhà công nghiệp một tầng không cầu trục, chuyển vị ngang ở cao trình mép mái do tải trọng gió tiêu chuẩn không được vượt quá giới hạn sau:

- Khi tường bao che bằng tấm tôn kim loại:  

55 - Khi tường bao che bằng gạch hoặc bê tông:  

- Khi tường bao che bằng vật liệu khác:  

  H (H – chiều cao cột) Để tính chuyển vị ngang của khung có cầu trục, có thể tham khảo tổ hợp tải trọng của Hiệp hội chế tạo nhà kim loại MBMA (theo tiêu chuẩn Mỹ):

- Tổ hợp tĩnh tải với gió

- Tổ hợp tĩnh tải với hoạt tải cầu trục

- Tổ hợp tĩnh tải với 0,5 (tải trọng gió và cầu trục).

Thiết kế và cấu tạo các chi tiết

Vai cột làm nhiệm vụ đỡ dầm cầu trục và truyền tải trọng cầu trục vào cột Trong khung thép nhẹ, vai cột (dầm vai) thường có tiết diện đối xứng chữ I tổ hợp hàn

Sơ đồ tính là một dầm côngxơn, có nhịp bằng khoảng cách từ trọng tâm dầm cầu trục đến mép ngoài của bản cánh cột khung, chịu tải trọng tập trung do áp lực đứng và trọng lượng bản thân dầm cầu trục truyền vào Nội lực trong dầm vai tại chỗ ngàm với bản cánh cột có thể được xác định theo các công thức trong sức bền vật liệu:

Chiều cao của bản bụng dầm vai h w dv có thề được chọn từ điều kiện chịu lực của các đường hàn liên kết bản bụng dầm vai với bản cánh cột Bề dày bản cánh dầm vai có thể chọn sơ bộ khoảng 10-20 mm, còn bề rộng phụ thuộc bào bề rộng của bản cánh cột

Hình 1.30 Sơ đồ tính toán dầm vai a-h m q f

Hình 1.31 Chi tiết cấu tạo vai cột

Bề dày bản bụng dầm vai có thể được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục chuyền vào:

Trong đó: w t dv - bề dày bản dụng dầm vai; b dct - bề rộng sườn gối dầm cầu trục, lấy theo phần thiết kế dầm cầu trục hoặc chọn sơ bộ khoảng 200-300 mm dv t f - bề dày bản cánh dầm vai, chọn sơ bộ khoảng 10-20 mm;

Tiết diện dầm vai đã chọn cần kiểm tra theo các điều kiện bền uốn, cắt và ứng suất tương đương tại chỗ ngàm với bản cánh cột để đảm bảo dầm có khả năng chịu lực an toàn và không bị phá hủy dưới tác dụng của các tải trọng tác động lên kết cấu.

 W  (63) f dv f dv w dv dv dv

1 b dv f t dv w t h t h dÇm vai h a h dÇm cÇu trôc ray

W x , I x dv - mô men chống uốn và mô men quán tính của tiết diện dầm vai; w h dv - chiều cao bản bụng dầm vai; dv

S c - mômen tĩnh của bản cánh dầm vai đối với trục trung hòa

Ngoài ra, cần kiểm tra các điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng dầm vai, tương tự như đối với dầm thép thông thường Đường hàn liên kết dầm vai vào bản cánh cột được kiểm tra theo điều kiện:

Aw - diện tích tiết diện của 2 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bản cánh cột

W w - mô men chống uốn của 2 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bản cánh cột

1.12.2 Chi tiết chân cột a Trường hợp chân cột liên kết khớp với móng

Diện tích cần thiết của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:

N - lực nén tính toán ở chân cột;

Rb - cường độ chịu nén tính toán của bê tông móng mcb - hệ số tăng cường độ nén của bê tông khi chịu ép cục bộ,

A bd - diện tích bề mặt của bản đế a) Trường hợp không có sườn gia cường b) Trường hợp có sườn gia cường

Hình 1.32 Cấu tạo chân cột liên kết khớp với móng

Từ điều kiện (69) chọn được bề rộng B và chiều dài L của bản đế chân cột, sao cho thỏa mãn điều kiện: cb b

 - ứng suất phản lực trong bê tông móng dưới bản đế chân cột

Bề dày của bản đế xác định từ điều kiện bền uốn của bản đế chịu ứng suất phản lực bê tông móng, coi là phân bố đều (xem phần tính toán chân cột liên kết ngàm dưới đây)

Bề dày của bản đế không nhỏ hơn 12mm Trường hợp bề dày bản đế quá lớn cần cấu tạo thêm sườn đế Bu lông neo chọn theo cấu tạo, đường kính khoảng 20-24 mm

Số lượng bu lông thường chọn 2 hoặc 4 cái, tùy thuộc vào kích thước chân cột bulông neo N

59 b Trường hợp chân cột liên kết ngàm với móng

Cấu tạo của chân cột liên kết ngàm với móng trong khung thép nhẹ thường gồm bản đế, dầm đế và có thể thêm các sườn Các dầm đế và sườn có tác dụng phân phối đều nội lực chân cột xuống bản đế, đồng thời giảm được kích thước cảu các ô bản để từ đó giảm được bề dày của bản đế Tùy thuộc vào độ lệch tâm có hai phương án cấu tạo như hình 2.33

Hình 2.33a áp dụng cho trường hợp eL/ 6 (không có vùng chịu kéo trong bê tông móng)

Hình 2.33b áp dụng cho trường hợp eL/ 6 (có vùng bê tông chịu kéo trong bê tông móng) Trong đó độ lệch tâm eM N/

Hình 1.33 Cấu tạo chân cột liên kết ngàm với móng

- Ứng suất lớn nhất dưới đáy bản đế: max 2

- Ứng suất nhỏ nhất dưới đáy bản đế: min 2

N – Lực dọc tính toán ở chân cột M – Mômen tính toán ở chân cột B – Chiều rộng bản đế

2 dd dd s-ên dầm đế s-ên t

2 dd dd s-ên dầm đế

R b – Cường độ chịu nén tính toán của bê tông móng mcb – Hệ số tăng cường độ nén của bê tông móng khi chịu ép cục bộ

 bd m cb A m A ; Am: diện tích mặt móng; Abd: diện tích bản đế;

Chọn trước giá trị B theo điều kiện cấu tạo:

Sau đó tìm giá trị L theo công thức:

L B R m  B R m  B R m (74) b – Chiều rộng tiết diện cột; tdđ – Bề dày dầm đế; chọn sơ bộ 8-12mm;

C1 – Khoảng cách từ mép cột đến mép bản đế, chọn sơ bộ C1= 50-100mm

Bề dày của bản đế chân cột được xác định tùy theo điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực trong bê tông móng gây ra Lưu ý rằng ứng suất phản lực trong các ô bản đế không phân bố đều nên để đảm bảo an toàn, cần lấy giá trị ứng suất lớn nhất trong ô đang xét.

Mmax - giá trị lớn nhất của mô men uốn trong các ô bản đế, xác định theo

M i - trị số mô men uốn trong ô bản đế thứ i; d i

- nhịp tính toán của ô bản thứ i;

 i - ứng suất phản lực của bê tông móng trong ô bản thứ i;

- hệ số tra bảng, phụ thuộc vào loại ô bản và tỷ số các cạnh của chúng;

Với ô bản kê 3 cạnh (H.1.34b): d a 2 ,  b tra bảng 5 theo các tỷ số b 2 / a 2

( a 2 là chiều dài tự do; b 2 là cạnh vuông góc với biên tự do);

Với ô bản kê 2 cạnh (H.1.34c): lấy như ô bản kê 3 cạnh

61 Với ô bản kê 4 cạnh (H.1.34d): d  a 1 ;  b tra bảng 4 theo các tỷ số b 1 / a 1 ( a 1 là cạnh ngắn của ô bản) a) b) c) d)

Hình 1.34 Các loại ô bản đế chân cột

Bảng 1.4 Bảng tra hệ số b của ô bản đế kê bốn cạnh b 1 /a

Bảng 1.5 Bảng tra hệ số b của ô bản đế kê ba cạnh (hoặc hai cạnh kề nhau) b 2 /a 2 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,4 2 >2

Trường hợp bề dày của bản đế vượt quá 4cm, cần giảm kích thước của ô bản đế bằng cách bố trí thêm sườn ngăn, từ đó giảm được mô men uốn trong ô Bề dày bản đế thường chọn trong khoảng 12-40mm và không nhỏ hơn 12mm

Tính toán Dầm đế và sườn ngăn: tính toán chịu uốn

Dầm đế và các sườn, tùy thuộc vào cấu tạo chân cột, được tính toán như dầm đơn giản hoặc dầm côngxôn, chịu tải trọng là ứng suất phản lực bê tông móng trong diện truyền tải tương ứng Bề dày của thép tấm làm dầm hoặc sườn thường chọn trước theo cấu tạo (khoảng 8-12 mm)

Chiều cao của tiết diện dầm đế hoặc sườn cần kiểm tra theo điều kiện chịu uốn nói trên và phải đủ chứa các đường hàn liên kết chúng với thân cột Tải trọng phân bố đều q s .b s

 ; ( với bs: bề rộng truyền tải)

Bu lông neo được bắt chặt vào bản đế chân cột Số lượng bu lông tối thiểu là 4 cái

Vật liệu bu lông có thể là thép các bon hoặc thép hợp kim thấp Bu lông neo được tính b a 2

62 toán với cặp nội lực gây kéo lớn nhất cho chân cột Trong vùng nén, coi ứng suất phản lực trong bê tông móng là phân bố đều và đạt đến cường độ nén tính toán của bê tông móng

Từ điều kiện cân bằng lực dọc (H.1.35a):

T - tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột;

D - hợp lực của vùng bê tông chịu nén, DLBR b ;

L - chiều dài vùng bê tông móng chịu nén dưới bản đế

Hệ số xác định từ điều kiện cân băng mô men đối với trục của bu lông neo chịu kéo:

Ngoài quan niệm tính toán kết cấu nêu trên, tại chân cột khung thép nhẹ thường tồn tại cặp nội lực gây kéo trong thân bu lông neo với lực dọc là lực kéo (H.1.35b), do đó với cặp lực này cần xác định tổng lực kéo lớn nhất trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột như sau:

Diện tích tiết diện cần thiết của bu lông neo xác định từ điều kiện: ax 1 yc m ba ba

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

Số liệu tính toán

Hình 2.1 Sơ đồ khung ngang

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục Có bố trí hai cầu trục kiểu ZLK, chế độ làm việc trung bình Các số liệu thiết kế như sau: o Nhịp khung: L = 16 m o Bước khung: B = 6 m; toàn bộ nhà dài 15B = 90 m o Sức trục: Q = 16 tấn; chế độ làm việc trung bình o Cao trình đỉnh ray: H 1 = 8,5 m o Địa điểm xây dựng : Huyện Phong Thổ - Tỉnh Lai Châu o Chiều cao dầm cầu trục: h dct = 0,7 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m o Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3÷5mm) hoặc tương đương o Bê tông móng cấp độ bền B20 o Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên hch

70 o Độ dốc mái: i = 15% o Cửa mái bố trí chạy dọc nhà, cửa mái rộng 4m, cao 1,5 m

2.1.3 Thuyết minh tính toán o Thiết lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột o Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió o Thiết kế xà gồ mái o Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng

Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái o Thiết kế khung ngang gồm cột và xà Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà.

Tính toán thiết kế

a Kích thước theo phương đứng

- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

Với H k 1,14m- chiều cao gabarit cầu trục, lấy theo cataloge cầu trục Lấy b0, 3m - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

- Chiều cao phần cột trên, tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang

- Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:

H3 - phần cột chôn dưới nền , lấy H3 = 0,5m - Chiều cao của cột dưới tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột:

Hình 2.2 Kích thước theo phương đứng b Kích thước theo phương ngang b1 Nhịp của cầu trục

Khoảng cách mép ngoài cột đến trục định vị lấy bằng không do cầu trục có sức nâng 16(T) < 30 (T), trục định vị trùng với mép ngoài cột

Do sức trục Q= 16 (T) < 30 (T) nên chọn : a1m; với a là khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục

Nhịp của cầu trục tính bằng:

       Với L = 16 (m) là nhịp khung ngang b2 Tiết diện cột

Theo các điều kiện về cấu tạo và ổn định cục bộ, cột được chọn sơ bộ tiết diện như sau: o Chiều cao tiết diện:

 Chọn h0,55m o Bề rộng tiết diện cột:

chọn b0,35m o Chiều dày bản bụng:

Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 1/100)h, ngoài ra để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn t w quá mỏng: t w 6mm w

 Chọn t w 6mm o Chiều dày bản cánh:

Chiều dày bản cánh t f nên chọn trong khoảng (1/281/35)b w f

73 Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột:

L- là nhịp nhà; h- là chiều cao tiết diện cột;

 Thỏa mãn điều kiện an toàn b3 Chọn tiết diện vai cột:

Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào: o Tải trọng cầu trục, bao gồm:

Lực tập trung gồm áp lực đứng của cầu trục, trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm và hoạt tải trên cầu trục Trong đó, nhịp dầm vai đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lực tập trung tác động lên kết cấu cầu trục.

Là khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột

Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai như sau:

+ Chiều cao tiết diện vai cột: h cot 550 h 300→ Chọn h500mm

+ Bề rộng tiết diện vai cột: bb cot 350mm

+ Chiều dày bản bụng vai cột: t w 8mm → Chọn t w 8mm + Chiều dày bản cánh vai cột: t f 10mm (mm) → Chọn t f 10mm

+ Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột lấy bằng 150mm;

Chọn L v 0, 6m b4 Chọn tiết diện xà ngang

Xà ngang có tiết diện chữ I đối xứng, đoạn nách khung gần cột chịu momen lớn nên thường cấu tạo tiết diện cao hơn Chiều cao tiết diện nách khung chọn không nhỏ hơn 1/40 nhịp, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn ( 0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà

Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bô, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn như sau:

Hình 2.4 Tiết diện xà ngang

+ Chiều cao tiết diện nách khung:

→Chọn h 1 500mm + Bề rộng tiết diện nách khung: b(0, 20.5).h1 (0, 20,5).500(100250)mm

→Chọn b250mm + Chiều cao đoạn xà ở giữa có tiết diện không đổi: h2 (1,52).b(1,52)250(375500)mm

→Chọn h 2 400mm + Chiều dày bản bụng:

→ Chọn t w 6(mm) + Chiều dày bản cánh: tf (1224)(mm)

+ Vị trí thay đổi tiết diện chọn cách đầu cột một đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà, lấy theo:

75 b5 Tiết diện cửa trời o Chiều cao tiết diện cột của trời: h ctr  20 cm o Bề rộng tiết diện cột: b ctr 10 cm o Chiều dày bản bụng: t w  1 cm o Chiều dày bản cánh: t f 1, 2 cm

Hình 2.5 Tiết diện cửa trời

Hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ cứng không gian của nhà, giảm chiều dài tính toán của xà và cột khung theo phương ngoài mặt phẳng, từ đó tăng khả năng ổn định tổng thể cho khung ngang

Hệ giằng còn có nhiệm vụ truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng Ngoài ra hệ giằng còn đảm bảo cho việc thi công lắp dựng kết cấu được an toàn thuận tiện Hệ giằng trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm hai bộ phận là hệ giằng mái và hệ giằng cột a) Hệ giằng mái

Hệ giằng mái được bố trí ở vị trí hai gian đầu nhà và nơi có hệ giằng cột Hệ thống này gồm thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó thanh chống phải đáp ứng yêu cầu về độ mảnh (max ≤ 200) Thanh giằng xiên sử dụng thép tròn có tiết diện Φ20, còn thanh chống sử dụng 2C20.

Hình 2.6 Sơ đồ giằng mái

Hệ giằng cột có tác dụng bảo đảm độ cứng dọc 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 đầu hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong phạm vi cột trên và cột dưới tại những gian có hệ giằng mái

Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trong gió một cách nhanh chóng Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp Hệ giằng cột được bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai

Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột Do sức trục Q >15T, chọn tiết diện thanh giằng làm từ thép tròn 25 Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà

Chiều cao cộtH 10, 44m9m , do đó bố trí thêm thanh chống dọc nhà tại vị trí cao độ +4,5 m Chọn tiết diện thanh chống dọc theo độ mảnh  max 200, chọn 2C20

Hình 2.7 Sơ đồ giằng cột

2.2.3 Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang a) Tải trọng thường xuyên

Thông số mái: i%   8,53, cosα=0,989, sinα=0,148 Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:

Trọng lượng bản thân của tấm lợp và xà gồ lấy theo catalo nhà sản xuất, hoặc lấy sơ bộ g 1 tc 15daN m/ 2 mặt bằng mái ( phân bố theo độ dốc mái )

Trọng lượng bản thân kết cấu hệ giằng lấy theo kinh nghiệm: g 2 tc 20daN m/ 2

Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên n g 1.1

Tải trọng bản thân của dầm cầu trục:

  - hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục

Tải trọng bản thân dầm, dàn hãm: G dh 500daN (lấy theo kinh nghiệm)

Hình 2.8 Sơ đồ tĩnh tải b) Hoạt tải sửa chữa

Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3 Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng nên lấy giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m2 mặt bằng nhà ptc 30 B cos   30 6 0,989  178, 02daN / m tt p 30 B cos   np 30 6 0,989 1,3   231, 43daN / m

Hình 2.9 Sơ đồ hoạt tải mái c) Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn 2737-1995: q n Wo  k C B

Trong đó: q: áp lực gió phân bố trên mét dài khung;

W o : áp lực gió tiêu chuẩn, công trình xây dựng tại vùng IA có giá trị W o 65 10 55da/m

; n = 1,2: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió; k: hệ số phụ thuộc vào độ cao;

C: hệ số khí động, tra bảng phụ thuộc vào dạng kết cấu

Trường hợp 1: Gió thổi ngang nhà

Hình 2.10 Hệ số khí động gió thổi ngang nhà

Tra theo sơ đồ 8 và sơ đồ 2 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào góc  , tỉ lệ B/L (B- chiều dài toàn nhà) và H/L được giá trị C e :

Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình

Công trình ở khu vực thuộc dạng địa hình B Tra bảng 5 trong TCVN 2737 -1995 ta được số liệu bảng 3.1 dưới đây:

Bảng 2.1 Tải trọng gió theo phương ngang nhà

Bước khung m Tổng tải trọng daN/m

3 Cột cửa trời đón gió 55 1,045 0,7 1,2 6 291,06 4 Mái cửa trời đón gió 55 1,05 -0,65 1,2 6 -270,27 5 Mái cửa trời hút gió 55 1,05 -0.464 1,2 6 -192,93 6 Cột cửa trời hút gió 55 1,045 -0,6 1,2 6 -248,29

Hình 2.11 Sơ đồ gió thổi ngang nhà (daN/m)

Trường hợp 2: Gió thổi dọc nhà

Hình 2.12 Hệ số khí động gió dọc nhà

Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7;

Hệ số khí động trên cột là giá trịC e 3 , phụ thuộc vào tỉ lệ L/B (B- chiều dài toàn nhà) và H/B

   , gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột khung và hai cột mái

Bảng 2.2 Tải trọng gió theo phương dọc nhà

Bước khung m Tổng tải trọng daN/m

Hình 2.13 Sơ đồ gió thổi dọc nhà (daN/m)

83 d) Hoạt tải cầu trục Áp lực đứng

Cầu trục kiểu ZLK, sức trục Q = 16 tấn, Nhịp cầu trục Sm

Chế độ làm việc trung bình

Tra trong catalog cầu trục có các thông số sau: o Bề rộng cầu trục : B = 3860mm; o Khoảng cách 2 trục bánh xe : K = 2700mm; o Trọng lượng xe con :Gxc37daN; o Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất : P max 9450da

; o Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất :P min 1890da

; Áp lực đứng lên vai cột tính theo: max ct c max c i

  - hệ số độ tin cậy n c -hệ số tổ hợp xét đến xác xuất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của nhiều cầu trục; n c 0,85 với 2 cầu trục làm việc trung bình y i

 - tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các bánh xe cầu trục

Lấy tung độ ở gối bằng 1

Hình 2.14 Sơ đồ chất tải để xác định Dmax

84 Áp lực đứng lớn nhất :D max 1,1 0,85 9450 2, 72   24033, 24daN Áp lực đứng nhỏ nhất : D min 1,1 0,85 1890 2, 72   4806, 65daN a) D max lên cột trái b) D max lên cột phải

Hình 2.15 Áp lực đứng lên cầu trục Áp lực ngang cầu trục

Ngoài áp lực đứng do trọng lượng của xe con tác động lên dầm cầu trục, khi cầu trục hoạt động còn sinh ra áp lực ngang do quá trình hãm của xe con Áp lực này được coi là lực quán tính truyền theo phương ngang của dầm nhà Lực hãm ngang được tạo ra bởi xe con và truyền qua các bánh xe vào dầm hãm.

Vào cột bằng phản lực của dầm hãm, gọi là T Gần đúng coi lực hãm ngang đặt tại cao trình của mặt dầm cầu trục

Lực hãm ngang được xác định theo công thức:

1- lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe, tính theo:

 o - lực hãm ngang chuẩn tác dụng lên lên toàn cầu trục

G xc - trọng lượng xe con n o - số bánh xe

85 Do đó,thay số ta thu được: 1 856,85

Lực hãm:  1,1 0,85 428, 43 2, 72 1089,58daN    a) Lực hãm lên cột trái b) Lực hãm lên cột phải

Hình 2.16 Lực hãm ngang cầu trục

2.2.4 Thiết kế xà gồ mái a) Xà gồ dùng thép cán nóng

Dùng xà gồ bằng thép hình có tiết diện U10

Hình 2.17 Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ Bảng 2.3 Các đặc trưng của tiết diện xà gồ

(mm) (mm) (cm 4 ) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm 3 ) (daN/m)

Trọng lượng mái tôn: g m c 8daN m/ 2 Hoạt tải sửa chữa mái: p c 30daN m/ 2 Trọng lượng xà gồ: g c xg 8,59daN m/ 2 Tải trọng tác dụng vào xà gồ:

Hệ số độ tin cậy :  c 1,1,  p 1,3 Khoảng cách giữa 2 xà gồ theo phương ngang xác định theo:

1, 2 cos 1, 2 cos8,53 1,187 d        Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên xà gồ:

Phân tích lực theo 2 phương x và y:

Mô men lớn nhất theo 2 phương:

Hình 2.18 Sơ đồ tính toán xà gồ c) Kiểm tra điều kiện bền

Kiểm tra bền khi kể đến sự phát triến của biến dạng dẻo:

 : độ võng tương đối theo phương x và phương y do q c x vàq c y gây ra

   : độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn

Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó  x = 0, chỉ có  y lớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ một khoảng z = 0,21B (tại đây có  x lớn nhất):

  Độ võng tương đối tại giữa nhịp theo phương y:

  ( thỏa mãn ) Độ võng tương đối tại điểm cách đầu xà gồ một khoảng:

        ( thỏa mãn) e) Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ

Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ là tổ hợp tĩnh tải với gió

, W 0 w.k 0, 9 .cos cos cos c c y gio e m xg d d q C  g g 

Hệ số độ tin cậy của tĩnh tải khi này lấy bằng 0,9;

K là hệ số độ cao w; g

  là hệ số vượt tải của gió; với  w 1, 2; g 0,9

W o là áp lực gió tiêu chuẩn; WU daN/m

Tải trọng gió tính toán

0, 7.55.1, 2.1, 05 0, 9 8 8, 59 cos 8, 53 42, 03 / cos 8, 53 cos 8, 53 y gio q       daN m

Tải trọng gió tiêu chuẩn

0, 7.55.1, 05 0, 9 8 8, 59 cos 8, 53 32, 33 / cos 8, 53 cos 8, 53 c y gio q       daN m

Kiểm tra bền theo công thức

 Thỏa mãn điều kiện bền

 Thỏa mãn điều kiện độ võng