Kết cấu khung sàn không gian

Trang 169 Chương 6 KẾT CẤU KHUNG SÀN KHÔNG GIAN Sơ đồ hệ kết cấu chòu lực khung không gian làm việc đồng thời với sàn là sơ đồ tính khung và sàn cho kết quả gần sát với sự làm việc thật của kết cấu. Nếu giải bằng tay theo các phương pháp cơ học kết cấu để tìm nội lực cho hệ khung sàn thì không thể thực hiện nổi, nên người ta thường cố gắng đưa về bài toán phẳng để dễ dàng giải quyết hơn. Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của máy tính thì việc giải nội lực hệ khung sàn làm việc đồng thời không còn quá khó khăn nữa. Phần mềm SAP2000 có thể giải được bất cứ hệ chòu lực không gian nào, để nhanh chóng xây dựng mô hình khung 3D, SAP2000 đã tạo sẵn thư viện phần tử mẫu các dạng khung 3D thường gặp trong thực tế, sau đây là 4 loại khung 3D có sẵn trong SAP2000. - Open Frame Building: Khung 3D không sàn - Perimeter Frame Building: Khung 3D có sàn và dầm quanh chu vi sàn. - Beam - Slab Building: Khung 3D có sàn và dầm chia ô sàn theo lưới. - Flat Plate Building: Khung 3D có sàn phẳng (không dầm). Tạo mô hình mới: File > New Model… Trang 170 Choùn sụ ủo 2.1 (haứng 2 coọt 1) 3D Frames (Khung khoõng gian). Trang 171 Trang 172 §1 KHUNG SÀN 3D – NHÀ PHỐ 5 TẦNG - Sơ đồ tính: Khung sàn 3D cho nhà phố 5 tầng. MB 4x15m, cao tầng 5x3.6m = 18m, đỉnh mái ngói 19.5m, ban công trước 1x4m, ban công sau 1.2x4m. Khung ngàm tại mặt trên của móng cách mặt nền -1m. - Vật liệu: BTCT#200. - Tiết diện: sàn dày 80mm. Đà kiềng & Dầm 200x300mm, Cột biên tầng 1-> 5: 200x200mm, cột giữa tầng 1 -> 2: 250x250, tầng 3 -> 5: 200x200mm. Trang 173 - Tải trọng: Lực phân bố đều trên bản sàn gồm tónh tải sàn g ct ≈ 100 kg/m 2 và hoạt tải sàn p = 150*1.3 = 195 kg/m 2 . Tường gạch 100mm xây bao che xung quanh nhà g t = 180*(3.6-0.3) ≈ 600 kg/m, 180*1.5*5/8 ≈ 170 kg/m trên dầm mái. Mái ngói có g m = p m = 100*2 ≈ 200 kg/m trên dầm nghiêng. Trang 174 1.1. Xây dựng sơ đồ tính 1.1.1. Chọn đơn vò Chọn đơn vò kgf-m-C. 1.1.2. Tạo mô hình mới File > New Model… ⇒ Chọn sơ đồ 2.1 (hàng 2 cột 1) 3D Frames (Khung không gian). Sau khi chọn biểu tượng 3D Frames trong hộp thoại New Model, sẽ xuất hiện hộp thoại cho phép đònh các thông số cho hệ không gian cần tạo ra. Trang 175 - 3D Frame Type (Loại khung 3D): Chọn Beam – Slab Building - Number of Stories (Số tầng): 5 Story Height (Chiều cao 1 tầng): 3.6 - Number of Bays, X (Số nhòp x): 3 Bay Width, X (Chiều dài 1 nhòp x): 5 - Number of Bays, Y (Số nhòp y): 1 Bay Width, Y (Chiều dài 1 nhòp y): 4 Do chiều cao của các tầng đầu tiên =3.6+1 = 4.6m không bằng các tầng bên trên nên chọn phương án xây dựng mô hình từ các đường lưới. Chọn v Use Custom Grid Spacing and Locate Origin. Sau đó click vào nút vào Edit Grid … để mở hộp thoại khai báo dữ liệu các đường lưới đònh vò. Sửa z1 = 0 thành z1 = -1 (vò trí chân khung). - Nhấp OK để đóng hộp thoại khai báo lưới đònh vò, nhấp OK để đóng hộp thoại 3D Frame, lúc này trên màn hình hiện ra sơ đồ hệ không gian khung sàn cần tạo. - Hiển thò: cửa sổ trái 3D, cửa sổ phải 2D XY, Z = -1, nút trên thanh công cụ dùng để chuyển đổi tăng giảm mặt phẳng lưới. Trang 176 1.1.3. Hiệu chỉnh và hoàn thiện mô hình - Gán ngàm chân cột: Chọn các nút chân cột (mp XY, Z = -1) ⇒ Assign > Joints > Restrains… ⇒ Chọn liên kết ngàm, OK. - Copy sàn lầu 1 xuống dưới 3.6m để làm đà kiềng: Di chuyển lên mp xy, z = 3.6, chọn các dầm lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 0, dy = 0, dz = -3.6, n = 1. OK. - Tạo thêm một mặt lưới z0 = 0 (để xem được mặt bằng đà kiềng): Nhấp đúp vào 1 đường lưới bất kỳ ⇒ mở ra hộp thoại khai báo lưới, chọn 1 dòng ngang của 1 đường lưới bất kỳ (giả sử chọn đường z6 = 18) ⇒ Bấm tổ hợp phím Ctrl+C = copy, chọn ô đầu tiên bên dưới z6 ⇒ Bấm tổ hợp phím Ctrl+V = paste, sửa z6 = 18 thành z0 = 0, OK. - Tạo ban công trước 1m: mp xy, z = 3.6, chọn dầm biên trái (x=-7.5) của lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = -1, dy = 0, dz = 0, n = 1. OK. Vẽ thêm 2 consol nối dầm vừa tạo với dầm dọc nhà. Vẽ thêm sàn ban công trước: Draw > Rectangular Area ⇒ chọn 2 điểm trên đường chéo của sàn cần tạo. - Tạo ban công sau 1.2m: mp xy, z = 3.6, chọn dầm biên phải (x=7.5) của lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 1.2, dy = 0, dz = 0, n = 1. OK. Vẽ thêm 2 consol nối dầm vừa tạo với dầm dọc nhà. Vẽ thêm sàn ban công sau: Draw > Rectangular Area ⇒ chọn 2 điểm trên đường chéo của sàn cần tạo. - Tạo ban công trước và ban công sau cho các tầng lầu 2, 3, 4, mái. mp xy, z = 3.6, chọn dầm & sàn của ban công trước và ban công sau của lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 0 , dy = 0 , dz = 3.6 , n = 4 . OK . - Tạo lỗ cầu thang cho sàn lầu 1: mp xy, z = 3.6 Chọn ô sàn trục 2-3&A-B, bấm phím Delete Trang 177 Chọn dầm trục 2, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 2, dy = 0, dz = 0, n = 1. OK. Chọn dầm trục A đoạn 2-3, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 0, dy = 2, dz = 0, n = 1. OK. Vẽ lại 2 ô sàn nhỏ 2x4m và 3x2m (chừa lỗ cầu thang 3x2m) Draw > Draw Rectangular Section… click vào các nút trên đường chéo các ô sàn cần vẽ -> được tấm sàn Chia đôi 2 dầm phụ giữa sàn: Chọn 2 dầm phụ, vào menu Edit > Divide Frames… ⇒ chọn Break at intersections with selected Frames and Joints. Xóa bỏ đoạn dầm thừa 2m. - Tạo lỗ cầu thang cho sàn lầu 2 -> 4: + Xóa các ô sàn trục 2-3&A-B của các sàn lầu 2 -> 4: Chọn ô sàn trục 2- 3&A-B của các sàn lầu 2 -> 4 (mp xy, z = 7.2, 10.8, 14.4), bấm phím Delete. + mp xy, z = 3.6, chọn dầm và sàn khu vực cầu thang lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 0, dy = 0, dz = 3.6, n = 3. OK. - Xóa bỏ 3 ô sàn mái 4x5m. - Tạo phần mái nghiêng: mp xz, y=-2, thêm lưới z7 = 19.5, x0 = 0, Vẽ các dầm xiên, vẽ thêm phần cột nối với dầm xiên. Chọn phần mái nghiêng vừa tạo ⇒ Edit > Replicate… dy = 4, n = 1 để được phần mái nghiêng bên kia (y=2), vẽ phần tử dầm nối đỉnh 2 phần mái. Trang 178 1.2. Đặc trưng vật liệu và tiết diện 1.2.1. Đặc trưng vật liệu Define > Material … Vật liệu là BTCT nên chọn CONC và click vào Modify/Show Material … Nhập các thông số vật liệu như yêu cầu ở đề bài (W = Weight per unit Volumn =2500, E = Modulus of Elasticity = 2.4e9, µ = Poisson’s Ratio =0.2), các thông số còn lại không cần quan tâm. [...]... chọn Gravity Chọn OK -> gán xong hoạt tải sàn 1.3.3 Khai báo tổ hợp tải trọng (Kết hợp tónh tải DEAD và hoạt tải LIVE) Trang181 Define > Combination… => Chọn Add New Combo… COMB1 = Dead*1 + Live*1 1.4 Giải bài toán 1.4.1 Chia nhỏ ô sàn: - Chọn all, vào menu Assign > Area > Automatic Area Mesh… 1.4.2 Chọn bậc tự do: không cần chọn vì bài toán làm việc không gian Trang182 1.4.3 Lưu bài toán File > Save... mái ngói) ⇒ Gán gm = 200 - Tónh tải trên các sàn: Chọn tất cả phần tử shell, Assign > Area Loads > Uniform (Shell)… Trang180 Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) DEAD Load (Giá trò tải): 100 Coord Sys (Hệ tọa độ gán tải): chọn GLOBAL Direction (Hướng tác dụng của tảitrọng): chọn Gravity Chọn OK -> gán xong tónh tải sàn - Hoạt tải trên các sàn: Chọn lại các phần tử shell, Assign > Area... Giải bài toán Analyze > Run Analysis hoặc nhấn phím F5 hoặc nhấn nút >Run Chọn Run Now, chờ máy chạy -> ANALYZE COMPLETE, chọn OK 1.5 Xử lý kết quả 1.5.1 Xem sơ đồ biến dạng Display > Show Deformed Shape … 1.5.2 Xem biểu đồ nội lực - Nội lực khung (dầm cột) - Nội lực sàn Biểu đồ M11 và M22: Display > Show Force/ Stresses > Shell… Chọn COMB1 Chọn M11 hoặc M22 => Rê con trỏ trên hình biểu đồ để hiển thò... giữa tầng 3 -> 5, Assign > Frame/Cable/Tendon > Frame Section… ⇒ Gán tiết diện C200x200 Chọn tất cả cột giữa tầng 1 -> 2, Assign > Frame/Cable/Tendon > Frame Section… ⇒ Gán tiết diện C250x250 - Tiết diện sàn: Chọn tất cả phần tử Shell (all), vào menu Assign > Area > Area Sections… (gán tiết diện phần tử shell - tấm) ⇒ Hộp thoại Area Sections xuất hiện, chọn tiết diện S80 ⇒ chọn 0K 1.3 Khai báo và gán tải... Section… Add Rectangular ⇒ D200x300, CONC, t3 = 0.3, t2 = 0.2 Add Copy of Property ⇒ C200x200, CONC, t3 = 0.2, t2 = 0.2 Add Copy of Property ⇒ C250x250, CONC, t3 = 0.25, t2 = 0.25 - Khai báo các tiết diện sàn: Define > Area Sections… ⇒ Hộp thoại Area Sections xuất hiện Chọn ASEC1 -> Modify/Show Section… Section Name (Tên tiết diện): S80 Thickness (Bề dày): Membrance: 0.08, Bending: 0.08 1.2.3 Gán tiết diện . 169 Chương 6 KẾT CẤU KHUNG SÀN KHÔNG GIAN Sơ đồ hệ kết cấu chòu lực khung không gian làm việc đồng thời với sàn là sơ đồ tính khung và sàn cho kết quả gần. Building: Khung 3D không sàn - Perimeter Frame Building: Khung 3D có sàn và dầm quanh chu vi sàn. - Beam - Slab Building: Khung 3D có sàn và dầm chia ô sàn theo