Tải trọng lên cột

CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN KHUNG

3.1. Tính tốn tải trọng tác dụng lên khung

3.1.2. Tải trọng lên cột

 Tải trọng tiêu chuẩn phân bố trên cột là tải phân bố đều, theo hướng của trọng lực, bao gồm các tải:  Trọng lượng tôn: g ton 3.13(daN / m2 )  Trọng lượng xà gồ cột: n 1/2  xgc gxgc n Bmxgc  10  6  5.42  3.779(daN/m2) B H

 Trọng lượng giằng cột:

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG mgc1.58(daN/m) (thép Việt Nhật phi 16, trọng lượng 18.47 kG/11.7 m)

l gc  22 B2  22 62 ggc l gc mgc  40.075  1.58  12.271(daN/m2) BH 68.6

 Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên cột:

qtcgtcton gxgc ggc B3.13 3.779 12.271 6 115.085(daN/m)

 Tải trọng tính tốn phân bố lên cột:

qtt qtc g 115.0851.05120.839(daN/m)  Tải trọng dầm cầu trục: G dct dct L2 dct Trong đó :

  dct : hệ số trọng lượng bản thân của dầm cầu trục

dct2437(daN/m2), chọn dct 27(daN) với Q 5(t) 75(T)

 Ldct : nhịp của dầm cầu trục, L dct B  Gdcttc dct L2dct 27 62 972(daN) Gdcttt Gtcdct g 972 1.051020.6(daN)  Tải trọng dầm và dàn hãm: Gdhtc 500(daN) Gdhtt Gtcdh g 500 1.05 525(daN)

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.2. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung 3.1.3. Hoạt tải sửa chữa mái

Theo TCVN 2737-1995, mái tôn không sử dụng có hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn ptcm 30(daN / m2 )

 Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái: ptc ptcm B 30 6 180(daN / m)

 Hoạt tải sửa chữa tính tốn phân bố lên dầm mái: ptt ptc p 180 1.3 234(daN/m)

 Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:

ptc ptc cos 180 0.995 179.1(daN/ m)

 Tải trọng tính tốn phân bố lên dầm

mái : ptt  ptt  p  179.1 1.3

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.3. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái trái tác dụng lên khung

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.4. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái phải tác dụng lên khung 3.1.4. Tải trọng gió

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái. Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió IA có áp lực tiêu chuẩn Wo 65daN/m2 .

 Áp lực gió:

W tc W o k c

 Tải trọng gió tiêu chuẩn tác dụng lên khung ngang:

q tcw W tc B

 Tải trọng gió tính tốn tác dụng lên khung ngang:

qttw qtcw n p Wo k c Bnp

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG  Xác định hệ số khí động ce :

Hình 3.5. Sơ đồ tra hệ số khí động ce

 Các kích thước chính của sơ đồ tính tốn:  Nhịp: L 24(m)

 Chiều cao: H c 8.6(m);h m1 1.2(m);h m2 2(m);h m3 0.2(m)  c e1 0.543;c e2 0.4;c e3 0.5;c e40.373

Bảng 3.1. Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang

STT

1 2 3 4

ĐA KẾT CẤU THÉP

5 6 7 8

Hình 3.6. Sơ đồ gió trái tác dụng lên khung

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.7. Sơ đồ gió phải tác dụng lên khung 3.1.5. Hoạt tải cầu trục

Thông số cầu trục : sức trục Q 5(T) 50(kN), tra bảng cầu trục ta được :

Bảng 3.2. Thông số dầm cầu trục Sức trục Q (T) 5 3.1.5.1. Áp lực đứng của cầu trục

Áp lực đứng lớn nhất (D max ) , nhỏ nhất (D min ) của cầu trục lên vai cột, xác định theo công thức sau :

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG D m in n n c P m in y i Trong đó :  n 1.1 : hệ số độ tin cậy

 n c 0.85: hệ số tổ hợp, khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung

bình

  yi : tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ

ở gối bằng 1.i y11 y2 6000  3980  0.337 6000 y3 6000  780  0.87 6000 y4 6000  3980   780  0.207 6000 D max  Dmin 

yi y1 y2 y3 y4 1 0.337 0.87 0.207 2.413

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.1. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất tác dụng lên cột trái

Hình 3.2. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất tác dụng lên cột phải

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

3.1.5.2. Áp lực ngang của cầu trục

Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục được xác định theo công thức :

T n nc T1tcyi Trong đó :

 T1tc : lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray

T tc T o  n 1 o Với :

 To : lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục

 kf : hệ số ma sát, k f 0.1

 no : số bánh xe trên cùng một ray, n o 2

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.3. Sơ đồ áp lực ngang dương tác dụng lên cột trái

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.5. Sơ đồ áp lực ngang dương tác dụng lên cột phải

Hình 3.6. Sơ đồ áp lực ngang âm tác dụng lên cột phải

ĐA KẾT CẤU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

3.2. Tính nội lực khung

3.2.1. Mơ hình hố kết cấu khung bằng phần mềm ETAB

Sơ đồ kết cấu :

 Tính tốn kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng  Nhịp tính tốn khung lấy theo khoảng tim của hai cột

 Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột và dầm là liên kết cứng.  Vật liệu : Thép CCT34 có : f  21(kN/ cm2 );ModuleE 2.1 108 (kN/m2 ); 78.5(kN/ m3)  Tiết diện:  Cột : I 550 300 8 10  Dầm : I 600 300 810  Cửa trời: I 200 100 6 8

 Vai cột: I350 ∼300 250 68

 Kí hiệu các tải trọng:  TT: tĩnh tải

 HT trái, HT phải: hoạt tải sửa chữa mái trái, mái phải

 Dmax trái, Dmax phải: áp lực đứng của cầu trục tác dụng lên vai cột  T trái dương, T trái âm, T phải dương, T phải âm: lực hãm ngang cầu trục

ĐA KẾT CẤU THÉP Tổ hợp tải trọng TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 CB1 TH6 TH7 TH8 TH9 TH10 TH11 TH12 TH13 TH14 CB2 TH15 TH16 TH17

TH18 TH19

ĐA KẾT CẤU THÉP Tổ hợp tải trọng TH20 TH21 TH22 TH23 TH24 TH25 TH26 TH27 TH28 TH29 TH30 TH31 TH32 TH33 TH34 TH35 TH36 TH37

TH38 TH39

ĐA KẾT CẤU THÉP Tổ hợp tải trọng TH40 TH41 TH42 TH43 TH44 TH45 TH46 TH47 TH48 TH49 TH50 TH51 TH52 TH53 TH54 TH55 TH56 TH57

TH58 TH59

ĐA KẾT CẤU THÉP Tổ hợp tải trọng TH60 TH61 TH62 TH63 TH64 TH65 TH66 TH67 TH68 TH69 TH70 TH71 TH72 TH73 TH74 TH75 TH76 TH77

TH78 TH79

ĐA KẾT CẤU THÉP Tổ hợp tải trọng TH80 TH81 TH82 TH83

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

3.2.2. Các biểu đồ nội lực khung

Hình 3.7. Biểu đồ bao lực dọc

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 3.8. Biểu đồ bao lực cắt

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

3.3. Tổ hợp nội lực

 Có hai loại tổ hợp cơ bản. Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp nc = 1). Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp nc= 0,9).

 Tại mỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực:

 Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất Mmax và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư;

 Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmax và mô men, lực cắt tương ứng Mtư, Vtư.

 Tổ hợp có độ lệch tâm e lớn nhất

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP

Cấu kiện Tiết diện

Cột

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CỘT VÀ DẦM MÁI4.1. Thiết kế cột 4.1. Thiết kế cột

Do tiết diện cột không thay đổi, các cặp nội lực Mmax; Nmaz; emax đều xuất hiện lớn nhất ở chân cột nên kiểm tra làm việc ở chân cột với các điều kiện:

 Điều kiện khống chế độ mảnh  Điều kiện bền

 Điều kiện ổn định tổng thể trong và ngoài mặt phẳng khung  Điều kiện ổn định cục bộ bản bụng và bản cánh

4.1.1. Thông số chung

Bảng 4.1. Nội lực lớn nhất tại chân cột

Các cặp nội lực nguy hiểm nhất

Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3

 Vật liệu: Thép CCT34, f 21(kN/ cm2), E 2.1104 (kN/cm2)

 Tiết diện cột: I 600 300 8 10

Bảng 4.2. Kích thước hình học của tiết diện

Chiều cao h (mm)

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 4.1. Tiết diện cột

 Một số cơng thức đặc trưng hình học tiết diện:  Diện tích tiết diện cột:

A t w h w 2t f bf  Moment quán tính trục x: I x t w h3 w 12  Moment quán tính trục y: I  y  Bán kính quán tính trục x, y I I ix Ax iy Ay  Moment kháng uốn trục x, y W  2I x W 2Iy

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP

A (cm2) 75.04

 Chọn phương án tiết diện cột không đổi. Với tỉ số độ cứng của dầm mái và cột giả thiết là bằng nhauIdm Ic , ta có tỉ số độ cứng giữa xà và cột được xác định theo

cơng thức :

n

  L

 Cột liên kết ngàm với móng, hệ số chiều dài tính tốn được xác định theo cơng thức :

 n 0.56

n 0.14

 Vậy chiều dài tính tốn trong mặt phẳng khung của cột xác định theo cơng thức:

l x H 1.358 8.6 11.675(m)

 Chiều dài tính tốn của cột 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, xà ngang). Theo sơ đồ bố trí hệ giằng ta có:

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

4.1.2. Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh

 Trường hợp 2 : M122.66(kN.m);N 164.99(kN);V39.08(kN)  Kiểm tra điều kiện độ mảnh :

 Độ mảnh cột :

 

x

 y 

  max max x ; y max47.670;63.563 63.563  Độ mảnh quy ước của cột:

 x

 y

  max max x ; y max1.507;2.010 2.010

 Kiểm tra độ mảnh giới hạn theo bảng 25 TCVN 5575: 2012:

 1806018060



Trong đó:e được xác định như sau:  Độ lệch tâm tương đối:

m M

tu A

 122.66  10 2  75.04

 Độ lệch tâm tương đối tính đổi: m e m 1.342 3.718

 4.990

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG Trong đó: : Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, tra bảng D.9 phụ lục D, TCVN 5575:2012, ta được1.342.

 Nội suye từ và me trong bảng D.10 phụ lục D, TCVN 5575:2012, ta được

e 0.222





max  Thoả điều kiện độ mảnh.

Bảng 4.4 Kiểm tra điều kiện độ mảnh

TH M

(kN.m)

1 194.93

3 191.49

4.1.3. Kiểm tra điều kiện bền

Cấu kiện chịu nén lệch tâm.

 Trường hợp 1 : M194.93(kN.m);N87.63(kN);V48.32(kN)  Độ lệch tâm tương đối:

m

M N

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG  Hệ số kể đến ảnh hưởng hình dạng của tiết diện lấy theo bảng D.9 phụ lục D TCXD 5575:2012

Bảng 4.5. Kiểm tra điều kiện bền

Trường hợp

1 2 3

 Theo mục 7.4.1.1, TCVN 5575 : 2012 : khi m e 20 thì tiết diện khơng bị giảm yếu và giá trị momen uốn để tính tốn về bền và ổn định là như nhau Không cần phải kiểm tra điều kiện bền trường hợp 1 và 2

 Trường hơp 3: m 66.28 20 : Cấu kiện chịu nén lệch tâm tính tốn về bền theo cơng thức:

  N M f

A n Wn c Trong đó :

 An : Diện tích tiết diện thực của cấu kiện;  Wn : Modul kháng uốn của tiết diện thực.

 max  N  M x A Wx 75.04 N M  min A Wx x  14.45 191.49  100  12.571(kN / cm 2 ) 21 0.918.9(kN / cm 2 ) 75.4 1500.25

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

4.1.4. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

Cấu kiện chịu nén lệch tâm.

 Trường hợp 1 : M194.93(kN.m);N87.63(kN);V48.32(kN)  Độ lệch tâm tính đổi m e 13.508 20, cần kiểm tra ổn định tổng thể theo công thức:

 xN

A c f 21(kN/ cm2 )

e

 Từ x 1.507 và m e 11.13, tra bảng D.10, phụ lục D, TCVN 5575:2012 được

 e 0.310 . 

x

Bảng 4.6. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng

Trường hợp 1

2

 Trường hợp 3 : M 191.49(kN.m);N14.45(kN);V 51.62(kN)  Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện :

 l o   0.41 0.0032     b f   0.410.0032  

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG Do có m e 20, nên cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể như với cấu kiện chịu uốn (Momen M) theo công thức:



x

Trong đó :b phụ thuộc hệ số và hệ số như trong dầm có cánh chịu nén với 1 điểm cố kết ở giữa nhịp (phụ lục E, TCVN 5575 : 2012)

 8

Trong đó :

 lo3.35(m): Chiều dài tính tốn.

 h fk 59.2(cm): Khoảng cách giữa trọng tâm 2 cánh.

 a 0.5h fk 0.5 59.2 29.6(cm).

8

Từ 0.1 40 , tra bảng E.1, phụ lục D, TCVN 5575:2012, ta được:

1.1411.142.250.071.142.250.070.393 2.596 Tính hệ số : Iy h  I 1   b 0.68 0.211 0.68 0.21 3.755 1.469 1 b 1

 Vậy cột thoả điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung. SVTH: HOÀNG THẾ PHONG - 18149285

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

4.1.5. Kiểm tra điều kiện tổng thể ngoài mặt phẳng khung

 Ổn định tổng thể của cột theo phương ngồi mặt phẳng khung được xác định theo cơng thức :

y cN

yAn cf

Trong đó :

 y: Hệ số uốn dọc của cấu kiện nén đúng tâm, được xác định bằng cách tra bảng D.8, TCVN 5575:2012. Với y 63.563, tra bảng ta được y 0.808.

 c: Hệ số kể đến ảnh hưởng của moment uốn M, và hình dạng tiết diện đối với ổn định cả cột theo phương vng góc với mặt phẳng uốn, phụ thuộc vào mx (Mục 7.4.2.5, TCVN 5575:2012): c 1m c 1 c c 5 (2 0.2m x ) c10 (0.2m x1)nếu 5 < mx < 10 Với: c5; c10: hệ số c khi mx = 5 và mx =10

Với , được lấy theo bảng 16, TCVN 5575 : 2012 với :

 c 3.14 Ef 3.14 21000

21 99.296 y 63.563

  1

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

m  e M   A x N Wx

 M : Giá trị moment quy ước dùng để kiểm tra ổn định ngồi mặt phẳng khung, được xác định theo cơng thức:

M max  M; M 2 1 ; M 22   

 M1, M2: Lần lượt là moment lớn nhất ở một đầu và moment tương ứng ở đầu kia cùng tổ hợp tải trọng và giữ đúng dấu của nó.

 M : Giá trị lớn nhất ở 1/3 đoạn cột về phía có M lớn hơn, được xác định theo công

thức: MMM 2  M 1 1 3  Trường hợp 1 : M 1 194.934(kN.m);M 2 97.424(kN.m);N87.630(kN)

KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD: TS. NGUYỄN THẾ TRƯỜNG PHONG

Hình 4.3 Giá trị momen tổ hợp 83

 Giá trị lớn nhất ở 1/3 đoạn cột về phía có M lớn hơn: