Tính toán tải trọng tác dụng

CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

3.1. Ví dụ thiết kế khung ngang nhà công nghiệp sử dụng cột CFST

3.1.3. Tính toán tải trọng tác dụng

a) Tải trọng thường xuyên

Do trọng lượng bản thân kết cấu xà, cột được Etabs tự tính nên ở đây chỉ tính toán các tác động khác vào khung

Trọng lượng của tấm lợp, xà gồ mái lấy gtc = 15daN/m2 mặt bằng mái

tc tc

q1 g ×B 15 6  90daN/m0.9kN/m

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục, quy thành tải trọng tập trung về vai cột:

tc 2 2

dct dct

G α L 30 6 1080daN 10.8kN

Hình 3.4. Sơ đồ tĩnh tải b) Hoạt tải mái

Theo Eurocode, hoạt tải tác dụng lên mái gồm có nhiều trường hợp như hoạt tải sử dụng, tải trọng tuyết. Và giá trị lớn nhất của các hoạt tải này được sử dụng trong tính toán thiết kế. Với điều kiện Việt Nam thì không có tải trọng do tuyết gây ra. Giá trị của hoạt tải sử dụng sẽ là ptc = 75daN/m2

12 15

400-500

300

500 300

10 10

128

300

450 - 750 15

10

300

280091001800

12000 12000

400 400

tc tc

P p ×B75 6 450daN/m4.5kN/m

Hình 3.5. Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung c) Hoạt tải do cầu trục

- Áp lực đứng

Thông số cầu trục tra trong bảng 1 cho cầu trục nhịp Lk=22.5m, sức tải Q=20 tấn có:

+ Bề rộng cầu trục: Bk 4230mm

+ Khoảng cách hai bánh xe: R3200mm

+ Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất tại mỗi bánh xe: Pmaxtc 130kN + Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất tại mỗi bánh xe: Pmintc 32.3kN + Trọng lượng xe con: Gtcxe 12.36kN

+ Trọng lượng cầu trục: Gtcct 124.6kN Áp lực đứng lên vai cột:

tc

max max

D n Pc tc yi ; Dtcmin n Pc mintc yi

280091001800

24000

12000 12000

400 400

Hình 3.6. Tính toán tải trọng cầu trục tác dụng vào vai cột

Trong đó: nc = 0.85 hệ hai cầu trục làm việc chế độ trung bình

∑yi Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe lấy với tung độ ở gối bằng 1: y1 1; y2 0.467; y3 0.828; y4 0.375 →

i 2.67 y 



→ Dtcmax 0.85 130 2.67  295kN; Dtcmin 0.85 32.3 2.67  73.3kN

Hình 3.7. Hoạt tải Dmax trái

1 3 4

2 max

tc

max tc

max tc

max tc

515 3200 515 515 3200 515

6000 6000

28009100

24000

400 400

max min

Hình 3.8. Hoạt tải Dmax phải Áp lực ngang lên vai cột:

Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động, tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn Ttc, các lực này cũng di động như lực thẳng đứng P và do đó sẽ gây ra lực tập trung T cho cột. Cách tính giá trị T cũng xếp bánh xe lên đường ảnh hưởng. Lực T truyền lên cột thông qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột:

0

0.05(Q G ) 0.05 (200 12.36)

0.85 2.67 12

2

xe

c i

T n y kN

n

  

     

Hình 3.9. Hoạt tải Tmax trái

28009100

24000

400 400

max min

28009100

24000

400 400

Hình 3.10. Hoạt tải Tmax phải d) Xác định tải trọng gió

- Xác định vận tốc gió quy đổi: Công trình được xây dựng tại Đà Nẵng thuộc vùng áp lực gió IIB có vận tốc gió cơ bản quy đổi từ tiêu chuẩn Việt Nam sang tiêu chuẩn Eurocode được xác định ở bảng, vb = 30,23 m/s.

Bảng 3.1. Giá trị vận tốc gió cơ bản, áp lực gió quy đổi từ TCVN 2737:1995 sang EN 1991-1-4,

Vùng áp lực trên bản đồ

I II III

IV V

IA IB IIA IIB IIIA IIIB Vận

tốc (m/s)

TCVN

2737:1995 29.95 32.56 36.80 39.37 42.36 45.16 50.28 54.94 EN1991-1-4 23.00 25.00 28.26 30.23 32.50 34.67 38.60 42.18 - Xác định áp lực gió theo độ cao: Áp lực gió tiêu chuẩn ứng với khu vực IIB (theo phân vùng Việt Nam) được xác định là qp = 57.12m/s

Áp lực gió theo độ cao được xác định theo công thức:

  57,12*  

p e

q z  C z

Bảng 3.2. Xác định áp lực gió EN 1991-1-4 Vùng áp lực trên bản

đồ

I II III

IV V

IA IB IIA IIB IIIA IIIB qp

(daN/

m2)

TCVN

2737:1995 55 65 83 55 110 125 155 185

EN1991-1-4 33.06 39.06 49.9 57.12 66.1 75.13 93.12 111.2

28009100

24000

400 400

- Xác định hệ số phụ thuộc vào dạng địa hình Cez

Bảng 3.3. Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình

Độ cao Z(m) Dạng địa hình

0 I II III IV

3 2.34 2.09 1.64 1.28 1.18

5 2.60 2.37 1.93 1.28 1.18

10 2.98 2.77 2.35 1.71 1.18

15 3.22 3.02 2.62 1.98 1.44

20 3.39 3.20 2.81 2.18 1.64

Công trình được bố trí trong khu công nghiệp với địa hình phù hợp với dạng địa hình II được mô tả trong Eurocode (II - Khu vực với thảm thực vật thấp như: cỏ và bị cô lập (Cây, các tòa nhà) với sự cách ly ít nhất là 20 lần độ cao chướng ngại vật) vậy:

Ce (z = 10.9m) = 2.399 → q 10.9mp 57.12 2.399 137.03(daN/m )  2 Ce (z = 12.7m) = 2.496 → q 10.9mp 57.12 2.496 142.57(daN/m )  2 - Xác định hệ số khí động Cpe

Hệ số áp lực bên ngoài Cpe,1 và Cpe,10 cho các khu vực A, B, C, D và E được lấy theo Bảng 3.4

Bảng 3.4. Hệ số áp lực ngoài dọc các bức tường công trình hình chữ nhật

Vùng A B C D E

h/d cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 5 -1.2 -1.4 -0.8 -1.1 -0.5 +0.8 +1.0 -0.7 1 -1.2 -1.4 -0.8 -1.1 -0.5 +0.8 +1.0 -0.5 0.25 -1.2 -1.4 -0.8 -1.1 -0.5 +0.7 +1.0 -0.3

Hình 3.11. Sơ đồ Phân khu cho nhà hình chữ nhật

Căn cứ vào hình dạng công trình, tỉ số h/d = 12.7/24=0.529. Tra bảng tương ứng với vùng D mặt đón gió với tỉ số h/d xác định hệ số khí động là +0.8 và tại vùng F mặt khuất gió ứng với hệ số khí động -0.7.

Xác định CsCd: Đối với các tòa nhà có chiều cao dưới 15 m giá trị của CsCd có thể được lấy bằng 1.

Xác định Aref: Diện tích chịu tải trọng gió được xác định tương ứng với bề rộng B mà khung phải chịu. vậy diện tích chịu tải trọng gió là:

Aref = B×h = 6×12.7 = 76.2m2

Vậy tải trọng gió tác dụng vào khung xem là phân bố đều trên toàn bộ chiều cao cột như sau:

s d e ref s d p( ) pe ref

qC C W B  C C q z C B

Phía đón gió: qd C C q (z)C Bs d p pe ref  1 137.03 0.8 6  657.7daN/m Phía khuất gió: qh C C q (z)C Bs d p pe ref  1 137.03 0.7 6  575.5daN/m Áp lực gió trên mái

Hệ số khí động cho mái dốc hai phía

Hình 3.12. Sơ đồ phân khu cho mái dốc 2 phía

Căn cứ vào sơ đồ phân bố hệ số khí động trên mái như hình trên. Ta có e = min(b;2h) = (108; 2×12.7) = 25.4m. Với độ dốc 15% tương ứng với góc dốc là 8.5o. Tra bảng ta xác định được các hệ số khí động ứng với từng vùng như sau:

Hình 3.13. Xác định hệ số khí động trên mái

Áp lực gió lên mái: qG  1 (137.03 142.57) 0.5 0.985 6 826.2daN/m     1 (137.03 142.57) 0.5 0.439 6 368.2daN/m

qH       

1 (137.03 142.57) 0.5 0.492 6 412.6daN/m

qI       

1 (137.03 142.57) 0.5 0.814 6 682.8daN/m

qJ       

Để dễ dàng cho tính toán ta xem như áp lực gió phân bố đều theo dọc xà

2540 9460

9460 2540

ngang. Áp lực trung bình cho mỗi bên mái là:

(826.2 368.2) 0.5 597.2daN/m qG H    

(682.8 412.6) 0.5 547.7daN/m qI J    

Hình 3.14. Sơ đồ gió trái tác dụng vào khung (GT)