CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỘT KHUNG
3.4 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CHÂN CỘT
3.4.1 Thiết kế chân cột - liên kết cột trục A với móng
Với chân cột trụ A, ta có tất cả 3 cặp nội lực M, N, Q.
Ta chọn 2 cặp nội lực có giá trị như sau để thiết kế chân cột trục A.
Giá trị nội lực
M( kN.m) N(kN) Q (kN)
Cặp 1 -1364.1 -694.0 128.2
Chọn bề dày dầm đế: tdđ =1,5cm
Chọn bề dày sườn đế: tad =1,5cm
Sơ bộ chiều dài phần mở rộng mỗi bên về phía chiều rộng tiết diện cột trục A là C1 =5cm.
Giả thiết móng được làm từ bê tông cấp độ bền B20 có Rb = 11,5Mpa.
CẤU TẠO CHÂN CỘT 3.4.1.1 Tính chiều dài Lbđ của bản thép.
Cột chịu uốn và nén. Bản đế thép truyền lực từ chân cột vào mặt móng bê tông cốt thép.
Chiều dài của bản đế được xác định từ điều kiện bền của bê tông theo công thức:
Biến đổi công thức trên ta được:
Trong đó:
ψ =0,75 do mặt móng có ứng suất phân bố không đều( cột chịu uốn và nén).
. Chọn φb =1,2
Với 2 cặp nội lực:
Cặp 1: M = 1602.7kN.m; N = 12.7kN.
Cặp 2: M = -1364.1kN.m ; N = -694.0kN
-
Giải 2 bất phương trình trên ta được: Lbđ1≥ 0,40m và Lbđ2≥ 0,006m
Chọn C2 = 13,8cm là phần mở rộng mỗi bên về phía chiều dài tiết diện cột. Ta có chiều dài bản đế:
Lbđ = hc + 2tdd + 2C2 = 90+2.1,2+2.13,8 =120cm Với cặp nội lực 1, phản lực do móng tác dụng lên bản đế thép:
kN/cm2
kN/cm2 Với cặp nội lực 2, phản lực do móng tác dụng lên bản đế thép:
kN/cm2
kN/cm2
Ta dùng kết quả σmax; σmin từ cặp nội lực 1 để tính toán bề dày cần thiết của bản thép.
Chân cột có bản đế thép, dầm đế, sườn đế ngắn, sườn đế dài được bố trí như hình vẽ 3.4.1.2 Tính chiều dài tbđ của bản thép.
Mô men trong mỗi ô bản được xác định theo công thức tổng quát sau đây.
αban i là hệ số phụ thuộc loại ô bản và tỉ số chiều dài các cạnh ô ( bản kê chịu lực theo 2 phương loại 2 cạnh, 3 cạnh, 4 cạnh).
σi là ứng suất nén của bê tông móng tác dụng trở lại ô bản thứ i dưới dạng phản lực gây uốn ô bản thứ i.
di là nhịp tính toán của ô bản thứ i.
Cấu tạo liên kết chân cột trục A với móng BTCT
a) Ô bản số 1( bản kê 2 cạnh).
Kích thước của ô bản 1 như sau:
;
⟹
Nên ta tính ô bản 1 như ô bản conson:
αbản1 =0,5; σban 1 = 0,855kN/cm2; dban 1= b2 = 6cm⟹ Mban1 = 0,5.1,33.122 =23,94kN.cm
b) Ô bản số 2( bản kê 3 cạnh).
Kích thước ô bản số 2 như sau: a2 =292mm; b2 =244mm.
. Tra hệ số αban2 =0,074; σban2 = 0,855kN/cm; dban2 =29,2cm.
⟹ Mban2 = 0,074.0,855.29,22 =51,03kN.cm Ta có: Mmax= max(Mban1; Mban2) = 51,03kN.cm.
Bề dày cần thiết của bản đế thép chân cột trục A được xác định bởi điều kiện bền uốn sau đây.
Xét một dải bản đế thép có bề ngang 1cm:
Chọn bề dày bản đế thép có bề dày tbd =4cm.
Vậy kích thước của bản đế chân cột trục A: Lbđ =120cm; Bbđ =50cm; tbđ =4cm.
3.4.1.3 Tính toán dầm đế chân cột trục A.
Dầm đế có bề dày và bề rộng đã chọn lần lượt là: tbđ =1,2cm; Bbđ =50cm.
a) Theo điều kiện bền của thép làm dầm đế.
b) Theo chiều dài cần thiết của liên kết dầm đế vào cánh cột.
Lực tác dụng vào đường hàn chính là phản lực gối tựa của dầm đế: N = 15,105kN.
Chọn trước chiều cao đường hàn hđh =1,2cm.
Chiều dài đường hàn cần thiết để liên kết dầm đế vào bản cánh cột trục A:
.
Ta chọn dầm đế có chiều cao hdđ =15cm. Vậy kích thước của dầm đế chân cột biên là : Bdđ =50cm; hdđ =15cm; tdđ =1,2cm; hđh =1,2cm.
Sơ đồ tính, biểu đồ tải trọng , biểu đồ nội lực của dầm đế 3.4.1.4 Tính toán sườn đế.
a Tính toán sườn đế dài và sườn đế ngắn chân cột A.
Sườn đế ngắn có bề dày đã chọn là 1,2cm và bề rộng đã chọn là 13,8cm. Sơ đồ tính của sườn đế ngắn là dầm conson được ngàm vào dầm đế bởi 2 đường hàn liến kết. Để đơn giản và thiên về an toàn ta lấy chiều dài tính toán của dầm conson đế ngắn là 15cm.
Sườn đế dài có bề dày đã chọn là 1,2cm và bề rộng đã chọn là 24,4cm. Sơ đồ tính của sườn đế dài làm dầm conson, được ngàm vào bản bụng cột biên A bởi đường hàn liên kết. Để đơn giản và thiên về an toàn ta lấy chiều dài tính toán của dầm conson sườn đế dài là 25cm.
Mô men uốn M và lực cắt Q tại tiết diện ngàm của sườn đế ngắn được xác định theo công thức:
Mô men uốn M và lực cắt Q tại tiết diện ngàm của sườn đế dài được xác định theo công thức:
Chiều cao sơ bộ của sườn đế ngắn và sườn đế dài được xác định theo điều kiện chịu uốn:
cm
cm Ta chọn hsđn =10cm; hsđd = 10cm
a Kiểm tra tiết diện sườn đế theo điều kiện ứng suất tương đương thép làm sườn đế.
(thỏa mãn)
(thỏa mãn).
b Kiểm tra tiết diện sườn đế theo điều kiện chiều dài cần thiết của đường hàn liên kết sườn đế vào cột.
Chọn trước chiều cao đường hàn hweld, sđn = hweld,sđd = 1,2cm.
Đường hàn liên kết sườn đế ngắn vào dầm để có diện tích và mô men kháng uốn như sau:
;
Điều kiện bền của đường hàn chịu uốn và chịu cắt của sườn đế ngắn được xác định theo công thức:
Đường hàn liên kết sườn đế dài vào dầm để có diện tích và mô men kháng uốn như sau:
;
Điều kiện bền của đường hàn chịu uốn và chịu cắt của sườn đế dài được xác định theo công thức:
kN/cm2 σweld,sđn =9,96kN/cm2< β.f.γc = 0,7.18.1 =12,6kN/cm2
Kết luận: Kích thước của sườn đế ngắn và sườn đế dài tại chân cột trục A lần lượt là:
Lsđn = 13,8cm; hsđn = 10cm; tsđn =1,2cm.
Lsđd = 24,4cm; hsđn = 10cm; tsđn =1,2cm.