CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1 Nghiên cứu giải pháp kiến trúc và kết cấu của nhà chống lũ
2.3.1.1 Giải pháp kiến trúc:
Giải pháp kiến trúc nhà được thiết kế theo hướng hiện đại bền vững nhưng vẫn đáp ứng đƣợc các yếu tố văn hóa vùng miền, sử dụng vật liệu mới, nhẹ, bền bỉ và chịu lực tốt. Có thể tùy biến để mở rộng diện tích, sản xuất hàng loạt và kinh tế.
2.3.1.2 Giải pháp kết cấu:
Yêu cầu kết cấu toàn bộ của ngôi nhà phải đƣợc làm bằng những vật liệu nhẹ từ kết cấu khung, kết cấu bao che cho đến kết cấu mái.
Sử dụng thép hộp để làm kết cấu chịu lực cho ngôi nhà. Kết cấu bao che là các tấm Smart Board và tôn. Liên kết bằng hàn cứng, bulon và đinh vít. Do vậy ngôi nhà sẽ bền vững, nhẹ, nổi và ổn định đƣợc trên hệ thống phao.
Kết cấu phải nhẹ và bền bỉ vững chắc, có thể đàm bảo ổn định khi chịu tải trọng lớn. Mái nhà liên kết hàn cứng với khung nhà, để không bị gió bão giật bay.
Nhà phải bố trí hệ thống phao nổi để có thể nâng lên hạ xuống được theo mực nước.
Phao của ngôi nhà đƣợc tính toán để đủ nâng đƣợc toàn bộ tải trọng trên ngôi nhà.
2.3.1.3 Lý thuyết tính toán kết cấu nhà chống lũ:
2.3.1.3.1 Tính toán phao:
- Tính toán lực nâng của khối xốp EPS:
Vận dụng lý thuyết lực trọng trường và lực nổi (lực nâng thủy tĩnh) để tính toán sức nổi cho một khối phao xốp EPS [47]. Theo công thức 2.4, tr13 tài liệu [47], lý thuyết lực nổi thì ta có: Q= Ey.W (2.17)
Ey=1-γw
γ (2.18) Trong đó:
Q – Trọng lượng nổi (hoặc lực nổi) hay trọng lượng trong nước của vật thể sẽ chìm. Nếu Q < 0 thì vật thể sẽ nổi.
W – Trong lƣợng của vật thể trong không khí.
Ey – Là hệ số lực nổi (hoặc sức chìm) của vật thể.
γ – Trọng lƣợng riêng của vật thể.
γw – Trọng lượng riêng của nước, γw = 1000 kg/m3.
Vậy với một khối xốp EPS có tỷ trọng là 16 kg/m3 thì có sức nổi là:
Ey = 1 - 1000
16 = - 61,5
Q = Ey.W = - 61,5 x 16 = - 984 kg
Nhƣ vậy với một khối xốp loại có tỷ trọng 16kg/m3 thì có sức nổi là -984 kg, hay có thể nâng đƣợc khối lƣợng là 984 kg.
- Tính toán thể tích xốp cần thiết để nâng đƣợc ngôi nhà:
- Để nhà nổi đƣợc thì: FA > Fnhà Q.V > Fnhà V > Fnhà/Q (2.19) Với FA: tổng lực đẩy nổi của phao xốp, Fnhà: tổng trọng lƣợng ngôi nhà
2.3.1.3.2 Tính toán hệ giàn sàn:
- Xác định tải trọng lên giàn.
- Mô hình etab hệ giàn sàn ngôi nhà.
- Chọn tiết diện cần thiết của thanh giàn mục 5.3.5 trang 394 tài liệu [48]
Tính toán cho thanh chịu nén: Fyc ≥ N/φ.γ.R (2.20) Kiểm tra lại tiết diện đã chọn: σ = N/(φmin.F) ≤ γ.R và λmax ≤ [λ] (2.21)
Trong đó:
γ – Hệ số điều kiện làm việc lấy γ = 0,8 đối với thanh bụng chịu nén khi λ ≥ 60 (trừ thanh bụng ở gối tựa); γ = 1 cho các trường hợp còn lại.
φ – Hệ số uốn dọc, tra bảng 4.4 tài liệu [48].
R – Cường độ tính toán của thép.
F – Tiết diện thanh thép. φmin – hệ số uốn dọc bé nhất, tra bảng 4.4 tài liệu [45], phụ thuộc vào λmax = lmax (x, y) /r(x.y)
Fyc – Dựa vào bảng quy cách thép hộp (phụ lục 5 tài liệu [48]). Chọn số hiệu thép cần dùng tra đƣợc các đặc trƣng hình học của tiết diện rx, ry, Fg.
Tính toán thanh chịu kéo: Fyc ≥ N/(γ.R) (2.22) Kiểm tra lại tiết diện thanh đã chọn: σ = N/Fth ≤ γ.R và λmax ≤ [λ] (2.23) với Fth – diện tích thực tế của tiết diện, độ mảnh λmax chọn từ độ mảnh λx và λy. 2.3.1.3.3 Tính toán kiểm tra liên kết hàn:
Tính toán kiểm tra liên kết hàn theo mục 5 – chương 2 , trang 71 tài liệu [49]:
- Tính toán khi chịu mômen uốn M. điều kiện của đường hàn được kiểm tra như sau:
M= M
Wwf ≤ fwf.γc (2.24) với Wwf= fhf.∑lw2
6 2.25
Wwf - Là mô men kháng uốn của đường hàn
- Kiểm tra đường hàn khi chịu lực cắt V:
V= V
Awf≤fwf.γc (2.26) với Awf = fhf∑lw (2.27)
Awf - Diện tích tính toán của tiết diện đường hàn
- Kiểm tra đường hàn khi chịu đồng thời M và V:
tđ=√ M2 + V2 (2.28) Trong đó:
fws – Cường độ tính toán của đường hàn.
γc – Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu.
f – Hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn. Khi hàn tay thì f = 0,7.
hf – Chiều cao đường hàn góc. Chiều cao này lớn nhất phải tuân theo điều kiện hf ≤ 1,2tmin. Với tmin là chiều dày nhỏ nhất trong số các bản thép được liên kết với nhau. Chiều cao đường hàn nhỏ nhất không dưới hfmin trong đó hfmin là chiều cao tối thiểu của đường hàn góc cho trong bảng 2.3 tài liệu [49]
lw – Chiều dài tính toán của đường hàn.
2.3.1.3.4 Tính toán kiển tra bu lông:
Tính toán kiểm tra bu lông theo bài 2.6 và 2.8 tr 79 và 91, tài liệu [49]. Bước tính toán này dùng để kiểm tra khi sử dụng phương án liên kết bằng bu lông.
- Khả năng chịu cắt của một bu lông đƣợc tính theo công thức:
Khi chịu cắt: [N]vb = fvbγbAnv (2.29) Khi chịu ép mặt: [N]cb = d(Σt)minfcbγb (2.30) - Kiểm tra bền cho bulông:
N/n ≤ [N]minbγc (2.31) Trong đó:
fvb – Cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bu lông lấy theo bảng I.10 phụ lục I [49].
γb – Hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông, thường lấy bằng 0,9.
A – Diện tích tiết diện ngang của thân bu lông (phần không ren) A=πd2/4 lấy theo bảng 2.9 [46].
d – Đường kính thân bu lông.
nv – Số lƣợng mặt cắt tính toán của bu lông.
(Σt)min – Tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trƣợt về một phía.
fcb – Cường độ tính toán chịu ép mặt của vật liệu bulông, lấy theo bảng I.11, phụ lục I [49]
2.3.1.3.5 Tính toán hệ giàn mái:
- Tính toán hệ giàn mái tương tự tính toán hệ giàn sàn.
- Tôn lợp mái do SNE kiểm tra.
- Nếu sử dụng tôn thường thì sử dụng biến pháp liên kết như mô hình nhà [10] và tính toán kiểm tra tấm tôn theo mục 5.1 tr367 tài liệu [48]. Cụ thể nhƣ sau:
Tải trọng tác dụng lên tấm tôn sóng:
Tải trọng gió: q1 = W.B (daN/m) (2.32) với B =100cm bề rộng tính toán của tấm tôn
Hoạt tải: q2 = pc.np.B (daN/m) (2.33) Trọng lƣợng tấm tôn sóng: q3 = gc.ng.B (daN/m) (2.34)
Trong đó:
gc – Trọng lƣợng tiêu chuẩn của tâm tôn song. gc = 1,2. .γT – với : bề dày tôn.
1,2 – Hệ số kể đến phần tôn dập sóng, γT: 7850 daN/m3. ng = 1,1 – Hệ số độ tin cậy đối với tỉnh tải
pc = 30 daN/m2 – Hoạt tải mái tôn
np = 1,3 – Hệ số độ tin cậy đối với hoạt tải B = 100 cm – Bề rộng tính toán của tấm tôn
Kiểm tra tiết diện tấm tôn sóng:
Kiểm tra bền: σ = |Mmax|/Wx ≤ R.γ (2.35) Điều kiện độ võng:
f l ≤ [f
l] (2.36) Trong đó:
[f/l] – Độ võng cho phép của tấm tôn. Lấy bằng độ võng cho phép của xà gồ
= 1/200
f/l – Độ võng tương đối của tấm tôn do tải trọng tiêu chuẩn gây ra.
CHƯƠNG 3