Đồ án kết cấu công trình thép ( ĐA Thép 2)

Nhà công nghiệp một tầng, một nhịp bằng thép, mặt bằng hình chữ nhật có nhịp là L, chiều dài nhà là B. Nhà có cầu trục chế độ làm việc trung bình, sức trục Q. Chiều cao đỉnh ray cầu trục là Hr. Công trình được xây dựng ở vùng gió G. Các giá trị L, B = 60m, Hr, G, Q. Xem cột được liên kết với móng ở cao trình ±0.000. Mái lợp bằng tôn.Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với các số liệu cho trước như sau:

CÁC BỘ PHẬN NHÀ CÔNG NGHIỆP

Dữ liệu đề bài

Nhà công nghiệp một tầng với kết cấu thép có mặt bằng hình chữ nhật, chiều dài nhà là B và nhịp là L Công trình được trang bị cầu trục với chế độ làm việc trung bình và sức trục Q Chiều cao đỉnh ray cầu trục được xác định là Hr.

- Công trình được xây dựng ở vùng gió G Các giá trị L, B = 60m, Hr, G, Q Xem cột được liên kết với móng ở cao trình ±0.000 Mái lợp bằng tôn.

- Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với các số liệu cho trước như sau:

 Cao trình đỉnh ray: Hr = 9m

- Vật liệu thép CCT34 có cường độ f 2100 daN / cm² f v 1200daN / cm² f c 3200daN / cm²

Xác định kích thước khung ngang

- Nhịp L = 30 m, sức trục Q= 30T, tra bảng chọn cầu trục với các thông số sau:

Bảng 1.1 Thông số cầu trục

Hình 1.1 Sơ bộ kích thước khung ngang

1.2.1 Xác định kích thước theo phương đứng

- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang

H H b 1.7 0.3 2 m  bk = 0.3 – khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang ( bk > 200mm)

- Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang

- Với: H1 - cao trình đỉnh ray, H1 = 9 m

H3 - phần cột chôn dưới nền, H3 = 0

- Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang t 2 dct r

- Với: Hdct - chiều cao dầm cầu trục dct

Hr - chiều cao của ray và đệm (Hr = 200mm)

- Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột d t

1.2.2 Xác định kích thước tiết diện cửa trời.

- Chiều ngang tiết diện cửa trời:

- Chiều cao tiết diện cưa trời ct ct

- Độ dốc mái cửa trời: i = 10%

CRANE BEAM JIB CRANE BEAM

Hình 1.2 Kích thước khung ngang

Sơ đồ tính khung ngang

Do sức nâng của cầu trục không lớn và chân cột liên kết với móng theo kiểu ngàm, cột có tiết diện không đổi được chọn với độ cứng I1 Với nhịp khung 30m, xà ngang sẽ có tiết diện thay đổi theo hình vát hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 6m Liên kết giữa cột và xà ngang, cũng như liên kết tại đỉnh xà ngang, được xem như liên kết cứng Trục cột khung sẽ trùng với trục định vị.

1.3.1 Tải trọng tác dụng lên khung ngang

1.3.1.1 Tải trọng thường xuyên (sơ bộ tĩnh tải)

Tải trọng lên xà ngang:

- Tải trọng phân bố trên mái bao gồm tôn, hệ giằng mái, xà gồ mái, cửa trời: gtc = 0.15 kN/m 2 ( chọn sơ bộ )

- Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên xà ngang: q g tc g tc  B 0.15 6 0.9kN / m 

- Tải trọng tính toán phân bố lên xà ngang: q tt g  n q tc g 1.05 0.9 0.945kN / m  Tải trọng lên cột:

- Tải trọng thường xuyên tác dụng lên cột bao gồm tải trọng kết cấu bao che, dầm cầu trục, dầm và dàn hãm.

- Tải trọng kết cấu bao che (xà gồ và tôn vách): g tc = 0.12 kN/m 2

- Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên cột: q tc c  g tc   B 0.12 6 0.72kN / m  

- Tải trọng tính toán phân bố lên cột: q tt c  q c tc   n 0.72 1.05 0.756kN / m  

- Tải trọng dầm và dàn hãm: G =5kN, G =5.25kN dh tc dh tt

- Tải trọng dầm cầu trục: G tc dct  dct tc  L 2 dct  30 6  2  1080daN 10.80kN 

G tt dct  G tc dct   n 10.8 1.05 11.34kN  

- Theo TCVN 2737:1995, mái tôn có tc 2 b p 30daN / m 1.3

- Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái: tc tc qp p Bcos

- Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái: tc tc qp p Bcos0.3 6 cos6 1.79 kN / m  

- Hoạt tải sửa chữa tính toán phân bố lên dâm mái: tt tc q q  n 1.79 1.3 2.327 kN / m 

Tải trọng gió theo phương ngang nhà

Tải trọng gió tác động lên khung ngang của công trình phụ thuộc vào vị trí xây dựng và hình dạng của công trình đó Để xác định giá trị tải trọng gió tác dụng lên cột và xà ngang, có thể sử dụng công thức: q = γ × p₀ × k × c × B.

 γp : hệ số vượt tải của tải trọng gió, γp = 1,2.

 w0 : Áp lực gió tiêu chuẩn.

 k : hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao

 ce : hệ số khí động

 B : bề rộng diện truyền tải trọng gió vào khung.

Tải trọng tác dụng lên khung ngang bao gồm hai thành phần chính: gió tác động lên cột và gió tác động lên mái Theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995, tại địa điểm phân vùng gió IIIB, áp lực tiêu chuẩn được xác định là w0 = 1.25 kN/m².

- Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và độ dốc mái, các hệ số khí động có thể xác định theo sơ đồ trong bảng III.3 phụ lục.

- Nội suy ta có : ce1= -0.3804; ce4= -0.562; ce2 = -0.4; ce3 = -0.5

- Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió thay đỏi theo địa hình và độ cao:

- Đối với phần khung nhà chưa tính cửa trời k1 = 1.016 với cao trình tại đỉnh cột là 11 m k2 = 1.04 với cao trình tại đỉnh mái là 12.5 m

- Đối với phần khung nhà có tính cửa trời k1 = 1.069 với cao trình tại đỉnh cột là 14.3 m k2 = 1.072 với cao trình tại đỉnh mái là 14.5 m

Hình 1.3 Hệ số khí động trên khung ngang

- Số liệu tính toán được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 1.2 Tải trọng gió theo phương ngang nhà

STT Loại tải W0(kN/m²) k ce n B q(kN/m)

5 Cột cửa trời đón gió 1.25 1.069 0.7 1.2 6 6.735

6 Cột cửa trời hút gió 1.25 1.069 -0.6 1.2 6 -5.773

7 Mái cửa trời đón gió 1.25 1.072 -0.3804 1.2 6 -3.67

8 Mái cửa trời hút gió 1.25 1.072 -0.4 1.2 6 -3.859 Tải trọng gió theo phương dọc nhà

- Khung ngang cũng chịu tải gió theo phương dọc nhà, tuy nhiên không gây nguy hiểm cho khung nên có thể bỏ qua.

- Áp lực thẳng đứng của cầu trục

- Áp lực lớn nhất Dmax , áp lực nhỏ nhất Dmin của cầu trục lên vai cột:

Hệ số vượt tải n được xác định là 1.1, trong khi hệ số làm việc nc cho hai cầu trục hoạt động nhẹ hoặc vừa là 0.85 Đối với hai cầu trục hoạt động nặng, hệ số này là 0.9.

 : tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh xe của cầu trục, lấy với tung độ ở gối bằng 1. y 1 y 3 y 4 y 2

Hình 1.4 Áp lực của cầu trục lên vai cột

- Từ kích thước xe con BW70 (mm) và K= 4600 (mm) ta có:

- Áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của cầu trục lên vai cột:

1.3.1.5 Lực hãm ngang của cầu trục

- Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray : tc xe

- Lực hãm ngang của toàn cầu trục lên cột đặt vào cao trình dầm hãm: tc c p 1 i

Thiết kế xà gồ

1.4.1 Xà gồ vách (sườn tường)

Tải trọng tác dụng lên xà gồ cột bao gồm tải trọng từ lớp tôn bao che, tải trọng của chính xà gồ theo phương thẳng đứng, và tải trọng gió tác động theo phương ngang.

- Tôn sử dụng loại tôn ASEM480 ( nhà sản xuất AUSTNAM ) dày 47 ± 0.01 (mm), chiều cao sóng 65 mm, trọng lượng mái tôn g = 4.22 daN/m c m  2 

- Khoảng cách bố trí sườn tường theo phương đứng 1.2 (m).

Hình 1.5 Bố trí sườn tường

- Dùng xà gồ C200 ( nhà sản xuất Công ty cổ phần Ngô Long )

Bảng 1.3 Đặc trưng tiết diện xà gồ C200

Hình 1.6 Mặt cắt tiết diện xà gồ cột

1.4.1.1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ:

- Tĩnh tải lớp tôn (tải theo phương thẳng đứng) tc1 y xg ton q  a   1.2 4.22 5.064 daN / m   qy tt1 = 5.064 × 1.1 = 5.57 daN/m

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân xà gồ tc2 q y  8.43 daN / m qy tt2 = 8.43 × 1.1 = 9.273 daN/m

- Tổng tải trọng trên xà gồ tc q y  5.064 + 8.43= 13.49 daN / m tt q y  5.57 + 9.273= 14.84 daN / m

- Hoạt tải gió (tải theo phương ngang): qx tt = W0 × k ×c × axg×b = 125 × 1 × 0.8 × 1.2 ×1.2 = 144 daN/m

- Với b = 1.2 ( Hệ số an toàn )

K = 1 ( hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình )

C = 0.8 hệ số khí động, đối với gió đẩy

Hình 1.7 Sơ đồ tính và momen trên xà gồ cột

- Sơ đồ tính và Mô men trên xà gồ: tt 2 2 y y q B 14.84 6

Theo điều kiện cường độ

- Thoã điều kiện cường độ

Theo điều kiện biến dạng

- Thoã điều kiện biến dạng

- Vậy chọn 9 xà gồ C200 và bước xà gồ axg = 1.2 m

- Xà gồ được kiểm tra trong hai trường hợp tổ hợp tải: (1) Tĩnh tải + Hoạt tải sửa chữa mái, (2) Tĩnh tải + Tải trọng gió.

- Xà gồ được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên với sơ đồ tính là dầm đơn giản.

- Tôn sử dụng loại tôn ALOK420 ( nhà sản xuất AUSTNAM ) dày 45 ± 0.01 (mm), chiều cao sóng 40 mm, trọng lượng mái tôn g = 4.64 daN/m c m  2 

- Dùng xà gồ C150 ( nhà sản xuất Công ty cổ phần Ngô Long )

Bảng 1.4 Đặc trưng tiết diện xà gồ C150

1.4.2.1 TH1 : Tĩnh tải + hoạt tải sửa chữa mái

- Tải trọng tác dụng lên xà gồ:

- Tĩnh tải lớp tôn (tải theo phương thẳng đứng)

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân xà gồ qtc2  6.55 (daN / m) qtt 2 6.55 1.1 = 7.205 (daN / m)

- Hoạt tải sửa chữa mái ( TCVN 2737 – 2006 ) tc tt p 1.5 30 45.25 daN / m cos6 p 1.3 45.25 58.83 daN / m

- Tổng tải trọng trên xà gồ qtc  7 + 6.55 + 45.25 = 58.8 daN / m qtt  7.7 + 7.205 + 58.83 = 73.74 daN / m

Hình 1.8 Sơ đồ tính và momen trên xà gồ mái

- Tải trọng tác dụng theo các phương: tc tc x tc tc y tt tt x tt tt y q q sin 58.8 0.105 6.174 daN / m q q cos 58.8 0.995 58.81 daN / m q q sin 73.74 0.105 7.74 daN / m q q cos 73.74 0.995 73.37 daN / m

Theo điều kiện cường độ x y c x y

Theo điều kiện biến dạng,

- Do có hệ giằng xà gồ nên chỉ xét độ võng theo phương y tc 4 2 4 x y 6 x

- Thoã điều kiện biến dạng

1.4.2.2 TH2 : Tĩnh tải + hoạt tải gió thổi dọc nhà

Gió có ảnh hưởng lớn đến xà gồ, đặc biệt khi gió thổi dọc theo nhà, tạo ra lực bốc mái với hệ số khí động c = -0.7 Đối với chiều cao cột H = 10.2 m trong vùng gió IIB, hệ số k nên được lấy là khoảng 1.

- Lực gió bốc theo phương vuông góc với mặt phẳng mái:

  tc g 0 xg tt tc g g q W k c a 125 1 0.7 1.5 131.25 daN / m q 1.2 q 1.2 ( 131.25) 157.5 daN / m

Trong trường hợp tổ hợp tải trọng tĩnh và gió bốc mái, tải trọng tác dụng lên mặt phẳng xà gồ được tính toán với các thông số như tc, tc1, tc2, tc y, g, tt, tt1, tt2, và q Cụ thể, tải trọng được xác định theo công thức q (q q) cos q, với các giá trị tính toán là 0.995, 131.25 daN/m cho trường hợp đầu tiên và 0.995, 157.5 daN/m cho trường hợp thứ hai.

Theo điều kiện cường độ x c x

- Vậy chọn 18 xà gồ C150 và bước xà gồ axg = 1.5 m

Thiết kế sơ bộ tiết diên cột

- Chiều cao tiết diện cột:

- Bề rộng tiết diện cột:

- Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: min

- Trong đó: L là nhịp nhà; h là chiều cao tiết diện cột; S là nhịp cầu trục

- Thỏa điều kiện an toàn

- Vậy tiết diện cột là I - 700×300×14×18 mm

Thiết kế tiết diện dầm mái

- Vì nhịp khung L = 30m nên ta chọn phương án xà ngang tiết diện thay đổi.

- Chiều cao tiết diện tại nút xà ngang liên kết với cột: chọn h1= 700mm

- Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung chọn h2= 0.4 m

- Tiết diện xà ngang tại nút khung: I - 700×300×14×18

- Tiết diện xà ngang tại đỉnh khung: I - 400×300×14×18

Hình 1.9 Tiết diện xà ngang

- Vị trí thay đổi tiết diện xà ngang cách đầu xà một đoạn:

Thiết kế tiết diện cửa trời

Cửa trời đóng vai trò quan trọng trong việc thông gió cho nhà xưởng, với kích thước phụ thuộc vào yêu cầu thông thoáng của không gian Thông thường, bề rộng cửa trời dao động từ 1/8 đến 1/4 nhịp nhà, trong khi chiều cao cửa trời bằng một nửa bề rộng Ví dụ, nếu bề rộng cửa trời là 4m, thì chiều cao sẽ là 2m Cột và dầm mái của cửa trời thường có tiết diện chữ I với các thông số cụ thể.

- Cột và dầm mái cửa trời tiết diện chứ I có thông số:

- Bề rộng bản cánh cột và dầm mái của trời là 100mm.

- Chiều cao tiết diện cột và dầm mái cửa trời là 200mm

- Bề dày bản bụng của cột và dầm mái của trời là 8mm.

- Bề dày bản cánh của cột và dầm mái của trời là 10mm

- Vậy tiết diện dầm, cột cửa trời là: I - 200×100×8×10

Thiết kề tiết diện vai cột (dầm vai)

- Khoảng cách từ trục định vi đến trục ray của cầu trục :

- Trong đó: h là chiều cao tiết diện cột, 0.15 là khoảng cách từ trục ray đến mép ngoài cùng của vai cột.

- Chọn chiều cao tiết diện dầm vai là 450mm ( tiết diện không thay đổi )

- Chọn bề rộng tiết diện vai cột là 300mm.

- Chọn bề dày bản bụng vai cột là 8mm.

- Chọn bề dày bản cánh vai cột là 10mm.

- Tiết diện dầm vai là I (450x300×8×10)

Thiết kế dầm cầu trục

- Ta chọn sơ đồ tính là dầm đơn giản, nhip L=B =6m.

- Ưu điểm: dễ lắp dựng, chiu lực chính xác, không ảnh hưởng bới lún lệch hay nhiệt độ, được sử dụng phổ biến

Hình 1.10 Sơ đồ tính dầm cầu trục

- Chọn dạng tiết diện dầm.

Dầm tổ hợp hàn được chọn vì khả năng chống uốn tốt, đặc biệt là tại vị trí giữa nhịp nơi chịu uốn lớn, cũng như tại đầu dầm nơi chịu cắt lớn nhất.

- Bề rộng tiết diện dầm: b (0.2 0.5) h (0.2 0.5) 0.5 (0.1 0.25) m       

Hình 1.11 Mặt cắt tiết diện dầm cầu trục

- Tải trọng cầu trục tác dụng lên kết cấu đỡ cầu trục thông qua các bánh xe cầu trục.

Khi đánh giá độ bền và ổn định, cần xem xét tải trọng tối đa do hai cầu trục mang vật nặng ở vị trí gần nhau gây ra Tải trọng này bao gồm áp lực thẳng đứng tính toán P và lực ngang tính toán T tại một bánh xe, được tính theo công thức: P = k1 × n × nc × Pmax.

- Trong đó: k1, k2: hệ số động lực, lấy theo bảng 1.4/64- giáo trình Kết Cấu Thép 2 – Phạm Văn Hội

Chế độ làm việc của cầu trục Bước cột B (m) K1 K2

Nhẹ, Trung bình Không phụ thuộc vào B 1 1

- n: hệ số tin cậy của tải trọng, lấy n=1.1

- nc : hệ số tổ hợp, lấy nc=0.85, 2 cầu trục làm việc trung bình

- T1 : lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe lên ray

- Vậy ta xác định được

1.9.3 Nội lực tính toán do tải trọng đứng P gây ra.

1.9.3.1 Xác định moment lớn nhất

- Để xác định moment Mmax, ta cần xét tải trọng do 2 cầu trục mang vật nặng ở vị trí sát nhau tác dụng bất lợi nhất

Theo nguyên tắc Vinkle, moment Mmax xảy ra khi hợp lực R của tất cả các lực tác động lên dầm đối xứng với một lực P gần R nhất tại điểm giữa của dầm Tại tiết diện nơi lực P được đặt, sẽ xuất hiện Mmax.

Dựa vào kích thước của xe con và khoảng cách giữa hai bánh xe, có thể dự đoán hai trường hợp bất lợi nhất xảy ra là số bánh xe ở dầm cầu trục là 2 hoặc 3.

Hình 1.12 Trường hợp có 3 bánh xe dầm cầu trục

Hình 1.13 Trường hợp có 2 bánh xe dầm cầu trục

- Vậy để xác định được trường hợp nào là nguy hiểm nhất, ta phải tiến hành kiểm tra, so sánh 2 trường hợp:

Trong trường hợp có 2 bánh xe trên dầm cầu trục, chúng ta áp dụng nguyên tắc Vinkle để xác định vị trí bất lợi nhất cho 2 bánh xe của 2 xe con Qua tính toán, giá trị mô men tối đa được xác định là Mmax1 = 2.444P, với P là 205, dẫn đến Mmax1 = 500 kN.m.

Hình 1.14 Biểu đồ momen khi có 2 bánh xe trên dầm cầu trục

Trường hợp 2: có 3 bánh xe trên dầm cầu trục.

Hình 1.15 Trường hợp có 3 bánh xe trên dầm cầu trục

- Giả sử khoảng cách của bánh xe ngoài cùng tới mép dầm cầu trục là x (m) (0≤ x ≤ 0.23 m) thì khoảng cách của bánh xe ngoài cùng phía bên kia là ( 0.23 – x )

- Ta tính được các phản lực gối tựa R1 và R2 theo x:

Hình 1.16 Biểu đồ momen và lực cắt trường hợp có 3 bánh xe trên dầm cầu trục

- Tính toán ta được moment:

- Vậy ta có moment lớn nhất Mmax = Mmax1 = 500 kNm

1.9.3.2 Xác định lực cắt lớn nhất

Hình 1.17 Lực cắt lớn nhất trong dầm

- Lực cắt lớn nhất ở gần gối tựa xác định theo đường ảnh hưởng với sơ đồ chất tải như trên: Q = max P y = 205×(1 + 0.805 + 0.038) = 377.82 kN i i

Trọng lượng bản thân và tải trọng sử dụng của dầm cầu trục được xác định bằng cách nhân Mmax và Qmax với hệ số α (α = 1.03 cho nhịp dầm 6m) Do đó, moment uốn và lực cắt tính toán sẽ được tính toán dựa trên kết quả này.

- Nội lực tính toán do lực hãm T gây ra.

Vì điểm đặt lực ngang T trùng với vị trí áp lực thẳng đứng P, nên moment uốn My và lực cắt Qy do lực hãm ngang T gây ra được xác định một cách chính xác.

- Kiểm tra tiết diện dầm

Bảng 1.6 Bảng đặc trưng hình học tiết diện tại giữa dầm

Ix Wx rx Iy Wy ry A Sf Sx

(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 2 ) (cm 3 ) (cm 3 )

Kiểm tra điểu kiện cường độ.

- Tại tiết diện giữa dầm:

- Điều kiện bền chịu uốn x c x c

- Thoả Điều kiện bền chịu cắt:

- Thoả Điều kiện bền chịu đồng thời cả uốn và cắt

-       td 1 2 3 1 2 16.4² 3 3.6² 17.54 kN/cm² 1.15f      c 24.15 kN/cm²

- Thoả mãn điều kiện bền chịu đồng thời cà nén uốn và cắt

Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng.

- Bản cánh dầm thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

- Bản bụng dầm thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

- Độ võng tương đối cho phép: [/L] = L/500 = 1.2cm

- Độ võng lớn nhất của dầm được xác định khi lấy tác động của 1 cầu trục gây bất lợi nhất.

- Sử dụng nguyên tắc Vinkle ta xác định được vị trí bất lợi nhất ( hình I.10) và moment tiêu chuẩn lớn nhất Mtc= 2.444Ptc = 454.95 kN.m với Ptc = nc × Pmax 0.85 × 21.9 × 10 = 186.15 kN

- Với độ chính xác cho phép, độ võng được tính bằng công thức sau:

- E modun đàn hồi của vật liệu có giá trị bằng 2.1x10 6 kg/cm 2

- J moment quán tính quán tính của tiết diện nguyên đối với trục trung hòa, J = Ix

- Vậy ta có được độ võng lớn nhất f = 1.07 cm < [/L] ( thỏa )

Hệ giằng

- Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian, có tác dụng:

- Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà.

Các tải trọng tác động theo phương dọc của nhà bao gồm gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm từ cầu trục, và tác động của động đất xuống móng.

- Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột.

- Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc lắp dựng, thi công.

- Hệ giằng gồm 2 nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột.

Hệ giằng cột đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và độ cứng cho toàn bộ công trình theo phương dọc, chịu đựng các tải trọng tác động và duy trì sự ổn định cho cột Được bố trí dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột được thiết kế ở giữa khối nhà và hai đầu hồi để nhanh chóng truyền tải trọng gió Hệ thống này được cấu trúc theo hai lớp, tối ưu hóa khả năng chịu lực và độ bền cho công trình.

Hệ giằng cột được thiết kế từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột và từ mặt nền đến mặt dầm vai Đối với tiết diện cột, hệ giằng được lắp đặt giữa hai bản bụng cột Thanh giằng được lựa chọn với tiết diện thép góc L 20 × 20.

- Bố trí hệ giằng cột

Hình 1.18 Sơ đồ bố trí giằng cột

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống với độ mảnh không vượt quá 200 Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được kết nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập, có thể được làm từ thép góc, thép tròn hoặc cáp thép mạ kẽm với đường kính tối thiểu 12 mm.

- Thanh giằng xiên làm từ cáp tiết diện L 20 × 20, thanh chống chọn L50 × 5, điểm liên kết xà gồ cách xà 600mm.

Hình 1.19 Sơ đồ bố trí giằng mái

NỘI LỰC KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP

Nội lực khung ngang nhà công nghiệp

- Nội lực khung ngang nhà công nghiệp được mô hình theo phần mềm ETABS.

Tính toán khung theo sơ đồ khung phẳng yêu cầu xác định các liên kết giữa các thành phần cấu trúc Trong đó, liên kết giữa cột và móng được xem là liên kết ngàm, trong khi các liên kết giữa cột và dầm mái, đỉnh khung, cột của trời và dầm mái, cũng như cột của trời và dầm mái cửa trời đều là liên kết cứng.

- Các tiết diện được khai báo theo kích thước sơ bộ đã chọn

- Tải trọng được gán vào khung theo các giá trị được tính toán ở trên.

Thống kê nội lực

- Khai báo các trường hợp tải trọng vào phần mềm ETABS bao gồm các loại tải trọng đã tính toán ở trên

- Sau khi khai báo, thực hiện tổ hợp tải trọng để chọn ra tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất để kiểm tra và tính toán

- Có hai dạng tổ hợp tải trọng cơ bản:

- Tổ hợp cơ bản 1: Gồm một tĩnh tải và một hoạt tải.

- Tổ hợp cơ bản 2: Gồm một tĩnh tải và hai hoặc nhiều hoạt tải.

Tính nội lực khung

- Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm ETABS

- Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng

- Nhịp tính toán khung lấy theo khoảng tim của 2 trục cột

- Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng.

- Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm 2 ; E = 2.1x10 6 daN/cm 2 ; ρ = 7850 daN/m 3

Hình 2.20 Khai báo vật liệu CCT34

Hình 2.21 Mô hình khung ngang

Hình 2.23 Hoạt tải mái trái

Hình 2.24 Hoạt tải mái phải

Hình 2.25 Hoạt tải gió trái

Hình 2.26 Hoạt tải gió phải

Hình 2.27 Áp lực lớn nhất lên vai cột bên trái

Hình 2.28 Áp lực lớn nhất lên vai cột bên phải

Hình 2.29 Lực hãm ngang lớn nhất tác dụng lên cột trái

Hình 2.30 Lực hãm ngang lớn nhất tác dụng lên cột phải

Nội lực và tổ hợp nội lực

Phần mềm ETABS được sử dụng để phân tích kết cấu khung, cung cấp giá trị nội lực của các cấu kiện cột và xà theo từng trường hợp tải trọng riêng biệt Kết quả nội lực được lấy tại các tiết diện đặc biệt của khung.

Có hai loại tổ hợp cơ bản trong thiết kế kết cấu: tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2 Tổ hợp cơ bản 1 bao gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và một hoạt tải, với hệ số tổ hợp nc = 1 Trong khi đó, tổ hợp cơ bản 2 tính đến nội lực do tải trọng thường xuyên và nội lực từ các hoạt tải, với hệ số tổ hợp nc = 0,9 Tại mỗi tiết diện, có thể xác định được 3 cặp nội lực khác nhau.

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

- Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất Mmin 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;

- Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng :

Hình 2.31 Biểu đồ momen tĩnh tải

Hình 2.32 Biểu đồ lực cắt tĩnh tải

Hình 2.33 Biểu đồ lực dọc tĩnh tải

Hình 2.34 Biểu đồ momen hoạt tải mái trái

Hình 2.35 Biểu đồ momen gió trái

Hình 2.36 Biểu đồ momen Dmax trái tác dụng lên khung

Hình 2.37 Biểu đồ momen Tmax trái tác dụng lên khung

Hình 2.38 Biểu đồ bao momen

Hình 2.39 Biểu đồ bao lực cắt

Hình 2.40 Biểu đồ bao lực dọc

2.4.3 Kiểm tra chuyển vị theo phương ngang ngang

- Theo Mục 5.3.4, TCVN 5575:2012, chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng không được vượt quá 1/300 chiều cao khung.

Hình 2.41 Chuyển vị ngang tại nút khung

- Chuyển vị ngang tại nút khung ứng với tổ hợp tải trọng thường xuyên và tải trọng gió (lấy giá trị tiêu chuẩn):  = 0.0304 m < 11/300 = 0.0367 m → Thỏa

2.4.4 Kiểm tra chuyển vị theo phương đứng

- Theo Bảng 1, TCVN 5575:2012, chuyển vị đứng của dầm mái không được vượt quá 1/400 nhịp của dầm mái.

- Chuyển vị đứng lớn nhất tại dầm mái ứng với tổ hợp tải trọng thường xuyên và hoạt tải chất đầy (lấy giá trị tiêu chuẩn):  = 0.0709 m  30/400 = 0.075m → Thỏa

Hình 2.42 Chuyển vị đứng tại đỉnh mái

Bảng 2.7 Bảng tổ hợp tải trọng

Các trường hợp tải Tĩnh tải 1

- Tổ hợp tải trọng cơ bản 1 gồm tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời

- Tổ hợp tải trọng cơ bản 2 gồm tải trọng thường xuyên và nhiều tải trọng tạm thời với hệ số 0.9

PHƯƠNG ÁN CHẤT TẢI TĨNH

Bảng 2.9 Bảng nội lực tổ hợp tải trọng

Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2

TH TH4 TH11 TH7 TH44 TH105 TH37

Kiểm tra tiết diện cột

Hình 2.43 Tiết diện cột Bảng 2.10 Nội lực các trường hợp

Tiết diện chân cột được phân tích qua ba trường hợp khác nhau Ở trường hợp 1 (TH4), nội lực đạt giá trị tối đa với M = 536.834 kNm, N = -9.8869 kN và V = 111.549 kN Trong trường hợp 2 (TH105), các giá trị nội lực là M = -582.53 kNm, N = -173.65 kN và V = -103.36 kN Cuối cùng, ở trường hợp 3 (TH7), các thành phần nội lực là Nmax với M = -194.84 kNm, N = -506.14 kN và V = -65.424 kN.

Bảng 2.11 Kích thước hình học của tiết diện cột

Chiều cao tiết diện h (mm)

Cánh trên Bản bụng bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm)

Bảng 2.12 Đặc trưng trưng hình học tiết diện cột

Ix Wx ix Iy Wy iy A

(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm 4 ) (cm 2 )

2.5.3 Chiều dài tính toán cột:

Tiết diện cột được giữ nguyên, trong khi tiết diện sơ bộ của cột được chọn bằng chiều cao của dầm mái, dẫn đến độ cứng của cột và dầm trở nên tương đương.

- Trường hợp liên kết cột khung với móng là ngàm n 0.56 0.367 0.56

- Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức lx H 1.352 11 14.872 (m)  

Chiều dài tính toán của cột trong khung phẳng được xác định bằng khoảng cách giữa các điểm cố định, nhằm ngăn cản cột chuyển vị theo phương dọc nhà Các điểm cố định này bao gồm dầm cẩu trục, giằng cột và xà ngang Theo sơ đồ giằng cột, chiều dài cột được tính bằng khoảng cách xà gồ, với giá trị ly = 1.2 m.

- Độ mảnh quy đổi cột theo phương x, y x x 6 f 2100

- Độ lệch tâm tương đối: x e M A 536.834 10² 200.96 m 239

- Cần kiểm tra điều kiện bền theo công thức: n x c

- Vậy thỏa điều kiện bền

2.5.4.1.2 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

- Ta có me > m > 20 do đó không cần kiểm tra ổn định tổng thể

2.5.4.1.3 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

- Ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung được xác đinh theo công thức: c y n

Hệ số c phản ánh tác động của mômen uốn Mx và hình dạng tiết diện đến sự ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn, phụ thuộc vào mx (Mục 7.4.2.5, TCVN 5575:2012).

3 chiều cao cột dưới kể từ phía có momen lớn hơn

- Hệ số uốn dọc  y đối với trục y-y (ngoài mặt phẳng khung) phụ thuộc vào y 18.898

  Tra bảng D.8,TCVN 5575:2012 , ta được   y 0.968

- Trị số momen tại 1/3 đoạn giữa cột :

- Ta có mx > 10 nên theo TCVN 5575:2012, mục 7.4.2.5, hệ số c được xác định theo công thức sau: φy= 0.77

- Để tính được hệ số  b ta cần thực hiện các bước tính toán theo như phụ lục E TCVN 5575 – 2012

- Trong đó h là chiều cao tiết diện dầm l0 là chiều dài tính toán được xác định theo mục 7.2.2.1

- Hệ số tra theo bảng E1 và phụ thuộc vào hệ số  được tính theo công thức sau:

- Trong đó: t là chiều dày bản bụng bf, tf = t1 là chiều rộng và chiều dày bản cánh h1 là khoảng cách giữa trọng tâm 2 cánh a 0.5h 10.5 68.2 34.1 

- Vậy trường hợp 1 thoả điều kiện ổn định tổng thể bên ngoài mặt phẳng khung

2.5.4.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ

- ( Theo sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng một nhịp TS PhạmMinh Hà tr.27 )

- Vậy thỏa điều kiện ổn định cục bộ với bản cánh cột

- Điều kiện ổn định tổng thể của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

- Theo tính toán trên, ta có w w w w h 66.4 h

  , thoả điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột

, suy ra không cần gia công các sườn ngang (theo TCVN 5575:2012).

- Độ lệch tâm tương đối: x e M A 582.53 10² 200.96 m 14.768

- Ta có Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện (tra theo bảng D9 TCVN 5575 –

- Độ lệch tâm tính đổi: m e m 1.22 14.768 18.017 20   

- Vậy không cần kiểm tra bền

- Độ lệch tâm tính đổi me < 20, do đó điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức:

- Đối với thanh đặc, e lấy theo bảng D.10, phụ lục D, TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước   x 1.668 và độ lệch tâm tương đối tính đổi me 18.017Ta được   e 0.077

- Vậy trường hợp 2 thoả mãn điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

2.5.4.2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung :

- Ta có 5 m x 10 nên theo TCVN 5575:2012, mục 7.4.2.5, hệ số c được xác định theo công thức sau:

- Các hệ số ,  được xác định theo bảng 16, TCVN 5575:2012

- Vậy trường hợp 2 thoả điều kiện ổn định tổng thể bên ngoài mặt phẳng khung.

2.5.4.2.4 Kiểm tra ổn định cục bộ x

- Độ lệch tâm tương đối: x e M A 194.84 10² 200.96 m 1.694

- Ta có Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện (tra theo bảng D9 TCVN 5575 –

- Độ lệch tâm tính đổi: m e m 1.489 1.694 2.5 20   

- Không cần kiểm tra bền

- Độ lệch tâm tính đổi me < 20, do đó điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức:

- Đối với thanh đặc, e lấy theo bảng D.10, phụ lục D, TCVN 5575:2012 phụ thuộc vào độ mảnh quy ước   x 1.668 và độ lệch tâm tương đối tính đổi me 2.5.Ta được   e 0.376

- Vậy trường hợp 3 thoả mãn điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

2.5.4.3.3 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

- Ta có mx < 5 nên theo TCVN 5575:2012, mục 7.4.2.5, hệ số c được xác định theo công thức sau:

- Các hệ số ,  được xác định theo bảng 16, TCVN 5575:2012

- Vậy trường hợp 3 thoả điều kiện ổn định tổng thể bên ngoài mặt phẳng khung

2.5.4.3.4 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng cột x

2.5.4.3.5 Tính liên kết hàn bản cánh và bản bụng cột

- Liên kết hàn và bản bụng cột tổ hợp chịu lực cắt V sinh ra do uốn dọc, chọn cặp nội lực gây cắt lớn nhất để tính

- Chiều cao đường hàn cánh bụng:   max f f w min x c h V S

Bảng 2.13 Bảng thành phần nội lực cột

Tiết diện Đặc điểm thành phần nội lực M (kNm) N (kN) V (kN) Chân cột Trường hợp 1

Sf momen tĩnh của một bản cánh đối với trục x – x( với dầm hàn Sf là của riêngmột bản cánh)

f w min  12.6 kN / cm 2 Cường độ tính toán của que hàn N42

- Liên kết cánh và bụng cột được lấy theo cấu tạo đường hàn dài suốt chiều dài cột và lấy hf = 6 mm

Kiểm tra khả năng chịu lực của xà ngang

2.6.1 Kiểm tra tiết diện tại nút khung

Hình 2.44 Mặt cắt tiết diện xà ngang (tại nút khung)

- Nội lực tính toán: Do lực dọc trong dầm mái rất nhỏ nên thông thường tổ hợp nguy hiểm nhất là tổ hợp momen lớn nhất.

Bảng 2.14 Bảng thành phần nội lực xà ngang Đặc điểm thành phần nội lực M (kNm) N (kN) V (kN)

- Kích thước hình học tiết diện dầm

Bảng 2.15 Bảng kích thước hình học tiết diện

Cánh Bản bụng bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm)

- Đặc trưng hình học tiết diện dầm

Bảng 2.16 Bảng đặc trưng hình học tiết diện nút khung

Ix Wx ix Iy Wy iy A

(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm 4 ) (cm 2 )

- Trong mặt phẳng khung: lx = 30 m

- Ngoài mặt phẳng khung: ly = 1.5m (bằng khoảng cách xà gồ)

- Độ lệch tâm tương đối:

2.6.1.1 Điều kiện bền chịu nén uốn c n xn c

2.6.1.2 Điều kiện bền chịu cắt:

- Sx : là momen tĩnh một nửa tiết diện đối với trục x – x

2.6.1.3 Điều kiện bền chịu đồng thời cả nén uốn và cắt

2.6.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm mái

- Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện (theo bảng 13, TCVN 5575:2012):

  nên điều kiện ổn định tổng thể của dầm mái thoả mãn.

2.6.1.5 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng tiết diện xà theo công thức ổn định của dầm

- Bản cánh xà thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

- Bản bụng xà thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

2.6.2 Kiểm tra tiết diện tại đỉnh khung

Hình 2.45 Mặt cắt tiết diện xà ngang (tại nút khung)

- Nội lực tính toán: Do lực dọc trong dầm mái rất nhỏ nên thông thường tổ hợp nguy hiểm nhất là tổ hợp momen lớn nhất.

Bảng 2.17 Bảng thành phần nội lực xà ngang Đặc điểm thành phần nội lực M (kNm) N (kN) V (kN)

Bảng 2.18 Kích thước hình học của tiết diện cột

- Độ lệch tâm tương đối: x e M A 145.056 100 158.96 m 21.206

Bảng 2.19 Bảng đặc trưng hình học tiết diện đỉnh mái

Ix Wx ix Iy Wy iy A

(cm 4 ) (cm 3 ) (cm) (cm 4 ) (cm 3 ) (cm 4 ) (cm 2 )

2.6.2.1.1 Điều kiện bền chịu nén uốn c n xn c

2.6.2.1.2 Điều kiện bền chịu cắt:

- Sx : là momen tĩnh một nửa tiết diện đối với trục x – x

2.6.2.1.3 Điều kiện bền chịu đồng thời cả nén uốn và cắt

2.6.2.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm mái

- Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện (theo bảng 13, TCVN5575:2012):

  nên điều kiện ổn định tổng thể của dầm mái thoả mãn.

2.6.2.2 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng tiết diện xà theo công thức ổn định của dầm

- Bản cánh xà thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

- Bản bụng xà thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

2.6.3 Tính liên kết hàn bản cánh và bản bụng xà

- Liên kết hàn bản cánh và bản bụng xà tổ hợp chịu lực cắt V sinh ra do uốn dọc, chọn cặp nội lực gây cắt lớn nhất để tính

- Chiều cao đường hàn cánh bụng:   max f f w min x c h V S

Bảng 2.20 Bảng thành phần nội lực cột

Tiết diện Đặc điểm thành phần nội lực M (kNm) N (kN) V (kN) Đầu xà 6 m Trường hợp 1

- Sf momen tĩnh của một bản cánh đối với trục x – x( với dầm hàn Sf là của riêng một bản cánh)

- f w min  12.6 kN / cm 2 Cường độ tính toán của que hàn N42

- Liên kết cánh và bụng cột được lấy theo cấu tạo đường hàn dài suốt chiều dài cột và lấy hf = 6 mm

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHI TIẾT CẤU KIỆN

Vai cột (dầm vai)

3.1.1 Thiết kế chi tiết và tiết diện

Với chiều cao tiết diện vai cột là 45cm, cần xác định momen uốn và lực cắt tại vị trí liên kết giữa công xôn vai cột và bản cánh cột.

- e là khoảng cách từ tâm ray đến mép trong cột

Bề rộng bản cánh dầm vai được chọn bằng bề rộng cánh cột, với bề rộng sườn gối dầm cầu trục là 25 cm Sau khi thiết kế, cần chọn sơ bộ bề dày các bản cánh dầm vai Bề dày bản bụng dầm vai được xác định dựa trên điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức cụ thể.

-     w max dct dv f f dct dv c

- Chọn chiều cao bản cánh dầm vai là t f dv 10 mm

- Các đặc trưng hình học tiết diện dầm vai:

Bảng 3.21 Kích thước tiết diện vai cột

3.1.1.1 Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc bản cánh và bản bụng dầm vai

-       td 1 2 3 1 2 8.19 2  3 6.98 2 14.61 kN/cm² 1.15f   c 24.15kN/cm²

3.1.1.2 Kiểm tra ổn định cục bộ

- Tiết diện bản bụng và bản cánh vai cột thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

3.1.1.3 Kiểm tra ứng suất tương đương ở bản bụng cột

- Trong bản bụng cột, chỗ liên kết với cánh của dầm vai, sẽ chịu thêm lực ngang do momen dầm vai chia thành lực dv dv

) nên xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp Do đó phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức:

Bảng 3.22 Nội lực cột tại tiết diện vai cột

Tiết diện Đặc điểm thành phần nội lực M (kNm) N (kN) V (kN)

Với A b 92.96 cm 2 là diện tích tiết diện bụng cột

Hình 3.46 Mặt đứng vai cột

3.1.2 Tính liên kết đường hàn của tiết diện

- Chọn chiều cao đường hàn hf = 6 mm

- Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh côt được tính như sau:

- Phía ngoài cánh (2 đường hàn): lw = 30 – 1 = 29 cm

- Phía trong cánh (4 đường hàn): lw = 0.5 × (30 − 0.8) −1.6 cm

- Ở bản bụng (2 đường hàn): lw = 43 – 1 = 42 cm

Diện tích tiết diện và mô men chống uốn của các đường hàn trong liên kết là yếu tố quan trọng, đặc biệt khi xem xét lực cắt chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu.

- Khả năng chịu lực của các đường hàn liên kết được kiểm tra theo:

3.1.3 Kích thước của cặp sườn gia cường.

3.2 1Chân cột ngàm với móng

Bảng 3.23 Bảng nội lực chân cột

Tiết diện Đặc điểm thành phần nội lực M (kNm) N (kN) V (kN)

Chân cột Trường hợp 1 (TH4) M max  , N , V tu tu 536.834 -9.8869 111.549

Chân cột Trường hợp 2 (TH105) M , N , Vmin tu tu -582.53 -173.65 -103.36

Chân cột Trường hợp 3 (TH7) Nmax, M , Vtu tu -194.84 -506.14 -65.424

- Chọn bề rộng bản đế hơn bề rộng cột 16 cm

- Chiều dài bản đế được tính theo công thức:

- Trong đó: Rb,loc: là cường độ chịu nén tính toán cục bộ của bê tông móng b,loc b b

- Đối với bê tông có cấp độ bền B20:

-  b hệ số tăng cường độ, chọn

Với Am là diện tích mặt móng

- là hệ số phụ thuộc đặc điểm phân bố tải trọng, phân bố không đều   0.75

- Với cặp nội lực trên:

- Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông neo, chiều dài bản đế với giả thiết

Hình 3.47 Kích thước bản đế

- Ứng suất dưới bản đế, chọn cặp nội lực để tính toán: max 2

  max Rb,loc 1 kN/cm²

- y1: Tính từ mép ngoài bản đế (điểm có  max ) đến điểm có ứng suất bằng 0

- Để tính chiều dày bản đế, tính ứng suất lớn nhất tại biên mỗi ô bản

Hình 3.48 Sơ đồ tính ô bản 1 và 2

- Tính momen uốn (trên một đơn vị dài) trong các ô bản đế theo công thức

Momen uốn trong ô bản đế thứ i được ký hiệu là Mi, trong khi di là nhịp tính toán của ô bản đế đó Ứng suất phản lực của bê tông móng trong ô bản thứ i được biểu thị bằng σi Hệ số αb là giá trị tra bảng, phụ thuộc vào loại ô bản và tỷ số các cạnh của chúng.

Bảng 3.24 Hệ số α b với bản kê 3 cạnh hoặc 2 cạnh liền kề b2/a2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.4 2 >2 αb 0.06 0.074 0.088 0.097 0.107 0.112 0.120 0.126 0.132 0.133

- Ô 1 (bản kê 2 cạnh liền kề):

- Tra bảng, nội suy ta được: αb = 0.06

- Tra bảng, nội suy ta được: αb = 0.08

- Vậy, bề dày của bản đế được xác định theo công thức max bd c

- Dầm đế được hàn vào bản cánh cột Chọn hf = 8mm.

- Kích thước dầm đế chọn như sau: bề dày 1cm, bề rộng 46cm

- Chiều cao dầm đế theo điều kiện truyền lực: dd c

- Sơ đồ tính sườn là dầm công xôn ngàm vào bản bụng cột bằng 2 đường hàn liên kết

Hình 3.49 Sơ đồ tính sườn A

- Ứng suất phân bố đều tại tâm ô bản 2: c 0.308 kN/cm²

- Chọn bề dày sườn ts = 1 cm Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn: s s s c

3.2.3.1 Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương:

- Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột là hf = 1 mm

- Khả năng chịu lực của sườn A được đảm bảo

- Tương tự , với bề rộng truyền tải vào sườn là: B 1.5 l   s 1.5 14.0 21 cm  qs 0.798 21 16.758 kN / cm 

- Chọn bề dày sườn ts = 1.4 cm

- Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn: s s s c

3.2.4.1 Kiểm tra điều kiện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương

- Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế hf = 1.2 cm Diện tích tiết diện và moment uốn của các đường hàn là:

- Khả năng chịu lực của các đường hàn liên kết được kiểm tra theo công thức:

Hình 3.50 Cấu tạo chân cột

Để xác định bu lông neo, cần lựa chọn cặp nội lực M và N tại chân cột, nơi xảy ra lực kéo lớn nhất giữa bản đế và móng (Mmax, Ntu, Vtu) Từ bảng tổ hợp nội lực, chúng ta sẽ chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất.

Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là 51.4 cm, tại vị trí có ứng suất tối đa σmax Khoảng cách từ mép biên bản đế đến tâm bu lông được chọn là 7 cm, như thể hiện trong hình vẽ.

- Khoảng cách từ điểm đặt của lực dọc đến trọng tâm của biểu đồ ứng suất nén:

- Bố trí bu lông neo cách mép ngoài bản đế 7 cm: bd c 51.4 y L 7 100 7 75.87 cm

Hình 3.51 Sơ đồ bó trí bu lông ngàm chân cột với móng

- Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột:

- Chọn thép bu lông neo mác CT38 có fba = 1500 daN/cm² Diện tích tiết diện cần thiết của một bu lông neo: yc 1 2 ba

- Chọn bu lông ϕ48 có Abn = 14.8 cm 2

- Tính lại tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột:

- Lb là khoảng cách giữa 2 dãy bu lông neo ở hai biên của bản đế

- Do T2 < T1 nên đường kính bu lông neo đã chọn đã đạt yêu cầu.

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bulong:

- Bulong đã chọn thỏa yêu cầu chịu cắt.

3.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế

Các đường hàn liên kết giữa tiết diện cột và bản đế được tính toán dựa trên momen và lực dọc từ các đường hàn ở bản cánh, trong khi lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chịu Nội lực tính toán được chọn từ bảng tổ hợp nội lực, tương ứng với cặp đã sử dụng để tính toán bu lông neo, trong khi các cặp khác không có mức độ nguy hiểm tương tự.

- Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc phân vào theo: k

- Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột (kể cả đường hàn liên kết dầm vào bản đế):

- Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản cánh cột:

- Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột:

- Kết hợp cấu tạo chọn hf = 0.8 cm.

Liên kết cột với xà ngang

- Chọn cặp tổ hợp nội lực gây kéo lớn nhất để tính toán ( Mmax, Ntu, Vtu )

Hình 3.52 Bố trí bulong trong liên kết cột với xà ngang

3.3.1 Tính toán bu lông liên kết cột với xà ngang

- Chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bu lông chọn là d = 22 mm Bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách như hình.

- Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy như sau:

- Khả năng chịu kéo của một bu lông

- Trong đó: ftb : Cường độ tính toán chịu kéo của bu lông f tb 40 kN / cm 2

Abn : Diện tích thực của thân bu lông.

- Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao:

Cường độ tính toán chịu kéo của bu lông cường độ cao trong liên kết ma sát được xác định bằng công thức fhb = 0.7fub, trong đó fub là cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bu lông, có giá trị là 110 kN/cm² với mác thép 40Cr.

A: Diện tích tiết diện của thân bu lông. γb1: Hệ số điều kiên làm việc của liên kết. γb2, μ : Hệ số độ tin cậy và hệ số ma sát của liên kết nf : Số lượng mặt ma sát của liên kết (nf = 1)

- Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do mô men phân vào:

- Do Nb max 115.59 kN N tb 121.2 kN nên các bu lông đủ khả năng chịu kéo

- Kiểm tra khả năng chịu trượt của một bu lông:

- Khả năng chịu cắt của bu lông được đảm bảo

- Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn:

N = N × h h là lực kéo tác dụng lên 1 bu lông thứ i

3.3.3 Tính toán đường hàn liên kết tiết diện dầm với mặt bích

- Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía ngoài cánh kể cả ở sườn lw  4 (14.3 1) 2 (9.5 1) 70.2 cm    

- Lực kéo trong bản cánh ngoài do mô men và lực dọc phân vào: k

- Vậy chiều cao cần thiết của đường hàn này:

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết giữa bản bụng cột và mặt bích cần được xác định dựa trên lực cắt lớn nhất xuất hiện tại đỉnh cột, theo bảng tổ hợp.

- Chọn chiều cao đường hàn là 0.6 cm

Hình 3.53 Cấu tạo mối nối cột với xà ngang

Thiết kế mối nối xà ( ở nhịp )

- Trong bảng tổ hợp nội lực, chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà:

- Bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích kích thước như sau:

- Bề rộng: ls = 1.5hs = 1.5 × 9 5 cm

3.4.1 Tính toán bu lông liên kết:

Hình 3.54 Sơ đồ bố trí bu lông mối nối nhịp xà

Chọn bu lông cường độ cao, cấp độ bền 8.8 với đường kính dự kiến là 20 mm Bố trí bulong thành 2 dãy, đảm bảo khoảng cách giữa các bulong tuân thủ quy định.

- Lực kéo tác dụng vào một bulong ở dãy dưới cùng do moment phân vào.

- Do Nb max 93.82 kN N tb 98 kN nên các bu lông đủ khả năng chịu lực

- Khả năng chịu cắt của các bu lông được kiểm tra theo công thức:

- Bề dày của mặt bích xác định từ các điều kiện sau:

- Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả sườn): lw  4 (14.3 1) 2 (9.4 1) 70 cm    

Chiều cao tối thiểu của các đường hàn liên kết giữa bản bụng cột và mặt bích cần được xác định, dựa trên khả năng chịu lực cắt lớn nhất trong nhịp xác định từ bảng tổ hợp.

- Chọn chiều cao đường hàn là 6 mm

Hình 3.55 Chi tiết mối nối xà ( nhịp )

Chi tiết nối đỉnh xà

- Trong bảng tổ hợp nội lực, chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà:

Cặp nội lực nguy hiểm nhất trong tổ hợp nội lực xuất hiện do tải trọng nguy hiểm trên tiết diện xà, tương tự như liên kết giữa cột và xà ngang Để đảm bảo độ bền, cần chọn bu lông cường độ cao cấp 8.8 với đường kính dự kiến là 20mm, được bố trí thành 2 hàng Ngoài ra, ở phía ngoài của 2 bản cánh xà ngang, cần lắp đặt 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước giống như chi tiết nối xà.

- Bề rộng: ls = 1.5hs = 1.5 × 9.5cm

Hình 3.56 Sơ đồ bố trí bulong ở vị trí mối nối đỉnh xà

Lực kéo tác dụng lên bu lông ở vị trí dưới cùng được xác định bởi momen và lực dọc phân vào Với momen dương, tâm quay được coi là trùng với dãy bu lông ở phía trên cùng.

- Do Nb max 77.466 kN N tb 98kN nên các bu lông đủ khả năng chịu lực

- Khả năng chịu cắt của các bu lông được kiểm tra theo công thức:

- Bề dày của mặt bích xác định từ các điều kiện sau:

- Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh dưới (kể cả sườn): lw  4 (14.3 1) 2 (9.4 1) 70 cm    

Chiều cao tối thiểu của các đường hàn liên kết giữa bản bụng cột và mặt bích cần được xác định dựa trên lực cắt lớn nhất tại đỉnh cột, theo bảng tổ hợp.

- Kết hợp chọn chiều cao đường hàn là 6 mm

Hình 3.57 Chi tiết mối nối đỉnh xà

- Ứng suất trong đường hàn góc bản cánh:

- Ứng suất trong đường hàn bản bụng

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	3,65 MB