Đồ Án kết cấu công trình thép thiết kế khung chịu lực nhà công nghiệp bằng kết cấu thép một tầng, một nhịp với các số liệu thiết kế như sau

Dữ liệu cầu trục ta được thông số:Bề rộng cầu trục Bk mm Khoảng cách bánh xe Kk mm Trọng lượng cầu trục G T Trọng lượng xe con Gxc T Lực Pmax T Lực Pmin T ` Ghi chú các ký hiệu ở bảng tr

KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG NGANG

Khung ngang được cấu tạo từ cột đặc và xà ngang có tiết diện chữ I, với cột có tiết diện không đổi Cột liên kết ngàm với móng và kết nối cứng với xà Để đáp ứng yêu cầu kiến trúc và thoát nước, xà ngang được chọn có độ dốc i = 10% cho khung nhịp dưới 60m.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.1: Sơ đồ khung ngang

BỐ TRÍ HỆ LƯỚI CỘT

Theo phương ngang nhà bố trí với 2 bước 6m và 3 bước 5m, công trình có tổng cộng 5 bước gian Bố trí cột có nhịp L = 27m.

Theo phương dọc nhà bố trí với bước cột b = 6m, công trình có tổng cộng 10 bước cột.Công trình có chiều dài 60m và bỏ qua bố trí khe nhiệt.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.2: Mặt bằng định vị cột

KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG (THEO PHƯƠNG ĐỨNG)

1.3.1 CHIỀU CAO CỦA CỘT, TÍNH TỪ MẶT MÓNG ĐẾN ĐỈNH CỘT (ĐÁY XÀ NGANG)

Chiều cao sử dụng là chiều cao từ mặt nền đến cánh dưới vì kèo phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, được xác định theo công thức

(Lấy chẵn 100mm) Trong đó:

Cao trình đỉnh ray là khoảng cách tối thiểu từ mặt nền đến mặt ray cầu trục Thông số này thường được xác định dựa trên yêu cầu sử dụng và công nghệ trong nhiệm vụ thiết kế.

: Chiều cao từ mặt ray đến mép dưới vì kèo phụ thuộc chủ yếu vào kích thước cầu trục;

: Chiều cao gabarit của cầu trục, là khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của cầu trục, lấy theo catalogue cầu trục (Hc = Hk = 1380mm);

100mm: Khe hở an toàn giữa cầu trục và vỉ kèo;

: Độ võng của vỉ kèo và việc bố trí hệ giằng thanh cánh dưới, f lấy bằng 200 400 mm phụ thuộc vào nhịp của nhà ( );

1.3.2 CHIỀU CAO CỦA PHẦN CỘT TRÊN, TỪ VAI CỘT ĐỠ DẦM CẦU TRỤC ĐẾN ĐÁY XÀ NGANG

Chiều cao thực của cột trên từ vai đỡ dầm cầu trục đến mép dưới vỉ kèo:

: Chiều cao dầm cầu trục, lấy theo phần thiết kế dầm cầu trục có sẵn hoặc giả thiết chọn sơ bộ khoảng nhịp dầm (bước cột);

Chiều cao tổng cộng của ray và đệm ray trên cầu trục phụ thuộc vào loại cầu trục và thường được quy định theo tiêu chuẩn ray, với kích thước sơ bộ khoảng 200mm Để đảm bảo chiều cao chính xác, việc thiết kế dầm cầu trục cần được thực hiện trước.

1.3.3 CHIỀU CAO CỦA PHẦN CỘT DƯỚI, TÍNH TỪ MẶT MÓNG ĐẾN MẶT TRÊN CỦA VAI CỘT

Chiều cao thực của cột dưới tính từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết diện:

;Với: là phần cột chôn dưới cao trình nền, lấy khoảng 600-1000mm Do yêu cầu đề đồ án xem cột liên kết với cao trình tại 0.000 nên lấy

1.3.4 KÍCH THƯỚC CHIỀU CAO KHUNG NGANG

Tổng chiều dài của cột là:

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.3: Kích thước khung ngang

CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG

Nhịp nhà được xác định theo trục định vị tại mép ngoài cột với chiều dài L = 27m Khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột cũng cần được tính toán chính xác để đảm bảo an toàn cho công trình.

Cột nhà công nghiệp là cấu kiện chịu nén lệch tâm, trên tiết diện có tác dụng mô men

Mx trong mặt phẳng khung, ngoài ra còn có trường hợp mô men tác dụng ngoài mặt phẳng

Để chọn tiết diện cột, cần xác định nội lực tính toán và chiều dài tính toán của cột trong và ngoài mặt phẳng khung Ix, Iy Chiều dài tính toán của cột phụ thuộc vào liên kết ở hai đầu thanh trong sơ đồ khung.

Trong cấu trúc nhà, cột được liên kết với móng ở chân cột và với xà ngang ở đầu cột Các loại liên kết này có thể là ngàm hoặc khớp, và chúng có thể khác nhau tùy thuộc vào cách thức hoạt động của tiết diện.

Sau khi thiết kế được tiết diện, cần phải cấu tạo cho phù hợp với sơ đồ tính của khung.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.4: Kích thước tiết diện cột chữ I- (h x b x tf x tw)

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột Khoảng cách từ trục định vị đến ray cầu trục:

Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng:

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

(thỏa điều kiện vận hành cầu trục)

Bề rộng tiết diện cột:

Bề dày bản bụng nên chọn khoảng (1/100 1/70) h và để đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6 mm:

Vậy tiết diện cột là: I – 800 x 350 x 10 x 14

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.5: Hình dạng tiết diện dầm mái

Chiều cao tiết diện tại nút dầm mái liên kết với cột:

Chọn , thông thường nên chọn bằng với chiều cao cột.

Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung chọn Vậy chiều cao của dầm mái giảm dần từ 800mm (tại nút khung) xuống 400mm (tại đỉnh khung)

Bề dày bản bụng nên chọn khoảng (1/100 1/70) h1 và để đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6 mm:

Tiết diện dầm mái tại nút khung là I – 800 x 350 x 10 x 14

Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là I – 400 x 350 x 10 x 14

Tiết diện dầm mái có thể ghi là I – (800 – 400) x 350 x 10 x 14

Xác định vị trí thay đổi tiết diện dầm mái:

Chiều dài đoạn dầm mái thay đổi tiết diện được xác định theo công thức sau:

Vai cột có vai trò quan trọng trong việc chịu tải trọng từ cầu trục và truyền tải trọng này xuống cột Đối với cột giật bậc, vai cột thường nằm trong chiều cao của cột dưới và còn chịu phản lực từ cánh trong của cột trên Trong trường hợp cột có tiết diện không đổi, vai cột hoạt động như một dầm công xôn với tiết diện chữ I, liên kết với cánh trong của cột Tiết diện của vai cột được xác định dựa trên tải trọng cầu trục, bước khung, và nhịp của dầm vai, tức là khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép trong của vai cột.

Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Chiều dài vai cột (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột):

Trong đó: là chiều cao cột;

0,15m là khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột.

Chọn chiều cao dầm vai tại điểm đặt lực Dmax là 300mm.

Chiều cao dầm vai tại vị trí ngàm với cánh trong của cột là 450mm

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 vai cột (dầm vai) là I – (450 – 300) x 300 x 8 x 10

Lưu ý: Khi lựa chọn tiết diện cột hoặc nhịp cầu trục phải đảm bảo khoảng hở giữa mép trong cột và cầu trục

Vị trí của cột theo đường lưới: a=0 cho Q 30T a = 250mm cho 30T < Q 75T a = 500mm cho Q > 75T

Chiều cao phần sơ bộ của cột: ht 0mm

Kiểm tra vị trí của dầm cầu trục:

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.6: Các thông số cơ bản tại vai cột

1.4.4 TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN CỦA CỬA TRỜI

Cửa trời đóng vai trò quan trọng trong việc thông gió tự nhiên cho nhà thép tiền chế Kích thước cửa trời được lựa chọn dựa trên yêu cầu thông thoáng và phải đảm bảo không cho nước mưa tạt vào bên trong Các liên kết giữa cột cửa trời, dầm mái và dầm - cột cửa trời là những liên kết cứng, góp phần tăng cường độ bền cho cấu trúc.

Cửa trời có 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 nằm trong khoảng từ 1/8 đến 1/4 nhịp nhà, trong khi chiều cao cửa trời thường bằng một nửa bề rộng Trong trường hợp này, bề rộng cửa trời được chọn là 4 m và chiều cao là 3 m Cột và dầm mái cửa trời được thiết kế với tiết diện chữ I, đảm bảo tính chắc chắn và hiệu quả cho cấu trúc.

Chiều cao tiết diện cột cửa trời 200mm

Bề rộng bản cánh cột và dầm mái cửa trời là 100mm

Bề dày bản bụng: 8mm

Bề dày bản cánh: 10mm

Tiết diện dầm, cột cửa trời là: I – 200 x 100 x 8 x 10

HỆ GIẰNG CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP

Hệ giằng trong nhà công nghiệp là yếu tố quan trọng giúp duy trì độ cứng không gian của công trình Đối với các công trình thép, với đặc tính vật liệu dẻo và cường độ cao, tiết diện thường nhỏ và độ mảnh lớn, việc gia tăng độ cứng cho nhà là điều cần thiết.

Hệ giằng là một bộ phận rất quan trọng trong nhà thép tiền chế Các tác dụng của hệ giằng như sau:

• Đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng không gian cho kết cấu chịu lực.

Khung nhà phải chịu các tải trọng theo phương dọc và vuông góc với mặt phẳng khung, bao gồm lực gió tác động lên tường đầu hồi, lực hãm từ cầu trục và tác động của động đất Những lực này cần được truyền tải xuống móng một cách hiệu quả.

• Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho cột, dầm mái.

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

Hệ giằng không chỉ giúp giảm chiều dài tự do, mà còn tăng cường ổn định cho các cấu kiện trong nhà công nghiệp Bên cạnh đó, nó còn chịu tải trọng gió từ phía đầu hồi và lực hãm của cầu trục Hệ giằng được chia thành hai phần chính: hệ giằng ở mái và hệ giằng ở cột.

Khi tính toán giằng cột, thường sử dụng hai sơ đồ: sơ đồ một nhịp và sơ đồ hai nhịp Trong trường hợp công trình có cầu trục và cột cao, việc lựa chọn sơ đồ hai nhịp là hợp lý, như được thể hiện trong hình vẽ.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.7: Hệ giằng X có thanh chống

P Tải trọng đầu hồi quy về tập trung đặt tại nút giẳng.

Ncb1 Lực dọc (kéo) của thanh giằng cột trên và dưới.

Ncb2 Lực dọc (kéo) của thanh giằng cột dưới.

H1 Chiều cao cột trên (tính từ vai cột lên).

H2 Chiều cao cột dưới (tính từ mặt sàn hoàn thiện).

B Khoảng cách các khung ngang (bước cột).

1.5.1.2 TÍNH TOÁN THANH GIẰNG CỘT

- Bước 1: Xác định tải trọng gió từ đầu hồi và quy về tải tập trung P đặt tại nút giằng. + Tải trọng gió tại đầu hồi: d

Áp lực gió tiêu chuẩn được xác định dựa vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình Đối với công trình thuộc vùng gió IIB, cần tham khảo bảng 4 trong TCVN 2737:1995 để xác định chính xác áp lực gió.

Hệ số áp lực gió phụ thuộc vào cao độ z của công trình và dạng địa hình nơi xây dựng Đặc biệt, nếu công trình nằm ở vùng địa hình B, sự thay đổi của áp lực gió sẽ được tính toán dựa trên những yếu tố này.

Theo bảng 5 của TCVN 2737:1995, hệ số khí động được xác định dựa vào hình dạng của mặt đón gió Dựa vào sơ đồ 2 và 8 trong tiêu chuẩn này, mặt đón gió được lấy làm cơ sở để tính toán.

Hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy

+ Quy tải trọng gió về tải tập trọng đặt tại đỉnh cột (nút giằng) một cách tương đương:

- Bước 2: Xác định lực dọc (kéo) trong các thanh giằng cột trên và dưới.

Dựa vào sơ đồ tính của hệ giằng cột, hệ giằng X có thanh chống và bỏ qua sự làm việc của các thanh chịu nén Liên kết giữa hệ giằng và cột gần chân cột được xem như khớp Qua việc giải bài toán Cơ học kết cấu, ta có thể xác định giá trị của các thông số cần thiết.

+ Góc giữa thanh giằng cột trên so với phương ngang:

+ Góc giữa thanh giằng cột dưới so với phương ngang:

+ Lực dọc trong thanh giằng cột trên:

+ Lực dọc trong thanh giằng cột dưới:

- Bước 3: Kiểm tra ứng suất trong thanh giằng cột.

* Thông số vật liệu thanh giằng:

Chọn thanh giằng bằng thép sợi với đường kính 20 là bước đầu trong quá trình kiểm tra thiết kế Bước này nhằm đảm bảo rằng đường kính được chọn không chỉ đáp ứng tiêu chuẩn bền vững mà còn tối ưu hóa khả năng làm việc của vật liệu.

+ Cường độ tính toán chịu kéo của thép sợi

+ Hệ số tin cậy của thép làm thanh giằng:

* Ứng suất trong thanh giằng:

+ Ứng suất trong thanh giằng cột trên:

+ Ứng suất trong thanh giằng cột dưới:

Trong đó: A Là tiết diện ngang của thanh giằng.

* Kiểm tra điều kiện bền:

Thanh giằng cột trên và cột dưới cần sử dụng cùng loại đường kính và vật liệu Do đó, chỉ cần kiểm tra điều kiện bền cho thanh giằng cột dưới, vì nó chịu ứng suất lớn hơn.

Vậy tiết diện thanh giằng đường kính 20 đảm bảo điều kiện bền.

+ Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của vật liệu:

- Bước 4: Quy tải giằng cột về phân bố đều.

Mục đích của việc quy tải giằng cột về phân bố đều là để xác định tĩnh tải tác động lên khung ngang, từ đó hỗ trợ cho việc mô hình hóa và xác định nội lực trong khung.

+ Khối lượng trên mét dài của thanh giằng: (Phụ thuộc vào đường kính thanh giằng lựa chọn).

+ Chiều dài của thanh giằng cột 1 (trên):

+ Chiều dài của thanh giằng cột 2 (dưới):

+ Tải trọng hệ giằng cột quy đổi về phân bố đều:

B: Khoảng cách các khung ngang (bước khung).

H: Chiều cao cột khung ngang (bao gồm cả cột trên và cột dưới).

Bố trí thanh giằng cột gồm 2 thanh chéo để khi tải trọng gió đổi chiều thì 1 thanh chịu kéo làm việc.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.8: Bố trí hệ giằng cột

Hệ giằng mái được bố trí theo phương ngang tại hai gian đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), sao cho :

- Khoảng cách giữa các giằng bố trí không quá năm bước cột

- Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng chéo và thanh chống, với yêu cầu thanh chống có độ mảnh tối đa ≤ 200 Thanh giằng chéo được làm từ thép tròn có tiết diện 20, trong khi thanh chống được chọn là 2C20 Để đảm bảo ổn định cho dầm mái khi chịu tải, giằng mái được bố trí lệch lên phía trên Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của dầm mái sẽ chịu nén và cần được gia cường bằng các thanh chống xà gồ, với mỗi xà gồ bố trí một thanh chống Tiết diện thanh chống được chọn là L50x5, và điểm liên kết với xà gồ cách tim dầm mái khoảng 680 mm Thêm vào đó, việc bố trí thanh chống dọc đỉnh khung có tiết diện 2C20 sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công lắp ghép.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG

NGANG.9: Chi tiết thanh chống xà gồ

1.5.2.1 SƠ ĐỒ TÍNH HỆ GIẰNG MÁI

Hệ giằng mái tương tự như hệ giằng cột, bao gồm hai thanh giằng chéo trong một ô hình chữ nhật, tập trung vào thanh chịu kéo Khi tải trọng gió thay đổi hướng, luôn có một thanh chịu kéo hoạt động.

Khi thiết kế hệ giằng mái, cần xác định khoảng cách giữa các xà gồ, thường là từ 1 đến 1,5m, và các nút giằng mái thường cách nhau từ hai đến ba lần khoảng cách xà gồ Đối với công trình có nhịp L = 27m, hệ giằng mái được làm bằng thép mạ kẽm hình chữ C hoặc Z, với khoảng cách giằng sơ bộ là 1m Hệ thống giằng này liên kết chặt chẽ với khung chính, đảm bảo chịu lực và hỗ trợ mái tôn phía trên Sơ đồ tính toán hệ giằng mái theo phương ngang nhà (giằng khung đầu hồi) được bố trí hợp lý để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.10: Hình bố trí hệ giằng mái

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.11: Sơ đồ tính toán hệ giằng mái theo phương ngang nhà trên mặt bằng

Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.12: Sơ đồ tính hệ giằng mái theo phương ngang nhà trên mặt đứng

1.5.2.2 TÍNH TOÁN THANH GIẰNG MÁI

- Bước 1: Xác định tải trọng gió từ đầu hồi và quy về tải tập trung P1, P2, P3 đặt tại các nút của hệ giằng.

Tải trọng gió tác dụng từ đầu hồi truyền vào (W) được phân bố trên mái và sau đó vào nút giằng mái như sau:

Trong đó: a là khoảng cách giữa các nút giằng

- Bước 2: Xác định lực dọc (kéo) trong các thanh giằng mái.

Dựa vào sơ đồ tính của hệ giằng mái và bỏ qua sự làm việc của các thanh chịu nén, ta xem liên kết giữa hệ giằng và dầm mái là khớp Qua việc giải bài toán Cơ học kết cấu, chúng ta xác định được giá trị của các thông số liên quan.

+ Góc giữa thanh giằng mái so với phương ngang:

+ Lực dọc (kéo) trong thanh giằng:

Vậy chọn thanh giằng mái chịu lực kéo lớn nhất là F2 để kiểm tra điều kiện bền.

- Bước 3: Kiểm tra ứng suất trong thanh giằng mái.

* Thông số vật liệu thanh giằng:

THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG

THIẾT KẾ XÀ GỒ CỘT

2.1.1 TỔNG QUAN VỀ XÀ GỒ CỘT

Liên kết các nút khung đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành hệ kết cấu không gian cho công trình, giúp đỡ kết cấu bao che và truyền tải trọng từ bên ngoài lên khung ngang.

Khoảng cách xà gồ được xác định dựa trên tải trọng từ các yếu tố như vật liệu bao che, hệ thống MEP, trần treo và hệ thống cách nhiệt, cùng với khoảng cách khung ngang Ngoài ra, khoảng cách này còn phụ thuộc vào nhịp nhà Trong quá trình thiết kế, ban đầu sẽ giả định khoảng cách xà gồ phù hợp, sau đó tiến hành tính toán và kiểm tra Đối với xà gồ thép cán nguội loại Z và C, khoảng cách giữa các xà gồ thường nhỏ hơn 2m, thường được chọn là 1.5m.

Hiện nay, trong kết cấu nhà công nghiệp, xà gồ thường được sử dụng chủ yếu là hai loại: xà gồ thép cán nguội với tiết diện chữ C và Z, phù hợp cho các nhịp nhà nhỏ và vừa.

+ Xà gồ thép cán nóng (tiết diện C): Dùng cho nhà nhịp lớn (nhà vượt nhịp lớn).

Trong tính toán Đồ án, công trình có nhịp vừa nên sẽ dùng xà gồ thép cán nguội chữ Z

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.13: Xà gồ thép cán nguội chữ Z

2.1.2 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN XÀ GỒ CỘT

Xà gồ cột là cấu kiện chịu uốn theo hai phương x và y Xà gồ mái thường được thiết kế dựa trên sơ đồ dầm đơn giản hoặc dầm liên tục, tùy thuộc vào cách kết nối giữa xà gồ và cột.

Trong Đồ án, hệ xà gồ mái được thiết kế với độ cứng trong mặt phẳng khi chịu uốn, do đó có thêm các ty giằng xà gồ, dẫn đến việc sơ đồ tính toán xà gồ là dầm liên tục Tuy nhiên, để đảm bảo tính đơn giản và an toàn, sinh viên thường lựa chọn phương pháp tính toán theo sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) cho cả hai phương, chịu tải trọng phân bố đều.

2.1.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XÀ GỒ CỘT

2.1.3.1 THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC, ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

VÀ VẬT LIỆU CỦA XÀ GỒ

- Chiều dài nhịp tính toán của xà gồ:

- Chọn sơ bộ khoảng cách xà gồ: ,

* Thông số đặc trưng hình học:

Bài toán thiết kế xà gồ cột là một quá trình lặp lại, bắt đầu bằng việc chọn tiết diện xà gồ Sau đó, cần tính toán tải trọng và xác định nội lực trong xà gồ, đồng thời kiểm tra điều kiện bền và võng Nếu tiết diện đã chọn đáp ứng yêu cầu, quá trình sẽ hoàn tất Ngược lại, nếu không thỏa mãn, cần lặp lại quy trình cho đến khi tìm được tiết diện xà gồ phù hợp.

Chọn tiết diện xà gồ: Xà gồ thép càn thép nguội tiết diện chữ Z (200Z20)

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x:

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục y-y:

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục x-x:

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục y-y:

- Trọng lượng bản thân xà gồ trên mét dài:

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.14: Tiết diện xà gồ cột chữ Z thép cán nguội

* Thông số đặc trưng vật liệu xà gồ:

- Cường độ giới hạn dẻo của thép làm xà gồ:

- Hệ số tin cậy về cường độ của thép làm xà gồ:

- Cường độ tính toán của thép làm xà gồ:

- Hệ số điều kiện làm việc của thép làm xà gồ:

- Modul đàn hồi của thép làm xà gồ:

2.1.3.2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN XÀ GỒ CỘT

Tải trọng tác dụng lên xà gồ cột bao gồm: Tải trọng phân bố theo phương x (qx) và y (qy)

Tải trọng qx gây ra momen uốn My và tải trọng qy gây ra momen uốn Mx

* Xác định tải trọng q x (tĩnh tải):

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.15: Tĩnh tải của xà gồ cột

Tải trọng qx tác dụng lên xà gồ cột là trọng lượng bản thân xà gồ, lớp bao che.

- Trọng lượng bản thân xà gồ cột:

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét vuông):

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét dài):

(Bằng trọng lượng lớp bao che trên 1 mét vuông x khoảng cách xà gồ).

- Giá trị tĩnh tải tiêu chuẩn:

- Giá trị tĩnh tải tính toán:

(Hệ số tin cậy về TLBT γg = 1.1)

* Xác định tải trọng q y (hoạt tải gió):

- Áp lực gió phân bố:

Áp lực gió tiêu chuẩn phụ thuộc vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình Đối với công trình nằm trong vùng gió IIB, cần tham khảo bảng 4 trong TCVN 2737:1995 để xác định áp lực gió phù hợp.

Hệ số áp lực gió phụ thuộc vào cao độ z của công trình và dạng địa hình nơi xây dựng Đặc biệt, nếu công trình nằm ở vùng địa hình B, sự thay đổi của áp lực gió sẽ được tính toán dựa trên các yếu tố này.

Theo bảng 5 TCVN 2737:1995 trang 14, hệ số khí động của gió được xác định khi gió thổi theo phương ngang nhà Đối với mặt phẳng thẳng đứng, cần xem xét cả gió đẩy và gió hút Việc tính toán này là cần thiết để đảm bảo an toàn khi gió đổi chiều.

- Tải trọng gió tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ cột:

- Tải trọng gió tính toán phân bố trên xà gồ cột:

2.1.3.3 - XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG XÀ GỒ CỘT.

Sơ đồ tính xà gồ cột là dầm tĩnh định chịu tải trọng phân bố đều q.

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.16: Sơ đồ tính toán nội lực của xà gồ cột

Sử dụng 1 thanh giằng giằng tại giữa nhịp xà gồ:

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.17: Bố trí 1 thanh giằng tại giữa nhịp xà gồ

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.18: Momen theo 2 phương x và y

- Momen uốn lớn nhất của xà gồ theo phương x (do tải trọng qy gây ra):

- Momen uốn lớn nhất của xà gồ theo phương y (do tải trọng qx gây ra):

2.1.3.4 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN ỨNG SUẤT PHÁP.

- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ cột theo công thức sau:

- Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của tiết diện xà gồ:

Xét tỷ số: => Tận dụng được 86.35% sự làm việc của tiết diện.

=> Tiết diện xà gồ 200Z20 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

2.1.3.5 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG XÀ GỒ

Xà gồ chịu uốn theo hai phương, nên kiểm tra độ võng xà gồ như sau:

- Độ võng của xà gồ:

- Kiểm tra độ xà gồ với độ võng cho phép:

Xét tỷ số: Tận dụng được 75.23% sự làm việc của tiết diện. Tiết diện xà gồ 200Z20 thỏa điều kiện độ võng cho phép.

2.1.3.6 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG XÀ GỒ CỘT QUY ĐỔI.

Sau khi hoàn thành thiết kế tiết diện cho xà gồ cột, bước tiếp theo là xác định tải trọng quy đổi của xà gồ cột Điều này rất quan trọng để phục vụ cho việc tính toán tải trọng tác động lên khung ngang.

Tải trọng quy đổi xà gồ cột (tải phân bố đều trên mét vuông) được xác định như sau:

Trọng lượng của xà gồ cột 200Z20 trên mét dài,

Số lượng xà gồ cột trên một khung ngang, Chọn 8 xà gồ.

Lần lượt là chiều dài của xà gồ và khoảng cách các khung ngang, Lcp = B = 6m.

Chiều cao cột của công trình, Hc = 10.3m.

THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI CÔNG TRÌNH

2.2.1 TỔNG QUAN VỀ XÀ GỒ MÁI

Liên kết các nút khung trong hệ kết cấu không gian công trình đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự ổn định và liên kết cho toàn bộ cấu trúc Chúng không chỉ hỗ trợ kết cấu bao che mà còn giúp truyền tải trọng lực từ bên ngoài lên khung ngang, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho công trình.

Bố trí xà gồ cần được xác định dựa trên tải trọng tác dụng như vật liệu bao che, hệ thống MEP, trần treo và hệ thống cách nhiệt, cùng với khoảng cách khung ngang Khoảng cách xà gồ cũng phụ thuộc vào nhịp nhà và thường được giả định sơ bộ trước khi tiến hành tính toán và kiểm tra Đối với xà gồ thép cán nguội loại Z và C, khoảng cách giữa các xà gồ thường nhỏ hơn 2m, với lựa chọn phổ biến là 1.5m.

- Tiết diện xà gồ: Hiện nay xà gồ dùng cho kết cấu nhà công nghiệp thường dùng hai loại chính bao gồm:

+ Xà gồ thép cán nguội (tiết diện chữ C, Z): Dùng cho nhịp nhà nhỏ và vừa (nhà công nghiệp).

+ Xà gồ thép cán nóng (tiết diện C): Dùng cho nhà nhịp lớn (nhà vượt nhịp lớn).

Trong tính toán Đồ án, công trình có nhịp vừa nên sẽ dùng xà gồ thép cán nguội chữ Z.

2.2.2 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN XÀ GỒ MÁI

Xà gồ mái là cấu kiện chịu uốn theo hai phương x và y, thường được thiết kế theo sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) hoặc dầm liên tục (nhiều nhịp) Phương pháp tính toán xà gồ mái phụ thuộc vào cách cấu tạo tại các nút liên kết giữa xà gồ và cột.

Trong Đồ án, hệ xà gồ mái được thiết kế với độ cứng theo phương trong mặt phẳng khi chịu uốn, do đó cần có thêm các ty giằng xà gồ, dẫn đến việc sơ đồ tính xà gồ được coi là dầm liên tục Tuy nhiên, sinh viên thường lựa chọn phương pháp tính toán đơn giản và an toàn hơn, do đó áp dụng sơ đồ dầm đơn giản (một nhịp) cho cả hai phương và chịu tải trọng phân bố đều.

2.2.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI

2.2.3.1 THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC, ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

VÀ VẬT LIỆU CỦA XÀ GỒ MÁI

- Chiều dài nhịp tính toán của xà gồ:

- Chọn sơ bộ khoảng cách xà gồ trên mặt bằng:

- Độ dốc mái công trình: i = 10% Góc nghiêng của mái

- Khoảng cách xà gồ trên mặt phẳng nghiêng:

* Thông số đặc trưng hình học:

Thiết kế xà gồ mái là quá trình lặp lại, bắt đầu bằng việc chọn tiết diện xà gồ Tiếp theo, cần tính toán tải trọng và xác định nội lực trong xà gồ, sau đó kiểm tra điều kiện bền và võng Nếu tiết diện đáp ứng yêu cầu, sẽ được chấp nhận; nếu không, quá trình sẽ tiếp tục lặp lại cho đến khi tìm được tiết diện xà gồ phù hợp.

Chọn tiết diện xà gồ: Xà gồ thép cán nguội tiết diện chữ Z (200Z15).

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x:

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục y-y:

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục x-x:

- Momen kháng uốn của tiết diện đối với trục y-y:

- Trọng lượng bản thân xà gồ trên mét dài:

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.19: Tiết diện xà gồ cột chữ Z thép cán nguội

* Thông số đặc trưng vật liệu xà gồ:

- Cường độ giới hạn dẻo của thép làm xà gồ:

- Hệ số tin cậy về cường độ của thép làm xà gồ:

- Cường độ tính toán của thép làm xà gồ:

- Hệ số điều kiện làm việc của thép làm xà gồ:

- Modul đàn hồi của thép làm xà gồ:

2.2.3.2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN XÀ GỒ MÁI

Xà gồ mái chịu tải trọng tĩnh tải (TLBT xà gồ và lớp bao che) và hoạt tải (tải trọng gió, hoạt tải mái).

Tải trọng tác dụng lên xà gồ mái bao gồm: Tải trọng phân bố theo phương x (qx) và y (qy)

Tải trọng (qx) gây ra momen uốn My và tải trọng (qy) gây ra momen uốn Mx

* Xác định tải trọng tĩnh tải (TLBT).

Giá trị tĩnh tải tác dụng lên xà gồ mái được xác định như sau:

- Trọng lượng bản thân xà gồ mái:

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét vuông):

- Trọng lượng lớp bao che (tính theo tải trên mét dài):

* Xác định hoạt tải gió.

- Áp lực gió phân bố:

Áp lực gió tiêu chuẩn phụ thuộc vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình Đối với công trình thuộc vùng gió IIB, cần tra cứu bảng 4 TCVN 2737:1995 để xác định áp lực gió chính xác.

Hệ số áp lực gió phụ thuộc vào cao độ z của công trình và dạng địa hình nơi xây dựng Đặc biệt, khi công trình nằm trong vùng địa hình B, sự thay đổi của áp lực gió sẽ được tính toán để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.

, tra bảng 5 TCVN 2737:1995 xác định

Hệ số khí động của gió được xác định khi gió thổi theo phương ngang nhà, đặc biệt là đối với mặt phẳng xiên theo mái Thông tin chi tiết về việc xác định hệ số này có thể tham khảo trong sơ đồ 8 của Bảng 6 TCVN 2737:1995.

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.20: Sơ đồ tra hệ số khí động c khi tính tải trọng gió theo sơ đồ 8

Công trình có độ nghiêng mái , tỷ số ta tra được các hệ số khí động khi tính gió tác dụng lên mái như sau:

Chọn hệ số khí động lớn nhất:

(Giá trị âm và dương trước hệ số chỉ dùng để ký hiệu hướng gió hướng ra và hướng vào).

- Tải trọng gió tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ:

- Tải trọng gió tính toán phân bố trên xà gồ:

* Xác định hoạt tải mái:

Theo TCVN 2737:1995, tải trọng tác dụng lên mái công trình được xác định rõ ràng Cụ thể, đối với mái bằng không sử dụng, như mái tôn không có người đi lại và chỉ có người sửa chữa, tải trọng tiêu chuẩn được quy định trong Bảng 3 của tiêu chuẩn này.

- Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ:

- Giá trị hoạt tải tính toán phân bố trên xà gồ:

Là hệ số tin cậy đối với hoạt tải.Theo TCVN 2737:1995,

- Xác định nội lực và kiểm tra cho xà gồ mái với trường hợp 1

Trường hợp 1: Tĩnh tải + Hoạt tải mái.

Sơ đồ tính xà gồ mái là dầm tĩnh định chịu tải trọng phân bố đều q.

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.21: Sơ đồ tính toán nội lực xà gồ mái

Với tổ hợp tĩnh tải và hoạt tải mái, tổng tải trọng q tác dụng lên xà gồ (q hướng theo trọng trường) được xác định như sau:

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.22: Sơ đồ truyền tải nội lực của xà gồ mái

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.23: Quy tải về trục x-y

- Giá trị tải tiêu chuẩn:

- Giá trị tải tính toán:

Xác định tải phân bố tác dụng theo phương x và phương y:

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương x:

- Giá trị tải tính toán theo phương x:

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương y:

- Giá trị tải tính toán theo phương y:

Xác định giá trị nội lực trong xà gồ mái:

Hình THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG.24: Sơ đồ tính

*Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp

- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ mái theo công thức sau:

Xét tỷ số: Tận dụng được 40.78% sự làm việc của tiết diện.

Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

*Kiểm tra độ võng xà gồ

- Độ võng theo phương x : (có ty giằng)

- Kiểm tra độ võng xà gồ với độ võng cho phép:

Xét tỷ số: Tận dụng được 34.36% sự làm việc của tiết diện. Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện độ võng cho phép.

- Xác định nội lực và kiểm tra cho xà gồ mái với trường hợp 2

Trường hợp 2: Tĩnh tãi + Hoạt tải gió.

Với tổ hợp tĩnh tải và hoạt tải gió, tổng tải trọng q tác dụng lên xà gồ (q hướng theo trọng trường) được xác định như sau:

- Giá trị tải tiêu chuẩn:

- Giá trị tải tính toán:

Xác định tải phân bố tác dụng theo phương x và phương y:

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương x:

- Giá trị tải tính toán theo phương x:

- Giá trị tải tiêu chuẩn theo phương y:

- Giá trị tải tính toán theo phương y:

Xác định giá trị nội lực trong xà gồ mái:

*Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp

- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ mái theo công thức sau:

Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.

*Kiểm tra độ võng xà gồ

- Độ võng theo phương x : (có ty giằng)

- Kiểm tra độ xà gồ với độ võng cho phép:

Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện độ võng cho phép.

- Tính toán tải trọng xà gồ mái quy đổi

Sau khi thiết kế loại tiết diện cho xà gồ mái, cần xác định tải trọng quy đổi của xà gồ mái để phục vụ cho việc tính toán tải trọng tác động lên khung ngang.

Tải trọng quy đổi xà gồ mái (tải phân bố đều trên mét vuông) được xác định như sau:

Trọng lượng của xà gồ mái 200Z20 trên mét dài,

Số lượng xà gồ mái trên một khung ngang, Chọn 28 xà gồ.

Lần lượt là chiều dài của xà gồ và khoảng cách các khung ngang,

Kích thước nhịp khung ngang của công trình,

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG

3.1.1 XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang bao gồm các yếu tố quan trọng như trọng lượng của lớp bao che, trọng lượng bản thân của hệ giằng mái và cột, trọng lượng bản thân của xà gồ mái và cột, cùng với trọng lượng bản thân của dầm cầu trục.

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.25: Sơ đồ tính tĩnh tải tác dụng lên khung ngang.

* Xác định tải trọng phân bố đều trên xà ngang :

- Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn tác dụng lên xà mái được xác định theo công thức sau:

- Tải trọng phân bố đều tính toán tác dụng lên xà mái được xác định theo công thức sau:

Trọng lượng lớp bao che trên mái, lấy

Trọng lượng bản thân giằng mái quy đổi, (được tính toán ở phần thiết kế hệ giằng mái).

Trọng lượng bản thân xà gồ mái quy đổi, (được tính toán ở phần thiết kế xà gồ mái).

Khoảng cách giữa các khung ngang (bước khung),

* Xác định tải trọng tập trung đặt tại đỉnh cột :

Tải trọng bao che, xà gồ cột và hệ giằng cột sẽ phân bố đều dọc theo trục của cột Lực này được quy đổi thành lực tập trung tại đỉnh cột, với giá trị lực tập trung được xác định theo các phương pháp tính toán phù hợp.

Trọng lượng bản thân giằng cột quy đổi, (được tính toán ở phần thiết kế hệ giằng cột).

Trọng lượng bản thân xà gồ cột quy đổi, (được tính toán ở phần thiết kế xà gồ cột).

* Xác định tải trọng tập trung do TLBT dầm cầu trục và ray :

- Các thông số chọn sơ bộ của dầm cầu trục (tiết diện chữ I tổ hợp) được xác định như sau:

+ Chiều cao tiết diện dầm:h = 700mm (Được xác định sơ bộ ở Chương 1).

+ Chiều rộng tiết diện dầm: bf = 300mm (Lấy bằng chiều rộng tiết diện cột).

+ Chiều dày bản cánh dầm: tf = 14mm (Lấy bằng chiều dày bản cánh tiết diện cột).

+ Chiều dày bản bụng dầm: tw = 8mm (Lấy bằng chiều dày bản bụng tiết diện cột).

+ Diện tích mặt cắt ngang của tiết diện:

Trọng lượng bản thân của dầm cầu trục:

( : Trọng lượng riêng của thép).

Trọng lượng bản thân ray được lấy giả thuyết là:

-Tổng tải trọng tập trung tiêu chuẩn:

-Tổng tải trọng tập trung tính toán:

3.1.2 XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI MÁI TÁC DỤNG LÊN KHUNG

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.26: Sơ đồ tính hoạt tải tác dụng lên khung

Giá trị hoạt tải tác dụng lên mái được xác định theo TCVN 2737:1995 Theo Bảng 3 của tiêu chuẩn này, đối với mái bằng không sử dụng, như mái tôn không có người đi lại trừ trường hợp sửa chữa, giá trị hoạt tải tiêu chuẩn cần được áp dụng.

- Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn phân bố lên khung ngang được xác định như sau:

- Giá trị hoạt tải tính toán phân bố lên khung ngang được xác định như sau:

Trong đó: Giá trị hệ số tin cậy hoạt tải được xác định theo điều 4.3.3 của

TCVN 2737:1995 (Đối với giá trị thì lấy ). Lưu ý: Ngoài hoạt tải chất đầy, ta lấy thêm hoạt tải nửa trái, hoạt tải nửa phải.

Hình tính toán tải trọng và nội lực khung ngang là một phần quan trọng trong thiết kế kết cấu Sơ đồ tính tĩnh tải tác dụng lên khung ngang (TT) giúp xác định các lực và mô men tác động lên cấu trúc Đặc biệt, sơ đồ tính khung hoạt tải nửa mái trái cần được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính an toàn và ổn định cho công trình.

(HTT) b) Sơ đồ tính khung hoạt tải nửa mái phải

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.28: Sơ đồ tính khung hoạt tải nửa mái

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.29: Sơ đồ tính khung hoạt tải mái chất đầy (HT)

3.1.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN KHUNG

Tải trọng gió trên khung ngang bao gồm hai thành phần chính: gió tác động vào cột và gió tác động lên mái Áp lực gió tính toán tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995.

- Giá trị tải trọng tiêu chuẩn:

- Giá trị tải trọng tính toán:

= 1.2: hệ số tin cậy của tải trọng gió.

Giá trị tiêu chuẩn áp lực gió tĩnh (Wo) được xác định theo bản đồ phân vùng, với địa điểm phân vùng gió IIB có Wo = 95 (daN/m²) tương đương 0.95 (kN/m²) Hệ số k được sử dụng để điều chỉnh áp lực gió theo độ cao và địa hình, trong đó chọn dạng địa hình B, tức là địa hình trống trải với ít vật cản cao dưới 1.5m Hệ số c là yếu tố khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu.

B: Bề rộng của diện đón gió khung đang xét (bước khung).

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.30: Sơ đồ 8 tra hệ số khí động theo TCVN 2737:1995.

Kích thước chính của sơ đồ tính toán:

Xác định hệ số khí động :

Các hệ số khí động được tra theo sơ đồ 2 và 8, TCVN 2737:1995

Khoảng cách từ sàn hoàn thiện đến nóc gió: H1 = Hc + h1 + Hct = 14.65m;

H2 = Hc = 10.3m góc nghiêng của mái

Với tỷ số: , góc nghiêng của mái

Với tỷ số: , tỷ số

Với tỷ số: , góc nghiêng của mái

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.1:Tính toán tải trọng gió

(m) k Hệ số c Hệ số vượt tải

Cột cửa trời đón gió 95 14.45 1.071 0.7 1.2 6 5.128 4.273

Mái cửa trời đón gió 95 14.65 1.074 -0.56 1.2 6 -4.084 -3.404

Cột cửa trời hút gió 95 14.45 1.071 -0.6 1.2 6 -4.395 -3.663

Mái cửa trời hút gió 95 14.65 1.074 -0.4086 1.2 6 -3.002 -2.501

Khi gió thổi theo phương dọc của ngôi nhà, khung ngang cũng sẽ chịu tác động từ lực gió Tuy nhiên, nội lực này không gây nguy hiểm cho khung như khi gió thổi theo phương ngang.

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.31: Tải gió trái (GT)

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.32: Tải gió phải (GP)

3.1.4 XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐỨNG TẢI TRỌNG CẦU TRỤC LÊN KHUNG NGANG Áp lực đứng

Cầu trục mang vật nặng di chuyển dọc theo nhà bằng cách sử dụng bánh xe chạy trên ray và dầm cầu trục, trong khi chuyển động ngang được thực hiện nhờ xe con.

Trọng lượng của cầu trục (trọng lượng bản thân, xe con, vật nặng) áp lực

P lên các bánh xe ở hai bên cầu trục.

:khi xe con mang vật nặng Q di chuyển về bên trái, áp lực lên ray ở mỗi bánh xe có giá trị và bên phải có áp lực

Các áp lực P di dộng theo phương dọc nhà tạo ra các áp lực thẳng đứng

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.2: Thông số cầu trục

- Giá trị áp lực tiêu chuẩn:

- Giá trị áp lực đứng tính toán:

Hệ số tính đến sự làm việc đồng thời của hai cầu trục trong chế độ nhẹ và trung bình là 1,1, thể hiện độ tin cậy của hệ thống Giá trị áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất và nhỏ nhất ở mỗi bánh xe của cầu trục được quy định theo loại cầu trục Tung độ của đường ảnh hưởng áp lực vai tại vị trí thứ i cũng cần được xem xét trong bài toán.

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.33: Sơ đồ đường ảnh hưởng áp lực đứng vai cột

Các giá trị tung độ đường ảnh hưởng được xác định theo quy tắc nội suy đường thẳng sẽ được công thức tính toán như sau:

Suy ra: Tổng các tung độ của đường ảnh hưởng áp lực đứng vai cột là:

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.3: Tính toán tải trọng cầu trục

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.34: Sơ đồ tính khung với áp lực D max lên cột trái (DMAXT)

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.35: Sơ đồ tính khung với áp lực D max lên cột phải (DMAXP)

3.1.5 XÁC ĐỊNH ÁP LỰC NGANG T CẦU TRỤC TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

Cầu trục có khả năng mang vật nặng (sức trục Q) và di chuyển theo phương ngang nhờ vào xe con Khối lượng di động bao gồm cả vật nặng Q và xe con, tạo ra lực xô ngang, được thể hiện qua áp lực lên các bánh xe ở đầu ray trục.

Các áp lực di động theo phương dọc nhà tạo ra các áp lực ngang T lên cột.

Tính toán áp lực ngang T:

- Giá trị áp lực ngang tiêu chuẩn:

- Giá trị áp lực ngang tính toán:

Trong đó: là hệ số kể đến sự làm việc đồng thời 2 cầu trục ( chế độ nhẹ và trung bình) là hệ số độ tin cậy: = 1.1

: áp lực ngang tiêu chuẩn trên 1 bánh xe cầu trục; : số lượng bánh xe 1 bên cầu trục

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.36: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái (TMAXTA)

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.37: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải (TMAXPD)

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.14: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái (TMAXTD)

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.15: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải (TMAXPA)

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH

Trong đồ án này, sinh viên đã chọn mô hình khung phẳng (khung giữa) trong phần mềm Etabs nhằm tăng cường tính an toàn và đơn giản hóa quá trình tính toán, từ đó xác định nội lực trong khung ngang một cách hiệu quả.

Sơ đồ tính mô hình trong phần mềm được xác định như sau:

- Nhịp tính toán được xác định từ mép ngoài cột đến mép ngoài cột.

- Chiều cao cột lấy bằng khoảng cách từ mặt móng đến trọng tâm dầm mái có tiết diện không đổi.

Khi thiết kế công trình chịu tải trọng động của cầu trục, việc lựa chọn liên kết giữa cột và móng là ngàm là rất quan trọng Mặc dù cấu tạo của liên kết này có phần phức tạp, nhưng nó giúp phân phối momen từ đỉnh cột xuống chân cột một cách hiệu quả.

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.16: Sơ đồ tính khung ngang

MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU KHUNG NGANG BẰNG PHẦN MỀM ETABS 52 1 KHAI BÁO ĐẶT TRƯNG TIẾT DIỆN

Hiện nay, có nhiều phần mềm hỗ trợ phân tích kết cấu như SAP 2000, Robot Structural Analysis và Etabs Trong đồ án, sinh viên sử dụng phần mềm Etabs 17 để phân tích nội lực và chuyển vị của khung ngang Các bước cơ bản để mô hình hóa bài toán sẽ được trình bày chi tiết.

- Khai báo mô hình, thiết lập hệ lưới trục và thiết lập hệ đơn vị trong phần mềm.

- Khai báo vật liệu thép nhằm xác định TLBT (loại thép, trọng lượng riêng, hệ số Possion).

- Khai báo tiết diện thép chữ I tổ hợp hàn (tiết diện cột, đầu dầm, đỉnh dầm, vai cột, nóc gió).

Khi thực hiện khai báo tải trọng tác dụng lên khung ngang, cần chú ý đến các trường hợp như tĩnh tải, hoạt tải toàn phần, hoạt tải nửa trái, hoạt tải nửa phải, gió trái, gió phải, áp lực đứng lớn nhất bên trái, áp lực đứng lớn nhất bên phải, áp lực ngang bên trái và áp lực ngang bên phải Lưu ý rằng không cần khai báo tổ hợp tải trọng trong phần mềm, vì sinh viên sẽ xuất kết quả nội lực và tổ hợp tải trọng qua Excel.

- Vẽ mô hình và gán các trường hợp liên kết nối đất.

- Gán các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung ngang.

- Kiểm tra lại mô hình, đánh lại tên cho cấu kiện và lựa chọn mô hình phân tích nội lực.

Chạy nội lực và kiểm tra các điều kiện chuyển vị (đỉnh, ngang) Nếu các điều kiện được thỏa mãn, xuất kết quả nội lực sang Excel để tổ hợp Nếu chưa thỏa mãn, tiếp tục điều chỉnh tiết diện cho đến khi đạt yêu cầu.

3.3.1 KHAI BÁO ĐẶT TRƯNG TIẾT DIỆN Ở đây, ta sẽ khai báo đặc trưng của các loại tiết diện như: cột, dầm mái,dầm vai cột, cửa trời, mái cửa trời

Dầm mái có tiết diện: I - (800-400)x300x8x14

Dầm vai có tiết diện: I – (400-350)x300x8x10

Cột cửa trời, mái cửa trời có tiết diện: I - 200x100x8x10

3.3.2 KHAI BÁO CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.17: Khai báo các trường hợp tải

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.4: Bảng các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung

2 HT Hoạt tải tác dụng lên mái toàn phần (chất đầy)

3 HTT Hoạt tải tác dụng lên mái trái

4 HTP Hoạt tải tác dụng lên mái phải

5 GT Gió thổi ngang nhà, hướng từ trái sang phải

6 GP Gió thổi ngang nhà, hướng từ phải sang trái

7 DMAXT Áp lực đứng Dmax cột trái

8 DMAXP Áp lực đứng Dmax cột phải

9 TMAXTA Áp lực ngang lớn nhất cột trái âm

10 TMAXPD Áp lực ngang lớn nhất cột phải dương

11 TMAXTD Áp lực ngang lớn nhất cột trái dương

12 TMAXPA Áp lực ngang lớn nhất cột phải âm

3.3.3 LỰA CHỌN NỘI LỰC KHUNG NGANG

3.3.3.1 LỰA CHỌN NỘI LỰC DẦM MÁI (XÀ NGANG) VÀ CỘT

Khi sử dụng mô hình phân tích khung ngang trong phần mềm phân tích kết cấu, ta có thể xác định nội lực tại bất kỳ tiết diện nào của cấu kiện Tuy nhiên, chỉ cần tập trung vào những tiết diện nguy hiểm theo biểu đồ momen để kiểm tra nội lực Đối với dầm mái (xà ngang), nội lực chỉ cần được xác định tại ba tiết diện chính: đầu dầm (ĐD), giữa dầm (GD), và cuối dầm (CD).

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.18: Vị trí các tiết diện cần xác định của dầm mái

- Đầu dầm (ĐD): Tại vị trí dầm mái liên kết với đỉnh cột.

- Giữa dầm (GD): Tại vị trí giữa đoạn dầm

- Cuối dầm (CD): Tại vị trí kết thúc đoạn dầm (đỉnh dầm).

Kết quả nội lực và giá trị nội lực của dầm mái tại các vị trí tiết diện tương ứng với các trường hợp tải trọng tác động lên khung được trình bày chi tiết trong bảng dưới đây.

Khi sử dụng mô hình phân tích khung ngang trong phần mềm phân tích kết cấu, người dùng có thể xem nội lực tại bất kỳ tiết diện nào của cấu kiện Tuy nhiên, dựa vào biểu đồ momen, việc xác định nội lực chỉ cần tập trung vào các tiết diện nguy hiểm Đối với cột, cần xác định nội lực ở bốn tiết diện chính: chân cột (CC), vai cột dưới (VC-), và vai cột trên.

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.19: Vị trí tiết diện xác định nội lực trong cột và biểu đồ momen cột

- Chân cột (CC): Tại vị trí chân cột (chỗ liên kết ngàm).

- Vai cột dưới (VC-): Tại vị trí phía dưới của vai cột.

- Vai cột trên (VC+): Tại vị trí phía trên của vai cột.

- Đỉnh cột (ĐC): Tại vị trí đỉnh của cột liên kết với dầm mái.

Kết quả chạy thử cho thấy giá trị nội lực của cột tại các vị trí tiết diện tương ứng với từng trường hợp tải trọng tác động lên khung được trình bày trong bảng dưới đây.

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.20: Sơ đồ khung ngang (Labels)

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.21: Lực dọc do TT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.22: Lực cắt do TT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.23: Momen do TT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.24: Lực dọc do HT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.25: Lực cắt do HT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.26: Momen do HT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.27: Lực dọc do HTT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.28: Lực cắt do HTT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.29: Momen do HTT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.30: Lực dọc do HTP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.31: Lực cắt do HTP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.32: Momen do HTP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.33: Lực dọc do DMAXT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.34: Lực cắt do DMAXT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.35: Momen do DMAXT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.36: Lực dọc do DMAXP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.37: Lực cắt do DMAXP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.38: Momen do DMAXP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.39: Lực dọc do TMAXTA

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.40: Lực cắt do TMAXTA

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.41: Momen do TMAXTA

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.42: Lực dọc do TMAXTD

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.43: Lực cắt do TMAXTD

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.44: Momen do TMAXTD

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.45: Lực dọc do TMAXPA

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.46: Lực cắt do TMAXPA

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.47: Momen do TMAXPA

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.48: Lực dọc do TMAXPD

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.49: Lực cắt do TMAXPD

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.50: Momen do TMAXPD

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.51: Lực dọc do GT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.52: Lực cắt do GT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.53: Momen do GT

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.54: Lực dọc do GP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.55: Lực cắt do GP

Hình TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.56: Momen do GP

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.5: Nội lực của dầm mái và cột với từng trường hợp tải trọng tác dụng lên khung ngang.

Loại tải trọng (Đơn vị: M là KN.m, N và V là KN)

TT HT HTT HTP GT GP DMAX

3.3.4 TỔ HỢP NỘI LỰC KHUNG NGANG 3.3.4.1 THIẾT LẬP CÁC TRƯỜNG HỢP TỔ HỢP NỘI LỰC KHUNG

Tải trọng tác dụng lên khung ngang bao gồm nhiều trường hợp khác nhau, với tổng cộng 10 trường hợp tải Mỗi trường hợp tải trọng sẽ tạo ra nội lực riêng trong khung ngang Do đó, việc tổ hợp nội lực từ các trường hợp tải khác nhau là cần thiết để xác định trường hợp tổ hợp bất lợi nhất cho kết cấu, từ đó thực hiện tính toán đảm bảo các điều kiện yêu cầu.

Theo TCVN 2737:1995, tổ hợp tải trọng được chia thành tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt Trong Đồ án này, chỉ xem xét tổ hợp cơ bản do không có các tải trọng đặc biệt như động đất hay cháy nổ Tương tự, tổ hợp nội lực cũng chỉ tập trung vào tổ hợp cơ bản, bao gồm hai trường hợp: tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2.

Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và một tải trọng tạm thời (hoạt tải, gió, …) (hệ số tổ hợp nc =1);

Tổ hợp cơ bản 2 bao gồm nội lực do tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và nội lực từ hai hoặc nhiều tải trọng tạm thời (hoạt tải), với hệ số tổ hợp nội lực là 0,9.

Tại mỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực để thiết kế và kiểm tra:

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

- Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất Mmin và lực nén, lực cắt tương ứng

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

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.6: Các trường hợp tổ hợp nội lực khung ngang

Ký hiệu Thành phần Ký hiệu Thành phần

TH1 TT+HT TH7 TT+DMAXP

TH2 TT+HTT TH8 TT+TMAXTA+DMAXT

TH3 TT+HTP TH9 TT+TMAXPD+DMAXP

TH5 TT+GP TH1 TT+TMAXPA+DMAXP

TH12 TT+0.9(HT+GT) TH3

TH13 TT+0.9(HT+GP) TH3

TH14 TT+0.9(HT+DMAXT) TH3

TH15 TT+0.9(HT+DMAXP) TH4

TH16 TT+0.9(HT+TMAXTA+DMAXT) TH4

TH17 TT+0.9(HT+TMAXTD+DMAXT) TH4

TH18 TT+0.9(HT+TMAXPA+DMAXP) TH4

TH19 TT+0.9(HT TMAXPD+DMAXP) TH4

TT+0.9(HT+GT+DMAXP+TMAXP

TH20 TT+0.9(HTT+GT) TH4

TT+0.9(HT+GT+DMAXP+TMAXP

TH21 TT+0.9(HTT+GP) TH4

TH22 TT+0.9(HTT+DMAXT) TH4

TH23 TT+0.9(HTT+DMAXP) TH4

TT+0.9(HT+GP+DMAXT+TMAXT

TH24 TT+0.9(HTT+TMAXTA+DMAXT) TH4

TT+0.9(HT+GP+DMAXT+TMAXT

D)TH25 TT+0.9(HTT+TMAXTD+DMAXT TH5 TT+0.9(HT+GP+DMAXP+TMAXP

TH26 TT+0.9(HTT+TMAXPA+DMAXP) TH5

TT+0.9(HT+GP+DMAXP+TMAXP

TH27 TT+0.9(HTT+TMAXPD+DMAXP

TH28 TT+0.9(HTP+GT) TH5

TH29 TT+0.9(HTP+GP) TH5

TH30 TT+0.9(HTP+DMAXT) TH5

TH31 TT+0.9(HTP+DMAXP) TH5

TT+0.9(HTT+GT+DMAXP+TMAX

TH32 TT+0.9(HTP+TMAXTA+DMAXT) TH5

TT+0.9(HTT+GT+DMAXP+TMAX

TH33 TT+0.9(HTP+TMAXTD+DMAXT

TH34 TT+0.9(HTP+TMAXPA+DMAXP) TH5

TH35 TT+0.9(HTP+TMAXPD+DMAXP

TH36 TT+0.9(GP+TMAXTA+DMAXT) TH6

TT+0.9(HTT+GP+DMAXP+TMAX

4 TT+0.9(HTP+GT+DMAXT)TH6 TT+0.9(HTP+GT+DMAXP)

TT+0.9(HTP+GT+DMAXP+TMAX

TH75 TT+0.9(HTP+GP+DMAXP+TMA

TH76 TT+0.9(GT+TMAXTA+DMAXT) TH7

TH77 TT+0.9(GT+TMAXTD+DMAXT) TH7

TH78 TT+0.9(GT+TMAXPA+DMAXP) TH7

TH79 TT+0.9(GT+TMAXPD+DMAXP) TH7

TT+0.9(HTP+GP+DMAXP+TMAX

3.3.4.2 TỔ HỢP NỘI LỰC DẦM MÁI Đối với dầm mái tại mỗi vị trí tiết diện ta cần xác định 3 trường hợp tổ hợp sau đây để tiến hành thiết kế, kiểm tra dầm:

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.7: Lựa chọn tổ hợp

Tiết diện Nội lực Tổ hợp Mmax,Ntu,Vtu Tổ hợp Mmin,Ntu,Vtu Tổ hợp Nmax,Mtu,Vtu ĐD

3.3.4.3 TỔ HỢP NỘI LỰC CỘT Đối với cột tại mỗi vị trí tiết diện ta cần xác định 3 trường hợp tổ hợp sau đây để tiến hành thiết kế, kiểm tra dầm:

Bảng TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG.8: Lựa chọn tổ hợp nội lực cột tại các vị trí tiết diện

Tiết diện Nội lực Tổ hợp Mmax,Ntu,Vtu Tổ hợp Mmin,Ntu,Vtu Tổ hợp Nmax,Mtu,Vtu

M max :Giá trị momen mang dấu dương lớn nhất.

M min :Giá trị momen mang dấu âm lớn nhất.

N max : Giá trị lực dọc lớn nhất (thường mang giá trị âm vì lực dọc làm cột bị nén).

V tu Giá trị lực cắt tương ứng và N tu :Giá trị lực dọc tương ứng.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM MÁI

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LIÊN KẾT

Tiêu đề	Đồ Án Kết Cấu Công Trình Thép
Tác giả	Cao Tuấn
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Công Trình Thép
Thể loại	Đồ án

Định dạng
Số trang	171
Dung lượng	6,12 MB