Đồ án môn học kết cấu THÉP II trường ĐH Kiến Trúc TP.HCM... Bạn nào cần fiile cứng (autocadWordExcel,...) liên hệ gmail : quanghuy210498gmail.com mình gửi nha Cảm ơn các bạn đã down file MỤC LỤC 1ĐỀ BÀI: 6 2 SỐ LIỆU THIẾT KẾ : 6 3 THIẾT KẾ KHUNG : 6 3.1 Lựa chọn vật liệu sử dụng : 6 3.2 Xác định các kích thước khung ngang : 7 3.2.1 Xác định kích thước khung đứng : 7 3.2.2Theo phương ngang : 8 3.3Sơ bộ tiết diện các bộ phận khung : 10 3.3.1 Tiết diện cột và xà mái: 10 3.3.2 Chọn tiết diện dầm mái : 11 3.3.3Chọn tiết diện vai cột: 12 3.3.4Chọn kích thước cửa trời : 12 3.4Sơ đồ tính khung ngang : 12 4TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG : 13 4.1Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải ) : 13 4.1.1 Tải trọng lớp hoàn thiện mái : 13 4.1.2Tải trọng lớp hoàn thiện biên (tường ): 13 4.1.3 Tải trọng bản thân của dầm cầu trục : 13 4.1.4 Tải trọng tập trung cửa sổ mái truyền lên dầm mái: 14 4.2Hoạt tải mái : 14 4.2.1Hoạt tải sửa chữa : 14 4.2.2Hoạt tải cầu trục : 16 4.3Tải trọng gió : 19 5XÁC ĐỊNH NỘI LỰC : 23 5.1Thiết lập mô hình bằng phần mềm SAP 2000 : 23 5.2 Xác định và tổ hợp nội lực : 24 5.2.1 Biểu đồ nội lực (M, N, Q) xuất hiện trong khung ngang: 25 5.2.2 Tổ hợp nội lực: 31 6.THIẾT KẾ TOLE, XÀ GỒ : 41 6.1 Tole : 41 6.2 Thiết kế tiết diện tole lợp mái : 43 6.2.1 Tải trọng tác dụng : 43 6.2.2 Thiết kế tiết diện tole lợp mái : 44 6.3 Thiết kế xà gồ : 45 6.3.1 Tải trọng tác dụng : 45 6.3.2 Thiết kế xà gồ : 47 6.4 Thiết kế liên kết tole lợp với xà gồ mái: 49 6.5 Thiết kế liên kết xà gồ mái với dầm: 49 7 THIẾT KẾ XÀ NGANG : 52 7.1 Thiết kế dầm mái 1 (DM1) (dầm trái của nhịp biên 1): 52 7.1.1 Thiết kế tiết diện đầu trái của dầm mái 1 (DM1) : 52 7.1.2 Thiết kế tiết diện cuối dầm DM1: 57 7.2 Thiết kế tiết diện dầm mái 2 (DM2): 61 7.2.1 Thiết kế tiết diện đầu phải của dầm mái 2 (DM2) : 61 7.2.2 Thiết kế tiết diện cuối dầm mái 2 (DM2): 66 7.3 Thiết kế tiết diện dầm mái 3 (DM3): 71 7.3.1 Thiết kế tiết diện đầu trái của dầm mái 3 (DM3) : 71 7.3.2 Thiết kế tiết diện cuối dầm mái 3 (DM3): 76 8 THIẾT KẾ CÁC CỘT : 80 8.1 Thiết kế cột biên C1: 80 8.1.1 Xác định chiều dài tính toán của cột biên C1: 80 8.1.2 Chọn tiết diện cột biên C1: 81 8.1.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn của cột biên C1 83 8.1.4 Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ hai của cột biên C1: 90 8.1.5 Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ ba của cột biên C1: 94 8.2 Thiết kế cột giữa CG1 : 100 8.2.1 Xác định chiều dài tính toán của cột giữa CG1: 100 8.2.2 Chọn tiết diện cột giữa CG1: 102 8.2.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn của cột giữa CG1 104 8.2.4 Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ hai của cột giữa CG1: 111 8.2.5 Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ ba của cột giữa CG1: 116 8.2.6 Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ bốn của cột giữa CG1: 122 9 KIỂM TRA TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ HAI CỦA DẦM VÀ CỘT: 127 9.1 Kiểm tra chuyển vị đứng của đỉnh dầm tại vị trí giữa nhịp: 127 9.2 Kiểm tra chuyển vị đứng của đỉnh dầm tại vị trí giữa nhịp: 128 10 THIẾT KẾ DẦM VAI CỘT GIỮA VC1: 128 10.1 Thiết kế tiết diện dầm vai VC1: 128 a Sơ bộ tiết diện dầm vai : 128 b Các đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai : 129 c Kiểm tra bền của dầm vai: 130 d Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể: 130 e Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng : 131 f Tính toán liên kết hàn bản cánh và bản bụng của dầm vai: 131 10.2 Tính toán liên kết dầm vai vào cột: 132 a Tính toán liên kết bản cánh : 132 b Tính toán liên kết bản bụng : 132 c Chọn kích thước sườn gia cường cho bụng dầm vai : 133 11 THIẾT KẾ LIÊN KẾT: 133 11.1 Thiết kế liên kết côt và dầm : 133 11.1.1 Thiết kế liên kết cột biên CB1 với đầu trái dầm DM1: 133 11.1.2 Thiết kế liên kết cột giữa CG1 với dầm DM2 và DM3: 137 11.2 Thiết kế liên kết nối : 141 11.2.1 Thiết kế liên kết nối hai đoạn cột biên CB1 với nhau: 141 11.2.2 Thiết kế liên kết nối hai đoạn cột giữa CG1 với nhau: 145 11.2.3 Thiết kế liên kết nối hai đoạn dầm mái DM1 với nhau: 148 11.2.4 Thiết kế liên kết nối hai đoạn dầm mái DM2 với nhau: 151 11.2.5 Thiết kế liên kết nối hai đoạn dầm mái DM3 với nhau: 154 11.3 Thiết kê liên kết nối dầm tại đỉnh nhịp: 157 11.3.1 Thiết kế liên kết nối dầm DM1DM2 tại đỉnh nhịp biên 1: 157 11.3.2 Thiết kế liên kết nối dầm DM3DM4 tại đỉnh nhịp giữa: 160 12 THIẾT KẾ LIÊN KẾT CHÂN CỘT: 164 12.1 Thiết kế chân cột biên CB1 : 164 12.1.1 Tính toán bản đế: 164 12.1.2 Tính toán dầm đế chân cột biên CB1: 168 12.1.3 Tính toán sườn đế dài và sườn đế ngắn chân cột biên CB1: 169 12.1.4 Tính toán bulông neo chân cột biên CB1: 173 12.1.5 Tính toán các đường hàn liên kết chân cột biên CB1 vào bản đế: 175 12.2 Thiết kế chân cột giữa CG1 : 176 12.2.1 Tính toán bản đế: 176 12.2.2 Tính toán dầm đế chân cột giữa CG1: 180 12.2.3 Tính toán sườn đế dài và sườn đế ngắn chân cột giữa CG1: 182 12.2.4 Tính toán bulông neo chân cột giữa CG1: 185 12.2.5 Tính toán các đường hàn liên kết chân cột giữa CG1 vào bản đế: 187 13. Hướng dẫn tính toán hệ giằng 188 13.1 Trường hợp đơn giản 188 13.1.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam 188 13.1.2 Theo tiêu chuẩn Úc – AS4100 190 13.1.3 Theo tiêu chuẩn Mỹ AISCASD 190 13.2 Trường hợp đặc biệt: 192
SỐ LIỆU THIẾT KẾ
Cầu trục Q(T ) Áp lực gió ở độ cao 10m q 0
Chiề u dài nhà (m) Độ dốc (%) Đất tự nhiê n (m)
- Dạng địa hình để tính gió là dạng địa hình B;
- Nhịp giữa có 2 cần trục hoạt động với sức trục Q đã cho.Hai nhịp biên không có cầu trục;
- Vật liệu lợp mái :Tole;
- Sử dụng khung thép tiết diện chữ I tổ hợp.Cột có tiết diện không đổi.Dầm có tiết diện thay đổi;
THIẾT KẾ KHUNG
Lựa chọn vật liệu sử dụng
Vật liệu thép Mác CCT38 theo TCVN 338-2005 có cường độ :
2 y 2 v m u 2 c m f = 2300 daN/cm f 22 f = 0.58 = 0.58 = 1200 daN/cm γ 1.05 f 38 f = = 600 daN/cm γ 1.05
- Dùng que hàn N42 theo TCVN 338-2005 ta được số liệu sau: o Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f wun = 410 N/mm = 4100 daN/cm 2 2 o Cường độ tính toán f = 180 N/mm = 1800 daN/cm , wf 2 2
2 f = 0.45f = 0.45 3800 = 1700 daN/cmws u � o Phương pháp hàn tay.
- Dùng Bulong cấp độ bền 5.8 tra bảng trong TCXDVN(338-2005) ta được số liệu sau:
Trạng thái làm việc Ký hiệu Cấp độ bền Cường độ tính toán (daN/cm2 )
Xác định các kích thước khung ngang
3.2.1/ Xác định kích thước khung đứng :
Cầu trục có sức nâng : Q 16( ) T ,tra catalo ta được :
Lực nén lên bánh xe max Pmax
Lực nén lên bánh xe min
Chiều dài cột trên: t K r dct
+ HK: Chiều cao gabarit của cầu trục (khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của cầu trục) – Tra catalogue cầu trục HK = H1 00 mm.
+ C: khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang, chọn C = 300 mm.
+ hdct: chiều cao dầm cầu trục, sơ bộ chọn:
+ hr: chiều cao ray chọn 200 mm
chọn Ht = 2300 mm (do các kích thước này ta nên lấy là bội số của 200mm).
+ Hr – cao trình đỉnh ray, Hr = 11.7 m
+ – Chiều cao mặt nền so với đất tự nhiên, = 0.00 m (xem mặt móng ở mặt đất tự nhiên)
Cột biên : Chọn chiều cao bằng chiều cột giữa
Trục định vị cột biên trùng với mép ngoài cột (a=0)
Trục định vị cột giữa trùng với trục cột :
Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray :
Chiều cao tiết diện cột lấy theo yêu cầu độ cứng :
Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và khung : c
MẶT CẮT NỬA KHUNG NGANG
CHI TIẾT DẦM CẦU CHẠY
Sơ bộ tiết diện các bộ phận khung
3.3.1/ Tiết diện cột và xà mái:
Chọn tiết diện cột đặc của khung nhà bằng thép dạng chữ I như sau:
- Chiều cao tiết diện cột :
- Bề rộng tiết diện cột:
- Bề dày bản cánh : f f t �b f / E 400 230 / 210000 13.23mmChọn tf = 1.4 cm.
3.3.2/ Chọn tiết diện dầm mái :
Dầm có tiết diện chữ I đối xứng thường được thiết kế với đoạn nách khung gần cột chịu momen và lực cắt lớn, do đó tiết diện ở vị trí này thường cao hơn, trong khi tiết diện còn lại giữ nguyên Vị trí của dầm được thay đổi cách mỗi cột 5,5m.
3.3.2.1/ Chọn tiếp diện dầm nhịp biên
- Chiều cao tiết diện tại nách khung: f
- Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung:
- Chiều dàxy bản bụng dầm:
- Chiều dày bản cánh dầm:
3.3.2.1/ Chọn tiếp diện dầm nhịp biên
- Chiều cao tiết diện tại nách khung: f
- Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung:
- Chiều dàxy bản bụng dầm:
- Chiều dày bản cánh dầm:
3.3.3/Chọn tiết diện vai cột:
Lựa chọn tương tự như trên ta có:
- Chiều cao tiết diện vai cột:
- Bề rộng tiết diện vai cột:
- Chiều dày bản bụng vai cột:
- Chiều dày bản cánh vai cột:
3.3.4/Chọn kích thước cửa trời :
Sơ bộ : Thép I20 , khối lượng: 21 kg/m = 0.21 kN/m
+ Chiều cao cột cửa mái : Hcm = 1.5 m;
+ Chiều dài dầm cửa mái :
+ Chiều dài một bên dầm cửa mái :
Độ dốc mái cửa cửa trời lầy bằng độ dốc mái :i %;
3.4/Sơ đồ tính nửa khung ngang :
SƠ ĐỒ TÍNH NỬA KHUNG NGANG
4/TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG :
4.1/Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải ) :
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân của kết cấu và các tải trọng thường xuyên khác Phần mềm sẽ tự động tính toán trọng lượng bản thân khi giải nội lực, nhưng cần điều chỉnh hệ số vượt tải khi sử dụng tải trọng tính toán Ngoài ra, việc xác định độ dốc mái i % cũng rất quan trọng.
4.1.1/ Tải trọng lớp hoàn thiện mái :
Mái sử dụng là mái tole,xà gồ,giằn xà gồ,chọn tải trọng đơn vị g (daN/m ) , tc ht 2 hệ số vượt tải n=1,1.
- Tải trong tiêu chuẩn tác dụng lên mái : tc tc m ht g = g B = 15x8.5 7.5 (daN/m)
- Tải trọng tính toán tác dụng lên mái : tt tc m m g = n.g = 1.1 127.5 0.25 (daN/m)�
4.1.2/Tải trọng lớp hoàn thiện biên (tường ):
Lớp hoàn thiện bên sử dụng tole,chọn tải trọng đơn vị g (daN/m ) tc ht 2 ,hệ số vượt tải n=1,1.
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên cột biên : tc tc b ht g = g B = 15x8.5 = 127.5 (daN/m)
- Tải trọng tính toán tác dụng lên cột biên: tt tc b b g = g n = 127.5 1.1 = 140.25 (daN/m)�
4.1.3/ Tải trọng bản thân của dầm cầu trục :
Trọng lượng dầm cầu trục được chọn sơ bộ là 200 daN/m với hệ số vượt tải n=1,1 Lực tập trung và momen lệch tâm tại vai cột được quy đổi dựa vào khoảng cách từ trọng tâm ray đến trục của cột.
Giá trị tiêu chuẩn của lực tập trung : P = B×200 = 1700 (daN) tc
Giá trị tính toán của lực tập trung : P = 1700×1.2 = 2040 (daN) tt
Giá trị cánh tay đòn : e = L = 0.75 (m) 1
Giá trị tiêu chuẩn của momen : M = 1700 0.75 = 1275 (daN.m) tc �
Giá trị lực tính toán của cầu trục : P = 1.1 170070(daN) tt �
Giá trị momen tính toán của cầu trục : M = 1.1 1275 = 1402.5 (daN.m) tt �
Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái là 30 daN/m 2 , hệ số vượt tải là 1,3.
Quy đổi về lực phân bố đều trên dầm mái :
- Giá trị tiêu chuẩn : p = 30 B = 30 8.5 = 255 (daN/m) tc m � �
- Giá trị tính toán : P = 1.3 255 = 331.5 (daN/m) m tt �
Hoạt tải sửa chữa mái trên cửa sổ mái quy thành lực tập trung truyền xuống dầm mái: P = 331.5 × 1.5 = 497.25 (daN/m) csm tt
Hoạt tải HTCĐ (HT1, đơn vị kN)
Và lần lượt HT1,HT2, HT3, HT4, HT5, HT6 trong mô hình tính toán:
4.2.2.a/ Xác định áp lực đứng của cầu trục: Áp lực đứng Dmax, Dmin của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tập trung đặt tại vai cột Tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của nhiều nhất hai cầu trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó. Trị số của Dmax, Dmin có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi bánh xe dầm cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất Ta xét trường hợp hai cầu trục tiến đến sát nhau:
Trị áp lực đứng tiêu chuẩn của cầu trục truyền lên vai cột xác địn theo công thức : max c max i min c min i
+ n_ hệ số vượt tải của cầu trục, n =1,1;
+ nc _ hệ số tổ hợp, bằng 0.85 khi xét tải trọng do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ, trung bình;
+ P m ax ;P min _áp lực lớn nhất và nhỏ nhất tiêu chuẩn của 1 bánh xe của cầu trục(tra catalo cầu trục): , ;
+ Tổng trọng lượng cầu trục: G = 6.8 Tấn = 68 kN;
+ Từ hình vẽ, ta xác định được các giá trị yi : y1 = 1; y2 = (5.5/8.5) x 1 =0.64705; y3 = (7.9/8.5) x 1 =0.9294; y4 = (4.9/8.5) x 1 =0.5764;
Do áp lực D m ax ;D min đặt lêch tâm so với trục cột nên cần kể đến momen lệch tâm tương ứng: max max min min
M =D e Với e _ khoảng cách từ trục ray đến trục cột, e = 0,75 (m)
Giá trị tiêu chuẩn của áp lực,momen :
2 tc max tc tc max max
M = D e = 364.103×0.75 = 273.077 (kN.m) tc 2 min tc tc min min
Giá trị tính toán của áp lực,momen (hệ số vượt tải n=1,1 ): tt tc max max tt tc max max tt tc min min tt tc min min
Dmax phải (kN) 4.2.2.b/Xác định lực hãm ngang của cầu trục :
Lực hãm ngang T tiêu chuẩn của cầu trục tác động lên cột khung thông qua dầm hãm, với điểm đặt nằm ở cánh trên của dầm cầu trục (tại cao trình mặt ray) Hướng của lực có thể ra ngoài hoặc vào trong, được xác định theo công thức cụ thể.
T n T �y nc _ hệ số tổ hợp, lấy bằng 0,85
T1 _ lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục xecon 1
+ n0 là số bánh xe 1 bên của cầu trục, no=2;
Lực hãm ngang tính toán (lấy hệ số vượt tải bằng 1.1): tt tc max max
T = n T = 1.2×3.697=4.437(kN)� Giá trị lực hãm được gán trong mô hình tính toán:
Theo TCVN 2737-1995, công trình có H < 40m không kể đến thành phần động của tải trọng gió và thành phần tĩnh được xác định như sau:
+ Wc = 100 daN/m 2 : Tính với số liệu đề bài cho - Áp lực gió tiêu chuẩn tại độ cao 10m.
+ B – Bề rộng đón gió bằng bước cột B = 8.5 m
+ c – Hệ số khí động: Tra theo sơ đồ 13, TCVN 2737-1995
+ n = 1.2 : hệ số tin cậy tùy thuộc vào tuổi thọ công trình (50 năm).
+ k – hệ số kể đến sự thay đổi độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình. Đối với độ cao < 10m lấy k = 1.
Thống nhất ở đề bài, công trình xây dựng tại dạng địa hình B.
Xác định hệ số k theo độ cao:
Bảng 1 Tải trọng gió tác dụng vào Cột
Mặt khuất gió q tc (kN/m ) q tt (kN/m ) q tc (kN/m ) q tt (kN/m )
Bảng 2 Tải trọng gió tác dụng vào dầm mái
Bảng 3 Tải trọng gió tác dụng vào cửa mái
Tải trọng gió được gán trong mô hình tính toán:
5.1/Thiết lập mô hình bằng phần mềm SAP 2000 :
Sinh viên thực hiện giải nội lực bằng phần mềm SAP2000 v14 với kích thước như đã trình bày.
Khai báo các trường hơp tải trọng :
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân của kết cấu và các tải trọng thường xuyên khác như lớp hoàn thiện mái, lớp hoàn thiện bên, và tải trọng của dầm cầu trục Đối với các tải trọng thường xuyên, chúng ta khai báo theo quy định đã nêu, trong khi trọng lượng bản thân kết cấu được điều chỉnh với hệ số vượt tải n=1.
Hoạt tải sửa chữa mái bao gồm 6 trường hợp: HT1, HT2, HT3, HT4, HT5 và HT6 Các trường hợp hoạt tải này có thể xuất hiện đồng thời, tạo ra tình huống nguy hiểm nhất đối với tiết diện đang được xem xét.
- Hoạt tải cầu trục: khi khai báo trong mô hình,hoạt tải cầu trục bao gồm các trường hợp sau :
T trái, max T trái, min T phải, max T phải min
Hoạt tải gió có 2 trường hợp :
Gió thổi từ trái sang phải (Gió trái);
Gió thổi từ phải sang trái (Gió phải).
5.2/ Xác định và tổ hợp nội lực :
Trước khi xuất nội lực từ mô hình, ta đặt lại tên các phần từ như sau :
Mô hình thiết kế (ở chế độ extrude view)
5.2.1/ Biểu đồ nội lực (M, N, Q) xuất hiện trong khung ngang:
5.2.1.a/ Nội lực phát sinh do tĩnh tải (gồm trọng lượng bản thân của cột, vai cột, dầm và vật liệu hoàn thiện) tác dụng lên khung ngang:
5.2.1.b/ Nội lực phát sinh do hoạt tải sửa chữa mái: a Trường hợp 1 (HTCD):
Lực cắt Q b Trường hợp 2 (HT1):
Lực cắt Q c Trường hợp 3 (HT2):
Lực cắt Q c Trường hợp 4 (HT3):
5.2.1.c/ Nội lực phát sinh do hoạt tải cầu trục tác dụng lên vai cột:
5.2.1.d/ Nội lực phát sinh do lực hãm xe con: a Tmax TR tác dụng lên cột trái của nhịp giữa, hướng từ trái qua:
Lực cắt Q b Tmax Ph tác dụng lên cột trái của nhịp giữa, hướng từ phải qua:
5.2.1.e/ Nội lực phát sinh do hoạt tải gió tác dụng lên khung ngang (Gió trái):
Lưu ý rằng các trường hợp hoạt tải đối xứng với những trường hợp đã được trình bày ở trên sẽ không được đề cập trong phần thuyết minh này.
Mục đích của tổ hợp nội lực là xác định các cặp nội lực nguy hiểm nhất tại mỗi tiết diện của cột hoặc dầm trong khung ngang Trong đồ án này, tổ hợp nội lực sẽ tìm ra ba cặp nội lực nguy hiểm tại mỗi tiết diện.
Cặp là cặp nội lực có giá trị momen lớn nhất mang dấu + và lực cắt, lực dọc tương ứng.
Cặp là cặp nội lực có giá trị momen lớn nhất mang dấu - và lực cắt, lực dọc tương ứng.
Cặp nội lực là yếu tố quan trọng trong tính toán cấu trúc, với cặp có giá trị lực cắt lớn nhất và momen, lực dọc tương ứng khi phân tích dầm Đối với cột, cặp nội lực được xác định dựa trên giá trị lực nén lớn nhất cùng với momen và lực cắt tương ứng.
Hệ số tổ hợp: giá trị là 1,0 cho Tĩnh tải & một loại Hoạt tải
Công thức tính: Tổ hợp cơ bản 1 = Tĩnh tải + một loại Hoạt tải
Hệ số tổ hợp: giá trị là 1,0 cho Tĩnh tải & 0,9 mọi loại Hoạt tải
Công thức tính: Tổ hợp cơ bản 1 = Tĩnh tải + 0,9
Dựa trên các giá trị của Tổ Hợp Nội Lực Cơ Bản 1 và Tổ Hợp Cơ Bản 2, chúng ta có thể xác định được Nội Lực Thiết Kế cho các Dầm và Cột như được trình bày dưới đây.
Bảng nội lực cột biên
Bảng nội lực cột giữa
Bảng nội lực cột cửa mái
Bảng tổ hợp nội lực: (đơn vị của các giá trị nội lực là kN.m với momen và kN với lực cắt và lực nén)
Tổ hợp nội lực dầm 5 ( Dầm biên )
Tổ hợp nội lực dầm 8 (Dầm biên)
Tổ hợp nội lực dầm giữa 12 nhịp giữa.
Tổ hợp nội lực cột biên 1
Tổ hợp nội lực cột giữa 2
6.THIẾT KẾ TOLE, XÀ GỒ :
- Chọn loại tole 9 sóng vuông, cao 21mm(được tra từ catalo của công ty Ngô Long).
- Ta dự tính chọn khoảng cách xà gồ theo phương ngang là 1.1m,tra bảng thông số của tole do nhà sản xuất ta có thông số sau :
Bảng thông số kĩ thuật :
Khoảng cách theo phương xiên của xà gồ :
Tra bảng ta chọn tole có bề dày t=0.3 (mm);để tiện cho việc thi công nên đặt khoảng cách xà gồ theo phương xiên cũng là 1.1m;
Tôn Độ dày sau mạ màu
Trọng lượng sau mạ màu
Hoạt tải Khoảng cách xà gồ tối đa t L P h Jx Wx độ dốc 10% mm mm Kg/m mm 104mm 4 103mm 3 Kg/m 2 mm
6.2/ Thiết kế tiết diện tole lợp mái :
Tải trọng tole : + Tải trọng tiêu chuẩn :g = 2.65 (kg/m) tc tole tc tc tole tole tt tc tole tole q = g = 2.65 (daN/m) q = n×q = 1.1×2.65 = 2.92 (daN/m)
Tải trọng gió được xác định với hệ số vượt tải n=1.2, theo mục 3.5.2 về tải trọng gió phân bố trên dầm mái của khung ngang Giá trị tải trọng gió lớn nhất là tải trọng gió tại dầm mái 2 (DM2) của nhịp biên 1.
tc g tt tc g g q = W×k×c = 100× 1.046+1.066 ÷2 ×(-0,5) = - 52.8 (daN/m) q = n×q = - 52.8×1.2 = - 63.36 (daN/m)
Hoạt tải sửa chữa mái tole được xác định với tiêu chuẩn p 0 = 0 daN/cm² và hệ số vượt tải n = 1.3 theo TCVN 2737-1995 Hoạt tải này được chia thành hai thành phần p 1 và p 2 Cụ thể, p 1 được tính bằng công thức p = p × cosα, với p = 30 daN/m cho α = 0.995, cho kết quả p 1 = 29.85 daN/m Tương tự, p 2 được tính bằng p = p × sinα, với p = 30 daN/m cho α = 0.1001, cho kết quả p 2 = 3.0056 daN/m Cuối cùng, sau khi nhân với hệ số vượt tải n, p 1 trở thành 38.805 daN/m và p 2 là 3.907 daN/m.
6.2.2/ Thiết kế tiết diện tole lợp mái :
Thiết kế tiết diện tôn lợp mái yêu cầu xem xét hai tổ hợp tải trọng Tuy nhiên, vì đã lựa chọn trước tiết diện tôn, chỉ cần kiểm tra lại các điều kiện bền và biến dạng của tôn dựa trên từng loại tổ hợp tải trọng.
Tổ hợp 1 : Tĩnh tải và gió : tt tt tt tole g q =q +q = 2.92 - 63.36 = - 60.44 (daN/m) tt 2 2 x q ×a 66.28×1.1
Kiểm tra điều kiện bền của tole :
� Đảm bảo điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện biến dạng : tc tc tc tole g q =q +q =2.65 - 52.8 = - 50.15 (daN/m) tc 3
� Đảm bảo điều kiện biến dạng.
Tổ hợp 2: Tĩnh tải và hoạt tải sử dụng: tt (1) tt tt (1) q tole =q + ptole tole =2.92+38.805 = 41.725 (daN/m) tt (2) tt (2) q tole = p tole = 3.907(daN/m) tt 2 2 y x q a 41.725 1.1
Kiểm tra điều kiện bền tole : y 2 2 x td c x y y
� Đảm bảo điều kiện bền (W y tole W x & do trong catalogue của nhà sản xuất không cung cấp giá trị W y nên ta giả thiết W y min = 1cm 3 )
Kiểm tra điều kiện biến dạng : tc (1) tc tc (1) q tole =q + ptole tole =2.65+29.88 = 32.53 (daN/m) tc (2) tc (2) q tole = p tole = 2.29 (daN/m)
� Đảm bảo điều kiện biến dạng;
Chọn xà gồ thép cán C14 có đặc trưng hình học :
Diện tích truyền tải của gió và tole vào xà gồ
Tải trọng tole : + Tải trọng tiêu chuẩn :g = 2.65 (kg/m) tc tole
+ Bề rộng : a 1.1 m tc tc tole tole tt tc tole tole q = g ×a = 1.1×2.65 = 2.915 (daN/m) q = n×q = 1.1×2.915 = 3.21 (daN/m)
Tải trọng xà gồ tiêu chuẩn : tc tc xgy xg tc tc xgx xg q = g ×cosα = 12.3×0.995 = 12.239 (daN/m) q = q ×sinα = 12.3×0.1001 = 1.231 (daN/m)
Tải trọng xà gồ tính toán : tt tc xgy xgy tt tc xgx xgx q = n×q = 1.1×12.239 = 13.463 (daN/m) q = n×q = 1.1×1.231 =1.3541 (daN/m)
tc g tt tc g g q = W×k×c×a = 100× 1.046+1.066 ÷2 ×(-0,5)×1.1 = - 58.08 (daN/m) q = n×q = - 58.08×1.2 = - 69.696 (daN/m)
Hoạt tải sửa chữa mái: được chia làm 2 thành phần p 1 và p 2 : tc 1 tc 2 tt tc
2 2 p = a×p×cosα = 1.1×30×0.996 = 32.868 (daN/m) p = a×p×sinα = 1.1×30×0.1001 = 3.306 (daN/m) p = p ×n = 32.9×1.3 = 42.73 (daN/m) p = p ×n = 2.96×1.3 = 4.298 (daN/m)
Chú ý khi thiết kế xà gồ là nếu như không bố trí giằng xà gồ thì momen tt 2 y x
� Trường hợp có bố trí giằng xà gồ tại mỗi giữa bước cột thì momen tt 2 y x
Khi bố trí giằng xà gồ, cần lưu ý rằng tại vị trí giằng theo phương x (phương song song với bản cánh xà gồ), nó được coi là một gối tựa Đồng thời, momen tại vị trí này được xác định bởi công thức tt 2 y x q B.
Trong trường hợp tính toán như bên dưới là khi không bố trí hệ giằng xà gồ
Thiết kế tiết diện xà gồ với 2 tổ hợp tải trọng;
Tổ hợp 1 : Tĩnh tải và gió :
tt tt tt tt y tole xgy g q = q +q +q = 3.21+13.463 - 69.696 = - 53.023 (daN/m) tt tt x xgx q = q = 1.3541 (daN/m) tt 2 2 y x q B 53.023×8.5
Kiểm tra điều kiện bền xà gồ : y 2 x td x y
� Đảm bảo điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện biến dạng ☹ đang làm
tc tc tc tc y tole xgy g q = q +q +q = 2.915+12.239 - 58.08 = - 42.926 (daN/m) tc tc x xgx q = q = 1.231 (daN/m)
� Đảm bảo điều kiện biến dạng.
Tổ hợp 2: Tĩnh tải và hoạt tải sử dụng:
tt tt tt tt y tole xgy 1 q = q +q + p = 3.21+13.463 + 42.73 = 59.403 (daN/m) tt tt tt x xgx 2 q = q +p = 1.3541+4.298 = 5.652 (daN/m) tt 2 2 y x q B 59.403×8.5
Kiểm tra điều kiện bền xà gồ : y 2 x td x y
� Đảm bảo điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện biến dạng :
tc tc tc tc y tole xgy 1 q = q +q + p = 2.915+12.239 +32.868 = 48.022 (daN/m) tc tc tc x xgx 2 q = q +p = 1.231+3.306 = 4.537 (daN/m)
� Đảm bảo điều kiện biến dạng;
6.4/ Thiết kế liên kết tole lợp với xà gồ mái:
Chọn khoảng cách giữa các vít bắt tole là bvít = 1000mm/4 (do tole 9 sóng có bước sóng là 1000mm/ 8 5mm nên ta chọn bvít = 4.bsóng).
Giả sử dùng vít bắt tole có cấp độ bền 4.6 (bảng 10 & 11 trang 20 TCVN 5575-2012) có các thông số kĩ thuật sau:
- fvb = 1500 daN/cm 2 - fcb = 4000 daN/cm 2
Diện tích truyền tải trọng từ tole lợp vào vít là: A= a×b =1.1m×0.5m = 0.55m vit
Kiểm tra diện điểu kiện bền của vít bắt tole theo 2 trường hợp tổ hợp tải trọng sau đây. a
Tổ hợp 1 = Tĩnh tải + Hoạt tải gió:
Dưới tác dụng của tổ hợp 1, vít bắt tole chịu kéo, lực kéo trên 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Khả năng kháng kéo đứt của 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Vậy thỏa điều kiện bền theo tổ hợp 1. b
Tổ hợp 2 = Tĩnh tải + Hoạt tải sửa chữa mái:
Dưới tác dụng của tổ hợp 2, vít bắt tole chịu cắt và ép mặt, lực cắt và ép mặt trên 1 thân vít được xác định bởi công thức : tt(2)
N=A×qxa = 0.55×5.4431 = 2.993 daN Khả năng kháng cắt của 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Khả năng kháng ép mặt của 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Vậy thỏa điều kiện bền theo tổ hợp 2.
6.5/ Thiết kế liên kết xà gồ mái với dầm:
Liên kết giữa xà gồ mái và dầm có dạng như hình vẽ sau:
Hình: Liên kết xà gồ mái với dầm I tổ hợp thông qua bản ghép.
Bản ghép là thép góc tổ hợp đều cánh có kích thước như sau:
(cánh ngắn của bản ghép được hàn sẵn vào dầm mái bằng đường hàn 6mm)
Kiểm tra ứng suất nén cục bộ do xà gồ mái tác dụng lên cánh trên của dầm cửa mái: cb c cb w1 z
Ta lấy q theo Tổ Hợp 1 = Tĩnh Tải + Hoạt Tải Gió = 59.403 daN tt1 xa
L =t +2×t = 0.6+2×0.84 = 2.28cm z w1 f (t f = 8.4mm là bề dày bản cánh của dầm cửa mái).
504.926 2 σ = cb = 369.09 daN/cm < 0.9×2300= 2070 daN/cm
Kiểm tra liên kết bulong (liên kết bản ghép với xà gồ mái):
Chọn bulong thô đường kính 16mm có cấp độ bền 4.6 với các đặc điểm:
Tiết diện thân bu-lông phần không ren A= 2.01cm 2 (theo TCVN 1916-1995)
Hệ số điều kiện làm việc γ = 0.9 c (bu-lông thô)
Cường độ chịu cắt fvb = 1500 daN/cm 2
Cường độ chịu ép mặt fcb = 4650 daN/cm 2 (thép cấu kiện CCT38)
Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải )
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân của kết cấu và các tải trọng thường xuyên khác, bao che Trọng lượng bản thân sẽ được phần mềm tự động tính toán khi giải nội lực, tuy nhiên cần lưu ý điều chỉnh hệ số vượt tải khi tính toán với tải trọng Một yếu tố quan trọng cần xác định là độ dốc mái i %.
4.1.1/ Tải trọng lớp hoàn thiện mái :
Mái sử dụng là mái tole,xà gồ,giằn xà gồ,chọn tải trọng đơn vị g (daN/m ) , tc ht 2 hệ số vượt tải n=1,1.
- Tải trong tiêu chuẩn tác dụng lên mái : tc tc m ht g = g B = 15x8.5 7.5 (daN/m)
- Tải trọng tính toán tác dụng lên mái : tt tc m m g = n.g = 1.1 127.5 0.25 (daN/m)�
4.1.2/Tải trọng lớp hoàn thiện biên (tường ):
Lớp hoàn thiện bên sử dụng tole,chọn tải trọng đơn vị g (daN/m ) tc ht 2 ,hệ số vượt tải n=1,1.
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên cột biên : tc tc b ht g = g B = 15x8.5 = 127.5 (daN/m)
- Tải trọng tính toán tác dụng lên cột biên: tt tc b b g = g n = 127.5 1.1 = 140.25 (daN/m)�
4.1.3/ Tải trọng bản thân của dầm cầu trục :
Trọng lượng dầm cầu trục được chọn sơ bộ là 200 daN/m với hệ số vượt tải n=1,1 Lực tập trung và mômen lệch tâm tại vai cột được quy về, trong đó tay đòn là khoảng cách từ trọng tâm ray đến trục của cột.
Giá trị tiêu chuẩn của lực tập trung : P = B×200 = 1700 (daN) tc
Giá trị tính toán của lực tập trung : P = 1700×1.2 = 2040 (daN) tt
Giá trị cánh tay đòn : e = L = 0.75 (m) 1
Giá trị tiêu chuẩn của momen : M = 1700 0.75 = 1275 (daN.m) tc �
Giá trị lực tính toán của cầu trục : P = 1.1 170070(daN) tt �
Giá trị momen tính toán của cầu trục : M = 1.1 1275 = 1402.5 (daN.m) tt �
Hoạt tải mái
Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái là 30 daN/m 2 , hệ số vượt tải là 1,3.
Quy đổi về lực phân bố đều trên dầm mái :
- Giá trị tiêu chuẩn : p = 30 B = 30 8.5 = 255 (daN/m) tc m � �
- Giá trị tính toán : P = 1.3 255 = 331.5 (daN/m) m tt �
Hoạt tải sửa chữa mái trên cửa sổ mái quy thành lực tập trung truyền xuống dầm mái: P = 331.5 × 1.5 = 497.25 (daN/m) csm tt
Hoạt tải HTCĐ (HT1, đơn vị kN)
Và lần lượt HT1,HT2, HT3, HT4, HT5, HT6 trong mô hình tính toán:
4.2.2.a/ Xác định áp lực đứng của cầu trục: Áp lực đứng Dmax, Dmin của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tập trung đặt tại vai cột Tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của nhiều nhất hai cầu trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó. Trị số của Dmax, Dmin có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi bánh xe dầm cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất Ta xét trường hợp hai cầu trục tiến đến sát nhau:
Trị áp lực đứng tiêu chuẩn của cầu trục truyền lên vai cột xác địn theo công thức : max c max i min c min i
+ n_ hệ số vượt tải của cầu trục, n =1,1;
+ nc _ hệ số tổ hợp, bằng 0.85 khi xét tải trọng do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ, trung bình;
+ P m ax ;P min _áp lực lớn nhất và nhỏ nhất tiêu chuẩn của 1 bánh xe của cầu trục(tra catalo cầu trục): , ;
+ Tổng trọng lượng cầu trục: G = 6.8 Tấn = 68 kN;
+ Từ hình vẽ, ta xác định được các giá trị yi : y1 = 1; y2 = (5.5/8.5) x 1 =0.64705; y3 = (7.9/8.5) x 1 =0.9294; y4 = (4.9/8.5) x 1 =0.5764;
Do áp lực D m ax ;D min đặt lêch tâm so với trục cột nên cần kể đến momen lệch tâm tương ứng: max max min min
M =D e Với e _ khoảng cách từ trục ray đến trục cột, e = 0,75 (m)
Giá trị tiêu chuẩn của áp lực,momen :
2 tc max tc tc max max
M = D e = 364.103×0.75 = 273.077 (kN.m) tc 2 min tc tc min min
Giá trị tính toán của áp lực,momen (hệ số vượt tải n=1,1 ): tt tc max max tt tc max max tt tc min min tt tc min min
Dmax phải (kN) 4.2.2.b/Xác định lực hãm ngang của cầu trục :
Lực hãm ngang T tiêu chuẩn của cầu trục tác động lên cột khung thông qua dầm hãm, với điểm đặt tại cánh trên của dầm cầu trục (tại cao trình mặt ray) Hướng của lực có thể ra ngoài hoặc vào trong, được xác định theo công thức cụ thể.
T n T �y nc _ hệ số tổ hợp, lấy bằng 0,85
T1 _ lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục xecon 1
+ n0 là số bánh xe 1 bên của cầu trục, no=2;
Lực hãm ngang tính toán (lấy hệ số vượt tải bằng 1.1): tt tc max max
T = n T = 1.2×3.697=4.437(kN)� Giá trị lực hãm được gán trong mô hình tính toán:
Tải trọng gió
Theo TCVN 2737-1995, công trình có H < 40m không kể đến thành phần động của tải trọng gió và thành phần tĩnh được xác định như sau:
+ Wc = 100 daN/m 2 : Tính với số liệu đề bài cho - Áp lực gió tiêu chuẩn tại độ cao 10m.
+ B – Bề rộng đón gió bằng bước cột B = 8.5 m
+ c – Hệ số khí động: Tra theo sơ đồ 13, TCVN 2737-1995
+ n = 1.2 : hệ số tin cậy tùy thuộc vào tuổi thọ công trình (50 năm).
+ k – hệ số kể đến sự thay đổi độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình. Đối với độ cao < 10m lấy k = 1.
Thống nhất ở đề bài, công trình xây dựng tại dạng địa hình B.
Xác định hệ số k theo độ cao:
Bảng 1 Tải trọng gió tác dụng vào Cột
Mặt khuất gió q tc (kN/m ) q tt (kN/m ) q tc (kN/m ) q tt (kN/m )
Bảng 2 Tải trọng gió tác dụng vào dầm mái
Bảng 3 Tải trọng gió tác dụng vào cửa mái
Tải trọng gió được gán trong mô hình tính toán:
Thiết lập mô hình bằng phần mềm SAP 2000
Sinh viên thực hiện giải nội lực bằng phần mềm SAP2000 v14 với kích thước như đã trình bày.
Khai báo các trường hơp tải trọng :
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân của kết cấu và các tải trọng thường xuyên như lớp hoàn thiện mái, lớp hoàn thiện bên và tải trọng bản thân của dầm cầu trục Đối với các tải trọng thường xuyên, chúng ta thực hiện khai báo như đã nêu, trong khi trọng lượng bản thân kết cấu được điều chỉnh với hệ số vượt tải n=1.
Hoạt tải sửa chữa mái bao gồm 6 trường hợp: HT1, HT2, HT3, HT4, HT5 và HT6 Các trường hợp hoạt tải này có thể xảy ra đồng thời, tạo ra tình huống nguy hiểm nhất cho tiết diện đang được xem xét.
- Hoạt tải cầu trục: khi khai báo trong mô hình,hoạt tải cầu trục bao gồm các trường hợp sau :
T trái, max T trái, min T phải, max T phải min
Hoạt tải gió có 2 trường hợp :
Gió thổi từ trái sang phải (Gió trái);
Gió thổi từ phải sang trái (Gió phải).
Xác định và tổ hợp nội lực
Trước khi xuất nội lực từ mô hình, ta đặt lại tên các phần từ như sau :
Mô hình thiết kế (ở chế độ extrude view)
5.2.1/ Biểu đồ nội lực (M, N, Q) xuất hiện trong khung ngang:
5.2.1.a/ Nội lực phát sinh do tĩnh tải (gồm trọng lượng bản thân của cột, vai cột, dầm và vật liệu hoàn thiện) tác dụng lên khung ngang:
5.2.1.b/ Nội lực phát sinh do hoạt tải sửa chữa mái: a Trường hợp 1 (HTCD):
Lực cắt Q b Trường hợp 2 (HT1):
Lực cắt Q c Trường hợp 3 (HT2):
Lực cắt Q c Trường hợp 4 (HT3):
5.2.1.c/ Nội lực phát sinh do hoạt tải cầu trục tác dụng lên vai cột:
5.2.1.d/ Nội lực phát sinh do lực hãm xe con: a Tmax TR tác dụng lên cột trái của nhịp giữa, hướng từ trái qua:
Lực cắt Q b Tmax Ph tác dụng lên cột trái của nhịp giữa, hướng từ phải qua:
5.2.1.e/ Nội lực phát sinh do hoạt tải gió tác dụng lên khung ngang (Gió trái):
Lưu ý rằng các trường hợp hoạt tải còn lại có tính đối xứng với những trường hợp đã được trình bày ở trên, do đó sẽ không được đề cập trong phần thuyết minh này.
Mục đích của tổ hợp nội lực là xác định các cặp nội lực nguy hiểm nhất tại mỗi tiết diện của cột hoặc dầm trong khung ngang Trong đồ án này, tại mỗi tiết diện, tổ hợp nội lực sẽ tìm ra ba cặp nội lực nguy hiểm quan trọng.
Cặp là cặp nội lực có giá trị momen lớn nhất mang dấu + và lực cắt, lực dọc tương ứng.
Cặp là cặp nội lực có giá trị momen lớn nhất mang dấu - và lực cắt, lực dọc tương ứng.
Cặp nội lực là yếu tố quan trọng trong tính toán kết cấu, với lực cắt và momen lớn nhất đối với dầm, trong khi đối với cột, cặp nội lực được xác định dựa trên giá trị lực nén lớn nhất cùng với momen và lực cắt tương ứng.
Hệ số tổ hợp: giá trị là 1,0 cho Tĩnh tải & một loại Hoạt tải
Công thức tính: Tổ hợp cơ bản 1 = Tĩnh tải + một loại Hoạt tải
Hệ số tổ hợp: giá trị là 1,0 cho Tĩnh tải & 0,9 mọi loại Hoạt tải
Công thức tính: Tổ hợp cơ bản 1 = Tĩnh tải + 0,9
Dựa vào các giá trị của Tổ Hợp Nội Lực Cơ Bản 1 và Tổ Hợp Cơ Bản 2, chúng ta có thể xác định Nội Lực Thiết Kế cho các Dầm và Cột như được trình bày dưới đây.
Bảng nội lực cột biên
Bảng nội lực cột giữa
Bảng nội lực cột cửa mái
Bảng tổ hợp nội lực: (đơn vị của các giá trị nội lực là kN.m với momen và kN với lực cắt và lực nén)
Tổ hợp nội lực dầm 5 ( Dầm biên )
Tổ hợp nội lực dầm 8 (Dầm biên)
Tổ hợp nội lực dầm giữa 12 nhịp giữa.
Tổ hợp nội lực cột biên 1
Tổ hợp nội lực cột giữa 2
6.THIẾT KẾ TOLE, XÀ GỒ :
Tole
- Chọn loại tole 9 sóng vuông, cao 21mm(được tra từ catalo của công ty Ngô Long).
- Ta dự tính chọn khoảng cách xà gồ theo phương ngang là 1.1m,tra bảng thông số của tole do nhà sản xuất ta có thông số sau :
Bảng thông số kĩ thuật :
Khoảng cách theo phương xiên của xà gồ :
Tra bảng ta chọn tole có bề dày t=0.3 (mm);để tiện cho việc thi công nên đặt khoảng cách xà gồ theo phương xiên cũng là 1.1m;
Tôn Độ dày sau mạ màu
Trọng lượng sau mạ màu
Hoạt tải Khoảng cách xà gồ tối đa t L P h Jx Wx độ dốc 10% mm mm Kg/m mm 104mm 4 103mm 3 Kg/m 2 mm
Thiết kế tiết diện tole lợp mái
Tải trọng tole : + Tải trọng tiêu chuẩn :g = 2.65 (kg/m) tc tole tc tc tole tole tt tc tole tole q = g = 2.65 (daN/m) q = n×q = 1.1×2.65 = 2.92 (daN/m)
Tải trọng gió với hệ số vượt tải n=1.2, được xác định tại mục 3.5.2, cho thấy rằng tải trọng gió lớn nhất xuất hiện ở dầm mái 2 (DM2) của nhịp biên 1.
tc g tt tc g g q = W×k×c = 100× 1.046+1.066 ÷2 ×(-0,5) = - 52.8 (daN/m) q = n×q = - 52.8×1.2 = - 63.36 (daN/m)
Hoạt tải sửa chữa mái tole được xác định với tiêu chuẩn p 0 là 0 daN/cm² và hệ số vượt tải n=1.3, theo TCVN 2737-1995 Hoạt tải này được chia thành hai thành phần p 1 và p 2, trong đó p 1 được tính bằng công thức p = p×cosα = 30×0.995 = 29.85 (daN/m), và p 2 được tính bằng p = p×sinα = 30×0.1001 = 3.0056 (daN/m) Sau đó, các giá trị này được nhân với hệ số vượt tải n, dẫn đến p 1 = 29.85×1.3 = 38.805 (daN/m) và p 2 = 3.0056×1.3 = 3.907 (daN/m).
6.2.2/ Thiết kế tiết diện tole lợp mái :
Thiết kế tiết diện tôn lợp mái cần xem xét hai tổ hợp tải trọng Tuy nhiên, do đã xác định trước tiết diện tôn, chỉ cần kiểm tra lại điều kiện bền và biến dạng của tôn theo từng loại tổ hợp tải trọng.
Tổ hợp 1 : Tĩnh tải và gió : tt tt tt tole g q =q +q = 2.92 - 63.36 = - 60.44 (daN/m) tt 2 2 x q ×a 66.28×1.1
Kiểm tra điều kiện bền của tole :
� Đảm bảo điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện biến dạng : tc tc tc tole g q =q +q =2.65 - 52.8 = - 50.15 (daN/m) tc 3
� Đảm bảo điều kiện biến dạng.
Tổ hợp 2: Tĩnh tải và hoạt tải sử dụng: tt (1) tt tt (1) q tole =q + ptole tole =2.92+38.805 = 41.725 (daN/m) tt (2) tt (2) q tole = p tole = 3.907(daN/m) tt 2 2 y x q a 41.725 1.1
Kiểm tra điều kiện bền tole : y 2 2 x td c x y y
� Đảm bảo điều kiện bền (W y tole W x & do trong catalogue của nhà sản xuất không cung cấp giá trị W y nên ta giả thiết W y min = 1cm 3 )
Kiểm tra điều kiện biến dạng : tc (1) tc tc (1) q tole =q + ptole tole =2.65+29.88 = 32.53 (daN/m) tc (2) tc (2) q tole = p tole = 2.29 (daN/m)
� Đảm bảo điều kiện biến dạng;
Thiết kế xà gồ
Chọn xà gồ thép cán C14 có đặc trưng hình học :
Diện tích truyền tải của gió và tole vào xà gồ
Tải trọng tole : + Tải trọng tiêu chuẩn :g = 2.65 (kg/m) tc tole
+ Bề rộng : a 1.1 m tc tc tole tole tt tc tole tole q = g ×a = 1.1×2.65 = 2.915 (daN/m) q = n×q = 1.1×2.915 = 3.21 (daN/m)
Tải trọng xà gồ tiêu chuẩn : tc tc xgy xg tc tc xgx xg q = g ×cosα = 12.3×0.995 = 12.239 (daN/m) q = q ×sinα = 12.3×0.1001 = 1.231 (daN/m)
Tải trọng xà gồ tính toán : tt tc xgy xgy tt tc xgx xgx q = n×q = 1.1×12.239 = 13.463 (daN/m) q = n×q = 1.1×1.231 =1.3541 (daN/m)
tc g tt tc g g q = W×k×c×a = 100× 1.046+1.066 ÷2 ×(-0,5)×1.1 = - 58.08 (daN/m) q = n×q = - 58.08×1.2 = - 69.696 (daN/m)
Hoạt tải sửa chữa mái: được chia làm 2 thành phần p 1 và p 2 : tc 1 tc 2 tt tc
2 2 p = a×p×cosα = 1.1×30×0.996 = 32.868 (daN/m) p = a×p×sinα = 1.1×30×0.1001 = 3.306 (daN/m) p = p ×n = 32.9×1.3 = 42.73 (daN/m) p = p ×n = 2.96×1.3 = 4.298 (daN/m)
Chú ý khi thiết kế xà gồ là nếu như không bố trí giằng xà gồ thì momen tt 2 y x
� Trường hợp có bố trí giằng xà gồ tại mỗi giữa bước cột thì momen tt 2 y x
Khi bố trí giằng xà gồ, cần lưu ý rằng tại vị trí giằng theo phương x (song song với bản cánh xà gồ), nó được coi như một gối tựa Momen tại vị trí này được xác định bởi các yếu tố như tt, 2, y, x và q, cùng với B.
Trong trường hợp tính toán như bên dưới là khi không bố trí hệ giằng xà gồ
Thiết kế tiết diện xà gồ với 2 tổ hợp tải trọng;
Tổ hợp 1 : Tĩnh tải và gió :
tt tt tt tt y tole xgy g q = q +q +q = 3.21+13.463 - 69.696 = - 53.023 (daN/m) tt tt x xgx q = q = 1.3541 (daN/m) tt 2 2 y x q B 53.023×8.5
Kiểm tra điều kiện bền xà gồ : y 2 x td x y
� Đảm bảo điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện biến dạng ☹ đang làm
tc tc tc tc y tole xgy g q = q +q +q = 2.915+12.239 - 58.08 = - 42.926 (daN/m) tc tc x xgx q = q = 1.231 (daN/m)
� Đảm bảo điều kiện biến dạng.
Tổ hợp 2: Tĩnh tải và hoạt tải sử dụng:
tt tt tt tt y tole xgy 1 q = q +q + p = 3.21+13.463 + 42.73 = 59.403 (daN/m) tt tt tt x xgx 2 q = q +p = 1.3541+4.298 = 5.652 (daN/m) tt 2 2 y x q B 59.403×8.5
Kiểm tra điều kiện bền xà gồ : y 2 x td x y
� Đảm bảo điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện biến dạng :
tc tc tc tc y tole xgy 1 q = q +q + p = 2.915+12.239 +32.868 = 48.022 (daN/m) tc tc tc x xgx 2 q = q +p = 1.231+3.306 = 4.537 (daN/m)
� Đảm bảo điều kiện biến dạng;
Thiết kế liên kết tole lợp với xà gồ mái
Chọn khoảng cách giữa các vít bắt tole là bvít = 1000mm/4 (do tole 9 sóng có bước sóng là 1000mm/ 8 5mm nên ta chọn bvít = 4.bsóng).
Giả sử dùng vít bắt tole có cấp độ bền 4.6 (bảng 10 & 11 trang 20 TCVN 5575-2012) có các thông số kĩ thuật sau:
- fvb = 1500 daN/cm 2 - fcb = 4000 daN/cm 2
Diện tích truyền tải trọng từ tole lợp vào vít là: A= a×b =1.1m×0.5m = 0.55m vit
Kiểm tra diện điểu kiện bền của vít bắt tole theo 2 trường hợp tổ hợp tải trọng sau đây. a
Tổ hợp 1 = Tĩnh tải + Hoạt tải gió:
Dưới tác dụng của tổ hợp 1, vít bắt tole chịu kéo, lực kéo trên 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Khả năng kháng kéo đứt của 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Vậy thỏa điều kiện bền theo tổ hợp 1. b
Tổ hợp 2 = Tĩnh tải + Hoạt tải sửa chữa mái:
Dưới tác dụng của tổ hợp 2, vít bắt tole chịu cắt và ép mặt, lực cắt và ép mặt trên 1 thân vít được xác định bởi công thức : tt(2)
N=A×qxa = 0.55×5.4431 = 2.993 daN Khả năng kháng cắt của 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Khả năng kháng ép mặt của 1 thân vít được xác định bởi công thức:
Vậy thỏa điều kiện bền theo tổ hợp 2.
Thiết kế liên kết xà gồ mái với dầm
Liên kết giữa xà gồ mái và dầm có dạng như hình vẽ sau:
Hình: Liên kết xà gồ mái với dầm I tổ hợp thông qua bản ghép.
Bản ghép là thép góc tổ hợp đều cánh có kích thước như sau:
(cánh ngắn của bản ghép được hàn sẵn vào dầm mái bằng đường hàn 6mm)
Kiểm tra ứng suất nén cục bộ do xà gồ mái tác dụng lên cánh trên của dầm cửa mái: cb c cb w1 z
Ta lấy q theo Tổ Hợp 1 = Tĩnh Tải + Hoạt Tải Gió = 59.403 daN tt1 xa
L =t +2×t = 0.6+2×0.84 = 2.28cm z w1 f (t f = 8.4mm là bề dày bản cánh của dầm cửa mái).
504.926 2 σ = cb = 369.09 daN/cm < 0.9×2300= 2070 daN/cm
Kiểm tra liên kết bulong (liên kết bản ghép với xà gồ mái):
Chọn bulong thô đường kính 16mm có cấp độ bền 4.6 với các đặc điểm:
Tiết diện thân bu-lông phần không ren A= 2.01cm 2 (theo TCVN 1916-1995)
Hệ số điều kiện làm việc γ = 0.9 c (bu-lông thô)
Cường độ chịu cắt fvb = 1500 daN/cm 2
Cường độ chịu ép mặt fcb = 4650 daN/cm 2 (thép cấu kiện CCT38)
Dưới tác động của Tổ Hợp Tải 1, bao gồm Tĩnh Tải và Hoạt Tải Gió, bu-lông tại liên kết giữa bản ghép và xà gồ mái sẽ phải chịu lực cắt và ép mặt.
Khả năng chịu tải cho phép của bu-lông liên kết là N =min N b vb ; N cb
Khả năng chịu cắt của 1 bu-lông được xác định theo công thức:
N vb = γ×f ×A ×n = 0.9×1500×2.01×1= 2713.5 daN/ cm c vb bn v 2 Trong đó, nv là số mặt cắt tính toán của bu-lông, ở đây nv = 1
Khả năng chịu ép mặt của 1 bu-lông được xác định theo công thức:
N cb = d� �tγ×f = 1.6 0.48 0.9 4650= 3214.08 daN/cm min Trong đó, �t min là tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía, với �t min = 0.48mm tương ứng với chiều dày bản bụng của xà gồ C12 (thép chữ C, TCVN 1654-75).
N =min N b vb ; N cb 2713.5daN/ cm 2
Lực cắt Q tại liên kết giữa bản ghép và xà gồ mái: tt q ×B 59.403×8.5 2
Mô-men uốn lệch tâm tác dụng lên tâm bu-lông:( với a =4.5cm là khoảng cách từ mép xà gồ đến tâm bu lông đầu tiền ) ( vẽ hình lại )
M= Q×a = 252.463×4.5= 1135.963 daN.cm Lực tác dụng lên 1 bu-lông:
Trong đó: m – số bu-lông ở dãy ngoài cùng, m=1.
Li – khoảng cách hai dãy bu lông trên một hàng đối xứng qua trục của liên kết. Hợp lực tác dụng lên 1 bu-lông:
Ta thấy, N %9.9daN < N '13.5daN b b (thỏa)
THIẾT KẾ XÀ NGANG
Thiết kế dầm mái 1 (DM1) (dầm trái của nhịp biên 1)
7.1.1/ Thiết kế tiết diện đầu trái của dầm mái 1 (DM1) :
7.1.1.1/ Sơ bộ kích thước tiết diện:
Từ bảng tổ hợp nội lực ở mục trên với tiết diện đầu trái của dầm DM1 ta có 3 cặp nội lực M, N, Q như ở bảng sau:
Tổ hợp Cơ bản 1 Tổ hợp Cơ bản 2
Mtư Mmax, Vtư Mmin, Vtư Vmax, Mtư
Chúng tôi đã chọn cặp nội lực M, N, Q với moment lớn nhất từ việc tổ hợp các trường hợp tải trọng 1, 2, 3, 6, 7 (Tổ Hợp Cơ Bản loại 1) để thiết kế, chỉ chú trọng đến giá trị tuyệt đối của moment theo hướng dẫn tại điều 7.4.2.3 trang 33 TCVN 5575-2012 Sau khi hoàn tất, có thể tiến hành kiểm tra với các cặp nội lực khác nếu cần thiết.
Nội lực thiết kế (giá trị tuyệt đối)
Momen kháng uốn cần thiết của tiết diện được xác định bởi công thức:
W = = = 2245.893 (cm ) γ �f 0.9×2300 là hệ số điều kiện làm việc của dầm, f là cường độ tính toán của thép CCT 38
Ta chọn trước bề dày bản bụng của dầm : t = 1.2(cm) w
Xác định chiều cao kinh tế của dầm :
Chọn chiều cao dầm h e(cm) d
Từ điều kiện , ta chọn bề dày bản cánh của dầm I tổ hợp là
Kiểm tra lại chiều dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt : w w v c
Từ điều kiện cấu tạo và đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh :
Ta chọn kích thước bản cánh như sau: f f b = 25 (cm) t = 1.5 (cm)
� Kích thước tiết diện đầu dầm thể hiện như hình vẽ:
7.1.1.2/ Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện :
Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện đối với trục x :
Momen kháng uốn của tiết diện : x 3 x
Momen tĩnh của 1 cánh dầm và của nửa tiết diện dầm : f 2 f f f
Kiểm tra bền của đầu trái dầm DM1: max c x
Thỏa điểu kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp cực đại.
Tại tiết diện đang xem xét, sự tác động đồng thời của momen uốn M và lực cắt Q yêu cầu phải kiểm tra ứng suất tương đương tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bảng bụng, được tính theo công thức cụ thể.
2 2 2 2 2 td 1 1 σ = σ +3τ = 1670.97 +3×97.633 = 1679.505 < 2380.5 (daN/cm )Vậy thỏa điều kiện ứng suất tương đương.
7.1.1.3/ Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm :
Kiểm tra sơ bộ xem tỉ số o f
L b có thỏa bất đẳng thức (Bảng 13 – trang 25 – TCVN 5575-
2012), áp dụng với dầm chữ I thép cán nóng và dầm chữ I thép tổ hợp hàn ( khi f f f f h 63.5 b 30
) khi vị trí đặt tải trọng ở cánh trên: o f f f f f f o
= 110 cm, là khoảng cách tâm các xà gồ mái chữ C, lắp ở cánh trên của dầm.
= 220 cm, là khoảng cách tâm các thanh giằng (thanh chống) chữ U, liên kết cánh dưới của dầm với xà gồ mái ở cánh trên của dầm.
Vì vậy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm DM1 theo công thức (mục 7.2.2.1 – trang 24 – TCVN 5575-2012): b c c
Hình: Giằng cánh dưới dầm tổ hợp I.
7.1.1.4/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng :
Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh khi chịu nén (mục 7.6.3.2 – trang 52 – TCVN 5575-2012) :
Trong đó : b - bề rộng tính toán cánh nén; trong cấu kiện hàn of b =0.5 of � b - t f w ;
Vậy bản cánh dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
Theo TCVN 5575-2012, việc kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm DM1 không cần thiết, vì độ mảnh quy ước λ = 1.71 nhỏ hơn 2.5 Cụ thể, độ mảnh quy ước được tính bằng công thức w = 6w/h f = 62/2300, cho thấy rằng ứng suất cục bộ do xà gồ mái gây ra không ảnh hưởng đến sự ổn định của bản bụng.
7.1.1.5/ Tính toán thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm DM1:
Khi dầm bị uốn, cánh và bụng dầm có xu hướng trượt lên nhau, do đó, liên kết hàn giữa cánh và bụng dầm cần thiết để ngăn chặn sự trượt này Độ lớn của lực trượt được tính trên 1 cm chiều dài đường hàn là: w 1 w.
Khả năng chống trượt của 1 cm chiều dài đường hàn liên kết cánh và bụng dầm (tính cho 2 bên) phải lớn hơn lực trượt:
Trong đó, β×f min= min β×f ,β×f f wf s ws
Với dầm được hàn tự động tại nhà máy: β×f s f ws wf = 0.7×1800 = 1260 daN/cm 2 2 β×f = 1× 0.45×3800 = 1710 daN/cm weld
Vậy ta chọn chiều cao đường hàn liên kết theo yêu cầu cấu tạo là h weld = 6 mm.
Hình: Tiết diện đầu trái dầm biên DM1 (liên kết cột biên trục A)
Tiết diện đầu phải dầm biên DM1 (đỉnh nhịp biên 1)
7.1.2/ Thiết kế tiết diện cuối dầm DM1:
7.1.2.1/ Sơ bộ kích thước tiết diện :
Từ bảng tổ hợp nội lực ở mục trên với tiết diện đầu trái của dầm DM1 ta có 3 cặp nội lực
Tổ hợp Cơ bản 1 Tổ hợp Cơ bản 2
M max , V tư M min , V tư V max , M tư M max , V tư M min , V tư V max , M tư
Chúng tôi đã chọn cặp nội lực M, N, Q với moment lớn nhất từ việc tổ hợp các trường hợp tải trọng 1, 2, 3, 6 (Tổ Hợp Cơ Bản loại 1) để thiết kế, chỉ xem xét giá trị tuyệt đối mà không quan tâm đến dấu của moment, theo hướng dẫn tại điều 7.4.2.3 trang 33 TCVN 5575-2012 Nếu cần thiết, có thể thực hiện kiểm tra lại với các cặp nội lực khác.
Nội lực thiết kế (giá trị tuyệt đối)
Momen kháng uốn cần thiết của tiết diện được xác định bởi công thức:
W = = = 1169.614 (cm ) γ �f 0.9×2300 là hệ số điều kiện làm việc của dầm, f là cường độ tính toán của thép CCT 38
Ta chọn trước bề dày bản bụng của dầm : t =1.2(cm) w
Xác định chiều cao kinh tế của dầm :
Chọn chiều cao dầm h = 50 (cm) d
Từ điều kiện , ta chọn bề dày bản cánh của dầm I tổ hợp là
Kiểm tra lại chiều dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt : w w v c
Từ điều kiện cấu tạo và đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh :
Ta chọn kích thước bản cánh như sau: f f b = 25 (cm) t = 1.5 (cm)
� Kích thước tiết diện đầu dầm thể hiện như hình vẽ:
7.1.2.2/ Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện :
Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện đối với trục x :
Momen kháng uốn của tiết diện : x 3 x
Momen tĩnh của 1 cánh dầm và của nửa tiết diện dầm : fk 2 f f f
Kiểm tra bền của đầu phải dầm DM1: max c x
Thỏa điểu kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp cực đại.
Tại tiết diện cần kiểm tra, momen uốn M và lực cắt Q tác động đồng thời, do đó cần xác định ứng suất tương đương tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bảng bụng bằng công thức phù hợp.
2 2 2 2 2 2 td 1 1 σ = σ +3τ = 1043.759 +3×15.114 = 1044.087 (daN/cm ) < 2380.5 (daN/cm )
Vậy thỏa điều kiện ứng suất tương đương.
7.1.2.3/ Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm :
Kiểm tra sơ bộ xem tỉ số o f
L b có thỏa bất đẳng thức (Bảng 13 – trang 25 – TCVN 5575-
2012), áp dụng với dầm chữ I thép cán nóng và dầm chữ I thép tổ hợp hàn ( khi f f f f h 48.5 b 25
) khi vị trí đặt tải trọng ở cánh trên: o f f f f f f o
= 110 cm, là khoảng cách tâm các xà gồ mái chữ C, lắp ở cánh trên của dầm.
= 220 cm, là khoảng cách tâm các thanh giằng (thanh chống) chữ U, liên kết cánh dưới của dầm với xà gồ mái ở cánh trên của dầm.
Vì vậy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm A1B1 theo công thức (mục 7.2.2.1 – trang 24 – TCVN 5575-2012): b c c
Hình: Giằng cánh dưới dầm tổ hợp I.
7.1.2.4/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng :
Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh khi chịu nén (mục 7.6.3.2 – trang 52 – TCVN 5575-2012) :
Trong đó : b - bề rộng tính toán cánh nén; trong cấu kiện hàn of b =0.5of �b - tf w ;
Vậy bản cánh dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
Theo TCVN 5575-2012, việc kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm DM1 không cần thiết nếu độ mảnh quy ước λ = 1.57 nhỏ hơn 2.5 Cụ thể, độ mảnh quy ước được tính bằng công thức w = 1.296 t, với t là độ dày của bản bụng Do có ứng suất cục bộ từ xà gồ mái, nên bản bụng dầm này đáp ứng tiêu chuẩn không cần kiểm tra ổn định cục bộ.
7.1.2.5/ Tính toán thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm DM1:
Khi dầm chịu lực uốn, cánh và bụng dầm có xu hướng trượt lên nhau, do đó, việc sử dụng liên kết hàn giữa cánh và bụng dầm là cần thiết để ngăn chặn sự trượt này Lực trượt được tính trên mỗi cm chiều dài đường hàn là: w 1 w.
Khả năng chống trượt của 1 cm chiều dài đường hàn liên kết cánh và bụng dầm (tính cho 2 bên) phải lớn hơn lực trượt:
Trong đó, β×f min= min β×f ,β×f f wf s ws
Với dầm được hàn tự động tại nhà mái β×f f s ws wf = 0.7×1800 = 1260 daN/cm 2 2 β×f = 1× 0.45×3800 = 1710 daN/cm weld
Vậy ta chọn chiều cao đường hàn liên kết theo yêu cầu cấu tạo là h weld = 6 mm.
Thiết kế tiết diện dầm mái 2 (DM2)
7.2.1/ Thiết kế tiết diện đầu phải của dầm mái 2 (DM2) :
7.2.1.1/ Sơ bộ kích thước tiết diện:
Từ bảng tổ hợp nội lực ở mục trên với tiết diện đầu trái của dầm DM2 ta có 3 cặp nội lực
Tổ hợp Cơ bản 1 Tổ hợp Cơ bản 2
V tư V max , M tư M max , V tư M min , V tư V max , M tư
Chúng tôi đã chọn cặp nội lực M, N, Q với moment lớn nhất từ việc tổ hợp các trường hợp tải trọng 1, 2, 3, 6 (Tổ Hợp Cơ Bản loại 1) để thực hiện thiết kế Chúng tôi chỉ tập trung vào giá trị tuyệt đối của moment, không quan tâm đến dấu, theo hướng dẫn tại điều 7.4.2.3 trang 33 TCVN 5575-2012 Nếu cần thiết, có thể kiểm tra lại với các cặp nội lực khác.
Nội lực thiết kế (giá trị tuyệt đối)
Momen kháng uốn cần thiết của tiết diện được xác định bởi công thức:
W = = = 2180.483 (cm ) γ �f 0.9×2300 là hệ số điều kiện làm việc của dầm, f là cường độ tính toán của thép CCT 38
Ta chọn trước bề dày bản bụng của dầm : t =1.2(cm) w
Xác định chiều cao kinh tế của dầm :
Chọn chiều cao dầm h = 65 (cm) d
Từ điều kiện , ta chọn bề dày bản cánh của dầm I tổ hợp là
Kiểm tra lại chiều dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt : w w w v c
Từ điều kiện cấu tạo và đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh :
Ta chọn kích thước bản cánh như sau: f f b = 25 (cm) t = 1.5 (cm)
Kích thước tiết diện đầu dầm thể hiện như hình vẽ:
7.2.2.2/ Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện :
Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện đối với trục x :
Momen kháng uốn của tiết diện : x 3 x
Momen tĩnh của 1 cánh dầm và của nửa tiết diện dầm : fk 2 f f f
Kiểm tra bền của đầu trái dầm DM2: max c x
Thỏa điểu kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp cực đại.
Tại tiết diện đang xem xét, có sự tác động đồng thời của momen uốn M và lực cắt Q Do đó, cần phải kiểm tra ứng suất tương đương tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bảng bụng bằng công thức phù hợp.
2 2 2 2 2 2 td 1 1 σ = σ +3τ = 1406.932 +3×92.24 = 1415.973 (daN/cm ) < 2380.5 (daN/cm )Vậy thỏa điều kiện ứng suất tương đương.
7.2.2.3/ Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm :
Kiểm tra sơ bộ xem tỉ số o f
L b có thỏa bất đẳng thức (Bảng 13 – trang 25 – TCVN 5575-
2012), áp dụng với dầm chữ I thép cán nóng và dầm chữ I thép tổ hợp hàn ( khi f f f f h 63.5 b 25
) khi vị trí đặt tải trọng ở cánh trên: o f f f f f f o
= 110 cm, là khoảng cách tâm các xà gồ mái chữ C, lắp ở cánh trên của dầm.
= 220 cm, là khoảng cách tâm các thanh giằng (thanh chống) chữ U, liên kết cánh dưới của dầm với xà gồ mái ở cánh trên của dầm.
Vì vậy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm DM2 theo công thức (mục 7.2.2.1 – trang 24 – TCVN 5575-2012): b c c
Hình: Giằng cánh dưới dầm tổ hợp I ( thiếu hình ).
7.2.2.4/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng :
Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh khi chịu nén (mục 7.6.3.2 – trang 52 – TCVN 5575-2012) :
Trong đó : b - bề rộng tính toán cánh nén; trong cấu kiện hàn of b =0.5 of � b - t f w ;
�Vậy bản cánh dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
Để kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm DM2, ta tính độ mảnh quy ước của bản bụng theo công thức λ = w/h = 1.71 Theo quy định tại điều 7.6.1.3 trong TCVN 5575-2012, nếu độ mảnh quy ước λ = 1.57 nhỏ hơn 2.5 và có ứng suất cục bộ do xà gồ mái gây ra, thì không cần thực hiện kiểm tra ổn định cục bộ cho bản bụng dầm Do đó, bản bụng dầm DM2 không cần kiểm tra ổn định cục bộ.
7.2.2.5/ Tính toán thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm DM2:
Khi dầm bị uốn, cánh và bụng dầm có xu hướng trượt lên nhau, và liên kết hàn giữa cánh và bụng dầm được thiết kế để chống lại hiện tượng trượt này Độ lớn của lực trượt được tính trên 1 cm chiều dài đường hàn là: w 1 w.
Khả năng chống trượt của 1 cm chiều dài đường hàn liên kết cánh và bụng dầm (tính cho 2 bên) phải lớn hơn lực trượt:
Trong đó, β×f min= min β×f ,β×f f wf s ws
Với dầm được hàn tự động tại nhà máy: β×f s f ws wf = 0.7×1800 = 1260 daN/cm 2 2 β×f = 1× 0.45×3800 = 1710 daN/cm weld
Ta chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng dầm I tổ hợp DM2 theo yêu cầu cấu tạo từ điều kiện:
h weld weld h weldmax weldmin = 1.2×t min =1.2×12 4 mm h h = 5 mm
�Vậy ta chọn chiều cao đường hàn liên kết theo yêu cầu cấu tạo là h weld = 6 mm.
Hình: Tiết diện đầu phải dầm biên DM2 (liên kết cột giữa trục B)
Tiết diện đầu trái dầm biên DM2 (đỉnh nhịp biên 1)
7.2.2/ Thiết kế tiết diện cuối dầm mái 2 (DM2):
7.2.2.1/ Sơ bộ kích thước tiết diện :
Từ bảng tổ hợp nội lực ở mục trên với tiết diện đầu trái của dầm DM2 ta có 3 cặp nội lực
Tổ hợp Cơ bản 1 Tổ hợp Cơ bản 2
M max , V tư M min , V tư V max , M tư M max , V tư M min , V tư V max , M tư
Chúng tôi chọn cặp nội lực M, N, Q với moment lớn nhất từ việc tổ hợp các trường hợp tải trọng 1, 2, 3, 6, 7 (Tổ Hợp Cơ Bản loại 1) để thực hiện thiết kế, chỉ chú trọng đến giá trị tuyệt đối của moment theo hướng dẫn tại điều 7.4.2.3 trang 33 TCVN 5575-2012 Nếu cần thiết, có thể kiểm tra lại với các cặp nội lực khác.
Nội lực thiết kế (giá trị tuyệt đối)
Momen kháng uốn cần thiết của tiết diện được xác định bởi công thức:
W = = = 1176.086 (cm ) γ �f 0.9×2300 là hệ số điều kiện làm việc của dầm, f là cường độ tính toán của thép CCT 38
Ta chọn trước bề dày bản bụng của dầm : t = 1.2(cm) w
Xác định chiều cao kinh tế của dầm :
Chọn chiều cao dầm h P(cm) d
Từ điều kiện , ta chọn bề dày bản cánh của dầm I tổ hợp là
Kiểm tra lại chiều dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt : w w w v c
Từ điều kiện cấu tạo và đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh :
Ta chọn kích thước bản cánh như sau: f f b = 25 (cm) t = 1.5 (cm)
Kích thước tiết diện đầu dầm thể hiện như hình vẽ:
7.2.1.2/ Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện :
Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện đối với trục x :
Momen kháng uốn của tiết diện : x 3 x
Momen tĩnh của 1 cánh dầm và của nửa tiết diện dầm : f 2 f f f
Kiểm tra bền của đầu phải dầm DM2: max c x
Thỏa điểu kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp cực đại.
Tại tiết diện đang xem xét, có sự tác động đồng thời của momen uốn M và lực cắt Q, do đó cần phải kiểm tra ứng suất tương đương tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bảng bụng bằng công thức phù hợp.
Vậy thỏa điều kiện ứng suất tương đương.
7.2.1.3/ Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm :
Kiểm tra sơ bộ xem tỉ số o f
L b có thỏa bất đẳng thức (Bảng 13 – trang 25 – TCVN 5575-
2012), áp dụng với dầm chữ I thép cán nóng và dầm chữ I thép tổ hợp hàn ( khi f f f f h 48.5 b 25
) khi vị trí đặt tải trọng ở cánh trên: o f f f f f f o
= 110 cm, là khoảng cách tâm các xà gồ mái chữ C, lắp ở cánh trên của dầm.
= 220 cm, là khoảng cách tâm các thanh giằng (thanh chống) chữ U, liên kết cánh dưới của dầm với xà gồ mái ở cánh trên của dầm.
Vì vậy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm DM2 theo công thức (mục 7.2.2.1 – trang 24 – TCVN 5575-2012): b c c
( sửa hình ) Hình: Giằng cánh dưới dầm tổ hợp I (tương tự như với dầm mái 1 (DM1))
7.2.1.4/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng :
Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh khi chịu nén (mục 7.6.3.2 – trang 52 – TCVN 5575-2012) :
Trong đó : b - bề rộng tính toán cánh nén; trong cấu kiện hàn of b =0.5of �b - tf w ;
Vậy bản cánh dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
Để kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm DM2, ta tính độ mảnh quy ước với công thức λ = w / h = 1.29 Theo quy định tại điều 7.6.1.3 trong TCVN 5575-2012, nếu ứng suất cục bộ do xà gồ mái gây ra và độ mảnh quy ước λ = 1.71 nhỏ hơn 2.5, thì không cần thực hiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm Do đó, bản bụng dầm DM2 không cần kiểm tra ổn định cục bộ.
7.2.1.5/ Tính toán thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm DM2:
Khi dầm bị uốn, cánh và bụng dầm có xu hướng trượt lên nhau, và liên kết hàn giữa cánh và bụng dầm được thiết kế để chống lại sự trượt này Độ lớn của lực trượt được tính trên mỗi 1 cm chiều dài đường hàn là: w 1 w.
Khả năng chống trượt của 1 cm chiều dài đường hàn liên kết cánh và bụng dầm (tính cho 2 bên) phải lớn hơn lực trượt:
Trong đó, β×f min= min β×f ,β×f f wf s ws
Với dầm được hàn tự động tại nhà máy: β×f s f ws wf = 0.7×1800 = 1260 daN/cm 2 2 β×f = 1× 0.45×3800 = 1710 daN/cm weld
Ta chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng dầm I tổ hợp DM2 theo yêu cầu cấu tạo từ điều kiện:
h weld weld h weldmax weldmin = 1.2×t min =1.2×12 4 mm h h = 5 mm
�Vậy ta chọn chiều cao đường hàn liên kết theo yêu cầu cấu tạo là h weld = 6 mm
Thiết kế tiết diện dầm mái 3 (DM3)
7.3.1/ Thiết kế tiết diện đầu trái của dầm mái 3 (DM3) :
7.3.1.1/ Sơ bộ kích thước tiết diện:
Từ bảng tổ hợp nội lực ở mục trên với tiết diện đầu trái của dầm DM3 ta có 3 cặp nội lực M, N, Q như ở bảng sau:
Tổ hợp Cơ bản 1 Tổ hợp Cơ bản 2
M tư M max , V tư M min , V tư V max , M tư
Chúng tôi đã chọn cặp nội lực M, N, Q có moment lớn nhất từ việc tổ hợp các trường hợp tải trọng 1, 2, 3, 6 (Tổ Hợp Cơ Bản loại 1) để thực hiện thiết kế, tập trung vào giá trị tuyệt đối của moment theo hướng dẫn tại điều 7.4.2.3 trang 33 TCVN 5575-2012 Sau khi hoàn thành, có thể tiến hành kiểm tra với các cặp nội lực khác nếu cần thiết.
Nội lực thiết kế (giá trị tuyệt đối)
Momen kháng uốn cần thiết của tiết diện được xác định bởi công thức:
W = = = 1884.493cm ) γ �f 0.9×2300 là hệ số điều kiện làm việc của dầm, f là cường độ tính toán của thép CCT 38
Ta chọn trước bề dày bản bụng của dầm : t =1.2(cm) w
Xác định chiều cao kinh tế của dầm :
Chọn chiều cao dầm h = 65 (cm) d
Từ điều kiện , ta chọn bề dày bản cánh của dầm I tổ hợp là
Kiểm tra lại chiều dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt : w w w v c
Từ điều kiện cấu tạo và đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh :
Ta chọn kích thước bản cánh như sau: f f b = 25 (cm) t = 1.5 (cm)
� Kích thước tiết diện đầu dầm thể hiện như hình vẽ:
7.3.2.2/ Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện :
Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện đối với trục x :
Momen kháng uốn của tiết diện : x 3 x
Momen tĩnh của 1 cánh dầm và của nửa tiết diện dầm : fk 2 f f f
Kiểm tra bền của đầu phải dầm DM3: max c x
Thỏa điểu kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp cực đại.
Tại tiết diện cần kiểm tra, có momen uốn M và lực cắt Q tác động đồng thời Do đó, cần xác định ứng suất tương đương tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bảng bụng theo công thức phù hợp.
2 2 2 2 2 2 td 1 1 σ = σ +3τ = 1235.563 +3×83.244 = 1243.947 (daN/cm ) < 2380.5 (daN/cm )
Vậy thỏa điều kiện ứng suất tương đương.
7.3.2.3/ Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm :
Kiểm tra sơ bộ xem tỉ số o f
L b có thỏa bất đẳng thức (Bảng 13 trang 25 TCVN 5575-
2012), áp dụng với dầm chữ I thép cán nóng và dầm chữ I thép tổ hợp hàn ( khi f f f f h 63.5 b 25
) khi vị trí đặt tải trọng ở cánh trên: o f f f f f f o
= 110 cm, là khoảng cách tâm các xà gồ mái chữ C, lắp ở cánh trên của dầm.
= 220 cm, là khoảng cách tâm các thanh giằng (thanh chống) chữ U, liên kết cánh dưới của dầm với xà gồ mái ở cánh trên của dầm.
Vì vậy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm DM3 theo công thức (mục 7.2.2.1 – trang 24 – TCVN 5575-2012): b c c
( thiếu hình ) Hình: Giằng cánh dưới dầm tổ hợp I.
7.3.2.4/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng :
Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh khi chịu nén (mục 7.6.3.2 – trang 52 – TCVN 5575-2012) :
Trong đó : b - bề rộng tính toán cánh nén; trong cấu kiện hàn of b =0.5 of � b - t f w ;
Vậy bản cánh dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
Theo TCVN 5575-2012, để kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm, ta tính độ mảnh quy ước λ = 1.71 Vì λ = 1.57 < 2.5 và có ứng suất cục bộ do xà gồ mái gây ra, nên không cần thực hiện kiểm tra ổn định cục bộ cho bản bụng dầm DM3.
7.3.2.5/ Tính toán thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm DM3:
Khi dầm chịu uốn, cánh và bụng dầm có xu hướng trượt lên nhau, do đó cần có liên kết hàn giữa chúng để ngăn chặn sự trượt này Độ lớn của lực trượt được tính trên mỗi cm chiều dài đường hàn là: w 1 w.
Khả năng chống trượt của 1 cm chiều dài đường hàn liên kết cánh và bụng dầm(tính cho 2 bên) phải lớn hơn lực trượt:
Trong đó, β×f min= min β×f ,β×f f wf s ws
Với dầm được hàn tự động tại nhà máy: β×f s f ws wf = 0.7×1800 = 1260 daN/cm 2 2 β×f = 1× 0.45×3800 = 1710 daN/cm weld
Ta chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng dầm I tổ hợp DM3 theo yêu cầu cấu tạo từ điều kiện:
Vậy ta chọn chiều cao đường hàn liên kết theo yêu cầu cấu tạo là h weld = 6 mm.
Hình: Tiết diện đầu trái dầm giữa DM3 (liên kết cột giữa trục B)
Tiết diện đầu phải dầm giữa DM3 (đỉnh nhịp giữa)
7.3.2/ Thiết kế tiết diện cuối dầm mái 3 (DM3):
7.3.2.1/ Sơ bộ kích thước tiết diện :
Từ bảng tổ hợp nội lực ở mục trên với tiết diện đầu trái của dầm DM2 ta có 3 cặp nội lực
Tổ hợp Cơ bản 1 Tổ hợp Cơ bản 2
M tư M max , V tư M min , V tư V max , M tư
Chúng tôi đã chọn cặp nội lực M, N, Q với moment lớn nhất từ tổ hợp các trường hợp tải trọng 1, 2, 3, 6, 7 (Tổ Hợp Cơ Bản loại 1) để thực hiện thiết kế, chỉ chú ý đến giá trị tuyệt đối của moment theo hướng dẫn tại điều 7.4.2.3 trang 33 TCVN 5575-2012 Nếu cần thiết, có thể kiểm tra lại với các cặp nội lực khác.
Nội lực thiết kế (giá trị tuyệt đối)
Momen kháng uốn cần thiết của tiết diện được xác định bởi công thức:
W = = = 758.502 (cm ) γ �f 0.9×2300 là hệ số điều kiện làm việc của dầm, f là cường độ tính toán của thép CCT 38
Ta chọn trước bề dày bản bụng của dầm : t = 1.2(cm) w
Xác định chiều cao kinh tế của dầm :
Chọn chiều cao dầm h P(cm) d
Từ điều kiện , ta chọn bề dày bản cánh của dầm I tổ hợp là
Kiểm tra lại chiều dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt : w w v c
Từ điều kiện cấu tạo và đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh :
Ta chọn kích thước bản cánh như sau: f f b = 25 (cm) t = 1.5 (cm)
� Kích thước tiết diện đầu dầm thể hiện như hình vẽ:
7.3.1.2/ Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện :
Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện đối với trục x :
Momen kháng uốn của tiết diện : x 3 x
Momen tĩnh của 1 cánh dầm và của nửa tiết diện dầm : f 2 f f f
Kiểm tra bền của đầu trái dầm DM3: max c x
Thỏa điểu kiện bền về ứng suất pháp và ứng suất tiếp cực đại.
Tại tiết diện đang xem xét, khi có sự tác động đồng thời của momen uốn M và lực cắt Q, cần tiến hành kiểm tra ứng suất tương đương tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bảng bụng bằng công thức cụ thể.
Vậy thỏa điều kiện ứng suất tương đương.
7.3.1.3/ Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm :
Kiểm tra sơ bộ xem tỉ số o f
L b có thỏa bất đẳng thức (Bảng 13 trang 25 TCVN 5575-
2012), áp dụng với dầm chữ I thép cán nóng và dầm chữ I thép tổ hợp hàn ( khi f f f f h 48.5 b 25
) khi vị trí đặt tải trọng ở cánh trên: o f f f f f f o
= 110 cm, là khoảng cách tâm các xà gồ mái chữ C, lắp ở cánh trên của dầm.
= 220 cm, là khoảng cách tâm các thanh giằng (thanh chống) chữ U, liên kết cánh dưới của dầm với xà gồ mái ở cánh trên của dầm.
Vì vậy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm DM3 theo công thức (mục 7.2.2.1 – trang 24 – TCVN 5575-2012): b c c
Hình: Giằng cánh dưới dầm tổ hợp I.
7.3.1.4/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh, bản bụng :
Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh khi chịu nén (mục 7.6.3.2 – trang 52 – TCVN 5575-2012) :
Trong đó : b - bề rộng tính toán cánh nén; trong cấu kiện hàn of b =0.5 of � b - t f w ;
Vậy bản cánh dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.
Theo TCVN 5575-2012, kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng dầm là cần thiết khi độ mảnh quy ước λ lớn hơn 2.5 Trong trường hợp này, với λ = 1.71 (được tính từ công thức w = 1.296), không cần thiết phải kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm DM3, mặc dù có ứng suất cục bộ do xà gồ mái gây ra.
7.3.1.5/ Tính toán thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm DM3:
Khi dầm bị uốn, cánh và bụng dầm có xu hướng trượt lên nhau, do đó, liên kết hàn giữa cánh và bụng dầm được thiết kế để ngăn chặn sự trượt này Độ lớn của lực trượt được tính trên 1 cm chiều dài đường hàn là: w 1 w.
Khả năng chống trượt của 1 cm chiều dài đường hàn liên kết cánh và bụng dầm (tính cho 2 bên) phải lớn hơn lực trượt:
Trong đó, β×f min= min β×f ,β×f f wf s ws
Với dầm được hàn tự động tại nhà máy: β×f s f ws wf = 0.7×1800 = 1260 daN/cm 2 2 β×f = 1× 0.45×3800 = 1710 daN/cm weld
Ta chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng dầm I tổ hợp DM3 theo yêu cầu cấu tạo từ điều kiện:
Vậy ta chọn chiều cao đường hàn liên kết theo yêu cầu cấu tạo là h weld = 6 mm