2.2. THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI CÔNG TRÌNH
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
* Thông số kích thước:
- 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:
Bài toán thiết kế xà gồ mái là bài toán lặp, ban đầu chọn tiết diện xà gồ, sau đó tiến hành tính toán tải trọng và xác định nội lực trong xà gồ, kiểm tra điều kiện bền và võng. Nếu tiết diện thỏa thì chọn, trường hợp không thỏa thì tiến hành lặp lại cho đến khi chọn được tiết diện xà gồ thích 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:
Trong đó:
: Áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào vùng gió và vị trí xây dựng công trình. Ứng với đề cho công trình thuộc vùng gió IIB, tra bảng 4 TCVN 2737:1995 xác định
: Hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió, phụ thuộc vào cao độ z của công trình và dạng địa hình nơi xây dựng công trình.Giả sử công trình ở vùng địa hình B và cao độ
, tra bảng 5 TCVN 2737:1995 xác định .
: Hệ số khí động của gió. Khi gió thổi theo phương ngang nhà, đối với mặt phẳng xiên theo mái thì xác định theo chỉ dẫn của sơ đồ 8 trong 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:
Trong đó:
Hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy
* Xác định hoạt tải mái:
Hoạt tải tác dụng lên mái công trình lấy theo chỉ dẫn trong TCVN 2737:1995.Theo Bảng 3 của tiêu chuẩn, đối với mái bằng không sử dụng (mái tôn không có người đi lại, chỉ có người đi lại sửa chữa, chưa kể các thiết bị điện nước, thông hơi nếu có) thì tải trọng tiêu chuẩn
là .
- Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn phân bố trên xà gồ:
- Giá trị hoạt tải tính toán phân bố trên xà gồ:
Trong đó:
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.
*Xác định nội lực
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
- 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):
.
*Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp
- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ mái theo công thức sau:
. - Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của tiết diện xà gồ:
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
Xà gồ chịu uốn theo hai phương, nên kiểm tra độ võng xà gồ như sau:
- Độ võng theo phương x : (có ty giằng)
- Độ võng theo phương y :
- Độ võng của xà gồ: .
- Kiểm tra độ võng xà gồ với độ võng cho phép:
.
- Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của tiết diện xà gồ:
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.
*Xác định nội lực
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:
- 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):
.
*Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp
- Kiểm tra điều kiện bền ứng suất pháp cho xà gồ mái theo công thức sau:
- Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của tiết diện xà gồ:
Xét tỷ số: Tận dụng được 35.47% sự làm việc của tiết diện.
Tiết diện xà gồ 200Z15 thỏa điều kiện bền ứng suất tiếp.
*Kiểm tra độ võng xà gồ
Xà gồ chịu uốn theo hai phương, nên kiểm tra độ võng xà gồ như sau:
- Độ võng theo phương x : (có ty giằng)
- Độ võng theo phương y : .
- Độ võng của xà gồ: .
- Kiểm tra độ xà gồ với độ võng cho phép: .
(Thỏa)
- Kiểm tra khả năng tận dụng sự làm việc của tiết diện xà gồ:
Xét tỷ số: Tận dụng được 33.53% sự làm việc của tiết diện.
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 được loại tiết diện dùng cho xà gồ mái, ta xác định tải trọng quy đổi xà gồ mái nhằm mục đích phục vụ cho việc xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang.
Tải trọng quy đổi xà gồ mái (tải phân bố đều trên mét vuông) được xác định như sau:
. Trong đó:
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, .