Kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng: Hướng dẫn đồ án môn học (Tái bản lần thứ hai) - Phần 1

Phần 1 của cuốn sách Hướng dẫn đồ án môn học Kết cấu thép: khung nhà công nghiệp một tầng trình bày những nội dung về: xác định kích thước chính của khung ngang; xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang; lực xô ngang của cầu trục; tải trọng gió; xác định nội lực khung ngang; tổ hợp nội lực;... Mời các bạn cùng tham khảo!

NEY YEN nh WN “TRUN£-

AE 8/2010

DAI HOC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

+ GT.03.XD(V)

_ ĐHQG.HCM-09 211-2009/CXB/112-12 _ XD.GT.487-09(T)

~MUC LUC

NOI DUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP |

KHUNG NHA CONG NGHIEP MOT TANG MOT NHIP

Chuong 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA

| KHUNG NGANG

1.1 Các số liệu tra bảng |

1.2 Xác định kích thước theo phương đứng

1.3 Xác định kích thước theo phương ngang nhà

1.4 Kích thước dàn mái và cửa mái

1.5 Hệ giảng

Chương 2 XAC DINH TAI TRONG TAC DUNG LEN

2.1 Tinh tải |

2.2 Tải trong sửa chữa mái

2.3 Áp lực thẳng đứng của cầu ¡ trục lên vai cột

2.4 Lực xô ngang của cầu trục

2.5 Tải trọng gió

| Chuong 3 XAC DINH NOI LUC KHUNG NGANG |

PHAN 1: XAC ĐỊNH NỘI LỰC BẰNG CÁCH TÍNH THỦ CÔNG

DUA TREN CO 8G PHUONG PHAP CHUYEN VI

3.1 Tinh tai -

3.3 Ap lực đứng của cầu trục Dyas, Dyin én vai cột: |

3.4 Ap luc x6 ngang T cua xe con

3.5 Tai gid

PHAN 2: XAC DINH NOI LUC TRONG KHUNG NGANG

NHỜ MÁY VỊ TÍNH, DỰA TREN CO SỞ PHƯƠNG PHÁP

PHAN TU HUU HAN

Chương 4 TỔ HỢP NỘI LỰC

Chương 5 THIẾT KẾ CỘT

S.l Xác định chiều dài tính toán của cột

5.2 Nội lực tính toán của cột

5.3 Thiết kế tiết diện cột trên

5.4 Thiết kế tiết diện cột dưới

5.5 Thiết kế chỉ tiết cột

Chương 6 THIẾT KẾ DÀN MÁI

6.1 Cấu tạo dàn mái

6.2 Tải trọng tác dụng lên dàn s

6.3 Nội lực trong dàn mái

6.4 Xác định chiều dài tính toán của các thanh dàn

6.5 Chọn tiết diện thanh dàn

6.6 Tính toán các chỉ tiết trong dàn

Lời NÓI ĐẦU

THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP

MỘT TẦNG là một trong các đô án môn học chuyên ngành quan - _trọng của các sinh uiên đạt học ngành Xây dựng Dán dụng uà Công nghiệp, thuộc hệ chính quy uà các hệ không chính quy

Những tài liệu hướng dẫn đồ án này cũng đã được in tại Trường Đợt học Xây dựng Hà Nội, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, tai

“Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên, cho đến nay, có một số quy phạm của Nhà nước liên quan đến công tác thiết

kế hết cấu thép có thay đổi như:

- TCVN 5575-1991: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế,

- JCVN-2737-1995: Tỏi (rọng uà tác động (soát xét lần 2)

Do udy, trong khi soan thdo cuén HUONG DAN DO AN MON HỌC - KẾT CẤU THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG lần này, chúng tôi dựa trên những quy phạm, tiêu chuẩn hiện hành

ở Việt Nam Chúng tôi cũng chú trọng nhiều đến phần thực hành _UỚI những giỏi thích ngắn gon nhất Ở mỗi phân, chúng tôi cố gắng đưa ra trình tự giải quyết uấn đề uà một số uí dụ bèm theo hình uẽ:

cụ thé để sinh uiên có thể tham khdo Tai liệu đưa uào các phụ lục can thiét di dé sinh uiên có thể thuc hién duoc đồ an (trong pham vi

Một điều chắc chdn là cuốn sách này còn có những khiếm khuyết Chúng tôi hy uọng sẽ nhận được phản anh của bạn đọc để giúp cho lần tái bản sách được tốt hơn -

“Cuối cùng, chúng tôi xin chan thành cam on tap thé can b6 Bé mon Công: trình Trường Đại học Bách khoa - Đạt học Quốc gia TP.HCM đã quan tâm giúp đỡ chúng tôi hoàn thành cuốn sách này, xin cản: ơn Tổ Giáo trình đã giúp đỡ để cuốn sách này có thế ra mốt

NỘI DUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP KHUNG

NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP 1- Mục đích |

_ Đồ án kết cấu thép nhằm tạo cho sinh viên theo học chuyên

ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp có cơ hội vận dụng tổng

hợp các kiến thức đã học vào giải quyết một bài toán thiết kế cụ thể

trong thực tế, có mức độ tương đối khó Sinh viên được yêu cầu thiết

kế hệ thống kết cấu khung bằng thép của một nhà công nghiệp mot tầng một nhịp có cầu trục hoạt động | |

2- Nội dung _ #) Các số liệu chung 7 |

Địa điểm xây dựng: Giáo viên hướng dẫn có thể chỉ định các địa điểm xây dựng công trình khác nhau Nếu địa điểm xây dựng là - Thành phố Hê Chí Minh, lấy áp lực gió tiêu chuẩn tương ứng vùng

II, it chiu anh hưởng của bão, đo = 83 daN/Ẻ _

Quy mé công trình: Công trình có một tầng, một nhịp, hai cầu

trục cùng hoạt động trong nhịp và cùng sức cẩu Q Chế độ làm việc

trung bình Chiều dài công trình từ 90-120 ty bước cột 6 7 Mái lợp

panen bê tông cốt thép, có cửa trời

Tuổi thọ của công trình lấy bằng 50 năm | |

| _Vật liệu thép có: R = 21 ÈN/cmˆ, E = 2 1.101 hcm”; u = 0,3

Que han E42, E42A hay tuong duong Dùng phương pháp hàn

tay, phương pháp kiểm tra đường hàn bằng siêu âm Bê tông móng

da 1x2 em, mac 250# Bulông có độ bền lớp 5.6; 6.6;hoặc58 ©

_9- Xác định các tải trọng tác dụng lên khung ngang:

Tĩnh tải và cáchoạttải 7 So

3- Xác định nội lực cho mỗi trường hợp tải

4- Tổ hợp nội đực (0 TC TC ru

- Cột trên đặc: chọn tiết điện cột trên dạng chữ I, kiểm tra ổn định

cục bộ tiết diện, kiểm tra ổn định tổng thể trong và ngoài mặt phẳng

_——- Cột dưới rỗng: chọn tiết diện từng nhánh cột, kiểm tra ổn định

_ cục bộ trong và ngoài mặt,phẳng khung cho từng nhánh cột chịu nén

_ đúng tâm, ổn định tổng thể cho toàn cột chịu nén lệch tâm "

- Thiết, kế chân cột | | |

- Thiét ké vai cét

6- Thiét ké dan:

- Xác định tải trọng, nội lực trong các thanh dàn

- Tổ hợp nội lực trong các thanh dàn |

- Chọn tiết diện thanh dàn và kiểm tra ổn định thanh dàn

- Thiết kế các chi tiết mắt dàn: mắt đỉnh dàn, mắt giữa dàn, mắt nối thanh, mắt liên kết đàn với cột | |

7- Bố trí hệ giàng: Hệ giằng cột; hệ giằng cánh trên và cánh

dưới dàn; hệ giằng đứng giữa dàn; hệ giằng cửa mái

- Thể hiện kết quả thiết kế lên bản A1; gồm: khung ngang, kích

thước và nội lực dàn, các hệ giằng, chỉ tiết thân cột, vai cột, chân cột, chi tiết dàn mái, mắt dàn, ghi chú, khung tên Tất cả bản vẽ

đều phải thể hiện thủ công (không vẽ trên máy tính), theo đúng các quy định về vẽ kỹ thuật - |

- Một tập thuyết minh ghi lại các trình tự tính toán, kết quả tính toán Toàn bộ nội dung: thuyết minh có thể viết tay hoặc đánh

- Trong quá trình thực hiện đồ án, sinh viên phải thông qua

giáo viên hướng dẫn các phân việc mình đã làm Giáo viên hướng

dẫn có quyền từ chối không ký duyệt đồ án nếu thấy chất lượng đồ

án không đạt yêu cầu | |

_- inh viên phải bảo vệ đồ án của mình đúng hạn quy định trước giáo viên do bộ môn phân công Đồ án phải được giáo viên hướng

Chương ]

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH

CỦA KHUNG NGANG

Khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp bao gồm hai cấu kiện chính: cộ và dàn mới Để bảo đảm độ cứng theo phương ngang nhà, liên kết giữa cột và dàn mái được thực hiện là liên kết

cứng Liên kết giữa chân cột và móng bê tông cốt thép cũng là liên kết ngàm cứng

cửa mái

Hình 1.1 Khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp

- Cột thép trong nhà công nghiệp theo yêu cầu của đồ án được cấu tạo dạng cột bậc gồm hơi đoạn cột: cột trên và cột dưới, nhằm đáp

ứng được yêu cầu về khả năng chịu lực của cột Cột trên chọn dạng tiết diện chữ I đối xứng, bản bụng của tiết điện sé nam trong mặt phẳng khung Cột dưới có thể chọn tiết diện đặc trong trường hợp bề rộng cột nhỏ hơn 1000 mun dé don gian trong ché tao Khi bé rong

10 | | CHUONG 1

cot tir 1000 mm tré lén, nên thiết kế cột có tiết dién 1 rỗng gồm hai nhánh: nhánh cầu trục có tiết điện chữ Ì và nhánh mới có tiết diện chit U Trong trường hợp nhà công nghiệp một tầng một nhịp như trong đồ án, cột trên và cột dưới bố trí lệch tâm với nhau, liên kết với nhau thông qua vai cột:

Dàn mái được chọn có dạng hình thang hai mái dốc, độ dốc mái tùy thuộc: vật liệu lop Trong đồ án nay, vat thiệu lợp lò panen bê tông cốt thép, độ dốc mái lấy bằng 1⁄8 đến 1/12 Do liên kết cứng với cột nên chiều cao đầu dàn chọn 2200 mm -

Để thỏa mãn yêu cầu về thông gió và chiếu sáng tự nhiên, cần -

bố trí cửa mái Cửa mái có bể rộng từ 1/3 đến 1⁄9 nhịp nhà, chiều cao cửa mái đủ bố trí bậu cửa trên, bậu cửa dưới và cửa số lật dạng băng

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG _NGANG | 11

Yêu cầu của việc chọn kích thước khung ngang, ngoài việc đảm bao kha năng chịu lực của các cấu kiện, độ cứng chung của khung ngang còn phải đảm bảo hoạt động bình thường của cầu trục, tức là

khi cầu trục hoạt động sẽ không vướng phải cạnh cột (mép trong cột

trên) cũng như mép dưới của dàn mái, giằng cánh dưới của đàn mái

"hoặc các thiết bị treo buộc dưới dàn mái, đồng thời cũng không để - các vật đang được cẩu lắp làm cản trở hoạt động diễn ra bên dưới

- cầu trục của nhà xưởng (va chạm với các máy móc thiết bị, nguyên vật liệu, sản phẩm hoặc công nhân trong phạm vi không gian bên dưới cầu trục)

1.1 CAC SO LIEU TRA BANG

Từ các số liệu ban đầu: nhịp nhà L (m), sức cẩu của cầu trục Q (7), chúng ta tra catalogue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp

Ví dụ 1.1 Cầu trục hai móc cẩu, chạy điện có sức nâng của móc

chính là 307', chế độ làm việc trung bình, với trường hợp nhịp nhà xưởng là 27 m, chúng ta có thể tra bảng ra những số liệu như sau:

- Loại ray thích hợp: KP70 - |

- Chiéu cao H, = 2750 mm (chiéu cao gabarit cua cau truc, duoc

tính từ cao trình đỉnh ray cho đến điểm cao nhất của cầu

trục) _

- Bề rộng của cầu truc B, = 6300 mum (kich thước gabarit tinh theo phương dọc nhà của cầu trục)

- Nhịp cầu trục ¿ = 25,5 m (nhịp gabarit của cầu trục, được

tính bằng khoảng cách giữa hai tim ray) Ở đây, ta chọn bằng 25,9 m vì ở cột “nhịp cầu truc L,”, 25,5 m là trị số nhỏ hơn 27

om (nhịp nhà) và gần với trị số đó nhất |

- Khoang cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục K = 5100 aan

Ở đây, cầu trục chỉ có hai bánh xe một bên

- Kích thước B;, kể từ tim ray cho đến mép ngoài (điểm mút

ngoài cùng) của cầu truc B; = 300 mm Trị số này cần dùng để

tính toán khe hở giữa cầu trục và mép trong cột trên

- Ngoài ra, trong catalogue cầu trục, chúng ta còn có thể tra

bảng ra các số liệu về tải trọng của cầu trục Tuy nhiên trong phần này chúng ta chưa cần đến những số liệu đó

12 | _ CHUONG 1

1.2 XAC ĐỊNH KÍCH THUOC THEO PHUGNG ĐỨNG

Trong phan nay, nhiém vu 1a xác định chiêu cao của phần cột

trên va phần cột dưới Xuất phát điểm là cao trình đỉnh ray so với

mặt nền sau khi hoàn thiện (đã cho trong số liệu ban đầu), ta tính

- Cao trinh dinh ray H, (m) |

- Chiều cao của ray và đệm ray cầu trục %„ (số hiệu ray đã xác

- Chiều cao của dầm câu chạy h„ Số liệu này lấy từ thiết kế dầm cầu chạy cụ thể, trong dé án này ta có thể chọn sơ bộ bằng 1/8

đến 1/10 bước cột B (cũng chính là nhịp dầm cầu chạy) |

- Phần cột chôn ngầm dưới mặt nên hoàn thiện h„, được tính từ mặt nên sau khi hoàn thiện cho đến mặt móng Thông thường kích thước này lấy khoảng 0,6m đến 1m Tuy nhiên, khi cấu tạo cổ móng

bê tông cốt thép sao cho mặt trên cổ móng vừa bằng cao trình nền

thì h„ = 0 (phương án này cũng thuận tiện trong thị công, sau khi đổ

bê tông phần ngầm có thể tiến hành công tác san lấp, không cần đợi lắp cột Mặt khác không cần chống rỉ sét phần cột chôn ngầm)

- Ta có thể xác định chiều cao thực của phần cột dưới theo công thức

Cũng từ cao trình đỉnh ray, chúng ta tính được chiều cao thực của phần cột trên như sau: | :

- Chiều cao gabarit của cầu truc A, (da tra bang ở trên)

- Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép dưới kết cấu mái (đàn

mái, giằng cánh dưới) Thường lấy khoảng 100 mm

- Độ võng của kết cấu mái /, thường lấy khoảng từ 200-400 mơ; tùy thuộc nhịp nhà Ta cũng có thể ước lượng độ võng ƒ khoảng 1/100

- Chiéu cao thực của phần cột trên được xác định theo công thức

Hy = |, + hạaạ + Hạ + 100 + f (1.2)

_ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 13

Ví dụ 1.2 Chúng ta xác định kích thước theo phương đứng của khung

_ nhà xưởng với các số liệu sau đây:

- Theo nhiệm vụ thiết kế, cao trình đỉnh ray H, = 9000 mm

- Chiéu cao ray và đệm h, giả định lấy bằng 200 mưm

- Chiều cao đầm cầu chạy lấy bằng 1/10 ö và bằng 600 mm

- Khéng bố trí đoạn cột chôn dưới dat, h,, = 0

- Chiéu cao gabarit cua cau truc H, = 2750 mm

- Độ võng của dàn mái lấy bằng 1/100 của nhịp nhà, ƒ = 270 mm _Từ các số liệu này, chúng ta xác định được chiều cao thực của cột

dưới (1.1)

- Hạ=H,- h, -h¿„ + h„ = 9000 — 200 — 600 + 0 = 8200 mm

_._ Chiều cao phần cột trên được xác định theo (1.2)

Ay = h„ + hạc + H, + 100 + ƒ = 200 + 600 + 2750 + 100 + 270 = 3920 mm

Các kích thước này, chúng ta nên lấy tròn số là bội số của 200 mm,

như vậy, chiều cao phần cột trên là 4000 mm, chiêu cao phần cột dưới là 8200 mm |

1.3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THE0 PHƯƠNG NGANG NHÀ

Các số liệu sơ khởi chúng ta có bao gồm:

- Nhịp nhà xưởng L, cho trong nhiệm vụ thiết kế

- Nhịp cầu trục L, xác định từ catalogue của cầu trục

Từ đây, chúng ta xác định được khoảng cách từ tim ray cho tới trục định vị như sau

“Chiều cao tiết diện phần cét trén h, cé thé so bé chọn bằng 1/10

đến 1/11 chiều cao cột trên Ay, thông thường chúng ta chọn trong các

trị số sau: S00, 150 mm 7

Chiéu cao tiét dién phần cột dưới hạ - SƠ ï bộ chọn bằng hoặc lớn hon 1/10 đến 1/1 chiều cao của cột dưới Hạ hay bằng hoặc lớn hơn 1⁄15 đến 1⁄20 chiêu cao toàn cột H = H, + H„ạ Cũng chọn là bội số

14 _—_ | " CHƯƠNG 1

Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột, ký hiệu la a ,được lấy bằng 0,250, hoặc 500 mưmn Trué định vị sẽ nằm ở vị trí nào bảo đảm được khe hở an toàn giữa mép ngoài của cầu trục và mép

Để bảo đảm được khe hở an toàn, ta cần chon a theo công thức

trong đó: Ö; - đã tra từ catalogue của cầu trục ở trên;

D - là khe hở an toàn giữa cầu trục và cột, thường lấy từ

60 đến 75 mưn

Thường trục nhánh trong cột dưới trùng với trục đầm cầu chạy,

tức là với tim ray, do vậy, chiều cao tiết diện cột dưới sẽ là À + ơ

Ví dụ 1.8 Yêu cầu xác định kích: thước theo phương ngang của nhà xưởng Chúng ta có các số liệu như sau: :

- Nhịp nhà xưởng cho theo nhiệm vụ thiết kế: 1, = 27 m

- Nhịp cầu trục đã xác định ở trên L¿ = 25,5 mì

- Kích thước phần đầu cầu truc B; = 300 mm |

- Khe hở an toàn giữa đầu mút cầu ' trục và mép trong cột trên

- Chiéu cao cét trén H, = 4000 mm đã xác định ở phần trên

- Chiều cao phần cột duéi Hy = 8200 mm cũng đã xác định ở trên

Các kích thước theo phương ngang được xác định như sau:

- Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị (1.3)

L~L„ _ 27000-25500

2 | 2

- Chiéu cao tiét dién cột trên có thể chọn sơ bộ

h, = (1/10 tới 1/11) H, = : 864mm + 400 mm Chung ta chọn ở, là bội số của 250, do vậy, ta chon h, = 500mm

- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột (1.4)

a>h, +) + D- A = 500 + 300 + 60 — 750 = 110

À= = /50 01

mim

Ta chon a = 250 mm, tuc là trục định vị trùng với tim cột trên

- Bề rộng cột dưới xác định theo công thức

1.4 KÍCH THƯỚC DAN MAI VA CUA MAI

Chúng ta có thể chọn dạng dàn và kích thước dàn theo các c dạng điển hình Trong phần thiết kế dàn, tài liệu này sẽ cung cấp cho ta một số dạng kết cấu dàn mái điển hình |

Bề rộng cửa mái lấy từ 1⁄2 đến 1/3 nhịp nhà Cấu tạo và kích

thước các chỉ tiết cửa mái lấy theo thiết kế cụ thể Trong đồ án này,

bậu cửa dưới có thể lay chiéu cao 600 mm, bau ctia trén cao 400 r mm, phan cánh cửa lật cao 1200 mm

1.8 HỆ GIẰNG

—— Nhiệm 0ụ của hệ gidng trong nhà công nghiệp bao gồm:

e Dam bao tính bất biến hình của hệ thống kết cấu khung nhà xưởng Ổn định hệ khung khi dựng lắp

e Giảm bớt chiều dài tính toán các cấu kiện chịu nén

e Truyén tai trong theo phuong doc nha

¢ Bảo đảm sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà

xưởng, nhất: là khi chịu lực hãm ngang của cầu trục

Hệ giằng trong nhà công nghiệp gồm hai hệ thống:

Giằng cột, bao gồm giằng cột dưới và giằng cột trên Giằng cột

dưới bố trí tại giữa khối nhiệt độ, giằng cột trên được bố trí tại giữa

_ khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới) và hai đầu khối nhiệt độ

Gidng mdi, gồm các khối hộp sáu mặt trên mái, được bố trí tại

giữa khối nhiệt độ, hai dau khối nhiệt độ và cách nhau khoảng 20-

30m Mỗi khối hộp gồm hai mặt bên là hai dàn mái, mặt trên là hệ giằng cánh trên, mặt dưới là hệ giằng cánh dưới, còn lại hai mặt ở

16 | mm _

CHUONG 1

hai đầu khối hộp là hai giằng đứng đầu dàn Các dàn khác không

nam trong khối hộp sẽ tựa vào các khối hộp thông qua panen mái,

hệ giằng đứng giữa dàn, xà gồ, thanh chống

Khi nhà xưởng có cầu trục có sức cấu lớn hơn hay bằng 15 tấn, cần thiết phải bố trí hệ thống giằng dọc nhà Hệ thống này chạy dọc

theo hai hàng cột, nằm ở cao trình cánh dưới của dàn, kết hợp với giằng cánh dưới bảo đảm sự làm việc không gian cho hệ thốn

khung Dưới đây giới thiệu một số hệ giằng thực tế "

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG _ 17

TCO CT TRE TESTS

SO BO BO TRi HE GIANG DUNG CUA CUA MAI

Chương 2

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN

KHUNG NGANG

-?.1 TĨNH TẢI

Tinh tdi tdc dung lén khung ngang bao gém:

- Trọng lượng bản thân của kết câu chịu lực mái (xà ngang, giằng mái, cửa mái, xà gồ )

- Trọng lượng bản thân cột, dầm cầu chạy, dầm hãm, các hệ giằng cột trên và cột dưới

- _ Vật liệu lợp mái (tôn fibrô xi măng, tôn sắt tráng kẽm, panen

bê tông cốt thép )

- Két cau bao che xung quanh nha |

_ Trọng lượng bản thân kết cếu chịu lục của mói có thể xác định

sơ bộ như sau:

Dàn vì kèo mái tính trên 1m mặt bằng nhà xưởng 16-25

Dàn đỡ kèo, giằng mái - 5.7

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG | | 19 Trọng lượng của dầm cầu chạy và dầm hãm được coi như một lực tập trung đặt trên vai đỡ cầu trục (tại vị trí trên nhánh cầu trục) Trọng lượng của dầm cầu chạy và dầm hãm cùng ray, đệm có thể lấy

theo số liệu đổ án tương tự hoặc lấy trong khoảng 250 đến 390 daN/m dài đối với dầm nhịp 6m - | : _

Trọng lượng các hệ giằng cột trên và cột dưới được coi như tập

trung tại các điểm giằng Có thể sơ bộ xác định trọng lượng của

giằng cột trên khoảng 12-15 daN/m dài theo chiều dọc nhà xưởng,

trọng lượng giằng cột dưới khoảng 14-18 đaN/m dài | oe

Trọng lượng các vật liệu lợp mái được coi như phân bố đều trên

mặt bằng mái, Trị số của trọng lượng các vật liệu lợp được xác định

theo cấu tạo cụ thể của mái Chẳng hạn, mái panen bê tông cốt thép

gồm panen bê tông cốt thép, các lớp cấu tạo (như các lớp chống

thấm, lớp cách nhiệt, lớp chống bức xạ trực tiếp, lớp lót) Một vài số liệu về trọng lượng các lớp lợp:

'Panen bê tông cét thép 1.5x 6m fe 150:

Lớp cách nước 2 giấy 3dầu ` — — 10

Hệ số vượt tai của tôn sắt tráng kẽm, của panen bê tông cốt

thép, của fibrô xi măng và gạch lá nem là 1,1; đối với các lớp khác

2.2 TAI TRONG SUA CHUA MAI

Tải trọng sửa chữa mái là tải trọng do người và thiết bị sửa _

chữa, vật liệu sửa chữa mái Đối với trường hợp mái lợp panen bê _tông cốt thép, tải trọng sửa chữa mái lấy bằng 75đaMN/m? theo quy

phạm về tải trọng và tác động - TCVN-2737-1995 Trường hợp mái

lợp vật liệu nhẹ, giá trị hoạt tải sửa chữa mái lấy bằng 30 daN/m?

| Hoat tải mái được tính với hệ số hoạt tải 13 - s |

20_ _ SỐ _— _—_ HƯƠNG 2

2.3 ÁP LỰC THẮNG ĐỨNG CUA CẦU TRỤC LEN VAI COT

Theo điều kiện của đầu bài, trong nhịp nhà có hai cầu trục cùng

hoạt động Trong những điều kiện bất lợi nhất, các cầu trục sẽ gây

ra áp lực đứng lớn nhất D„¿; lên vai cột (thông qua dầm cầu chạy) Ở

cột đối diện, áp lực của cầu chạy là D„„ p„„„ và D„„ được xác định

nhờ lý thuyết đường ảnh hưởng khi các bánh xe cầu trục di chuyển

| D max =n.n, may 2;

Din = N.Ne Prin aVy | (2.1)

vdi: n - hé sé vugt tai, c6 thé lay n = 1,1 |

n - hệ số tổ hợp, xét đến xác suất xảy ra các điều kiện bất lợi cùng lúc (đó là các điều kiện: cả hai cầu trục đều phải cẩu

vật nặng bằng sức cẩu tối đa cho phép, hai cầu trục phải đi ghép liền nhau, xe con của hai cầu trục cùng ở về một phía của cầu trục và vị trí của các bánh xe của hai cầu trục ở vào

Pmin - ấp lực tương ứng của một bánh xe cầu trục lên ray phía

bên kia, được tính như sau |

Q+G

n

O

với: Q - sức cẩu của cầu trục, được cho theo đầu bài;

G - trọng lượng toàn bộ của cầu trục, tra trong catalogue cầu trục; n„ số bánh xe ở một bên ray cầu trục, xem trong catalogue cầu

trục;

Đặc, và Ö„„„ đặt tại nhánh cầu chạy, lệch tâm so với trục cột một

khoảng e bằng khoảng cách từ trọng tâm nhánh cầu chạy đến trục cột dưới có thể sơ bộ giả thiết e = (0,45 + 0,55) h

XÁC ĐINH TẢI TRONG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG _—_ 21

2.4 LỰC Xô NGANG CỦA CẦU TRỤC

Xe con hãm lại khi đang di chuyển theo phương ngang nhà

2 xưởng sẽ sinh ra lực xô ngang Đó là lực quán tính của xe con và vật

— cẩu tác động theo phương chuyển động, truyền qua các bánh xe được hãm của xe con, qua các bánh xe cầu trục truyền lên đầm hãm, truyền vào khung thông qua phản lực dầm hãm

Xe con và vật cẩu, có tổng trọng lượng là Q+G,„, sẽ gây ra áp

với: 0, - là số bánh xe được ham của xe con |

T;- là lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm,

2.5 TAI TRONG GIO

Theo TCVN 2737- 1995, tai trong £10 tac dụng lên một khung được xác định theo công thức:

q=n.eckbq.B —~- | " (2.6) với: - hệ số vượt tải của tải trọng gió, lấy bằng 1,3;

- hệ số độ cao, được tra ở bảng lập : sẵn theo dạng địa hình và

do- áp lực gió tiêu chuẩn, được cot#như không đổi từ độ cao 10 m:¡

trở xuống Ở các độ cao hơn 10 m, áp lực gió tiêu chuẩn phân

bố theo dạng hình thang, với áp lực gió tiêu chuẩn tal cao | trinh 20 m la 1,35 lan ap lực gió tiêu chuẩn tại 10 m (phụ lục 12) Phần tải trọng gió tác dung vào cột được quy thành tải phân bố déu trên suốt chiều dài cột Trong phạm vi đồ án này, do chiều cao nhà xưởng không khác nhiều với gid tri 10 m, dé đơn giản tính toán

và thiên về an toàn, ta lấy giá trị tải gió tại cao trình cánh dưới vì kèo làm giá trị tải phân bố đều trên cột

Phần tải trọng gió tác dụng lên mái kể từ cánh dưới vì kèo lến đến đỉnh mái, áp lực gió tiêu chuẩn g, được coi là không đổi và lấy bằng trung bình cộng giá trị áp lực tiêu chuẩn tại cao độ cánh dưới

_ Vì kèo và đỉnh cửa mái

Ví dụ 2 2.1 Xác đình | các tải trọng tác dụng lên khung ngang

1- Tửi trọng thường xuyên

Trọng lượng các lớp mái như sau:

Lớp chống thấm 2 gidy 3 dau, gia dinh an 10 1,2

Tổng tải trọng tiêu chuẩn —q° = 400 đaNWm

———

Nhân các giá trị tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải tương

we chung ta xac dinh duoc gid tri tong tai trong tinh toán

= 4538daN/m’ ⁄

Tam”

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG _ | | 23

_ Trọng lượng hết cấu múi uà hệ giằng:

Giá trị tiêu chuẩn — g'° = 30 daN/m?

Hệ số vượt tải n = 1,2

Gia tri tinh toán gy = 36 daN/m?

Giá trị tiêu chuẩn của trọng lượng kết cấu cửa mái: git =

15daN/m? Vé6i hệ số vượt tải 1,2, giá trị tính toán của tĩnh tải kết

cấu cửa mái là: |

gi! = 15x1,2 = 18 daN/m?

Tĩnh tải mái được dồn về các khung ngang Tải trọng các lớp lợp

và kết cấu mái cùng hệ giằng được coi là một tải phân bố đều trên suốt nhịp nhà xưởng, còn tải trọng cửa mái được coi như phân bố đều trên suốt bề rộng cửa mái

2- Tai trong sta chita madi | |

Theo TCVN-1995, tai trong sửa chữa mái lợp panen bê tông cốt thép được lấy bằng 7BdøœN/m” mặt bằng nhà, hệ SỐ vượt tải n = 1,3, giả thiệt mặt phẳng mái nghiêng một góc 129

Giá trị tải sửa chữa mái đưa vào tính toán là

cos 12°

Tải sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều

đi: ö=9968x6= = 098, 07 daN/im?

3- Áp lực của cầu trục lên val cột

Các tải trọng này được xác định theo công thức -

Drax — H1 Prax dj;

Dyin = VM, Prin 99;

_Các số liệu tính toán xác định như sau:

- ĐỨC cầu của cầu trục SOORN; |

- Hé số vượt tải n = 1,1;

- Hệ số tổ hợp, xét đến xác suất xảy ra đồng thời tal trọng tối

da cua hai cầu trục hoạt động cùng nhịp ứ = 0,9;

24 — m _ — _CHUONG 2

- Tu bang catalogue cua cầu trục, ta tra ra giá trị của

Prax = 330RN, tổng trọng lượng cầu trục G = = B6BkN, số lượng bánh xe một bên ray mạ = 2

- Giá trị Prin được xác định theo công thức sau

_ Hình 2.1 Xúc định D,„„, D„u„: sơ đồ sắp xếp bánh xe cầu trục

uà đường ảnh hưởng phản lực gối tựa

4 y

XÁC ĐỊNH TAl TRONG TAC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 25

Lực xô ngang của cầu trục | |

Trong lugng cua xe con được tra tir catalogue cua cdu trục và bang G,, = 120 kN Gid dinh rang cầu trục sử dụng móc mềm, f, 0,1 Tổng hợp lực hãm ngang, tác động lên toàn cầu trục là

Lực xô ngang này được đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu

chạy, cách vai cột 0,6m, tức là ở cao trình 8,80m

4- Tai trong gio

26 _ | CHƯƠNG 2_

Công trình được: giả định xây dựng tại vùng ngoại ô ô thành phố _

Hồ Chí Minh, vùng gió II, ít chịu ảnh hưởng của bão Do vậy áp lực

gió tiêu chuẩn Jo = 83 daN/m? Các hệ số như Sau:

Chương 3

XAC BINH NOI LUC KHUNG NGANG

Trong dé án này, việc xác định nội lực trong khung ngang được _ tính theo phương pháp chuyển vị nếu tính toán thủ công (bằng tay),

s hoặc được tính theo phương pháp phần tử hữu hạn (nhờ phương tiện

- máy vi tính) Dưới đây sẽ trình bày trình tự tính toán theo phương pháp chuyên v1

_PHẦN 1: XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẰNG CÁCH TÍNH THỦ CONG DUA TREN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

- Thay thé dàn bằng một thanh, năm trùng với cánh dưới dàn,

có độ cứng bằng độ cứng trung hình của dàn Độ cứng trung bình của dàn được lấy tại vị trí 1⁄4 nhịp dàn, và được nhân với hệ số 0 ,{O do dàn thuộc dạng kết cấu rỗng

„ Rhi tải trọng tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi như tải tác dụng đối xứng lên khung đối xứng, do vậy ẩn phản xứng chuyển vị ngang đầu cột A bằng 0, còn hai ẩn đối xứng chuyển vị xoay đầu cột bằng nhau 0 = @› = 0,

28 | | CHUONG 3

- Khi tai trong tac dung không trực tiếp lên xà ngang, ta coi độ cứng của xà ngang bang v6 cing, EJ = œ Do vậy, với giả thiết hình chiếu của thanh lên trục của nó trước và sau khi biến dạng không đổi, hai an chuyển vị xoay đầu cột @ị = 2 = 0, còn lại một ẩn chuyển vi ngang đầu cột A

Để giảm bớt khối lượng tính toán, người ta đã lập sẵn những bảng tính toán nội lực của các cấu kiện có tiết diện giật bậc, chân cột liên kết ngàm, đầu cột trên liên kết cứng hoặc khớp với dàn mái, chịu các tác động như sau

- Tai trong phân bố đều trên suốt chiều đài cột (phụ lục 14)

- Tải tập trung, cách đầu cột trên một khoảng + (phụ lục 15)

- Mômen tập trung, cách đầu cột trên một khoảng x (phụ lục 16)

- Chuyển vị ngang đầu cột A = 1 (phụ lục 17)

- Chuyến vị xoay đầu cột @ = 1 (phụ lục 18)

Trước khi tính toán, chúng ta cần giả thiết tỷ lệ độ cứng giữa các cấu kiện trong khung Có thể giả thiết độ cứng theo một đồ án thiết kế có sẵn, cũng có thể chọn tỷ lệ độ cứng giữa các cấu kiện như sau

Jcd a =7+10 và 22-95-40 Jd (3.1)

voi: Jed - méOmen quán tính tiết điện cột dưới;

Jct - momen quán tính tiết diện cột trên;

Jd - mômen quán tính tiết điện dàn

Sau khi tính toán, chọn tiết diện, nếu như tỷ lệ độ: cứng thực tế không sai khác quá 30% so với tỷ lệ giả định thì kết quả tính toán

có thể chấp nhận được Nếu sai số vượt quá 30% thì buộc phải giả định lại tỷ lệ độ cứng và tính lại nội lực

3.1 TINH TAI

Tại trọng phân bố đều trên xà ngang

Do khi nắn thẳng trục cột, xuất hiện mômen lệch tâm Để có

thể áp dụng được các giả thiết đơn giản hóa nêu ở trên, chúng ta tách hệ kết cấu đã cho thành hai bài toán như hình đưới đây

Ta nhận thấy hệ đối xứng chịu

tải đối xứng nên:

‹ Các thành phần đối xứng sẽ

Pi = G2 = & ,

- Cac thành phần phản xứng triệt tiêu A = 0

Ta có thể lợi dụng tính chất đối xứng này để chỉ xét một nửa hệ, bằng cách thêm vào một liên kết ngàm trượt tại điểm giữa của xà

ngang

2- Phương trình chính tác:

Yịy@ + Ri, = 0

trong đó: r;; - phản lực tại liên kết 1, theo phương liên kết 1, do liên

kết 1 có chuyển vị bằng 1 gây ra trong hệ cơ bản Trong trường hợp này, liên kết 1 chính là liên kết góc xoay ở đầu cột ọ

lp - phan lực tại hên kết 1, theo phương liên kết 1, do tải ngoài

ở- Vẽ biểu đồ đơn vi M, va biểu đô mômen do tải ngoài gây ra

trên hệ co ban Mp

Việc tính toán xác định giá trị mômen trong khung sẽ được tiến hành nhờ vào các bảng phụ lục số 16 và 18 hoặc phụ lục 19, 20 Chi tiét tinh todn dé nghi xem trong vi du kém theo

Biéu dé don vị M,, do ° = ] gây ra trên hệ cơ bản;

Hon nita, do giả thiết đơn giản

hóa: khi tải trọng không tác dụng

trực tiếp lên xà ngang, thì độ cứng

xà ngang có thể coi bằng vô cùng

EJ = = oo, va luc nay, chuyén vi xoay dau cột bing không (0ị = @a= 0

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG _—— 31

Do vậy, trong trường hợp

này chúng ta có thể xác định

biểu đồ mômen trong khung

đơn giản như sau: vẽ biểu đồ-

mômen trong cột do mômen

_ lệch tâm gây ra nhờ vào sự

_— giúp đỡ của các bảng tra trong

phụ lục số 16 hoặc công thức

trọng phụ lục 19, sau đó xem xét sự cân bằng mômen tại nút đỉnh cột để vẽ biểu đô mômen trong thanh xà ngang Dạng biểu đồ mômen trong khung do mômen lệch tâm có dạng như hình dưới đây Chỉ tiết tính toán có thể xem xét trong ví dụ kèm theo

Ví dụ 3.1 Xác định biểu đồ nội lực trong khung ngang nhà xưởng có

H, = 5m, Hz = 10m, nhip nhà xưởng L = 30m, cho biết tĩnh tải tác

dụng lên mái được xem như phân bố đều, có giá trị tính toán là 35kN/m, dé léch tam giữa cột trên và cột dưới là e= 250mm |

32

Bai toan BT1

CHUONG 3

1- Hé co ban: duoc trình bày như

hình bên Từ giả thiết đơn giản hóa, ẩn

_ phản xứng A triệt tiêu Hai ẩn @ = @; = @

24- Phương trình chính tắc

ct

Tu? + Ry =0

3- Vé biéu dé don vị M, va biéu đồ

mômen do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản Me

Biểu đô đơn vị My, do p= 1 gay ra trén hệ Cơ bản như hình vẽ

dưới đây Quy ước về dấu của phản lực và chuyển vị cho cột bên trái

như hình vẽ

Mômen phản lực mang dấu dương khi có xu hướng làm cho nút quay ngược chiều kim đồng hồ

Phan lực ngang mang đấu dương khi hướng từ phải sang trái

Chuyển vị xoay mang dấu dương khi nút xoay thuận chiều kim đồng hẻ Đối với cột bên phải, lấy đối xứng qua trục giữa nhịp nhà xưởng

Mlômen trong cột dương khi căng thớ trong của cột

Mômen trong dàn dương khi căng thớ trên của dàn