Thuyết minh tính toán nhà xưởng tiền chế theo tiêu chuẩn mỹ

Thuyết minh tính toán nhà xưởng tiền chế theo tiêu chuẩn mỹ Nhà xưởng tiền chế là loại hình công trình nhà được làm bằng kết cấu thép, đã được sản xuất và chế tạo sẵn từ trong nhà máy. Nhà xưởng tiền chế luôn được làm theo một bản vẽ kiến trúc và kỹ thuật đã chỉ định sẵn. Xây nhà xưởng tiền chế được trải qua 3 giai đoạn chính: Thiết kế, gia công cấu kiện và lắp dựng tại công trình. Toàn bộ kết cấu thép đều được sản xuất đồng bộ sẵn rồi đưa ra công trường lắp dựng. Quá trình lắp dựng hoàn thiện nhà xưởng tiền chế tại công trường chỉ cần 1 số thao tác đơn giản, nhờ đó giảm thiểu thời gian thi công và hoàn thành công trình, mang tính chuyên môn hoá cao hơn. Ngoài ra, chủ đầu tư luôn dễ dàng kiểm soát chất lượng công trình ngay từ trong quá trình sản xuất thép. Chi phí thấp, thời gian xây dựng nhanh chóng, chi phí bảo dưỡng thấp và dễ dàng mở rộng thêm hoặc di dời trong tương lai khi có nhu cầu nên nhà xưởng tiền chế được các doanh nghiệp sử dụng thay vì xây dựng nhà xưởng như truyền thống

THIẾT KẾ NHÀ THÉP TIỀN CHẾ

I Tải trọng và tổ hợp tải trọng :

1.Tải trọng:

1.1 Tĩnh tải:

Tĩnh tải bao gồm:

ƒ Trọng lượng bản thân của cấu kiện thép

ƒ Các bộ phận cố định của nhà và công trình

Kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu nhà thép tiền chế :

ƒ Trọng lượng tole mái 0.45 mm gần bằng 5kg/m2 cho mái

ƒ Trọng lượng xà gồ và hệ giằng khoảng 5 kg / m2 đến 10 kg/m2 cho mái

ƒ Do đó, khi tính tĩnh tải cho mái nhà thép tiền chế , người ta lấy từ 10 kg/m2 đến

15 kg/m2 BMB lấy 10 kg/m2

1.2 Hoạt tải:

Hoạt tải bao gồm các tải trọng tạm thời sau:

ƒ Tải trọng trên sàn do người và đồ đạc

ƒ Tải trọng trên mái do người , do công tác sửa chữa

ƒ Tải trọng do thiết bị như cầu trục , máy móc khác

ƒ Vách ngăn di chuyển được

Kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu nhà thép tiền chế :

ƒ Theo TCVN 2737-1995, hoạt tải trên mái tole là 30kg/m2

ƒ Theo MBMA 2002, hoạt tải trên mái tole là 57kg/m2

ƒ BMB lấy hoạt tải trên mái tole là 30 kg/m2

1.3.Tải trọng gió:

Aùp lực gió phân chia theo khu vực

Ví dụ : Bình Dương : 55kg/m2, TP HCM : 83 kg/m2

Tùy theo dạng nhà, độ dốc mái mà ta có các hệ số gió khác nhau

Với áp lực gió và hệ số gió, đối với các nhà có nhịp và bước cột khác nhau , ta sẽ tính được tải trọng gió tác động lên công trình

Theo TCVN , nhà trên 40m sẽ tính gió động

MBMA không xét gió động

Kinh nghiệm, nhà xưởng thường dưới 40 m nên thiết kế theo TCVN hay MBMA không quan tâm gió động

( đọc thêm TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động, MBMA 2002)

2 Tổ hợp tải trọng:

Các tổ hợp của phương pháp ASD được qui định như sau:

DL + LL

DL + WL

WL: tải trọng gió

EL: tải trọng động đất

TL : tải nhiệt độ

FL : hoạt tải sàn

II Khe co giãn ( khe nhiệt) và khe lún :

Theo Bảng 46 trang 74 sách TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế, khoảng cách lớn nhất của các khe nhiệt độ của khung thép nhà và công trình 1 tầng

Đơn vị : m

Khoảng cách lớn nhất Giữa các khe nhiệt

Đặc điểm của

nhà và công

trình Theo dọc nhà Theo ngang nhà Từ khe nhiệt hay từ đầu mút nhà đến trục của hệ giằng đứng gần nhất Nhà có cách

nhiệt

Nhà không cách

nhiệt và xưởng

nóng

Khe nhiệt : 2 cột bê tông đặt trên 1 móng Cột đặt ngoài trời chịu tác động của nhiệt độ , móng không chịu tác động của nhiệt độ Đối với khung nhà thép tiền chế, khe nhiệt được thiết kế bằng cách cấu tạo xà gồ và tole phù hợp cho việc co giãn

Khe lún : mỗi cột đặt trên mỗi móng Sử dụng khi khối nhà riêng biệt

III Chuyển vị cho phép của nhà thép tiền chế:

Theo Bảng 1 và bảng 2 trang 13 sách TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế và Bảng 1.1b trang I-5 sách MBMA 2002 , chuyển vị cho phép của nhà thép tiền chế:

Loại cấu kiện Loại chuyển vị TCVN MBMA 2002 Tổ hợp tải

L/240 (2) L/180 (3)

LL

L/180 (2) L/120 (3)

Cột đỡ cầu trục Ngang H/1250 (phẳng ) H/400 < 5cm DL+CR

(1) Nhà xưởng có treo trần thạch cao

(2) Nhà xưởng có treo trần khác thạch cao

(3) Nhà xưởng không có treo trần

IV.Hướng dẫn giải nhà xưởng bằng SAP 2000:

™ Bước 1:

¾ Tìm lực từ file excel “ tính toán khung nhà xưởng TC Mỹ” của BMB

¾ Nhập các thông số đầu vào từ các ô màu xanh ở “ SL nhập”

¾ Lấy tĩnh tải, hoạt tải, gió từ “thuyết minh” nhập vào Sap 2000

¾ Lấy tĩnh tải, hoạt tải, gió từ “thuyết minh” nhập vào Sap 2000

¾ Tải khung nóc gió là 15kg/m2 (x diện tích nóc gió)=> đổi đơn vị ra tấn rồi nhập vào khung sap để tính toán

Ví dụ : tải nóc gió tính được là 0.45T thì nhập lực tập trung -0.45 (như hình vẽ) Lưu ý: chỉ nhập tải gió khung giữa để tính cho khung giữa,khung đhồi cho khung đh

™ Bước 2: Mở Sap 2000 và tạo khung với các thông số sau:

- Khai báo đặc trưng vật liệu ( thép, BT…) của khung thiết kế:

¾ Material: steel : (Define / materials / Steel => chọn Modify/show materials )

Lưu ý: nhớ đổi đơn vị ra tấn/m

Khai báo tải : Trọng lượng bản thân (Dead Load)

Tải gió 1, 2 (Wind load 1, 2)

* Ghi chú : Tải gió lấy từ bảng thuyết minh excel

- Khai báo tải cho khung thiết kế:

Thông thường có các loại tải : tĩnh tải mái, hoạt tải mái, tải gió…

Tùy đặc điểm công trình mà có thêm : tải treo, tải dầm phụ… ta phải khai báo thêm

Xuất hiện hộp thoại Define Static Load Case Names =>

¾ Static load case : (các tải khai báo)

- Gán tải vào khung:

o Dead load (DL):

Chọn khung kèo, nhấp chuột vào biểu tượng

Xuất hiện cửa sổ

Chọn và nhập số liệu như sau: (lưu ý: nhớ đưa đơn vị về Ton/m)

Kiểm tra tải vừa gán: Display/showloads/frame…

Xuất hiện cửa sổ: Show frame load chọn dead load:

Tải dead load bao gồm tĩnh tải mái và tải nóc gió (như hình minh họa):

Tương tự, khai báo tải live load:

o Live load (LL) : Khai báo tải gió như sau:

Giá trị W1, W2, W3, W4 lần lượt ứng với những vị trí:

o Wind load 1 (WL1) : ứng với giá trị tải case 1

o Wind load 2 (WL2) : ứng với giá trị tải case 2 Nếu tải bất đối xứng thì phải khai báo gió thổi từ trái qua phải và ngược lại

- Khai báo tổ hợp tải cho khung thiết kế:

Xuất hiện cửa sổ … : chọn và khai báo các mục như trong hình vẽ:

Ơû mục Case Name: chọn DL và nhấp vào ô add

Làm tương tự với LL ta được C1

Lưu ý: ở Enve ta chon như sau:

™ Bước 3:

¾ Chia đoạn kèo:như form mẫu BMB theo nhịp nhà.(các đoạn 3;4.5;5;6;7.;9;12m)

Ví dụ : Với khung 60 m thì chia đoạn như sau: 6m, 9m, 9m, 6m

¾ Giải -> chọn tiết diện như yêu cầu cắt thép BMB (134,148, 164, 184, 212…)

- Khai báo tiết diện cho khung thiết kế:

Define/frame sections :

- Xuất hiện hộp thoại:

Chọn Add I/Wide Flange để khai báo tiết diện I

Nhập các giá trị vào hộp thoại I/Wide Flange mới xuất hiện:

*Chú ý khi nhập tiết diện chữ I:

+ Chiều cao t3 chia chiều rộng cánh t2 (hay t3) không được lớn hơn 5

+ Chiều dày cánh tf (tfb) chia chiều dày bụng tw không được lớn hơn 2.5

+ Chiều cao t3 chia chiều dày bụng tw không lớn hơn 180

+ Tại nách khung, chiều cao cột không chênh lệch so với chiều cao kèo quá

200mm

+ Chiều dài tối đa để chuyên chở là 12m -> Chiều dài phân đoạn tối đa 12m + Nên cho bề rộng cánh bằng nhau cho 1 phân đoạn Nếu chúng khác nhau thì nên tạo mối nối

+ Đối tiết diện hình thang, sự khác nhau của chiều cao bắt đầu đến kết thúc nên lớn hơn 100mm

+ Đối tiết diện thép tổ hợp thay đổi theo hình thang, độ dốc tiết diện không quá

15o

+ Chiều cao bụng tối đa nên nhỏ hơn 1500mm vì yêu cầu kỹ thuật

- Gán tiết diện cho khung:

+ Chọn phần tử cần gán tiết diện bằng cửa sổ hay lệnh Select

+ Vào Menu Define chọn frame section hay chọn biểu tượng I trên màn hình (bước bên trên)

+Chọn tiết diện cần gán và nhấn OK

- Chọn tiêu chuẩn thiết kế:

+ Vào Menu Options chọn Preferences Chọn Tab Steel và trong Steel design code chọn tiêu chuẩn AISC-ASD89.Nhấn Ok để đóng

Đoạn kèo 9m

Lưu ý: sau khi khai báo đầy đủ :

♥ Đặc trưng vật liệu

♥ Tiết diện của khung:

♥ Các trường hợp tải:

♥ Các tổ hợp tải:

Nhấn F5 để Sap tính toán:

Sau đó nhấn Ctrl F5, nhấp chuột phải vào các tiết diện để khai báo hệ số giằng Xuất hiện cửa sổ: nhấp chuột vào ReDesign để nhập hệ số giằng:

Cách tính hệ số giằng như sau: lấy khoảng cách không giằng / phân đoạn kèo

+Đối với kèo, hệ số giằng là khoảng cách xà gồ chia phân đoạn kèo

Vd: Khoảng cách xà gồ là 1.4m

Đoạn kèo dài 9m

=> hệ số giằng =0.15

+Đối với cột, hệ số giằng là giá trị lớn hơn giữa khoảng cách 2 cây xà gồ liên tiếp xa nhất và khoảng cách từ đáy cột thép tới cây xà gồ đầu tiên chia phân đoạn cột

Vd: Khoảng cách xà gồ là a=1.4m.Tường gạch cao b=4m từ cốt +0.000 Cây xà gồ cách tường c=1m

Đoạn cột cao h=10m từ cốt +0.000

=> hệ số giằng =max(a,(b+c))/h=(max(1.4,(4+1))/10=max(1.4,5)=5/10=0.5

Sau đó nhấn Ctrl F5 để Sap thiết kế

¾ Kiểm tra tỷ số ứng suất <1, chuyển vị nhỏ hơn tiêu chuẩn qui định và không báo hiệu Stress check Message kl/r >200 trong Detail là đạt

¾ Cột, kèo đầu hồi tính như dầm đơn giản chịu tải gió và tải mái

IV.Hướng dẫn nhập tải trọng động đất bằng SAP 2000:

1 Tải trọng động đất theo phương pháp lực tĩnh tương đương :

1.1 Các bước lập sơ đồ tính, gán các đặc trưng hh, tải trọng, tổ hợp…

1.2 Bước 2 :

Xác định trọng lượng kết cấu ( Tĩnh tải của khung trong Sap 2000 ) và lực cắt đáy và lực

1.3 Bước 3 : gán lực cắt đáy và lực tập trung ở đỉnh mái vào kết cấu ( gán lực tập trung theo phương ngang nhà như các tải trọng bình thường khác )

1.4 Các bước tiếp theo :

Các bước tiếp theo, kể cả việc tổ hợp nội lực làm bình thường theo quy định

2 Tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng :

2.1.Các bước lập sơ đồ tính, gán các đặc trưng hh, tải trọng, tổ hợp…

trong Define\Functions\ Response Spectrum\chọn Add New Function được :

2.4.Các bước tiếp theo :

Các bước tiếp theo, kể cả việc tổ hợp nội lực làm bình thường theo quy định