ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

Trường hợp nhà có cầu trục với sức nâng trên 10 tấn, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tải

n

Sức nâng cầu trục,

Q (T)

Cao trình ray,

H 1 (m)

Độ dốc mái,

Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập Các thanh giằng chéo này có thể là thép tròn hay cáp thép mạ kẽm đường kính không nhỏ hơn 12 mm (khi sức trục từ 5 tấn trở xuống), thép góc (khi sức trục lớn) Ngoài ra, cần bố trí các thanh chống dọc bằng thép hình (thường là thép góc) Độ mảnh của thanh chống không được vượt quá 200

Hệ giằng mái

AB

Trường hợp nhà có cầu trục với sức nâng trên 10 tấn, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tải trọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận Nếu sức trục dưới 10 tấn thì không cần

Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (khi chịu tải trọng bình thường, cánh trên của xà là cánh nén); khi chịu tải trọng gió, cánh dưới của

xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết với xà gồ) Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50 5 , điểm liên kết với xà gồ cách xà khoảng

Hệ giằng cột thường bố trí hai lớp:

- Hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột)

- Hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai)

Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong những gian có hệ giằng mái Trường hợp nhà không có cầu trục hoặc nhà có cầu trục với sức nâng dưới

15 tấn có thể dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính không nhỏ hơn 20 mm Nếu sức trục trên 15 tấn cần dùng thép hình, thường là thép góc Độ mảnh của thanh giằng không được vượt quá 200

Độ dốc mái: i12%  6,84o

Khoảng cách bố trí giữa hai xà gồ: a xg 1, 2m

Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng: 2

tc m

tc tc y

tt tt y

Hình 4 Mặt cắt ngang xà gồ

Sơ đồ tính và biểu đồ mômen: thanh giằng xà gồ là thép tròn có 20mm

Hình 5 Sơ đồ tính và biểu đồ mô men của xà gồ

q B

iểm tra bền cho tiết diện:

c

M M

Vậy tiết diện xà gồ đã chọn thỏa mãn điều kiện về biến dạng

* Ngoài ra, cần kiểm tra xà gồ chịu tác dụng của tải trọng gió bốc ông trình đang xây dựng tại Huyện Yên Minh – Hà Giang (vùng ), áp lực gió 2

c

M M

3.2

Với nhịp 6.2m; giá trị tải trọng (có chiều hướng vào mái) q tt 0, 616kN m/ và

tc

q  kN m và theo sơ đồ có một thanh giằng ở giữa, tra bảng III.2 phụ lục III

chọn số hiệu thép Z15024 làm tiết diện xà gồ

Vì sức trục < 30T nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (lấy a = 0)

Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục là:

Do sức nâng của cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cột không

đổi, với độ cứng là I1 Vì nhịp của khung L = 33m, nên chọn phương án xà ngang có

tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 6,5m Với

đoạn xà 10,0m (tiết diện thay đổi), độ cứng ở đầu xà và cuối xà là I1 và I2 Với đoạn xà

10,0 m (tiết diện không đổi), độ cứng là I2

Giả thiết sơ bộ tỷ số I1/I2 = 2,5 Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột và móng là ngàm tại mặt móng (cốt 0.000) Chiều dài dầm vai chọn sơ bộ:

dct

L  L  h    m chọn: L dct 0, 7m Liên kết giữa cột và xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn

Hình 6 Sơ đồ tính khung ngang

Hình 7 Sơ đồ tính khung khung với t nh tải

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái phụ thuộc vào loại mái.Với mái lợp vật liệu nhẹ như :tôn,fibroximang…trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái 2

tc m

p  kN m ; hệ số độ tin cậy tương ứng p 1,3 Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang: p1,3 0,3 6, 2  2, 418kN m/

Hình 8 Sơ đồ tính khung khung với hoạt tải

B k (mm)

Bề rộng đáy

K k

(mm)

T

lượng cầu trục

Áp lực đứng D max , D min của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tập

trung đặt tại vai cột Trị số của Dmax ,D min có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi các bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất Với khung 1 nhịp, nhà có 2 cầu trục hoạt động, cần xét đến tải trọng của 2 cầu trục đặt sát nhau

Hình 10 Dmax lên cột trái

Hình 11 Dmax lên cột phải

85,473 kN

b Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

1

2, 7082

xe o

Hình 12 Tmax lên cột trái

Hình 13 Tmax lên cột phải

- Hệ số khí động trên mặt tường đón gió: c e 0,8

- Hệ số khí động trên mặt mái đón gió: c e1  0,375 (gió hút ra)

- Hệ số khí động trên mặt mái khuất gió: c e2  0, 4 (gió hút ra)

- Hệ số khí động trên mặt tường khuất gió: c e3  0,5 (gió hút ra)

Tải trọng gió phân bố trên khung được xác định như sau:

b Gió phải

14 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió ngang nhà

b

Hệ số khí động trong trường hợp này như sau:

- Hệ số khí động trên mặt tường dọc nhà: c e4  0, 4 (gió hút ra)

- Hệ số khí động trên mặt mái: c e5  0, 7 (gió hút ra)

Tải trọng gió phân bố trên khung được xác định như sau:

33000

2,366 kN/m 1,479 kN/m

1,116 kN/m 1,190 kN/m

5500 11000

3 2

2

4 2

Giải phương trình trên ta thu được nghiệm: h w  cm  chọn h w 37, 2cm

17 Tiết diện cuối xà thay đổi tiết diện và tiết diện xà không thay đổi tiết diện

hiều rộng bản cánh dầm vai: dv

f

b  30cm hiều dày bản cánh dầm vai: dv

f

t  1,2cm Chiều dày bản bụng dầm vai được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

Chiều cao của bản bụng dầm vai w1dv

h có thể chọn từ điều kiện chịu lực của hai đường hàn liên kết bản bụng dầm vai với bản cánh cột:

Để tiết kiệm vật liệu (phù hợp với biểu đồ momen uốn), chiều cao dầm vai tại

vị trí trọng tâm dầm cầu trục lấy nhỏ hơn ở đầu côngxon, chọn góc nghiên 20o Chiều cao của bản bụng dầm vai tại vị trí này được tính như sau:

h h  z tg   tg  cm  Chọn: hw 2dv 32, 6cm

a Tiết diện tại đầu dầm vai b Tiết diện tại vị trí trọng tâm dầm cầu trục

Hình 18 Tiết diện dầm vai

6.2 ịnh n i lực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP2000 Trọng lượng bản than kết cấu khung ngang được khai báo trong SAP Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng biểu đồ và bảng thống kê nội lực Dấu của nội lực lấy theo quy định chung trong sức bền vật liệu

- Với cột khung: cần xác định nội lực tại các tiết diện đỉnh cột, chân cột và vai cột (trường hợp không có dầm vai cột đỡ cầu trục thì xác định tại tiết diện giữa cột)

- Với xà ngang: trường hợp xà có tiết diện không đổi thì cần xác định nội lực ở các tiết diện hai đầu và giữa nhịp Nếu xà có tiết diện thay đổi tì cần xác định nội lực ở

cả tiết diện hai đầu và chổ thay đổi tiết diện

Dữ liệu đầu vào:

Hình 19 Sơ đồ phần tử trong SAP2000

Hình 20 Sơ đồ tên tiết diện khung trong SAP2000

Hình 21 Sơ đồ tiết diện khung trong SAP2000

Hình 22 T nh tải tác dựng vào khung

Hình 23 Hoạt tải mái trái tác dụng vào khung

Hình 24 Hoạt tải mái phải tác dụng vào khung

Hình 25 Hoạt tải cả mái tác dụng vào khung

Hình 26 Gió thổi theo phương ngang (X) từ trái sang phải lên khung

Hình 27 Gió thổi theo phương ngang (X) từ phải sang trái lên khung

Hình 28 Gió theo phương dọc (Y) tác dụng lên khung

Hình 29 Dmax trái tác dụng lên khung

Hình 30 Dmax phải tác dụng lên khung

Hình 31 Tmax trái tác dụng vào khung

Hình 32 Tmax phải tác dụng vào khung

Nội lực được tính bằng chương trình SAP2000 Advanced 14.2.2

Kết quả bảng nội lực như sau:

P: Lực dọc N (kN) V2: Lực cắt V (kN) M3: Momen M (kN.m)

B NG N I L C TABLE: Element Forces - Frames

XA1 5,54026 HTMAI LinStatic -31,092 -23,220 -39,299

XA1 5,54026 HTMAIT LinStatic -16,132 -16,441 0,500

XA1 5,54026 HTMAIP LinStatic -14,961 -6,779 -39,799

XA2 11,08051 HTMAI LinStatic -27,868 3,378 70,631

XA2 11,08051 HTMAIT LinStatic -12,908 10,157 35,316

XA2 11,08051 HTMAIP LinStatic -14,961 -6,779 35,316

XA2 11,08051 DMAXT LinStatic -9,334 2,039 -6,531

XA2 11,08051 DMAXP LinStatic -9,551 0,250 -6,531

XA2 0 TMAXT LinStatic 1,784 -0,608 -4,875

XA3 11,08051 HTMAI LinStatic -27,868 3,378 70,631

XA3 11,08051 HTMAIT LinStatic -14,961 -6,779 35,316

XA3 11,08051 HTMAIP LinStatic -12,908 10,157 35,316

XA3 11,08051 DMAXT LinStatic -9,551 0,250 -6,531

XA3 11,08051 DMAXP LinStatic -9,334 2,039 -6,531

XA4 5,54026 HTMAI LinStatic -31,092 -23,220 -39,299

XA4 5,54026 HTMAIT LinStatic -14,961 -6,779 -39,799

XA4 5,54026 HTMAIP LinStatic -16,132 -16,441 0,500

XA4 0 TMAXT LinStatic 1,878 0,164 4,599

Kết quả chuyển vị đỉnh cột trái do TT gây ra

Kết quả chuyển vị đỉnh cột trái do GXT gây ra

6.4 Tổ hợp nôi lực

Sau khi tính khung với từng loại tải trọng cần tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất tại các tiết diện đặc trưng hi tiến hành tổ hợp nội lực cần tuân thủ theo một số nguyên tắc cơ bản sau:

- Nội lực do t nh tải cần kể đến trong mọi trường hợp

- Không kể đến đồng thời nội lực do Dmax và Dmin ở cùng một phía cột

- Nếu kể đên nội lực hãm ngang T thì phải kể đến nội lực do áp lực đứng Dmax

và Dmin Ngược lại, có thể kể nội lực do áp lực đứng Dmax và Dmin mà không cần

+ Tổ hợp cơ bản 2: gồm nội lực do t nh tải và các loại hoạt tải bất lợi (trị

số của nôi lực do các hoạt tải gây ra cân nhân với hệ số tổ hợp nc = 0,9)

- Tại một tiết diện đặc trưng cần tìm 3 cặp nội sau:

Mặt

ắt

Nội Lực

Á LOẠ TẢ TRỌNG TÁ DỤNG LÊN HUNG (kN.m, kN)

TT HTMAI HTMAIT HTMAIP GXT GXP GY DMAXT TMAXT

(-) TMAXT DMAXP

TMAXP (-) TMAXP

Mặt

ắt

Nội Lực

Á LOẠ TẢ TRỌNG TÁ DỤNG LÊN KHUNG (kN.m, kN)

TT HTMAI HTMAIT HTMAIP GXT GXP GY DMAXT TMAXT

(-) TMAXT DMAXP

TMAXP (-) TMAXP

7 THI T K C T

7.1 ịnh chi u dài tính toán

Theo TCVN 5575 – 2012, với khung một nhịp có lien kết giữa cột với xà ngang

là ngàm, liên kết cột với móng là ngàm hệ số  xác định như sau:

7.2 Ki m tra ti t di n

Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn cặp nội lực tại tiết diện dưới vai cột để kiểm tra tiết diện cột như sau:

472,891300,523

l i

y

l i

1,988

x x

f E

c

E f

Ổn định cục bộ của bản cánh cột được kiểm tra theo công thức:

- Tiết diện cột có dạng chữ I và 1,988 nên độ mảnh giới hạn của bản cánh cột được xác định theo công thức sau:

21

o f

Ổn định cục bộ bản bụng cột được kiểm tra theo công thức:

- Độ mảnh giới hạn của bản bụng được xác định theo công thức sau:

h t

f f f

t h

w x

h M

kN cm

 21

f f f

t h

a Ki m tra b n cho xà không ổi

Xác định độ lệch tâm tương đối m x:

 Không cần kiểm tra bền

Tại tiết diện đầu xà có momen và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương giữa bản cánh và bản bụng:

w x

h M

kN cm

 21

9 THI T K CÁC CHI TI T

9.1 Vai c t

a Ki m tra b n cho ti t di n t i vị trí ngàm với c t

Momen uốn và lực cắt tại ch lien kết công xôn vai cột với bản cánh cột:

66, 794 100 42, 6

3, 704 /1706,933 45

DV w DV

x DV

h M

kN cm

 21

190,840 788, 4

38405,999 0, 6

DV f

c Ki m tra kh ă ịu lự ng hàn liên k t d m vai vào c t

Theo cấu tạo chọn đường hàn liên kết dầm vai vào cột: h f = 0,5 cm

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh của cột xác định như sau:

- Phía trên cánh (2 đường hàn): l w t b f  1 29, 0cm

- Phía dưới cánh (4 đường hàn): l w d 0,5b f t w 1 13, 7cm

- Ở bản bụng (2 đường hàn) l w b h w 1 41, 6cm

Từ đó, xác định được diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn trong liên kết (coi lực cắt chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu):

Dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột ngầm cĩ vùng kéo trong bê tơng mĩng với 4 bulong neo ở một phía chân cột Xác định được chiều rộng của bản đế:

450105

Ô BẢN SỐ 1

Ô BẢN SỐ 2

3

3

105

Chiều dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế

do ứng suất phản lực của betong móng Xét các ô bản đế:

- Ô bản số 3 (bản kê 3 cạnh): do ô bản có kích thước gần bằng với ô bản số 1 và

có ứng suất nhỏ hơn nên không cần xét đến

Vậy chiều dày của bản đế xác định theo:

s s

s s

e Tính toán bulong neo

Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn cặp nội lực tại tiết diện chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bulong neo:

f ng hàn liên k t c t vào b

ác đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm momen và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chịu Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tính toán các bulong neo Các cặp khác không nguy hiểm bằng

Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc truyền vào:

9.3 Liên k t c t với xà ngang

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bulong tại tiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được:

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,2 gây ra

a Tính toán bulong liên k t

Chọn bulong cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính bulong dự kiến là d = 22mm (l loại C) Bố trí thành 2 dãy với khoản cách các l bulong tuân thủ theo quy định

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy như sau:

b

i b

9.4 M i n ỉnh xà

Chọn cặp nội lực kéo lớn nhất cho các bulong tại tiết diện đỉnh xà

202,89980,821

a Tính toán bulong liên k t

Chọn bulong cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính bulong dự kiến là d = 22mm (l loại C) Bố trí thành 2 dãy với khoản cách các l bulong tuân thủ theo quy định

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy như sau:

10

c vb

c vb

c ng hàn liên k t xà ngang với mặt bích

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn)

9.5 M i n i xà (t i nhịp)

Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà, thực hiện tương tự như trên

Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại ch nối

xà nhỏ hơn nên không cần tính toán kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết như hình

Hình 38 ác kích thước của mối nối xà

9.6 Liên k t b n cánh với b n b n b ng c t và xà ngang

Lực cắt lớn nhất trong các đoạn xà ngang là tại tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện Vmax  105, 72 kN Chiều cao đường hàn cần thiết liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức:

f yc

50 150 100 100 150

50

600

100

100