Tính toán phần mái xà gồ thép.

Nhiệm vụ: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

        Công trình được xây dựng tại Thái Nguyên

-         Số lượng cầu trục: 2 (chế độ làm việc trung bình)

-         Sức nâng của cầu trục: Q (T)

-         Nhịp khung: L (m)

-         Bước khung: B (m)

-         Chiều dài nhà: 72(m)

-         Cao trình đỉnh ray: H₁ (m)

-         Độ dốc mái (lợp tôn): i (%)

-         Bê tông móng mác: tự chọn

-         Vật liệu thép : Tự chọn (CT34, CT38)

-         Hàn tay, dùng que hàn tự chọn (N42, N46)

-         Vật liệu bulông liên kết và bulông neo tự chọn

A – THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI

I . Tải trọng

1. Tĩnh tải

Chọn sơ bộ trước xà gồ 7CS2,5x105 , khoảng cách giữa các xà gồ theo mặt bằng nhà là 1,5m

2. Hoạt tải:

P^tc = 30 kG/m², n = 1,3 Þ P^tt = 30.1,3 = 39kG/m².

-Tải trọng tác dụng lên xà gồ :

 q^tc = (5+ 30).  +6,82= 59,58 (kG/m).

 q^tt =(5,5+ 39).  +7,16 = 74,24 (kG/m)

II. TÍNH TOÁN XÀ GỒ

Xét tải trọng tác dụng lên xà gồ theo hệ trục tọa độ Oxy có trục Ox tạo với phương ngang một góc i =5,7⁰ (tức i=10%).

­­q_x^tc = q^tc.Sina = 59,58.Sin5,7⁰ = 5,92 (kG/m)

­­q_y^tc = q^tc.Cosa = 59,58.Cos5,7⁰ = 59,29 (kG/m)

­­q_x^tt = q^tt.Sina = 74,24.Sin5,7⁰ = 7,37 (kG/m)

­­q_y^tt = q^tt.Cosa = 74,24.Cos5,7⁰ = 73,87 (kG/m)

1. Kiểm tra điều kiện bền của xà gồ

s_tđ = s_x + s_y =

Với xà gồ 7CS2,5x105 có: I_x = 413,73cm; I_y = 47,87cm .

M_x = (kG.m)

M_y = (kG.m)

Þs_tđ= (kG/cm²)< f.g_c = 2100 (kG/cm²).

Vậy thỏa mãn điều kiện bền.

2. Kiểm tra điều kiện độ võng của xà gồ

f_y =  (cm).

Công thức kiểm tra :

Vậy xà gồ đảm bảo điều kiện độ võng.

Hình 1. Mặt cắt xà gồ.

B – THIẾT KẾ KHUNG NGANG MỘT NHỊP

I . Xác định các kích thước chính của khung ngang

1. Theo phương đứng

Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang :

H₂ = H_k + b_k

Theo bảng II.3 phụ lục giáo trình thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp ta có: H_k = 1,33(m)

b_k = 0,3 m: khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

" H₂ = 1,33 + 0,3 = 1,63 (m)

" Chọn H₂ = 1,7 (m)

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang :

H = H₁ + H₂ + H₃ = 6,5 + 1,7 + 0 = 8,2 (m)

Trong đó :

   H₁: cao trình đỉnh ray- H₁ = 6,5m

   H₃: phần cột chôn dưới cốt mặt nền, coi mặt móng ở cốt 0.000 ; H₃ = 0

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang :

H_t = H₂ + h_dct + h_r

h_dct =  = (0,6  1) m. Chọn h_dct = 0,6 m

h_r lấy theo cấu tạo: h_r = 0,2 m

H_t = 1,7 + 0,6 + 0,2 = 2,5 m

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột :

H_d = H – H_t = 8,2 – 2,5 = 5,7 (m)

2 .Theo phương ngang

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột. Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

L==0,75(m)

Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng:

 h =  = ( 0,41 0,547) m. Chọn h = 43 cm

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

z = L – h =75 – 43 = 32 cm = 0,32 m > z_min  = 0,18 m

Hình 2. Kích thước khung ngang

II. TÁC DỤNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ HỆ GIẰNG MÁI, GIẰNG CỘT

1. Tác dụng của hệ giằng mái, giằng cột

Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của kết cấu nhà, có các tác dụng:

          + Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của nhà.

+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió lên tường hồi, lực hãm của cầu trục.

          + Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột …

          + Làm cho lắp dựng an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xưởng được chia thành hai nhóm: giằng mái và giằng cột

2. Bố trí hệ giằng mái, giằng cột

Hình 3. Sơ đồ giằng mái và giằng cột.

III . Tải trọng tác dụng lên khung ngang

1-    Tải trọng  thường xuyên (tĩnh tải)

Độ dốc mái i = 10% "  = 5,71⁰ ( sin = 0,099 ; cos = 0,995 ) .

     Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng của các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục.

      Trọng lượng bản thân các tấm lợp , lớp cách nhiệt và xà gồ mái xác định bằng:

=10,2(kG/m)= 0,102 kN/m². Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1 kN/m. Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

         = 1,73 ( kN/m)

      Trọng lượng bản thân tường và xà gồ tường lấy tương tự như mái là 0,102 kN/m². Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột :

  1,1 .0,102 .6 .8,2 = 5,52 (kN)

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1 kN/m .Quy thành lực tập trung và mômen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

 P = 1,05 .1 .6 = 6,3(kN)

M = 6,3.(L₁-0,5.h) = 6,3.(0,75- 0,5.0,43) = 3,4 (kNm)

Hình 4. Sơ đồ tính toán khung với tải trọng thường xuyên(tĩnh tải)

2.Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái lợp tôn) là 0,3 kN/m², hệ số vượt tải là 1,3.

Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang: q =  = 2,35 (kN/m)

Hình 5. Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái nửa trái

Hình 6. Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái nửa phải

3.Tải trọng gió

 Giá trị tính toán của thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao Z so với mốc tiêu chuẩn tác dụng lên 1m² bề mặt thẳng đứng xác định theo công thức:

q = n.W_o.k.C

Trong đó:         

: Giá trị áp lực gió ở độ cao 10 m. Công trình thuộc vùng II-B  nên áp lực gió: kN/m²

k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địa hình. áp dụng dạng địa hình B, hệ số k được xác định:

             + Mức đỉnh cột, cao trình 8,2 m   

       + Mức đỉnh mái, cao trình 9,25 m

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở xuống chân cột hệ số k lấy:

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở lên đỉnh mái hệ số k lấy trung bình:

C: Hệ số khí động ;           

n: Hệ số vượt tải:  

     - Tải trọng gió lên cột :

Trên thực tế tải này truyền lên khung d­ưới dạng lực tập trung tại điểm đặt các xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố.

+ Phía gió đẩy:    

kN/m                      

kN/m

+ Phía gió hút:              

kN/m

kN/m

- Tải trọng gió lên mái :

Trên thực tế tải này truyền lên khung d­ưới dạng lực tập trung tại điểm đặt các xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố.

+ Gió nửa trái:              

          kN/m

          kN/m

+ Gió nửa phải:   

          kN/m

          kN/m

                                 Hình 7. Sơ đồ xác định hệ số khí động

Hình 8. Sơ đồ tính khung với tải trọng gió từ trái sang

Hình 9. Sơ đồ tính khung với tải trọng gió từ phải sang

4.Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 Phụ lục, các thông số cầu trục sức nâng 20 tấn như sau:

Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang, được xác định như sau:

a.Áp lực đứng của cầu trục

 Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định được các tung độ y_i của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

Hình 10. Đường ảnh hưởng xác định D_max, D_min

D_max= n_c ...y_i = 0,85.1,1.127.( 0,295 + 0,828 +1+ 0,467 )= 307,55(kN)

D_min = n_c ...y_i = 0,85.1,1.29,5.( 0,295 + 0,828 +1+ 0,467)= 71,44 (kN)

Các lực D_max, D_min thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là e = L₁ – 0,5h = 0,54 (m). Trị số của các mômen tương ứng :

        M_max = D_max.e = 307,55. 0,54 =166 (kNm)

        M_min = D_min.e = 71,44. 0,54 = 38,58 (kNm)

Hinh 11. Sơ đồ tính khung với tải trọng đứng của cầu trục

b.Lực hãm ngang của cầu trụ

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray :

5,3 (kN)

Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,60 m; cách đỉnh cột một đoạn y = 8,2 – 5,7 – 0,6 = 1,9 m.

T = n_c. . = 1,1. 0,85.5,3. 2,59 = 12,835 (kN)

Hình 12. Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục.

IV.Xác định nội lực

1. Sơ đồ tính kết cấu

Sơ đồ tính là hệ khung phẳng, các thanh liên kết với nhau bằng các nút cứng và chân cột liên kết ngàm với móng:

Hình 13. Sơ đồ tính khung

+ Giả thiết cột cú kớch thước như sau:

          , , , ,

+ Rường ngang có kích thước:

Đầu xà: , , ,

Đỉnh xà: , , ,

          Giữa xà: , , ,

2. Xác định nội lực khung

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm Sap2000. Kết quả tính toán thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảng thông kê nội lực .Dấu của nội lực lấy theo quy định chung trong sức bền vật liệu

Các biểu đồ thể hiện hỡnh dạng biểu đồ nội lực cho nửa khung bên trái với các trường hợp chất tải ( riêng nội lực do hoạt tải chất cả mái xác định bằng cách cộng nội lực do 2 trường hợp chất hoạt tải mỏi nửa trỏi và nửa phải)

Hỡnh14. Quy ước chiểu dương của nội lực theo SBVL.

V. Thiết kế tiết diện cấu kiện

1.Thiết kế tiết diện cột

a) Xác định chiều dài tính toán

      Chọn phương án cột tiết diện không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột đó giả thiết là bằng nhau, ta cú :

Ta cú :                

Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức:

                             .

Chiều dài tớnh toỏn của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (l­_y) lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang...). Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng hỡnh chữ C tại cao trỡnh +2,60, tức là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm hóm, nờn l­_y = 2,60 m.

b) Chọn và kiểm tra tiết diện

          Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tớnh toỏn:

                             M = -170,82 kNm

                             N = -329,86 kN

                             V = - 51,39 kN

          Đây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4,7,9 gây ra.

          Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :

                   h= (1/151/20)H = (0,5541,5) cm à chọn h = 43cm.

          Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng:

                   b_f =(0,30,5)h = (12,921,5)cm;

                   b_f =(1/201/30)l_y = (16,2510,83) cm  à chọn b_f =20 cm.

          Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức:

Bề dày bản bụng: t­_w = (1/70 1/100)h 0,6 cm. Chọn t_w = 0,8 cm.

Tiết diện cột chọn như sau:

          Bản cỏnh: (1x20) cm

          Bản bụng:  (0,8x41) cm

Tính các đặc trưng hỡnh học của tiết diện đó chọn:

          A =0,8.41+2.(1.20) = 72,8 (cm²);

          Tra bảng IV.5 phụ lục – với loại tiết diện số 5, ta cú :

          Với A­_f / A_w = 0,5:

                      =(1,75-0,1.3,6)- 0,02(5-3,6).2,15= 1,33.

          Với A­_f / A_w  1 :

                      =(1,9-0,1.3,6)- 0,02(6- 3,6).2,15= 1,437.

          Với A­_f / A_w = (1.20)/(0,8.41) = 0,61 nội suy cú =1,354

          Từ đó:  =1,354.3,6=4,87<20à Khụng cần kiểm tra bền.

          Với =2,15 và =4,87, tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy cú =0,22

          Điều kiện ổ định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức: (kN/cm)<=21(kN/cm)

          Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số mômen ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn. Vỡ cặp nội lực dựng để tính toán cột là tại tiết diện dưới vai cột và do các trường hợp tải trọng (1,4,7,9) gây ra nên trị số của mômen uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là:    43,21 +(61,77-15,65 +41,52).0,9 =122,07 (kNm).

          Vậy trị số của mômen tại 1/3 chiều cao cột dưới, kể từ tíêt diện vai cột:

=-170,82+=-73,19(kNm)

Do đó: M’=max (; M/2) = max (-73,19;-170,82/2) = -85,41(kNm).

Tính độ lệch tâm tương đối theo M’ :

                   m=

Do = 1,82 < 5 nờn theo (2.44) ta cú

Ở trờn:  vỡ

Theo bảng 2.1 ta cú:

Từ đó:        

Với =60 , tra bảng IV.2 phụ lục, nội suy cú =0,823.

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo cụng thức:

                   12,95(kN/cm)<=21(kN/cm)

          Điều kiện ổn định cục bộ của cỏc bản cỏnh và bản bụng cột được kiểm tra theo các công thức sau:

          Với bản cỏnh cột:

                   =18,18

                   Vỡ 0,8 <  nờn [b₀/t_f­­] xác định theo (2.49).

          Với bản bụng cột: do m_x = 3,6 > 1; và khả năng chịu lực của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn (do ) nờn theo bảng 2.2 ta cú :

          Ta cú:        

                   à Không phải đặt vách cứng.

                     , do vậy bản bụng cột bảo đảm ổn định cục bộ

          Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiểu chuẩn  là .Do đó: . Vậy tiết diện đó chọn là đạt yêu cầu.

2. Thiết kế tiết diện xà ngang 

a) Đoạn xà 3,5m ( tiết diện thay đổi):

          Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tớnh toỏn :

                                      N = -50,82 kN

                                      M = -155,03 kNm

                                      V = 39,61 kN

          Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,4,8,10 gõy ra.

          Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức :

          Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điểu kiện tối ưu về chi phí vật liệu theo công thức (2.54), với bề dày bản bụng xà chọn sơ bộ là 0,8 cm:

          (cm). Chọn h =35cm.

          Kiểm tra lại bề dày bản bụng từ điểu kiện chịu cắt:

          Diện tớch tiết diện cần thiết của bản cỏnh xà ngang xác định theo công thức:

                   18,20(cm)

          Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn là: t_f = 1cm; b_f = 20 cm.

          Tớnh lại cỏc đặc trưng hỡnh học:

          A=0,8.33+2.(1.20) = 66,4 (cm²);

          Do  nờn >20(vỡ ) nờn tiết diện xà ngang được tính toán kiểm tra theo điều kiện bền:

          Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cỏnh và bản bụng:

          Trong đó:    

Với                      

Suy ra:

Kiểm tra ổ định cục bộ của bản cánh và bản bụng:

           =15,81.

      Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp nộn (không phải đặt sườn dọc).

      Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp (không phải đặt sườn cứng ngang).

      Bảng bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất phỏp và ứng suất tiếp( khụng phải kiểm tra cỏc ụ bụng).

Vậy tiết diện xà ngang đó chọn là đạt yêu cầu. Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chỗ tiếp giáp với cột) và cột đó chọn phự hợp với giả thiết ban đầu là bằng nhau.

b) Đoạn xà 7m ( tiết diện không đổi):

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tớnh toỏn :

                                      N = -31,46 kN                                  

                                         M = 51,89 kNm

                                      V = -3,15 kN

          Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1, 4 gây ra.

          Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức:

          Chọn sơ bộ bề dày bản bụng là 0,8 cm. Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu:

                   à Chọn h =25cm.

          Chọn sơ bộ bề dày bản cánh xà là t_f = 1cm. Diện tớch tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức (2.56):

                   7,9(cm)    

          Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn là: t_f = 1cm; b_f = 20 cm.

          Tính lại các đặc trương hỡnh học :

          Theo phương trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của xà . Liên kết 2 đầu xà coi là ngàm nên :     

A=0,8.23+2.(1.20) = 58,4 (cm²);

Từ   và ; (Tra bảng)

Do (vỡ ) nên tiết diện xà ngang được tính toán kiểm tra theo điều kiện bền (2.41):

          Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cỏh và bản bụng xà ngang. Ta cú:                       

          Vậy:

          Do tiết diện xà đó chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn xà 3,5m nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng.

3.Thiết kế cỏc chi tiết

3.1. Vai cột:

          Xác định được mô men uốn và lực cắt tại chỗ liên kết cụng xụn vai cột với bản cỏnh cột:

          M = (D_max + G_dct)(L₁-h)=(307,55 + 6,3).(0,75-0,43)=100,43(kNm);

          V = D_max + G_dct = 307,55 + 6,3 = 313,85(kN).

          Bề rộng bản cỏnh dầm vai chọn bằng bề rộng cỏnh cột =20cm. Giả thiết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục . Chọn sơ bộ bề dày các bản cánh dầm vai . Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điểu kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

                   . Chọn = 0,8cm.

          Chiều cao của dầm vai xác định sơ bộ từ điều kiệ bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt, suy ra từ công thức  (2.65):

                    Chọn

          Các đặc trưng hỡnh học của tiết diện dầm vai:

          Trị số của ứng suất phỏp và ứng suất tiếp tại chỗ tiếp xỳc giữa bản  cỏnh và bản bụng dầm vai:

Vậy: 

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bụng dầm vai :

Bản cỏnh:

Bản bụng:

          Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột h_f = 0,6cm. Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định như sau:

                   Phía trên cánh (2 đường hàn):      l_w = 20 -1 = 19cm.

                   Phía dưới cánh (4 đường hàn):     l_w = 0,5.(20-0,8) - 1 8,6 cm.

                   Ở bản bụng (2 đường hàn):        l_w = 50 -1 = 49cm.      

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

                             A_w = 2.0,6.49 = 58,8 (cm²)

Khả năng chịu lực của các đường hàn trong liên kết được kiểm tra theo cụng thức:

          Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau:

                   Chiều cao:   

                   Bề rộng:        chọn b­­_s= 6cm

                   Bề dày:         . Chọn t­_s= 0,8cm.

Cấu tạo vai cột như hỡnh vẽ.

Hinh15. Cấu tạo vai cột.

3..2.Chõn cột:

a)Tính toán bản đế :

          Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tớnh toỏn tại tiết diện chõn cột:

                                      N = -329,86 kN

                                      M = 122,09 kNm

                                      V = -51,39 kN

          Căn cứ vào kích thước tiết diện cột đó chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp có vùng kéo trong bê tông móng với 4 bu lông neo ở một phía chân cột ( Hỡnh 2.14b). Từ đó xác định được bề rộng của bản đế:

                             B­_bd = b + 2c₁ = 20 +2.6 =32(cm)        (chọn c­₁ = 6cm).

          Chiều dài của bản để xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:

(ở trờn giả thiết bờ tụng múng mỏc 200 cú R_b = 90kG/cm² và                                                      hệ số tăng cường độ m_cb = 1,2);

          Theo cấu tạo và khoảng cỏch bố trí bu lông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết c₂ =11cm và bề dày của dầm đế là 1cm:

                   L_bd = h + 2t_dd + 2c­₂ = 43 + 2.1 + 2.11 =67 (cm) > 51 cm.

          Tính lại ứng suất phản lực của bê tông móng phía dưới bản đế:

Hỡnh 16. Kớch thước bản đế.

Bề dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực trong bê tông móng. Xét các ô bản đế:

          ễ 1 ( bản kờ 3 cạnh):

                             Tra bảng [5] nội suy cú

          ễ 2 ( bản kờ 2 cạnh liền kề):

                             Tra bảng có

          Vậy bề dày của bản đế xác định theo (2.71):

                             chọn t =2,5cm

b) Tính toán dầm đế:

          Kích thước của dầm đế chọn như sau:

                   Bề dày (đã chọn): t_dd=1cm

                   Bề rộng:               b_dd = B_bd = 32cm

Chiều cao:            h_dd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế               vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bê tông móng.

          Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng :

                   (kN)

          Theo cấu tạo, chọn chiều cao của đường hàn liên kết dầm đế vào cột  cm. Từ đó xác định được chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

                   .

                        Chọn chiều cao của dầm đế h_dd = 25 cm.

c) Tính toán sườn A:

          Sơ đồ tính sườn là dầm công-xôn ngàm vào bản bụngcột bằng 2 đường hàn liên kết. Ta có:

          Chọn bề dày sườn t_s=1cm. Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

                       chọn h_s=20cm.

          Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương :

          Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột h_f=0,6 cm. Diện tích tiết diện và mô men chống uốn của các đường hàn này là :

          Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiêm tra theo công thức :

d)Tính toán sườn B:

          Bề rộng diện truyền tải vào sườn là l,5l_s =1,5.11=16,5(cm)

Từ đó:

Chọn bề dày sườn t­_s=1cm. Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

     Chọn h­_s=20cm

Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương :

          Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế h_f=0,6cm. Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn này là:

          Khả năng chịu lực của các đường hàn liên kết được kiểm tra theo công thức:

e)Tính toán bu lông neo:

          Từ bảng tổ hợp nội lực chọn các cặp nội lực sau để tính cho các bu lông neo:

- Cặp1:                           N = -9,33 kN

                                      M = -91,40 kNm

                                      V = 27,65 kN

          Tổng hợp lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột xác định theo công thức:                  

          Chọn loại bu lông neo chế tạo từ thép hợp kim thấp mác 09Mn2Si, tra bảng I.10 phụ lục có f_ba = 190 N/mm². Diện tích tiết diện cần thiết của một bu lông neo:

          Chọn bu lông  có A­_bn = 2,45 cm² ( Bảng II.5 phụ lục).

          Xác định hệ số :

          Tổng lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột:

          Do trị số này nhỏ hơn trị số đã tính toán ở trên nên đường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu.

- Cặp2:                 N = -105,29 kN

                             M = 218,64 kNm

                             V = -52,82 kN

          Tổng hợp lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột xác định theo công thức:                  

          Chọn loại bu lông neo chế tạo từ thép hợp kim thấp mác 09Mn2Si, tra bảng I.10 phụ lục có f_ba = 190 N/mm². Diện tích tiết diện cần thiết của một bu lông neo:

          Chọn bu lông  có A­_bn = 4,59 cm² ( Bảng II.5 phụ lục).

          Do chênh lệch bulông hai bên không lớn, ta bố trí mỗi bên 4 bulông .

f)Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế:

          Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm mô men 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 bulông neo. Các cặp khác không nguy hiểm bằng.

          Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phần vào theo(2.78):

          Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột (kể cả các đường hàn liên kết dầm đế vào bản đế):               

Chiều cao cần thiết của các đuờng hàn liên kết ở bản cánh cột:

Chiều cao cần thiết của các đuờng hàn liên kết bản bụng vào cột:

Kết hợp cấu tạo chọn h­­_f = 0,6 cm.

Hình17. Cấu tạo chân cột.

3..3.Liên kết cột với xà ngang:

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

                             N = -49,99 kN

                             M = -155,03 kNm

                             V = 46,62 kN

          Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4,8,10 gây ra.

a)Tính toán bu lông liên kết:

          Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kinh bu lông dự kiến là d = 20mm (lỗ loại C). Bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trong bảng I.13 phụ lục.

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

          Bề dày:        chọn

          Bề rộng ( phụ thuộc vào kích thước của mặt bích)  chọn l­_s = 10,5cm

          Chiều cao:  chọn h­_s = 16cm.

          Khả năng chịu kéo của một bu lông:

-cường độ tính toán chịu kéo của bulông (I.9 phụ lục)

-diện tích tiết diện thực của thân bu lông (Bảng I.11 phụ lục)

Khả năng chịu trượt của 1 bu lông cường độ cao:

                     ở trên:

     - cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bulông cường độ cao trong liên kết ma sát,

     - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bulông (Bảng I.12 phụ lục), (với mác thép 40Cr).

A       - diện tích tiết diện của thân bulông,

     - hệ số điều kiện làm việc của liên kết ,  do số bulông trong liên kết n = 12 >10;

 - hệ số ma sát và hệ số độ tin cậy của liên kết. Với giả thiết là

không gia công bề mặt cấu kiện nên theo [1] :;

     - số lượng mặt ma sát của liên kết,

          Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do mô men và lực dọc phân vào (do mômen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía trong cùng):          

Do N­_bmax=84,28kN < [N]_tc = 98 kN nên các bulông đủ khả năng chịu lực.

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bu lông:

Hình 18.Bố trí bulông trong liên kết xà-cột.

b)Tính toán mặt bích: Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn:

          . Chọn t = 1,6cm.

c)Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích:

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

          Lực kéo trong bản cánh ngoài do mômen và lực dọc phân vào theo (2.77):

          Vậy chiều cao cần thiết của các đường hàn này:

          Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích (coi như các đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực):

          Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn trong liên kết là h_f = 0,6 cm

Hình 19. Cấu tạo mối nối cột với xà ngang.

3..4.Mối nối đỉnh xà:

          Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà (đỉnh mái):

                   N = -31,46 kN

                   M = 51,89 kNm

                   V = -3,15kN

          Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4 gây ra. Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bulông dự kiến là d = 20mm (lỗ loại C). Bố trí bulong thành 2 hàng. Ở phía ngoài của 2 bản cánh xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước như sau:

          Bề dày:       t_s = 1cm.

          Chiều cao:    h_s = 10,5 cm

          Bề rộng:      l­_s=1,5h_s = 1,5.10,5 = 15,75 (cm)  chọn l­_s = 16 cm.

          Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy dưới cùng do mômen và lực dọc phân vào (do mômen có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trên cùng):

Khả năng chịu cắt của các bulông được kiểm tra theo công thức:

Bề dày của mặt bích xác định từ các điều kiện sau:

               Chọn t = 1cm.

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

Lực kéo trong bản cánh dưới do mômen, lực dọc và lực cắt gây ra:

Vậy chiều cao cần thiết của các đường hàn này :

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích:

          Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn trong liên kết h_f = 0,6cm.

Hình 20. Cấu tạo mối  nối đỉnh xà.

3..5. Mối nối xà (ở nhịp):

          Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà là hoàn toàn tương tự trên. Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toán kiểm tra mối nối. Cấu tạo liên kết như hình 21.

Hình 21. Cấu tạo mối nối xà

3..6.Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang :

          Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà V_max = 41,59kN.Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức:

          Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn h_f = 0,6cm.

          Tiến hành tương tự, chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là h_f  = 0,6 cm.

ới bề rộng diện truyền tải c kiêm tra theo công thức : h­a có:________________________________________________