Bài tập tính toán hệ khung cứng hà cao tầng năm 2024

tính toán thiết kế nhà cao tầng [ viện y học các bệnh lâm sàn nhiệt đới ], chương 41

lao động trong công tác bê tông[dựng lắp,tháo dở ván khuôn đà giáodựng lắp cốt thép,đổ đầm và bảo dưỡng bê tông]. Dựng,lắp,tháo dỡ giàn giáo : Khi giàn giáo cao hơn 6m phải làm ít nhất 2 sàn công Khi giàn giáo cao hơn 12m phải làm cầu thang.Độ dốc Lỗ hổng ở sàn công tác để lên xuống phải có lan can bảo Thường xuyên kiểm tra tất cả các bộ...

8 p TaiLieuvn 09/11/2010 141 56

Từ khóa: thiết kế nhà cao tầng, phòng cháy chữa cháy, bê tông cốt thép, sơ đồ tính khung, tính tổng tải, bê tông lót móng, công tác thi công

• 1. II TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẲNG KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP ……………………… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TÂNG Họ và tên sinh viên : HOÀNG HỮU DƯƠNG Lớp : 28x1BKT Giáo viên hướng dẫn : ThS.Huỳnh Minh Sơn NỘI DUNG: Thiết kế kết cấu nhà công ghiệp 1 tầng theo các số liệu sau : I/GIẢ THIẾT: 1/Kích thước nhà : Nhịp nhà: L[m];Bước cột :B=6m Chiều dài nhà : D[m];Cao trình đỉnh ray :Hr[m] 2/Vật liệu : Kết cấu khung : Thép CT3; Cường độ f=2100daN/cm2 ; que hàn E42 hoặc tương đương . Kết cấu bao che : Mái :Tấm panen BTCT ;Tường : Xây gạch ; Móng :BTCT cấp bền B15 3/Liên kết : Hàn và bulong 4/Tiêu chuẩn thiết kế : Theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam 5/Địa điểm xây dựng: Khu công nghiệp Hòa Khánh-TP Đà Nẵng II/BẢNG SỐ LIỆU: L[m]: 27 D[m]: 108 Hr[m]: 8 Q[T]: 30/5 III/NHIỆN VỤ THIẾT KẾ: 1/Bố trí mặt bằng ,mặt cắt ngang khung nhà và hệ giằng 2/Thiết kế cột khung và dàn mái 3/Tính toán cấu tạo chi tiết và lien kết cấu thép các bộ phận của khung ngang IV/ HÌNH THỨC THỂ HIỆN : 1/Thuyết minh : Viết tay sạch sẽ,rõ ràng kèm theo hình vẽ trên giấy A4 ,đóng tập 2/Bản vẽ: Bố trí các hình vẽ trên bản vẽ A1
• 2. II THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhịp có hai cầu trục sức nâng 30/5 T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà L = 27 m dài 108 m; bước cột B=6 m, cao trình đỉnh ray 8 m, mái lợp Panen Bêtong cốt thép. Nhà xây dựng vùng gió IIB. Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép CCT34. Móng Bê tong cấp độ bền B15. 1. CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU. 1.1. Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp [Hình 1] Khung ngang gồm có cột và rường ngang. Liên kết cột với rường ngang là cứng hoặc khớp, ở đây trong đồ án môn học ta chọn cứng cho tổng quát. Cột thường là bậc thang, phần trên đặc, phần dưới đặc hoặc rỗng. Dàn hình thang hai mái dốc với mái lợp bằng BTCT. Độ dốc từ 1/8 đến 1/12. Đồ án này chọn 1/10. 1.2.Kích thước chính của khung ngang Xác định các kích thước chính của khung, cũng như của cột, dàn, là dựa vào nhịp khung L. Bước khung B, sức nâng cầu trục Q và cao trình mặt ray rH . 1.2.1. Kích thước cột Cầu trục sức nâng Q = 30/5 T lấy theo bảng VI -1 [phụ lục VI. Sách “Thiết kế KCT nhà công nghiệp”] có: Nhịp 25.5ccL m= loại ray KP-70, chiều cao ctH của Gabarit cầu trục: 2750ctH mm= , f= 350mm. Chiều cao 2H từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới của rường ngang: [ ]2 100 [2750 100] 350 3200ctH H f mm= + + = + + = Trong đó: ctH - Chiều cao Gabarit cầu trục. 100 – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu. f – Khe hở phụ xét độ võng của kết cấu và thanh giằng lấy bằng 200 – 400 mm. 2H - Chọn chẵn mô đun 200 mm. Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dưới rường ngang: 1 2 8000 3200 11200H H H m= + = + = Chiều cao phần cột trên: 2 3200 1 1000 120 4320t dcc rh H H H x mm= + + = + + = Trong đó: dccH - Chiều cao dầm cầu chạy lấy 1 1 6 1 6 6 dccH B x m= = = rH - Chiều cao ray tra bảng IV – 7 = 120mm Chiều cao phần cột dưới: 11200 4320 820 7700d t chh H h h mm= − + = − + = Trong đó: chh - Phần cột chôn dưới mặt nền lấy 600 – 1000 mm, chọn 820 mm. Bê tong phần cột trên chọn: 500tb mm= không nhỏ hơn 1/12 chiều cao th .
• 3. II 1 1 360 432 10 12 t tb h mm   > ÷ = ÷ ÷   Bề rộng phần cột dưới [của trục nhánh đỡ dầm cầu chạy trùng với trục của DCC] [ ] 1 1 1000 20 25 d t db a mm h hλ   = + = > ÷ + ÷   Trong đó: a – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột, a = 250mm . λ - Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray, được xác định: 27000 25500 750 2 2 ccL L mmλ − − = = = Bề rộng cột dưới phải thỏa mãn điều kiện [ ] 1 480.8 25 d t db h h mm> + = và [ ] 1 601 20 d t db h h mm> + = để đảm bảo độ cứng. Kiểm tra cầu trục không vướng vào phần cột trên. 1 11000 500 500 300 60 360d tb b mm B C mm− = − = > + = + = Trong đó: 1 300B mm= - Khoảng cách từ trục ray cầu chạy đến đầu mút cầu chạy. 1C - Khe hở tối thiểu lấy 60mm khi sức nâng cầu trục 5 50T÷ . 2.Kích thước dàn Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy 0 2200h mm= , độ dốc cánh trên i=1/10=0.1 như vậy chiều cao giữa giàn là: 0 3550 2 L h i mm+ = Hệ thanh bụng là loại thanh hình tam giác có thanh đứng. Khoảng mắt cánh trên 3000mm. Bề rộng cửa trời lấy 9m [trong khoảng 0.3 – 0.5 nhịp nhà], chiều cao cửa trời gồm một lớp kính 1.5m, bậu trên 0.2m và bậu dưới 0.8m.
• 4. II 3.Hệ giằng 3.1.Hệ giằng mái 3.2.Hệ giằng cột II.TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG 1.Tải trọng tác dụng lên dàn 1.1.Tải trọng thường xuyên a]Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau Cấu tạo của lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn 2 /Kg m mái Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán 2 /KG m mái -Tấm Panen 1.5x6m 150 1.1 165 -Lớp cách nhiệt dày 12cm bằng bê tong xỉ 3 500 /KG mγ = 60 1.2 72 -Lớp xi măng lót 1.5cm 27 1.2 32 -Lớp chống thấm 2 giấy + 3 dầu 20 1.2 24 -Hai lớp gạch lá nem và vữa lát 80 1.1 88 Cộng 337 381 Đổi ra phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 có cos 0.995α = 2 337 / 0.995 339 /tc mg KG m= = 2 381/ 0.995 383 /mg KG m= = b]Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức 2 1.2 1.1 1.2 0.6 27 21 /d dg n L x x x Kg mα= × × × = = Trong đó: n = 1.1 – Hệ số vượt tải. 1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng. 0.6dα = - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 – 36m. c]Trọng lượng kết cấu cửa trời Có thể tính theo công thức kinh nghiệm: 2 1,1 12 13.2 /tc ct ctg n g x Kg m= × = = Ở đây lấy 2 12 /tc ctg Kg m= . d]Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời
• 5. II - Trọng lượng cánh cửa [kính + khung] 2 35 /tc Kg Kg m= - Trọng lượng bậu trên và bậu dưới 100 /tc bg Kg m= Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là: 1.1 35 1.5 6 1.1 100 6 1007tc tc Kb K ct bg n g h B n g B x x x x x Kg= × × × + × × = + = Tải trọng ctg và Kbg chỉ tập trung ở những chân cửa trời. Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà ctg′ . 22 13.2 9 6 2 1007 16.8 / 27 6 ct ct Kb ct g l B g x x x g Kg m L B x × × + × + ′ = = = × mặt bằng. Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên rường ngang là: [ ] 383 21 16.8 2525 / 2.53 /m d ctq g g g g B Kg m T m′= = + + × = + + = = 1.2.Tải trọng tạm thời Theo TCVN 2737 – 95, tải trọng tạm thời trên mái là: 2 75 /tc p Kg m= mặt bằng với hệ số vượt tải 1.4pn = Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang 1.4 75 6 630 / 0.63 /tc pP n p B x x Kg m T m= × × = = = 2.Tải trọng tác dụng lên cột a]Do phản lực của dàn Tải trọng thường xuyên 27 2525 34088 2 2 L V A q x Kg= = × = = Tải trọng tạm thời 27 630 8505 2 2 L V A P x Kg′ ′= = × = = b]Do trọng lượng dầm cầu trục Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức: 2 2 1.2 40 6 1037dcc dcc dccG n l x x Kgα= × × = = Trong đó: 6dccl B m= = - Nhịp cầu trục 40dccα = là hệ số trọng lượng dầm cầu trục bằng 24 đến 37 với 75Q T≤ n = 1.2 dccG đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên. c]Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục Tải trọng áp lực 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 của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất. Cầu trục 30T có áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe là: max 33tc P T= Áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cũng có thể tra bảng cầu trục hoặc tính theo công thức:
• 6. II min max 0 30 56.5 33 10,3 2 tc tcQ G P P T n + + = − = − = Trong đó: Q – Sức trục của cầu trục G=56.5T – Trọng lượng toàn bộ cầu trục 0 2n = - Số bánh xe ở trên 1 cầu trục Áp lực thẳng đứng tính toán: max min 1.2 33 39.6 1.2 10.3 12.4 P x T P x T = = = = Cầu trục có bề rộng 6300ctB mm= và khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 5100mm. Đặt bánh xe ở vị trí như hình vẽ tính được các tung độ iy của đường ảnh hưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột theo công thức: ax max 63.95m c iD n P y T= × × =∑ min min 20.03c iD n P y T= × × =∑ Trong đó: 0.85cn = - Hệ số tổ hợp khi hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình. Các lực ax min,mD D đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng bd/2. Do đó tại vai cột có sinh ra moment lệch tâm: ax ax min min 63.95 0.5 31.975 20.03 0.5 10.015 m mM D e x Tm M D e x Tm = × = = = × = = d]Do lực hãm của xe con Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động. Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm vào cột. Lực hãm ngang của xe con:
• 7. II [ ] 2 0.1 [30 12] 2.1 4 tc Txc ng T xc n T f Q G x x T n = × + × = + = Trong đó: f = 0.1 – Hệ số ma sát trường hợp nóc mềm 12TG T= - Trọng lượng xe con tra bảng phụ lục 2Txcn = - Số bánh xe được hãm của xe con. 4xcn = - Tổng số bánh xe của xe con. Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính: 1 0 2.1 1.1 2 tc ngtc T T T n = = = Trong đó: 0 2n = - Số bánh xe ở 1 bên cầu trục. Lực hãm ngang 1 tc T truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm: giá trị T cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định axmD và minD . 1 2.13tc c iT n n T y T= × × × =∑ 3.Tải trọng gió tác dụng lên khung Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95. Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió. Áp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực IIB [có thể kể đến ảnh hưởng của gió bão]: 2 0 95 /tc q Kg m= . 0 H / L 0.415 6α =  = tra bảng 1 0.438C = − ; 3 0.075C = − 4 B L = ∑ Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên đỉnh cột. Trường hợp giữa các cột khung có các cột sườn tường với bước cột 6m. Không bố trí sườn tường với khoảng cách 1 6B m= . Phía đón gió: 0q n q K C B= × × × ×
• 8. II Phía trái gió: 0q n q K C B′ ′= × × × × Trong đó: n = 1.3 1 6B B m= = - Bước cột [bước khung] khi không có sườn tường. Khi có sườn tường 1B B= . C – Hệ số khí động lấy theo bảng phụ lục. K – Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao lấy cho địa hình loại B. K = 1.019 ở 11.2; K = 1 ở 10m. Giá trị tải trọng gió phân bố đều lên cột [với hệ số quy đổi ra phân bố đều 1.01α = ] là: 0 1 1.3 95 1 0.8 6 1.01 598.73 /q n q K C B x x x x x Kg m= × × × × = = 0 1 1.3 95 1 0.075 6 1.03 56.13 /q n q K C B x x x x x Kg m′ ′= × × × × = = Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về tập trung đặt ở cao trình cánh dưới của dàn mái: 0W i in q K B C h= × × × × ×∑ Trong đó: ih - Chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động iC . K = 1.103 ở 17.25m trong khoảng từ độ cao 11.2m đến 17.25m, dùng hệ số trung bình của K: K = 1.061. Vậy: 0W 1.3 95 1.061 6 [0.8 2.2 0.438 0.9 0.7 2.5 0.8 0.45 0.6 0.45 0.6 2.5 0.6 0.9 0.075 2.2] 4112 i in q K B C h x x x x x x x x x x x x Kg = × × × × × = − + − + + + + = ∑ Phần tải trọng gió lên cột tường [diện tích 1F ] sẽ truyền vào khung dưới dạng lực tập trung S, S′ . 0 1 0 1 3382.754 2 HS n q K C F n q K C B Kg= × × × × = × × × × × = 0 1 0 1 317.133 2 HS n q K C F n q K C B Kg′ ′ ′= × × × × = × × × × × = III.Tính nội lực khung 1.Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung Moment quán tính dàn: ax 2 m d d M h I f µ× × = × Trong đó: axmM - Moment uốn lớn nhất trong rường ngang, coi như dầm đơn giản chịu toàn bộ tải trọng đứng tính toán. [ ] 2 2 ax [2.53 0.63].27 288 8 8 m g p L M Tm + + = = = 355dh cm= - Chiều cao giữa giàn [tại tiết diện có axmM ].
• 9. II µ - Hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanh bụng, 0.8µ = khi i = 1/10. Vậy: 4ax 28800000 355 0.8 1947429 2 2.2100 m d d M h x x I cm f µ× × = = = × Kết cấu khung thép CCT34 cường độ tính toán 2 2100 /f daN cm= khi 20t mm≤ . Moment quán tính của tiết diện cột dưới được xác định theo công thức gần đúng: [ ] 2 2 ax 4 1 1 2 [42.6 2 63.95] 100 324762 2.5 2100 A m dN D b x x I cm k f x + × + = = = × Trong đó: AN - Phản lực tựa của dàn truyền xuống 34.09 8.51 42,6AN A A T′= + = + = axmD - Áp lực do cầu trục. 1k - Hệ số phụ thuộc vào bước cột và loại cột. Bước cột B = 6m thì 1 2.5k = Moment quán tính phần cột trên: 2 2 1 1 1 2 2 500 1.7 1000 6.8 t d bI I I I x k b     = × = = ÷  ÷    Trong đó: 2k - Hệ số xét đến liên kết giữa dàn và cột. Dàn liên kết khớp với thì cột thì 2 1.8 2.3k = − Dàn liên kết cứng với thì cột thì 2 1.2 1.8k = − Ở đây lấy 2 1.7k = Chọn 2 1 7 I I = thì 41 2 324762 46395 7 7 I I cm= = = 2 1947429 42 46395 dI I = = Tỷ số độ cứng giữa dàn và phần cột dưới: 1 1947429 6 324762 dI I = = Dựa theo kinh nghiệm có thể chọn 1 3 6dI I = − nên chọn 1 6dI I = Các tỷ số đã chọn này thỏa mãn điều kiện: 1 2 1 7 1 6 I I µ = − = − =
• 10. II 6 6 1.62 1 1.1 1 1.1 6x ν µ = = = + + 4.32 7.7 12.02t dh h h m= + = + = 1 1 12.02 / 6 2.67 27 d dI II h x L h I L υ        = = × = = ÷  ÷ ÷ ÷       Thỏa điều kiện 6 1 1.1 ν υ µ = < + Do đó khi tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng phẳng đứng đặt trực tiếp lên dàn, có thể coi dàn là cứng vô cùng [ dI = ∞ ] 2.Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay 1 2,ϕ ϕ và một chuyển vị ngang ∆ ở đỉnh cột. Trường hợp ở đây, khung đối xứng và tải trọng đối xứng nên 0∆ = và 1 2ϕ ϕ ϕ= = . Ẩn số là 2 góc xoay bằng nhau của nút khung. Phương trình chính tắc: 11 1 0pr Rϕ× + = Trong đó: 11r - Tổng phản lực moment ở các nút trên của khung khi góc xoay 1ϕ = 1pR - Tổng moment phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài. Để tìm 11r cần tính xa BM và cot BM là các moment ở nút cứng B của xà và cột khi góc xoay 1ϕ = ở hai nút khung, xa BM tính theo công thức CHKC. 1 1 2 2 6 0.444 27 xa d B E I x M E I xEI L × = = × = Để tính cot BM của thanh có tiết diện thay đổi, có thể dùng các công thức ở bảng III – 1 Phụ lục. Từ đây về sau quy ước dấu như sau:
• 11. II Moment dương khi làm căng thớ bên trong của cột và dàn. Phản lực ngang là dương khi có chiều hướng từ bên trong ra bên ngoài. Tức là đối với cột trái thì hướng từ phải sang trái, ta hiểu phản lực là lực do nút tác dụng lên thanh. Tính các trị số: 12.02t dh h h m= + = 2 1 1 6 I I µ = − = 0.359th h α = = 1 3.154A α µ= + × = 2 1 1.773B α µ= + × = 3 1 1.278C α µ= + × = 4 1 1.1F α µ= + × = 2 4 3 6.693K AC B= − = cot 1 1 4 0.064B CEI M EI Kh = − = − Phản lực ở đỉnh cột do 1ϕ = gây ra là: 1 12 6 0.011B BEI R EI Kh = = Vậy: cot 11 10.508 xa B Br M M EI= − = 1pR - Tổng moment phản lực ở nút B do tải trọng ngoài gây ra. 2 153.698 12 P B qL M Tm= − = − 1 153.698P p BR M Tm= = − Giải phương trình chính tắc:
• 12. II 1 1 11 302.555/pR EI r ϕ = − = Moment cuối cùng ở đỉnh cột: cot . 19.36C BBM M Tmϕ= = − 19.36 xaxa P BB BM M M Tmϕ= + = − Các tiết diện khác thì tính bằng cách dùng trị số phản lực: . 3.328C BBR R Tϕ= = Vậy moment ở vai cột: 4.98C B B tM M R h Tm= + = − Moment ở chân cột: 20.64A B BM M R h Tm= + = Biểu đồ moment vẽ ở hình 7a. Moment phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch của trục cột trên với trục cột dưới bằng: . 8.52eM Ae Tm= = Trong đó: 0.25 2 d tb b e m − = = - Độ lệch tâm 2 phần cột. Nội lực trong khung do eM có thể tìm được bằng bảng ở phụ lục đối với cột 2 đầu ngàm. Vì trường hợp này có thể coi dI = ∞ và ngoài ra khung không có chuyển vị ngang vì tải trọng đối xứng. Dấu eM ngược với dấu trong bảng. [ ] [ ][ ]1 3 1 4 1.73 e B B C M M Tm K α α− + − = − = [ ] [ ][ ]6 1 1 1.02 12.3/ e B B A M R T h Kh α α− − + = − = − = − Vậy: 2.676t C B B tM M R h Tm= + = − 5.844d C B B t eM M R h M Tm= + + = 2.01A B B eM M R h M Tm= + + = − Biểu đồ moment do eM vẽ ở hình 7b. Cộng biểu đồ 7a với 7b ta được biểu đồ moment cuối cùng do tải trọng thường xuyên gây ra toàn mái. 17.63BM Tm= − 7.656t CM Tm= − 0.864d CM Tm= 18.63AM Tm= Lực cắt tại chân cột: 2.307AQ T= −
• 13. II 3.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái [hoạt tải] Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của moment do tải trọng thường xuyên ở biểu đồ hình 7c với tỷ số: 0.249 P q = 4.639AM Tm= 0.215d CM Tm= 1.906t CM Tm= − 4.39BM Tm= − 0.575AQ T= −
• 14. II 4.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục Trọng lượng dầm cầu trục 1.04dccG T= đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra moment lệch tâm: . 0.52dcc dcc dccM G e Tm= = 500 2 d dcc b e mm= = Nội lực khung tìm được bằng cách nhân biểu đồ eM với tỉ số dcc e M M − [vì 2 moment này đặt cùng 1 vị trí nhưng ngược chiều]. 0.061dcc e M M − = − Trọng lượng dầm cầu trục dccG là tải trọng thường xuyên nên phải cộng biểu đồ moment do dccG với nội lực ở biểu đồ hình 7c để được moment do toàn bộ tải trọng thường xuyên lên dàn và lên cột: 17.736BM Tm= − 7.493t CM Tm= − 0.508d CM Tm= 18.753AM Tm= Biểu đồ moment vẽ ở hình 7d. Trong nhiều trường hợp, khi dccG khá nhỏ so với axmD , minD nên có thể nhập luôn dccG vào axmD , minD và tính luôn axmM , minM như ở điểm 5 tiếp theo bỏ qua điểm 4 này. 5.Tính khung với moment cầu trục axmM , minM axmM , minM đồng thời tác dụng ở 2 cột, axmM cột trái hoặc có thể cột phải. Dưới đây xét trường hợp axmM ở cột trái, minM ở cột phải. Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với sơ đồ xà ngang cứng vô cùng. Ẩn số chỉ còn là chuyển vị ngang của nút.
• 15. II Phương trình chính tắc: 11 1 0pr R×∆ + = Trong đó: 11r - Phản lực ở liên kết thêm do chuyển vị đơn vị 1∆ = gây ra ở nút trên. Dấu của chuyển vị và dấu của phản lực trong liên kết thêm quy ước hướng từ trái sang phải là dương. Dùng bảng phụ lục tính được moment và phản lực ngang ở đầu B của cột: 21 12 6 1.589 /B BEI M EI h Kh = = 31 13 12 5.655 /B AEI R EI h Kh = − = − Biểu đồ moment do 1∆ = gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác như T hay gió, nên ta tính luôn moment tại các tiết diện cột. Tiết diện vai cột: 2 10.443 /C B B tM M R h EI h= + = − Chân cột: 2 14.066 /A B BM M R h EI h= + = − Cột bên phải các trị số moment và phản lực có cùng trị số nhưng khác dấu. Biểu đồ moment vẽ ở hình 10a. 3 11 111.31 /B Br R R EI h′= − − = − 1pR - Phản lực trong liên kết thêm do tải trọng ngoài gây ra trong hệ cơ bản. Vẽ biều đồ moment do axmM , minM gây ra dùng các công thức ở phụ lục. Cũng có thể sử dụng ngay biểu đồ moment lệch tâm eM của tải trọng mái [hình 7b] nhân với hệ số: ax 3.753m e M M − = − Cột phải:
• 16. II min 1.175 e M M − = − Từ đó ta có moment ở cột trái: 6.493BM Tm= − 10.043t CM Tm= 21.933d CM Tm= − 7.544AM Tm= Phản lực: 46.162 / [ ]BR h T= Moment ở cột phải: 2.033BM Tm′ = − 3.144t CM Tm′ = 6.867d CM Tm′ = − 2.362AM Tm′ = Phản lực: 14.453/ [ ]BR h T′ = Vậy: 1 31.709 / [ ]p B BR R R h T′= − = Giải phương trình chính tắc: 1 2 1 11 2.804 / pR h EI r ∆ = − = Nhân biểu đồ moment do 1∆ = và cộng với moment ngoại lực trong hệ cơ bản [hình 10b] ta được biểu đồ moment cuối cùng pM M M= ∆ + Ở cột trái: 2.037BM Tm= − 8.801t CM Tm= 23.175d CM Tm= − 3.857AM Tm= − Lực cắt ở chân cột: 2.509AQ T= − Lực dọc: 0t B CN N= = ax 63.95d A C mN N D T= = = Cột bên phải: 6.489BM Tm′ = − 4.386t CM Tm′ =
• 17. II 5.625d CM Tm′ = − 13.763AM Tm′ = Lực cắt ở chân cột: 2.518AQ T′ = Lực dọc: 0t B CN N′ ′= = min 20.03d A CN N D T′ ′= = = Biểu đồ moment cuối cùng ở hình 10c.
• 18. II 6.Tính khung với lực hãm ngang T Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai cột 1m. Lực T có thể tác dụng ở cột trái hay cột phải, chiều hướng vào cột hoặc đi ra khỏi cột. Dưới đây giải khung với trường hợp lực T đặt vào cột trái hướng từ trái sang phải. Các trường hợp khác của T có thể suy ra từ trường hợp này. Trình tự tính toán giống như tính với axmM , minM . Vẽ biểu đồ M do 1∆ = gây ra trong hệ cơ bản và đã tính được: 3 11 111.31 /r EI h= − Dùng công thức trong phụ lục tính được moment và phản lực do T gây ra trong hệ cơ bản [hình 11a]. Lực T đặt cách đỉnh cột: 3.32m. 0.276 0.359λ α= < = [ ] [ ] [ ] [ ] 2 2 1 2 2 2 2 2.841B B C B C M Th Tm K λ λ µ α λ α λ− + − + − + −      = − = − [ ] [ ] [ ] [ ] 2 2 1 3 2 2 3 2 2 1.627B B A B A M T T K λ λ µ α λ λ− − + + − − +      = − = Tính moment tại tiết diện C và A, ngoài ra tính TM ở tiết diện D [chỗ đặt T]. [ ] 2.561D T B B t dccM M R h h Tm= + − = 2.058C T B B t dccM M R h Th Tm= + − = [ ] 1.815A T B B t dccM M R h T h h Tm= + − + = − Cột bên phải không có ngoại lực nên moment và phản lực trong hệ cơ bản bằng không. Vậy: 1 1.627p B BR R R T′= − = 1 3 2 1 1 11 0.144 / 1.731 /pR h EI h EI r ∆ = − = = Moment cuối cùng tại tiết diện cột khung pM M M= ∆ +
• 19. II 0.09BM Tm= − [ ] 2.608D B BT t dcc TM M R h h M Tm = + − ∆ + =  1.291CM Tm= 8.853AM Tm= − 1.317AQ T= Đối với cột bên phải ta có: 2.751BM Tm′ = − 0.767CM Tm′ = 7.038AM Tm′ = 0.814AQ T′ = Biểu đồ moment ở hình 11b. 7.Tính khung với tải trọng gió Ở đây tính với trường hợp gió thổi từ trái qua phải. Với gió thổi từ phải qua trái chỉ việc thay đổi trị số cột. [Sơ đồ tải trọng gió ở hình 4b] Đã có biểu đồ M do 1∆ = gây ra trong hệ cơ bản [hình 10a] và có: 3 11 111.31 /r EI h= − Bây giờ chỉ tính moment và phản lực so q và q′ gây ra trong hệ cơ bản. Ở cột trái: [ ]2 2 9 8 4.832 12 q B BF C qh M Tm K − = − = − [ ]2 3 3.159 2 q B BC AF qh R T K − = − = 2 3.228 2 q t C B B t qh M M R h Tm= + − = 2 10.113 2 q A B B qh M M R h Tm= + − = −
• 20. II Các trị số cột phải do q′ tác dụng được suy ra từ cột trái bằng cách nhân với hệ số 0.094 q q ′ − = − 0.454q BM Tm′ ′ = 0.303q CM Tm′ ′ = − 0.951q AM Tm′ ′ = 0.297q BR T′ ′ = − Do đó: 1 W 7.566p B BR R R mS mS T′ ′= − + + + = Và: 1 3 2 1 1 11 0.669 / 8.041 /pR h EI h EI r ∆ = − = = Biểu đồ moment cuối cùng [hình 12b] Cột trái: 7.945BM Tm= 0.334CM Tm= − 42.808AM Tm= − 7.821 2 A C d A d M M qh Q T h + = + = Cột phải: 12.323BM Tm′ = − 3.259CM Tm′ = − 33.646AM Tm′ = 4.162 2 A C d A d M M q h Q T h ′ ′ ′ ′+ = + = Kết quả tính được ghi vào bảng nội lực.
• 21. II IV.TÍNH CỘT 1.Xác định chiều dài tính toán của cột Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp M, N ở tiết diện B. M = -40.988Tm 41.749tuN T= Các cặp khác có trị số nhỏ rõ ràng là không nguy hiểm bằng cặp đã chọn. a]Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột Khi chọn tiết diện mỗi phần cột cần kể thêm trọng lượng bản thân của cột [hoặc đoạn cột]. cG coi như một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột. c c cG g h= Trong đó: cg - Trọng lượng mỗi mét dài cột [hoặc đoạn cột] c N g Kf ψρ= ∑ Trong đó: N∑ - Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi chưa kể đến trọng lượng bản thân cG . Đối với cột trên: ax 41.749tu mN N N T= = =∑ Đối với cột dưới: +Nhánh cầu trục: ax 100.344tu mN N N T= = =∑ +Nhánh mái: ax 100.344tu mN N N T= = =∑ K – Hệ số kể đến ảnh hưởng của moment làm tăng tiết diện cột. [ ]0.25 0.3K = ÷ đối với cột trên chọn K = 0.25 [ ]0.4 0.5K = ÷ đối với cột dưới chọn K = 0.4
• 22. II ψ - Hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột. [ ]1.4 1.8ψ = ÷ lấy 1.4ψ = 3 7850 /daN mρ = trọng lượng riêng của thép. ch - Chiều dài đoạn cột. Đối với cột trên: 4.32c th h m= = Đối với cột dưới: 7.7c dh h m= = Đối với cột trên: 41749 1.4 7850 87.395 / 0.25 2100 c N g x x daN m Kf x ψρ= = = ∑ . 87.395 4.32 378c c cG g h x daN= = = Đối với cột dưới: +Nhánh cầu trục: 100344 1.4 7850 131.283 / 0.4 2100 c N g x x daN m Kf x ψρ= = = ∑ . 131.283 7.7 1011c c cG g h x daN= = = +Nhánh mái: 131.283 1.4 7850 131.283 / 0.4 2100 c N g x x daN m Kf x ψρ= = = ∑ . 131.283 7.7 1011c c cG g h x daN= = = Để chọn tiết diện cột dưới có thể chọn nhiều cặp tùy thuộc vào tính toán bộ phận nào. Ở đây để xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có N lớn nhất tức là cặp: M = 57.583Tm; N = 100,344T Tính các hệ số: 2 2 1 1 0.255d t hi J K i J h    = = = ÷ ÷    1 1 2 0.957t d h J C h J m   = = ÷   Trong đó: 2.404d t N m N = = Từ K và 1C tra bảng được: 1 1.98µ = ; 1 2 1 2.069 C µ µ = = Vậy chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung là: 2 2 2.069 4.32 8.938x tl h x mµ= = = 1 1 1.98 7.7 15.246x dl h x mµ= = = Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung bằng
• 23. II -Cột trên: 2 4.32 1 3.32y t dccl h H m= − = − = -Cột dưới: 1 7.7y dl h m= = 2.Chọn tiết diện cột trên Nội lực nguy hiểm cho cột trên là: M = -40988daNm 41749 378 42127tu cN N G daN= + = + = a]Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ 3 bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước. 500th b mm= = b]Độ lệch tâm và diện tích yêu cầu Độ lệch tâm: 40988 0.97 42127 M e m N = = = Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện 1.25η = và diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức: 2 2.8 2.8 97 42127 [1.25 ] 50 134 2100 1 x yc c M xN x hN A cm f x η γ   + + ÷  = = = c]Chiều rộng tiết diện b và bề dày các bản w,ft t Dựa theo yêu cầu 432 14.4 30 30 t f h b b cm= ≥ = = Chọn 30fb b cm= = Dựa vào 2 134ycA cm= và các yêu cầu w w8 ; , 60f ft mm t t t mm≥ ≥ ≤ . Chọn w 1t cm= và 1.6ft cm= . Vậy diện tích tiết diện đã chọn là Bản bụng [50-1.6x2]x1 = 46.8 cm2 Bản cánh 2x30x1.6 = 96 cm2 A = 142.8 cm2 d]Kiểm tra tiết diện đã chọn
• 24. II Các đặc trưng hình học của tiết diện 3 3 430 50 [30 1] [50 2 1.6] 64783.9 12 12 x x x x I cm − − = − = 3 3 42 1.6 30 [50 2 1.6] 1 7203.9 12 12 y x x x x I cm − = + = 64783.9 21.3 142.8 x x I i cm A = = = 7203.9 7.1 142.8 y y I i cm A = = = 32 2 64783.9 W 2591.4 50 x x I x cm h = = = -Độ mảnh và độ mảnh quy ước của cột 2 3.32 100 46.76 7.1 y y y l x i λ = = = 2100 46.76 1.48 2100000 y y f x E λ λ= = = ; [ 2 2100000 /E daN cm= ] [ ]2 ax 8.938 100 41.96 120 21.3 x x m x l x i λ λ λ= = = = < = 2100 41.96 1.33 2100000 x x f x E λ λ= = = -Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi em 97 142.8 5.345 W 2591.4x eA x m = = = w 30 1.6 1.03 46.8 1 fA x A x = = Với w 1.33 5 1.03 1 5 5.345 20 x fA A m λ = <   = > ⇒   < = ax ax 20494 ; 1591 20494 2 2 2 m CBM MM m daNm daNm daNm   = = − = − = ÷   Mà ax ; ; 28385.67 2 2 CB MM M m M daNm  ′ = = ÷   Độ lệch tâm tương đối: 28385.67 142.8 3.75 W 41749 2591.4x M A m x x N ′ = = = 3.75 5xm m= = < ; 1bϕ = Vậy c xác định theo công thức: Trong đó α và β là các hệ số xác định theo bảng 4.9 sách “Kết cấu thép cấu kiện cơ bản”. Với 3.75 5xm = , 1.33 2xλ λ= = < ⇒ w w 49.5 h t   =    Tiết diện đã chọn có w w w w 46.8 46.8 49.5 1 h h t t   = = ≤ =    đảm bảo ổn định cục bộ. Đồng thời w w 46.8 2.3 72.73 h E t f = < = không phải đặt sườn ngang. Vậy tiết diện đã chọn như hình là thỏa mãn. 3.Thiết kế cột dưới rỗng Dựa vào bảng tổng hợp nội lực ta có cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1 [nhánh cầu trục] là:
• 27. II 27.161 27161M Tm daNm= − = − 100,344 100344N T daN= = 1 27161M daNm⇒ = − 1 100344 1011 101355cN N G daN= + = + = Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái là: 57.583 57583M Tm daNm= = 100.344 100344N T daN= = 2 80990M daNm⇒ = 2 100344 1011 101355cN N G daN= + = + = 3.1.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện Cột dưới rỗng có tiết diện không đối xứng, bao gồm 2 nhánh: nhánh ngoài [nhánh mái] và nhánh trong [nhánh cầu trục]. Nhánh ngoài dùng thép bản và 2 thép góc. Nhánh trong dùng thép cán hình chữ I hoặc dùng tiết diện tổ hợp từ 3 thép bản. Do cột dưới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng. Chiều cao tiết diện h chính là db đã chọn là 1000 1dh b mm m= = = Cột rỗng thanh giằng các nhánh được xác định như cột đặc chịu nén đúng tâm, với 1 2,f fN N a]Chọn tiết diện nhánh Xác định gần đúng khoảng cách 1y từ trọng tâm toàn tiết diện đến trọng tâm nhánh 1 và 2y đến trọng tâm nhánh 2 như sau: Gần đúng lấy: 1C h m≈ = [ ]1 0.4 0.6y C= ÷ chọn 1 0.5 0.5y C m= = 2 1 0.5y C y m= − = Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục, tính được theo giá trị ax 2mM M− ≡ và 2N tương ứng: 1 2 1 1 101355 0.5 27161 77839 778 1 1 f N y M x N daN kN C C = + = + = = Và lực nén lớn nhất trong nhánh mái, tính được theo giá trị ax 1mM M+ ≡ và 1N tương ứng: 2 1 2 2 101355 0.5 57583 108261 1083 1 1 f N y M x N daN kN C C = + = + = = Giả thiết độ mảnh của cột là: 75gtλ = Từ gtλ và f tra bảng II.1 phụ lục II có hệ số ϕ sách KCT cấu kiện cơ bản. 0.749ϕ = [ 0.7 0.9ϕ = ÷ nằm trong khoảng này]. Diện tích yêu cầu các nhánh là: 1 2 1 77839 49 0.749 2100 1 f f c N A cm f x xϕ γ = = =
• 28. II 2 2 2 108261 69 0.749 2100 1 f f c N A cm f x xϕ γ = = = Theo yêu cầu độ cứng: 770 770 25.7 38.5 30 30 20 20 d dh h cm b cm= = ≤ ≤ = = Chọn bề rộng cột [chiều cao tiết diện nhánh] là 35 350 300b cm mm mm= = > Nhánh 2 dùng tiết diện dạng chữ I tổ hợp từ 3 bản thép có các kích thước và diện tích là: Chọn: 25 250fb cm mm= = Chọn w , ft t : w 0.8 8t cm mm= = thỏa điều kiện [ ]w 6 16t mm= ÷ 1.4 14ft cm mm= = thỏa điều kiện [ ]8 40ft mm= ÷ w 35 2 1.4 32.2 322h x cm mm= − = = 2 1 32.2 0.8 25 1.4 95.8fA x x cm= + = Tính các đặc trưng hình học của nhánh 1 hình bên. 3 3 4 1 2 1.4 25 32.2 0.8 3647 12 x x x x I cm + = = 1 1 1 3647 6.17 95.8 x x f I i cm A = = = 3 3 4 1 25 35 [25 0.8] 32.2 21994 12 y x x I cm − − = =
• 29. II 1 1 1 21994 15.15 95.8 y y f I i cm A = = = Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng nhánh – với độ mảnh 75λ = -Bản cánh: w0 025 0.8 8.64 17 2 2 1.4 f f f f b tb b t t x t  − − = = = < =     -Bản bụng: 770 50.83 15.5 oy y y l i λ = = = 2100 50.83 1.61 2100000 y y f x E λ λ= = = ⇒ w w 60.3 h t   =    Độ mảnh giới hạn w w h t       của bản bụng được xác định theo bảng 4.3 sách KCT cấu kiện cơ bản. w w w w 32.2 40.3 53.4 0.8 h h t t   = = < =    Nhánh 2 dùng tiết diện tổ hợp từ 1 thép bản 322 16× và 2 thép góc đều cạnh L150x10 có 2 1 29.3gA cm= , 150B mm= , 10 4.03z cm= , 4 624gI cm= Diện tích tiết diện nhánh 2: 2 2 322 16 2 29.3 110.12 100 f x A x cm= + =
• 30. II Khoảng cách từ mép trái của tiết diện [mép ngoài bản thép] đến trọng tâm tiết diện nhánh mái là 0z 0 1.6 32.2 1.6 2 29.3[1.6 4.03] 2 3.37 33.7 110.12 i i i x x xA z z cm mm A + + = = = = ∑ ∑ Các đặc trưng hình học của tiết diện 3 2 2 4 2 32.2 1.6 1.6 32.2 1.6 [3.37 ] 2 [624 29.3 [4.03 1.6 3.37] 1899 12 2 x x I x x x x cm= + − + + + − = 2 2 2 1899 4.15 110.12 x x f I i cm A = = = 3 2 4 2 1.6 32.2 35 2 [624 29.3 [ 4.03] 16331.94 12 2 y x I x x cm= + + − = 2 2 2 16331.94 12.18 110.12 y y f I i cm A = = = Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh: 0 100 3.37 96.63C h z cm= − = − = Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 1 2 1 110.12 96.63 51.67 95.8 110.12 fA C x y cm A = = = + Và khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 2 2 1 96.63 51.67 44.96y C y cm= − = − = Moment quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x 2 2 2 2 2 4 1 1 3647 1899 51.67 95.8 44.96 110.12 483909x xi i fi i i I I y A x x cm = = = + = + + + =∑ ∑ 2 483909 48.48 95.8 110.12 x y I i cm A = = = +
• 31. II b]Xác định hệ thanh bụng Bố trí hệ thanh bụng như trên hình Sơ bộ chiều cao dầm vai bằng 500mm Chiều cao còn lại của cột 7700-500 =7200mm Chia làm 8 đoạn của phần cột còn lại. Khoảng cách các nút giằng 7200 / 8 900a mm= = Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh Chiều dài thanh xiên 2 2 2 2 90 96.63 132.1dl a C cm= + = + = Góc θ giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên 96.63 1.074 90 tgθ = = ⇒ 0 47.04θ = ⇒ sin 0.732θ = Sơ bộ chọn thanh bụng xiên là 1 thép góc L100x8 có 2 12.3tA cm= ; min 1.56i cm= Nội lực nén trong thanh bụng xiên do lực cắt thực tế V 10.022 10022V T daN= = 10022 6845.6 2sin 2 0.732 d V N daN xθ = = = Kiểm tra thanh bụng xiên: +Kiểm tra độ mảnh [ ]ax min 132.1 84.7 150 1.56 d m l i λ λ= = = < = +Kiểm tra khả năng chịu lực: Tra bảng hệ số ϕ ở phần phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản. Theo ax 84.7mλ = và 2 210 /f N mm= được min 0.69ϕ = Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên 0.75cγ = [Kể đến sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thanh] 2 2 min 6845.6 1075 / 2100 / 0.69 0.75 12.3 d t c N daN cm f daN cm A x xϕ γ = = < = Độ mảnh toàn bộ cột tính theo trục ảo x-x là 1 1524.6 31.45 48.48 x x x l i λ = = = 2 3 2 3 2 2 3.14 132.1 27 96.63 90 dl x C a x π α = = = [ ]2 2 0 95.8 110.12 31.45 27 34.86 120 2 12.3 x d A x A x λ λ α λ + = + = + = < = Kiểm tra lực cắt quy ước
• 32. II Từ 0 34.86λ = và 2 210 /f N mm= ⇒ Tra bảng hệ số ở phần phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản 0.92ϕ = Tính lực cắt quy ước 6 6 2100000 2330 2330 101355 2100 7.15 10 7.15 10 1047.65 0.92 f E N x f V x daN ϕ − −    − − ÷  ÷    = × = × = Nhận thấy rằng, lực cắt đã dùng để tính thanh giằng 10022 1047.7fV daN V daN= > = , do vậy không cần phải tính lại thanh bụng xiên và độ mảnh tương đương 0λ . Thanh bụng ngang tính theo lực cắt 1047.65fV daN= Vì fV rất nhỏ, chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn [ ] 150λ = . Dùng 1 thép góc đều cạnh L50x5 có min 0.973i cm= 2 4.8A cm= ; [ ] min 99.3 150 C i λ λ= = < = ; 0.589ϕ = 2 21047.65 494.1 / 2100 / 0.589 4.8 0.75 f c V daN cm f daN cm A x xϕ γ = = < = c]Kiểm tra tiết diện cột đã chọn Nhánh 1: Nội lực tính toán 1 47440fN daN= Độ mảnh của nhánh 1 1 1 770 50.8 15.15 y y y l i λ = = = ; 1 1 90 14.59 6.17 f x x l i λ = = = => [ ]ax 50.8 120mλ λ= < = Tra bảng hệ số ϕ ở phần phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản. Theo ax 50.8mλ = và 2 210 /f N mm= ta được min 0.861ϕ = Kiểm tra ứng suất 1 2 2 min 1 47440 575.1 / 2100 / 0.861 95.8 f c f N daN cm f daN cm A x γ ϕ = = < = Nhánh 2: Nội lực tính toán 2 54792fN daN= 1 2 2 770 63.2 12.18 y y y l i λ = = = ; 2 2 90 21.69 4.15 f x x l i λ = = = => [ ]ax 63.2 120mλ λ= < = Từ axmλ tra bảng hệ số ở phần phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản được min 0.807ϕ = Kiểm tra ứng suất 2 2 2 min 2 54792 616.6 / 2100 / 0.807 110.12 f c f N daN cm f daN cm A x γ ϕ = = < = Kiểm tra toàn bộ theo trục ảo x-x Với cặp 1:
• 33. II 1 27161 26.8 101355 e cm= = 1 1 26.8 [95.8 110.12] 51.67 0.59 483909x e Ay x x m I + = = = 0 0 2100 34.86 1.1 2100000 f x E λ λ= = = Với 0.59m = và 0 1.1λ = tra bảng II.3 phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản có 0.601eϕ = 2 21 101355 819 / 2100 / 0.601 [110.12 95.8] c e N daN cm f daN cm A x γ ϕ = = < = + Với cặp 2: 2 57583 100 56.81 101355 e cm × = = [ ]2 2 56.81 95.8 110.12 44.96 1.09 483909x e Ay m I × + × = = = Và 0 1.1λ = tra bảng II.3 phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản có 0.459eϕ = [ ] 2 22 101355 1072.3 / 2100 / 0.459 95.8 110.12 c e N daN cm f daN cm A γ ϕ = = < = × + Cột đã chọn đảm bảo khả năng chịu lực. d]Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực 6845.6dN daN= Với que hàn N42, mối hàn được thực hiện bằng thủ công có 1sβ = ; 0.7fβ = ; 2 w 0.45 0.45 3400 1530 /s uf f x daN cm= = = Trong đó: 3400uf = - Cường độ tức thời tiêu chuẩn của thép cơ bản 2 w 1800 /ff daN cm= Vậy có: [ ] [ ] 2 w w wsmin min ; 1260 /f f sf f f daN cmβ β β= = Thanh xiên là thép góc L80x8 Chọn chiều cao đường hàn sống là: min6 1.2 1.2 8 9.6fsh mm t mm= < = × = Chọn chiều cao đường hán mép là: min4 1.2 1.2 8 9.6fmh mm t mm= < = × = Thường chọn: minfh t= ; min 8t mm= Đồng thời: min 6 4fs fh mm h mm= ≥ = ; min 4 4fm fh mm h mm= ≥ = Chiều dài cần thiết của đường hàn sống wsl và đường hàn mép wml để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là Với thép góc đều cạnh 0.7K = [ ] [ ]w w min 0.7 6845.6 8.5 [4 2.4 ;4 ] 6 /10 1260 0.75 s fs fs c KN l cm h cm cm h fβ γ × = = = ≥ = × ×
• 34. II w 8.5 85 35.7s f fml cm h cmβ= ≤ = [ ] [ ] [ ] [ ]wm w min 1 1 0.7 6845.6 5.4 [4 2.4 ;4 ] 4 /10 1260 0.75 fm fm c K N l cm h cm cm h fβ γ − − × = = = ≥ = × × wm 5.4 85 23.8f fml cm h cmβ= ≤ = Các đường hàn góc cạnh đều thỏa mãn Đường hàn thanh bụng ngang L60x5 vào nhánh cột tính chịu đủ lực cắt. 1047.65fV daN= , rất bé. Vì vậy chọn theo cấu tạo với 6fsh mm= ; 4fmh mm= ; w 5l mm≥ Kiểm tra lại tỷ số độ cứng 2 phần cột: 1 2 0.9 0.9 483909 6.72 64783.9 I I × = = 0.9 là hệ số kể đến biến dạng của thanh giằng. Sai số so với tỷ lệ đã chọn để giải khung là: 7 6.72 100% 4% 30% 7 − = < 3.2.Thiết kế các chi tiết cột 1.Nối hai phần cột Cấu tạo mối nối vẽ ở hình bên. Ở đây dự kiến mỗi phần cột là một đơn vị vận chuyển vị trí mối nối khuếch đại ở cách vai cột 500mm do yêu cầu của việc hàn ở hiện trường và ở vào chỗ moment nhỏ hơn [trong tính toán vẫn dùng nội lực ở tiết diện tC để tính mối nối]. Nội lực lớn nhất mà mối nối cánh ngoài phải chịu: 1.126 ; 34.09 ; 0.378tu tu ctM Tm N T G T= = = ' 0.5 0.016 0.484t t fb b t m= − = − = ' 34.09 0.378 1.126 19.56 2 2 0.484 ng t N M S T b + = + = + = Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng, Chiều dài đường hàn: 2 50 2 1.6 46.8wl b t x cm= − = − = Chiều cao đường hàn lấy bằng chiều dày thép cánh cột trên min 1.6wt t t cm= = = Ứng suất trong đường hàn đối đầu nối cánh ngoài 2 219.56 1000 261.218 / 2100 / . 1.6 46.8 ng w c wc w w S daN cm f daN cm t l σ γ × = = = < = × Chọn bản nối “K” có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều dày và chiều rộng bản cánh của cột trên. Nội lực lớn nhất trong cánh trong của cột trên [mối nối cánh trong với bản “K” phải chịu] là: min 9.562 ; 42.6 ; 0.378tu ctM Tm N T G T= − = = ' 0.378 42.6 9.562 41.245 2 2 0.484 ng t N M S T b + = + = + = Dùng mối nối đối đầu thẳng, ứng suất trong đường hàn nối:
• 35. II 2 241.245 1000 550.815 / 2100 / . 1.6 46.8 tr w c wc w w S daN cm f daN cm t l σ γ × = = = < = × Mối nối bụng cột, tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối. Vì lực cắt ở cột trên khá bé, đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt, với chiều cao đường hàn đúng bằng chiều dày thép bản bụng. 2.Tính dầm vai Dầm vai tính như dầm đơn giản nhịp 1dl b m= = Dầm vai chịu uốn bởi lực 41.245trS T= truyền từ cánh trong của cột trên. Sơ đồ tính toán như hình vẽ.
• 36. II Phản lực gối tựa: [ ][ ]41.425 1 500 /1000.[ ] 20.623 1.0 tr tS l b A T l × −− = = = [ ]41.245 500 /1000. 20.623 1.0 tr tS b B T l × = = = Moment uốn lớn nhất: [ ]. 20.623 500 /1000 10.312dv m tM Ab Tm= = × = Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục của cột. 20bdt mm= thường [ ]20 30bdt mm∈ ÷ Chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục. 300sb mm= thường [ ]20 30sb cm∈ ÷ Chiều dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai. [ ] [ ]300 /10 2 20 /10 34s bdz b t cm= + = + × = max 63.95 ; 1.04dccD T G T= = Cường độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép cơ bản 23400 3238 / 1.05 u c M f f daN cm γ = = = Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai tính theo max 63950 1040 0.6 . 34 3238 dv cc b u D G t cm z f x + + = = = Chọn 1.0dv bt cm= Bụng nhánh cầu trục của cột dưới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn qua. Hai bản bụng này liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc. Chiều cao bụng dầm vai phải đủ chứa 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụng nhánh cầu trục. Giả thiết chiều cao đường hàn góc min min4 6 1.2 9.6f fh mm h mm t mm= ≤ = ≤ = Với que hàn N42, mối hàn được thực hiện bằng thủ công có 2 w1; 0.7; 0.45 0.45 3400 1530 /s f s uf f x daN cmβ β= = = = = Trong đó: 2 3400 /uf daN cm= - Cường độ tức thời tiêu chuẩn của thép cơ bản.
• 37. II 2 w 1800 /ff daN cm= Vậy có: [ ] [ ] 2 w w wsmin min ; 1260 /f f sf f f daN cmβ β β= = Chiều dài một đường hàn cần thiết là: [ ] 1 max w w min 63950 1040 20623 1 1 29.31 4. . . 4 1 0.6 1260 dcc c f D G B l cm h f x x xγ β + + + + = + = + = Chiều dài một đường hàn cần thiết để liên kết bản “K” vào bụng dầm vai [để 4 đường hàn góc này đủ truyền lực Str] [ ] 2 w w min 41245 1 1 14.64 4. . . 4 1 0.6 1260 tr c f S l cm h f x x xγ β = + = + = Để ý đến yêu cầu cấu tạo 0.5dv dh b≥ Chọn 500 0.5 0.5 1000 500dv dh mm b x mm= ≥ = = Chiều dày bản cánh dưới dầm vai bằng 14mm Chiều cao bản bụng dầm vai 50 [2 1.4] 46.6dvh cm= − + = Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai. Cánh dưới dầm vai là 1 bản thép nằm ngang nối bản bụng của 2 nhánh cột dưới. Cánh trên của dầm vai là 2 bản thép [bản đậy mút nhánh cầu trục và bản sườn lót] kích thước 2 bản thép này lấy bằng nhau do đó tiết diện ngang của dầm vai về 2 phía của lực trS [Hai phía ax dv mM ] như nhau. Để kiểm tra uốn dầm vai chịu ax dv mM . Tính moment chống uốn của tiết diện dầm vai và tìm vị trí trục trọng tâm x-x. Khi điều kiện uốn thỏa mãn, cần phải tính liên kết giữa cánh và bụng dầm tiết diện chữ I không đối xứng. Chọn hệ tọa độ Oxy Diện tích tiết diện dầm vai
• 38. II [ ] [ ] 2 1 2 3 32.2 20 /10 46.6 1 14 /10 32.2 156.08A A A A cm= + + = × + × + × = Moment tĩnh đối với trục dưới: 3 1 2 3 1 1 2 2 3 3 4235.91x x x xS S S S y A y A y A cm= + + = + + = Có Oy trục trung tâm 0 4235.91 27.14 156.08 c x c x C oy S y cm A =  ⇒ ∈ ⇒  = = = Đặc trưng hình học của tiết diện: 2 4 2 4 1 1 1 2 2 2 2 2 4 4 3 3 3 3 1 2 3 3 min . 33212 ; [ ] . 8849 [ ] . 28856 ; 70917 W 2613 x X c x X c x X c x x x x x x c I I y A cm I I y y A cm I I y y A cm I I I I cm I cm y = + = = + − = = + − = = + + = = = 2 2ax ax min 10.312 1000 394.6 / 2100 / W 2613 m m c M daN cm f daN cmσ γ × = = = < = 3 1/2 3 3 3 3 [ ] 2[ ]. [ ]. . 1565.92 2 2 bd c dvbd x c c b t y yt S y y A y y t cm − − = − + − − = Ứng suất tiếp: 1/2 2 2ax 20.623 1000 1565.92 455.4 / 2100 / . 70917 1 m x cdv x b V S daN cm f daN cm I t τ γ × × = = = < = × Cường độ chịu cắt: 2 0.58 1215.2 /y v M f f daN cm γ = = Ứng suất pháp tác dụng ở cánh trên dầm vai: [ ][ ] 2ax 3 min 10.312 100000 483/10 27.14.[ ] 307.7 / 70917 m c x M y y daN cm I σ × × −− = = = Nội lực trong cánh trên dầm vai tính bằng: min 3. 19816N A daNσ= = Dùng lực này để tính đường hàn ngang liên kết bản đậy cũng như sườn lót với bản “K”. Chiều dài đường hàn chịu lực: w 32.2 1 4 1 58.4 2 l cm −  = × − = ÷   Chiều cao đường hàn: [ ]w w min 19816 0.27 . . . 1 1260 58.4 f c N h cm l fγ β ≥ = = × × ⇒ Chọn 6fh mm= Tính đường hàn liên kết cánh và bụng của dầm vai: [ ] [ ] [ ][ ] 3 3 3 20 /10 32.2 483/10 27.14 1362.7f ct cS A y y cm= − = × × − = [ ] 3 1 14 /10 32.2 27.14 1223.47f cd cS A y cm= = × × = Đường hàn liên kết cánh trên:
• 39. II [ ] ax w min . 20.623 1000 1362.7 0.16 2 . . 2 70917 1260 1 f m ct f c V S h cm x I fγ β × × ≥ = = × × × Lấy chung đường hàn liên kết cánh trên với cánh dưới vai với bụng dầm vai là 6fh mm= . 3.Tính chân cột rỗng Chân cột rỗng chịu nén lệch tâm [nén – uốn] cấu tạo riêng rẽ cho từng nhánh, chân của mỗi nhánh tính như chân cột nén đúng tâm. Lực nén tính toán chân mỗi nhánh là lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột, tính riêng cho từng nhánh: axmN . Giá trị này có thể giống hoặc khác với fN đã dùng để chọn tiết diện nhánh trước đây [về nội lực chọn tiết diện nhánh có thể không phải là nội lực ở tiết diện chân cột A-A]. Các cặp nội lực để tính toán chân nhánh cột vẫn là các cặp nội lực tính toán tiết diện nhánh cột. -Nhánh cầu trục: min 27161 ; 101355tuM daNm N daN= − = -Nhánh mái: min 57583 ; 101355tuM daNm N daN= = Và đã tính được: 1 277839 ; 108261f fN daNm N daN= = a]Xác định kích thước bản đế Diện tích bản đế mỗi nhánh được xác định theo công thức: . . . bd b b N A Rαψ ϕ = Trong đó: 1α = - đối với bê tông có cấp thấp hơn B25 1ψ = - khi nén đều mA - Diện tích mặt móng. Giả thiết hệ số tăng cường độ do nén cục bộ mặt bê tong móng 3 1.2 1.5m b bd A A ϕ = = < Bê tong móng B15 có 8.5 ; 0.75b btR MPa R MPa= = Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái là: 2 2 2 108261 1061 . . . 1 1 1.2 85 fyc bd b b N A cm Rαψ ϕ = = = × × × Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh cầu trục là: 1 2 1 77839 763 . . . 1 1 1.2 85 fyc bd b b N A cm Rαψ ϕ = = = × × × Chọn chiều rộng B của bản đế theo yêu cầu cấu tạo: dd2. 2. 35 2 1 2 5 47cB b t C x x cm= + + = + + = Sơ bộ [ ]dd 8 10t mm∈ ÷ chọn dd 10t mm= ; 35cb cm= ; 5 10C cm cm= ≤ Chiều dài L của bản đế từng nhánh tính được là:
• 40. II 2 2 1061 22.6 47 yc yc bd bd A L cm B = = = chọn 2 30yc bdL cm= 1 1 763 16.2 47 yc yc bd bd A L cm B = = = chọn 2 30yc bdL cm= Ứng suất thực tế ngay dưới bản đế: 2 2 2 2 2 1 108261 76.8 / 102 / 47 30 77839 55.2 / 102 / 47 30 f nhm b b f nhct b b daN cm R daN cm daN cm R daN cm σ σ αψϕ σ σ αψϕ = = = < = × = = = < = × Tính chiều dày bản đế: bdt Cấu tạo chân cột như hình vẽ. Bản đế được các dầm đế và sườn ngăn, nhánh cột chia thành các ô có các biên tựa khác nhau. Theo các kích thước cạnh ô và loại ô, tính moment uốn trong các ô này: Tính cho nhánh mái: Ô 1 có 2 2167.7 ; 175b mm a d mm= = = Tỷ số 2 2 0.958 b a = nội suy được 0.11bα = 2 2 1 2 0.11 76.8 17.5 2587.2O b fM d daNcmα σ= = × × = Ô 2 có 2 2109.7 ; 175b mm a d mm= = =
• 41.