Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP NHÓM SV THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP A. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệu cho trước như sau: Nhịp khung ngang: L =18(m) Bước khung (bước cột): B = 6(m) Chiều dài nhà: b = 102(m) Độ dốc mái: i =10% ; Sức nâng cầu trục: Q = 12,5(Tấn), cần trục làm việc trung bình Cao trình đường ray: 9,7(m) Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Nghệ An) có: áp lực gió Vật liệu thép CCT34 có : * Cường độ tính toán: * Cường độ chịu cắt : * Cường độ chịu ép mặt: * Mođun đàn hồi: - Bê tông móng : B15 có B. THUYẾT MINH TÍNH TOÁN I. THIẾT KẾ XÀ GỒ: Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ. Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings Design Manual”. Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ. - Tấm lợp mái : (single skin panels) hình dạng tấm lợp mái chọn như sau: Có các thông số kỹ thuật : Chiều dày (mm) Trọng lượng 1 tấm (kG/m2) D.tích 1tấm (m2) Tải trọng cho phép (kN/m2) 0,7 6,59 8,39 1,96 - Lớp cách nhiệt: - Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái. Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ “ Z “ * Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ được chế tạo từ thép cán nguội). Tiết diện Ix (cm4) Wx (cm3) Iy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) Tải trọng cho phép (KN) 200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44 Xà gồ chữ Z(200Z17). Xà gồ chữ C(180ES20). Tiết diện Ix (cm4) Wx (cm3) Iy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) L (mm) 180ES20 491,7 49,17 73,73 12,12 6,11 2,0 7,8 20 1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ: Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái. Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1,5 m Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là :. (Độ dốc i = 10% a = 5,71o). a.Tĩnh tải: Vật liệu mái Hệ số vượt tải Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m2) Tải trọng tính toán (kG/m2) Lớp tôn lợp mái 1,05 6,59 6,92 Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,98 Xà gồ mái 180ES20 1,05 6,11 6,42 Bọt thuỷ tinh cách nhiệt 1,2 10.08 12,1 b . Hoạt tải: TCXD 2737-1995 n ptc(kG/m2) ptt(kG/m2) 1,3 30 39 Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17: (kG/m). (kG/m). 2. Kiểm tra lại xà gồ đã chọn: Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên. Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang một góc a = 5,71o (Độ dốc i = 10%). y y x y x x y a q.sin a q.cos a q q.cos a q q.sin a x a. Kiểm tra với xà gồ chữ “Z” Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là . . . . *Theo điều kiện bền: gc = 1 hệ số điều kiện làm việc. =2100 kG/cm2 : cường độ của thép xà gồ Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : (kG.cm) (kG.cm) Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y: *Kiểm tra theo điều kiện biến dạng: Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái Công thức kiểm tra : Ta có : Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. b. Kiểm tra với xà gồ chữ “C” *Tải trọng tác dụng: Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20: (kG/m). (kG/m). Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là : . . . . *Theo điều kiện bền : gc = 1 hệ số điều kiện làm việc. =2100 kG/cm2 : cường độ của thép xà gồ Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : kG.cm kG.cm. Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y: *Kiểm tra theo điều kiện biến dạng: Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái . Công thức kiểm tra : Ta có : Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. II. THIẾT KẾ KHUNG NGANG 1.Xác định các kích thước chính của khung ngang. 1.1. Các thông số. - Cầu trục: Sức trục Q (T) Nhịp Lk(m) Ch.cao Gabarit Hk (mm) Khoảng cách Zmin (mm) Bề rộng gabaritBk (mm) Bề rộng đáy Kk (mm) T.lượng cầu trục G (T) T.lượng xe con Gxc (T) Áp lực Pmax (kN) Áp lực Pmin (kN) 12,5 16,5 1090 180 3830 2900 6,54 0,803 78,3 16,9 - Ray cầu trục: Loại ray Khối lượng 1m dài, kg Kích thước (mm) H B b KP-70 52,83 120 120 70 Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau: Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm). - Dầm cầu trục: Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta chọn dầm tiết diện chữ I định hình cao 50 cm có các thông số như sau: 1.2. Theo phương thẳng đứng. Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: Với: 1,09 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục) khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang. Chọn H2=1,4 (m) Chiều cao của cột khung: (coi cao trình đáy cột ở cốt +0.00) Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray, H1= 9,7m H3 - Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt ,( H3=0). Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: 1,4+0,5+0,14 = 2,04(m) Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột: 11,1-2,04 = 9,06(m) 1.3 Theo phương ngang. Coi trục định vị trùng với trục đường trục của cột. Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: Chiều cao cột chọn theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo: . Chọn h=0,5m Khe hở giữa cầu trục với mép cột: (tra theo catalo) 2. Tải trọng tác dụng lên khung ngang 2.1 Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải): - Tải trọng mái và xà gồ : 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 (trên mặt bằng). - Tải trọng bản thân khung ngang : Chương trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết diện cột và rường ngang . - Tải trọng bản thân của tôn tường và xà gồ tường đặt tại các cao trình của xà gồ tường: Với cột cao 11,1 m, nhưng do có 1,1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kể đến, chỉ tính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1,1m trở lên trên, tương ứng với chiều dài cột là 10m , giả thiết dùng 6 xà gồ 200Z17 đặt cách nhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến . -Tĩnh tải dầm cầu trục: Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đệm :Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men. Gtc = (gdct +g ).l = (1,5+ 0,5283).6 = 12,17kN Gtt = 1,05 .Gtc = 1,05.12,17 = 12,78 kN Mtc = Gtc .e = Gtc(L1-0,5h) = 12,17.0,5 = 6,09 kNm Mtt = Gtt .e = Gtt(L1-0,5h) =12,78.0,5 = 6,39 kGm 2.2. Hoạt tải mái: Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là 0,3 kN/m2. Quy đổi thành lực phân bố đều trên xà ngang: 2.3.Hoạt tải do cầu trục: 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 hai cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định các tung độ của đường ảnh hưởng từ đó xác định được áp lực lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột: Trong đó : nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình hoặc nhẹ . gp =1.1 : hÖ sè v­ît t¶i cña ho¹t t¶i cÇu trôc Pmax =78,3(KN)-¸p lùc tiªu chuÈn lín nhÊt cña mét b¸nh xe cÇu trôc t¸c dông lªn ray (tra catalo cÇu trôc) Pmin =16,9(KN) - ¸p lùc tiªu chuÈn nhá nhÊt cña mét b¸nh xe cÇu trôc t¸c dông lªn ray ë phÝa cét bªn kia. yi = (0,345 +0,828 +1 +0,517) =2,7(m) - Tung ®é ®­êng ¶nh h­ëng Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin : Các áp lực truyền vào vai cột và lệch tâm so với trục cột (trục định vị tâm cột) là . Trị số momen lệch tâm tương ứng: b.Lực hãm ngang T: Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray: Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột vào cao trình vai cột. Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,64m ; cách đỉnh cột một đoạn y = 11,1 – 9,7 = 1,4 m . 2.4.Tải trọng gió: Theo TCVN 2737-1995, TP. Vinh thuộc phân vùng gió III-B, có áp lực gió tiêu chuẩn , hệ số vượt tải 1,2. Căn cứ vào hình dạng mặt bằng của nhà và độ dốc của mái, ta có thể xác định các hệ số khí động của tải trọng gió theo chỉ dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN2737. Ứng với và nội suy được: ; ; Ứng với và lấy:y : Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định được hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình. Nội suy ta có: Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m2 bề mặt thẳng đứng của công trình là: q=(n.Wo.k.c). Trong đó: Wo là áp lực ở độ cao 11,1m. Để thuận tiện trong tính toán ta quy đổi thành tải trọng phân bố đều trên suốt chiều cao của cột bằng cách nhân trị số q với =1,04 ( vì 10m < H=11,1m < 15m) - k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình. k xác định ở hai mức, mức đỉnh cột và mức đỉnh mái. - Mức đỉnh cột ở cao trình 11,1 (m) có kc= 1,018 (nội suy). - Mức đỉnh mái ở cao trình 11,1 + 9tg5,710=12 m (m) có km= 1,032 (nội suy). *Gió theo phương ngang nhà: - Tải trọng gió tác dụng lên cột: + Phía đón gió: 1,2.1,25.1,018.0,8.6.1,04 = 7,62 (kN/m) + Phía khuất gió: 1,2.1,25.1,018.0,523.6.1,04 = 4,98 (kN/m) - Tải trọng gió tác dụng lên mái: + Phía đón gió: 1,2.1,25.1,032.0,58.6.1,04 = 5,6 (kN/m) + Phía khuất gió:1,2.1,25.1,032.0,423.6.1,04 = 4,09 (kN/m) *Gió theo phương dọc nhà: - Tải trọng gió tác dụng lên cột: 1,2.1,25.1,018.0,523.6.1,04 = 4,98 (kN/m) - Tải trọng gió tác dụng lên mái: 1,2.1,25.1,032.0,7.6.1,04 = 6,77 (kN/m) 3. Xác định sơ bộ tiết diện khung 3.1 Xác định sơ bộ tiết diện cột. 3.1.1 Xác định chiều dài tính toán. Do sức nâng của cầu trục là không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi. Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không đổi xác định theo công thức sau: + Xác định hệ số chiều dài tính toán . tỉ số độ cứng đơn vị giữa xà và cột: (giả thiết momen quán tính của tiết diện xà và cột là như nhau) Trường hợp cột liên kết ngàm với móng. Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung () 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 thép hình chữ C tại cao trình +3.500, tức là khoảng cách từ cột móng đến dầm hãm, nên . 3.1.2 Xác định sơ bộ tiết diện. Chiều cao tiết diện cột h được chọn sơ bộ theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo: , chọn h=0,56 m. Theo các điều kiện về cấu tạo và ổn định cục bộ chọn được kích thước tiết diện cột như sau: , chọn . , chọn . , , chọn Vậy chọn sơ bộ tiết diện cột: - Chiều dài bụng - Chiều dày bụng - Bề rộng cánh - Bề dày cánh Hình 3.1: Tiết diện cột 3.1.3 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện cột. - A = 54.0,8+2.20.1 = 83,2 (). ; ; 3.2. Xác định sơ bộ tiết diện xà ngang (xà dầm). 3.2.1.kích thước tiết diện Vì nhịp khung là 18m nên ta chọn phương án chia xà ngang thành 2 đoạn. Dự kiến đoạn xà gần gối dài 3m, có dạng hình nêm, độ cứng đầu và cuối đoạn là và (giả thiết độ cứng của xà và cột tại vị trí liên kết xà-cột là như nhau, tức =). Đoạn còn lại tiết diện không đổi và có độ cứng là . Giả thiết /=2,8 , suy ra: Chọn phương án thay đổi tiết diện bằng cách thay đổi chiều cao bản bụng, ta có: Giải phương trình bậc ba trên ta được : chọn =34cm Hình3.2: Cấu tạo khung Hình3.3: Tiết diện đoạn xà 4. SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG. 4.1 Sơ đồ tính. Sơ đồ tính là khung phẳng có mái dốc (hình vẽ), liên kết ngàm với móng, liên kết cột với xà và liên kết tại đỉnh xà là cứng. Trục khung trùng trục định vị. Sử dụng phần mền SAP2000 để tính toán, tiết diện và tải trọng khai báo được tính toán sơ bộ như bên. Hình 4.1: Sơ đồ tính khung ngang 4.2 Các trường hợp tải trọng. - Phương án 1 : Tĩnh tải Hình 4.1: Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải) Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái Hình 4.2: Sơ đồ tính hoạt tải mái trái Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải Hình 4.3: Sơ đồ tính hoạt tải mái phải Phương án 4 : Hoạt tải cả mái Hình 4.4: Sơ đồ tính hoạt tải cả mái Phương án 5 : Dmax trái Hình 4.5: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng Dmax trái Phương án 6 : Dmax phải Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng Dmax phải Phương án 7 : T trái + Hình 4.7: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái + Phương án 8 : T trái – Hình 4.8: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái – Phương án 9 : T phải Hình 4.9: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải + Phương án 10 : T phải – Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải - Phương án 11 : Gió trái Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà Phương án 12 : Gió phải Hình 4.12: Sơ đồ tính khung với gió phải ngang nhà Phương án 13 : Gió dọc Hình 4.13: Sơ đồ tính khung với gió dọc nhà 5.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC. Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP2000. Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ, và bảng tổ hợp nội lực.Do khung có kết cấu đối xứng và tải trọng đối xứng nên ta chỉ tổ hợp nội lực và tính toán cho một nửa khung (chọn nửa khung bên trái). Số hiệu thanh (frame) và điểm (joint) trong SAP như hình Hình 5.1: Số hiệu thanh và điểm trong SAP Hình 5.2: Mômen do tĩnh tải Hình 5.3: Lực dọc do tĩnh tải Hình 5.4: Lực cắt do tĩnh tải Hình 5.5: Mômen do hoạt tải chất nửa mái trái Hình 5.6: Lực dọc do hoạt tải chất nửa mái trái Hình 5.7: Lực cắt do hoạt tải chất nửa mái trái Hình 5.8: Mômen do hoạt tải chất nửa mái phải Hình 5.9: Lưc dọc do hoạt tải chất nửa mái phải Hình 5.10: Lực cắt do hoạt tải nửa mái phải Hình 5.11: Mômen do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải) Hình 5.12: Lực dọc do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải) Hình 5.13: Lực cắt do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải) Hình 5.14: Mômen do áp lực cầu trục đặt trên cột trái Hình 5.15: Lực dọc do áp lực cầu trục đặt trên cột trái Hình 5.16: Lực cắt do áp lực cầu trục đặt trên cột trái Hình 5.17: Mômen do áp lực cầu trục đặt trên cột phải Hình 5.18: Lực dọc do áp lực cầu trục đặt trên cột phải Hình 5.19: Lực cắt do áp lực cầu trục đặt trên cột phải Hình 5.20: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột trái Hình 5.21: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột trái Hình 5.22: Lực cắt do lực hãm T +đặt lên cột trái Hình 5.23: Mômen do lực hãm T- đặt lên cột trái Hình 5.24: Lực dọc do lực hãm T- đặt lên cột trái Hình 5.25: Lực cắt do lực hãm T - đặt lên cột trái Hình 5.26: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột phải Hình 5.27: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột phải Hình 5.28: Lực cắt do lực hãm T+ đặt lên cột phải Hình 5.29: Mômen do lực hãm T- đặt lên cột phải Hình 5.30: Lực dọc do lực hãm T- đặt lên cột phải Hình 5.31: Lực cắt do lực hãm T- đặt lên cột phải Hình 5.32: Mômen do gió trái sang Hình 5.33: Lực dọc do gió trái sang Hình 5.34: Lực cắt do gió trái sang Hình 5.35: Mômen do gió phải sang Hình 5.36: Lực dọc do gió phải sang Hình 5.37: Lực cắt do gió phải sang Hình 5.38: Mômen do gió dọc Hình 5.39: Lực dọc do gió dọc Bảng thống kê nội lực TABLE: Element Forces - Frames TT Tĩnh tải Frame Station OutputCase P V2 M3 HTT Hoạt tải trái Text m Text KN KN KN-m HTP Hoạt tải phải 1 0.00 TT -42.58 -7.21 -35.20 HTC Hoạt tải cả mái 1 9.06 TT -36.89 -7.21 30.11 DMT Dmax trái 1 0.00 HTT -16.20 -3.95 -17.26 DMP Dmax phải 1 9.06 HTT -16.20 -3.95 18.54 TTD T cột trái + 1 0.00 HTP -4.97 -3.95 -23.06 TTA T cột trái - 1 9.06 HTP -4.97 -3.95 12.74 TPD T cột phải + 1 0.00 HTC -21.17 -7.90 -40.32 TPA T cột phải - 1 9.06 HTC -21.17 -7.90 31.28 GT Gió trái 1 0.00 DMT -196.24 -7.36 1.47 GP Gió phải 1 9.06 DMT -196.24 -7.36 68.19 GD Gió dọc 1 0.00 DMP -44.10 -7.36 -45.97 1 9.06 DMP -44.10 -7.36 20.75 1 0.00 TTD 0.74 5.47 37.07 1 9.06 TTD 0.74 5.47 -12.46 1 0.00 TTA -0.74 -5.47 -37.07 1 9.06 TTA -0.74 -5.47 12.46 1 0.00 TPD 0.74 2.94 25.85 1 9.06 TPD 0.74 2.94 -0.81 1 0.00 TPA -0.74 -2.94 -25.85 1 9.06 TPA -0.74 -2.94 0.81 1 0.00 GT 53.77 95.61 435.30 1 9.06 GT 53.77 26.58 -118.22 1 0.00 GP 33.87 -44.25 -223.28 1 9.06 GP 33.87 0.87 -26.79 1 0.00 GD 61.23 -12.31 31.64 1 9.06 GD 61.23 32.81 -61.26 2 0.00 TT -42.58 7.21 35.20 2 9.06 TT -36.89 7.21 -30.11 2 0.00 HTT -4.97 3.95 23.06 2 9.06 HTT -4.97 3.95 -12.74 2 0.00 HTP -16.20 3.95 17.26 2 9.06 HTP -16.20 3.95 -18.54 2 0.00 HTC -21.17 7.90 40.32 2 9.06 HTC -21.17 7.90 -31.28 2 0.00 DMT -44.10 7.36 45.97 2 9.06 DMT -44.10 7.36 -20.75 2 0.00 DMP -196.24 7.36 -1.47 2 9.06 DMP -196.24 7.36 -68.19 2 0.00 TTD -0.74 2.94 25.85 2 9.06 TTD -0.74 2.94 -0.81 2 0.00 TTA 0.74 -2.94 -25.85 2 9.06 TTA 0.74 -2.94 0.81 2 0.00 TPD -0.74 5.47 37.07 2 9.06 TPD -0.74 5.47 -12.46 2 0.00 TPA 0.74 -5.47 -37.07 2 9.06 TPA 0.74 -5.47 12.46 2 0.00 GT 33.87 44.25 223.28 2 9.06 GT 33.87 -0.87 26.79 2 0.00 GP 53.77 -95.61 -435.30 2 9.06 GP 53.77 -26.58 118.22 2 0.00 GD 61.23 12.31 -31.64 2 9.06 GD 61.23 -32.81 61.26 3 0.00 TT -24.11 -7.21 23.72 3 2.04 TT -23.44 -7.21 38.42 3 0.00 HTT -16.20 -3.95 18.54 3 2.04 HTT -16.20 -3.95 26.60 3 0.00 HTP -4.97 -3.95 12.74 3 2.04 HTP -4.97 -3.95 20.80 3 0.00 HTC -21.17 -7.90 31.28 3 2.04 HTC -21.17 -7.90 47.40 3 0.00 DMT 1.43 -7.36 -30.65 3 2.04 DMT 1.43 -7.36 -15.63 3 0.00 DMP -1.43 -7.36 -4.85 3 2.04 DMP -1.43 -7.36 10.18 3 0.00 TTD 0.74 -2.94 -12.46 3 2.04 TTD 0.74 -2.94 -6.46 3 0.00 TTA -0.74 2.94 12.46 3 2.04 TTA -0.74 2.94 6.46 3 0.00 TPD 0.74 2.94 -0.81 3 2.04 TPD 0.74 2.94 -6.82 3 0.00 TPA -0.74 -2.94 0.81 3 2.04 TPA -0.74 -2.94 6.82 3 0.00 GT 53.77 26.58 -118.22 3 2.04 GT 53.77 11.03 -156.58 3 0.00 GP 33.87 0.87 -26.79 3 2.04 GP 33.87 11.03 -38.93 3 0.00 GD 61.23 32.81 -61.26 3 2.04 GD 61.23 42.97 -138.57 4 0.00 TT -24.11 7.21 -23.72 4 2.04 TT -23.44 7.21 -38.42 4 0.00 HTT -4.97 3.95 -12.74 4 2.04 HTT -4.97 3.95 -20.80 4 0.00 HTP -16.20 3.95 -18.54 4 2.04 HTP -16.20 3.95 -26.60 4 0.00 HTC -21.17 7.90 -31.28 4 2.04 HTC -21.17 7.90 -47.40 4 0.00 DMT -1.43 7.36 4.85 4 2.04 DMT -1.43 7.36 -10.18 4 0.00 DMP 1.43 7.36 30.65 4 2.04 DMP 1.43 7.36 15.63 4 0.00 TTD -0.74 2.94 -0.81 4 2.04 TTD -0.74 2.94 -6.82 4 0.00 TTA 0.74 -2.94 0.81 4 2.04 TTA 0.74 -2.94 6.82 4 0.00 TPD -0.74 -2.94 -12.46 4 2.04 TPD -0.74 -2.94 -6.46 4 0.00 TPA 0.74 2.94 12.46 4 2.04 TPA 0.74 2.94 6.46 4 0.00 GT 33.87 -0.87 26.79 4 2.04 GT 33.87 -11.03 38.93 4 0.00 GP 53.77 -26.58 118.22 4 2.04 GP 53.77 -11.03 156.58 4 0.00 GD 61.23 -32.81 61.26 4 2.04 GD 61.23 -42.97 138.57 5 0.00 TT -8.91 -16.70 -38.42 5 1.51 TT -8.61 -13.67 -15.53 5 3.01 TT -8.31 -10.65 2.80 5 0.00 HTT -5.54 -15.72 -26.60 5 1.51 HTT -5.19 -12.21 -5.54 5 3.01 HTT -4.84 -8.70 10.22 5 0.00 HTP -4.43 -4.55 -20.80 5 1.51 HTP -4.43 -4.55 -13.94 5 3.01 HTP -4.43 -4.55 -7.08 5 0.00 HTC -9.97 -20.27 -47.40 5 1.51 HTC -9.62 -16.76 -19.48 5 3.01 HTC -9.27 -13.25 3.15 5 0.00 DMT -7.19 2.16 15.63 5 1.51 DMT -7.19 2.16 12.37 5 3.01 DMT -7.19 2.16 9.12 5 0.00 DMP -7.47 -0.69 -10.18 5 1.51 DMP -7.47 -0.69 -9.13 5 3.01 DMP -7.47 -0.69 -8.08 5 0.00 TTD -2.86 1.03 6.46 5 1.51 TTD -2.86 1.03 4.91 5 3.01 TTD -2.86 1.03 3.37 5 0.00 TTA 2.86 -1.03 -6.46 5 1.51 TTA 2.86 -1.03 -4.91 5 3.01 TTA 2.86 -1.03 -3.37 5 0.00 TPD 3.00 0.44 6.82 5 1.51 TPD 3.00 0.44 6.15 5 3.01 TPD 3.00 0.44 5.49 5 0.00 TPA -3.00 -0.44 -6.82 5 1.51 TPA -3.00 -0.44 -6.15 5 3.01 TPA -3.00 -0.44 -5.49 5 0.00 GT 16.33 52.41 156.58 5 1.51 GT 15.49 44.01 83.90 5 3.01 GT 14.65 35.61 23.89 5 0.00 GP 14.35 32.61 38.93 5 1.51 GP 13.73 26.47 -5.60 5 3.01 GP 13.12 20.34 -40.88 5 0.00 GD 48.85 56.65 138.57 5 1.51 GD 47.84 46.50 60.81 5 3.01 GD 46.82 36.34 -1.63 6 0.00 TT -8.31 10.65 2.80 6 1.51 TT -8.61 13.67 -15.53 6 3.01 TT -8.91 16.70 -38.42 6 0.00 HTT -4.43 4.55 -7.08 6 1.51 HTT -4.43 4.55 -13.94 6 3.01 HTT -4.43 4.55 -20.80 6 0.00 HTP -4.84 8.70 10.22 6 1.51 HTP -5.19 12.21 -5.54 6 3.01 HTP -5.54 15.72 -26.60 6 0.00 HTC -9.27 13.25 3.15 6 1.51 HTC -9.62 16.76 -19.48 6 3.01 HTC -9.97 20.27 -47.40 6 0.00 DMT -7.47 0.69 -8.08 6 1.51 DMT -7.47 0.69 -9.13 6 3.01 DMT -7.47 0.69 -10.18 6 0.00 DMP -7.19 -2.16 9.12 6 1.51 DMP -7.19 -2.16 12.37 6 3.01 DMP -7.19 -2.16 15.63 6 0.00 TTD -3.00 0.44 -5.49 6 1.51 TTD -3.00 0.44 -6.15 6 3.01 TTD -3.00 0.44 -6.82 6 0.00 TTA 3.00 -0.44 5.49 6 1.51 TTA 3.00 -0.44 6.15 6 3.01 TTA 3.00 -0.44 6.82 6 0.00 TPD 2.86 1.03 -3.37 6 1.51 TPD 2.86 1.03 -4.91 6 3.01 TPD 2.86 1.03 -6.46 6 0.00 TPA -2.86 -1.03 3.37 6 1.51 TPA -2.86 -1.03 4.91 6 3.01 TPA -2.86 -1.03 6.46 6 0.00 GT 13.12 -20.34 -40.88 6 1.51 GT 13.73 -26.47 -5.60 6 3.01 GT 14.35 -32.61 38.93 6 0.00 GP 14.65 -35.61 23.89 6 1.51 GP 15.49 -44.01 83.90 6 3.01 GP 16.33 -52.41 156.58 6 0.00 GD 46.82 -36.34 -1.63 6 1.51 GD 47.84 -46.50 60.81 6 3.01 GD 48.85 -56.65 138.57 7 0.00 TT -8.31 -10.65 2.80 7 3.01 TT -7.74 -4.97 26.33 7 6.03 TT -7.17 0.72 32.73 7 0.00 HTT -4.84 -8.70 10.22 7 3.01 HTT -4.14 -1.68 25.88 7 6.03 HTT -3.44 5.34 20.37 7 0.00 HTP -4.43 -4.55 -7.08 7 3.01 HTP -4.43 -4.55 6.64 7 6.03 HTP -4.43 -4.55 20.37 7 0.00 HTC -9.27 -13.25 3.15 7 3.01 HTC -8.57 -6.23 32.52 7 6.03 HTC -7.86 0.79 40.73 7 0.00 DMT -7.19 2.16 9.12 7 3.01 DMT -7.19 2.16 2.61 7 6.03 DMT -7.19 2.16 -3.90 7 0.00 DMP -7.47 -0.69 -8.08 7 3.01 DMP -7.47 -0.69 -5.99 7 6.03 DMP -7.47 -0.69 -3.90 7 0.00 TTD -2.86 1.03 3.37 7 3.01 TTD -2.86 1.03 0.27 7 6.03 TTD -2.86 1.03 -2.83 7 0.00 TTA 2.86 -1.03 -3.37 7 3.01 TTA 2.86 -1.03 -0.27 7 6.03 TTA 2.86 -1.03 2.83 7 0.00 TPD 3.00 0.44 5.49 7 3.01 TPD 3.00 0.44 4.16 7 6.03 TPD 3.00 0.44 2.83 7 0.00 TPA -3.00 -0.44 -5.49 7 3.01 TPA -3.00 -0.44 -4.16 7 6.03 TPA -3.00 -0.44 -2.83 7 0.00 GT 14.65 35.61 23.89 7 3.01 GT 12.97 18.81 -58.14 7 6.03 GT 11.29 2.01 -89.52 7 0.00 GP 13.12 20.34 -40.88 7 3.01 GP 11.89 8.07 -83.70 7 6.03 GP 10.67 -4.20 -89.52 7 0.00 GD 46.82 36.34 -1.63 7 3.01 GD 44.79 16.03 -80.59 7 6.03 GD 42.76 -4.28 -98.31 8 0.00 TT -7.17 -0.72 32.73 8 3.01 TT -7.74 4.97 26.33 8 6.03 TT -8.31 10.65 2.80 8 0.00 HTT -4.43 4.55 20.37 8 3.01 HTT -4.43 4.55 6.64 8 6.03 HTT -4.43 4.55 -7.08 8 0.00 HTP -3.44 -5.34 20.37 8 3.01 HTP -4.14 1.68 25.88 8 6.03 HTP -4.84 8.70 10.22 8 0.00 HTC -7.86 -0.79 40.73 8 3.01 HTC -8.57 6.23 32.52 8 6.03 HTC -9.27 13.25 3.15 8 0.00 DMT -7.47 0.69 -3.90 8 3.01 DMT -7.47 0.69 -5.99 8 6.03 DMT -7.47 0.69 -8.08 8 0.00 DMP -7.19 -2.16 -3.90 8 3.01 DMP -7.19 -2.16 2.61 8 6.03 DMP -7.19 -2.16 9.12 8 0.00 TTD -3.00 0.44 -2.83 8 3.01 TTD -3.00 0.44 -4.16 8 6.03 TTD -3.00 0.44 -5.49 8 0.00 TTA 3.00 -0.44 2.83 8 3.01 TTA 3.00 -0.44 4.16 8 6.03 TTA 3.00 -0.44 5.49 8 0.00 TPD 2.86 1.03 2.83 8 3.01 TPD 2.86 1.03 -0.27 8 6.03 TPD 2.86 1.03 -3.37 8 0.00 TPA -2.86 -1.03 -2.83 8 3.01 TPA -2.86 -1.03 0.27 8 6.03 TPA -2.86 -1.03 3.37 8 0.00 GT 10.67 4.20 -89.52 8 3.01 GT 11.89 -8.07 -83.70 8 6.03 GT 13.12 -20.34 -40.88 8 0.00 GP 11.29 -2.01 -89.52 8 3.01 GP 12.97 -18.81 -58.14 8 6.03 GP 14.65 -35.61 23.89 8 0.00 GD 42.76 4.28 -98.31 8 3.01 GD 44.79 -16.03 -80.59 8 6.03 GD 46.82 -36.34 -1.63 Bảng thống kê nội lực Cấu kiện Tiết diện Nội lực Loại tải trọng Tĩnh tải Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Hoạt tải cả mái Dmax ở cột trái Dmax ở cột phải Tmax ở cột trái - Tmax ở cột trái Tmax ở cột phải - Tmax ở cột phải Gió ngang trái Gió ngang phải Gió dọc n=1 n =0,9 n =1 n =0,9 n = 1 n = 0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 CỘT Chân cột M -30,55 -24,99 -12,39 -11,15 -21,92 -19,73 -34,30 -30,87 -9,37 -8,43 -40,21 -36,19 32,01 28,81 -32,01 -28,81 22,37 20,13 -22,37 -20,13 386,69 348,02 -201,83 -181,65 18,51 16,66 N -43,19 -35,34 -16,40 -14,76 -4,76 -4,29 -21,17 -19,05 -195,32 -175,78 -45,03 -40,52 1,21 1,09 -1,21 -1,09 1,21 1,09 -1,21 -1,09 57,67 51,90 29,98 26,98 61,23 55,11 V -7,78 -6,37 -4,31 -3,88 -4,31 -3,88 -8,61 -7,75 -7,28 -6,55 -7,28 -6,55 5,48 4,93 -5,48 -4,93 2,93 2,64 -2,93 -2,64 97,11 87,40 -42,75 -38,48 -10,33 -9,30 Dưới vai M 39,94 32,68 26,63 23,97 17,10 15,39 43,73 39,35 56,61 50,95 25,77 23,19 -17,64 -15,88 17,64 15,88 -4,18 -3,76 4,18 3,76 -180,36 -162,32 -18,87 -16,98 -92,25 -83,03 N -37,50 -30,68 -16,40 -14,76 -4,76 -4,29 -21,17 -19,05 -195,32 -175,78 -45,03 -40,52 1,21 1,09 -1,21 -1,09 1,21 1,09 -1,21 -1,09 57,67 51,90 29,98 26,98 61,23 55,11 V -7,78 -6,37 -4,31 -3,88 -4,31 -3,88 -8,61 -7,75 -7,28 -6,55 -7,28 -6,55 5,48 4,93 -5,48 -4,93 2,93 2,64 -2,93 -2,64 28,07 25,26 2,37 2,13 34,79 31,31 Trên vai M 33,55 27,45 26,63 23,97 17,10 15,39 43,73 39,35 -42,23 -38,01 0,17 0,15 -17,64 -15,88 17,64 15,88 -4,18 -3,76 4,18 3,76 -180,36 -162,32 -18,87 -16,98 -92,25 -83,03 N -24,72 -20,23 -16,40 -14,76 -4,76 -4,29 -21,17 -19,05 2,36 2,12 -2,36 -2,12 1,21 1,09 -1,21 -1,09 1,21 1,09 -1,21 -1,09 57,67 51,90 29,98 26,98 61,23 55,11 V -7,78 -6,37 -4,31 -3,88 -4,31 -3,88 -8,61 -7,75 -7,28 -6,55 -7,28 -6,55 -2,93 -2,64 2,93 2,64 2,93 2,64 -2,93 -2,64 28,07 25,26 2,37 2,13 34,79 31,31 Đỉnh cột M 49,42 40,43 35,41 31,87 25,88 23,29 61,30 55,17 -27,38 -24,64 15,02 13,52 -11,67 -10,50 11,67 10,50 -10,15 -9,14 10,15 9,14 -221,76 -199,59 -34,06 -30,65 -173,58 -156,22 N -23,44 -19,18 -16,40 -14,76 -4,76 -4,29 -21,17 -19,05 2,36 2,12 -2,36 -2,12 1,21 1,09 -1,21 -1,09 1,21 1,09 -1,21 -1,09 57,67 51,90 29,98 26,98 61,23 55,11 V -7,78 -6,37 -4,31 -3,88 -4,31 -3,88 -8,61 -7,75 -7,28 -6,55 -7,28 -6,55 -2,93 -2,64 2,93 2,64 2,93 2,64 -2,93 -2,64 12,52 11,27 12,52 11,27 44,95 40,45 Cấu kiện Tiết diện Nội lực Loại tải trọng Tĩnh tải Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Hoạt tải cả mái Dmax ở cột trái Dmax ở cột phải Tmax ở cột trái - Tmax ở cột trái Tmax ở cột phải - Tmax ở cột phải Gió ngang trái Gió ngang phải Gió dọc n=1 n =0,9 n =1 n =0,9 n = 1 n = 0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 n=1 n=0,9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 XÀ 3M Đầu xà M -49,42 -40,43 -35,41 -31,87 -25,88 -23,29 -61,30 -55,17 27,38 24,64 -15,02 -13,52 11,67 10,50 -11,67 -10,50 10,15 9,14 -8,77 -7,90 143,47 129,13 34,06 30,65 173,58 156,22 N -9,48 -7,76 -5,92 -5,33 -4,76 -4,28 -10,68 -9,61 -7,01 -6,31 -7,48 -6,73 -2,80 -2,52 2,80 2,52 3,04 2,73 -3,04 -2,73 17,36 15,62 15,45 13,90 50,81 45,73 V -16,64 -13,62 -15,89 -14,30 -4,31 -3,88 -20,20 -18,18 3,07 2,76 -1,62 -1,46 1,50 1,35 -1,50 -1,35 0,92 0,82 -0,92 -0,82 47,73 42,96 28,59 25,73 56,46 50,81 Cuối xà M -8,37 -6,85 1,92 1,73 -12,89 -11,60 -10,97 -9,87 18,12 16,31 -10,14 -9,13 7,15 6,44 -7,15 -6,44 7,39 6,65 221,76 199,59 34,06 30,65 -33,63 -30,27 33,98 30,58 N -8,88 -7,26 -5,22 -4,69 -4,76 -4,28 -9,97 -8,98 -7,01 -6,31 -7,48 -6,73 -2,80 -2,52 2,80 2,52 3,04 2,73 18,20 16,38 15,45 13,90 14,22 12,80 48,78 43,90 V -10,59 -8,66 -8,87 -7,99 -4,31 -3,88 -13,18 -11,86 3,07 2,76 -1,62 -1,46 1,50 1,35 -1,50 -1,35 0,92 0,82 56,13 50,52 28,59 25,73 16,32 14,68 36,15 32,53 XÀ 6M Đầu xà M -8,37 -6,85 1,92 1,73 -12,89 -11,60 -10,97 -9,87 18,12 16,31 -10,14 -9,13 7,15 6,44 -7,15 -6,44 7,39 6,65 -7,39 -6,65 77,85 70,07 -33,63 -30,27 33,98 30,58 N -8,88 -7,26 -5,22 -4,69 -4,76 -4,28 -9,97 -8,98 -7,01 -6,31 -7,48 -6,73 -2,80 -2,52 2,80 2,52 3,04 2,73 -3,04 -2,73 16,52 14,87 14,22 12,80 48,78 43,90 V -10,59 -8,66 -8,87 -7,99 -4,31 -3,88 -13,18 -11,86 3,07 2,76 -1,62 -1,46 1,50 1,35 -1,50 -1,35 0,92 0,82 -0,92 -0,82 39,33 35,40 16,32 14,68 36,15 32,53 Cuối xà M 21,22 17,37 13,10 11,79 13,10 11,79 26,20 23,58 -0,38 -0,34 -0,38 -0,34 -1,88 -1,69 1,88 1,69 1,88 1,69 -1,88 -1,69 -58,02 -52,22 -58,02 -52,22 -61,52 -55,37 N -7,74 -6,33 -3,81 -3,43 -4,76 -4,28 -8,57 -7,71 -7,01 -6,31 -7,48 -6,73 -2,80 -2,52 2,80 2,52 3,04 2,73 -3,04 -2,73 13,16 11,84 11,76 10,59 44,72 40,25 V 0,77 0,63 5,17 4,65 -4,31 -3,88 0,86 0,77 3,07 2,76 -1,62 -1,46 1,50 1,35 -1,50 -1,35 0,92 0,82 -0,92 -0,82 5,73 5,16 -8,23 -7,40 -4,47 -4,02 Bảng tổ hợp nội lực (Đơn vị tính:kN.m) Cấu kiện Tiết diện Nội lực Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2 MMAXNTƯ MMINNTƯ NMAXMTƯ MMAXNTƯ MMINNTƯ NMAXMTƯ Cột Chân cột Tải trọng 4+24 4+26 4+12+18 4+13+17+25 4+11+15+19+27 4+11+13+19 M 356,14 -232,38 -71,92 337,85 -308,06 -98,66 N 14,47 -13,21 -239,72 -165,99 -76,87 -239,12 V 89,33 -50,53 -20,54 77,99 -65,50 -27,02 Vai trên Tải trọng 4+12+18 4+24 4+12+18 4+11+13+19 4+15+17+25 4+11+13+19 M 114,19 -140,42 114,19 146,12 -115,07 146,12 N -234,03 20,16 -234,03 -233,43 -25,04 -233,43 V -20,54 20,29 -20,54 -27,02 15,86 -27,02 Vai dưới Tải trọng 4+10 4+24 4+10 4+11+15+19 4+13+17+25 4+11+15+19 M 77,27 -146,81 77,27 88,93 -182,66 88,93 N -45,89 32,94 -45,89 -46,98 30,39 -46,98 V -16,39 20,29 -16,39 -19,45 8,29 -19,45 Đỉnh cột Tải trọng 4+10 4+24 4+10 4+11+15+19 4+13+17+25 4+11+15+19 M 110,71 -172,34 110,71 128,60 -185,31 128,60 N -44,61 34,22 -44,61 -45,70 31,67 -45,70 V -16,39 4,74 -16,39 -19,45 -5,70 -19,45 Xà 1 Đầu xà Tải trọng 5+28 4+10 5+28 4+13+17+29 4+11+15+19 4+11+15+23 M 125,14 -114,47 125,14 150,61 -146,49 -141,70 N 41,84 -20,95 41,84 21,47 -25,38 -34,33 V 41,25 -38,38 41,25 38,55 -40,69 -39,80 Cuối xà Tải trọng 4+12+22 4+26 5+28 4+7+13+23+25 4+9+15+19+27 4+13+23+29 M 226,20 -37,72 23,44 241,47 -70,74 230,32 N -2,71 6,30 42,37 6,28 -5,04 41,85 V 47,68 5,42 26,16 60,18 -4,43 73,90 Xà 2 Đầu xà Tải trọng 4+12+22 4+26 5+28 4+7+13+17+25 4+9+15+19+27 4+11+15+23 M 226,20 -37,72 23,44 88,79 -70,74 -43,04 N -2,71 6,30 42,37 -12,39 -5,04 -33,05 V 47,68 5,42 26,16 20,67 -4,43 -27,00 Cuối xà Tải trọng 4+10 5+28 5+28 4+11+15+19 4+13+17+29 4+7+29 M 50,71 -42,36 -42,36 49,12 -35,97 -19,75 N -16,94 43,40 43,40 -21,58 23,37 33,42 V 1,69 -4,34 -4,34 -2,72 2,54 0,89 6. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN 6.1. Thiết kế tiết diện cột 1.1 Thiết kế tiết diện cột. 1.1.1. Xác định chiều dài tính toán: Chọn phương án cột tiết diện không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiêt là bằng nhau, ta có: Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức: Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) 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 thép hình chữ C tại cao trình + 4,850 tức là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến hãm, nên lấy ly = 485 (cm). 1.1.2. Chọn và kiểm tra tiết diện Tiết diện cột khung và các đặc trưng hình học của tiết diện chọn như phần thiết kế sơ bộ. Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất): M = 337,85 kN.m N = - 165,99 kN V = 77,99 kN Đây là cặp nội lực ở chân cột, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng gây ra. Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng: => chọn h = 50 (cm) Bề rộng tiết diện chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng : => Chọn = 25 (cm) Diện tích tiết diện cần thiết kế của cột xác định sơ bộ theo: Bề dày bản bụng: => Chọn tw = 1 (cm) Tiết diện cột như sau: + Bản cánh: + Bản bụng: Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Độ lệch tâm tương đối: Độ lệch tâm quy đổi: Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có: *: * : Với > 1 ,ta có: 1.2 Kiểm tra tiết diện cột đã chọn. 1.2.1 Kiểm tra bền. Do Không phải kiểm tra bền. 1.2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể. * Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau. Với và , tra bảng II.2 phụ lục, nội suy ta có: suy ra: * Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau.(theo điều 5.4.2.5 TCXDVN : 338-2005) Vì 2,5 4,5 nên = 0,553 Do nên hệ số c được tính theo công thức sau. Suy ra: vì Suy ra: 1.2.3 Kiểm tra ổn định cục bộ. a) Ổn định cục bộ bản cánh. Ôn định cục bộ của bản cánh cột được kiểm tra theo công thức sau: Với : Ở trên, vì: , nên : suy ra: Bản cánh không bị mất ổn định cục bộ b) Ổn định cục bộ bản bụng. Ôn định cục bộ của bản bụng cột được kiểm tra theo công thức sau: Với bản bụng cột do ; và khả năng chịu lực của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn nên theo bảng 2.2 ta có: ta có: *, *, Không phải đặt vách cứng *, Do vậy bản bụng cột ổn định cục bộ. 6.2. Thiết kế tiết diện xà ngang .1.Đoạn xà 3m (tiết diện thay đổi) Từ bảng tổ hợp nội lực cho ta cặp nội lực tính toán: N= 41,85 KN M= 230,32 KN.m V= 73,9 KN Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 4,13,23,29 gây ra. 1.1. Chọn tiết diện và kiểm tra theo yêu cầu cấu tạo. Mô men chống uốn cần thiết cảu tiết diện xà ngang xác định: Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu. Với bề dày bản bụng chọn sơ bộ là 1 cm. Chọn h=60 cm. Kiểm tra bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt. Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà xác định theo công thức. Theo yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước bản cánh được chọn như sau: ; Chọn ; Các đặc trưng hình học: A= 56.1+2.25.2=156 () .1.2. Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền. Do mx = 26,44 > 20 nªn tiÕt diÖn xµ ngang ®­îc tÝnh to¸n kiÓm tra theo ®iÒu kiÖn bÒn. Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chổ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: trong đó: Ở trên :- mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: Vậy: .1.3. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp ( không phải đặt sườn dọc) bản bụng không bị mất ổn định cục bộ do ứng suất tiếp (không phải đặt sườn ngang) bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp không phải kiểm tra các ô bụng. Như vậy tiết diện đã chọn thoả mãn các điều kiện về ổn định cục bộ. .2.Đoạn xà 6m (Tiết diện không đổi). Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tÝnh toán: N= -12,39 KN M= 88,79 KN.m V= 20,67 KN Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 4,7,13,17,25 gây ra. 2.1. Tiết diện và đặc trưng hình học Mô men chống uốn cần thiết cảu tiết diện xà ngang xác định: Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu. Với bề dày bản bụng chọn sơ bộ là 1 cm. Chọn h=32cm. Chọn sơ bộ bề dày bản cánh xà là tf = 2cm. Diện tích cần thiết của bản cánh xà: Theo yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước bản cánh được chọn là chọn ; . Các đặc trưng hình học: A=28.1+2.25.2=128() .2.2. Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền. Do mx = 177,54 > 20 nên 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 chổ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: trong đó: Ở trên :- mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: Vậy: 2.3. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng. Do tiết diện xà được chọn có tiết diện nhỏ hơn đoạn xà 3m nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng Kiểm tra chuyển vị ngang ở đỉnh cột. Sử dụng phần mềm SAP để tính toán, chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái là: 7. THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT 7.1. Vai cột Với chiều cao tiết diện cột là h = 50cm, vậy mô men uốn và lực cắt tại chỗ liên kết công xôn vai cột với bản cánh cột: (197,67 + 12,78)(0,75 - 0,5.0,5) = 84,18 kNm 197,67 + 12,78 = 210,45 kN Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng cánh cột 25 cm. Giả thiết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục bdct = 20 cm. Chọn sơ bộ bề dày các bản cánh dầm vai 1 cm. Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào. cm => chọn 1 cm. Chiều cao của dầm vai xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt: 26,3 cm => chọn 38 cm. Các đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai: 23589,33 cm4 1179,46 cm3 487,5 cm3 * Tiết diện dầm vai đã chọn được kiểm tra theo các điều kiện bền uốn, cắt và ứng suất tương đương tại chỗ ngàm với bản cánh cột: 7,14 kN/cm2 21.1 =21 kN/cm2 0,69 cm 6,78 kN/cm2 4,35 kN/cm2 10,3 kN/cm2 < 1,15f = 24,15 kN/cm2 * Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bụng dầm vai: - Bản cánh: 12 15,8 kN/cm2 - Bản bụng: 40 79 kN/cm2 Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết với dầm vai vào cột là hf = 0,7 cm. 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): lw = 25 - 1 = 24 cm. - Phía dưới cánh ( 4 đường hàn): lw = 0,5(25 - 1) = 11 cm. - Ở bản bụng ( 2 đường hàn): lw = 38 - 1 = 37 cm. Diện tích và mô men chống uốn của các đường hàn trong liên kết ( xem lực cắt chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu còn mô men do các đường hàn cánh chịu) Aw=2.0,7.37=51,8 = 2232,65 cm3 Khả năng chịu lực của các đường hàn trong liên kết được kiểm tra theo: = 5,5 ( 0,7.18).1 = 12,6 kN/cm2 Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau: - Chiều cao : 38 cm - Bề rộng : 52,7cm => chọn bs = 6 cm - Bề dày : 0,38 cm => chọn ts = 0,6 cm 7.2.Chân cột : 7.2.1. Xác định kích thước bản đế : Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất ở tiết diện chân cột để tính toán: N=-165,99kN M=337,85kN.m V=77,99 kN Kích thước dài rộng Lbd x Bbd của bản đế được xác định do điều kiện cường độ của vật liệu làm móng. - Chiều rộng B của bản đế ( cạnh vuông góc với mặt phẳng uốn ) được cấu tạo trước theo các kích thước của tiết diện cột: Bbd = b + 2.c1 Trong đó: b - bề rộng của tiết diện phần cột dưới (kích thước vuông góc với mặt phẳng uốn của tiết diện cột). c1 - phần nhô ra của conxon bản đế lấy c1 = 8 cm. B = 25 + 2.8 = 41 (cm) Kích thước bản đế - Chiều dài L của bản đế được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng: Trong đó : - hệ số tăng Rb khi chịu nén cục bộ: (vì ứng suất trong bê tông móng phân bố không đều) Bêtông móng mác 250 Rb = 0,85 kN/cm2 Rb,loc = .Rb. = 1.0,85.1,14 = 0,986 kN/cm2 Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết c2=12 cm và bề dày của dầm đế là 1 cm: Lbd = h + 2tbd + 2c2 = 50 + 2.1 + 2.15 = 82 (cm) *Tính ứng suất tại mép bản đế theo phương pháp mặt phẳng uốn : Ta cấu tạo cho trục giữa của bản đế trùng với trục cột dưới, thân cột và các sườn chia bản đế thành các ô bản có các điều kiện biên khác nhau. Mô men uốn lớn nhất ở mỗi ô này tính cho dải rộng 1 đơn vị. Trong đó : - ứng suất nén của bê tông móng bên dưới ô bản được suy ra từ giá trị max và min đã tính ở trên và lấy giá trị lớn nhất tương ứng với mỗi ô để tính cho ô đó. di : nhịp tính toán của ô bản thứ i : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại ô bản Với bản kê 4 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b1/a1. a1 là cạnh ngắn của ô bản, d =a1 - Với bản kê 3 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b2/a2. a2 là chiều dài biên tự do của ô bản, d = a2 b2 là chiều dài cạnh vuông góc với biên tự do của ô bản, Căn cứ vào các kích thước như trên hình vẽ ta tính được các giá trị: + Tại ô 1 (bản kê 3 cạnh): a2 = d1 = 25 cm ; b2 = 20 cm ; b2/a2 = 20/25 = 0,8 Tra bảng nội suy ta có: M1 = 0,095 . 0,46 . 252 = 27,31 (kNcm) + Tại ô 2 (bản kê 2 cạnh) : a2 = d2 = 25 cm ; b2 = 12 cm; b2/a2 =12/25 = 0,48 Tra bảng nội suy ta có : 0,06 M2 = 0,06 . 0,72. 252 = 28,12 (kNcm) Vậy ta lấy trị số mômen này để tính chiều dày bản đế cột . , chọn tbd = 3,0 cm 7.2.2. Tính toán dầm đế : kích thước dầm đế chọn như sau: + Bề dày: tdd = 1 cm. + Bề rộng: bdd = Bbd = 41 cm. + Chiều cao: hdd phụ huộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản kực của bê tông móng: Lực truyền vàomột dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng: Ndd = (16 + 12,5).41.0,46 = 537,51 (kN). Theo cấu tạo chọn chiều cao của đường hàn liên kếtdầm đế vào cột là hf = 0,8 cm. Từ đó xác định được chiều dài tính toán của mọtt đường hàn liên kết dầm đế vào cột: Chọn chiều cao của dầm đế hdd=30 cm 7.2.3. Tính toán sườn A Theo cách bố trí dầm sườn như hình vẽ thì diện chịu tải của dầm < sườn không đáng kể ta tính chúng cùng chịu tải (theo dầm) chịu tải phân bố đều : Sơ đồ tính là công xon ngàm vào bản bụng cột chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều do áp lực dưới đáy móng : kN/cm Chọn bề dày sườn ts= 1 cm. Chiều cao sườn được xác dịnh sơ bộ từ điều kiện chịu uốn: Chọn hs = 20 cm Kiểm ra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương: Theo cấu tạo chọn chiều cao đường hàn kiên kết sườn A vào bản bụng hf = 0,8 cm. Diện tích tiết diện và mô men chống uốn của các đường hàn này là: As = 2.0,8.(20-1) = 30,4 (cm2) Ws= Khả nănh chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức: 7.2.4. Tính toán sườn B tương tự trên, với bề rộng diện truyền tải vào sườn là: 1,5.ls = 1,5.15 = 22,5 (cm), ta có: kN/cm Chọn bề dày sườn ts= 1 cm. Chiều cao sườn được xác dịnh sơ bộ từ điều kiện chịu uốn: Chọn hs = 25 cm Kiểm ra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương: Theo cấu toạ chọn chiều cao đường hàn kiên kết sườn A vào bản bụng hf = 0,9 cm. Diện tích tiết diện và mô men chống uốn của các đường hàn này là: As = 2.0,9.(25-1) = 43,2 (cm2) Ws= Khả nănh chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức: 7.2.5.Tính bulông neo ở chân cột: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo: N=14,47kN M=356,14kN.m V=89,33 kN Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c= 41,9 cm.Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6 cm, xác định được: a = Lbd/2 - c/3 =82/2 – 41,9/3 = 27,03 (cm). y = Lbd - c/3 - 6 = 82- 41,9/3 - 6 = 62,03 (cm). Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột theo công thức: Chọn thép bu lông neo mac 09Mn2Si, tra bảng phu lục có: fba = 190N/mm2. Diện tích tiết diện cần thiết của 1 bu lông neo: Chọn bu lông có Abn = 8,2 (cm2). tính lại tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột theo công thức: Do T2 < T1 nên đường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu. 7.2.6. Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế. Lục kéo trong bản cánh cột do mô men và lực dọc phân vào theo cong thức: (ở trên lấy dấu - vì N là lực nén). 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 đường hàn liên kết ở bản cánh cột theo công thức: Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột theo công thức: Kết hợp cấu tạo chọn hf = 0,9 cm. Cấu tạo chân cột thể hiện ở hình : 8.Liên kết cột với xà ngang: Cặp nội lực dung để liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện cột. Từ bảng tổ hợp chọn được: N = -31,67 (kN) M = -185,31 (kN.m) = -18531 (kN.cm) V = -5,7 (kN) Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng gây ra. Trình tự tính toán như sau: 8.1. Tính toán bu lông liên kết: Chọn bu lông cường độ cao cấp bề 10.9, đường kính bu lông dự kiến là: d = 20mm. Bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trong bảng I.13 sách “THIẾT KẾ KHUNG THÉP”. Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước như sau: +, Bề dày: chọn . +, Bề rộng: (phụ thuộc vào kích thước mặt bích) chọn . Chiều cao: chọn Khả năng chịu kéo của một bu lông: Ở trên: - cường độ tính toán chịu kéo của bu lông (bảng I.9 sách “THIẾT KẾ KHUNG THÉP”). - diện tích tiết diện thực của bu lông (bảng I.11 sách “THIẾT KẾ KHUNG THÉP”). Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao: = . - cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bu lông cường độ cao trong liên kết ma sát, . - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bu lông (bảng I.12 sách “THIẾT KẾ KHUNG THÉP”). (với mác thép 40Cr). - diện tích tiết diện của thân bu lông, . - hệ số điều kiện làm việc của liên kết,do số bu lông trong liên kết . - 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 : . - số lượng ma sát của liên kết, . Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005 , trong trường hợp bu lông chịu cắt và kéo đồng thời thì kiểm tra các điều kiện chịu cắt và chịu kéo riêng biệt. Lực kéo tác dụng váo các bu lông ở dãy ngoài cùng do mô men và lực dọc phân vào (do mô men có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trong cùng). = = (Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén). Do nên các bu lông đủ khả năng chịu lực. Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bu lông theo: 8.2, Tính toán mặt bích Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn : . Và chọn 8.3, 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 sườn) . Lức kéo trong bản cánh ngoài do mô men và lực dọc phân vào theo: = Vậy chiều cao cần thiết của các đường hàn này là: . Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích (coi 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 là: . Cấu tạo mối nối cột và xà ngang 9. Mối nối xà 9.1 Mối nối đỉnh xà Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bulông tại tiết diện đỉnh xà: N= -16,94 KN M= 50,71 KN.m V= 1,69 KN Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 4,10 gây ra. Tương tự trên,chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bu lông dự kiến là d=20 mm.(lỗ loại C). Bố trí bu lông thành 2 hàng . Phía ngoài của 2 cánh bản xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích kích thước như sau: + Bề dày: ts=0,8 cm + Chiều cao: hs=9 cm + Bề rộng: ls=1,5hs=1,5. 9 = 13,5(cm) Chọn ls= 15cm Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy dưới cùng do momen và lực dọc phân vào( do momen có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dảy bu lông phía trên cùng ) ta có: Khả năng chịu cắt của bu lông được kiểm tra theo công thức : Bề dày của mặt bích xác định từ các điều kiện sau: chọn t =1 cm Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh dưới ( kể cả ở sườn) xác định tương tự trên là . Lực kéo trong bản cánh dưới do momen, 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 Cấu tạo mối nối đỉnh xà 9.2. Mối nối xà( ở 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 chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toán kiểm tra mối nối . Cấu tạo liên kết như hình vẽ: 9.3. Liên kết bản cánh với bụng cột và xà ngang Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà Vmax=73,9 kN. Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo: Kết hợp cấu tạo , chọn chiều cao đường hàn hf= 0,6 cm Tiến hành tương tự, chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là hf=0.6cm