Đang tải... (xem toàn văn)
Khung ngang = cột + xà (rường) ngang (dàn, dầm). Khung ngang chịu vật liệu lợp, xà gồ mái, cửa trời, kết cấu dọc như hệ giằng mái, hệ thống cầu trục (xe con, dầm ngang, dầm biên, bánh xe cầu trục), dầm cầu chạy, ray, dầm hãm, sườn tường đỡ vách, vách lợp. Các khung ngang phải bảo đảm độ cứng không gian thông qua các hệ giằng (dọc, ngang) cũng như liên kết giữa móng cột, cột dầm (dàn), đỉnh = dầm (dàn) – dầm (dàn)
C1 KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN I KHÁI NIỆM CHUNG Khung (Cột + Rường ngang) thép kết cấu chịu lực chính: mái (tĩnh + hoạt), vách bao che, cầu trục (đứng, nghiêng) phục vụ dây chuyền sản xuất, gió, thay đổi nhiệt độ t0, đôi lúc thiết bị khác đặt trực tiếp lên khung Sử dụng khung thép vượt nhịp lớn, sức trục lớn Thơng số kỹ thuật Bố trí đường sắt phân xưởng, tầm hoạt động cầu trục, sức nâng cầu trục, kích thước thơng thủy thiết bị, hoạt tải tác dụng động chúng Thông số xây dựng Vị trí đặt nhà cơng nghiệp có cầu trục tổng mặt bằng, cao độ nền, tài liệu địa chất mực nước ngầm vị trí xây dựng Vật liệu xây dựng địa phương, chiếu sáng, thông gió, nhiệt độ, v.v… Khi thiết kế cần đảm bảo: Yêu cầu sử dụng, chắn, ổn định Yêu cầu làm việc bình thường cho cơng nhân: thơng gió, chiếu sáng, nhiệt độ, mơi trường, an tòan lao động Sơ đồ tính tốn tối ưu: giảm trọng lượng (chi phí vật liệu), chi phí vận chuyển dựng lắp thấp (muốn điều cần thiết kế cấu kiện đơn giản, giảm chi tiết phụ, cấu kiện giống nhiều) Các phận kết cấu nhà cơng nghiệp ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Khung ngang = cột + xà (rường) ngang (dàn, dầm) Khung ngang chịu vật liệu lợp, xà gồ mái, cửa trời, kết cấu dọc hệ giằng mái, hệ thống cầu trục (xe con, dầm ngang, dầm biên, bánh xe cầu trục), dầm cầu chạy, ray, dầm hãm, sườn tường đỡ vách, vách lợp Các khung ngang phải bảo đảm độ cứng không gian thông qua hệ giằng (dọc, ngang) liên kết móng - cột, cột - dầm (dàn), đỉnh = dầm (dàn) – dầm (dàn) Cột: có tiết diện khơng thay đổi / thay đổi, cột có vai, cột giật bậc, cột kép Dàn: dạng hình thang, liên kết cứng với cột; dạng tam giác, liên kết khớp với cột, chịu trọng lựơng thân mái hoạt tải mái ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Dầm: dạng mở nách vị trí liên kết với cột, tạo liên kết cứng với cột; đỉnh thường mở rộng, chịu trọng lựơng thân mái hoạt tải mái Cửa mái: tạo áp suất âm để hút gió làm thơng thóang nhà Dàn / dầm đỡ kèo: vị trí “trốn cột” để tăng khoảng cách hai cột Dầm / dàn cầu chạy: nằm vai cột, chịu tải trọng tòan hệ thống cầu trục (xe mang vật cẩu, dầm ngang, sàn thao tác, phòng điều khiển, dầm biên, bánh xe cầu trục, ray) Ray: dẫn hướng cầu trục để bánh xe cầu trục hoạt động Khung đầu hồi: vị trí đầu cuối theo chiều dài nhà, chịu tải trọng gió theo phương dọc Hệ khung sườn đỡ vách: chịu TLBT tải trọng gió theo phương ngang để truyền vào khung ngang Hệ giằng: Hệ giằng mái: cánh trên, đứng, cánh dưới, cửa mái, xà gồ Hệ giằng cột: cột trên, cột (chịu lực hãm dọc nhà) Hệ giằng dầm cầu chạy (dầm hãm dàn hãm): chịu lực hãm ngang cầu trục Kết luận: khung ngang với hệ giằng chịu tất tác động lên phương ngang phương dọc nhà công nghiệp gồm loại tải trọng: tĩnh tải mái + hoạt tải mái, vách bao che, cầu trục (theo phương đứng lực hãm xe theo phương ngang), lực hãm dọc, tải trọng gió Các kích thước khung nhà cơng nghiệp tầng H0 HCT +1 00m m hct a D B1 Hc hr hdcc HCD hcd Nhịp nhà L (m) Mặt hm ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Yêu cầu độ cứng: Chiều cao tiết diện cột trên: hct = (1/12 ~ 1/8)HCT Chiều cao tiết diện cột dưới: hcd HCD (m) Cột đặc Cột rỗng Đến 10 12 1/10 1/14 1/9 1/12 15 20 1/12 1/16 1/11 1/14 25 30 1/15 1/20 1/13 1/17 Nếu cột có tiết diện khơng đổi: HC = 1012m : hc HC /15 HC = 1416m : hc HC /18 HC 20m : hc HC /20 (HC = HCD + HCT : chiều cao toàn cột) II LƯỚI CỘT Bước cột & nhịp Bố trí cột thép theo hai phương: theo phương ngang nhà = nhịp nhà L theo phương dọc nhà = bước khung B Hệ module: khoảng cách trục định vị cách bội số chiều dài chọn trước, gọi module Trong nhà công nghiệp, module thơng thường 3m, kích thước nhịp nhà: 12m, 15m, 18m, 21m, … bước cột 6m, 9m 12m (khi có dàn đỡ kèo) Kích thước L, B chọn theo: Dây chuyền công nghệ Vận hành cầu trục (thao tác) Thiết bị cần vận chuyển bên ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Khuynh hướng xây dựng gia tăng B L bảo đảm cách linh hoạt u cầu qui trình cơng nghệ Nhưng cần lưu ý vị trị móng cột (có ống ngầm, móng máng, … bên dưới), đường ray xe nhập / xuất vật liệu Khối nhiệt độ Theo chiều dọc nhà (thường dài) nhiệt độ thay đổi (tính chất sản xuất, theo mùa) làm vật liệu thép dãn nở: L = Lo t Khe nhiệt độ (expansion joint): o Nếu nhà dài rộng xuất biến dạng nhiệt lớn thay đổi nhiệt độ (do thời tiết tính chất sản xuất) Nếu L lớn cột ngồi chịu lực đẩy ngang lớn, làm: - Khơng sử dụng biến dạng lớn Ảnh hưởng đến độ bền kết cấu Do vậy, cần chia nhà thành nhiều khối khe nhiệt tham khảo TCVN-5575 Bảng 46 Chú ý: giằng cột khối nhiệt độ bố trí khoảng khối III ĐẶC ĐIỂM KHUNG NGANG Thường có dạng khung ngang (xem hình vẽ): ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Khung khớp: cột – móng liên kết ngàm, cột – kèo liên kết khớp thích hợp cho cột BTCT + kèo thép _ Tính tốn đơn giản _ Độ cứng lớn, chuyển vị nhỏ, tính tốn đơn giản, nội lực phân bố không _ Cấu tạo liên kết đơn giản _ Ít nhạy với lún móng hay thay đổi nhiệt độ _ Thuận lợi cho việc sản xuất, dựng lắp Ít thuận lợi vận chuyển (trường hợp xà ngang dàn) Khung khớp: cột – móng liên kết khớp, cột – xà ngang liên kết cứng thích hợp cho khung thép làm nhà kho, nhà xưởng khơng cầu trục) _ Tính tốn phức tạp _ Độ cứng nhỏ, chuyển vị lớn, nội lực phân bố không _ Cấu tạo liên kết (cột-xà, đỉnh) phức tạp _ Ít nhạy với lún móng hay thay đổi nhiệt độ _ Thuận lợi cho việc sản xuất, vận chuyển Ít thuận lợi cho dựng lắp Khung khớp (Khung ngàm): cột – móng liên kết ngàm, cột – xà ngang liên kết cứng thích hợp cho khung thép làm nhà xưởng có cầu trục _ Tính tốn phức tạp _ Độ cứng lớn, chuyển vị nhỏ, nội lực phân bố nhỏ, tiết kiệm vật liệu _ Cấu tạo liên kết phức tạp _ Xà ngang liên kết cứng với cột Khi chịu tải, sinh moment gối Mo phản lực gối _ Nhạy với lún móng hay thay đổi nhiệt độ _ Thuận lợi cho dựng lắp, thuận lợi cho sản xuất, vận chuyển (trường hợp xà ngang dàn) Trường hợp xà ngang dàn: tính dàn, phải chọn tổ hợp nội lực gây ra: - Nguy hiểm cho cánh Nguy hiểm cho bụng Nội lực dàn tổng nội lực do: tải trọng thẳng đứng (tính dàn khớp) moment đầu dàn Liên kết cứng dàn – cột: - Chịu phản lực R - Lực H Mo đầu dàn Hzl1 l i2 z : khoảng cách từ trục cánh dàn (đường tác dụng lực H) tới trục bulông xa (trục xoay giả định liên kết) l1 : khỏang cách bulông xa trục xoay li2 : tổng bình phương khoảng cách trục bulơng trục xoay liên kết li2 = l12 l 22 1/2 : có hai hàng bulơng liên kết Lực Nmax tác dụng vào bulơng ngồi cùng: Nmax = Khi thiết kế cần tính tóan: - Đường hàn cánh vào mắt ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN - Đường hàn mắt vào gối (H, M0, phản lực R) Ep mặt gối vào gối Bulông chịu lực H (bulông chịu kéo) Đường hàn gối vào cột Kiểm tra đường hàn liên kết mắt gối: Là đường hàn hỗn hợp, truyền phản lực đứng R lực ngang H lệch tâm so với chiều dài đường hàn: Hwf = IV Hz1 H R Rwf = , twf = 2 0.7h f Lw 0.7h f Lw 0.7h f Lw ( H wf ) ( R wf ) (fwf c, fws c) XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG 4.1 Theo phương đứng : 4.1.1 Tải trọng mái: a Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải mái) gm [kN/m]: gồm TLBT vật liệu lợp mái, cách nhiệt, xà gồ mái, dàn, hệ giằng mái cửa trời: gm = gm g0m B n m với: g0 = g n,i i cos + g0xg + g0d gm [kN/m] : tĩnh tải tính tốn mái phân bố xà ngang gm : hệ số độ tin cậy tĩnh tải, thường gm = 1.1 g0m [kN/m2] : tĩnh tải tiêu chuẩn mái phân bố m2 mặt nhà g0n,i [kN/m2] : TLBT tiêu chuẩn lớp mái thứ i hệ số độ tin cậy gm,i lớp n : số lớp vật liệu mái : góc nghiêng mái so với mặt g0xg [kN/m2] : TLBT tiêu chuẩn xà gồ phân bố m2 mặt nhà, lấy g0xg = Gxg / @ xà gồ Gxg [kN/m] @ xà gồ g0d [kN/m2] B [m] ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN : TLBT tiêu chuẩn xà gồ (tính m dài xà gồ) : khoảng cách bố trí xà gồ theo mái : TLBT tiêu chuẩn dàn, hệ giằng mái cửa trời phân bố m2 mặt nhà hệ số độ tin cậy gd, lấy theo kinh nghiệm g0d = 0.20 ~ 0.25 kN/m2 mái lợp vật liệu nhẹ : bước khung (khoảng cách xà ngang liên kề) b Tải trọng tạm thời (Hoạt tải mái) pm [kN/m]: tải trọng thi công sửa chữa mái, với : p m = p p0m B pm [kN/m] : hoạt tải tính toán mái phân bố xà ngang p : hệ số độ tin cậy hoạt tải p = 1.3 p0m [kN/m2] : hoạt tải tiêu chuẩn mái, mái nhẹ theo TCVN 2737-1995 p0m = 0.30 kN/m2 4.1.2 Tải trọng vách: Gồm TLBT vật liệu lợp vách, cách nhiệt, xà gồ vách: với: gv = v g0v B g0v = g0n,i + g0xgv gv [kN/m] : tĩnh tải tính tốn vách phân bố theo chiều cao cột v : hệ số độ tin cậy tĩnh tải, thường v = 1.1 g0v [kN/m2] : tĩnh tải tiêu chuẩn vách phân bố m2 vách đứng g0n,i [kN/m2] : TLBT tiêu chuẩn lớp vách thứ i n : số lớp vật liệu vách g0xg [kN/m2] : TLBT tiêu chuẩn xà gồ phân bố m2 vách nhà, lấy g0xg = Gxg / @ xà gồ ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Xe Móc cẩu Bộ điều khiển Dầm ngang (Dầm cầu trục) Sàn thao tác Bảng ghi “Sức Trục [T]” Ray xe Chặn xe Máng đỡ dây vận hành 10 Dầm biên 11 Bánh xe cầu trục 12 Motor cho bánh xe cầu trục 13 Gối cao su dừng 14 Ray dọc 15 Kẹp ray 16 Dầm cầu chạy (Dầm dọc) 17 Chặn cầu trục 18 Thanh dẫn điện 19 Hộp điện xe 20 Hộp điện cho cầu trục 4.1.3 Tải trọng cầu trục Dmax, Dmin Dmax [kN] : áp lực lớn cầu trục tác dụng lên cột xác định theo đường ảnh hưởng bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi (tương ứng với Ptcmax), cho : Dmax = Q nc n kd Ptcmax yi Q nc : hệ số độ tin cậy sức trục (Q = 1.1) : hệ số không đồng thời, cầu trục, có giá trị : nc = 1.0 cầu trục đứng gần nhau, có giá trị : nc = 0.85 chế độ làm việc nhẹ trung bình nc = 0.95 chế độ làm việc nặng, nặng Chế độ làm việc (cường độ hoạt động) cầu trục: Nhẹ: thời gian làm việc ít, làm việc với sức trục lớn (chỉ có 15% thời gian sử dụng) Trung bình: loại trên, thời gian sử dụng nhiều (20%) ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 10 theo phương dọc (các khung liên kết khớp với dầm cầu chạy liên kết cột móng coi khớp, tạo hệ biến hình) _ Đảm bảo co dãn tự khối nhà theo chiều dọc thay đổi nhiệt độ, nên bố trí giằng cột khối _ Trong mặt phẳng trục tiết diện cột _ Quá trình dựng lắp thường đầu khối nhà phải liên kết cho cột tạo thành khung nhằm đảm bảo ổn định Thường thiết kế hệ giằng cột đầu khối, điều làm cho biến dạng phần cột dễ dàng thay đổi nhiệt độ _ Cột cột hai nhánh, cần giằng cho hai nhánh _ Tải trọng gió thơng qua HG cột truyền dọc dầm cầu chạy tới HG cột khối truyền xuống móng _ HG cột mặt phẳng dầm cầu chạy chống gây xoắn cho cột lực dọc trục _ Mặt cắt: + Cáp cuờng độ cao d ≥ 20mm, có tăng-đơ, bố trí dạng chữ X + Thép hình: L, U, thép ống _ Nằm mặt ngòai cột _ Khỏang cách phụ thuộc vật liệu lợp _ Điểm giằng cho cột ngòai mặt phẳng khung với điều kiện: + XG thép + Tiết diện đủ lớn + Liên kết vào xà ngang bulông _ Chia nhịp XG thành 3, đọan _ Giảm độ võng theo phương đứng (ngòai mặt phẳng XG) _ Thép cán nguội, chữ C Z, mạ kẽm dày ≥ 1.5mm _ Mặt cắt: chữ C (“Cee”), tính tóan dầm đơn giản _ Mặt cắt: chữ Z (“Zed”), tính tóan dầm đơn giản dầm liên tục có / khơng có đọan phủ) _ Tính tóan chịu kéo tâm _ Thép tròn ren răng, mạ kẽm, d ≥ 12mm _ Thép hình cán nguội (L, C), mạ kẽm, t ≥ 1.0mm Cột) HG cột HG cột trên: _ Bước đầu hồi _ Buớc khung có HG Cánh Trên & HG Cánh Dưới _ Bước khối nhà (khi £ ≥ 60.0m) HG cột HG cột dưới: _ Bước khối nhà (khi £ ≥ 60.0m) Dàn / Dầm hãm Hệ giằng cột (HG Cột) Xà gồ vách (HG cột) Giằng xà gồ vách Hệ giằng mái a) Giằng cánh (xem hình vẽ) Bảo đảm ổn định cánh dàn theo phương vuông góc mặt phẳng Nếu mái khơng sử dụng xà gồ mà dùng mái panen BTCT hàn vào cánh dàn độ cứng mái lớn khơng cần hệ giằng cánh dàn Tuy nhiên để đảm bảo ổn định cấu kiện trình dựng lắp dàn, cần phải có hệ giằng cánh dàn đầu khối nhà (khe co dãn) ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 19 Vị trí liên kết giằng cánh đỉnh kèo, gối tựa đứng trời Độ mảnh điểm giằng q trình dựng lắp khơng q [] 220 b) Giằng cánh (xem hình vẽ) Được bố trí ngang nhà dọc nhà - Giằng ngang nhà : đặt đầu khối nhà, thường gọi dàn gió, chịu áp lực gió thổi vào đầu hồi nhà Đối với khối nhà dài nhịp nhà lớn 24m giới hạn độ mảnh cánh dàn, giằng ngang nhà đặt khoảng khối cho khoảng cách giằng không qúa 50 – 60m Nó làm giảm rung động dàn trình sử dụng cầu chạy - Giằng dọc nhà : thiết kế khung kế cận tham gia (về mặt không gian) chịu lực tác dụng cục (lực hãm ngang) tải trọng cầu trục Nó làm giảm biến dạng khung tăng cường độ cứng nhà (vẽ hình) Giằng dọc quan trọng nhà có điều kiện làm việc nặng dùng mái nhẹ (như mái tole, fibrô ximăng) Nếu thiếu hệ giằng hệ mái cứng lực hãm dọc cầu chạy truyền cho panen BTCT làm cho hệ mái chuyển vị, trường làm liên kết hàn panen – dàn bị phá hoại Trong nhà công nghiệp điều kiện làm việc nặng, giằng nên hàn vào cánh dàn Bu-lông liên kết đủ cho trường hợp khác c) Giằng đứng (xem hình vẽ) Thường đặt gối tựa dàn cột nhịp hay đứng cửa trời Nhiệm vụ: đảm bảo không thay đổi mặt không gian hai dàn mái kế cận Hệ giằng cột (xem hình vẽ) Nhiệm vụ : ổn định khối nhà theo phương dọc nhà chịu lực hãm dọc cầu chạy áp lực gió vào đầu hồi nhà Theo phương ngang nhà, khung liên kết với móng thành hệ bất biến hình theo phương dọc nhà khung liên kết khớp với dầm cầu chạy liên kết cột móng coi khớp tạo hệ biến hình thiếu hệ giằng đứng cột, nhà sụp đổ Do hệ giằng đứng cột quan trọng cho ổn định cơng trình phải thiết kế đủ cứng để tránh rung động Thông thường, độ mảnh tối đa = 300 kéo = 200 điều kiện làm việc nặng Tiết diện giằng thép góc, đặc biệt làm thép U Để đảm bảo co dãn tự khối nhà theo chiều dọc thay đổi nhiệt độ, nên bố trí giằng cột khối Tuy nhiên trình dựng lắp thường đầu khối nhà phải liên kết cho cột tạo thành khung nhằm đảm bảo ổn định Do thường thiết kế giằng cột đầu khối, điều làm cho biến dạng phần cột dễ dàng thay đổi nhiệt độ Đồng thời tải trọng gió thơng qua giằng chéo truyền dọc dầm cầu chạy tới giằng cột khối lại thông qua giằng chéo truyền xuống móng ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 20 Hệ giằng cột nằm mặt phẳng dầm cầu chạy chống gây xoắn cho cột (nếu cột cột hai nhánh, cần giằng cho hai nhánh) cột nằm mặt phẳng trục tiết diện cột Nhà nhiều nhịp Việc chọn mặt cắt ngang khung nhiều nhip phụ thuộc: Kích thước kỹ thuật cho phân xưởng (nhịp L, cao độ mặt ray Hr) Yêu cầu xây dựng khác : hệ thoát nước mái (trong nhà, nhà), chiếu sáng Trong nhà nhiều nhịp, mặt cắt ngang thường đơn giản, khơng có chênh lệch độ cao lớn, nhiều cấu kiện lặp lại Mặt có nhiều loại khác nhau, làm nhóm chính: Gồm số khung ngang song song đỡ cấu kiện dọc Khung có gối tựa trung gian VIII TÍNH TỐN CỘT Phân loại cột Cột tiết diện không đổi Cột tiết diện thay đổi: không (cột giật bậc) Cột đặc, cột rỗng (bản giằng, giằng) Cột định hình, cột tổ hợp hàn Chiều dài tính tốn TRONG MẶT PHẲNG KHUNG Cột tiết diện không đổi : Lox = L L _ chiều dài hình học, tính từ mặt móng đến trục cánh kèo _ hệ số qui đổi chiều dài tính tốn, phụ thuộc vào liên kết hai đầu tỷ số độ cứng đơn vị xà ngang cột K: K = ir / ic = (Ir / L) / (Ic / H) Ir , Ic , L, H _ momen quán tính tiết diện chiều dài tương ứng xà ngang cột Trị số tra bảng sau: GIÁ TRỊ HỆ SỐ ĐỐI VỚI CỘT TIẾT DIỆN KHÔNG ĐỔI, LIÊN KẾT CỨNG VỚI DÀN Giá trị K Liên kết cột – móng Cứng Khớp ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 0.0 0.2 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 10 2.0 1.50 3.42 1.4 3.0 1.28 2.63 1.16 2.33 1.08 2.17 1.06 2.11 1.0 2.0 21 Cột bậc: cột có độ cứng lớn nên thường thiết kế liên kết ngàm với móng, đầu liên kết cứng với dàn (dàn hình thang) liên kết khớp với dàn (dàn tam giác) Khi xét chiều dài tính tốn có 04 dạng sơ đồ sau: i Khung nhịp liên kết khớp với dàn: ổn định, có khả ổn định đồng thời cột (xem hình), xét cột có đầu ngàm đầu tự ii Khung nhịp liên kết cứng với dàn: ổn định, có khả ổn định đồng thời cột (xem hình), xét cột có đầu ngàm đầu ngàm trượt iii Khung hai nhịp trở lên, liên kết khớp với dàn: ổn định, ổn định riêng lẻ cột (xem hình), xét cột có đầu ngàm đầu khớp cố định iv Khung hai nhịp trở lên, liên kết cứng với dàn: ổn định, ổn định riêng lẻ cột (xem hình), xét cột có hai đầu ngàm Chiều dài tính tốn cột bậc xác định cột riêng, xác định sau: Cột : Locd = cd Hcd Cột : Loct = ct Hct Đối với trường hợp (i) (ii), ổn định khơng có ảnh hưởng lực cắt, điều kiện ổn định đơn giản _ Hệ số mcd xác định dẫn qui phạm theo hai thông số K1 C sau : K1 = ict / icd C = Hct / Hcd ( Icd / (Ict t)) t _ tỷ số lực dọc cột cột trên, xác định sau : t = Ncd / Nct = (P1 + P2) / P2 _ Hệ số ct xác định theo công thức sau ct ≤ : Khi ct > 3, lấy ct = cd / C Đối với trường hợp (iii) (iv), ổn định có ảnh hưởng lực cắt, điều kiện ổn định phức tạp Để đơn giản tính tốn, dùng tốn gần để tính ổn định cột Đối với cột có tỉ số (Hct / Hcd) 0.6 t = (Ncd / Nct) 3, giá trị cd ct thay đổi ít, qui phạm thiết kế cho phép lấy theo bảng : GIÁ TRỊ HỆ SỐ ĐỐI VỚI CỘT NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG Đầu tự (khung nhịp, dàn liên kết khớp với cột) ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN Hệ số ct Hệ số cd Điều kiện biên cột 0.3 (Ict / Icd) 0.1 0.1 (Ict / Icd) 0.05 2.5 3.0 3.0 22 Đầu không xoay (khung nhịp, dàn liên kết cứng với cột) Đầu tựa khớp cố định (khung nhiều nhịp, dàn liên kết khớp với cột) Đầu ngàm cố định (khung nhiều nhịp, dàn liên kết cứng với cột) 2.0 2.0 3.0 1.6 2.0 2.5 1.2 1.5 2.0 NGOÀI MẶT PHẲNG KHUNG Ngoài mặt phẳng khung độ cứng cột bé, liên kết hai đầu khớp, chiều dài tính tốn mặt phẳng khoảng cách hai điểm cố định (điểm giằng) theo phương dọc nhà Cột : Lo2 khoảng cách từ dầm hãm (mặt dầm cầu chạy) đến cánh dàn đứng đầu dàn (thanh cánh dàn) Cột : Lo1 khoảng cách từ mặt móng đến mặt dầm cầu chạy (bằng chiều dài cột dưới) Nếu có xà gồ vách khoảng cách xà gồ vách Phân loại cột Có thể sử dụng cột định hình tổ hợp hàn, dạng chữ I đối xứng, phần cột dùng tiết diện khơng đối xứng Cột làm việc cấu kiện nén lệch tâm, cần kiểm tra khả làm việc theo điều kiện : bền, ổn định tổng thể mặt phẳng uốn, ổn định cục cột làm từ thép tổ hợp hàn (i) Kiểm tra điều kiện bền : Kiểm tra bền giá trị độ lệch tâm tính đổi m1 > 20 Theo cơng thức : N / An ± (Mx / Ixn) y ± (My / Iyn) x ≤ f c N, Mx , My An , Ixn , Iyn x, y _ giá trị tuyệt đối tương ứng lực dọc, momen uốn mp uốn (mp khung) tổ hợp bất lợi _ diện tích tiết diện thực, momen quán tính tiết diện thực trục x-x trục y-y _ tọa độ điểm xét tiết diện với trục Khi cấu kiện thép có ch < 59 kN/cm2, khơng chịu tác dụng trực tiếp tải trọng động, ≤ 0.5 fc N / (An f) > 0.1, theo công thức : (N / An f)n + Mx / (CxWxn,min f c) + My / CyWyn,min (f c) ≤ N, Mx , Mx n, Cx , Cy _ giá trị tuyệt đối lực dọc momen uốn tổ hợp bất lợi _ hệ số, xem Phụ Lục-C [TCXDVN 338 : 2005] Nếu N / (An f) ≤ 1, dùng công thức thỏa yêu cầu Mục 5.6.3.2 [TCXDVN 338 : 2005] (ii) Kiểm tra ổn định tổng thể : ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 23 TRONG MẶT PHẲNG KHUNG Kiểm tra ổn định tổng thể giá trị độ lệch tâm tính đổi m1 ≤ 20, theo công thức: x = N / e A < f c e _ hệ số ổn định tổng thể cột nén lệch tâm, tra bảng từ: Độ lệch tâm qui đổi me = mx, độ lệch tâm tương đối mx = ex / x = (M / N) / (Wx / A) hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, xem bảng D.10 [TCXDVN 338 : 2005] Độ mảnh qui đổi x = x (f / E) NGOÀI MẶT PHẲNG KHUNG Cột làm việc cột nén tâm, kiểm tra theo công thức: y = N / c y A < f c y _ hệ số uốn dọc nén tâm, phụ thuộc vào độ mảnh y.(xem lại KCT-1) c _ hệ số xét ảnh hưởng momen mp uốn đến ổn định cột mp uốn c = / (1 + mx) , _ hệ số phụ thuộc mx, y loại tiết diện (hở, kín), xem Bảng 16 [TCXDVN 338 : 2005] _ Khi mx 10: công thức (a) c 1 mx y / b đó: b – hệ số lấy theo Mục 5.2.2.1 Phụ lục E dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên; tiết diện kín b = 1,0 _ Khi < mx < 10: c = c5 (2 – 0.2 mx) + c10 (0.2 mx – 1) (b) đó: c5 – tính theo công thức (a) mx = 5; c10 – tính theo cơng thức (b) mx= 10 mx _ tính theo giá trị momen xác định sau : _ momen lớn ngàm cột console _ lớn ⅓ đoạn cột cho sơ đồ khác (iii) Kiểm tra ổn định cục : Bản cánh : bo / tf ≤ [bo / tf ] ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 24 Bản bụng : ho / tw ≤ [ho / tw] Khi tính cột theo điều kiện ổn định tổng thể mp khung, [ho / tw] xác định theo bảng: Độ lệch tâm tương đối x < 0.8 (E / f) 1.3 (E / f) mx ≤ 0.3 mx 1.0 Giá trị [ho / tw ] cột x > 0.8 (0.36 + 0.8l) (E / f) ≤ 1.9 (E / f) (0.9 + 0.85l) (E / f) ≤ 3.1 (E / f) (Khi mx = 0.3 ~ 1.0, giá trị [ho / tw] nội suy tuyến tính) Khi tính cột theo điều kiện bền điều kiện ổn định tổng thể mp khung, [h o / tw] xác định theo giá trị sau : Giá trị Giá trị [ho / tw] ≤ 0.5 0.5 < < 1.0 1.0 (theo bảng trên) (nội suy) 4.35 {(2 - 1) E / [ (2 - ) + (2 - 2)]} ≤ 3.8 (E / f) với = 1.4 (2 - 1) (ơ / ), = Q / (ho / tw) Khi tính cột theo điều kiện bền có N / An f < 0.1 (cột chịu uốn chính), ổn định cục bụng xét theo điều kiện ổn định cục bụng dầm Nếu điều kiện ổn định cục bụng khơng thỏa tăng t w (phổ biến hơn) gia cường sườn dọc tham gia với tiết diện cột Trường hợp khơng muốn tăng tw (vì thỏa ỔĐTT) cột tính theo điều kiện ổn định tổng thể, tiết diện tính tốn cột (giảm bớt) lấy sau : A = Af + 2c1 tw , c1 = 0.85 (E / f) _ diện tích cánh _ chiều rộng bụng sát với cánh Af c1 Ngoài (ho / tw) > 2.2 (E / f) cần đặt suờn ngang @ (2 ~ 3) ho Cột tiết diện rỗng Cột gồm hai nhánh : nhánh mái nhánh cầu trục Cột biên thường có tiết diện khơng đối xứng, cột có tiết diện đối xứng Chiều cao tiết diện h = (1/20~1/30) H Hệ giằng cột: giằng giằng (thanh giằng chịu lực cắt tốt hơn) Tính tốn cột rỗng theo nhánh cột cột (i) Tính nhánh : Tiết diện nhánh tính cột đặc chịu nén tâm, nén lệch tâm momen cục cột rỗng giằng Lực dọc tính tốn Nnh nhánh cột M, N xác định sau : Nnhm = N ynhct / yc + Mx / yc ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 25 Nnhct = N ynhm / yc + Mx / yc ynhct, ynhm _ khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm nhánh cầu trục, nhánh mái yc _ khoảng cách trọng tâm hai nhánh Kiểm tra ổn định nhánh hai trục y - y x1 - x1 Từng nhánh tính cột nén tâm (có thể tính cột nén lệch tâm có momen cục tác dụng vào nhánh cột rỗng) Đối với trục y-y (ngoài mp khung), Loy,nh = Hcd, trục x1 – x1 Lox1,nh = khoảng cách (bản) giằng (ii) Tính cột : Kiểm tra ổn định tổng thể cột rỗng trục ảo x – x: xác định theo cơng thức = N / e A, e tra bảng phụ thuộco = o (f / E) với o tính cột nén tâm (2 mặt rỗng) mx = (Mx A yn) / (N Ix) với yn khoảng cách từ trục ảo đến trục nhánh nén lớn không nhỏ khoảng cách đến trục bụng nhánh Kiểm tra ổn định tổng thể cột rỗng trục thực y – y: thực chất tính đến tính tốn nhánh cột ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 26 CẦU TRỤC, MĨC CẨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC TRUNG BÌNH SỨC TRỤC 5.0T (50kN) - 50.0T (500 kN) Sức trục Q Nhịp Kích thước Ray Áp lực bánh xe lên ray tc Lk B K H B1 F (m) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 5,000 6,500 6,500 6,500 6,500 3,500 5,000 5,000 5,000 5,000 1,650 1,650 1,650 1,650 1,650 230 230 230 230 230 350 450 550 600 750 KP70 89 101 107 115 122 40 49 58 73 70 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 22 206 250 260 312 333 10 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 6,300 6,300 6,300 6,300 6,300 4,400 4,400 4,400 5,000 5,000 1,900 1,900 1,900 1,900 1,900 260 260 260 260 260 300 600 600 900 900 KP70 135 145 155 170 180 35 40 45 54 70 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 40 240 270 300 348 400 15/3 20.0 23.0 26.0 29.0 32.0 6,300 6,300 6,300 6,300 6,300 4,400 4,400 4,400 5,000 5,000 2,300 2,300 2,300 2,300 2,300 280 280 280 280 280 250 450 450 750 750 KP70 185 190 200 220 230 42 55 58 72 82 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 70 305 340 385 435 475 20/5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 6,300 6,300 6,300 6,300 6,300 4,400 4,400 4,400 5,000 5,000 2,400 2,400 2,400 2,400 2,400 280 280 280 280 280 250 450 450 750 850 KP70 215 220 235 255 265 52 60 70 78 85 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 85 325 360 410 465 500 30/5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 6,300 6,300 6,300 6,300 6,300 5,100 5,100 5,100 5,100 5,100 2,750 2,750 2,750 2,750 2,750 300 300 300 300 300 250 500 500 850 850 KP70 300 315 330 345 360 88 95 102 115 128 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 120 475 520 566 620 675 50/5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 6,650 6,650 6,650 6,650 6,650 5,250 5,250 5,250 5,250 5,250 3,150 3,150 3,150 3,150 3,150 300 300 300 300 300 250 500 500 650 650 KP80 450 465 480 490 515 108 118 130 145 155 16.9 16.9 16.9 16.9 16.9 180 615 665 720 770 840 max (kN) P Trọng lượng (T) ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN P tc (kN) T Gxc Gct (kN) (kN) (kN) 27 Bảng D.10 Hệ số e để kiểm tra ổn định cấu kiện tiết diện đặc, chịu nén lệch tâm (nén uốn), mặt phẳng tác dụng momen trùng với mặt phẳng đối xứng HỆ SỐ e độ lệch tâm tương đối tính đổi me (x1000) me 0.1 0.3 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0 9.0 10.0 12.0 14.0 17.0 20.0 0.5 967 922 850 782 722 669 620 577 538 469 417 370 337 307 280 260 237 222 210 183 164 150 125 106 90 77 1.0 925 854 787 711 653 600 563 520 484 427 382 341 307 283 259 240 225 209 196 175 157 142 121 103 86 74 1.5 875 804 716 647 593 548 507 470 439 388 347 312 283 262 240 223 207 195 182 163 148 134 114 99 82 70 2.0 813 742 653 587 536 496 457 425 397 352 315 286 260 240 222 206 193 182 170 153 138 125 107 94 79 67 2.5 742 672 587 526 480 442 410 383 357 317 287 262 238 220 204 190 178 168 158 144 130 118 101 90 76 65 3.0 667 597 520 465 425 395 365 342 320 387 260 238 217 202 187 175 166 156 147 135 123 112 97 86 73 63 3.5 587 522 455 408 375 350 325 303 287 358 233 216 198 183 172 162 153 145 137 125 115 106 92 82 69 60 4.0 505 447 394 356 330 309 289 270 256 232 212 197 181 168 158 149 140 135 127 118 108 98 88 78 66 57 5.5 302 280 256 240 224 212 200 192 184 170 158 148 138 132 124 117 112 108 104 95 89 84 75 69 60 51 6.0 258 244 223 210 198 190 178 172 166 153 145 137 128 120 115 109 104 100 96 89 84 79 72 66 57 49 6.5 223 213 196 185 176 170 160 155 149 140 132 125 117 112 106 101 97 94 89 83 80 74 68 62 54 47 7.0 194 186 173 163 157 152 145 141 136 127 121 115 108 102 98 94 91 87 83 78 74 70 64 59 52 45 8.0 152 146 138 133 128 121 117 115 113 106 100 95 91 87 83 81 78 76 74 68 65 62 57 53 47 41 9.0 122 117 112 107 103 100 98 96 93 88 85 82 79 75 72 69 66 65 64 61 58 55 51 48 43 38 10.0 100 97 93 91 90 85 81 80 79 75 72 70 69 65 62 60 59 58 57 55 52 49 46 43 39 35 11.0 83 79 77 76 75 73 71 69 68 63 62 61 60 57 55 53 52 51 50 48 46 44 40 38 35 32 12.0 69 67 64 63 62 60 59 59 58 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 44 42 40 37 35 32 29 13.0 62 61 54 53 52 51 51 50 49 49 48 48 47 45 44 43 42 41 41 39 38 37 35 33 30 27 14.0 52 49 49 48 48 47 47 46 45 44 43 43 42 41 40 40 39 39 38 37 36 36 34 32 29 26 ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 28 5.2.2 Cột (theo TCXDVN 338: 2005) 5.5.2.1 Chiều dài tính tốn cột có tiết diện khơng đổi đoạn cột bậc tính theo cơng lo = l thức: đó: (5.50) l : chiều dài cột, đoạn chiều cao tầng; : hệ số chiều dài tính tốn 5.5.2.2 Hệ số chiều dài tính tốn cột có tiết diện không đổi (đứng độc lập) phụ thuộc vào cách liên kết hai đầu cột dạng tải trọng Đối với số trường hợp liên kết dạng tải trọng lấy theo Bảng D.1, Phụ lục D 5.5.2.3 Hệ số chiều dài tính tốn cột có tiết diện khơng đổi, mặt phẳng khung, xà ngang liên kết ngàm với cột lấy sau: a) Với khung có chuyển vị ngang chịu tải (tại nút khung khơng có liên kết chống chuyển vị ngang) tải trọng nút nhau: lấy theo Bảng 19 b) Với khung khơng có chuyển vị ngang chịu tải (các nút khung có liên kết chống chuyển vị ngang) tải trọng nút nhau: 0,46 p n 0,18 pn 0,93 p n 0,71 pn (5.55) Trong công thức (5.55) p n lấy sau: – Với khung tầng: p = Ii l c / l Ic ; n = Ib l c / l Ic – Với khung nhiều tầng: + Đối với tầng cùng: p = 0,5 (p1 + p2); n = n1 + n2; + Đối với tầng giữa: + Đối với tầng cùng: p = 0,5 (p1 + p2); p = p1 + p2; n = 0,5 (n1 + n2); n = 0,5 (n1 + n2) p1, p2, n1, n2 lấy theo Bảng 19 c) Đối với cột có tiết diện không đổi khung, đầu cột liên kết khớp với xà ngang đầu ngàm với móng cơng thức (5.52) khung tầng; (5.53), (5.54) khung nhiều tầng; (5.55) khung khơng có chuyển vị ngang, giá trị n p lấy sau: – Đầu cột khớp (dưới ngàm): n = 0, (Ib = 0); p = 50, (Ii = ); – Đầu cột ngàm (dưới khớp): n = 50, (Ib = ); p = 0, (Ii = 0) d) Đối với nhà tầng, có chuyển vị ngang, tải trọng nút cột khơng nhau, nhà có khối mái cứng có hệ giằng dọc nối đầu tất cột, hệ số chiều dài tính tốn e cột chịu tải lớn tính sau: e = I c N i / N c I i ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (5.56) 29 Bảng 19 – Hệ số chiều dài tính tốn cột có tiết diện khơng đổi Sơ đồ tính khung có chuyển vị ngang tự N N N Ib Ic Ic Ic N Ic Ic N I b2 Ic 1 0,38 n (5.51) n N lc Ic l1 l lc l2 N I b1 Ib n 0,56 n 0,14 l2 n p 0,68 n 0,22 0,68 p p 0,9n 0,08 0,1n I b lc 2lI c p n I i lc 2lI c N N Ic Ii N Ib1 Ic l Ic N Ib2 Ic Ii1 Ii2 l1 l2 Ic n I b lc 2lI c p I i lc 2lI c Khi n > 0,2 lc p 0,63 n 0,28 pn p 0,9 0,1n k n1 n k 1 p k p1 p2 k 1 Các tầng (5.53) Ib k n1 n2 k 1 Tầng n lc I b lc lI c (5.52) Khi n 0,2 N Nhiều nhịp N Ic l1 N Một nhịp Ib2 Ic l Ic N Ib1 Hệ số n p Cơng thức tính k n1 n2 k 1 k p1 p p k 1 n Tầng (5.54) n I blc 2lI c p I i lc lI c k n1 n2 k 1 2k p1 p p k 1 n Ghi chú: n1 = Ib1lc/l1Ic ; n2 = Ib2 lc /l2 Ic; p1 = Ii1 lc / l1 Ic ;p2 = Ii2 lc / l2 Ic ; k – số nhịp; l, l1, l2 – nhịp khung; Ic , lc – mơmen qn tính tiết diện chiều dài cột khảo sát; Ib , Ib1 , Ib2 – mơmen qn tính xà liên kết với đầu cột; Ii , Ii1 , Ii2 – mômen quán tính xà liên kết với đầu cột; – Đối với cột khung nhiều nhịp tính cột khung nhịp đó: : hệ số tính theo cơng thức (5.51), (5.52), Bảng 19; Ic, Nc : mơmen qn tính lực nén lớn cột khảo sát; ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 30 Ni, Ii: tương ứng tổng lực nén tổng mơmen qn tính tiết diện tất cột khung khảo sát khung lân cận (2 khung phía) Tất lực Ni tổ hợp tải trọng với Nc Giá trị e tính theo cơng thức (5.56) khơng nhỏ 0,7 Chú ý: Khi tỷ số H/B > (H – chiều cao nhà nhiều tầng; B – chiều rộng nhà), phải kiểm tra thêm ổn định tổng thể khung tổ hợp, ngàm móng Đối với cột biên, hệ số lấy cột khung nhịp 5.5.2.4 Hệ số chiều dài tính tốn đoạn cột bậc lấy theo Phụ lục D Khi xác định hệ số cột bậc khung nhà công nghiệp tầng cho phép: tổ hợp tải trọng cho lực nén lớn đoạn giá trị nhận dùng cho tổ hợp tải trọng khác; cột đảm bảo làm việc khơng gian hệ khung chiều dài tính tốn cột khung xác định cột độc lập liên kết cố định mức xà ngang; l2/l1 0,6 N1/N2 giá trị lấy theo Bảng 20 Bảng 20 – Hệ số chiều dài tính tốn cột bậc Hệ số Điều kiện liên kết đầu cột Đầu tự Chỉ liên kết không cho xoay Tựa khớp cố định Liên kết ngàm đoạn cột đoạn cột 0,1 < I2/I1 0,3 0,05 I2/I1 0,1 2,5 2,0 1,6 1,2 3,0 2,0 2,0 1,5 3,0 3,0 2,5 2,0 Ghi chú: l1, I1, N1 – chiều dài, mơmen qn tính tiết diện lực dọc đoạn cột duới; l2, I2, N2 – chiều dài, mômen quán tính tiết diện lực dọc đoạn cột ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 31 PHỤ LỤC D CÁC HỆ SỐ ĐỂ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA CẤU KIỆN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM, NÉN LỆCH TÂM VÀ NÉN UỐN D.1 Xác định hệ số chiều dài tính tốn cột D.1.1 Cột có tiết diện khơng đổi Hệ số chiều dài tính tốn cột có tiết diện khơng đổi xác định theo Bảng D.1 Bảng D.1 – Hệ số xác định chiều dài tính tốn cột có tiết diện không đổi N N N N N N Cách liên kết dạng tải trọng Nmax Nmax - Hệ số theo lý thuyết 1,0 0,7 0,5 2,0 1,0 2,0 0,725 1,12 Hệ số điều kiện liên kết gần sát với lý thuyết (Tham khảo) 1,0 0,8 0,65 2,1 1,2 2,0 – – D.1.2 Cột bậc Hệ số chiều dài tính tốn 1 phần cột bậc xác định tùy thuộc vào tỷ số: l2 N2 n l I l1 l1 I1l trị số I1 I2 N1 I2 N1 N N2 l1 đó: I1, I2, l1, l2 mơmen qn tính tiết diện chiều dài tương ứng phần cột phần cột (Hình D.1); I1 – Khi đầu cột tự do, 1 tra theo Bảng D.2; – Khi đầu cột ngàm trượt, 1 tra theo Bảng D.3; – Khi đầu khớp cố định ngàm 1 phần cột tính theo cơng thức: ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN HÌNH D.1 – SƠ ĐỒ CỘT MỘT BẬC 32 1 2 1 12 11 (D.1) đó: 12 – hệ số chiều dài tính tốn phần cột N1 = 0; 11 – hệ số chiều dài tính tốn phần cột N2 = Trị số 12 11 lấy sau: – Khi đầu cột tựa khớp, theo Bảng D.4; – đầu cột liên kết ngàm, theo Bảng D.5 Hệ số chiều dài tính tốn 2 phần cột tất trường hợp tính theo cơng thức: 2 ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN 1 3 1 (D.2) 33 ... 309 28 9 27 0 25 6 23 2 21 2 197 181 168 158 149 140 135 127 118 108 98 88 78 66 57 5.5 3 02 280 25 6 24 0 22 4 21 2 20 0 1 92 184 170 158 148 138 1 32 124 117 1 12 108 104 95 89 84 75 69 60 51 6.0 25 8 24 4 22 3... 425 397 3 52 315 28 6 26 0 24 0 22 2 20 6 193 1 82 170 153 138 125 107 94 79 67 2. 5 7 42 6 72 587 526 480 4 42 410 383 357 317 28 7 26 2 23 8 22 0 20 4 190 178 168 158 144 130 118 101 90 76 65 3.0 667 597 520 ... 520 484 427 3 82 341 307 28 3 25 9 24 0 22 5 20 9 196 175 157 1 42 121 103 86 74 1.5 875 804 716 647 593 548 507 470 439 388 347 3 12 283 26 2 24 0 22 3 20 7 195 1 82 163 148 134 114 99 82 70 2. 0 813 742