Giáo trình Kết cấu thép - Chương 1: Khung thép nhà công nghiệp 1 tầng

Nội dung text: Giáo trình Kết cấu thép - Chương 1: Khung thép nhà công nghiệp 1 tầng

1. C1. KHUNG THEÙP NHAØ COÂNG NGHIEÄP 1 TAÀNG I. KHAÙI NIEÄM CHUNG Khung (Coät + Röôøng ngang) theùp laø keát caáu chòu löïc chính : maùi (tónh + hoaït), vaùch bao che, caàu truïc (ñöùng, nghieâng) phuïc vuï daây chuyeàn saûn xuaát, gioù, söï thay ñoåi nhieät ñoä ∆t0, ñoâi luùc caùc thieát bò khaùc ñaët tröïc tieáp leân khung. Söû duïng khung theùp khi vöôït nhòp lôùn, söùc truïc lôùn. Thoâng soá kyõ thuaät Boá trí ñöôøng saét trong phaân xöôûng, taàm hoaït ñoäng caàu truïc, söùc naâng cuûa caàu truïc, kích thöôùc thoâng thuûy caùc thieát bò, hoaït taûi vaø taùc duïng ñoäng cuûa chuùng. Thoâng soá xaây döïng • Vò trí ñaët nhaø coâng nghieäp coù caàu truïc trong toång maët baèng, cao ñoä neàn, taøi lieäu ñòa chaát vaø möïc nöôùc ngaàm taïi vò trí xaây döïng. • Vaät lieäu xaây döïng ñòa phöông, chieáu saùng, thoâng gioù, nhieät ñoä, v.v Khi thieát keá caàn ñaûm baûo: • Yeâu caàu veà söû duïng, chaéc chaén, oån ñònh. • Yeâu caàu laøm vieäc bình thöôøng cho coâng nhaân: thoâng gioù, chieáu saùng, nhieät ñoä, moâi tröôøng, an toøan lao ñoäng. • Sô ñoà tính toaùn toái öu: giaûm troïng löôïng (chi phí vaät lieäu), chi phí vaän chuyeån vaø döïng laép thaáp nhaát (muoán ñöôïc ñieàu naøy caàn thieát keá caùc caáu kieän ñôn giaûn, giaûm caùc chi tieát phuï, caùc caáu kieän gioáng nhau nhieàu). Caùc boä phaän keát caáu chính trong nhaø coâng nghieäp • Khung ngang = coät + xaø (röôøng) ngang (daøn, daàm). • Khung ngang chòu vaät lieäu lôïp, xaø goà maùi, cöûa trôøi, keát caáu doïc nhö heä giaèng maùi, heä thoáng caàu truïc (xe con, daàm ngang, daàm bieân, baùnh xe caàu truïc), daàm caàu chaïy, ray, daàm haõm, söôøn töôøng ñôõ vaùch, vaùch lôïp. • Caùc khung ngang phaûi baûo ñaûm ñoä cöùng khoâng gian thoâng qua caùc heä giaèng (doïc, ngang) cuõng nhö lieân keát giöõa moùng - coät, coät - daàm (daøn), ñænh = daàm (daøn) – daàm (daøn). Coät : coù tieát dieän khoâng thay ñoåi / thay ñoåi, coät coù vai, coät giaät baäc, coät keùp. Daøn : daïng hình thang, coù theå lieân keát cöùng vôùi coät; daïng tam giaùc, chæ lieân keát khôùp vôùi coät, chòu troïng löïông baûn thaân maùi vaø hoaït taûi maùi. Daàm : daïng môû naùch taïi vò trí lieân keát vôùi coät, taïo lieân keát cöùng vôùi coät; ñænh cuõng thöôøng môû roäng, chòu troïng löïông baûn thaân maùi vaø hoaït taûi maùi. ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 1
2. Cöûa maùi : taïo aùp suaát aâm ñeå huùt gioù laøm thoâng thoùang nhaø. Daøn / daàm ñôõ keøo : taïi vò trí “troán coät” ñeå taêng khoaûng caùch giöõa hai coät. Daàm / daøn caàu chaïy : chòu taûi troïng toøan boä heä thoáng caàu truïc (ray, baùnh xe caàu truïc, daàm bieân, daàm ngang, xe con mang vaät caåu, saøn thao taùc, phoøng ñieàu khieån). Ray : daãn höôùng caàu truïc ñeå baùnh xe caàu truïc hoaït ñoäng. Heä khung söôøn ñôõ vaùch : chòu ñöôïc TLBT vaø taûi troïng gioù theo phöông ngang ñeå truyeàn vaøo khung ngang. Heä giaèng : Heä giaèng maùi : caùnh treân, ñöùng, caùnh döôùi, cöûa maùi, xaø goà. Heä giaèng coät : coät treân, coät döôùi (chòu löïc haõm doïc nhaø). Heä giaèng daàm caàu chaïy : chòu löïc haõm ngang caàu truïc. Keát luaän : khung ngang cuøng vôùi heä giaèng chòu taát caû caùc taùc ñoäng leân phöông ngang vaø phöông doïc cuûa nhaø coâng nghieäp goàm caùc loaïi taûi troïng : tónh taûi maùi + hoaït taûi maùi, vaùch bao che, caàu truïc (theo phöông ñöùng vaø löïc haõm xe con theo phöông ngang), löïc haõm doïc, taûi troïng gioù. Caùc kích thöôùc chính cuûa khung nhaø coâng nghieäp 1 taàng (Xem Ñoà aùn moân hoïc) II. LÖÔÙI COÄT 1. Böôùc coät & nhòp Boá trí coät theùp theo hai phöông: • theo phöông ngang nhaø = nhòp nhaø L • theo phöông doïc nhaø = böôùc coät B Heä module: khoaûng caùch caùc truïc ñònh vò caùch nhau baèng boäi soá cuûa moät chieàu daøi choïn tröôùc, goïi laø module. Trong nhaø coâng nghieäp, module thoâng thöôøng laø 3m, do vaäy kích thöôùc nhòp nhaø: 12m, 15m, 18m, 21m, vaø böôùc coät laø 6m, 9m hoaëc 12m (khi coù daøn ñôõ keøo). Kích thöôùc L, B choïn theo : • Daây chuyeàn coâng ngheä • Vaän haønh caàu truïc (thao taùc) • Thieát bò caàn vaän chuyeån beân trong ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 2
3. Khuynh höôùng xaây döïng môùi laø gia taêng B vaø L vaãn baûo ñaûm moät caùch linh hoaït yeâu caàu veà qui trình coâng ngheä. Nhöng cuõng caàn löu yù vò trò moùng coät (coù oáng ngaàm, moùng maùng, . beân döôùi), ñöôøng ray xe nhaäp / xuaát vaät lieäu. 2. Khoái nhieät ñoä Theo chieàu doïc nhaø (thöôøng daøi) khi nhieät ñoä thay ñoåi (tính chaát saûn xuaát, theo muøa) seõ laøm vaät lieäu theùp daõn nôû: ∆L = α Lo ∆ t. Neáu ∆L lôùn thì coät ngoaøi cuõng seõ chòu moät löïc ñaåy ngang lôùn, coù theå laøm: - Khoâng söû duïng ñöôïc neáu bieán daïng lôùn. - Aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa keát caáu neáu bieán daïng nhoû. Ñeå giaûm bieán daïng nhieät, thöôøng caét caû daõy nhaø ra nhieàu khoái vôùi chieàu daøi moãi khoái thöôøng laø 90m. Chuù yù : giaèng coät döôùi trong moät khoái nhieät ñoä chæ boá trí khoaûng giöõa khoái. III. ÑAËC ÑIEÅM KHUNG NGANG Thöôøng coù 03 daïng khung ngang (xem hình veõ): • Khung 2 khôùp : coät – moùng lieân keát khôùp _ Ñoä cöùng nhoû, chuyeån vò lôùn, noäi löïc phaân boá khoâng ñeàu. _ Caáu taïo lieân keát (coät-xaø, ñænh) phöùc taïp. _ Ít nhaïy vôùi luùn cuûa moùng hay söï thay ñoåi nhieät ñoä. _ Thuaän lôïi cho vieäc saûn xuaát, vaän chuyeån. Ít thuaän lôïi cho döïng laép. • Khung 2 khôùp : coät – keøo lieân keát khôùp, thích hôïp cho coät BTCT + vì keøo theùp _ Ñoä cöùng khaù lôùn, chuyeån vò nhoû, tính toaùn ñôn giaûn, noäi löïc phaân boá khoâng ñeàu. _ Caáu taïo lieân keát ñôn giaûn. _ Ít nhaïy vôùi luùn cuûa moùng hay söï thay ñoåi nhieät ñoä. _ Thuaän lôïi cho vieäc döïng laép, saûn xuaát. Ít thuaän lôïi vaän chuyeån. • Khung 0 khôùp (Khung ngaøm): _ Ñoä cöùng lôùn, chuyeån vò nhoû, noäi löïc phaân boá ñeàu vaø nhoû, tieát kieäm vaät lieäu. _ Caáu taïo lieân keát phöùc taïp. Daøn lieân keát cöùng vôùi coät. Do ñoù khi chòu taûi, seõ sinh ra moment goái Mo ngoaøi phaân löïc taïi goái. Moment Mo ñöôïc phaân ra moät caëp löïc H taùc duïng vaøo caùnh treân vaø caùnh döôùi cuûa daøn : H = Mo / h0 (h0 : chieàu cao ñaàu daøn). Do H maø noäi löïc thanh daøn thay ñoåi daáu (keùo ñoåi thanh neùn), giaù trò coù moät soá taêng leân vaø moät soá khaùc giaûm ngoaøi troïng thaúng ñöùng. _ Nhaïy vôùi luùn cuûa moùng hay söï thay ñoåi nhieät ñoä. ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 3
4. _ Thuaän lôïi cho döïng laép, ít thuaän lôïi cho vieäc saûn xuaát, vaän chuyeån. Thöôøng khi tính daøn, phaûi choïn toå hôïp noäi löïc gaây ra : - Nguy hieåm cho thanh caùnh - Nguy hieåm cho thanh buïng Noäi löïc trong moãi thanh daøn laø toång noäi löïc do: taûi troïng thaúng ñöùng (tính nhö daøn 2 khôùp) vaø moment ñaàu daøn. Lieân keát cöùng giöõa daøn – coät : - Chòu phaûn löïc R - Löïc H do Mo ñaàu daøn 1 Hzl1 Löïc Nmax taùc duïng vaøo buloâng ngoaøi cuøng: Nmax = 2 2 Σli z : khoaûng caùch töø truïc thanh caùnh döôùi daøn (ñöôøng taùc duïng löïc H) tôùi truïc buloâng xa nhaát (truïc xoay giaû ñònh cuûa lieân keát) l1 : khoûang caùch giöõa buloâng xa nhaát vaø truïc xoay. 2 2 2 2 Σli : toång bình phöông khoaûng caùch caùc truïc buloâng ñoái vôùi truïc xoay lieân keát Σli = l1 + l2 1/2 : do coù hai haøng buloâng lieân keát Khi thieát keá caàn tính toùan : - Ñöôøng haøn thanh caùnh vaøo baûn maét - Ñöôøng haøn baûn maét vaøo baûn goái (H, M0, phaûn löïc R) - Eùp maët baûn goái vaøo goái - Buloâng chòu löïc H (buloâng chòu keùo) - Ñöôøng haøn goái vaøo coät Kieåm tra ñöôøng haøn lieân keát baûn maét vaø baûn goái: Laø ñöôøng haøn hoãn hôïp, truyeàn phaûn löïc ñöùng R vaø löïc ngang H leäch taâm so vôùi chieàu daøi ñöôøng haøn: Η H 6Hz1 R R H 2 R 2 τ = + τ τ (τ wf ) + (τ wf ) ≤ γ γ wf 2 vaø wf = , wf = min (fwf c, fws c) 2 × 0.7h f Lw 2 × 0.7h f Lw 2 × 0.7h f Lw IV. XAÙC ÑÒNH TAÛI TROÏNG a. Theo phöông ñöùng : i) Taûi troïng maùi gm vaø pm : • Taûi troïng thöôøng xuyeân (Tónh taûi) gm [kN/m] bao goàm TLBT vaät lieäu lôïp maùi, caùch nhieät, xaø goà maùi, daøn, heä giaèng maùi vaø cöûa trôøi : ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 4
5. m gm = γg g0 B n ∑ g 0n,i m i xg d vôùi : g0 = + g0 + g0 cosα gm [kN/m] : tónh taûi tính toaùn maùi phaân boá treân xaø ngang m 2 2 g0 [kN/m ] : tónh taûi tieâu chuaån maùi phaân boá treân m maët baèng nhaø m m γg : heä soá ñoä tin caäy veà tónh taûi, thöôøng γg = 1.1 B [m] : chieàu roäng dieän tích truyeàn taûi cuûa maùi, laáy baèng khoaûng caùch 2 xaø ngang lieân keà 2 g0n,i [kN/m ] : TLBT tieâu chuaån lôùp maùi thöù i vaø heä soá ñoä tin caäy γm,i töøng lôùp n : soá lôùp vaät lieäu treân maùi. α : goùc nghieâng maùi so vôùi maët baèng xg 2 2 g0 [kN/m ] : TLBT tieâu chuaån cuûa xaø goà phaân boá treân m maët baèng nhaø, laáy baèng xg g0 = Gxg / @ xaø goà. d 2 2 g0 [kN/m ] : TLBT tieâu chuaån cuûa daøn, heä giaèng maùi vaø cöûa trôøi phaân boá treân m d maët baèng nhaø vaø heä soá ñoä tin caäy γd, laáy theo kinh nghieäm g0 = 0.15 ~ 0.20 kN/m2 ñoái vôùi maùi lôïp vaät lieäu nheï. • Taûi troïng taïm thôøi (Hoaït taûi) pm [kN/m]: laø taûi troïng thi coâng hoaëc söûa chöõa maùi, m γ p p0 vôùi : pm = B cosα pm [kN/m] : hoaït taûi tính toaùn maùi phaân boá treân xaø ngang m 2 m p0 [kN/m ] : hoaït taûi tieâu chuaån maùi, ñ/v maùi nheï theo TCVN 2737-1995 thì p0 = 0.30 kN/m2 γp : heä soá ñoä tin caäy veà hoaït taûi γp = 1.3 ii) Taûi troïng vaùch : tc 2 gv [kN/m ] : tónh taûi vaùch, bao goàm TLBT vaät lieäu lôïp vaùch, caùch nhieät, xaø goà vaùch (heä soá ñoä tin caäy γv = 1.1). iii) Taûi troïng caàu truïc Dmax, Dmin : tc P max [kN] : aùp löïc 01 baùnh xe caàu truïc khi vaät caåu naèm veà phía baùnh xe ñoù. tc P min [kN] : aùp löïc 01 baùnh xe caàu truïc khi vaät caåu naèm veà phía beân kia baùnh xe. ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 5
6. Neáu tìm trong baûng tra (catalogue) caàu truïc, phuï thuoäc : • Söùc truïc L [m], LK[m], Q [kN] • Cheá ñoä laøm vieäc caàu truïc : nheï, trung bình, naëng • Moùc treo caåu: meàm (daây caùp), cöùng (daây xích) Gcc [kN] : TLBT toaøn boä caàu truïc Gdcc [kN] : TLBT daàm caàu chaïy (daàm doïc) Gr [kN] : TLBT ray Dmax [kN] : aùp löïc lôùn nhaát cuûa caàu truïc taùc duïng leân coät xaùc ñònh theo ñöôøng aûnh höôûng khi caùc baùnh xe caàu truïc di chuyeån ñeán vò trí baát lôïi nhaát tc (töông öùng vôùi P max), cho : tc Dmax = γQ nc γn kd P max Σ yi γQ : heä soá ñoä tin caäy cuûa söùc truïc (γQ = 1.2) nc : heä soá khoâng ñoàng thôøi cuûa caùc caàu truïc, coù giaù trò : nc = 0.85 khi cheá ñoä nheï vaø trung bình nc = 0.95 khi cheá ñoä naëng, raát naëng γn : heä soá keå ñeán söï taêng aùp löïc cuûa caàu truïc do ñöôøng ray vaø moái noái ñöôøng ray khoâng baèng phaúng, coù giaù trò : γn = 1.1 khi cheá ñoä nheï, trung bình γn = 1.3 khi cheá ñoä naëng γn = 1.4 khi cheá ñoä raát naëng moùc meàm γn = 1.6 khi cheá ñoä raát naëng moùc cöùng kd : heä soá keå ñeán aûnh höôûng cuûa taûi troïng di ñoäng, coù giaù trò : nc = 1.0 khi cheá ñoä nheï vaø trung bình nc = 1.1 khi cheá ñoä naëng, raát naëng Σ yi : toång tung ñoä ñöôøng aûnh höôûng phaûn löïc goái töïa taïi vò trí cuûa caùc baùnh xe caàu truïc Dmin [kN] : aùp löïc nhoû nhaát cuûa caàu truïc taùc duïng leân coät xaùc ñònh theo ñöôøng aûnh höôûng khi caùc baùnh xe caàu truïc di chuyeån ñeán vò trí baát lôïi nhaát tc (töông öùng vôùi P min), cho : tc tc tc Dmin = γQ nc γn kd P min Σ yi = Dmax (P min / P max) b. Theo phöông ngang : iv) Taûi troïng caàu truïc T : do löïc quaùn tính phaùt sinh theo chieàu chuyeån ñoäng do xe con caàu truïc ñöôïc haõm tc tc tc T = γQ nc γn kd T 1 Σ yi = Dmax (T 1 / P max) [tính nhö Dmax] ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 6
7. tc tc tc tc tc trong ñoù : T 1 = T o / no [töông töï nhö P max], vaø T o = µms (Q + G xc) n’xc / nxc T [kN] : löïc haõm xe con, qua baùnh xe caàu truïc truyeàn leân daàm haõm vaøo coät tc T 1 [kN] : löïc ngang tieâu chuaån cuûa moät baùnh xe caàu truïc do haõm xe con tc T o [kN] : löïc haõm ngang taùc duïng leân toaøn caàu truïc µms : heä soá ma saùt, µms = 0.1 khi moùc meàm, µms = 0.2 khi moùc cöùng Q [kN] : söùc naâng caàu truïc tc G xc [kN] : troïng löôïng xe con no : soá baùnh xe moät beân ray caàu truïc n’xc : soá baùnh xe con bò haõm, thöôøng n’xc = ½ nxc nxc : toång soá baùnh xe cuûa xe con tc Cuõng coù theå xaùc ñònh T o trong baûng tra (catalogue) caàu truïc. v) Taûi troïng gioù : w = γw w0 Ch Ck B • Taûi troïng gioù phaân boá leân coät : w [kN/m] = γw w0 Ck Ch B vôùi : γw : heä soá ñoä tin caäy cuûa taûi troïng gioù, γw = 1.2. 2 w0 [kN/m ] : aùp löïc gioù tieâu chuaån, phuï thuoäc vò trí khu vöïc (TCVN-2737) Ck : heä soá khí ñoäng, phuï thuoäc hình daïng nhaø Ch : heä soá phuï thuoäc chieàu cao nhaø vaø ñòa hình khu vöïc (A, B, C) • Taûi troïng taäp trung cuûa phaàn maùi ñaët taïi truïc thanh caùnh döôùi daøn: W [kN] = γw w0 Ch B Σ Ck,i Hi Hi [m] : chieàu cao töøng ñoaïn coù heä soá khí ñoäng Ck,i V. NOÄI LÖÏC KHUNG NGANG Khung ngang laø moät khung sieâu tónh, ñeå xaùc ñònh noäi löïc khung seõ vaän duïng caùc phöông phaùp trong Cô hoïc keát caáu, nhö sau : (1) Phöông phaùp löïc (coù 3 aån soá). (2) Phöông phaùp phaàn töû höõu haïn : phoå bieán, ñöôïc trình baøy baèng caùc chöông trình tính toaùn coù saün (goïi laø phaàn meàm tính toaùn keát caáu) vôùi söï trôï giuùp cuûa maùy tính. ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 7
8. (3) Phöông phaùp chuyeån vò coù keát hôïp vôùi caùc baûng tra coù saün. Döôùi ñaây laø trình baøy phöông phaùp (3) 1 Sô ñoà tính : noäi löïc khung duøng caùc giaû thieát nhaèm ñôn giaûn hoùa tính toaùn nhö sau : • Thay daøn baèng röôøng ngang ñaët taïi truïc thanh caùnh döôùi cuûa daøn vôùi nhòp tính toaùn laø L, xaø ngang coù ñoä cöùng EJd töông ñöông vôùi daøn, xaùc ñònh : 2 2 Id = k (Act a ct + Acd a cd) k _ heä soá xeùt ñeán bieán daïng cuûa heä thanh buïng vaø ñoä doác thanh caùnh treân k = 0.9 ñoái vôùi daøn caùnh song song (i% = 0) k = 0.8 ñoái vôùi daøn coù i% = 10, vaø k = 0.7 khi i% = 12% • Thay coät baèng thanh ñöùng theo truïc troïng taâm cuûa coät. Ñoái vôùi coät giaät baäc, thanh ñöùng coù ñoä leäch taâm e ñeå xaùc ñònh momen leäch taâm do taûi troïng ñöùng gaây ra treân khung. Coù theå laáy : e = (0.5 ~ 0.55) hcd – 0.5 hct 2 Ñoä cöùng khung : coù theå giaû thieát ñoä cöùng khung nhö sau : Icd / Ict = 7 ~ 10 vaø Id / Ict = 25 ~ 40 (chæ duøng cho maùi panen BTCT) • Ñeå giaûm bôùt khoái löôïng tính toaùn, coøn coù moät soá ñôn giaûn hoùa nhö sau : * Id = ∞ (töông öùng vôùi goùc xoay ñaàu coät ϕ = 0) khi : K = (Id / L) / (Icd / H) ≥ A = 6 / [1 + 1.1 (Icd / Ict )] cho tröôøng hôïp taûi troïng taùc duïng leân coät khung (taûi troïng gioù, taûi troïng caàu truïc, ) vì daøn bieán daïng nhoû. * ∆ = 0 (chuyeån vò ngang ñaàu coät baèng khoâng) duøng cho nhaø nhieàu nhòp cuøng cao trình vôùi soá nhòp laø 3 trôû leân chòu caùc loaïi taûi troïng, tröø taûi troïng gioù. 3 Phöông phaùp tính : thöôøng duøng phöông phaùp chuyeån vò coù söû duïng baûng tra. Caùc loaïi taûi troïng taùc duïng leân khung coù theå phaân thaønh hai nhoùm : • Nhoùm taûi troïng taùc duïng leân xaø ngang ñoái xöùng (taûi troïng maùi), khung ñoái xöùng, aån soá chuyeån vò cuûa heä cô baûn laø goùc xoay ϕ1 = ϕ2 = -ϕ (chuyeån vò ngang ôû nuùt khung ∆ = 0 khi taûi troïng ñoái xöùng). Phöông trình chính taéc : r11 ϕ + R1P = 0 ⇒ ϕ = - R1P / r11 Giaù trò momen trong heä sieâu tónh : M = ⎯M ϕ + M0P ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 8
9. • Nhoùm taûi troïng taùc duïng leân coät (taûi troïng caàu truïc, momen leäch taâm do leäch truïc coät treân vôùi coät döôùi, taûi troïng gioù), aån soá chuyeån vò cuûa heä cô baûn laø chuyeån vò ngang ∆ (vaø goùc xoay ϕ1 = ϕ2 = 0 khi K ≥ A). Phöông trình chính taéc : r11 ∆ + R1P = 0 ⇒ ∆ = - R1P / r11 Giaù trò momen trong heä sieâu tónh : M = ⎯M ∆ + M0P VI. TOÅ HÔÏP NOÄI LÖÏC Nguyeân taéc toå hôïp taûi troïng : 1 Taûi troïng thöôøng xuyeân (Tónh taûi) luoân luoân coù trong moïi tröôøng hôïp. 2 Hoaït taûi khoâng luoân luoân coù trong moïi tröôøng hôïp (luùc coù luùc khoâng). 3 Hoaït taûi Dmax khoâng theå coù ñoàng thôøi ôû caû hai beân, Dmax ñaõ coù beân phaûi thì luoân coù Dmin beân traùi vaø ngöôïc laïi. 4 Khi ñaõ coù löïc haõm T thì luoân coù Dmax, Dmin. Tuy nhieân khi coù Dmax, Dmin khoâng nhaát thieát phaûi coù T. Löïc haõm T coù theå thay ñoåi chieàu cho neân giaù trò noäi löïc seõ coù (±). Do tính chaát naøy, khi xeùt coù Dmax hoaëc Dmin taát nhieân luoân coù löïc haõm ngang T vì giaù trò noäi löïc (chuû yeáu laø M) seõ luoân taêng theâm. 5 Khi ñaõ coù gioù phaûi thì khoâng coù gioù traùi vaø ngöôïc laïi. 6 Hoaït taûi maùi khoâng theå coù ñoàng thôøi vôùi taûi troïng gioù vaø ngöôïc laïi. Theo qui phaïm veà toå hôïp taûi troïng, thöôøng xeùt 2 loaïi : i Toå hôïp cô baûn 1 (Toå hôïp chính) : goàm taûi troïng thöôøng xuyeân vaø MOÄT taûi troïng taïm thôøi vôùi heä soá toå hôïp baèng 1. ii Toå hôïp cô baûn 2 (Toå hôïp phuï) : goàm taûi troïng thöôøng xuyeân vaø NHIEÀU taûi troïng taïm thôøi gaây noäi löïc baát lôïi vôùi heä soá toå hôïp baèng 0.9. Treân chieàu cao coät, caàn xaùc ñònh noäi löïc taïi 4 vò trí : chaân vaø ñaàu (vai coät) coät döôùi, chaân vaø ñaàu coät töông öùng vôùi caùc 03 toå hôïp taûi troïng gaây ra : 1 Toå hôïp TT gaây (Mmax, löïc neùn Ntö). 2 Toå hôïp TT gaây (Mmin, löïc neùn Ntö). 3 Toå hôïp TT gaây (löïc neùn Nmax, Mtö). Ngoaøi ra, cuõng caàn xaùc ñònh theâm toå hôïp TT gaây ra : ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 9
10. 4 Toå hôïp TT gaây Qmax cho coät döôùi ñeå tính heä giaèng cho coät döôùi laø coät roãng. 5 Toå hôïp TT gaây löïc keùo N lôùn nhaát (Nmin, Mtö) taïi chaân coät döôùi ñeå tính buloâng neo. VII. HEÄ GIAÈNG Ñeå baûo ñaûm ñoä cöùng khung gian cuûa khoái nhaø cuõng nhö baûo ñaûm söï oån ñònh töøng khung caàn boá trí heä giaèng. Coù caùc loaïi heä giaèng sau: • Giaèng maùi : goàm giaèng ngang trong maët phaúng caùnh treân vaø caùnh döôùi cuûa daøn vaø giaèng ñöùng giöõa caùc daøn. • Giaèng coät : goàm coät treân vaø coät döôùi giöõa caùc coät. Muïc ñích : + Baûo ñaûm söï baát bieán hình cuûa keát caáu trong söû duïng vaø trong quaù trình döïng laép. + Baûo ñaûm söï oån ñònh cuûa caùc thanh neùn cuûa keát caáu. + Choáng laïi vaø phaân phoái toaøn boä löïc ngang (taûi troïng gioù, löïc quaùn tính = löïc haõm ngang, löïc haõm doïc cuûa caàu truïc). 1. Heä giaèng maùi a) Giaèng caùnh treân (xem hình veõ) Baûo ñaûm oån ñònh cuûa thanh caùnh treân daøn theo phöông vuoâng goùc maët phaúng. Neáu maùi khoâng söû duïng xaø goà maø duøng maùi panen BTCT ñöôïc haøn vaøo thanh caùnh treân daøn thì ñoä cöùng maùi seõ raát lôùn khoâng caàn heä giaèng caùnh treân daøn. Tuy nhieân ñeå ñaûm baûo oån ñònh cuûa caùc caáu kieän trong quaù trình döïng laép daøn, caàn phaûi coù heä giaèng caùnh treân daøn taïi ñaàu khoái nhaø (khe co daõn). Vò trí lieân keát giaèng caùnh treân taïi ñænh vì keøo, taïi caùc goái töïa vaø ngay thanh ñöùng cuûa trôøi. Ñoä maûnh cuûa thanh giöõa caùc ñieåm giaèng trong quaù trình döïng laép khoâng quaù [λ] ≤ 220. b) Giaèng caùnh döôùi (xem hình veõ) Ñöôïc boá trí ngang nhaø vaø doïc nhaø. - Giaèng ngang nhaø : ñaët taïi ñaàu khoái nhaø, thöôøng goïi laø daøn gioù, vì chòu aùp löïc gioù thoåi vaøo ñaàu hoài nhaø. Ñoái vôùi khoái nhaø daøi hoaëc nhòp nhaø lôùn hôn 24m do giôùi haïn ñoä maûnh cuûa thanh caùnh döôùi daøn, giaèng ngang nhaø coøn ñaët taïi khoaûng giöõa khoái sao cho khoaûng caùch giöõa caùc giaèng khoâng quùa 50 – 60m. Noù laøm giaûm rung ñoäng cuûa daøn trong quaù trình söû duïng caàu chaïy. ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 10
11. - Giaèng doïc nhaø : ñöôïc thieát keá ñeå cho khung keá caän cuøng tham gia (veà maët khoâng gian) chòu löïc döôùi taùc duïng cuïc boä (löïc haõm ngang) taûi troïng caàu truïc. Noù laøm giaûm bieán daïng cuûa khung vaø taêng cöôøng ñoä cöùng nhaø (veõ hình). Giaèng doïc naøy raát quan troïng ñoái vôùi nhaø coù ñieàu kieän laøm vieäc naëng hoaëc duøng maùi nheï (nhö maùi tole, fibroâ ximaêng). Neáu thieáu heä giaèng naøy trong heä maùi cöùng thì löïc haõm doïc cuûa caàu chaïy seõ truyeàn cho panen BTCT laøm cho heä maùi chuyeån vò, trong tröôøng naøy laøm lieân keát haøn giöõa panen – daøn coù theå bò phaù hoaïi. Trong nhaø coâng nghieäp ñieàu kieän laøm vieäc naëng, giaèng neân haøn vaøo caùnh döôùi daøn. Bu-loâng lieân keát laø ñuû cho caùc tröôøng hôïp khaùc. c) Giaèng ñöùng (xem hình veõ) Thöôøng ñaët taïi goái töïa daøn giöõa caùc coät vaø giöõa nhòp hay döôùi thanh ñöùng cuûa cöûa trôøi. Nhieäm vuï : ñaûm baûo söï khoâng thay ñoåi veà maët khoâng gian cuûa hai daøn maùi keá caän nhau. 2. Heä giaèng coät (xem hình veõ) Nhieäm vuï : • oån ñònh khoái nhaø theo phöông doïc nhaø • chòu löïc haõm doïc caàu chaïy • aùp löïc gioù vaøo ñaàu hoài nhaø Theo phöông ngang nhaø, khung lieân keát vôùi moùng thaønh moät heä baát bieán hình nhöng theo phöông doïc nhaø caùc khung lieân keát khôùp vôùi daàm caàu chaïy vaø lieân keát coät moùng coi nhö khôùp nhö vaäy taïo laø moät heä bieán hình cho neân neáu thieáu heä giaèng ñöùng coät, nhaø coù theå suïp ñoå. Do vaäy heä giaèng ñöùng coät raát quan troïng cho söï oån ñònh cuûa caû coâng trình vaø phaûi ñöôïc thieát keá ñuû cöùng ñeå traùnh rung ñoäng. Thoâng thöôøng, ñoä maûnh toái ña λ = 300 ñoái vôùi thanh keùo hoaëc λ = 200 trong ñieàu kieän laøm vieäc naëng. Tieát dieän thanh giaèng theùp goùc, ñaëc bieät laøm baèng thanh theùp U. Ñeå ñaûm baûo söï co daõn töï do cuûa khoái nhaø theo chieàu doïc do söï thay ñoåi nhieät ñoä, neân boá trí giaèng coät taïi giöõa khoái. Tuy nhieân vì quaù trình döïng laép thöôøng baét ñaàu töø ñaàu khoái nhaø cho neân phaûi lieân keát sao cho 2 coät ñaàu tieân taïo thaønh moät khung nhaèm ñaûm baûo oån ñònh. Do vaäy thöôøng thieát keá giaèng coät treân taïi ñaàu khoái, ñieàu naøy laøm cho bieán daïng cuûa phaàn coät döôùi deã daøng khi thay ñoåi nhieät ñoä. Ñoàng thôøi taûi troïng gioù thoâng qua thanh giaèng cheùo truyeàn doïc daàm caàu chaïy tôùi giaèng coät giöõa khoái vaø laïi thoâng qua thanh giaèng cheùo truyeàn xuoáng moùng. Heä giaèng coät döôùi naèm trong maët phaúng daàm caàu chaïy choáng gaây xoaén cho coät döôùi (neáu coät döôùi laø coät hai nhaùnh, caàn giaèng cho caû hai nhaùnh) coøn ñoái vôùi coät treân thì naèm trong maët phaúng truïc cuûa tieát dieän coät. Nhaø nhieàu nhòp Vieäc choïn maët caét ngang cuûa khung nhieàu nhip phuï thuoäc: ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 11
12. • Kích thöôùc kyõ thuaät ñaõ cho cuûa phaân xöôûng (nhòp L, cao ñoä maët ray Hr) • Yeâu caàu xaây döïng khaùc nhö : heä thoaùt nöôùc maùi (trong nhaø, ngoaøi nhaø), chieáu saùng. Trong nhaø nhieàu nhòp, maët caét ngang thöôøng ñôn giaûn, khoâng coù söï cheânh leäch ñoä cao lôùn, nhieàu caáu kieän laëp laïi. Maët baèng coù nhieàu loaïi khaùc nhau, coù theå laøm 2 nhoùm chính : • Goàm moät soá khung ngang song song ñôõ caùc caáu kieän doïc. • Khung coù goái töïa trung gian. VIII. TÍNH TOAÙN COÄT 1. Phaân loaïi coät • Coät tieát dieän khoâng ñoåi. • Coät tieát dieän thay ñoåi: ñeàu vaø khoâng ñeàu (coät giaät baäc). • Coät ñaëc, coät roãng (baûn giaèng, thanh giaèng). • Coät ñònh hình, coät toå hôïp haøn. 2. Chieàu daøi tính toaùn : TRONG MAËT PHAÚNG KHUNG • Coät tieát dieän khoâng ñoåi : Lox = µ L L _ chieàu daøi hình hoïc, tính töø maët moùng ñeán truïc thanh caùnh döôùi vì keøo. µ _ heä soá qui ñoåi chieàu daøi tính toaùn, phuï thuoäc vaøo lieân keát hai ñaàu vaø tyû soá ñoä cöùng ñôn vò giöõa xaø ngang vaø coät K : K = ir / ic = (Ir / L) / (Ic / H) Ir , Ic , L, H _ momen quaùn tính tieát dieän vaø chieàu daøi töông öùng cuûa xaø ngang vaø coät. Trò soá µ coù theå tra baûng sau: GIAÙ TRÒ HEÄ SOÁ µ ÑOÁI VÔÙI COÄT TIEÁT DIEÄN KHOÂNG ÑOÅI, LIEÂN KEÁT CÖÙNG VÔÙI DAØN Lieân keát coät – moùng Giaù trò µ khi K baèng 0.0 0.2 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 >10 Cöùng 2.0 1.50 1.4 1.28 1.16 1.08 1.06 1.0 Khôùp 3.42 3.0 2.63 2.33 2.17 2.11 2.0 • Coät baäc : coät döôùi coù ñoä cöùng lôùn neân thöôøng thieát keá lieân keát ngaøm vôùi moùng, ñaàu treân coù theå lieân keát cöùng vôùi daøn (daøn hình thang) hoaëc lieân keát khôùp vôùi daøn (daøn tam giaùc). Khi xeùt chieàu daøi tính toaùn coù theå coù 04 daïng sô ñoà nhö sau: ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 12
13. i. Khung moät nhòp lieân keát khôùp vôùi daøn : khi maát oån ñònh, coù khaû naêng maát oån ñònh ñoàng thôøi caû 2 coät (xem hình), coù theå xeùt coät coù moät ñaàu ngaøm vaø moät ñaàu töï do. ii. Khung moät nhòp lieân keát cöùng vôùi daøn : khi maát oån ñònh, coù khaû naêng maát oån ñònh ñoàng thôøi caû 2 coät (xem hình), coù theå xeùt nhö coät coù moät ñaàu ngaøm vaø moät ñaàu ngaøm tröôït. iii. Khung hai nhòp trôû leân, lieân keát khôùp vôùi daøn : khi maát oån ñònh, chæ coù theå maát oån ñònh rieâng leû töøng coät (xem hình), coù theå xeùt nhö coät coù moät ñaàu ngaøm vaø moät ñaàu khôùp coá ñònh. iv. Khung hai nhòp trôû leân, lieân keát cöùng vôùi daøn : khi maát oån ñònh, cuõng chæ coù theå maát oån ñònh rieâng leû töøng coät (xem hình), coù theå xeùt nhö coät coù hai ñaàu ngaøm. Chieàu daøi tính toaùn cuûa coät baäc xaùc ñònh töøng coät rieâng, xaùc ñònh nhö sau : Coät döôùi : Locd = µcd Hcd Coät treân : Loct = µct Hct ™ Ñoái vôùi tröôøng hôïp (i) vaø (ii), khi maát oån ñònh khoâng coù aûnh höôûng cuûa löïc caét, ñieàu kieän oån ñònh seõ ñôn giaûn. _ Heä soá µcd xaùc ñònh trong caùc chæ daãn qui phaïm theo hai thoâng soá K1 vaø C nhö sau : K1 = ict / icd vaø C = Hct / Hcd (√ Icd / (Ict t)) t _ tyû soá giöõa löïc doïc cuûa coät döôùi vaø coät treân, xaùc ñònh nhö sau : t = Ncd / Nct = (P1 + P2) / P2 _ Heä soá µct xaùc ñònh theo coâng thöùc nhö sau khi µct ≤ 3 : µct = µcd / C Khi µct > 3, thì laáy baèng 3. ™ Ñoái vôùi tröôøng hôïp (iii) vaø (iv), khi maát oån ñònh coù aûnh höôûng cuûa löïc caét, ñieàu kieän oån ñònh seõ raát phöùc taïp. Ñeå ñôn giaûn tính toaùn, duøng baøi toaùn gaàn ñuùng ñeå tính oån ñònh coät. Ñoái vôùi coät coù tæ soá (Hct / Hcd) 3, giaù trò µcd vaø µct thay ñoåi ít, qui phaïm thieát keá cho pheùp laáy theo baûng döôùi ñaây : GIAÙ TRÒ HEÄ SOÁ µ ÑOÁI VÔÙI COÄT NHAØ COÂNG NGHIEÄP MOÄT TAÀNG Ñieàu kieän bieân cuûa coät Heä soá µcd Heä soá µct 0.3 > (Ict / Icd) > 0.1 0.1 > (Ict / Icd) > 0.05 1. Ñaàu töï do (khung moät nhòp, daøn 2.5 3.0 3.0 ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 13
14. lieân keát khôùp vôùi coät) 2. Ñaàu khoâng xoay (khung moät nhòp, 2.0 2.0 3.0 daøn lieân keát cöùng vôùi coät) 3. Ñaàu töïa khôùp coá ñònh (khung nhieàu 1.6 2.0 2.5 nhòp, daøn lieân keát khôùp vôùi coät) 4. Ñaàu ngaøm coá ñònh (khung nhieàu 1.2 1.5 2.0 nhòp, daøn lieân keát cöùng vôùi coät) NGOAØI MAËT PHAÚNG KHUNG Ngoaøi maët phaúng khung ñoä cöùng cuûa coät beù, lieân keát hai ñaàu nhö khôùp, chieàu daøi tính toaùn ngoaøi maët phaúng laø khoaûng caùch hai ñieåm coá ñònh (ñieåm giaèng) theo phöông doïc nhaø. Coät treân : Lo2 khoaûng caùch töø daàm haõm (maët treân daàm caàu chaïy) ñeán thanh caùnh döôùi cuûa daøn ñöùng ñaàu daøn (thanh caùnh döôùi daøn). Coät döôùi : Lo1 baèng khoaûng caùch töø maët moùng ñeán maët döôùi daàm caàu chaïy (baèng chieàu daøi coät döôùi). Neáu coù xaø goà vaùch thì chính laø khoaûng caùch giöõa caùc xaø goà vaùch ñoù. 3. Phaân loaïi coät Coù theå söû duïng coät ñònh hình hoaëc toå hôïp haøn, daïng chöõ I ñoái xöùng, phaàn coät döôùi coù theå duøng tieát dieän khoâng ñoái xöùng. Coät laøm vieäc nhö caáu kieän neùn leäch taâm, caàn kieåm tra khaû naêng laøm vieäc theo caùc ñieàu kieän : beàn, oån ñònh toång theå trong vaø ngoaøi maët phaúng uoán, oån ñònh cuïc boä neáu coät laøm töø caùc theùp taám toå hôïp haøn. (i) Kieåm tra ñieàu kieän beàn : • Kieåm tra beàn khi giaù trò ñoä leäch taâm tính ñoåi m1 > 20. • Theo coâng thöùc : N / An ± (Mx / Ixn) y ± (My / Iyn) x ≤ f γc Mx , Mx _ momen uoán trong vaø ngoaøi mp uoán (mp khung) An , Ixn , Iyn _ dieän tích tieát dieän thöïc, momen quaùn tính cuûa tieát dieän thöïc ñoái vôùi caùc truïc x-x vaø truïc y-y x, y _ toïa ñoä ñieåm ñang xeùt cuûa tieát dieän vôùi caùc truïc chính 2 • Khi caáu kieän theùp coù σch 0.1, theo coâng thöùc : n (N / An f) + Mx / (CxWxn,min f γc) + My / CyWyn,min (f γc) ≤ 1 N, Mx , Mx _ giaù trò tuyeät ñoái cuûa löïc doïc vaø momen uoán toå hôïp baát lôïi nhaát n, Cx , Cy _ heä soá, xem PL-5 ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 14
15. Neáu N / (An f) ≤ 1, chæ duøng coâng thöùc treân khi thoûa yeâu caàu cuûa muïc 7.5 vaø 7.24. (ii) Kieåm tra oån ñònh toång theå : TRONG MAËT PHAÚNG KHUNG Kieåm tra oån ñònh toång theå khi giaù trò ñoä leäch taâm tính ñoåi m1 ≤ 20, theo coâng thöùc: σx = N / φlt A 0.8 mx ≤ 0.3 √ (E / f) (0.36 + 0.8λ) √ (E / f) ≤ 1.9 √ (E / f) mx ≥ 1.0 1.3 √ (E / f) (0.9 + 0.85λ) √ (E / f) ≤ 3.1 √ (E / f) (Khi mx = 0.3 ~ 1.0, giaù trò [ho / tw] coù theå noäi suy tuyeán tính) ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 15
16. ¾ Khi tính coät theo ñieàu kieän beàn hoaëc ñieàu kieän oån ñònh toång theå ngoaøi mp khung, [ho / tw] xaùc ñònh theo giaù trò α nhö sau : Giaù trò α Giaù trò [ho / tw] α ≤ 0.5 (theo baûng treân) 0.5 2.2 √ (E / f) caàn ñaët suôøn ngang @ (2 ~ 3) ho. 4. Coät tieát dieän roãng Coät goàm hai nhaùnh : nhaùnh maùi vaø nhaùnh caàu truïc. Coät bieân thöôøng coù tieát dieän khoâng ñoái xöùng, coät giöõa coù tieát dieän ñoái xöùng. Chieàu cao tieát dieän h = (1/20~1/30) H. Heä giaèng coät : baûn giaèng hoaëc thanh giaèng (thanh giaèng chòu löïc caét toát hôn). Tính toaùn coät roãng theo töøng nhaùnh coät vaø caû coät. (i) Tính töøng nhaùnh : • Tieát dieän nhaùnh tính nhö coät ñaëc chòu neùn ñuùng taâm, hoaëc neùn leäch taâm do momen cuïc boä ñoái vôùi coät roãng baûn giaèng. • Löïc doïc tính toaùn Nnh trong töøng nhaùnh coät do M, N xaùc ñònh nhö sau : Nnhm = N ynhct / yc + Mx / yc Nnhct = N ynhm / yc + Mx / yc ynhct, ynhm _ khoaûng caùch töø troïng taâm tieát dieän ñeán troïng taâm nhaùnh caàu truïc, nh. maùi yc _ khoaûng caùch troïng taâm hai nhaùnh ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 16
17. • Kieåm tra oån ñònh töøng nhaùnh ñoái vôùi hai truïc y - y vaø x1 - x1. Töøng nhaùnh ñöôïc tính nhö coät neùn ñuùng taâm (coù theå tính nhö coät neùn leäch taâm neáu coù momen cuïc boä taùc duïng vaøo nhaùnh coät roãng). Ñoái vôùi truïc y-y (ngoaøi mp khung), Loy,nh = Hcd, ñoái vôùi truïc x1 – x1 thì Lox1,nh = khoaûng caùch thanh (baûn) giaèng. (ii) Tính caû coät : • Kieåm tra oån ñònh toång theå cuûa caû coät roãng ñoái vôùi truïc aûo x – x : xaùc ñònh theo coâng thöùc σ = N / φlt A, trong ñoù φlt tra baûng phuï thuoäc ⎯λx = λtñ√ (f / E) vôùi λtñ tính nhö coät neùn ñuùng taâm (2 maët roãng) vaø mx = (Mx A yn) / (N Ix) vôùi yn laø khoaûng caùch töø truïc aûo ñeán truïc nhaùnh neùn lôùn nhaát nhöng khoâng nhoû hôn khoaûng caùch ñeán truïc baûn buïng nhaùnh ñoù. • Kieåm tra oån ñònh toång theå cuûa caû coät roãng ñoái vôùi truïc thöïc y – y : thöïc chaát ñaõ ñöôïc tính ñeán khi tính toaùn töøng nhaùnh coät. ldhuan\giaotrinh\KCT2\C1-NCN (Mar.07) 17