Tìm hiểu tính toán khung - Trục 5

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KHUNG - TRỤC 5. KHÁI NIỆM: Kết cấu khung là một hệ thanh bất biến hình là kết cấu quan trọng trong công trình, vì nó tiếp nhận tải trọng sử dụng từ sàn rối truyền xuống móng. Có thể định nghĩa : KHUNG = HỆ CỘT + HỆ DẦM. TÍNH TOÁN KHUNG: Sơ đồ tính: + Việc chọn sơ đồ tính rất quan trọng nó ảnh hưởng rất lớn đến nội lực và cách tạo nút khung sao cho phù hợp với liên kết đã chọn. Nghĩa là việc chọn sơ đồ tính phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của nó. + Đối với công trình này ta chọn sơ đồ tính giữa khung và móng là liên kết ngàm tại vị trí cổ móng có chiều sâu tính từ cốt hoàn thiện đến mặt ngàm chọn là 1.5m. Chọn sơ bộ kích thước dầm, cột: Do hệ chịu lực của nhà là siêu tĩnh nên nội lực trong khung không những phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu, tải trọng mà còn phụ thuộc vào độ cứng của các cấu kiện khung. Do vậy ta cần phải chọn sơ bộ kích thước tiết diện của dầm và cột. + Xác định kích thước dầm khung: Chọn trước chiều cao dầm khung theo công thức sơ bộ Þ Dầm chính : b x h = 35 x 70 cm. Þ Dầm phụ : b x h = 25 x 50 cm. + Xác định kích thước cột: - Tải trọng từ sàn truyền xuống một cột bất kì theo diện truyền tải từ một tầng. Gọi diện truyền tải tầng thứ i là: - Tải trọng tính toán gồm tĩnh tải và hoạt tải qi (KG/m2), thì lực dọc tác dụng lên cột tại một tầng bất kì là: Với n – số tầng trên tiết diện cột đang xét. - Thực tế cột còn chịu mômen do gió gây ra nên cần tăng cường lực dọc tính toán: - Cột được xem như nén đúng tâm: Với Rn là cường độ tính toán chịu nén của bê tông. - Từ Fc ta tìm được b.h của cột. - Đối với tiết diện các cột tầng trên ta sẽ tiến hành thay đổi đều 3 tầng 1 lần và khống chế sao cho sự thay đổi tiết diện của hai tầng kề nhau không chênh lệch quá nhiều. Bảng kết quả tính toán chọn sơ bộ kích thước tiết diện của cột. Cấu kiện Tầng L(m) B(m) S(m2) q(KG/m2) N (T) Fc(cm2) a=b(cm) Chọn tiết diện C - 1 Hầm, trệt, Lầu 1 7.25 3.75 27.1875 1000 294 2673 52 45 x 45 Lầu 2, 3, 4 7.25 3.75 27.1875 1000 196 1782 42 40 x 40 Lầu 5, 6, 7 7.25 3.75 27.1875 1000 98 891 30 30 x 30 C - 2 Hầm, trệt, Lầu 1 7.25 3.75 27.1875 1000 294 2673 52 45 x 45 Lầu 2, 3, 4 7.25 3.75 27.1875 1000 196 1782 42 40 x 40 Lầu 5, 6, 7 7.25 3.75 27.1875 1000 98 891 30 30 x 30 Lầu 8 7.25 3.75 27.1875 500 16 145 12 25 x25 C - 3 Hầm, trệt, Lầu 1 6.75 3.25 21.9375 1000 237 2155 46 45 x 45 Lầu 2, 3, 4 6.75 3.75 25.3125 1000 182 1655 41 40 x 40 Lầu 5, 6, 7 6.75 3.75 25.3125 1000 91 827 29 35 x 35 Lầu 8 6.75 3.75 25.3125 1000 30 273 17 30 x 30 C - 4 Hầm, trệt, Lầu 1 7.25 6.75 48.9375 1000 529 4809 69 65 x 65 Lầu 2, 3, 4 7.25 6.75 48.9375 1000 352 3200 57 55 x 55 Lầu 5, 6, 7 7.25 6.75 48.9375 1000 176 1600 40 45 x 45 Lầu 8 7.25 6.75 48.9375 500 29 264 16 30 x 30 Xác định tải tác dụng lên khung: Đối với tải trọng từ sàn truyền lên khung khi giải khung bằng phần mềm Sap 2000 version 7.42 ta sẽ nhập toàn bộ sàn vào khung sau đó chia chúng theo các phần tử shell làm việc đồng thời với khung. Tải trọng của sàn bao gồm như sau: 3.1 Tải trọng sàn và mái: Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn và mái (tĩnh tải): + Khu vệ sinh tải trọng các lớp cấu tạo sàn lớn, do đó để thiên về an toàn ta dùng tải trọng các lớp cấu tạo tại khu vực này để tính toán sàn. + Đối với lớp bê tông cốt thép của sàn (hs = 9cm) và mái (hm = 7cm)khi nhập Sap ta khai báo trọng lượng bản thân nó, vì thế ta không tính toán vào. Tên cấu kiện Thành phần cấu tạo Chiều dày sàn Trọng lượng riêng qtcsàn Hệ số vượt tải qttsàn Tổng (cm) (kG/m3) (kG/m2) (kG/m2) (kG/m2) Sàn Gạch Ceramic 2 1800 36 1.1 39.6 139 Vữa lót, tạo dốc 2 1800 36 1.2 43.2 Vữa chống thấm 1 2000 20 1.2 24 Hồ tô trần 1.5 1800 27 1.2 32.4 Mái bằng Vữa tạo dốc 2 1800 36 1.2 43.2 99.6 Vữa chống thấm 1 2000 20 1.2 24 Hồ tô trần 1.5 1800 27 1.2 32.4  + Đối với các ô sàn có tường 100 xây trực tiếp bên trên không qua hệ dầm thì các ô sàn đó phải chịu thêm trọng lượng của khối tường bên trên và được qui đổi về tĩnh tải phân bố đều trên 1m2 sàn như sau: Họat tải: + Do đây là công trình có công năng là khu ăn uống của nhà hàng do đó dựa vào tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995 ta chọn hoạt tải là: p = 300 (KG/ m2). Ps = p x n = 300 x 1.2 = 360 (KG/m2). + Đối với mái ta lấy hoạt tải sửa chữa là 75 (KG/m2). Pm = p x n = 75 x 1.3 = 98 (KG/m2). 3.2 Tải trọng tường xây trên dầm: + Trọng lượng tường xây 100, 200 trên các dầm được xác định theo công thức sau: (KG/m) Trong đó: bt , ht – bề dày và chiều cao tường (m). - trọng lượng riêng của tường = 1800 (KG/m3). n – hệ số vượt tải = 1.1 Tường bt (m) ht (m) g (KG/m3) n gt (KG/m) 100 0.1 4 1800 1.1 792 200 0.2 4 1800 1.1 1584 + Ngoài ra còn có các loại tải trọng truyền lên khung như sau: - Tải trọng dầm thang (DT) được qui về tải tập trung truyền xuống cốt. - Tải trọng hồ nước mái được qui về tải tập trung truyền xuống cột. - Tải trọng bản thang. 3.3 Tải trọng gió: + Khu vực TPHCM thuộc vùng II-A, ảnh hưởng bảo yếu nên lấy áp lực gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995 là: W0 = 83 (KG/m2) = 0.083 (T/m2). Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao Z cho bởi: (T/m). Với : - W0 : Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng. - k : Hệ số thay đổi áp lực gió theo chiều cao và dạng địa hình. Lấy theo địa hình A. - c : Hệ số khí động: mặt đón gió lấy k = +0.8, mặt hút gió lấy k = -0.6. - n : Hệ số tin cậy (vượt tải). B : Bề rộng đón gió (hút gió) của khung đang xét. (m). Bảng kết quả tải trọng gió. Tầng Độ cao Z (m) Hệ số c Hệ số k W (T/m) (Đẩy vào)  Khung trục 3,4,5 Khung trục 2 Khung trục 6 Khung trục B Khung trục C Khung trục D Khung trục E B=7.25m B=4m B=3.25m B=3.75m B=6.75m B=6.5m B=3.5m Trệt 1.2 +0.8 1 0.626 0.345 0.281 0.324 0.583 0.561 0.302 Lầu 1 5.2 +0.8 1.074 0.672 0.371 0.301 0.348 0.626 0.603 0.324 Lầu 2 9.2 +0.8 1.162 0.727 0.401 0.326 0.376 0.677 0.652 0.351 Lầu 3 13.2 +0.8 1.218 0.762 0.421 0.342 0.394 0.71 0.683 0.368 Lầu 4 17.2 +0.8 1.262 0.79 0.436 0.354 0.409 0.735 0.708 0.381 Lầu 5 21.2 +0.8 1.299 0.813 0.449 0.364 0.42 0.757 0.729 0.392 Lầu 6 25.2 +0.8 1.331 0.833 0.46 0.373 0.431 0.776 0.747 0.402 Lầu 7 29.2 +0.8 1.363 0.853 0.471 0.382 0.441 0.794 0.765 0.412 Lầu 8 33.2 +0.8 1.389 0.869 0.48 0.39 0.45 0.809 0.779 0.42 Tầng Độ cao Z (m) Hệ số c Hệ số k W (T/m) (Hút ra)  Khung trục 3,4,5 Khung trục 2 Khung trục 6 Khung trục B Khung trục C Khung trục D Khung trục E B=7.25m B=4m B=3.25m B=3.75m B=6.75m B=6.5m B=3.5m Trệt 1.2 -0.6 1 0.469 0.259 0.21 0.243 0.437 0.421 0.227 Lầu 1 5.2 -0.6 1.074 0.504 0.278 0.226 0.261 0.469 0.452 0.243 Lầu 2 9.2 -0.6 1.162 0.545 0.301 0.244 0.282 0.508 0.489 0.263 Lầu 3 13.2 -0.6 1.218 0.572 0.315 0.256 0.296 0.532 0.513 0.276 Lầu 4 17.2 -0.6 1.262 0.592 0.327 0.266 0.306 0.551 0.531 0.286 Lầu 5 21.2 -0.6 1.299 0.61 0.336 0.273 0.315 0.568 0.547 0.294 Lầu 6 25.2 -0.6 1.331 0.625 0.345 0.28 0.323 0.582 0.56 0.302 Lầu 7 29.2 -0.6 1.363 0.64 0.353 0.287 0.331 0.596 0.574 0.309 Lầu 8 33.2 -0.6 1.389 0.652 0.36 0.292 0.337 0.607 0.585 0.315 Xác định nội lực: Phương pháp xác định nội lực của khung là phương pháp phần tử hữu hạn thông qua việc sử dụng phần mềm SAP 2000 version 7.42. Chương trình có khả năng thực hiện phân tích các bài toán tĩnh, động lực học, thiết kế kết cấu thép, bê tông. Cách chất tải lên khung như sau: 1 – Tĩnh tải chất đầy các tầng. 2 – Hoạt tải đặt cách nhịp lẻ, cách tầng. 3 – Hoạt tải đặt cách nhịp chẵn, cách tầng. 4 – Gió trái. 5 – Gió phải. 6 – Gió trước. 7 – Gió sau. Tổ hợp tải trọng: STT Tổ hợp Tải trọng Hệ số tổ hợp 1 Tổ hợp chính 1/2 1 / 1 2 1/3 1 / 1 3 1/4 1 / 1 4 1/5 1 / 1 5 1/6 1 / 1 6 1/7 1/1 7 Tổ hợp phụ 1/2/3 1 / 0.9 / 0.9 8 1/2/4 1 / 0.9 / 0.9 9 1/3/4 1 / 0.9 / 0.9 10 1/2/5 1 / 0.9 / 0.9 11 1/3/5 1 / 0.9 / 0.9 12 1/2/6 1/ 0.9 / 0.9 13 1/3/6 1 / 0.9 / 0.9 14 1/2/7 1 / 0.9 / 0.9 15 1/3/7 1 / 0.9 / 0.9 16 1/2/3/4 1 / 0.9 / 0.9 / 0.9 17 1/2/3/5 1 / 0.9 / 0.9 / 0.9 18 1/2/3/6 1 / 0.9 / 0.9 / 0.9 19 1/2/3/7 1 / 0.9 / 0.9 / 0.9 Tính toán cốt thép khung trục 5:  + Đối với dầm khung trục 5 tính toán cốt thép sử dụng phần mềm RCD chuyển dữ liệu nội lực từ Sap 2000 Version 7.42, sau đó tổ hợp và tính toán cốt thép. Kết quả tổ hợp nội lực xem phụ lục trang 2. + Đối với thép cột khung trục 5 sau khi dùng phần mềm Sap 2000 version 7.42 tìm được nội lực (xem phụ lục trang ) ta tiến hành tính toán cột chịu nén lệch tâm bằng cách lập công thức Excel dựa vào sách sổ tay thực hành kết cấu kết công trình – PGS. PTS. VŨ MẠNH HÙNG. + Công thức tính toán cột chịu nén lệch tâm trình tự theo các bước như sau: Tính độ lệch tâm ban đầu e0 e0 = e01 + eng + Độ lệch tâm do nội lực + Độ lệch tâm ngẫu nhiên (do sai số thi công). Tính hệ số uốn dọc: + Lực nén tới hạn: + S là hệ số kể tới độ lệch tâm Khi e0 < 0.05h lấy S = 0.84 Khi 0.05h < e0 < 5h lấy Khi e0 > 5h lấy S = 0.122 + Kdh là hệ số kể tới tính chất dài hạn của tải trọng + Môđun đàn hồi của thép : Ea = 2.1 x 106 (KG/cm2) + Mô men quán tính của thép : Giả thiết hàm lượng thép tổng cộng. Tính độ lệch tâm tính toán Xác định trường hợp lệch tâm Nếu x < h0 thì lệch tâm lớn. Nếu x h0 thì lệch tâm bé. Tính cốt thép dọc: + Trường hợp lệch tâm lớn (x < h0) Nếu x > 2a’ Nếu x 2a’ + Trường hợp lệch tâm bé (x > h0) Nếu thì Nếu thì