Tính tóan gió động

Kết cấu A. chọn phương án kết cấu I. Chọn phương án của hệ kết cấu chịu lực Do công trình có nhịp lớn 9m theo cả hai phương và theo yêu cầu về kiến trúc nên chọn giải pháp hệ sàn phẳng ứng lực trước . Ưu điểm của sàn phẳng ứng lực trước là hạn chế việc xuất hiện vết nứt tức là làm tăng độ cứng của kết cấu , giảm độ võng vì vậy vượt được các khẩu độ lớn . Hơn nữa ,việc sử dụng bêtông và thép cường độ cao trong cấu kiện bêtông ứng lực trước cho phép cấu kiện có thể mảnh và nhẹ hơn nên sẽ giảm bớt được tải trọng thiết kế . Tuy nhiên khi sử dụng hệ sàn phẳng bêtông ứng lực trước thì khả năng chịu tải trọng ngang của khung là không đáng kể . Vậy cần có hệ lõi, vách chịu tải trọng ngang . Kết hợp lồng thang máy tạo thành hệ khung lõi ,việc kết hợp này phát huy được ưu điểm của hai loại kết cấu , đó là khả năng tạo không gian lớn và khả năng chịu tải trọng ngang , tải trọng động tốt của lõi cứng . Về mặt độ cứng của công trình cũng được đảm bảo . Vậy ta có hệ khung lõi kết hợp và sàn phẳng ứng lực trước .Tải trọng đứng của nhà do sàn ứng lực trước và hệ lõi , khung chịu phần tải trọng đứng tương ứng với diện chịu tích truyền tải của nó. Còn tải trọng ngang của nhà thì do hệ lõi chịu. II. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện 1. Chiều dày sàn Sàn bêtông ứng lực trước liên tục 40 1 45 1 40 1 45 1→ hb = ( ÷ ) . l = ( ÷ ). 9000 hb = 225 ÷ 200 mm Chọn hb = 220 mm. 2. Kích thước tiết diện cột : Xét cột giữa là cột có khả năng chịu tải lớn nhất : 1 MÆt b»ng sµn 45 00 2950 90 00 Diện tích tiết diện cột được xác định sơ bộ theo công thức : Rn N Fb = K . Trong đó : Fb : Diện tích tiết diện ngang của cột Rn : Cường độ chịu nén tính toán của bêtông MBT 350 → R 2n = 155 kG/m K : hệ số an toàn = 1,2 N : lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột , N = S . n . q 2 95,2 2 ) = 53,78 m S = 9 . ( 4,5 + q : Tải trọng sơ bộ tính toán trung bình trên 1 m2 2 sàn = 1,3 T/ m n = 17 tầng → N = 53,78 . 1,3 . 17 = 1188,538 T 155 1000.538,1188 2 → Fb = 1,2 . = 9201,58 cm (BT M350). 2 cho tất cả các cột . Chọn F = 100 x 100 = 10000 cm • Kiểm tra điều kiện ổn định của cột : b lo = λ = 30 λ = ob Với sàn bêtông đổ toàn khối → lo = 0,7 . l = 0,7 . 320 = 224 cm Cột hình vuông → b = 100 cm 100 224 = 2,24 < 30 → thoả mãn → λ = 3. Kích thước lõi : 2 20 th 20 3200 t ≥ = = 160 mm Chọn t = 300 mm . 4. Kích thước dầm biên : 8 1 12 1 8 1 12 1 h = ( ). l = ( ). 9000 = 1125 ÷ ÷ ÷750 mm Chọn h = 800 mm b = 250 mm B. Thiết kế cột , dầm khung biên trục 1 I. Xác định tải trọng lên hệ kết cấu 1. Tĩnh tải • Tải trọng sàn :  Sàn tầng 1 15 : ÷ Tải trọng tính toán (kg/m Tải trọng tiêu chuẩn (kg/m Loại g Dầy (m) 3 Tải trọng (kg/mTT n ) 2) 2) 1 TLBT sàn 0,22 2500 550 1,1 605 Các lớp trát 2 0,03 1800 54 1,2 64,8 3 Gạch lát 0,01 1600 16 1,1 17,6 4 Tổng 620 687,4  Sàn tầng mái : Tải trọng tiêu chuẩn (kg/m Tải trọng tính toán (kg/m g Dầy (m) 3(kg/mTT Loại tải trọng n ) 2 2) ) 1 TLBT sàn 0,22 2500 550 1,1 605 2 lớp gạch lá nem 2 0,04 72 1,1 79,2 1800 Gạch rỗng chống nóng 3 0,2 1200 240 1,1 264 4 Các lớp trát 0,03 1800 54 1,2 64,8 5 Tổng 916 1013 3 • Tải trọng tường :  Trên 1 ô bản sàn 9 x 9 m : Tải trọng tính toán (kg/m Tải trọng g Loại Dài (m) Rộng (m) tiêu chuẩn (kg/m 3Cao (m) (kg/m n tải trọng ) 2) 2) 3,2 – 0,22 Tường 220 (cả lớp trát ) 0,5x 18 0,25 = 2,98 1200 9.9 8046 =99,33 1,1 109,27 Tường 110 (cả lớp trát ) 9.9 86,10057 20,0 9 0,14 2,98 1200 1,1 136,59 =124,17 Tổng 223,5 245,86  Trên dầm biên : Tải trọng Tải trọngg tiêu chuẩn (kg/m) Rộng (m) 3(kg/mSố tầng Cao (m) n tính toán (kg/m) ) 3,2 – 0,8 Tầng 1,3 15 0,25 1800 1080 1,1 1188 ÷ =2,4 Tầng mái 0,25 1,25 1800 562,5 1,1 618,75 Tầng 1, 3 15 lấy hệ số cửa = 0,75 ÷ → Tải trọng tiêu chuẩn = 0,75 . 1080 = 810 kg/m Tải trọng tính toán = 0,75 . 1188 = 891 kg/m • Vách kính dày 10 mm = 3000 kg/m . 0,01 m . ( 3 – 0,8 ) m . 1,1 = 72,6 kg/m 3 • Bể nước = 12,1 m . 9 m . 1 m . 1000 kg/m 3. 1,1 = 119,79 kg 2. Hoạt tải : Tải trọng Tải trọng tính toán Số tầng n tiêu chuẩn (kg/m) (kg/m) 4 Sàn tầng 1- 15 150 1,3 195 Sàn tầng mái 75 1,3 97,5 (không sử dụng) 3. Tải trọng gió : Công trình có độ cao 55,1 m . Theo TCVN 2737-95 , H > 40 m → phải tính đến thành phần gió động . • Thành phần gió tĩnh : Tải trọng ngang tác dụng vào 1 mức sàn là : Wt = n . Wo . Ct . K . h ( kg/m ) t Trong đó : n : hệ số tin cậy của tải trọng gió = 1,2 Wo: áp lực gió tiêu chuẩn , tại TP Hồ Chí Minh = 83 kg/m2 Ct : hệ số khí động = Ch + Cđ = 0,6 + 0,8 = 1,4 K : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình ( dạng C )  Tầng 1 : Wt = 418, 32 . K ( kg/m ) (1.2 x 83 x 1.4 x 3 = 418.32)  Tầng 2 : Wt = 432,264 . K(kg/m) (1.2 x 83 x 1.4 x 3.1 = 432.264)  Tầng 3÷16 : Wt = 446,208 . K ( kg/m ) (1.2 x 83 x 1.4 x 3.2 = 446,208) Quy W về các nút khung : nút khung biên = W1 / 2 nút khung giữa = W1 W1 = W . a = W . 9 ( kg ) 2 a W1 / 2 = W . = W . 4,5 ( kg ) 5 Độ cao Z K W (m) (kg/m 2) Wt W1 W1 / 2 (kg/m) (kg) (kg) 1867,38 0 3,75 0,496 69,162 207,487 933,690 2264,19 9 6,75 0,582 81,154 251,578 113,099 2645,65 6 9,95 0,659 91,863 293,962 132,828 2852,87 5 1426,43 8 13,15 0,710 99,058 316,986 16,35 0,756 105,445 3036,80 2 1518,40 1 337,422 19,55 0,795 110,799 3191,01 2 1595,50 6 354,557 22,75 0,825 115,010 3312,29 1 1656,14 6 368,032 25,95 0,854 119,026 3427,94 8 1713,97 4 380,883 29,15 0,882 123,028 3543,20 4 1771,60 2 393,689 32,35 0,909 126,723 3649,62 4 1824,81 2 405,514 35,55 0,934 130,293 3752,43 1 1876,21 5 416,937 38,75 0,960 133,862 3855,23 7 1927,61 9 428,360 41,95 0,982 136,888 3942,38 2 1971,19 1 438,042 45,15 1,001 139,565 4019,48 6 2009,74 3 446,610 48,35 1,020 142,243 4096,59 1 2048,29 6 455,177 51,55 1,038 144,739 4168,47 5 2084,23 8 463,164 • Thành phần gió động : Đưa toàn nhà thành sơ đồ không gian ngàm tại móng vào chương trình SAP 2000 để tìm ra các dạng dao động, tần số và chuyển vị . Để xác định dao động ta phải đặt khối lượng tập trung tại các nút như sau : 6  Tính khối lượng tổng cộng của tất cả các tĩnh tải còn lại : m = w / g Tầng 1 : 10 5501654 ++ 2 - Sàn : m = = 62 kg/m 10 2500 3 - Cột : m = 18 . kg/m . 1m . 1 m . 2,78 m = 12510 kg. 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27 + 36 + 4,33 ) . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 6733 kg 10 2500 3 - Vách , lõi : m = 2 . kg/m . 0,3 m . 12,1 m . 3 m + 10 2500 3 + 2 . . 0,25 m . 12,1 m . 3 m + 4 . kg/m 10 2500 3 . 0,3m . 3 m . 2,61m kg/m = 12331,5 kg 10 5,223 2 - Tường ngăn : m = = 22,35 kg/m 10 1080 - Tường bao : m = = 108 kg/m → Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 53,43 – 2 . 12,1 . 2,61 ) + 108 . 9 + 12510 +12331,5 + 6733 = 104700,16 kg . Tầng 2 : 10 5501654 ++ 2 - Sàn : m = = 62 kg/m 10 2500 3 - Cột : m = 18 . kg/m . 1 m . 1 m . 2,78 m = 12510 kg. 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27+36 +9 ) m . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 7200 kg. 10 2500 3 - Vách , lõi : m = 2 . kg/m . 0,3 m . 12,1 m . 3 m 10 2500 3+ 2 . . 0,25 m . 12,1 m . 3 m + 4 . kg/m 10 2500 3 . 0,3 m . 3 m . 2,61 m = 12331,5 kg kg/m 7 10 5,223 2 - Tường ngăn : m = = 22,35 kg/m 10 66 - Vách kính : m = = 6,6 kg/m → Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 9 . 9 – 2 . 12,1 . 2,61 ) + 6,6 . 9 + 12510 + 7200 + 12331,5 = 101929,04 kg Tầng 3 15 : ÷ 10 5501654 ++ 2 - Sàn : m = = 62 kg/m 10 2500 3 - Cột : m = 18 . kg/m . 1 m . 1 m . 2,98 m = 13410 kg. 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27+36 ) m . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 6300 kg. 10 2500 3 - Vách , lõi : m = 2 . kg/m . 0,3m . 12,1m . 3,2 m + 2 . 10 2500 3 . kg/m 10 2500 3 0,25 m . 12,1m . 3,2 m + 4 . kg/m . 0,3m . 3,2 m . 2,61m = 13153,6 kg 10 5,223 2 - Tường ngăn : m = = 22,35 kg/m 10 1080 - Tường bao : m = = 108 kg/m → Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 2. 12,1 . 2,61 )+ 108 . 9 +13410 +6300 + 13153,6 = 110496,08 kg Tầng mái : 10 5424072550 +++ 2 = 91,6 kg/m - Sàn : m = 10 2500 3- Dầm : m = 2 . ( 27+36 ) m . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 6300 kg. 10 5,562 - Tường bao : m = = 56,25 kg/m → Σ m = 91,6 . 27 . 36 + 56,25 . 9 + 6300 = 95841,45 kg 10 9,108 - Bể nước : m = = 10,89 T  Số nút chính của từng tầng : 34 nút 8 → Khối lượng tập trung tại mỗi nút của từng tầng là : 34 16,104700- Tầng 1 = = 3079,16 kg 34 04,101929- Tầng 2 = = 2998 kg 34 08,110496 - Tầng 3 15 = = 3249,88 kg ÷ 34 45,95841 - Tầng mái = = 2818,87 kg Khối lượng tại nút do bể nước ( 16 nút chính ) = 16 1000.89,10 = 680,625 kg ™ Giá trị thành phần động của tải trọng gió Wp ở độ cao Z được xác định như sau: Wp = 1,2 . m . ξ .ψ . y (kg/m2) Trong đó : m : khối lượng của phần công trình mà trọng tâm có độ cao Z ξ : hệ số động lực y : dịch chuyển ngang của công trình ở độ cao Z ứng với dạng dao động riêng thứ nhất . ψ : hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành r phần , trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió không đổi . ∑ ∑ = = r k kk r k pkk My Wy 1 2 1 . . y = với Mk – khối lượng phần thứ k của công trình yk – dịch chuyển ngang của trọng tâm phần thứ k ứng với dạng dao động riêng thứ nhất . Wpk – thành phần động phân bố đều của tải trọng gió ở phần thứ k của công trình , xác định theo công thức : W 2 = W. ζ . ν ( kg/m ) pk 9 W – giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao tính toán ζ - hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao Z ( tra bảng ). ν - hệ số tương quan áp lực động của tải trọng gió ( tra bảng ) . ™ Tính gió động theo phương Y : Kết quả tính toán 3 dạng dao động đầu tiên theo chương trình SAP2000 là: T1 = 1,7935 s f1 = 0,55 s-1 T2 = 0,453 s f2 = 2,206 s-1 T3 = 0,199 s f3 = 5,019 s-1 Với công trình bêtông cốt thép có δ = 0,3 do đó tần số giới hạn f L = 1,3 Hz Ta có : f1 = 0,55 < fL = 1,3 < f2 = 2,206 → Tính toán thành phần gió động theo phương Y với 1 dạng dao động đầu tiên . Dạng dao động thứ : 1 Phương tính toán ( X, Y ) : Y Tần số dao động f = 0,55 Hz 1.940 . f Woγ 55,0.940 830.2,1 = = 0,061 Thông số e = Hệ số động lực x tra bảng phụ thuộc e và độ giảm loga của dao động ( δ = 0,3) tra bảng → x = 1,6 Hệ số tương quan không gian áp lực động n tra bảng phụ thuộc ρ và χ Với gió Y → ρ = b = 36 m , χ = h = 51,55 m . → n = 0,6698 Hệ số y : Cao độ (m) y 2 2 y M y.Wp 2,2887E -09 0,00023 96 0,00167 1 3,75 10 9,2718E -09 0,00094 51 0,00381 82 6,75 2,5953E -08 0,00286 77 0,00678 71 9,95 5,5932E -08 0,00618 03 0,01042 08 13,15 1,0227E -07 0,01130 07 0,01454 57 16,35 1,6687E -07 0,01843 87 0,01891 12 19,55 2,507E- 07 0,02770 14 0,02364 39 22,75 3,5224E -07 0,03892 14 0,02856 46 25,95 4,7362E -07 0,05233 31 0,03370 87 29,15 6,0949E -07 0,06734 65 0,03877 84 32,35 7,5829E -07 0,08378 84 0,04376 54 35,55 9,1738E -07 0,10136 7 0,04865 81 38,75 1,0816E -06 0,11951 26 0,05301 75 41,95 1,2544E -06 0,13860 63 0,05810 78 45,15 0,00000 144 0,15911 44 0,06288 1 48,35 1,6129E -06 0,17214 72 0,06710 12 51,55 1,00081 03 0,51438 05 Tổng 0008103,1 5143805,0→ y = = 0,5140 Bảng tính tải trọng gió động : 11 W W y Khối lượng tầng Cao độ WTần g t z p đ 2(kg/m (m) (m) (kg/m (kg/m ) (kg) 2 2) ) 0,75 4 34,92 90 4,784E- 05 104700, 16 1 3,75 69,162 4,943 0,72 95 39,65 34 9,629E- 05 101934, 97 2 6,75 81,154 9,687 9,95 0,68 47 42,12 95 0,00016 11 110496, 08 17,56 7 3 91,863 13,1 5 0,66 41 44,06 25 0,00023 65 110496, 08 25,78 9 4 99,058 16,3 5 105,44 5 0,64 4 45,48 36 0,00031 98 110496, 08 34,87 3 5 19,5 5 110,79 9 0,62 38 46,29 42 0,00040 85 110496, 08 44,54 5 6 22,7 5 115,01 0 0,61 3 47,22 17 0,00050 07 110496, 08 54,60 0 7 25,9 5 119,02 6 0,60 37 48,12 91 0,00059 35 110496, 08 64,71 9 8 29,1 5 123,02 8 0,59 44 48,98 10 0,00068 82 110496, 08 75,04 6 9 32,3 5 126,72 3 0,58 52 49,67 13 0,00078 07 110496, 08 85,13 3 10 35,5 5 130,29 3 0,57 59 50,25 88 0,00087 08 110496, 08 94,95 8 11 38,7 5 133,86 2 0,56 66 50,80 19 0,00095 78 110496, 08 104,4 45 12 41,9 5 136,88 8 0,55 6 50,97 84 110496, 08 113,4 08 13 0,00104 45,1 5 139,56 5 0,55 5 51,88 19 110496, 08 122,1 32 14 0,00112 48,3 5 142,24 3 52,40 08 110496, 08 130,8 56 15 0,55 0,0012 51,5 5 144,73 9 0,54 5 52,83 56 106731, 45 133,7 71 Mái 0,00127 Quy tải trọng gió về các nút khung theo phương Y : 12 2 1Wt + ™ Tính gió động theo phương X : Sử dụng chương trình SAP 2000 tìm được kết quả: T1 = 0,8844 s f1 = 1,13 s-1 T2 = 0,198 s f2 = 5,04 s-1 Cao độ (m) Wt1 (kg) Wt1/ 2 (kg) Wđ W(kg/m ) đ1 W (kg) đ1/ 2 W +Wt1 đ1 2 1Wd (kg) (kg) (kg) 3,7 5 1867,3 80 933,69 0 14,82 9 133,46 5 2000,8 45 1000,4 23 66,732 6,7 5 2264,1 99 1132,0 99 30,02 8 270,25 5 135,12 7 2534,4 53 1267,2 27 9,9 5 2645,6 56 1322,8 28 56,21 6 505,94 0 252,97 0 3151,5 97 1575,7 98 13, 15 2852,8 75 1426,4 38 82,52 6 742,73 7 371,36 8 3595,6 12 1797,8 06 16, 35 3036,8 02 1518,4 01 111,5 94 1004,3 43 502,17 2 4041,1 46 2020,5 73 19, 55 3191,0 12 1595,5 06 142,5 45 1282,9 09 641,45 4 4473,9 21 2236,9 60 22, 75 3312,2 91 1656,1 46 174,7 18 1572,4 66 786,23 3 4884,7 57 2442,3 79 25, 95 3427,9 48 1713,9 74 207,1 01 1863,9 08 931,95 4 5291,8 56 2645,9 28 29, 15 3543,2 04 1771,6 02 240,1 46 2161,3 17 1080,6 58 5704,5 20 2852,2 60 32, 35 3649,6 24 1824,8 12 272,4 24 2451,8 16 1225,9 08 6101,4 41 3050,7 20 35, 55 3752,4 31 1876,2 15 303,8 64 2734,7 78 1367,3 89 6487,2 09 3243,6 05 38, 75 3855,2 37 1927,6 19 334,2 23 3008,0 05 1504,0 02 6863,2 42 3431,6 21 41, 95 3942,3 82 1971,1 91 362,9 06 3266,1 57 1633,0 78 7208,5 38 3604,2 69 45, 15 4019,4 86 2009,7 43 390,8 22 3517,4 00 1758,7 00 7536,8 86 3768,4 43 48, 35 4096,5 91 2048,2 96 418,7 38 3768,6 43 1884,3 21 7865,2 34 3932,6 17 51, 55 4168,4 75 2084,2 38 428,0 66 3852,5 92 1926,2 96 8021,0 67 4010,5 33 13 Với công trình bêtông cốt thép có δ = 0,3 do đó tần số giới hạn f L = 1,3 Hz Ta có : f1 = 1,13 < fL = 1,3 < f2 = 5,04 → Tính toán thành phần gió động theo phương X với 1 dạng dao động đầu tiên . Dạng dao động thứ : 1 Phương tính toán ( X, Y ) : X Tần số dao động f = 1,13 Hz 13,1.940 830.2,1 1.940 . f WoγThông số e = = = 0,0297 Hệ số động lực x tra bảng phụ thuộc e và độ giảm loga của dao động ( δ = 0,3) tra bảng → x = 1,4 Hệ số tương quan không gian áp lực động n tra bảng phụ thuộc ρ và χ Với gió X → ρ = b = 27 m , χ = h = 51,55 m . → n = 0,6955 Hệ số y : Cao độ (m) y2 2 y M y.Wp 1,955E- 09 0,000204 6 0,001603 5 3,75 7,28E- 09 0,000742 0 0,003513 0 6,75 1,982E- 08 0,002190 5 0,006159 4 9,95 4,272E- 08 0,004720 9 0,009457 2 13,15 7,913E- 08 0,008743 5 0,013285 5 16,35 1,32E- 07 0,014584 0 0,017464 0 19,55 2,037E- 07 0,022504 9 0,022128 9 22,75 2,959E- 07 0,032699 8 0,027186 9 25,95 4,097E- 07 0,045273 3 0,032555 7 29,15 5,454E- 07 0,060262 6 0,038089 7 32,35 35,55 7,027E- 0,077650 0,043748 14 07 8 6 8,808E- 07 0,097323 0 0,049507 0 38,75 1,082E- 06 0,119512 6 0,055051 8 41,95 0,143600 7 0,061414 8 45,15 1,3E-06 1,538E- 06 0,169898 8 0,067470 1 48,35 1,769E- 06 0,188797 3 0,072967 6 51,55 0,988709 4 0,521603 6 Tổng 9887094,0 5216036,0 = 0,5276 → y = 15 Bảng tính tải trọng gió động : Khối lượng tầng WCaođ ộ WWt p đy Tần g z 2(kg/m (kg/m (kg/m (m) 2 2(m) ) ) ) (kg) 1 3,75 69,162 0,75 4 36,269 2 4,421E- 05 104700, 16 4,103 2 6,75 81,154 0,72 95 41,174 9 8,532E- 05 101934, 97 7,709 3 9,95 91,863 0,68 47 43,746 0 0,00014 08 110496, 08 13,79 0 13,1 5 99,05 8 0,66 41 45,753 1 0,00020 67 110496, 08 20,24 4 4 16,3 5 105,4 45 0,64 4 47,228 8 0,00028 13 110496, 08 27,55 1 5 19,5 5 110,7 99 0,62 38 48,070 5 0,00036 33 110496, 08 35,58 2 6 22,7 5 115,0 10 0,61 3 49,033 6 0,00045 13 110496, 08 44,20 0 7 25,9 5 119,0 26 0,60 37 49,975 8 0,00054 4 110496, 08 53,27 9 8 29,1 5 123,0 28 0,59 44 50,860 4 0,00064 01 110496, 08 62,69 2 9 32,3 5 126,7 23 0,58 52 51,577 1 0,00073 85 110496, 08 72,32 9 10 35,5 5 130,2 93 0,57 59 52,187 3 0,00083 83 110496, 08 82,10 3 11 38,7 5 133,8 62 0,56 66 52,751 2 0,00093 85 110496, 08 91,91 7 12 41,9 5 136,8 88 0,55 6 52,934 4 110496, 08 101,8 58 13 0,00104 45,1 5 139,5 65 0,55 5 53,872 6 110496, 08 111,6 52 14 0,00114 48,3 5 142,2 43 54,411 4 110496, 08 121,4 46 15 0,55 0,00124 51,5 5 144,7 39 0,54 5 54,862 8 106731, 45 125,8 22 16 0,00133 16 Quy tải trọng gió về các nút khung theo phương X : II. Tính toán và tổ hợp nội lực 1. Tính toán nội lực Sơ đồ để tính toán nội lực là sơ đồ khung không gian ngàm tại móng . - Sàn , vách lõi được quan niệm là các phần tử tấm . - Cột , dầm là các phần tử thanh . Tải trọng tính toán để xác định nội lực gồm : - Trường hợp tĩnh tải . 2 1Wt +WCao độ đ W W W / 2 17 (m) t1 (kg) t1 (kg) (kg/m) đ1 W (kg) đ1/ 2 W +W (kg) t1 đ1 2 1Wd (kg) (kg) 3,7 5 1867,3 80 933,69 0 12,30 8 110,77 6 1978,1 56 989,07 8 55,388 6,7 5 2264,1 99 1132,0 99 23,89 7 215,07 6 107,53 8 2479,2 75 1239,6 38 9,9 5 2645,6 56 1322,8 28 44,12 8 397,15 1 198,57 6 3042,8 08 1521,4 04 13, 15 2852,8 75 1426,4 38 64,78 2 583,03 4 291,51 7 3435,9 09 1717,9 55 16, 35 3036,8 02 1518,4 01 88,16 2 793,45 7 396,72 8 3830,2 59 1915,1 29 19, 55 3191,0 12 1595,5 06 113,8 61 1024,7 52 512,37 6 4215,7 64 2107,8 82 22, 75 3312,2 91 1656,1 46 141,4 41 1272,9 72 636,48 6 4585,2 63 2292,6 31 25, 95 3427,9 48 1713,9 74 170,4 94 1534,4 49 767,22 4 4962,3 97 2481,1 98 29, 15 3543,2 04 1771,6 02 200,6 13 1805,5 16 902,75 8 5348,7 20 2674,3 60 32, 35 3649,6 24 1824,8 12 231,4 52 2083,0 70 1041,5 35 5732,6 95 2866,3 47 35, 55 3752,4 31 1876,2 15 262,7 30 2364,5 74 1182,2 87 6117,0 05 3058,5 02 38, 75 3855,2 37 1927,6 19 294,1 34 2647,2 06 1323,6 03 6502,4 43 3251,2 21 41, 95 3942,3 82 1971,1 91 325,9 45 2933,5 05 1466,7 52 6875,8 86 3437,9 43 45, 15 4019,4 86 2009,7 43 357,2 86 3215,5 72 1607,7 86 7235,0 59 3617,5 29 48, 35 4096,5 91 2048,2 96 388,6 27 3497,6 40 1748,8 20 7594,2 31 3797,1 16 51, 55 4168,4 75 2084,2 38 402,6 32 3623,6 86 1811,8 43 7792,1 62 3896,0 81 - Trường hợp hoạt tải chất đều trên các nhịp . - Tải trọng gió tĩnh và gió động theo các phương X , - X , Y , -Y . Sử dụng chương trình SAP 2000 để giải nội lực . Kết quả nội lực tính toán xem phần phụ lục . 2. Tổ hợp nội lực Sau khi xác định đầy đủ các giá trị tải trọng bằng máy tiến hành tổ hợp nội lực nhằm tìm ra nội lực nguy hiểm nhất xuất hiện trong kết cấu để thiết kế cấu kiện. Thực hiện tổ hợp cho cột và dầm theo hai tổ hợp nội lực cơ bản : - Tổ hợp cơ bản 1 : gồm tĩnh tải và một trường hợp hoạt tải có nội lực gây nguy hiểm nhất cho cấu kiện với hệ số tổ hợp là 1. - Tổ hợp cơ bản 2 : gồm tĩnh tải và hai trường hợp hoạt tải trở lên có nội lực gây nguy hiểm nhất với hệ số tổ hợp 0,9 cho các nội lực của hoạt tải . III. Thiết kế cột - khung trục 1 1. Vật liệu 2 2 Bêtông mác 350 → Rn = 155 kg/cm , Rk = 11 kG/cm 2 Thép dọc AII → Ra = Ra’ = 2800 kg/cm ⇒ αo = 0,55 ; Ao = 0,399 Thép đai AI 2. Tính cốt dọc Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nội lực để tính toán : , MxM max ytư , Ntư , MyM max xtư , Ntư N , Mmax xtư , Mytư ™ Tính cột biên ( phần tử 1) : Cặ p Mx (Tm) My ( Tm) N ( T ) 1 27,720 10,313 745,3 40 2 19,596 751,7 18 17,678 03 3 26,648 11,196 803,3 67 • Tính với cặp 1 81,2 100 300.7,0 <== h loĐộ mảnh λ = → bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc , η = 1. 313,10 100 100.313,1072,27 100 100.72,27 ==>== b M h M yxXét yxx Mb hMM ..β+=′ ⇒ Tính với cufhb N .. . 6 7 β = 1 – b = 100 cm , h = 100 cm 2 = 0,78 . MBT = 0,78 . 350 = 273 kg/cm fcu 68,0 273.100.100 745340. 6 7 =→ β = 1 – 73,34313,10. 1 1.68,072,27 =+=′xM ( Tm )  Dùng và N tính cốt thép đối xứng FxM ′ a = Fa' . - Độ lệch tâm : e = max = 4 cm ⎩⎨ ⎧ = cmh cm 4.25/1 2 ng cme N M ng 66,8434,745 100.73,34 =+=+ eo = e = η.eo + 0,5 . h – a = 1 . 8,66 + 0,5 .100 – 5 = 53,66 cm - Chiều cao vùng nén : 086,48 100.155 745340 . == bR N n x = cm Chọn a = a' = 5 cm → ho = h – a = 100 – 5 = 95 cm αo.ho = 0,55 . 95 = 52,25 cm → 2a' = 10 cm < x = 48,086 cm < αo.ho = 52,25 cm → Lệch tâm lớn . )( )5,0(.. ahRa xhxbRNe o on ′− −− Fa = Fa' = = )595(2800 )086,48.5,095.(086,48.100.15566,53.745340 − −− < 0 19 ⇒ Đặt thép theo cấu tạo μt = 0,8 % , μt = 7 % min max 100 95.100.8,0Fat = μt 2 . b . hmin o = =76 cm 2 Chọn 16φ25 ( Fa = 78,56 cm ) %82,0%100. 95.100 56,78 =t = μ → thoả mãn .  Kiểm tra lại : N ≤ N td Trong đó : N : ngoại lực = 745,34 (T) oyx NNN 111 1 −+ : khả năng chịu nén của cột = Ntd - No : khả năng chịu nén đúng tâm No = ϕ [ Rn ( Fb – F ) + F . Rat at a' ] Trong đó : ϕ : hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc , tra bảng phụ thuộc λ 81,2 100 300.7,0 <== h lo → ϕ = 1 λ = Rn : cường độ chịu nén tính toán của bêtông = 155 kG/cm2 Fb : tiết diện ngang của cột = 100 . 100 = 10000 cm2 2F = 78,56 cmat R'a : cường độ chịu nén tính toán của cốt thép = 2800 kG/cm2 → No = 1 . [ 155 ( 10000 – 78,56 ) + 78,56 . 2800 ] = 1757791,2 kg =1757,8 T - Nx : khả năng chịu nén lệch tâm theo phương X Là trường hợp lệch tâm lớn nên kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức : N.e R≤ n .b.x ( ho – 0,5 x ) + Ra'.Fa' ( ho – a' ) ng x e N M +e = η.eo + 0,5 . h – a = 1. + 0,5 . h – a 72,525100.5,04 745340 100.27720 =−++ cm e = 2Fa' = 5φ25 = 5 . 4,91 = 24,55 cm VT = 745340 . 52,72 = 39294324,8 kgcm = 393 Tm 20 VP = 155 . 100 . 48,086 ( 95 – 0,5 . 48,086 ) + 2800 . 24,55 . ( 95 – 5 ) = 59073193,68 kgcm = 590,73 Tm → VT < VP → Nx = 59073 / 52,72 = 1120,5 T - Ny : khả năng chịu nén lệch tâm theo phương Y Là trường hợp lệch tâm lớn nên kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức : N.e ≤ Rn .b.x ( ho – 0,5 x ) + Ra'.Fa' ( ho – a' ) ng y e N M +e = η.eo + 0,5 . h – a = 1. + 0,5 . h – a 38,505100.5,04 745340 100.10310 =−++ cm e = VT = 745340 . 50,38 = 37550229,2 kgcm = 375,5 Tm VP = 590,73 Tm → VT < VP → Ny = 59073/50,38 = 1172,5 T ⇒ N oyx NNN 111 1 −+ 8,1757 1 5,1120 1 5,1172 1 1 −+ = = = 850 T td Vậy N = 745,34 T < Ntd = 850 T→ đảm bảo khả năng chịu lực . • Tính với cặp 2 596,19 100 100.596,19678,17 100 100.678,17 ==<== b M h M yx Xét xyy Mb hMM ..β+=′ ⇒ Tính với cufhb N .. . 6 7 679,0 273.100.100 751703. 6 7 = = 1 – β = 1 – 6,31678,17. 1 1.679,0596,19 =+=′yM ( Tm )  Dùng và N tính cốt thép đối xứng FyM ′ a = Fa’ . - Độ lệch tâm : = max = 4 cm ⎩⎨ ⎧ = cmh cm 4.25/1 2 eng cme N M ng 2,84703,751 100.6,31 =+=+ eo = 21 e = η.eo + 0,5 . h – a = 1 . 8,2 + 0,5 .100 – 5 = 53,2 cm - Chiều cao vùng nén : 5,48 100.155 751703 . == bR N n cm x = Chọn a = a' = 5 cm → ho = h – a = 100 – 5 = 95 cm αo.ho = 0,55 . 95 = 52,25 cm → 2a' = 10 cm < x = 48,5 cm < αo.ho = 52,25 cm → Lệch tâm lớn . )( )5,0(.. ahRa xhxbRNe o on ′− −− )595(2800 )5,48.5,095.(5,48.100.1552,53.751703 − −− Fa = Fa' = = < 0 ⇒ Đặt thép theo cấu tạo μt = 0,8 % , μtmin max = 7 % 100 95.100.8,0Fat = μt 2 . b . hmin o = =76 cm 2 Chọn 16φ25 ( Fa = 78,56 cm ) %82,0%100. 95.100 56,78 =t = μ  Kiểm tra lại : N ≤ N td Trong đó : N : ngoại lực = 751,703 (T) oyx NNN 111 1 −+ : khả năng chịu nén của cột = Ntd - No : khả năng chịu nén đúng tâm No = ϕ [ Rn ( Fb – F ) + F . Rat at a' ] → No = 1 . [ 155 ( 10000 – 78,56 ) + 78,56 . 2800 ] = 1757791,2 kg =1757,8 T - Nx : khả năng chịu nén lệch tâm theo phương X Là trường hợp lệch tâm lớn nên kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức : N.e R≤ n .b.x ( ho – 0,5 x ) + Ra'.Fa' ( ho – a' ) ng x e N M +e = η.eo + 0,5 . h – a = 1. + 0,5 . h – a 35,515100.5,04 751703 100.17680 =−++ cm e = 2Fa' = 5φ25 = 5 . 4,91 = 24,55 cm 22 VT = 751703. 51,35 = 38599949,05 kgcm = 386 Tm VP = 155 . 100 . 48,5 ( 95 – 0,5 . 48,5 ) + 2800 . 24,55 . ( 95 – 5 ) = 59372912,5 kgcm = 593,73 Tm → VT < VP → Nx = 59373 / 51,35 = 1156,24 T - Ny : khả năng chịu nén lệch tâm theo phương Y Là trường hợp lệch tâm lớn nên kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức : N.e ≤ Rn .b.x ( ho – 0,5 x ) + Ra'.Fa' ( ho – a' ) ng y e N M +e = η.eo + 0,5 . h – a = 1. + 0,5 . h – a 6,515100.5,04 751703 100.19600 =−++ cm e = VT = 751703 . 51,6 = 38787874,8 kgcm = 387,9 Tm VP = 593,73 Tm → VT < VP → Ny = 59373/51,6 = 1150,64 T ⇒ N oyx NNN 111 1 −+ 8,1757 1 64,1150 1 24,1156 1 1 −+ = = = 858,3 T td Vậy N = 751,703 T < Ntd = 858,3 T→ đảm bảo khả năng chịu lực . • Tính với cặp 3 : 196,11 100 100.196,11648,26 100 100.648,26 ==>== b M h M yx Xét yxx Mb hMM ..β+=′ ⇒ Tính với cufhb N .. . 6 7 656,0 273.100.100 803367. 6 7 = = 1 – β = 1 – 34196,11. 1 1.656,0648,26 =+=′xM ( Tm )  Dùng và N tính cốt thép đối xứng FxM ′ a = Fa’ . - Độ lệch tâm : e = max = 4 cm ⎩⎨ ⎧ = cmh cm 4.25/1 2 ng cme N M ng 23,84367,803 100.34 =+=+eo = 23 e = η.eo + 0,5 . h – a = 1 . 8,23 + 0,5 .100 – 5 = 53,23 cm - Chiều cao vùng nén : 83,51 100.155 803367 . == bR N n cm x = Chọn a = a' = 5 cm → ho = h – a = 100 – 5 = 95 cm αo.ho = 0,55 . 95 = 52,25 cm → 2a' = 10 cm < x = 51,83 cm < αo.ho = 52,25 cm → Lệch tâm lớn . )( )5,0(.. ahRa xhxbRNe o on ′− −− )595(2800 )83,51.5,095.(83,51.100.15523,53.803367 − −− Fa = Fa' = = < 0 ⇒ Đặt thép theo cấu tạo μt = 0,8 % , μtmin max = 7 % 100 95.100.8,0Fat = μt 2 . b . hmin o = =76 cm 2 Chọn 16φ25 ( Fa = 78,56 cm ) %82,0%100. 95.100 56,78 =t = μ  Kiểm tra lại : N ≤ N td Trong đó : N : ngoại lực = 803,367 (T) oyx NNN 111 1 −+ : khả năng chịu nén của cột = Ntd - No : khả năng chịu nén đúng tâm No = ϕ [ Rn ( Fb – F ) + F . Rat at a' ] → No = 1 . [ 155 ( 10000 – 78,56 ) + 78,56 . 2800 ] = 1757791,2 kg =1757,8 T - Nx : khả năng chịu nén lệch tâm theo phương X Là trường hợp lệch tâm lớn nên kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức : N.e R≤ n .b.x ( ho – 0,5 x ) + Ra'.Fa' ( ho – a' ) ng x e N M +e = η.eo + 0,5 . h – a = 1. + 0,5 . h – a 32,525100.5,04 803367 100.26648 =−++ cm e = VT = 803367 . 52,32 = 42032161,44 kgcm = 420 Tm 24 VP = 155 . 100 . 51,83 ( 95 – 0,5 . 51,83 ) + 2800 . 24,55 . ( 95 – 5 ) = 61687071,03 kgcm = 616,87 Tm → VT < VP → Nx = 61687 / 52,32 = 1179,1 T - Ny : khả năng chịu nén lệch tâm theo phương Y Là trường hợp lệch tâm lớn nên kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức : N.e ≤ Rn .b.x ( ho – 0,5 x ) + Ra'.Fa' ( ho – a' ) ng y e N M +e = η.eo + 0,5 . h – a = 1. + 0,5 . h – a 4,505100.5,04 803367 100.11196 =−++ cm e = VT = 803367 . 50,4 = 40489696,8 kgcm = 405 Tm VP = 616,87 Tm → VT < VP → Ny = 61687 50,4 = 1224 T ⇒ N oyx NNN 111 1 −+ 8,1757 1 1224 1 1,1179 1 1 −+ = = = 912,3 T td Œ Vậy N = 803,367 T < Ntd = 912,3 T→ đảm bảo khả năng chịu lực . IV. Thiết kế dầm – khung trục 1 1. Chọn cặp nội lực tính toán Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nội lực để tính toán : M , Qmax tư M , Qmin tư Q , Mmax tư 2. Tính dầm biên – tầng 1 Tính với 3 tiết diện : Mặt cắt Tiết diện M (kgm) Q (kg) I-I 25x80 -31154 -16195 II-II 25x80 14566 -992 III- III 25x80 -31400 16609 25 ™ Tính cốt dọc : • Mặt cắt I-I : M = -31154 kgm , Q = -16195 kg Chọn a = 4 cm → ho = h – a = 80 – 4 =76 cm . 2.. on hbR M 139,0 76.25.155 3115400 2 == < ATa có A = o = 0,399 → γ = 0,924 76.2800.924,0 3115400 oa hR M ..γ 2Fa = = = 15,84 cm 2Chọn 4φ25 ( Fa = 19,64 cm ) . Kiểm tra hàm lượng cốt thép : %100. . o a hb F %03,1%100. 76.25 64,19 =μ = = • Mặt cắt II-II : M = 14566 kgm , Q = -992 kg 2.. on hbR M 065,0 76.25.155 1456600 2 == < AA = o = 0,399 → γ = 0,966 76.2800.966,0 1456600 oa hR M ..γ 2Fa = = = 7,08 cm 2Chọn 3φ18 ( Fa = 7,63 cm ) . Kiểm tra hàm lượng cốt thép : %100. . o a hb F %4,0%100. 76.25 63,7 = = μ = • Mặt cắt III-III : M = -31400 kgm , Q = 16609 kg 2.. on hbR M 14,0 76.25.155 3140000 2 =A = = < Ao = 0,399 → γ = 0,924 76.2800.924,0 3140000 oa hR M ..γ 2 Fa = = = 15,97 cm 2Chọn 4φ25 ( Fa = 19,64 cm ) . Kiểm tra hàm lượng cốt thép : %100. . o a hb F %03,1%100. 76.25 64,19 = = μ = ™ Tính cốt đai : = 16609 kg = 16,61 (T) Tính với Q max Œ Kiểm tra các điều kiện : Q ≤ Ko .Rn . b . ho = 0,35 . 155 . 25 . 75 = 101718,75 kg = 101,7 (T) → không cần tăng kích thước tiết diện . Q ≤ K1 . Rk . b .ho = 0,6 . 11 . 25 .75 = 12375 kg = 12,375 (T) 26 → Q = 16,61(T) > 12,375 (T) → phải tính cốt đai . Œ Tính U : tt Chọn cốt đai n = 2 , φ8 , AI . axd ok Rfn Q hbR ... ...8 2 2 1800.503,0.2. 16610 75.25.11.8 2 2 = = = 81 cm Utt : Œ Tính U max Q hbR k ...5,1 140 16610 75.25.11.5,1 2 =U = = cm max Œ Tính U : ct = min → chọn U⎩⎨ ⎧ == cm cmh 30 7,263/803/Với h > 450 mm → Uct ct = 25 cm →Lấy U = min = 25 cm . ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = = = cmU cmU cmU ct tt 25 140 81 max 27