VUIHOC24H.vn-chuong3(Tai Trong, To Hop TT)

Chương 3. Các loại tải trọng và tổ hợp nội lực

17

Chương 3

CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC 3.1 Xác định các loại tải trọng

Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737 - 95 "Tải trọng và tác động", tải trọng được chia thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời.

Tải trọng thường xuyên (còn gọi là tĩnh tải) là tải trọng không biến đổi (vị trí đặt tải, độ lớn và phương chiều) trong quá trình xây dựng và sử dụng công trìnhnhư trọng lượng bản thân của công trình, trọng lượng đơn vị của vật liệu sẽ được sử dụng. Hệ số vượt tải của trọng lượng bản thân biến đổi từ 1,05 đến 1,3 tuỳ thuộc vào loại vật liệu và phương pháp thi công (lấy theo TCVN 2737 - 95)

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên kết cấu, trong khi đó hoạt tải có thể xuất hiện ở những chỗ khác nhau vào thời điểm khác nhau. Có thể tìm được vị trí xuất hiện của hoạt tải trên kết cấu làm cho nội lực (ví dụ mômen) ở một tiết diện nào đó đạt giá trị lớn nhất (hoặc giá trị âm hoặc giá trị dương) bằng hình dạng đường ảnh hưởng nội lực ở tiết diện đó.

3.1.1 Tải trọng mái Tải trọng mái phụ thuộc vào vật liệu, cấu tạo các lớp mái, hình dạng của mái. Sau đây là 1 số lớp

mái thường gặp

Bảng 3-1. Tĩnh tải các lớp mái

STT Các lớp sàn Chiều dày(mm)

TLR (kG/m3)

TT tiêu chuẩn

(kG/m2)

Hệ số vượt

tải

TT tính toán

(kG/m2) 1 Hai lớp gạch lá nem 40 1800 72 1.1 79.2 2 Hai lớp vữa lót 40 1800 72 1.3 93.6 3 Gạch chống nóng 130 1500 195 1.3 253.5 4 Bêtông chống thấm 40 2200 88 1.1 96.8 5 Sàn BTCT 150 2500 375 1.1 412.5

Tổng tĩnh tải 802 935.6

Đối với nhà công nghiệp, các lớp mái cấu tạo đơn giản hơn:

+ Lớp tôn mạ màu

+ Lớp bông thủy tinh hoặc lưới chống nóng

+ Xà gồ C hoặc Z dập

+ Dầm mái hoặc dàn vì kèo mái

3.1.2 Tải trọng sàn tầng điển hình Tải trọng sàn tầng điển hình cũng phụ thuộc nhiều vào các lớp cấu tạo sàn như chiều dày lớp bê

tông sàn, các lớp vữa, gạch lát nền, sàn lát gỗ hoặc loại vật liệu khác…

Bảng 3.2 giới thiệu 1 loại sàn hay gặp trong thực tế

Bảng 3-2. Tĩnh tải sàn S1 (nhà ở tầng điển hình)


TLR (kG/m3)

TT tiêu chuẩn

(kG/m2)

Hệ số vượt

tải

TT tính toán

(kG/m2)

1 Sàn gỗ công nghiệp 30 800 24 1.1 26.4 2 Vữa lót #50 20 1800 36 1.3 46.8

Vuihoc24h.vn


18

3 Bản sàn BT#350 120 2500 300 1.1 330 4 Vữa trát trần 15 1800 27 1.3 35.1

5 Trần thạch cao khung kim loại 50 1.3 65


Các lớp cấu tạo trên có thể có đầy đủ hoặc có thêm các loại vật liệu khác tùy thuộc vào yêu cầu chức năng của từng loại công trình hoặc công năng của từng căn phòng.

3.1.3 Tải trọng sàn WC Tải trọng sàn vệ sinh được tính toán theo tiêu chuẩn tải trọng và các yêu cầu của từng loại công

trình. Bảng 5.3 giới thiệu tải trọng 1 loại sàn vệ sinh phổ biến

Bảng 3-3. Tĩnh tải sàn S2 (khu vệ sinh)


TLR (kG/m3)

TT tiêu chuẩn

(kG/m2)

Hệ số vượt

tải

TT tính toán

(kG/m2) 1 Gạch lát chống trơn 15 2000 30 1.1 33 2 Vữa lót #50 20 1800 36 1.3 46.8 3 Bản sàn bêtông #350 120 2500 300 1.1 330 4 Tấm trần thép 50 1.3 65


3.1.4 Tải trọng gió Tải trọng gió là 1 dạng hoạt tải, nó phụ thuộc vào vị trí của công trình, chiều cao, hình dáng, kích

thước, địa điểm xây dựng công trình…

Tải trọng chia làm 2 thành phần: thành phần tĩnh và thành phần động tác động lên công trình.

Đối với nhà dân dụng: Khi chiều cao nhà cao trên 40m thì phải kể đến thành phần động của tải trọng gió

Đối với nhà công nghiệp có chiều cao trên 36m và tỉ số H/B>1,5 thì cũng phải xét đến thành phần động của gió.

3.1.4.1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió Cơ sở xác định:

Theo TCVN 2737-1995, áp lực tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định:

W = n.K.C. Wo (3-1) Trong đó: + Wo là áp lực tiêu chuẩn. Với địa điểm xây dựng ta có Wo được tra trong tiêu chuẩn TCVN 2737-95.

+ Hệ số vượt tải của tải trọng gió n = 1,2

+ Hệ số khí động C được tra bảng theo tiêu chuẩn và lấy :

C = + 0,8 (gió đẩy),

C = - 0,6 (gió hút)

+ Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao K được nội suy từ bảng tra theo các độ cao Z của cốt sàn tầng và dạng địa hình.

3.1.4.2 Thành phần động của tải trọng gió 1) Xác định tần số dao động riêng fi

Vuihoc24h.vn


19

Để xác định thành phần động của tải trọng gió, trước hết ta phải xác định tần số dao động riêng của công trình theo các phương x,y.

- Để xác định tần số dao động riêng cho công trình, ta đưa công trình về dạng một thanh conxôn có các điểm tập trung khối lượng của các tầng (kể cả tầng hầm) hoặc để nguyên khung đã khai báo để phần mềm kết cấu tự động tính toán dao động.

Trong đó, các điểm quy đổi khối lượng nằm ở mức sàn các tầng, khối lượng tập trung tại đó bao gồm tĩnh tải (trọng lượng bản thân các tầng,) và có kể đến tác dụng dài hạn của hoạt tải (coi như bằng một nửa giá trị hoạt tải).

Để chương trình (ETABS Nonlinear hoặc SAP2000) tự động thực hiện tính toán như vậy, ta tiến hành khai báo như sau:

- Xây dựng sơ đồ tính cho chương trình: sơ đồ khung - giằng liên kết cứng với mặt đất tại đáy tầng hầm.

- Chọn hệ đơn vị tính là T - m. Định nghĩa vật liệu.

- Định nghĩa các phần tử dầm, cột - dạng Frame; bản sàn - dạng Shell; vách cứng - dạng Wall. Khai báo kích thước tiết diện các phần tử Frame, Shell, Wall

- Định nghĩa các trường hợp tải trọng: tĩnh tải TT, hoạt tải HT1, HT2

- Gán các đặc trưng hình học vừa khai báo cho các phần tử.

- Định nghĩa nguồn khối lượng (Define Mass source): Define\Mass Source. Chọn các trường hợp tải trọng với các hệ số tương ứng như sau:

Load Multiplier TT 1,0 HT 0,5

- Quy các khối lượng về tâm cứng của công trình bằng cách: Chọn tất cả các phần tử của khung rồi dùng lệnh gán Assign\Joint-points\Diaphragms, chọn D1.

- Để giảm bớt khối lượng tính cho chương trình, khi đặt điều kiện cho chương trình tính ta chỉ chọn xuất tần số của 12 dạng dao động đầu tiên bằng cách chọn trong ô Number of Modes trong tab Dynamic Analysis Parameters

(Analyze\Set analysis Options ..\Set Dynamic Parameters)

- Sau khi cho chương trình chạy (F5), ta xuất kết quả sang Access Database như sau: File\Export\Save Input/Output as Access Database file …

- Sau khi xuất kết quả sang Access Database, ta có thể chuyển sang file Exel để quản lý cho thuận tiện trong việc in ấn, chỉnh sửa và theo dõi.

2) Xác định thành phần động của tải trọng gió

Dựa vào bảng 2.12 ta thấy công trình thỏa mãn điều (6.13.3) của TCVN 2737-1995

Ta phải so sánh giá trị của tần số dao động fi với tần số dao động fL có trong bảng tra để từ đó có thể áp dụng các công thức tính toán thành phần động của tải trọng gió cho phù hợp. Thông thường nên lập các bảng tính bằng Exel để quản lý cho thuận tiện.

3.1.5 Một số loại tải trọng khác - Tải trọng của các loại kết cấu trong công trình như tường bao, tường, kính, các tấm vách ngăn che.

- Tường ngăn giữa các đơn nguyên, tường bao chu vi nhà dày 220; tường ngăn trong các phòng, tường nhà vệ sinh trong nội bộ các đơn nguyên dày 110 được xây bằng gạch có γ =1200 kG/m3.

Ví dụ về 1 dạng tường bao gồm phần tường đặc xây bên dưới và phần kính ở bên trên trong nhà cao tầng:

Vuihoc24h.vn


20

+ Trọng lượng tường ngăn trên dầm tính cho tải trọng tác dụng trên 1 m dài tường.

+ Trọng lượng tường ngăn trên các ô bản (tường 110, 220mm) tính theo tổng tải trọng của các tường trên các ô sàn sau đó chia đều cho diện tích toàn bản sàn của công trình.

Chiều cao tường được xác định: ht= H-hs

Trong đó: ht -chiều cao tường .

H-chiều cao tầng nhà.

hs- chiều cao sàn, dầm trên tường tương ứng.

Ngoài ra khi tính trọng lượng tường, ta cộng thêm hai lớp vữa trát dày 2cm/lớp. Một cách gần đúng, trọng lượng tường được nhân với hế số 0.75, kể đến việc giảm tải trọng tường do bố trí cửa số kính.

Kết quả tính toán trọng lượng của tường phân bố trên dầm ở các tầng được thể hiện trong bảng:

Bảng 3-4. Tải trọng tường xây

Tầng Loại tường Dày (m)

Cao (m)

TLR (kG/m3)

Giảm

tải

Tải trọng

tc (kG/m)

n Tải

trọng tt (kG/m)

Tường 20 0.2 3 1200 0.75 540 1.1 594 Vữa trát 2 lớp 0.04 3 1800 0.75 162 1.3 210.6

Tầng trệt,

tầng 14 Tải phân bố trên dầm 702 804.6 Tường 20 0.2 2.7 1200 0.75 486 1.1 534.6

Vữa trát 2 lớp 0.04 2.7 1800 0.75 145.8 1.3 189.54 Tầng

lửng, 1, 2, 3 Tải phân bố trên dầm 631.8 724.14

- Mái bằng sử dụng có trồng cây trên mái lấy không ít hơn 500daN/m2.

Mái bằng nhà cao tầng còn có thể dùng làm bái đỗ máy bay trực thăng. Tải trọng lớn nhất khi trực thăng hạ cánh có thể tính theo công thức:

.k PQS

= (3.2)

Trong đó:

K - hệ số động lực lấy bằng 3

P - trọng lượng của trực thăng căn cứ vào loại máy bay sử dụng. Khi không có số liệu chính xác, trọng lượng của trực thăng loại nhỏ lấy bằng 20 – 30 kN, trực thăng loại trung bình từ 30 đến 50 kN.

S - diện tích chịu lực trong phạm vi khoảng cách giữa các bánh xe lấy theo số lượng thực tế hoặc lấy bằng 2x2m cho loại nhỏ và 2x3m cho loại trung bình (m2).

Ngoài ra, còn có một số loại tải trọng khác như động đất, tải trọng do nổ mìn … là một số dạng tải trọng đặc biệt. Trong đó, tải trọng động đất trong nhà cao tầng đã được qui định ban hành theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 - 2006 áp dụng trên toàn bộ lãnh thổ Việt nam.

3.2 Sự truyền tải trọng của các kết cấu 3.2.1 Tải trọng sàn truyền lên dầm

Khi giải bài toán khung phẳng, cần phải dồn tải trọng từ sàn về dầm chính và dầm phụ và đưa vào khung cần tính toán.

Việc dồn tải trọng từ sàn về dầm tùy thuộc vào tỷ lệ giữa 2 cạnh l1, l2 của ô bản sàn.

Vuihoc24h.vn


21

Nếu l2> 2.l1 thì tải trọng được dồn về 2 dầm theo phương cạnh l2, mỗi dầm chịu một nửa tải trọng của sàn truyền về. Xem gần đúng bản chịu uốn 1 phương, tải trọng từ bản truyền lên 2 khung đối diện, mỗi khung làm việc theo khung phẳng (hình 3.1b)

Nếu l2< 2.l1 thì tải trọng được dồn về cả 4 dầm của ô sàn dưới dạng hình thang và hình tam giác. Tải trọng hình thang và hình tam giác lại được qui đổi ra tải trọng phân bố đều nhằm thuận tiện cho việc tính toán, khai báo (hình 3.1c)

+Với tải phân bố tam giác: qtđ=5/8.q

+Với tải phân bố hình thang: qtđ =(1- 2β2 + β3 ).q

Trong đó:

qtđ: Là tải trọng phân bố đều tương đương trên dầm.

q: Là tung độ lớn nhất của biểu đồ tải trọng tam giác và hình thang.

2. 1lqq b=

qb: là tải trọng phân bố đều tiêu biểu, qb= gb+ pb

2

1

2ll

=β

l1: Cạnh ngắn của ô bản

l2: Cạnh dài của ô bản

Hình 3-1. Các trường hợp sàn truyền tải trọng đứng vào khung

Hình 3.2 giới thiệu 1 ví dụ về dồn tải trọng từ sàn về dầm.

3.2.2 Tải trọng dầm phụ truyền về dầm chính Tải trọng dầm phụ truyền về dầm chính dưới dạng tải tập trung.

Gọi gd là tĩnh tải phân bố đều trên dầm phụ, nó truyền vào dầm chính thành lực tập trung G1

G1=0,5. gd.(l2t+l2p) Trong đó l2t, l2p là khoảng cách giữa các dầm chính .

3.2.3 Dầm chính truyền tải trọng lên cột và móng

Vuihoc24h.vn


22

Dầm chính và cột được khai báo đồng thời trong quá trình tính toán nội lực bằng phần mềm kết cấu nên việc truyền tải trọng này sẽ được chương trình tự động tính toán. Kết quả tính toán nội lực M, N, Q ở chân cột tầng dưới cùng sẽ được truyền xuống móng.

3.3 Lựa chọn sơ đồ tính và tổ hợp nội lực 3.3.1 Lựa chọn và lập sơ đồ tính

Khung gồm các cột, các dầm liên kết với nhau và liên kết với móng. Trong sơ đồ khung các cột và dầm được thay bằng trục của nó.

Về hình học và sự làm việc, phân biệt khung phẳng và khung không gian.

Khung gọi là phẳng khi trục các bộ phận của nó nằm trong một mặt phẳng và các tải trọng tác dụng trong một mặt phẳng đó. Mặt phẳng đó được gọi là mặt phẳng khung hoặc mặt phẳng uốn.

c d ea b

a b c

cÇu thang

«7'

«14

«8 «9 «9

d e

«10

4

«14

«7'«8 «9 «9 «10

5

6

Hình 3-2. Mặt bằng dồn tải trọng từ sàn về dầm

Khung là không gian khi trục các bộ phận không nằm trong cùng một mặt phẳng hoặc tuy cùng nằm trong một mặt phẳng nhưng có chịu tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng khung.

Trong kết cấu nhà, khung thường được cấu tạo thành hệ không gian (khối khung). Hệ khung không gian có thể được xem là gồm các khung phẳng liên kết với nhau bằng các dầm, ngoài mặt phẳng khung.

Tuỳ theo phương án kết cấu chịu lực chính của nhà mà hệ khung có thể thuộc về nhà khung hoặc nhà kết hợp.

Với nhà khung, hệ khung chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.

Với nhà kết hợp (với lõi cứng, vách cứng) khung chịu phần tải trọng đứng trực tiếp truyền vào nó và chịu phần tải trọng ngang được phân phối cho nó.

Vuihoc24h.vn


23

Tuy hệ khung là không gian nhưng về sự làm việc và tính toán có thể theo sơ đồ không gian hoặc theo sơ đồ khung phẳng tuỳ thuộc vào tải trọng tác dụng và mức độ gần đúng có thể chấp nhận được.

Với hệ khung của toàn nhà cũng tiến hành phân tích như trên để xem xét là khung làm việc theo phẳng hoặc không gian. Từ chỗ phân tích sự làm việc của sàn để quyết định cách truyền tải trọng đứng. Khi mà có thể xem toàn bộ tải trọng đứng trên sàn chỉ truyền lên các khung ngang (hoặc khung dọc) thì các khung ấy được xem là làm việc theo khung phẳng đưới tác dụng của tải trọng đứng. Ngược lại thì phải truyền tải trọng đứng lên cả khung dọc và ngang và có khung không gian.

Vói tải trọng ngang, người ta dựa vào mặt bằng kết cấu nhà để xét trường hợp bất lợi của tải trọng. Khi mặt bằng nhà hẹp và dài, độ cứng tổng thể của nhà theo phương ngang là khá bé so với phương dọc. Lúc này tác dụng của gió theo phương ngang là sẽ bất lợi hơn do đó chỉ xét gió theo phương ngang (hình 3.3a) và mỗi khung ngang được tính theo khung phẳng, chịu tác dụng của phần tải trọng gió phân phối cho nó.

Khi mặt bằng kết cấu nhà có dạng gần vuông, độ cứng tổng thể của nhà theo hai phương gần bằng nhau thì phải xét tác dụng của gió theo ba trường hợp: ngang, dọc và xiên (hình 3.3b). Với gió dọc và ngang nhà các khung làm việc phẳng còn với gió xiên, khung làm việc không gian .

Hình 3-3. Các trường hợp bất lợi của gió đối với kết cấu nhà

Tính toán nội lực khung phẳng là bài toán kết cấu thông thường, có thể giải bằng nhiều phương pháp khác nhau. Hiện nay các bài toán khung phẳng chủ yếu được giải nhờ việc sử dụng các phần mềm tính toán trên máy tính.

Tính toán nội lực khung không gian là khá phức tạp và thường chỉ có thể giải nhờ các chương trình khá mạnh (Sap200, Etabs, Staad Pro…) Có thể giải gần đúng bài toán khung không gian bằng cách đưa về bài toán phẳng theo cách phân chia hệ khung thành các khung dọc và khung ngang, trên mỗi khung xếp đặt các tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên khung đó. Giải toàn bộ các khung dọc và khung ngang theo trường hợp khung phẳng. Nội lực trong dầm của khung nào là dầm đó còn nội lực là bằng tổng nội lực trong cột ấy của hai khung giao nhau.

3.3.2 Sử dụng phần mềm tính toán nội lực Trong khuôn khổ môn học này, giới thiệu 2 phần mềm khá phổ biến với những tính năng mạnh để

giải các bài toán kết cấu khung phẳng, khung không gian, các công trình đặc biệt như nhà thi đấu, công trình thể thao, mái vòm, xi lô, bể chứa… là phần mềm tính kết cấu Sap2000 và Etabs.

Phần mềm Sap2000 là phần mềm có thể giải quyết được nhiều loại bài toán khác nhau với các hình dáng đa dạng, kết cấu phức tạp. (phần mềm này sinh viên đã được học trong môn tin học ứng dụng)

Phần mềm Etabs là phần mềm chuyên dụng để tính toán nhà cao tầng với những tính năng khai báo, mô tả kết cấu gần đúng như thực tế, giao diện dễ quan sát, quản lý. Đối với công trình, Etabs cung cấp các lựa chọn tự động và chuyên dùng cấn thiết, làm cho quá trình tạo mô hình, phân tích và thiết kế nhanh

Vuihoc24h.vn


24

chóng, thuận tiện. Các công cụ cho việc bố trí sàn, cột, khung và tường vách, lõi cứng bất kể beetoong hay thép, cũng như các kỹ thuật tạo tải trọng nhanh chóng theo phương đứng, phương ngang cung cấp nhiều thuận tiện không có được ở các phần mềm phần tử hữu hạn khác. Tải trọng động đất và tải trọng gió được tự động tạo ra theo các yêu cầu của tiêu chuẩn xây dựng được chọn. Tất cả các sự lựa chọn mô hình và phân tích được tích hợp các đặc điểm của thiết kế BTCT, thép.

3.3.3 Tổ hợp nội lực 3.3.3.1 Đại cương về tổ hợp nội lực

Khi tính toán nội lực khung cần tính riêng nội lực do tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và nội lực do các trường hợp khác nhau của tải trọng tạm thời (hoạt tải). Cuối cùng cần tổ hợp để tìm ra các giá trị nội lực bất lợi.

Vói các khung phẳng thuộc kết cấu nhà dân dụng, trong tổ hợp cơ bản cần xét 6 trường hợp tải trọng sau:

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) (hình 3.4a).

Tải trọng tạm thời cách tầng, cách nhịp trường hợp 1 (hình 3.4b).

Tải trọng tạm thời cách tầng, cách nhịp trường hợp 2 (hình 3.4c).

Tải trọng tạm thời trên toàn bộ dầm (hình 5.4d).

Tải trọng gió từ trái sang (hình 3.4e).

Tải trọng gió từ phải sang (hình 3.4g).

Hình 3-4. Các trường hợp tải trọng tính khung phẳng

Với kết cấu khung nhà công nghiệp, trong tổ hợp cơ bản còn phải xét thêm tải trọng do cầu trục (gồm tác dụng thẳng đứng và tác dụng ngang) tác dụng ở một phía hay hai phía của cột đang xét.

Tính toán khung với tổ hợp đặc biệt còn cần xét thêm nội lực do tải trọng đặc biệt (động đất, cháy nổ…).

Tổ hợp nội lực là một phép cộng có lựa chọn nhằm tìm ra những giá trị nội lực bất lợi để tính toán cốt thép hoặc để kiểm tra khả năng chịu lực. Việc tổ hợp nội lực (hoặc tổ hợp tải trọng) được tiến hành theo các tiêu chuẩn thiết kế. Tiêu chuẩn của các nước quy định cách tổ hợp có khác nhau.

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN2737 - 1995 về Tải trọng và tác động quy định hai tổ hợp cơ bản. Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực do một trường hợp của hoạt tải (có lựa chọn). Tổ hợp cơ

Vuihoc24h.vn


25

bản hai gồm nội lực do tĩnh và nội lực do ít nhất hai hoạt tải (có lựa chọn trường hợp bất lợi) trong đó nội lực của hoạt tải được nhân với hệ số 0,9. Khi trong tổ hợp có xét đến tải trọng cầu trục thì còn cần chú ý đến hệ số tổ hợp khi xét đến sự hoạt động đồng thời của một, hai hay bốn cầu trục. Trong mỗi tổ hợp, tuỳ theo trạng thái giới hạn được dùng để tính toán mà còn dùng hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải) của tải trọng (tải trọng tính toán bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy).

Tiêu chuẩn thiết kế của Anh, Pháp, Mỹ không đưa riêng hệ số độ tin cậy mà ghép chung vào hệ số tổ hợp. Các nội lực được xác định theo tải trọng tiêu chuẩn, ký hiệu như sau:

G- nội lực do tải trọng thường xuyên, trong đó một vài tiêu chuẩn thiết kế còn phân biệt Gmax là trường hợp bất lợi (gây ra tác dụng cùng dấu với nội lực do hoạt tải) và Gmin là trường hợp có lợi (gây ra tác dụng ngược dấu với nội lực do hoạt tải).

Pi (i=1,2…n) - nội lực do các hoạt tải.

Nội lực tổ hợp kí hiệu là S được tính với các hệ số tổ hợp khác nhau.

Khi xét tác dụng của một hoạt tải sàn Pk (như tổ hợp cơ bản 1 của TCVN) thì các hệ số trong các tiêu chuẩn như sau:

Tiêu chuẩn Pháp BEAL-99:

S1=1,35Gmax+Gmin+1,5Pk. (3.3) Tiêu chuẩn Anh BS8110:

S1=1,4Gmax+Gmin+1,6Pk. (3.4) Tiêu chuẩn Mỹ- ACI 318:

S1=1,4G+1,7Pk (3.5) Khi xét tác dụng của cả hoạt tải sàn Pk và hoạt tải gió Pk thì:

Tiêu chuẩn Pháp:

S2=1,35G+1,5Pk+Pw (3.6) Hoặc S2=G+1,5Pw+1,3ψ 0Pk (3.7)

ψ 0= 0,77÷0.9. (3.8)

Tiêu chuẩn Anh:

S2 = 1,2G+1,2Pk+1,2Pw (3.9) Tiêu chuẩn Mỹ:

S2= 0,75(1,4G+1,7Pk)+1,6Pw (3.10) Cần chú ý rằng hệ số trong tổ hợp nội lực được lấy cao hơn chưa khẳng định được là độ an toàn của

kết sẽ cao hơn vì rằng độ an toàn còn phụ thuộc vào giá trị cường độ của vật liệu được dùng trong tính toán (hoặc hệ số tin cậy đối với cường độ vật liệu). Cùng một loại bêtông và một loại thép thì cường độ để tính toán trong các tiêu chuẩn có giá trị khác nhau. Chính vì điều này người thiết kế cần lưu ý khi sử dụng các tiêu chuẩn. Đã xác định nội lực theo tiêu chuẩn nào thì phải lấy cường độ vật liệu theo tiêu chuẩn tương ứng để tính toán, nếu không thì có thể gặp phải những nhầm lẫn đáng tiếc.

3.3.3.2 Tổ hợp nội lực khung phẳng theo TCVN. Việc tổ hợp nội lực cơ bản của kết cấu khung phẳng đựoc giới thiệu khá chi tiết trong nhiều tài liệu

và giáo trình. ở đây chỉ trình bày một số vấn đề cơ bản.

Tổ hợp nội lực được lập riêng cho cột và dầm. Với cột cân ftiến hành tổ hợp đồng thời lực dọc N và mô men uốn M cho từng tiết diện vì rằng khi tính toán cốt thép cần sử dụng cùng lúc cả N và M. Với mô men M cần quy định chiều dương và trong bảng tổ hợp giá trị của M được mang dấu đại số.

Vuihoc24h.vn


26

Trong mỗi tổ hợp, tại mỗi tiết diện cần tổ hợp để tìm ra các cặp nội lực: Mmax và N tương ứng, Mmin ( giá trị max theo chiều ngược lại) và N tương ứng, Nmax và M tương ứng. Thí dụ về tổ hợp nội lực của một đoạn cột của khung nhà dân dụng được trình bày ở bảng 3.5 còn thí dụ về tổ hợp nội lực của một tiết diện cột nhà công nghiệp một tầng có cầu trục được trình bày ở bảng 3.6.

Bảng 3-5. Bảng tổ hợp nội lực cột khung nhà dân dụng. Nội lực do hoạt

tải Nội lực do gió Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2 Nội

lực do

tĩnh tải

TH1 TH2 TH3 Trái Phải Mmax

Ntư Mmin

Ntư Nmax Mtư

Mmax Ntư

Mmin Ntư

Nmax Mtư

Tiết diện

Nội lực

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A M 27 21 -3 18 -36 38 65 -9 45 80 -8 77.4 N 230 100 39 139 -7 9 239 223 369 328 259 363

B M -14 -10 2 -8 37 -35 23 -49 -22 21 -54.5 -53 N 240 100 39 139 -7.5 6 232 246 379 268 335 370

Ô A7: Mmax = 27+ 38 = 65 ; Ntư= 230 +9 = 239

A8: Mmin = 27- 36 = -9 ; Ntư= 230 -7 = 223

A9: Nmax = 230+ 139 = 369 ; Mtư= 27 +18 = 45

A10: Mmax = 27+ 0.9( 21+38) = 80 ; Ntư= 230 +0.9(100+9) = 328

A11: Mmin = 27+0.9(-3-36) = -8 ; Ntư= 230 +0.9(39-7) = 259

A12: Nmax = 230+ 0.9(139+9) = 363 ; Mtư= 237 +0.9(18 +38) = 77.4

B12: Nmax = 240+ 0.9(139 +6) = 370 ; Mtư= -14 +0.9(-8 -35) = -53.

Bảng 3-6. Bảng tổ hợp nội lực cột nhà công nghiệp Nội lực do hoạt

tải mái Nội lực do cầu trục Nội lực do gió

Nội lực do

tĩnh tải

TH1 TH2 TH3 Bên trái Bên phải Trái Phải Tiết diện

Nội lực

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C M 0.4 -0.5 0.6 0.1 -20 ± 3 25 14 14 -14 N 118 7 8 15 47 0 56 0 0 0

Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2 Mmax Ntư

Mmin Ntư

Nmax Mtư

Mmax Ntư

Mmin Ntư

Nmax Mtư

11 12 13 14 15 16 1,7,8 1,5,6 1,5,6,7,8 1,3,7,8,9 1,2,5,6,10 1.4.5.6.7.8.9 24.2 -18.3 7.4 35 -29.5 19.4 165.6 158 190 150.4 161 196.4

Trong bảng 3-6, hoạt tải mái được xét trong 3 trường hợp: trường hợp 1 hoạt tải phía bên trái;

trường hợp 2 hoạt tải ở phía bên phải; trường hợp 3 hoạt tải ở cả hai bên.

Với nội lực do cầu trục lấy hệ số 0.85 khi xét hoạt động đồng thời của cầu trục và 0.7 khi xét 4 cầu trục.

Ô C11: Mmax = 0.4+ 0.85(25+3)= 24.2

N=118 + 0.85x56 = 165.6

Vuihoc24h.vn


27

C12: Mmin = 0.4 + 0.85(-20-2) = -18.3

N= 118 + 0.85x47 = 158

C13: Nmax = 118+ 0.7(47+56)= 190

M=0.4 + 0.7(-20+2+25+3) = 7.4

C14: Mmax = 0.4 + 0.9[0.6+0.85(25+3)+14] = 35

N= 118 + 0.9x(8+0.85x56) = 158

C15: Mmin= 0.4 + 0.9[ - 0.5- 0.85(20+2) -14] = -29.5

N=118 + 0.9[ -7 +0.85x47] = 161

C16: Nmax = 118 + 0.9[15 +0.7(47+56)] = 196.4

M= 0.4 +0.9[0.4 +0.7(-20 +2 +25 +3) +14] =19.4

Khi tổ hợp nội lực thường ngưòi ta chỉ chú trọng đến các cặp nội lực gồm M và N tác dụng đồng thưòi mà bỏ qua lực cắt với nhận xét là lực cắt trong cột khá bé, riêng bêtông đủ khả năng chịu mà không cần tính toán cốt thép ngang (để chịu lực cắt). Với tiết diện ở chân cột còn phải tổ hợp thêm lực cắt để có số liệu khi tính móng. Với những tiết diện khác nếu thấy rằng lực cắt là đáng kể, cần phải tính cốt thép ngang thì cần tổ hợp thêm lực cắt.

Với khung dầm, nội lực chủ yếu là mômen uốn M và lực cắt Q, ngoài ra còn có lực dọc N (kéo hoặc nén). Thông thường đối với dầm có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực nén nếu Nn ≤ 0,1 Rbbh0 và bỏ qua ảnh hưởng của lực kéo Nk nếu Nn ≤ 0,1 Rbtbh0. (Rb và Rbt là cường độ tính toán của bêtông về nén và kéo) và chỉ tổ hợp nội lực M và Q. Cần tổ hợp riêng M và Q để vẽ biểu đồ bao của M và Q. Với dầm không tổ hợp M và Q tương ứng vì M và Q được dùng riêng để tính toán cốt thép dọc và cốt thép ngang (không dùng đồng thời như M và N ở trong cột). Tổ hợp nội lực của một đoạn dầm khung được trình bày ở trong bảng 3-7, 3-8 và trên hình 3.5

Bảng 3-7. Tổ hợp mô men của dầm khung Nội lực do hoạt

tải sàn Nội lực do

gió Tổ hợp CB

1 Tổ hợp CB 2 Tiết diện

Nội lực do

tĩnh tải

TH1 TH2 TH3 Trái Phải Mmax Mmin Mmax Mmin

A -50 -25 -20 -45 38 -32 -12 -95 - -119.3 B 40 36 -10 26 3 -4 76 30 75.1 27.4 C -56 -22 -24 -46 -37 35 -21 -102 - -130.7

Bảng 3-8. Tổ hợp lực cắt của dầm khung

Nội lực do hoạt tải sàn

Nội lực do gió Tổ hợp CB 1 Tổ hợp CB 2

Tiết diện

Nội lực do

tĩnh tải

TH1 TH2 TH3 Trái Phải Mmax Mmin Mmax Mmin

A 34 -24 -8 16 15 -12 58 22 69.1 16 B -1 -2 -8 -10 15 -12 14 -13 - -20.8 C -36 -20 -8 -28 15 -12 -21 -64 - -72

Cần chú ý rằng Mmax và Mmin cũng như Qmax và Qmin được thể hiện với dấu đại số và có thể là khác dấu hoặc cùng dấu.

Hình bao mô men và hình bao lực cắt của đoạn dầm được thể hiện trên hình 3.5.

Vuihoc24h.vn


28

Hình 3-5. Hình bao mômen và lực cắt dầm khung

Cần chú ý rằng, để vẽ được hình bao mômen chính xác hơn thì cần tính thêm giá trị Mmax, Mmin cho một số tiết diện nữa ở khoảng giữa của dầm. Hình bao lực cắt vẽ ở hình 3.5b ứng với trường hợp đoạn dầm không chịu tải trọng tập trung. Nếu trên đoạn dầm có tải trọng tập trung thì biểu đồ lực cắt có bước nhảy tại nơi đặt lực tập trung, cần xác định thêm Qmax Qmin tại tiết diện đó.

Trong trường hợp nếu xét thấy không thê bỏ qua lực dọc N khi tính toán dầm thì cần phải tổ hợp mô men M trong dầm cùng với lực dọc N như đối với cột.

3.3.3.3 Tổ hợp nội lực khung không gian So với việc tổ hợp nội lực khung phẳng thì tổ hợp nội lực khung không gian là phức tạp hơn rất

nhiều vì phải xét đồng thời đến 6 thành phần nội lực.

1) Tổ hợp nội lực dầm

Gắn các trục Oxyz vào dầm như trên hình 3-6. Thông thường cần quan tâm đến Mx, Qy là nội lực tác dụng trong mặt phẳng xOz mà có thể bỏ qua My, Qy tác dụng trong mặt phẳng yOz. Tuy vậy với khung không gian còn cần chú đến mômen xoắn Mt tác dụng trong mặt phẳng xOy (vuông góc với trục dầm).

Hình 3-6. Các mômen trong dầm khung không gian

Khi xét thấy không thể bỏ qua mômen xoắn Mt thì cần tổ hợp có cùng với mômen uốn để tính toán hoặc kiểm tra cốt thép chịu đồng thời cả uốn và xoắn.

2) Tổ hợp nội lực cột

Gắn trục Oxyz vào cột như hình vẽ 3-7. Tổ hợp nội lực cần quan tâm lực dọc N và các mômen Mx, My. Ngoài ra trong những trường hợp cần thiết còn phải xét đến lực cắt Qx, Qy và mômen xoắn Mt.

Để xác định được các giá trị cần bất lợi của Mx, My, và N cần phải chú ý phân tích sơ đồ khi tính tải trọng đứng và tải trọng ngang.

Vuihoc24h.vn


29

- Với hoạt tải đứng trên sàn.

Lấy ví dụ mặt bằng kết cấu với 2 sàn thuộc hai tầng liên tiếp như trên hình 3-8. Tương tự như trường hợp xếp hoạt tải cách tầng cách nhịp ở hình 3-4b, c cần xét 4 dạng chất tải: cách tầng cách nhịp theo phương ngang và cách tầng cách nhịp theo phương dọc. ở các ô chạch chéo hai phương được chất 100% hoạt tải còn các ô gạch chéo theo một phương được chất tải 50%. Tuy vậy cách xếp tải như thế mới tạo ra sự bất lợi cho cột cọc với dầm thì được hoàn toàn. Để có được giá trị mômen dương ở giữa mỗi nhịp dầm thì cần chất 100% hoạt tải lên các ô gạch chéo. Chú ý rằng nếu chất hoạt tải như vừa nói, khi tổ hợp nội lực đêt tính cột sẽ có những ô được chất hoạt tải gấp đôi làm tăng qua mức lực nén trong cột.

Hình 3-7. Nội lực chủ yếu trong cột khung không gian

Hình 3-8. Sơ đồ chất hoạt tải đứng lên sàn để tính nội lực khung không gian.

Ngoài 4 trường hợp chất hoạt tải cách tầng cách nhịp còn có trường hợp chất hoạt tải lên toàn bộ sàn.

Trong những nhà nhiều tầng có tĩnh tải khá lớn so với hoạt tải (g> 2p với g và p là tĩnh tải và hoạt tải trên dầm) và có chiều cao nhà khá lớn (trên 40 m) thì mômen trong dầm và cột do hoạt tải đứng gây ra

Vuihoc24h.vn


30

là khá bé so với mômen do tĩnh tải và tải trọng gió gây ra. Lúc này có thể tính toán gần đúng bằng cách bỏ qua trường hợp xếp hoạt tải đứng cách tầng cách nhịp mà gộp toàn bộ hoạt tải sàn và tĩnh tải để tính.

Tổ hợp nội lực cho cột khung không gian cần xét các trường hợp sau:

Mxmax, My và Ntư

Mymax, My và Ntư

Nmax, My và Mx

Trong quá trình tính toán nội lực cần quy định dấu của Mx, My khi tổ hợp cũng phải chú ý đến dấu. Tuy vậy, cột khung không gian thường được bố trí thép đối xứng do đó khi tổ hợp chỉ cần tìm Mx max và My max là những mômen lớn nhất về giá trị tuyệt đối mà không cần tìm giá trị lớn nhất của M dương và M âm.Nếu có dự kiến đặt cốt thép không đối xứng thì bắt buộc phải tổ hợp để tìm được các bộ ba nội lực với Mx, My có giá trị dương lớn nhất (max) và giá trị âm lớn nhất (min - mômen âm có giá trị tuyệt đối lớn nhất).

Bài tập: Bài 1: Tính toán tải trọng sàn nhà dân dụng có cấu tạo 4 lớp: lớp 1 - gạch lát dày 10cm, lớp 2 - vữa lót dày 30mm, lớp 3 sàn BTCT chịu lực dày 80mm, lớp 4 - vữa trát trần dày 10mm. Hoạt tải tiêu chuẩn PTC=5 kN/m2, hệ số vượt tải n=1,2.

ĐS: Tải trọng toàn phần là 9,36kN/m2, tải trọng trên dải bản 1m là 9,36kN/m.

Bài 2: Tính toán tải trọng sàn nhà công nghiệp có cấu tạo 3 lớp: lớp 1 - vữa XM cát dày 20mm, lớp 2 sàn BTCT chịu lực dày 80mm, lớp 3 - vữa trát trần dày 10mm. Hoạt tải tiêu chuẩn PTC=1000kG/m2, hệ số vượt tải n=1,2.

ĐS: Tải trọng toàn phần là 1490kG/m2, tải trọng trên dải bản 1m là 1490kG /m.

Vuihoc24h.vn

VUIHOC24H.vn-chuong3(Tai Trong, To Hop TT)

Documents