Thuyết minh tính toán nhà xưởng tiền chế theo tiêu chuẩn mỹ

THIẾT KẾ NHÀ THÉP TIỀN CHẾ

1


I. Tải trọng và tổ hợp tải trọng :
1.Tải trọng:
1.1. Tónh tải:
Tónh tải bao gồm:
ƒ Trọng lượng bản thân của cấu kiện thép.
ƒ Các bộ phận cố đònh của nhà và công trình.
Kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu nhà thép tiền chế :
ƒ Trọng lượng tole mái 0.45 mm gần bằng 5kg/m2 cho mái.
ƒ Trọng lượng xà gồ và hệ giằng khoảng 5 kg / m2 đến 10 kg/m2 cho mái.
ƒ Do đó, khi tính tónh tải cho mái nhà thép tiền chế , người ta lấy từ 10 kg/m2 đến
15 kg/m2 . BMB lấy 10 kg/m2.
1.2. Hoạt tải:
Hoạt tải bao gồm các tải trọng tạm thời sau:
ƒ Tải trọng trên sàn do người và đồ đạc.
ƒ Tải trọng trên mái do người , do công tác sửa chữa.
ƒ Tải trọng do thiết bò như cầu trục , máy móc khác .
ƒ Vách ngăn di chuyển được.
Kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu nhà thép tiền chế :
ƒ Theo TCVN 2737-1995, hoạt tải trên mái tole là 30kg/m2.
ƒ Theo MBMA 2002, hoạt tải trên mái tole là 57kg/m2.
ƒ BMB lấy hoạt tải trên mái tole là 30 kg/m2.
1.3.Tải trọng gió:
p lực gió phân chia theo khu vực.
Ví dụ : Bình Dương : 55kg/m2, TP HCM : 83 kg/m2.
Tùy theo dạng nhà, độ dốc mái mà ta có các hệ số gió khác nhau .
Với áp lực gió và hệ số gió, đối với các nhà có nhòp và bước cột khác nhau , ta sẽ

tính được tải trọng gió tác động lên công trình .
Theo TCVN , nhà trên 40m sẽ tính gió động .
MBMA không xét gió động .
Kinh nghiệm, nhà xưởng thường dưới 40 m nên thiết kế theo TCVN hay MBMA
không quan tâm gió động.
( đọc thêm TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động, MBMA 2002).
2. Tổ hợp tải trọng:
Các tổ hợp của phương pháp ASD được qui đònh như sau:
DL + LL
DL + WL
DL + LL + ( WL hay 0.7 EL)
Nhà có cầu trục:
2


DL + CR
DL+ CR + 0.5 LL
DL + CR + 0.5 WL
Nhà có sàn :
DL + FL
Nhà có nhiệt độ thay đổi nhiều:
DL + TL
DL + LL + TL
DL+ ( WL hay 0.7 EL) + TL
Trong đó DL : tónh tải.
LL: hoạt tải.
WL: tải trọng gió
EL: tải trọng động đất
TL : tải nhiệt độ
FL : hoạt tải sàn

II. Khe co giãn ( khe nhiệt) và khe lún :
Theo Bảng 46 trang 74 sách TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế,
khoảng cách lớn nhất của các khe nhiệt độ của khung thép nhà và công trình 1 tầng
Đơn vò : m
Khoảng cách lớn nhất
Đặc điểm của
nhà và công
Từ khe nhiệt hay từ đầu mút nhà đến
Giữa các khe nhiệt
trình
trục của hệ giằng đứng gần nhất
Theo dọc nhà Theo ngang nhà
Nhà có cách
230
150
90
nhiệt
Nhà không cách
200
120
75
nhiệt và xưởng
nóng
Cầu cạn lộ thiên
130
120
50
Khe nhiệt : 2 cột bê tông đặt trên 1 móng . Cột đặt ngoài trời chòu tác động của nhiệt
độ , móng không chòu tác động của nhiệt độ. Đối với khung nhà thép tiền chế, khe nhiệt
được thiết kế bằng cách cấu tạo xà gồ và tole phù hợp cho việc co giãn.

Khe lún : mỗi cột đặt trên mỗi móng . Sử dụng khi khối nhà riêng biệt.

3


III. Chuyển vò cho phép của nhà thép tiền chế:
Theo Bảng 1 và bảng 2 trang 13 sách TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép Tiêu chuẩn
thiết kế và Bảng 1.1b trang I-5 sách MBMA 2002 , chuyển vò cho phép của nhà thép tiền
chế:
Loại cấu kiện
Kèo

Loại chuyển vò
Đứng

TCVN

Kèo

Đứng

L/250

Cột thép
Xà gồ
Dầm sàn
Dầm sàn
Cột đỡ cầu trục
Dầm đỡ cầu trục

Ngang
Đứng
Đứng
Đứng
Ngang
Đứng

H/100
L/200
L/250
H/1250 (phẳng )
L/500

(1) Nhà xưởng có treo trần thạch cao.
(2) Nhà xưởng có treo trần khác thạch cao.
(3) Nhà xưởng không có treo trần.

IV.Hướng dẫn giải nhà xưởng bằng SAP 2000:

4

MBMA 2002
L/360 (1)
L/240 (2)
L/180 (3)
L/240 (1)
L/180 (2)
L/120 (3)
H/60
L/150

L/240
L/360
H/400 < 5cm
L/600

Tổ hợp tải
LL

DL+LL

DL+WL
DL+LL
DL+FL
FL
DL+CR
DL+CR


™ Bước 1:
¾ Tìm lực từ file excel “ tính toán khung nhà xưởng TC Mỹ” của BMB.

¾ Nhập các thông số đầu vào từ các ô màu xanh ở “ SL nhập”

¾ Lấy tónh tải, hoạt tải, gió từ “thuyết minh” nhập vào Sap 2000.

5


¾ Lấy tónh tải, hoạt tải, gió từ “thuyết minh” nhập vào Sap 2000.
Lưu ý: chỉ nhập tải gió khung giữa để tính cho khung giữa,khung đhồi cho khung đh

¾ Tải khung nóc gió là 15kg/m2. (x diện tích nóc gió)=> đổi đơn vò ra tấn
rồi nhập vào khung sap để tính toán
Ví dụ : tải nóc gió tính được là 0.45T thì nhập lực tập trung -0.45 (như hình vẽ)

6


™ Bước 2: Mở Sap 2000 và tạo khung với các thông số sau:

- Khai báo đặc trưng vật liệu ( thép, BT…) của khung thiết kế:
¾ Material: steel : (Define / materials / Steel => chọn Modify/show materials )

Lưu ý: nhớ đổi đơn vò ra tấn/m

7


Xuất hiện hộp thoại: Material Property Data =>

W=7.85T/m3
E = 2.1x107 T/m2
ρ = 0.3
Fy = 34500T/ m2 (3450 kg/ m2 )
Khai báo tải : Trọng lượng bản thân (Dead Load)
Hoạt Tải
(Live load)
Tải gió 1, 2
(Wind load 1, 2)
* Ghi chú : Tải gió lấy từ bảng thuyết minh excel

- Khai báo tải cho khung thiết kế:
Thông thường có các loại tải : tónh tải mái, hoạt tải mái, tải gió…
Tùy đặc điểm công trình mà có thêm : tải treo, tải dầm phụ… ta phải khai báo thêm.

8


Xuất hiện hộp thoại Define Static Load Case Names =>

¾ Static load case : (các tải khai báo)

Load
DL
LL
WL1
WL2

Type
DEAD
LIVE
WIND
WIND

Self weight.
1
0
0
0

9

- Gán tải vào khung:
o Dead load (DL):
Chọn khung kèo, nhấp chuột vào biểu tượng

Xuất hiện cửa sổ
Chọn và nhập số liệu như sau: (lưu ý: nhớ đưa đơn vò về Ton/m)

10


Kiểm tra tải vừa gán: Display/showloads/frame…

Xuất hiện cửa sổ: Show frame load chọn dead load:

Tải dead load bao gồm tónh tải mái và tải nóc gió (như hình minh họa):

11


Töông töï, khai baùo taûi live load:

12


o Live load (LL) :
Khai báo tải gió như sau:

Giá trò W1, W2, W3, W4 lần lượt ứng với những vò trí:

o Wind load 1 (WL1) : ứng với giá trò tải case 1
o Wind load 2 (WL2) : ứng với giá trò tải case 2
Nếu tải bất đối xứng thì phải khai báo gió thổi từ trái qua phải và ngược lại.

- Khai báo tổ hợp tải cho khung thiết kế:

13


-

Choïn Modify/show combo:
Load combinations :
DL +LL : C1
DL + WL1 : C2
DL + WL2 : C3

14


Xuất hiện cửa sổ … : chọn và khai báo các mục như trong hình vẽ:

mục Case Name: chọn DL và nhấp vào ô add
Làm tương tự với LL ta được C1
Lưu ý: ở Enve ta chon như sau:

15


™ Bước 3:

¾ Chia đoạn kèo:như
form mẫu BMB theo nhòp nhà.(các đoạn
3;4.5;5;6;7.;9;12m)
Ví dụ : Với khung 60 m thì chia đoạn như sau: 6m, 9m, 9m, 6m.

¾ Giải -> chọn tiết diện như yêu cầu cắt thép BMB (134,148, 164, 184, 212…)

- Khai báo tiết diện cho khung thiết kế:
Define/frame sections :

16


- Xuất hiện hộp thoại:

Chọn Add I/Wide Flange để khai báo tiết diện I
Nhập các giá trò vào hộp thoại I/Wide Flange mới xuất hiện:

17


*Chú ý khi nhập tiết diện chữ I:
+ Chiều cao t3 chia chiều rộng cánh t2 (hay t3) không được lớn hơn 5.
+ Chiều dày cánh tf (tfb) chia chiều dày bụng tw không được lớn hơn 2.5
+ Chiều cao t3 chia chiều dày bụng tw không lớn hơn 180.
+ Tại nách khung, chiều cao cột không chênh lệch so với chiều cao kèo quá
200mm.
+ Chiều dài tối đa để chuyên chở là 12m---> Chiều dài phân đoạn tối đa 12m.
+ Nên cho bề rộng cánh bằng nhau cho 1 phân đoạn. Nếu chúng khác nhau thì nên
tạo mối nối.

+ Đối tiết diện hình thang, sự khác nhau của chiều cao bắt đầu đến kết thúc nên
lớn hơn 100mm.
+ Đối tiết diện thép tổ hợp thay đổi theo hình thang, độ dốc tiết diện không quá
o
15
+ Chiều cao bụng tối đa nên nhỏ hơn 1500mm vì yêu cầu kỹ thuật.

- Gán tiết diện cho khung:
+ Chọn phần tử cần gán tiết diện bằng cửa sổ hay lệnh Select.

+ Vào Menu Define chọn frame section hay chọn biểu tượng I trên màn hình (bước
bên trên).
+Chọn tiết diện cần gán và nhấn OK

18


Đoạn kèo 9m

- Chọn tiêu chuẩn thiết kế:
+ Vào Menu Options chọn Preferences .Chọn Tab Steel và trong Steel design code

chọn tiêu chuẩn AISC-ASD89.Nhấn Ok để đóng.

19


Lưu ý: sau khi khai báo đầy đủ :
♥ Đặc trưng vật liệu
♥ Tiết diện của khung:

♥ Các trường hợp tải:
♥ Các tổ hợp tải:
Nhấn F5 để Sap tính toán:

Sau đó nhấn Ctrl F5, nhấp chuột phải vào các tiết diện để khai báo hệ số giằng
Xuất hiện cửa sổ: nhấp chuột vào ReDesign để nhập hệ số giằng:

20


Cách tính hệ số giằng như sau: lấy khoảng cách không giằng / phân đoạn kèo
+Đối với kèo, hệ số giằng là khoảng cách xà gồ chia phân đoạn kèo.
Vd: Khoảng cách xà gồ là 1.4m
Đoạn kèo dài 9m
=> hệ số giằng =0.15

+Đối với cột, hệ số giằng là giá trò lớn hơn giữa khoảng cách 2 cây xà gồ liên tiếp xa nhất
và khoảng cách từ đáy cột thép tới cây xà gồ đầu tiên chia phân đoạn cột.
Vd: Khoảng cách xà gồ là a=1.4m.Tường gạch cao b=4m từ cốt +0.000 . Cây xà gồ cách
tường c=1m
Đoạn cột cao h=10m từ cốt +0.000
=> hệ số giằng =max(a,(b+c))/h=(max(1.4,(4+1))/10=max(1.4,5)=5/10=0.5

Sau đó nhấn Ctrl F5 để Sap thiết kế
¾ Kiểm tra tỷ số ứng suất <1, chuyển vò nhỏ hơn tiêu chuẩn qui đònh và không
báo hiệu Stress check Message kl/r >200 trong Detail là đạt.

21

¾ Cột, kèo đầu hồi tính như dầm đơn giản chòu tải gió và tải mái.
IV.Hướng dẫn nhập tải trọng động đất bằng SAP 2000:
1. Tải trọng động đất theo phương pháp lực tónh tương đương :
1.1 Các bước lập sơ đồ tính, gán các đặc trưng hh, tải trọng, tổ hợp…
1.2 Bước 2 :
Xác đònh trọng lượng kết cấu ( Tónh tải của khung trong Sap 2000 ) và lực cắt đáy và lực
tập trung ở đỉnh mái ( theo file excel )

22


1.3 Bước 3 : gán lực cắt đáy và lực tập trung ở đỉnh mái vào kết cấu ( gán lực tập trung
theo phương ngang nhà như các tải trọng bình thường khác )
1.4 Các bước tiếp theo :
Các bước tiếp theo, kể cả việc tổ hợp nội lực làm bình thường theo quy đònh.
2. Tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng :
2.1.Các bước lập sơ đồ tính, gán các đặc trưng hh, tải trọng, tổ hợp…
2.2.Bước 2 : Đònh nghóa xây dựng phổ thiết kế gia tốc nền : Vào Response Spectrum
trong Define\Functions\ Response Spectrum\chọn Add New Function được :

23


Và thực hiện việc Modify các thông số của Phổ thiết kế được tính bới hướng dẫn trong
TCXDVN 375:2006 \3.2.2
2.3. Bước 3 : vào Define\Analysic Casec…\chọn Add new case… được :

2.4.Các bước tiếp theo :
Các bước tiếp theo, kể cả việc tổ hợp nội lực làm bình thường theo quy đònh.

24