Liên kết dầm mái (xà) vào cột - Nhà công nghiệp / MinTu-Info

Dầm mái liên kết cứng vào cột có thể được thực hiện theo nhiều cách: Xà liên kết trên đỉnh cột và xà liên kết bên cạnh cột.

Download Bảng Excel tính toán liên kết dầm mái vào cột → Price: 50K

Khi này đỉnh cột và dầm mái hàn 2 bản bích, dùng bu lông liên kết 2 bản bích này lại. Đường kính bu lông thường chọn d = 16, 20, 24, 27, 30.

Bản bích có bề rộng bề rộng cột (b_bb = b_f), kéo dài thêm ra phía ngoài nhà (hoặc có thể cả 2 phía) để bố trí thêm một hàng bu lông. Các bu lông chịu kéo bố trí từ 2 đến 4 hàng, bu lông phía nén bố trí từ 1 đến 2 hàng. Khoảng cách giữa các bu lông lấy theo bảng sau:

Có 2 quan niệm tính:

Quan niệm tính thứ nhất: Coi liên kết xoay quanh hàng bu lông ngoài cùng. Cách tính này thiên về an toàn và tính toán đươn giản nên thường được sử dụng.
Quan niệm tính thứ 2: Dựa theo cách tính của Viện kết cấu thép Hoa Kỳ – AISC. Cách tính này có kể đến sự biến dạng thực tế của liên kết.

Trong bài viết hôm nay mình xin hướng dẫn cách tính theo quan niệm thứ nhất: Liên kết xoay quanh hàng bu lông ngoài cùng.

Download Bảng Excel tính toán liên kết dầm mái vào cột → Price: 50K

1. Các thông số đầu vào

Vật liệu: Thép, bu lông, que hàn
Nội lực tính toán: M, N, V
Các hệ số
Kích thước tiết diện cột, dầm mái, bu lông

2. Chọn trước số lượng bu lông và bố trí trước

Thường bố trí thành 2 dãy ở 2 bên bản bụng. Ta xác định được:

n_b: số lượng bu lông trong liên kết
m: số dãy bu lông
h₁: khoảng cách từ tâm quay đến bu lông xa nhất
h_i: khoảng cách từ tâm quay đến hàng bu lông thứ i
y_b: khoảng cách từ tâm tiết diện cột (trục cột) đến tâm quay

3. Xác định khả năng chịu lực của một bu lông

a. Khả năng chịu kéo của một bu lông

[N]_tb = A_bn.f_tb

trong đó:

A_bn: diện tích tiết diện thực của bu lông (phần bị ren)
f_tb: cường độ tính toán chịu kéo của bu lông

b. Khả năng chịu cắt của một bu lông

[N]_vb = γ_b.f_vb.A_b.n_v

trong đó:

γ_b: hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông. Giá trị γ_b xem bảng 2.9 sách “Kết cấu thép – Cấu kiện cơ bản“.
f_vb: cường độ tính toán chịu cắt của bu lông
A_b: diện tích tiết diện nguyên của bu lông (phần không bị ren)
n_v: số lượng mặt cắt tính toán bu lông. Giá trị n_v phụ thuộc vào số lượng cấu kiện chịu lực được liên kết. Ví dụ: có 2 bản bích thì n_v = 1, có 3 bản bích thì n_v = 2, …

c. Khả năng chịu ép mặt của một bu lông

[N]_cb = γ_b.d.(Σt)_min.f_cb

trong đó:

d: đường kính bu lông
(Σt)_min: tổng chiều dày nhỏ nhất của các các bản thép cùng trượt về một phía
f_cb: cường độ tính toán chịu ép mặt của một bu lông

Download Bảng Excel tính toán liên kết dầm mái vào cột → Price: 50K

4. Tính toán và kiểm tra bu lông trong liên kết

a. Kiểm tra khả năng chịu kéo

+ Trường hợp liên kết chịu M, N^(-):

Mô men gây uốn bản bích, tách 2 bản bích. Lực dọc nén hạn chế bớt sự uốn này (ép 2 bản vào). Do đó thiên về an toàn bỏ qua ảnh hưởng của lực nén N. Coi liên kết xoay quanh hàng bu lông trong cùng (hoặc ngoài cùng) về phía gây nén của mô men. Bỏ qua ảnh hưởng của các bu lông ở miền chịu nén.

Lực kéo lớn nhất trong bu lông xa nhất là:

N_b,max = (M.h₁)/(m.Σh_i²)

Chú ý: Muốn xác định được vị trí của các bu lông nằm trong miền chịu nén, ta làm theo các bước sau:

xác định ứng suất σ_max,min = N/A_bb ± M/W_bb. Dấu của N, M lấy giá trị tuyệt đối.
xác định chiều dài đoạn phân bố ứng suất nén. y = (σ_max.L)/(σ_max + σ_min)
các bu lông nằm trong miền chịu nén sẽ phân bố trong khoảng chiều dài “y” trên
xem tương tự mục 3.2 của Bài viết “Chân cột ngàm – Chỉ có bản đế – Loại 1” để hiểu cách xác định chiều dài đoạn phân bố ứng suất nén “y“.

+ Trường hợp liên kết chịu M, N⁽⁺⁾:

Gần đúng và an toàn, bu lông sẽ chịu thêm lực kéo do mô men lệch tâm của lực N với tâm quay.

Lực kéo lớn nhất trong bu lông xa nhất là:

N_b,max = ((M + N.y_b).h₁)/(m.Σh_i²)

+ Lực kéo lớn nhất trong bu lông xa nhất thỏa mãn điều kiện:

N_b,max≤ [N]_tb.γ_c

trong đó:

γ_c: hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

+ Diện tích yêu cầu của một bu lông là: A_bn ≥ N_b,max/f_tb

b. Kiểm tra khả năng chịu cắt

Lực cắt tác dụng lên 1 bu lông:

N_vb = V_max/n_b

thỏa mãn điều kiện: N_vb ≤ [N]_b,min= min([N]_vb, [N]_cb).γ_c

Download Bảng Excel tính toán liên kết dầm mái vào cột → Price: 50K

5. Xác định bề dày bản bích

Lực kéo trong các hàng bu lông tiếp theo: N_i = N_b,max.h_i/h₁

Bản bích phải có chiều dày b_bb đủ lớn để truyền lực kéo do mô men vào bu lông. Lấy giá trị lớn hơn trong hai trị số sau:

+ Chiều dày bản bích theo lực kéo lớn nhất trong hàng bu lông ngoài cùng:

+ Chiều dày bản bích theo tổng lực kéo trong các hàng bu lông (bỏ qua bu lông trong vùng chịu nén):

trong đó:

b_bb: chiều rộng bản bích
b_o: khoảng cách 2 dãy bu lông
h_n = h₁: khoảng cách 2 hàng bu lông xa nhất

Vậy chiều dày bản bích yêu cầu là: t_bb = max(t₁, t₂)

6. Kiểm tra đường hàn liên kết bản bích vào cột, dầm mái

+ Chọn chiều cao đường hàn:

Đường hàn theo chu vi cánh cột: h_f,f
đường hàn theo chu vi bụng cột: h_f,w

+ Xác định đặc trưng hình học tiết diện đường hàn:

L_f,1 = b_f – 10mm
L_f,2 = 0,5.(L_f,1 – t_w)
L_w = h_w – 2.h_f,f
y_f,1 = 0,5.(h + h_f,f)
y_f,2 = 0,5.(h_w – h_f,f)
A_wf = 2.h_f,f.(L_f,1 + 2.L_f,2) + 2.h_f,w.L_w
I_wf = 2.h_f,w.(L_w)³/12 + 2.h_f,f.(L_f,1.(y_f,1)² + 2.L_f,2.(y_f,2)²)
W_wf = (2.I_wf)/(2.y_f,1)

+ Ứng suất trong đường hàn:

Thỏa mãn điều kiện: τ_w ≤ (β.f_w)_min.γ_c

Ý nghĩa của giá trị (β.f_w)_min xem Mục 8 của bài viết Tính toán Cột thép chịu nén đúng tâm theo TCVN

Download Bảng Excel tính toán liên kết dầm mái vào cột → Price: 50K

7. Kiểm tra ứng suất trong các bộ phận do lực kéo bu lông truyền vào:

Lực kéo trong bu lông các hàng được phân phối cho bản cánh, bản bụng cột, sườn gia cường.

Mình xin hướng dẫn một ví dụ đơn giản, các bạn dùng nó để áp dụng vào trường hợp của mình nha!!!

a. Trường hợp 1:

+ Bản sườn 1:

Lực kéo N_b,max phân phối cho bản sườn 1: N_s1 = N_b,max/(1+(L₁/L₂)³)

Ứng suất trong bản sườn 1: σ_s1 = 2.N_s1/(h_s1.t_s1) ≤ f.γ_c

trong đó:

L₁: khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bản bụng (hoặc sườn 1)
L₂: khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bản cánh cột
h_s1: chiều cao tiết diện bản sườn 1
t_s1: chiều dày bản sườn 1

+ Bản cánh cột

Lực kéo N_b,max phân phối cho bản cánh cột: N_c1 = N_b,max/(1+(L₂/L₁)³)

Lực kéo N₂ phân phối cho bản cánh cột: N_c2 = N₂/(1+(L₃/L₁)³)

Ứng suất trong bản cánh cột: σ_c = (N_c1 + N_c2)/(0,5.b_f.t_f) ≤ f.γ_c

trong đó:

L₃: khoảng cách từ tâm bu lông hàng thứ 2 đến trục bản cánh cột
b_f: chiều rộng bản cánh cột
t_f: chiều dày bản cánh cột

+ Bản bụng cột:

Lực kéo N₂ phân phối cho bản bụng cột: N_b1 = N₂/(1+(L₁/L₃)³)

Ứng suất trong bản bụng cột do N_b1: σ_b1 = 2.N_b1/(b₂.t_w) ≤ f.γ_c

Lực kéo N₃ phân phối cho bản bụng cột: N_b2 = N₃/(1+(L₁/L₄)³)

Ứng suất trong bản bụng cột do N_b2: σ_b2 = 2.N_b2/(b₃.t_w) ≤ f.γ_c

trong đó:

L₄: khoảng cách từ tâm bu lông hàng thứ 3 đến trục bản sườn 2
b₂: diện phân bố của lực kéo N₂ vào bụng cột
b₃: diện phân bố của lực kéo N₃ vào bụng cột

+ Bản sườn 2:

Lực kéo N₃ phân phối cho bản sườn 2: N_s2 = N₃/(1+(L₄/L₁)³)

Ứng suất trong bản sườn 1: σ_s2 = 2.N_s2/(h_s2.t_s2) ≤ f.γ_c

h_s2: chiều cao tiết diện bản sườn 2
t_s2: chiều dày bản sườn 2

b. Trường hợp 2:

Ý nghĩa các thông số giống trường hợp 1

+ Bản sườn 1:

Lực kéo N_b,max phân phối cho bản sườn 1: N_s1 = N_b,max/(1+(L₁/L₂)³)

Ứng suất trong bản sườn 1: σ_s1 = 2.N_s1/(h_s1.t_s1) ≤ f.γ_c

+ Bản cánh cột

Lực kéo N_b,max phân phối cho bản cánh cột: N_c1 = N_b,max/(1+(L₂/L₁)³)

Lực kéo N₂ phân phối cho bản cánh cột: N_c2 = N₂/(1+(L₃/L₁)³)

Ứng suất trong bản cánh cột: σ_c = (N_c1 + N_c2)/(0,5.b_f.t_f) ≤ f.γ_c

+ Bản bụng cột:

Lực kéo N₂ phân phối cho bản bụng cột: N_b1 = N₂/(1+(L₁/L₃)³)

Ứng suất trong bản bụng cột do N_b1: σ_b1 = 2.N_b1/(b₂.t_w) ≤ f.γ_c

Vì bu lông ở hàng thứ 3 cách tương đối xa bản cánh cột nên coi toàn bộ lực kéo N₃ của bu lông phân cho bản bụng.Có N_b2 = N₃

Ứng suất trong bản bụng cột do N_b2: σ_b2 = 2.N_b3/(b₃.t_w) ≤ f.γ_c

Download Bảng Excel tính toán liên kết dầm mái vào cột → Price: 50K