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 (bbb = bf), 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:

• nb: số lượng bu lông trong liên kết
• m: số dãy bu lông
• h1: khoảng cách từ tâm quay đến bu lông xa nhất
• hi: khoảng cách từ tâm quay đến hàng bu lông thứ i
• yb: 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 = Abn.ftb

trong đó:

• Abn: diện tích tiết diện thực của bu lông (phần bị ren)
• ftb: cường độ tính toán chịu kéo của bu lông

b. Khả năng chịu cắt của một bu lông

[N]vb = γb.fvb.Ab.nv

trong đó:

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

c. Khả năng chịu ép mặt của một bu lông

[N]cb = γb.d.(Σt)min.fcb

trong đó:

• d: đường kính bu lông
• (Σt)min: tổng chiều dày nhỏ nhất của các các bản thép cùng trượt về một phía
• fcb: 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:

Nb,max = (M.h1)/(m.Σhi2)

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 σmax,min = N/Abb ± M/Wbb. Dấu của N, M lấy giá trị tuyệt đối.
• xác định chiều dài đoạn phân bố ứng suất nén. y = (σmax.L)/(σmax + σmin)
• 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:

Nb,max = ((M + N.yb).h1)/(m.Σhi2)

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

Nb,max ≤ [N]tb.γc

trong đó:

• γc: hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

+ Diện tích yêu cầu của một bu lông là: Abn ≥ Nb,max/ftb

b. Kiểm tra khả năng chịu cắt

Lực cắt tác dụng lên 1 bu lông:

Nvb = Vmax/nb

thỏa mãn điều kiện: Nvb ≤ [N]b,min = min([N]vb, [N]cb).γc

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: Ni = Nb,max.hi/h1

Bản bích phải có chiều dày bbb 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:

• bbb: chiều rộng bản bích
• bo: khoảng cách 2 dãy bu lông
• hn = h1: khoảng cách 2 hàng bu lông xa nhất

Vậy chiều dày bản bích yêu cầu là: tbb = 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: hf,f
• đường hàn theo chu vi bụng cột: hf,w

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

• Lf,1 = bf – 10mm
• Lf,2 = 0,5.(Lf,1 – tw)
• Lw = hw – 2.hf,f
• yf,1 = 0,5.(h + hf,f)
• yf,2 = 0,5.(hw – hf,f)
• Awf = 2.hf,f.(Lf,1 + 2.Lf,2) + 2.hf,w.Lw
• Iwf = 2.hf,w.(Lw)3/12 + 2.hf,f.(Lf,1.(yf,1)2 + 2.Lf,2.(yf,2)2)
• Wwf = (2.Iwf)/(2.yf,1)

+ Ứng suất trong đường hàn:

Thỏa mãn điều kiện: τw ≤ (β.fw)min.γc

Ý nghĩa của giá trị (β.fw)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 Nb,max phân phối cho bản sườn 1: Ns1 = Nb,max/(1+(L1/L2)3)

Ứng suất trong bản sườn 1: σs1 = 2.Ns1/(hs1.ts1) ≤ f.γc

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
• hs1: chiều cao tiết diện bản sườn 1
• ts1: chiều dày bản sườn 1

+ Bản cánh cột

Lực kéo Nb,max phân phối cho bản cánh cột: Nc1 = Nb,max/(1+(L2/L1)3)

Lực kéo N2 phân phối cho bản cánh cột: Nc2 = N2/(1+(L3/L1)3)

Ứng suất trong bản cánh cột: σc = (Nc1 + Nc2)/(0,5.bf.tf) ≤ f.γc

trong đó:

• L3: khoảng cách từ tâm bu lông hàng thứ 2 đến trục bản cánh cột
• bf: chiều rộng bản cánh cột
• tf: chiều dày bản cánh cột

+ Bản bụng cột:

Lực kéo N2 phân phối cho bản bụng cột: Nb1 = N2/(1+(L1/L3)3)

Ứng suất trong bản bụng cột do Nb1: σb1 = 2.Nb1/(b2.tw) ≤ f.γc

Lực kéo N3 phân phối cho bản bụng cột: Nb2 = N3/(1+(L1/L4)3)

Ứng suất trong bản bụng cột do Nb2: σb2 = 2.Nb2/(b3.tw) ≤ f.γc

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: Ns2 = N3/(1+(L4/L1)3)

Ứng suất trong bản sườn 1: σs2 = 2.Ns2/(hs2.ts2) ≤ f.γc

• hs2: chiều cao tiết diện bản sườn 2
• ts2: chiều dày bản sườn 2

b. Tr­ường hợp 2:

Ý nghĩa các thông số giống trường hợp 1

+ Bản sườn 1:

Lực kéo Nb,max phân phối cho bản sườn 1: Ns1 = Nb,max/(1+(L1/L2)3)

Ứng suất trong bản sườn 1: σs1 = 2.Ns1/(hs1.ts1) ≤ f.γc

+ Bản cánh cột

Lực kéo Nb,max phân phối cho bản cánh cột: Nc1 = Nb,max/(1+(L2/L1)3)

Lực kéo N2 phân phối cho bản cánh cột: Nc2 = N2/(1+(L3/L1)3)

Ứng suất trong bản cánh cột: σc = (Nc1 + Nc2)/(0,5.bf.tf) ≤ f.γc

+ Bản bụng cột:

Lực kéo N2 phân phối cho bản bụng cột: Nb1 = N2/(1+(L1/L3)3)

Ứng suất trong bản bụng cột do Nb1: σb1 = 2.Nb1/(b2.tw) ≤ f.γc

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 Nb2 = N3

Ứng suất trong bản bụng cột do Nb2: σb2 = 2.Nb3/(b3.tw) ≤ f.γc

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