Bài tập etabs thiết kế kết cấu công trình: Thiết kế khung phẳng kết cấu thép

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

THIEÁT KEÁ KHUNG PHAÚNG KEÁT CAÁU THEÙP BAØI TAÄP 1

Hình 1.1a. Lieân keát daàm saøn Hình 1.1b. Sô ñoà khung

Moät khung theùp coù nhòp 9m, chieàu cao taàng 1 laø 4.2m, caùc taàng coøn laïi laø 3.6m (hình 1.1b). Ñaây laø khung chòu löïc chính cuûa coâng trình duøng keát caáu saøn composite (hình 1.1a). Tónh taûi tieâu chuaån vaø hoaït taûi tieâu chuaån töø caùc daàm phuï truyeàn vaøo khung nhö (hình 1.3 vaø 1.4), taûi troïng gioù tieâu chuaån nhö (hình 1.5). - Caùc caáu kieän coù tieát dieän chöõ I laøm baèng theùp CT3 toå hôïp haøn, kích thöôùc nhö sau (hình 1.2): * Coät : t3=400mm; t2=300mm; tf=12mm; tw=8mm. * Daàm saøn : t3=600mm; t2=200mm; tf=10mm; tw=8mm. * Daàm maùi : t3=500mm; t2=200mm; tf=10mm; tw=8mm. - Daàm vaø coät lieân keát cöùng, coät vaø moùng lieân keát khôùp

Hình 1.2. Tieát dieän chöõ I

Noäi dung cuûa baøi taäp :

(1) Chaïy baøi toaùn Analysis ñeå phaân tích keát caáu (noäi löïc vaø bieán daïng). (2) Chaïy baøi toaùn Design ñeå kieåm tra kích thöôùc tieát dieän theo tieâu chuaån AISC-LRFD99, vôùi hai tröôøng hôïp:

• • toå hôïp taûi troïng theo TCVN toå hôïp taûi troïng theo AISC-LRFD99

(3) Tieát dieän ñaõ choïn ban ñaàu khaù dö. Thöïc hieän quaù trình laëp Analysis → Design → Analysis → Design→ ... ñeå thieát keá toái öu khung theùp, trong ñoù seõ cho ETABS töï ñoäng choïn tieát dieän nhoû nhaát maø vaãn baûo ñaûm khaû naêng chòu löïc (kinh teá nhaát).

(4) Thieát keá toái öu khung theùp coù xeùt theâm ñieàu kieän veà khoáng cheá chuyeån vò (ñoä voõng cuûa daàm do toaøn boä taûi troïng ñöùng, ñoä nghieâng cuûa coät do taûi troïng ngang, ...). So saùnh tieát dieän ñöôïc choïn vôùi keát quaû tieát dieän ôû muïc (3).

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 1

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 1.3. Tónh taûi (T)

Hình 1.4. Hoaït taûi (T)

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 2

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 1.5. Taûi troïng gioù töø traùi sang phaûi (T)

THIEÁT KEÁ KHUNG THEÙP TIEÀN CHEÁ COÙ TIEÁT DIEÄN THAY ÑOÅI BAØI TAÄP 2

Soá lieäu L = 32m H = 6.5m i = 15% Böôùc coät = 8m Theùp CT3 Vuøng gioù II-A Ñòa hình daïng B

Hình 2.1. Sô ñoà khung ngang nhaø xöôûng

Baûng 2.1. KÍCH THÖÔÙC TIEÁT DIEÄN CHÖÕ I CUÛA KHUNG NGANG

Vò trí

Chaân coät Ñænh coät (naùch) Ñaàu xaø ngang (naùch) Giöõa xaø ngang Ñænh xaø ngang t3 (mm) 400 700 700 400 500 t2 (mm) 250 250 250 250 250 tf (mm) 12 12 12 12 12 tw (mm) 8 8 8 8 8

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 3

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Ta döï ñònh seõ chæ tính khung ngang chính, do ñoù taûi troïng (thaúng ñöùng vaø gioù) taùc duïng leân khung cöûa maùi ñöôïc quy veà thaønh löïc taäp trung treân khung ngang. Tónh taûi - Phaân boá treân chieàu daøi xaø ngang do tole, xaø goà, lôùp caùch nhieät = 137 kG/m (chöa keå troïng löôïng baûn thaân khung theùp)

- Taäp trung taïi chaân cöûa maùi (do khung cöûa maùi, keå caû kính) = 1026 kG - Phaân boá treân chieàu daøi coät (do vaùch bao che) = 137 kG/m

Hoaït taûi

- Phaân boá treân chieàu daøi xaø ngang = 312 kG/m - Taäp trung taïi chaân cöûa maùi (do khung cöûa maùi truyeàn xuoáng) = 945 kG

Gioù { xem hình 2.2 }

Hình 2.2 Caùc sô ñoà ñeå tính taùc ñoäng cuûa gioù

- Phaân boá treân chieàu daøi coät phía ñoùn gioù = 637 kG/m - Phaân boá treân chieàu daøi coät phía khuaát gioù = 398 kG/m - Phaân boá treân xaø ngang (gioù boác vuoâng goùc vôùi xaø ngang) : 112 kG/m cho phía ñoùn gioù vaø 398 kG/m cho phía khuaát gioù.

- Taäp trung taïi chaân cöûa maùi : löïc ngang 1120 kG vaø 268 kG; löïc ñöùng 648 kG vaø 643 kG

Hình 2.3. Moâ hình khung theùp tieàn cheá coù tieát dieän thay ñoåi

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 4

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

KHUNG –SAØN KHOÂNG GIAN BTCT BAØI TAÄP 3

Hình 3.1. Moâ hình keát caáu khoâng gian

Hình 3.2. Maët baèng coät, daàm saøn taàng ñieån hình

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 5

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 3.3. Hoaït taûi tính toaùn (T/m2) treân saøn taàng ñieån hình

Hình 3.4 Troïng löôïng caùc lôùp hoaøn thieän (T/m2) treân saøn taàng ñieån hình

Hình 3.5. Troïng löôïng töôøng xaây tröïc tieáp treân saøn, taïm quy ñoåi ra phaân boá ñeàu (T/m2)

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 6

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

KHUNG SAØN KHOÂNG GIAN BTCT BAØI TAÄP 4

Hình 4.1. 3-D view

Moät coâng trình vaên phoøng 8 taàng coù moâ hình keát caáu nhö hình 4.1. Hình 4.2 theå hieän maët baèng löôùi coät. Kích thöôùc tieát dieän coät BTCT coù theå xem treân caùc maët caét hình 4.3, 4.4 vaø 4.5. Hình 4.6. theå hieän maët baèng boá trí ñaø kieàng BTCT. Trong quaù trình nhaäp taûi troïng thì baïn haõy nhaäp troïng löôïng töôøng xaây cho heä ñaø kieàng naøy, vôùi caùc töôøng daøy 200mm ôû bieân vaø caùc töôøng ngaên daøy 100mm ôû giöõa, caùc khu vöïc sinh hoaït chung (saûnh, haønh lang, ...) khoâng coù töôøng. Caùc hình 4.7, 4.8, 4.9 vaø 4.10 theå hieän maët baèng boá trí daàm saøn BTCT, goàm coù caùc daàm chính vaø daàm phuï tröïc giao. Kích thöôùc tieát dieän cuõng ñöôïc cho treân hình veõ. Ví duï S80 laø saøn daøy 80mm, S100 laø saøn daøy 100mm, D30x60 laø tieát dieän daàm coù chieàu cao 60cm vaø chieàu roäng 30cm, C55x55 laø tieát dieän coät vuoâng caïnh 55cm, vv...

Hình 4.2. Löôùi coät

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 7

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 4.3. Maët caét qua truïc D hoaëc B

Ghi chuù : Khoaûng caùch töø maët moùng tôùi ñaø kieàng : 1.5m Chieàu cao moãi taàng töø taàng 1 tôùi maùi : 4.2 m Chieàu cao buoàng che caàu thang : 2.8m

Baûng 4.1. CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP TAÛI TROÏNG

Dieãn giaûi Teân BanThan

HoanThien

Tuong

HoatTai1 HoatTai2 HoatTai3 HoatTai4 GioX GioY Troïng löôïng baûn thaân keát caáu, do phaàn meàm töï tính (n=1.1) Troïng löôïng caùc lôùp hoaøn thieän, ñöôïc nhaäp döôùi daïng taûi phaân boá treân saøn coù chieàu gravity vôùi trò soá ñöôïc cho ôû hình 4.11 Troïng löôïng töôøng xaây treân daàm ñöôïc nhaäp döôùi daïng löïc phaân boá treân Frame. Troïng löôïng töôøng xaây treân saøn ñöôïc nhaäp döôùi daïng taûi phaân boá treân AREA coù chieàu gravity vôùi trò soá ñöôïc cho ôû hình 4.12 Hoaït taûi söû duïng treân saøn vôùi trò soá ñöôïc cho treân hình 4.13. Ta xeùt boán tröôøng hôïp xeáp hoaït taûi caùch taàng theo töøng daõy nhö hình 4.15 (HoatTai1), 4.16 (HoatTai2), 4.17 (HoatTai3) vaø 4.18 (HoatTai4); trong ñoù caùc oâ saøn ñöôïc gaïch cheùo laø caùc oâ saøn ñöôïc nhaäp hoaït taûi. Gioù theo chieàu truïc X Gioù theo chieàu truïc Y

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 8

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Moät soá chuù yù khi nhaäp taûi troïng ñöùng : - Nhaäp theâm taûi troïng treân daàm ôû khu vöïc chieáu tôùi caàu thang (truïc 1-2-B-C vaø truïc 5-6-B-C) do caàu thang truyeàn vaøo (taûi phaân boá treân moät ñoaïn daàm). - Nhaäp theâm taûi troïng taäp trung taïi coät truïc 1-B, 1-C, 6-B, 6-C caùc taàng do daàm chieáu nghæ truyeàn vaøo.

- Nhaäp theâm taûi troïng taäp trung taïi coät truïc 1-B, 1-D, 2-B, 2-D, 5-B, 5-D, 6-B, 6-D ôû ñænh buoàng thang do hoà nöôùc maùi truyeàn vaøo. Löu yù laø do ta chöa ñöa caàu thang vaø hoà nöôùc maùi vaøo moâ hình tính neân caàn nhaäp caùc taûi troïng naøy. - Baïn coù theå cho hoaït taûi cuûa maùi khaùc vôùi hoaït taûi caùc saøn döôùi theo höôùng daãn cuûa tieâu chuaån Taûi troïng vaø taùc ñoäng.

Moät soá chuù yù khi nhaäp taûi troïng ngang:

- Coù nhieàu caùch moâ taû taûi troïng gioù. Trong baøi taäp naøy ta quy löïc gioù thaønh löïc taäp trung taùc duïng taïi caùc nuùt coät bieân moãi taàng, gom gioù ñaåy vaø gioù huùt thaønh moät trò soá luoân cho goïn. Chaúng haïn löïc gioù cuûa tröôøng hôïp GioX vaø GioY taïi taàng 2 ñöôïc nhaäp nhö hình 4.14. - Trò soá tính toaùn cuûa aùp löïc gioù (T/m2) vaø löïc gioù (T) ñöôïc theå hieän trong baûng 4.2 vaø 4.3.

Hình 4.4. Maët caét qua truïc A hoaëc E

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 9

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 4.5. Maët caét qua truïc C

Baûng 4.2. AÙP LÖÏC GIOÙ

c k AÙp löïc gioù W (T/m2) coù theå boû qua neáu muoán

(goäp chung phía ñoùn gioù vaø khuaát gioù); heä soá ñoä tin caäy n=1.2;

Chieàu cao Cao trình taàng (m) 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 2.8 Taàng Treät Laàu 1 Laàu 2 Laàu 3 Laàu 4 Laàu 5 Laàu 6 Laàu 7 Maùi Buoàng thang 0.8552 0.9688 1.0422 1.0976 1.1426 1.1807 1.2139 1.2434 1.2615 0.119 0.135 0.145 0.153 0.159 0.165 0.169 0.173 0.176 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 z (m) 0 4.2 8.4 12.6 16.8 21 25.2 29.4 33.6 36.4 Ghi chuù : Vuøng aùp löïc gioù II-A (W0= 83 daN/m2); ñòa hình daïng B; heä soá khí ñoäng c=1.4

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 10

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Baûng 4.3. LÖÏC GIOÙ TAÄP TRUNG TAÏI NUÙT COÄT BIEÂN MOÃI TAÀNG (T)

LÖÏC GIOÙ PHÖÔNG X TRUÏC A TRUÏC B TRUÏC D TRUÏC E 1.653 1.872 2.014 2.121 2.208 2.282 2.346 2.403

3.406 3.858 4.150 4.371 4.550 4.702 4.834 4.952

1.753 1.986 2.136 2.250 2.342 2.420 2.488 2.549

3.306 3.745 4.028 4.242 4.416 4.564 4.692 4.806

LÖÏC GIOÙ PHÖÔNG Y TRUÏC 2, 5 3.506 3.972 4.272 4.500 4.684 4.840 4.976 5.097

TRUÏC 1, 6 1.753 1.986 2.136 2.250 2.342 2.420 2.488 2.549

TRUÏC 3, 4 2.805 3.177 3.418 3.600 3.747 3.872 3.981 4.078

0.000

1.625

1.625

0.000

1.724

1.724

0.000

Cao trình Laàu 1 Laàu 2 Laàu 3 Laàu 4 Laàu 5 Laàu 6 Laàu 7 Maùi Buoàng thang

Hình 4.6. Maët baèng ñaø kieàng

Ghi chuù : tieát dieän ñaø chính= 300x600; ñaø ngaên töôøng nhoû = 200x200; ñaø phuï = 200x400

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 11

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 4.7. Maët baèng keát caáu taàng ñieån hình (1---> 7)

Hình 4.8. Tieát dieän daàm saøn taàng ñieån hình (1---> 7)

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 12

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 4.9. Maët baèng daàm saøn maùi Ghi chuù : chieàu daøy saøn vaø tieát dieän daàm gioáng taàng ñieån hình

Hình 4.10. Maët baèng daàm saøn maùi che caàu thang Ghi chuù : tieát dieän daàm chính = 250x500; daàm phuï 200x350; saøn daøy 80

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 13

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 4.11. Troïng löôïng caùc lôùp hoaøn thieän treân saøn taàng ñieån hình (T/m2)

Hình 4.12. Troïng löôïng töôøng xaây tröïc tieáp treân saøn taàng ñieån hình (T/m2)

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 14

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 4.13. Hoaït taûi saøn taàng ñieån hình (T/m2)

Hình 4.14. Löïc gioù ôû cao trình laàu 2

Caáu truùc Caáu truùc

Toå hôïp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 TinhTai + HoatTai1 TinhTai + HoatTai2 TinhTai + HoatTai3 TinhTai + HoatTai4 TinhTai + HoatTaiDay TinhTai + GioX TinhTai − GioX TinhTai + GioY TinhTai − GioY TinhTai + 0.9 (HoatTai1 + GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTai2 + GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTai3 + GioX) Toå hôïp 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 TinhTai + 0.9 (HoatTai2 − GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTai3 − GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTai4 − GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTaiDay − GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTai1 + GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTai2 + GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTai3 + GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTai4 + GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTaiDay + GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTai1 − GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTai2 − GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTai3 − GioY)

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 15

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

13 14 15 TinhTai + 0.9 (HoatTai4 + GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTaiDay + GioX) TinhTai + 0.9 (HoatTai1 − GioX) 28 29 Envelope TinhTai + 0.9 (HoatTai4 − GioY) TinhTai + 0.9 (HoatTaiDay − GioY) max,min {1,2, ...., 29}

Laàu 1, 3, 5, 7, buoàng thang Laàu 2, 4, 6, maùi Hình 4.15. Tröôøng hôïp HoatTai1

Laàu 2, 4, 6, maùi Laàu 1, 3, 5, 7, buoàng thang Hình 4.16. Tröôøng hôïp HoatTai2

Laàu 1, 3, 5, 7, buoàng thang Laàu 2, 4, 6, maùi Hình 4.17. Tröôøng hôïp HoatTai3

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 16

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Laàu 2, 4, 6, maùi Laàu 1, 3, 5, 7, buoàng thang Hình 4.18. Tröôøng hôïp HoatTai4

(b) Löôùi theo chieàu cao Hình 4.19. Ñònh nghóa heä thoáng löôùi ñeå khôûi taïo moâ hình.

(a) Löôùi treân maët baèng

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 17

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

THIEÁT KEÁ KHUNG KHOÂNG GIAN KEÁT CAÁU THEÙP

BAØI TAÄP 5

Hình 5.1 Maët baèng daàm saøn ñieån hình

Hình 5.2. Moâ hình keát caáu khoâng gian

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 18

ETABS Baøi taäp cô baûn môû ñaàu

Hình 5.3. Moät soá chi tieát lieân keát

Moät coâng trình vaên phoøng 3 taàng, löôùi coät 9mx9m nhö hình 5.1 vaø 5.2. Khung chòu löïc chính goàm coù coät vaø daàm theùp. Heä daàm goàm coù daàm chính (nhòp 9m), vaø caùc daàm phuï (nhòp 9m) caùch khoaûng 1.8m. Keát caáu saøn thuoäc loaïi composite, goàm baûn beâtoâng naèm treân taám deck. Coù 2 oâ caàu thang keát hôïp gieáng trôøi coù kích thöôùc 5m x 5.4m. Chieàu cao taàng 1 laø 4.5m, moãi taàng coøn laïi laø 4m. • Kích thöôùc tieát dieän sô boä (baïn ñoïc caàn kieåm tra laïi, vaø thay ñoåi cho hôïp lyù hôn) : Coät H400x400x12x8; Daàm chính I600x200x12x8; Daàm phuï I500x180x10x6; baûn BT daøy 60

• Taûi troïng

• Taàng 1 vaø 2 : Tónh taûi:

- Lôùp hoaøn thieän vaø vaùch ngaên coá ñònh treân saøn : 0.20 T/m2 - Treân caùc daàm bieân theo chu vi : 0.38 T/m - Treân daàm chieáu tôùi khu caàu thang : 1.50 T/m Hoaït taûi:

- Treân saøn : 0.24 T/m2 - Treân daàm chieáu tôùi (do caàu thang truyeàn vaøo) : 1.50 T/m • Maùi baèng : Tónh taûi:

- Lôùp hoaøn thieän (keå caû choáng thaám, caùch nhieät) treân saøn : 0.22 T/m2 - Doïc caùc daàm bieân do seânoâ : 0.30 T/m Hoaït taûi:

- Hoaït taûi söûa chöõa maùi : 0.1 T/m2 - Doïc caùc daàm bieân do nöôùc möa treân seânoâ, ... : 0.4 T/m

• Taûi troïng gioù

Coù theå quy thaønh löïc theo phöông ngang phaân boá treân daàm bieân moãi taàng. Taàng 1: 0.50 T/m; Taàng 2: 0.56 T/m; Taàng maùi : 0.30 T/m

• Toå hôïp phaûn öùng

(1) Tónh Taûi + Hoaït taûi (2) Tónh Taûi + 0.9 [ Hoaït taûi + Gioù chieàu X ] (3) Tónh Taûi + 0.9 [ Hoaït taûi − Gioù chieàu X ] (4) Tónh Taûi + 0.9 [ Hoaït taûi + Gioù chieàu Y ] (5) Tónh Taûi + 0.9 [ Hoaït taûi − Gioù chieàu Y ]

Nguyeãn Höõu Anh Tuaán 19