Thuyết minh tính toán kết cấu thép

Thuyết minh tính toán kết cấu thép là thành phần quan trọng không thể thiếu trong thiết kế kết cấu nhà xưởng hay nhà thép tiền chế. Các kỹ sư chuyên tính toán kết cấu sẽ tính toán phần kết cấu của công trình qua đó giúp

Trong quá trình tính toán kết cấu thép, có một số vấn đề cần được lưu ý để đảm bảo sự chính xác, an toàn và hiệu quả của công trình. Dưới đây là các vấn đề cần lưu ý:

1. Tải trọng và điều kiện tải trọng

  • Xác định đúng các loại tải trọng: tải trọng tĩnh, tải trọng động, tải trọng gió, tải trọng nhiệt, tải trọng động đất và các loại tải trọng khác. Mỗi loại tải trọng cần được xác định cụ thể và chính xác để tính toán thiết kế.
  • Xác định các hệ số an toàn: cần áp dụng các hệ số an toàn theo tiêu chuẩn và quy chuẩn thiết kế để đảm bảo tính an toàn cho kết cấu.

2. Vật liệu sử dụng

  • Đặc tính cơ lý của vật liệu: cần nắm rõ đặc tính cơ lý của thép và các vật liệu liên quan (cường độ chịu nén, chịu kéo, mô đun đàn hồi,…) để tính toán chính xác.
  • Chất lượng vật liệu: đảm bảo chất lượng vật liệu đúng theo tiêu chuẩn thiết kế, không sử dụng vật liệu kém chất lượng.

3. Các giả định và phương pháp tính toán

  • Giả định về liên kết và cấu kiện: cần xác định rõ các giả định về liên kết (cứng, mềm) và tính chất của các cấu kiện (dầm, cột, giằng,…).
  • Mô hình tính toán: chọn lựa mô hình tính toán phù hợp với công trình (mô hình tĩnh, mô hình động) và đảm bảo mô hình phản ánh đúng thực tế.

4. Tính toán các cấu kiện chính

  • Kiểm tra ứng suất và biến dạng: tính toán và kiểm tra ứng suất trong các cấu kiện dưới tác động của các tải trọng, đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép.
  • Kiểm tra ổn định: kiểm tra ổn định tổng thể và cục bộ của các cấu kiện để tránh hiện tượng mất ổn định (buckling).
  • Kiểm tra liên kết: tính toán và kiểm tra các liên kết bu lông, hàn đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định.

5. Thiết kế chi tiết các liên kết

  • Liên kết bu lông: tính toán đường kính, số lượng bu lông, khoảng cách giữa các bu lông để đảm bảo chịu lực.
  • Liên kết hàn: xác định chiều dài và kích thước đường hàn phù hợp với lực tác động và đảm bảo an toàn.

Ví dụ về tính toán kết cấu thép 

1. Giới thiệu công trình

  • Tên công trình: Nhà máy sản xuất Zamin Steel
  • Vị trí: Khu công nghiệp Bắc Ninh
  • Quy mô: Nhà xưởng rộng 5000m²
  • Mục đích sử dụng: Sản xuất và lắp ráp các sản phẩm từ thép tiền chế
  • Tiêu chuẩn áp dụng:
    • TCVN 5575:2018 – Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép
    • TCVN 2737:2023 – Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
    • ASCE 7-10 – Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures

2. Cơ sở tính toán

  • Tải trọng và điều kiện tải trọng:
    • Tải trọng tĩnh:
      • Trọng lượng bản thân kết cấu thép: q_steel = 78.5 kN/m³
      • Trọng lượng các thiết bị và máy móc cố định
    • Tải trọng động:
      • Tải trọng do thiết bị vận hành (động lực học)
    • Tải trọng gió:
      • Sức cản của gió: áp dụng phương pháp tính toán của TCVN 2737:1995
      • Vận tốc gió thiết kế: v = 30 m/s
    • Tải trọng nhiệt:
      • Sự giãn nở và co ngót của vật liệu thép do thay đổi nhiệt độ môi trường: ΔT = ±25°C
    • Tải trọng động đất:
      • Tính toán theo tiêu chuẩn ASCE 7-10, vùng động đất: Zone 2, hệ số gia tốc nền A = 0.1g

3. Vật liệu và cấu kiện

  • Đặc tính vật liệu:
    • Thép: ASTM A36, giới hạn chảy Fy = 250 MPa, giới hạn bền kéo Fu = 400 MPa
    • Bê tông (nếu có): C30/37, cường độ chịu nén f’c = 30 MPa
  • Các cấu kiện chính:
    • Cột thép: H300x300x10x15
    • Dầm thép: I500x200x10x16
    • Giằng thép: C200x75x7.5
    • Mái: Panel sandwich, tôn mạ kẽm dày 0.5mm
    • Tường: Panel sandwich hoặc tôn mạ kẽm, gắn trên khung thép

4. Tính toán các cấu kiện chính

  • Tính toán cột:
    • Kiểm tra chịu nén:
      • Lực nén: P = 1200 kN
      • Ứng suất nén: σ = P/A = 1200/(300300 – 290290) = 16.1 MPa
      • So sánh với giới hạn chảy: σ < Fy/γm = 250/1.1 = 227 MPa (Đạt)
    • Kiểm tra chịu kéo:
      • Lực kéo: T = 800 kN
      • Ứng suất kéo: σ = T/A = 800/(300300 – 290290) = 10.7 MPa
      • So sánh với giới hạn bền kéo: σ < Fu/γm = 400/1.5 = 267 MPa (Đạt)
    • Kiểm tra chịu uốn:
      • Momen uốn: M = 150 kNm
      • Ứng suất uốn: σ = M/W = 150/[(300300300 – 290290290)/6] = 45.8 MPa
      • So sánh với giới hạn chảy: σ < Fy/γm = 250/1.1 = 227 MPa (Đạt)
  • Tính toán dầm:
    • Kiểm tra chịu uốn:
      • Momen uốn: M = 300 kNm
      • Ứng suất uốn: σ = M/W = 300/[(500200200)/6] = 18 MPa
      • So sánh với giới hạn chảy: σ < Fy/γm = 250/1.1 = 227 MPa (Đạt)
    • Kiểm tra chịu cắt:
      • Lực cắt: V = 250 kN
      • Ứng suất cắt: τ = V/A = 250/(500*200) = 2.5 MPa
      • So sánh với giới hạn cắt: τ < Fy/√3γm = 250/(√3*1.1) = 131 MPa (Đạt)
  • Tính toán giằng:
    • Kiểm tra chịu kéo:
      • Lực kéo: T = 100 kN
      • Ứng suất kéo: σ = T/A = 100/(200*75) = 6.67 MPa
      • So sánh với giới hạn bền kéo: σ < Fu/γm = 400/1.5 = 267 MPa (Đạt)
    • Kiểm tra chịu nén:
      • Lực nén: P = 150 kN
      • Ứng suất nén: σ = P/A = 150/(200*75) = 10 MPa
      • So sánh với giới hạn chảy: σ < Fy/γm = 250/1.1 = 227 MPa (Đạt)
  • Tính toán liên kết:
    • Kiểm tra liên kết bu lông:
      • Lực bu lông chịu: F_bolt = 30 kN
      • Số lượng bu lông: n = 4
      • Ứng suất bu lông: σ = F_bolt/n = 30/4 = 7.5 MPa
      • So sánh với giới hạn chịu cắt của bu lông: σ < F_b/γm = 400/1.5 = 267 MPa (Đạt)
    • Kiểm tra liên kết hàn:
      • Chiều dài đường hàn: l = 100 mm
      • Ứng suất hàn: σ = F_weld/A_weld = 30/(100*5) = 6 MPa
      • So sánh với giới hạn chịu cắt của hàn: σ < F_w/γm = 400/1.5 = 267 MPa (Đạt)

5. Kiểm tra ổn định

  • Ổn định tổng thể công trình:
    • Kiểm tra bằng phương pháp Euler: P_cr = (π²EI)/(K*L)²
    • Tính toán giá trị P_cr cho các cấu kiện chính và so sánh với lực thiết kế.
  • Ổn định cục bộ của các cấu kiện:
    • Kiểm tra ổn định cục bộ của cột, dầm bằng phương pháp kiểm tra buckling: σ_cr = (π²E)/(kL/r)²

6. Bản vẽ kỹ thuật

  • Bản vẽ tổng thể kết cấu:
    • Bản vẽ mặt bằng bố trí các cấu kiện chính.
    • Bản vẽ mặt cắt dọc, ngang công trình.
  • Bản vẽ chi tiết các cấu kiện và liên kết:
    • Chi tiết cấu tạo cột, dầm, giằng.
    • Chi tiết liên kết bu lông, hàn.

7. Kết luận và kiến nghị

  • Tổng kết các kết quả tính toán:
    • Các cấu kiện chính đều đạt yêu cầu về cường độ và ổn định.
    • Các liên kết bu lông và hàn đều đạt yêu cầu về chịu lực.
  • Kiến nghị về thi công và giám sát công trình:
    • Cần kiểm tra kỹ lưỡng các liên kết bu lông và hàn trong quá trình thi công.
    • Đảm bảo chất lượng vật liệu thép và các vật liệu khác sử dụng trong công trình.
    • Giám sát chặt chẽ quá trình thi công để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.

Trên đây là ví dụ mang tính chất tham khảo các bước tính toán. Phần thuyết minh thiết kế kế kết cấu thép để đạt yêu cầu cần phải làm rõ và kỹ hơn rất nhiều. Bạn cần thiết kế kết cấu, tính toán thuyết minh kết cấu vui long liên hệ. 0908.624.368 để được tư vấn và hỗ trợ tốt nhất. Zaminsteel.com chất lượng tốt nhất uy tín hàng đầu.

zamin
Zamin Steel có kinh nghiệm trên 20 năm trong lĩnh vực xây dựng nhà thép tiền chế và xây dựng nhà xưởng
+ Giải pháp thiết kế chuyên nghiệp và tối ưu chi phí
+ Sản phẩm thi công chất lượng bảo hành 2 năm
+ Thiết kế được các dạng kết cấu đặc biệt phức tạp
+ Thẩm tra thiết kế
+ Gia công lắp dựng nhà thép tiền chế
+ Liên hệ để được tư vấn: 0908.624.368
Chia sẻ hữu ích