Tổ hợp nội lực là gì ?
Khi tính toán nội lực khung cần tính riêng nội lực do tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) và nội lực do các trường hợp khác nhau của tải trọng tạm thời ( hoạt tải ). Cuối cùng cần tổ hợp để tìm ra các giá trị nội lực bất lợi.
Với các khung phẳng thuộc kết cấu nhà dân dụng, trong tổ hợp cơ bản cần xét 6 trường hợp tải trọng sau:
Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )
Tải trọng tạm thời cách tầng cách nhịp trường hợp 1
Tải trọng tạm thời cách tầng cách nhịp trường hợp 2
Tải trọng tạm thời trên toàn bộ dầm
Tải trọng gió từ trái sang
Tải trọng gió từ phải sang
Tính toán khung với tổ hợp đặc biệt còn cần xét thêm nội lực do các tải trọng đặc biệt ( động đất, cháy nổ,….)
Tổ hợp nội lực là một phép cộng có lựa chọn nhằm tìm ra những giá trị nội lực bất lợi để tính toán cốt thép hoặc để kiểm tra khả năng chịu lực. Việc tổ hợp nội lực ( hoặc tổ hợp tải trọng ) được tiến hành theo tiêu chuẩn thiết kế 2737-1995.
Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 về tải trọng và tác động quy định hai tổ hợp cơ bản.
- Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực do 1 trường hợp của hoạt tải ( có lựa chọn )
- Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực do ít nhất hai hoạt tải ( có lực chọn trường hợp bất lợi ) trong đó nội lực của hoạt tải được nhân với hệ số tổ hợp 0,9
Tổ hợp nội lực khung phẳng theo tiêu chuẩn việt nam
Tổ hợp nội lực cần được lập riêng cho dầm và cột.
Tổ hợp nội lực cộtVới cột cần tiến hành tổ hợp đồng thời lực dọc N và momen uốn M cho từng tiết diện vì rằng khi tính toán cốt thép cần sử dụng cùng lúc cả N và M. Với momen M cần quy định chiều dương và trong bảng tổ hợp giá trị của M được mang dấu đại số
Trong mỗi tổ hợp, tại mỗi tiết diện cần tổ hợp để tìm ra các cặp nội lực:
- Mmax và N tương ứng
- Mmin ( giá tị max theo chiều ngược lại ) và N tương ứng
- Nmax và M tương ứng
Ví dụ về tổ hợp nội lực cột khung nhà dân dụng
Khi tổ hợp nội lực cột thường người ta chỉ chú trọng đến các cặp nội lực gồm M và N tác dụng đồng thời mà bỏ qua lực cắt với nhận xét là lực cắt trong cột là khá bé, riêng bê tông đủ khả năng chịu mà không cần tính toán cốt thép ngang ( để chịu cắt )
Với tiết diện chân cột còn phải tổ hợp thêm lực cắt để có số liệu khi tính móng.
Với những tiết diện khác, nếu thấy rằng lực cắt là đáng kể cần phải tính toán cốt thép ngang thì cũng cần tổ hợp thêm lực cắt
Tổ hợp nội lực dầmVới dầm khung, nội lực chủ yếu là momen uốn M và lực cắt Q, ngoài ra còn có lực dọc N ( nén hoặc kéo )
Thông thường đối với dầm có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực nén nếu Nn<=0,1Rb.h.ho và bỏ qua ảnh hưởng của lực kéo Nk nếu Nk<=0,1Rbt.b.ho ( Rb và Rbt là cường độ tính toán của bê tông về nén và kéo ) và chỉ tổ hợp nội lực M và Q
Cần tổ hợp riêng M và Q để vẽ biểu đồ bao của M và của Q.
Với dầm không tổ hợp M và Q tương ứng vì M va Q được dùng riêng để tính toán cốt thép dọc và cốt thép ngang ( không dùng đồng thời như M và N ở cột )
Ví dụ về tổ hợp momen và lực cắt của dầm khung
Cần chú ý rằng Mmax và Mmin cũng như Qmax và Qmin được thể hiện với dấu đại số có thể là khác dấu hoặc cùng dấu
Hình bao momen và hình bao lực cắt cả đoạn dầm
Hình bao lực cắt ở trên ứng với trường hợp đoạn dầm không chịu tải trọng tập trung. Nếu trên đoạn dầm có tải trọng tập trung thì biểu đồ lực cắt có bước nhảy tại nơi đặt lực tập trung, cần xác định thêm Qmax và Qmin tại các tiết diện đó.
Trong trường hợp nếu xét thấy không thể bỏ qua lực dọc N khi tính toán dầm thì cần phải tổ hợp momen M trong dầm cùng với lực dọc N như đối với cột.
Tổ hợp nội lực khung không gian
So với việc tổ hợp nội lực khung phẳng thì tổ hợp nội lực khung không gian là phức tạp hơn rất nhiều vì phải xét đồng thời đến 6 thành phần nội lực.
Tổ hợp nội lực dầm
Gắn các trục Oxyz vào dầm
Thông thường cần quan tâm tới Mx, Qx là nội lực tác dụng trong mặt phẳng xOz mà có thể bỏ qua My, Qy tác dụng trong mặt yOz. Tuy vậy với khung không gian cần chú ý đến momen xoắn Mt tác dụng trong mặt phẳng xOy ( vuông góc với trục dầm )
Khi xét thấy không thể bỏ qua momen xoắn Mt thì cần tổ hợp nó cùng với momen uốn để tính toán hoặc kiểm tra cốt thép chịu đồng thời uốn và xoắn
Tổ hợp nội lực cộtGắn trục Oxyz vào cột
Tổ hợp nội lưc cần quan tâm gồm lực dọc N va momen Mx, My. Ngoài ra trong những trường hợp cần thiết còn phải xét đến lực cắt Qx, Qy và momen xoắn Mt
Để xác định được các giá trị bất lợi của Mx, My, và N cần phải chú ý phân tích sơ đồ khi tính với tải trọng đứng và tải trọng ngang
Lấy ví dụ với mặt bằng kết cấu với 2 sàn thuộc hai tầng liên tiếp
Ta xét 4 dạng chất tải: Cách tầng cách nhịp theo phương ngang và cách tầng cách nhịp theo phương dọc
Ở các ô gạch chéo hai phương được chất 100% hoạt tải còn các ô gạch chéo một phương được chất 50% hoạt tải.
Tuy vậy cách chất tải như thế mới tạo ra sự bất lợi cho cột còn với dầm thì chưa được hoàn toàn. Để có được giá trị bất lợi nhất của momen dương ở giữa mỗi nhịp dầm thì cần chất 100% hoạt tải lên các ô có gạch chéo.
Chú ý rằng nếu chất hoạt tải như vừa nói, khi tổ hợp nội lực để tính cột sẽ có những ô được chất hoạt tải gấp đôi, làm tăng quá mức lực nén trong cột.
Ngoài 4 trường hợp chất tải cách tầng cách nhịp còn xét thêm trường hợp chất hoạt tải lên toàn bộ sàn
Trong những nhà nhiều tầng có tĩnh tải khá lớn so với hoạt tải ( g>=2p với g và p là tĩnh tải và hoạt tải trên dầm ) và có chiều cao nhà khá lớn ( trên 40 mét ) thì momen trong dầm và cột do hoạt tải gây ra là khá bé so với momen do tĩnh tải và tải trọng gió gây ra. Lúc này có thể tính toán gần đúng bằng cách bỏ qua các trường hợp xếp hoạt tải đứng cách tầng cách nhịp mà gộp toàn bộ hoạt tải sàn và tĩnh tải để tính
Tổ hợp nội lực cột khung khong gian cần xét các trường hợp sau:
- Mxmax, My và N tương ứng
- Mymax, Mx và N tương ứng
- Nmax, Mx và My tương ứng
Trong quá trình tính toán nội lực cần quy định dấu của Mx, My. Khi tổ hợp cũng phải chú ý đến dấu. Tuy vậy cột khung không gian thường được bố trí cốt thép đối xứng do đó khi tổ hợp chỉ cần tìm Mxmax và Mymax là những momen lớn nhất về giá trị tuyệt đối mà không cần tìm giá trị lớn nhất của M dương và M âm
Nếu có dự kiến đặt cốt thép không đối xứng thì bắt buộc phải tổ hợp để tìm được các bộ ba nội lực với Mx, My có giá trị dương lớn nhất ( Max ) và giá trị âm nhỏ nhất ( min – momen âm có giá trị tuyệt đối lớn nhất )