Đồ án kết cấu nhà thép trường đại học công nghiệp Hà Nội

ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG ************* ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỤC LỤC TRANG ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Mục lục ………2 Phần I – Xác định kích thước khung ngang ……………………………………………………3 - Sơ đồ khung ngang ………………………………………………………… I – Số liệu ……………………………………………………………………………….3 II – Xác định kích thước theo phương đứng ……………………………………………4 III – Xác định kích thước theo phương ngang ………………………………………….4 IV – Kích thước dàn mái và nội lực …………………………………………………….4 V – Sơ đồ tính khung ngang …………………………………………………………….6 Phần II – Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang ……………………………………… I – Tĩnh tải ………………………………………………………………………………7 II - Hoạt tải mái ……………………………………………………………………… III – Xác định nội lực ………………………………………………………………….13 - Bảng phân tích tổ hợp …………………………………………………………… 13 - Bảng tổng hợp moment……………………………………………………… 14 - 24 A – Biểu đồ moment các tổ hợp………………………………………………………… 25 - 41 Phần III - Thiết kế tiết diện cấu kiện I - Thiết kế cột ……………………………………………………………………… 42 II – Thiết kế vai cột ……………………………………………………………………45 III – Thiết kế chân cột …………………………………………………………………47 IV – Thiết kế xà ngang ……………………………………………………………… 52 V – Liên kết cột với xà ngang …………………………………………………………55 ĐỒ ÁN NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP MÃ ĐỀ SỐ 62 Yêu cầu thiết kế: Thiết kế kết cấu thép nhà cơng nghiệp mợt tầng có sử dụng 02 cầu trục nâng hàng, chế đợ làm việc trung bình ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Kích thước nhà, sức nâng cầu trục, chiều dài nhà, sức nâng cầu trục yêu cầu sau: -Chiều rộng nhà: L = 21 (m) -Chiều dài nhà: 54 (m) -Sức nâng cầu trục Q = 25 (T) -Cao trình đỉnh ray Hr = (m) -Độ dốc mái i = 10% ⇒α ≈ 5.710 -Bước khung chọn B = (m) PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG Hình : SƠ ĐỒ KHUNG NGANG Khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp bao gồm hai cấu kiện chính: cột và dầm mái Để đảm bảo độ cứng theo phương ngang nhà, liên kết cột và dàn mái được thực hiện là liên kết cứng, liên kết chân cột và móng bê tơng cớt thép là liên kết ngàm cứng I.CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG: - Từ số liệu ban đầu: nhịp nhà L = 21 (m) sức cẩu cầu trục Q = 25 (T) tra catalogue cầu trục để chọn cầu trục phù hợp với chế độ làm việc trung bình: -Chiều cao H k = 1.38 (m) (chiều cao gabarit cầu trục tính từ cao trình đỉnh ray điểm cao cầu trục) -Bề rộng cầu trục Bk = 4.13 (m) (tính theo phương dọc nhà cầu truïc) -Do sức nâng cầu trục dưới 30T nên ta chọn L1=0.75m -Nhịp cầu trục LK = L-2L1 = 21-2x0.75 =19.5m (tính khoảng cách hai tim ray) -Khoảng cách hai trục bánh xe cầu trục: K = 3.2 (m) -Kích thước khe hở an toàn cầu trục xà ngang: bk= 0.3 (m) -Ta chọn vật liệu thép mác CCT34s có cường đợ: f = 21kN/cm2 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP f v = 12kN/cm2 f c = 32kN/cm2 II/ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG: - Giả sử theo nhiệm vụ thiết kế, ta có cao trình đỉnh ray H1 = (m) - Chiều cao ray đệm Hr, giả định Hr =0.2 m -Chiều cao dầm cầu trục 1 Hdct = ( − ) B = 0.6 m (Với B=6m) 10 -Chiều cao từ mặt ray đến đáy xà ngang: H2=HK+bK=1.38+0.3=1.68 m -Chọn H2 = 1.7(m) • -Chiều cao cợt khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang  H=H1+H2+H3=7+1.7+0=8.7m Trong đó: H1 cao trình đỉnh ray (H3 phần cợt chon dưới nền, coi mặt móng cột ±0.000 chọn H3=0) -Chiều cao phần cột tính từ vai đỡ dầm cầu trục đến xà ngang H t = H2+Hdct+Hr=1.7+0.6+0.2=2.5m -Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cợt: H d = H-H t= 8.7- 2.5 = 6.2m III/ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG: -Nhịp nhà xưởng L = 21 (m) -Nhịp cầu trục LK = 19.5 (m) -Khoảng cách từ tim ray trục định vị: k L =(L-L )/2 = (21-19.5)/2 = 0.75m -Chieàu cao tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng: h = (1/15÷1/20).H = (1/15÷1/20)8.7 = (0.5÷0.4) m ⇒Chọn h = 0.5 (m) -Kiểm tra khe hở cầu trục coät khung: Z=L1 – h = 0.75 – 0.5 = 0.25 (m) > zmin = 0.18 (m) IV-Kích Thước Dàn Mái Và Nội Lực: -h0 = 2,2m (chiều cao biên dàn mái) -Chiều dài dàn mái: l = L − × ht = 21 − ×0.75 =19.5( m) -Chiều cao tối đa dàn mái tính từ vai cợt: h = 3.6(m) -Dàn mái có dạng hình vẽ: * Hệ giằng : - Nhiệm vụ hệ giằng nhà công nghiệp : Đảm bảo tính bất biến hình hệ thống kết cầu khung nhà xưởng Ổn định hệ khung dựng lắp Giảm bớt tải trọng theo phương dọc nhà Đảm bảo làm việc không gian hệ thống khung nhà xưởng, chịu lực hãm ngang cầu trục - Cấu tạo : gồm hệ thống : ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Giằng cột, bao gồm giằng cột giằng cột Giằng cột bố trí khối nhiệt độ, giằng cột bố trí khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới), hai đầu khối nhiệt độ Giằng mái, gồm khối hộp sáu mặt mái, bố trí khối nhiệt độ, hai đầu khối nhiệt độ cách khoảng 10-30 m Mỗi khối hộp gồm mặt bên dàn mái, mặt đầu khối hộp giằng đứng đầu dàn Các dàn khác không nằm khối hộp tựa vào khối hộp thông qua panen mái, hệ giằng đứng dán, xà gồ chống … Đối với cầu trục có sức cẩu Q = 25 T (khá lớn), cần phải bố trí hệ thống giằng dọc nhà Hệ thống chạy dọc theo hài hàng cột, nằm cao trình cánh dàn, kết hợp với giằng cánh bảo đảm làm việc không gian cho hệ thống khung -Hệ Giằng: a) Hệ giằng mái : gồm hệ giằng cánh ,hệ giằng cánh ,và hệ giằng đứng bố trí cho lưới cột gồm có bước cột ( B=6 m & L=21 m) , bố trí hình vẽ: HỆ GIẰNG MÁI • Hệ thống giằng cột : * Hệ thống giằng cánh : ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP * Hệ thống giằng cánh : V/ SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG: Do sức nâng cầu trục không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi, với độ cứng là I1 Vì nhịp khung là 21m nên chọn phương án xà ngang có tiết diên thay đởi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi cách đầu xà 4.5m Với đoạn xà dài 4.5m, độ cứng đầu và cuối xà là I1 và I2 tương ứng (giả thuyết độ cứng xà và cột tại chỗ liên kết xà-cột nhau) Với đoạn xà dài 6m, độ cứng đầu và cuối xà giả thuyết I2 (tiết diện không đổi) Giả thuyết sơ bộ tỷ số độ cứng I1/I2 = 2.818 (tức là tiết diện các cấu kiện xà và cột được khai báo phần mềm SAP2000 chính là các tiết diện được chọn phần tính toán trên) Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết cợt khung với móng là ngàm tại mặt móng (cớt ±0.000) liên kết cợt với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên an toàn Sơ đồ tính khung ngang sau: ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP PHẦN II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG -Trọng lượng thân kết cấu chịu lực mái -Trọng lượng thân cột, dầm cầu chạy, dầm hãm, hệ giằng cột cột -Vật liệu lợp mái -Kết cấu bao che xung quanh nhà I/ TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN MÁI: Đợ dớc mái i=10% →α=5.71o (sinα = 0.999 ; cosα = 0.995) -Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15kN/m2.Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m.Tổng tỉnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang: Hình : Sơ đờ tính khung với tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải) -Trọng lượng bản than tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự với mái là 0.15kN/m2.Quy thành tải tập trung tại đỉnh cột: 1.1x0.15x6x8.7=8.6(kN) -Trọng lượng bản than dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m.Quy thành tải tập trung và momen lệch tâm đặt tại cao trình vai cợt: 1.05x1x6 = 6.3 (kN) 6.3x(L1-0.5h)≈6.3x(0.75 – 0.5x0.5)=3.15(kN/m) II/.HOẠT TAÛI: Hoạt tải mái Theo TCVN 2737-1995 [2], trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công sữa chửa mái lợp tole là 0.3kN/m2, hệ số vượt tải là 1.3 Quy đổi tải trọng phân bố xà ngang 1.3x0.3x6/0.995=2.35 (kN/m) ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Hoạt tải mái nửa trái Hoạt tải mái nửa phải Hình 2: Sơ đờ tính khung với hoạt tải mái a/ Hoạt tải mái nửa trái b/ Hoạt tải mái nửa phải Tải trọng gió -Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gờm hai phần là gió tác dụng vào cợt và gió tác dụng lên mái.Theo TCVN 2737-1995 [2], Cần Thơ tḥc vùng phân gió II-A, có áp lực gió tiêu chuẩn wo = 0.83kN/m2, hệ sớ vượt tải là 1.2 -Căn cứ vào hình dạng mặt nhà và góc dớc mái, các hệ sớ khí đợng có thể xác định bảng III.3 Nợi suy ta có: Ce1= -0.43 ; Ce2= -0.4 ; Ce3= -0.5 +Tải trọng gió tác dụng lên cợt : • Phía đón gió : 1.2x0.83x0.8x6=4.78(kN/m) • Phía kh́t gió : 1.2x0.83x0.5x6=2.99(kN/m) +Tải trọng gió tác dụng lên dàn mái : • Phía đón gió : 1.2x0.83x0.43x6=2.57(kN/m) • Phía khuất gió : 1.2x0.83x0.4x6=2.39(kN/m) ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP a/ Hệ số khí động b/ Gió trái sang 10 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP -Kiểm tra theo điều kiện: 2 σ td = σ + 3τ = 14.7 + x5.97 = 17.97(kN / cm ) < 1.15 x 21 = 24.15(kN / cm ) -Kiểm tra ổn định cục cánh bụng dầm vai: +Bản cánh: bo 0.5(20 − 0.8) = = 9.6 < dv tf +Baûn bụng: E 2.1x10 = = 15.8 f 21 dv hw 48 E 2.1x10 = = 60 < 2.5 = 2.5 = 79 dv 0.8 f 21 tw -Chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột hf = 0.6 cm -Chiều dài tính toán các đường hàn lien kết dầm vai với bản cánh cột xác định sau: +Phía cánh (2 đường hàn): lw = b f − t f dv = 20 − = 19cm dv +Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw = 0.5(b f − t f ) − t f dv -Ở bụng: lw = hw − t f dv dv = 0.5(20 − 0.8) − ≈ 8cm = 48 − = 47cm -Diện tích tiết diện momen chống uốn đường hàn liên kết: (coi lực cắt các đường hàn liên kết bản bụng chịu): Aw = 2.h f lw = x0.6 x 47 = 56.4(cm )  lw h f Ww =  +l w b f h f  12     l w h f  h f l w  2   +  + 2.l w h f l w +     12 12  h      19 x0.63   x0.63  0.6 x 473  =  + 19 x 20 x0.6  +  + x8 x0.6 x19  +  = 1057.3(cm )  12    12 12  50     Khả chịu lực đường hàn liên kết kiểm tra: 2 2 M  V   96.04 x10   384.2   +  =  σ td =   1057.3  +  56.4  = 11.35(kN / cm )  W   A       w  w 2 Với σ td = 11.35(kN / cm ) < ( βf w ) γ c = (0.7 x18) x1 = 12.6( kN / cm ) -Kích thước cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai: dv -Chiều cao: hs = hw = 48cm 480 + 50 = 66mm →Chọn bs = cm -Bề rộng: bs = 30 -Bề dày: t s ≥ 2bs f / E = x8 21 / 2.1x10 = 0.5cm →Chọn ts = 0.8 cm III.Thieát Keá Chân Cột Tính toán đế -Từ bảng tổng hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tiết diện chân cột: N=-112.43 (kN) M=173.98 (kNm) 48 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP V=-43.63 (kN) Hình 2: KÍCH THƯỚC BẢN ĐẾ -Căn kích thước, tiết diện cột chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp có vùng kéo bêtông móng với bulông neo phía chân cột.Từ xác định bề rộng đế: Bbd= b+2c1=20+2x8=36 (cm).chọn c1=8cm -Chiều dài đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bêtông móng:   N N 6M  Lbd ≥ +   B ψR  + B ψ R BbdψRb ,loc bd b , loc  bd b ,loc  2 112.43 112.43   x173.98 x10 +  + = 55.5cm  x36 x0.75 x1.33  x36 x0.75 x1.33  36 x0.75 x1.33 -Trên ta giả thiết bêtông móng mác B20 có Rb=1.15 (kN/cm2) hệ số tăng cường độ φb =1.16-tương ứng với kích thước mặt móng (0.5 x 0.8) -Từ xác định được: Rb,loc= αφb Rb =1x1.16x1.15=1.33 (kN/cm ) -Theo cấu tạo khoảng cách bố trí bulông neo, chiều dài đế với giả thiết c2=10.2 (cm) bề dày dầm đế 0.8 (cm): Lbd= h+2tdd+2c2=50+2x0.8+2x10.2 =72 (cm) -Tính lai ứng suất phản lực bêtông móng phía đế: N 6M 112.43 x173.98 x10 σ max = + = + Bbd Lbd Bbd L2 bd 36 x72 36 x72 = ≈ 1(kN / cm ) ≈ ψRb ,loc = 0.75 x1.33 = 1(kN / cm ) σ N 6M 112.43 x173.98 x10 = − = − = −0.52( kN / cm ) 2 Bbd Lbd Bbd L bd 36 x72 36 x72 -Bề dày đế chân cột xác định từ điều kiện chịu uốn đế ứng suất phản lực bêtông móng Xét ô đế: Ô1 kê caïnh: a2 =d1 =25 (cm) 49 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP b2 =ls =17.6 (cm), b2/a2=0.704 -Tra baûng 2.4(thiết kế khung thép) nội suy ta có: αb=0.088 →M1=αbσ1d12=0.088x0.72x252=39.6(kNcm) -Ơ2 kê cạnh: a2 =d2 =20.3(cm) b2= 10.1 (cm), b2/a2=0.5 -Tra bảng 2.4 nội suy ta có: αb=0.06 →M1=αbσ2d22 =0.06x1x20.32=24.7(kNcm) Vậy bề dày bản đế xác định theo: M max x39.6 tbd = = = 3.36(cm) → chọn t=3.4cm fγ c 21x1 Tính toán dầm đế: -Kích thước dầm đế ta chọn sau: tdd = 0.8 (cm) bdd = Bbd=36 (cm) -Chieàu cao hdd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả truyền lực ứng suất phản lực bêtông móng -Lực truyền vào dầm đế ứng suất phản lực bêtông móng: Ndd = (11+12.5) x 36 x 0.72 = 609.12(kN) -Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàng liên kết với dầm đế vào cợt là hf = 0.6 cm Từ xác định được chiều dài tính toán một đường hàn lien kết dầm đế vào cột: N dd 609.12 lw = = = 40.2(cm) 2h f ( β f w ) γ c x0.6(0.7 x18) x1 → Chọn chiều cao dầm đế là hdd=42 cm Tính toán sườn A Sơ đờ tính toán là dầm cơng – xôn ngàm vào bản bụng cột đường hàn liên kết Ta có : qs = 0.36 x (2.11) = 7.92 (kN/cm) s Ms = qs.l 2/2 =7.92x17 2/2 = 1226 (kN.cm) Vs = qs x ls =7.92 x 17.6 = 139.4 (kN) -Bề dày sườn ts =0.8 (cm) Chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: 6M s x1226 hs ≥ = = 20.9(cm) Chọn hs= 25cm t s fγ c 0.8 x 21x1 -Kiểm tra tiết diện sườn chọn theo ứng suất tương đương: 2  x1226   139.4  σ td = σ + 3τ =  + 3  = 19.03(kN / cm )  0.8 x 25  0.8 x 25    Với σtd = 19.03 < 1.15fγc=1.15x21x1=24.15(kN/cm2) -Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột = 0.6 (cm), diện tích tiết diện momen chống uốn đường hàn là: hf Aw = x 0.6 x (25-1) = 28.8 (cm ) Ww = x 0.6 x (25-1)2/6 = 115.2 (cm3) -Khaû chịu lực đường hàn kiểm tra: M σ td =  s W  w 2 2   Vs   1226   139.4   +   A  =  115.2  +  28.8  = 11.6(kN / cm )        w 50 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Với σtd = 11.6(kN/cm2) < ( β f w ) γ c = (0.7x18) x1 = 12.6 (kN/cm2) Tính toán sườn B -Tương tự với bề rộng diện truyền tải vào sườn là: 1.5ls = 10.2 x 1.5 = 15.3 (cm) qs = 1x15.3 = 15.3(kN / cm) qs ls 15.3 x10.2 = = 795.9(kNcm) 2 Vs = qs ls = 156.06(kN ) -Chọn bề dày sườn ts = 0.8 cm Chiều cao sườn xác định sơ bộ từ điều kiên chịu uốn: 6M s x795.9 hs ≥ = = 16.8(cm) Chọn hs = 25 (cm) t s fγ c 0.8 x 21x1 Ms = -Kiểm tra tiết diện 2  x795.9   156.06  σ td = σ + 3τ =  + 3  = 16.6(kN / cm )   0.8 x 25   0.8 x 25  Với σtd = 16.6 < 1.15fγc=1.15x21x1=24.15(kN/cm2) -Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào bụng cột hf = 0.6 (cm), diện tích tiết diện momen chống uốn đường hàn là: Aw = x 0.6 x (25-1) = 28.8 (cm ) Ww = x 0.6 x (25-1)2/6 = 115.2 (cm3) -Khả chịu lực đường hàn kiểm tra: 2 2 2 M  V   795.9   156.06  σ td =  s  +  s  =   +  = 8.8(kN / cm ) W   A   115.2   28.8   w  w Với σtd = 8.8(kN/cm2) < ( β f w ) γ c = (0.7x18) x1 = 12.6 (kN/cm2) Tính toán neo: -Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực chân cột gây kéo nhiều cho bulông neo: N, M, V.Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c = 47.4 chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến chân bulông neo là cm -Tính toán: a =Lbd/2 –c/3=72/2 - 47.4/3 = 20.2 (cm) y =Lbd -c/3-6 =72 – 47.4/3 - = 50.2 (cm) Tổng lực kéo thân các bulông neo một phía chân cột: M − N a 173.98 x10 − 112.43 x 20.2 T1 = = = 301.3(kN ) y 50.2 Chọn thép bulông neo mac 09Mn2si, tra bảng I.10 (thiết kế khung thép) ta có f ba = 190 N/mm2 Diện tích tiết diện cần thiết một bulông neo: T 301.3 yc Aba = = = 3.96(cm ) n1 f ba x19 Chọn bulơng φ 30 có Abn = 5.6 cm2 -Tính lại tổng lực kéo thân bulông neo phía chân cột: M N 173.98 x10 112.43 T2 = + = − = 233.8(kN ) Lb 60 51 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP -Ở lấy dấu trừ N lưc nén Do T2 < T1 nên đường kính bulông neo chọn đạt yêu cầu Tính toán đường hàn liên kết cột vào đế -Các đường hàn liên kết tiết diện cột vao đế tính toán quan niệm momen lực dọc đường hàn cánh chịu, lực cắt đường hàn bụng chịu.Nợi lực để tính toán đường hàn chọn bảng tổ hợp nội lực chính là cặp dung tính toán bulông neo.Các cặp khác khơng nguy hiểm -Lực kéo cánh cột momen lực dọc phân vào:  M N   173.98 x10 112.43   = 291.75(kN ) → Lấy dấu âm N là lực nén Nk =  ±  =  − 2  50   h   Tổng chiều dài tính toán đường hàn liên kết cánh cột (cả đường hàn đế vào dầm ñeá)  ( 42 − 1)   ( 25 − 0.6 )   ( 42 − 25)  ∑ l1w = 2 − 1 + 2 − 1 + 2 − 1 = 76.4(cm)       -Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh cột Nk 291.75 yc hf = = = 0.3(cm) ∑ l1w (β f w )min γ c 76.4(0.7 x18) x1 -Chieàu cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột V 43.63 yc hf = = = 0.04(cm) ∑ l2w (β f w ) γ c 2.( 48 − 1).(0.7 x18) x1 52 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Hình : Cấu tạo chân cột IV Thiết kế tiết diện xà ngang a) Đoạn xà 4.5m ( tiết diện thay đổi ) Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán là: N = -35.63 kN M = -141.91 kN.m V = -48.52 kN Mômen chống uống cần thiết tiết diện xà ngang xác định theo công thức ( 2.53 ) M 141.91x10 Wxyc = = = 675.8cm fγ c 21x1 Chiều cao tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu chi phí vật liệu theo công thức ( 2.54 ), với bề dày bảng bụng và xà chọn sơ bộ là 0.6cm Wxyc 675.8 = (1.15 ÷ 1.2) x = (38.6 ÷ 40.27) tW 0.6 Chọn h = 40 cm Kiểm tra lại bề dày bảng bụng từ điều kiện chịu cắt ( 2.55 ) V 48.52 tW = 0.6 > x = = 0.15(cm) hf vγ c 40 x12 x1 Diện tích cần thiết bảng cách và xà ngang xác định theo công thức ( 2.56 ) 40 0.6 x383 A fyc = (b f t f ) = (675.8 x − ) x = 14.2cm 2 12 39 Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện bảng cánh được chọn là: Tf = 1cm ; bf = 20cm Tính lại các đặt trưng hình học: A = 0.6 x 38 + 2x(1x2) = 62.8 (cm2 )  0.5 x(20 − 0.6) x38  20 x 40 Ix = − 2x  = 17957(cm ) 12 12   Wx = 17957x2/40 = 898 (cm ); M A 141.91x10 62.8 mx = x = x = 27.85 N Wx 35.63 898 h=k 53 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Do mx = 27.85 > 20 → me = ηmx >20 ( η ≥ ) nên tiết diện xà ngang được tính toán kiểm tra theo điều kiện bền ( 2.41 ) N M 35.63 141.91x10 σx = + = + = 16.4(kN / cm ) < fγ c = 21(kN / cm ) An Wxn 62.8 898 Tại tiết diện đầu xà có mơ men ́n và lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc bảng cánh và bảng bụng theo ( 2.57 ) σ tđ = σ 12 + 3τ 12 ≤ 1.15 fγ c Trong đó: M hw 141.02 x10 38 σ1 = x = x = 14.92(kN / cm ) Wx h 898 40 VS 48.52 x390 τ1 = f = = 1.76(kN / cm ) I xt w 17957 x0.6 Ở trên: Sf – mô men tĩnh một cánh dầm đôi với trục trung hòa x-x: Sf = (20x1)x(40-1)/2 = 390 (cm3) Vậy: σ tđ = 14.92 + x1.76 = 15.23 ≤ 1.15 fγ c = 1.15 x 21x1 = 24.15( kN / cm ) Kiểm tr ổn định cục bộ bảng cánh và bảng bụng: bo 0.5 x(20 − 0.6) E 2.1x10 = = 9.7 ≤ = = 15.8; tf f 21 hw 38 E 2.1x10 = = 63.3 ≤ 5.5 = 5.5 = 174 t w 0.6 f 21 → Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng tác dụng ứng suất pháp nén (không phải đặt sườn dọc) hw E 2.1x10 = 63.3 ≤ 3.2 = 3.2 = 101 tw f 21 → Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng tác dụng ứng suất tiếp (không phải đặt sườn cứng ngang) hw E 2.1x10 = 63.3 ≤ 2.5 = 2.5 = 79 tw f 21 → Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng tác dụng ứng suất pháp và ứng tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng) Vậy tiết diện xà chọn là đạt yêu cầu Tỷ số độ cứng tết diện xà ( chỗ tiếp giáp với cột) và cột chọn phù hợp với giả thiết ban đầu b) Đoạn xà 6m ( tiết diện thay đổi ) Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán là: N = -34.48 (kN) 54 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP M = 99.65 (kNm) V = 14.78 (kN) Mô men chống uống cần thiết tiết diện xà ngang xác định theo công thức ( 2.53 ) M 99.65 x10 Wxyc = = = 474.5cm3 fγ c 21x1 Chiều cao tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu chi phí vật liệu theo công thức ( 2.54 ), với bề dày bảng bụng và xà chọn sơ bộ là 0.6cm h=k Wxyc 474.5 = (1.15 ÷ 1.2) x = (32.3 ÷ 33.75)(cm ) tW 0.6 Chọn h = 25 cm f Sơ bộ bề dày bản cánh xà là t = 1cm Diện tích cần thiết bảng cánh xà ngang: 25 0.6 x 232 yc A f = (b f t f ) = ( 474.5 x − ) x = 20.5(cm ) 12 24 Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện bảng cánh được chọn là: Tf = 1cm ; bf = 20cm Tính lại các đặt trưng hình học: A = 0.6 x 23 + 2x(1x20) = 53.8 (cm2 )  0.5 x(20 − 0.6) x 233  20 x 25 Ix = − 2x  = 6371.7(cm ) 12 12   Wx = 6371.7x2/25 = 509.74 (cm ); M A 99.65 x10 53.8 mx = x = x = 30.5 N Wx 34.48 509.74 Do mx = 30.5 > 20 → me = ηmx >20 ( η ≥ ) nên tiết diện xà ngang được tính toán kiểm tra theo điều kiện bền ( 2.41 ) N M 34.48 99.65 x10 σx = + = + = 20.2(kN / cm ) < fγ c = 21(kN / cm ) An Wxn 53.8 509.74 Tại tiết diện ći xà có mơ men ́n và lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc bảng cánh và bảng bụng theo ( 2.57 ) σ tđ = σ 12 + 3τ 12 ≤ 1.15 fγ c Trong đó: M hw 99.65 x10 23 σ1 = x = x = 17.99( kN / cm ) Wx h 509,74 25 VS 14.78 x 240 τ1 = f = = 0.93(kN / cm ) I xt w 6371.7 x0.6 Ở trên: Sf – mô men tĩnh một cánh dầm đơi với trục trung hịa x-x: Sf = (20x1)x(25-1)/2 = 240 (cm3) Vậy: σ tđ = 17.99 + x0.932 = 20.6 ≤ 1.15 fγ c = 1.15 x 21x1 = 24.15(kN / cm ) Kiểm tra ổn định cục bộ bảng cánh và bản bụng: bo 0.5 x(20 − 0.6) E 2.1x10 = = 9.7 ≤ = = 15.8; tf f 21 55 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP hw 23 E 2.1x10 = = 38.33 ≤ 5.5 = 5.5 = 174 t w 0.6 f 21 → Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng tác dụng ứng suất pháp nén (không phải đặt sườn dọc) hw E 2.1x10 = 38.33 ≤ 3.2 = 3.2 = 101 tw f 21 → Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng tác dụng ứng suất tiếp (không phải đặt sườn cứng ngang) hw E 2.1x10 = 38.33 ≤ 2.5 = 2.5 = 79 tw f 21 → Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng tác dụng ứng suất pháp và ứng tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng) Vậy tiết diện xà chọn là đạt yêu cầu V/ Liên kết cột với xà ngang: Cặp nội lực dung để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất các bulong tại tiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được: N=-34.87 (kN) M=-114.34 (kNm) V=-31.63 (kN) Đây là cặp nội lực tổ hợp nội lwcjdo các trường hợp tải đả gây Trình tự tính toán sau: a) Tính toán bulong liên kết Chọn bulong cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bulong dự kiến là d=20mm Bố trí bulong thành dãy với khoảng cách các bulong tuân thủ các quy định bảng I.13 phụ lục Phía cánh ngoài cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy sau: + Bề dày: ts ≥ tw → chọn ts =0.8 cm + Bề rộng: (phụ thuộc vào kích thước mặt bích) → chọn ls = 9cm + Chiều cao: hs = 1.5 ls =1.5x9=13.5(cm) → chọn hs = 15(cm) • Khả chịu kéo bulong: [N]tb=ftb.Abn=40x2.45=98(kN) Ở trên: ftb – Cường độ tính toán chịu kéo bulong (bảng I.9 phụ lục), ftb =400 N/mm=40kN/cm2 Abn – diện tích tiết diện thực thân bulong ( bảng I.11 phụ lục), Abn =2.45 cm2 • Khả chịu trượt bulong cường độ cao [1]: [ N ] b = f hb Aγ bl µ n f = 0.7 x110 x3.14 x1x 0.25 x1 = 35.56(kN ) γ b2 1.7 56 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Ở trên: hb f – cường độ tính toán chịu kéo vật liệu bulong cường độ cao liện kết ma sát, hb ub f = 0.7f ; ub f – cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật liệu bulong (bảng I.12 phụ lục), ub f = 1100N/mm =110kN/cm (với mác thép 40Cr) 2 A – diện tích tiết diện thân bulong, A=πd /4=3.14 cm bl bl γ - hệ số điều kiện làm việc liên kết, γ =1 Do sớ bulong liên kết n=14>10 b2 µ,γ - hệ số ma sát và hệ số độ tin cậy liên kết với giả thuyết là không gia cơng bề mặt b2 cấu kiện nên theo [1]: µ=0.25; γ =1.7 f f n – số lượng mặt ma sát liên kết, n =1 Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005 [1], trường hợp bulong chịu cắt và kéo đờng thời cần kiểm tra các điều kiện chịu cắt và kéo riêng biệt Lực kéo tác dụng vào bulong dãy ngoài momen và lực dọc phân vào (do momen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía cùng) N b max = Mh1 N 114.34 x10 x39 34.87 ± = − = 63.65(kN ) 2 2 2 2∑ hi n 2(5.8 + 11.6 + 17.4 + 23.2 + 29 + 39 ) 14 (Ở lấy dấu trừ N là lực nén) bmax Do N tb = 63.65 kN