I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: • Nhịp khung: L = 24 m. • Bước khung: B = 7.5 m; toàn bộ nhà dài 15B = 112.5 m. • Sức trục: Q = 8 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. • Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m. • Vùng gió: IIIB • Dạng địa hình xây dựng công trình: B • Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0.75 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. • Nhịp cửa trời: Lct = 4 m • Chiều cao cửa trời: Hct = 2 m • Mái lợp tôn múi dày 0,51mm • Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3÷5mm) hoặc tương đương. • Bê tông móng cấp độ bền B15. • Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, thưng tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế 2.1 Thuyết minh tính toán • Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. • Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. • Thiết kế xà gồ (2 phương án: tiết diện cán nóng và tiết diện dập nguội). • Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. • Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. • Thiết kế dầm cầu trục, cột sườn tường. 2.2. Bản vẽ thể hiện 01 bản vẽ khổ A1 gồm: • Sơ đồ khung ngang. • Hệ giằng mái, giằng cột.
TÍNH TỐN CHI TIẾT THUYẾT MINH BẢN VẼ AUTOCAD ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 6.2 Tính dầm cầu trục vai cột Chọn dầm cầu trục có tiết diện chữ I: h= 75cm; bf= 30cm; tf= 1.4cm; tw= 1cm Do cầu trục sử dụng có sức trục nhỏ (Q= 8T), nên chọn tiết diện dầm hãm cánh dầm cầu trục Dầm cầu trục làm việc dầm đơn giản, gối vai cột Liên kết cánh dầm cầu trục với cánh cột thép góc L90x9 thép tiết diện 170x120x10 Hình 6.3 Sơ đồ kiểm tra ứng suất tiết diện dầm cầu trục theo giả thiết đơn giản a) Kiểm tra dầm cầu trục theo điều kiện bền: - Nội lực tính tốn áp lực thẳng đứng P gây ra: Với dầm đơn giản, nội lực tính tốn xác định dựa theo nguyên tắc Vinkle, tức mô men Mmax xuất hợp lực R tất lực tác dụng dầm đối xứng qua điểm dầm với lực P gần R nhất, tiết diện đặt lực P có giá trị Mmax Theo ta xác định vị trí tải trọng nguy hiểm sau: Hình 6.4 Mô men uốn lớn Dựa vào sơ đồ tải trọng ta tính mơ men lớn dầm là: Mmax = 6.47P daNm Trong đó: P= k1.n.nc.Pmax k1: Hệ số động lực, với dầm cầu trục làm việc trung bình k1= n= 1.1: Hệ số vượt tải nc: Hệ số tổ hợp, tính với câu trục làm việc trung bình nc= 0.85 Pmax= 5900daN → Mmax= 6.47x1x1.1x0.85x5900= 35691.8daNm Lực cắt lớn Qmax dầm đơn giản xuất có số lực tác dụng đặt trực tiếp lên gối, lực lại đặt gần gối Hình 6.5 Lực cắt lớn Dựa vào sơ đồ tính lực cắt lớn dầm là: Qmax= 2.4P= 2.4x1x1.1x0.85x5900= 13239.6daN Mơmen uốn lực cắt tính toán: Mx = 1.03Mmax = 36762.5 daNm; Qx =1.03Qmax = 13636.8 daN - Nội lực tính tốn lực hãm ngang T gây ra: Vì điểm đặt lực ngang T vị trí với áp lực thẳng đứng P nên mơ men uốn tính tốn My lực cắt tính toán Qy lực hãm ngang T gây xác định tính Mmax Qmax 1× T k 2T1 = 35691.8 × =M M =M = 1633.4daNm 270 y max Q =Q max P T =Q max max kP 1× 5900 1× k 2T1 = 13239.6 × = 605.9daN 270 max kP 1× 5900 P - Do dầm cầu trục có tiết diện đối xứng nên ứng suất pháp lớn điểm A y max cánh dầm cầu trục chịu uốn đồng thời Mx My : M M σ = x + y = 3676250 + 163340 t A A 3870.2 210 Wx Wy,dh 2 = 1727.7daN / cm < 2100daN / cm Trong : A (Thỏa mãn) Wx = 3870.2cm - mômen chống uốn với trục x-x tiết diện dầm cầu trục thớ dầm, A Wy,dh = 210cm - mômen chống uốn với trục y-y tiết diện dầm hãm lấy điểm A, tiết diện cánh dầm cầu trục - Ứng suất tiếp bụng dầm cầu trục kiểm tra theo lực cắt lớn Qx : Q S 13636.8 × 2197.2 2 τ= x = = 206.5daN / cm < 1200daN / cm 145133.8 ×1 Ix t w (Thỏa mãn) Trong : Ix : Mơmen qn tính tiết diện dầm cầu trục Sx : Mômen tĩnh nửa tiết diện dầm cầu trục trục x - Kiểm tra ứng suất cục bụng dầm, chỗ tiếp giáp với cánh tác dụng trực tiếp áp lực bánh xe : σ =cb.y = γ1.P γ1.P t z I w t w c.3 1.1× (5900 × 1.1× 0.85) = p tw 1× 3.25 × 12 2864.73 + 30 ×1.4 / = 131.38daN / cm < 2100daN / cm (Thỏa mãn) Ip – Tổng mơmen qn tính thân cánh dầm cầu trục ray, c =3.25 dầm tổ hợp hàn - Kiểm tra ứng suất tương đương vị trí tiếp giáp bụng cánh dầm cầu trục : 2 σtđ = σ + σ − σ σ + 3.τ1 ≤ fγ c x cb.y cb y M h 3676250 72.2 σ = x w= × = 914.4daN / cm 1 3870.2 75 Wx h Q x S1 13636.8 × 1545.6 τ = Ix t w = 14061.8 ×1 = 145.2daN / cm σ tđ = 914.42 + 131.382 − 914.4 ×131.38 + ×145.22 = 892.5daN / cm ≤ 1.15fγ = 1.15 × 2100 = 2415daN / cm c - Kiểm tra ổn định cục cánh bụng dầm cầu trục: b0f + Bản cánh dầm cầu trục: bf − tf E f ; 30 − = cm; b = 14.5 tw b 14.5 = 10.36 < 0.5 2.1×10 2100 tf 1.4 0f = 15.81 = 0f = ≤ 0.5 (Thoả mãn) - Bản bụng dầm cầu trục: hw E ≤ 3.2 tw ; f hw = 72.2 tw = 72.2 < 3.2 2.1×10 = 101.2 2100 (Thoả mãn) b Tính vai cột: - Khoảng cách e từ tâm ray đến mép cột: e = λ − hc = 100 – 75 = 25cm - Mô men uốn lực cắt tiết diện ngàm: Mv = (Dmax + Gdct).e ; M = (16402.4+1687.5)x25 = 452247.5daN.cm Vv = (Dmax + Gdct ); V = 16402.4+1687.5= 18089.9 kN - Sơ chọn chiều dày cánh dầm vai tf = 12 mm, tính chiều dày cần thiết bụng dầm vai: tw ≥ D (b max dct f +G dct + 2tf ).fc γc = 16402.4 + 1687.5 (30 + ×1.2) × = 3460 ×1 0.16cm (fc – cường độ tính tốn thép ép mặt tì đầu = 3460 daN/cm ) Chọn tw = mm - Chọn chiều cao dầm vai điểm đặt Dmax: h=30 cm Chọn sơ góc nghiêng cánh với phương ngang α=20 chiều cao dầm vai tiết diện ngàm: hdv= 30+ 25.tg20 = 39.1 cm Chọn hdv = 42 cm > e = 25 cm (hình 6.3) - Diện tích u cầu cánh: A yc f ≈( M v w f.γc h dv t h − dv 12 ) h dv = 452247.5 − 2100 ×1× 42 0.8 × 42 = −0.47cm Chọn cánh dầm vai: bf x tf = 30x1.2 cm; Af = 36cm > -0.47cm Hình 6.6 Sơ đồ tính tốn vai cột * Kiểm tra tiết diện vừa chọn: (bỏ qua trọng lượng thân dầm vai): - Tiết diện ngàm Bảng 6.1 Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai ngàm Wx Iy Wy A Sx Sf Ix 4 (cm ) (cm ) 34112.1 1624.4 M σ= v Wx = (cm ) 5401.7 452247.5 (cm ) 360.1 (cm ) 103.7 (cm ) 891.2 (cm ) 734.4 = 278.4daN / cm < 2100daN / cm 1624.4 18089.9 × 891.2 2 = 590.7daN / cm < 1200daN / cm Vv S x = 34112.1× 0.8 τ = Ix t w - Kiểm tra ứng suất tương đương: M h 452247.5 39.6 σ = v w= × = 262.5daN / cm Wx h 1624.4 42 Vv S f 18089.9 × 734.4 τ = Ix t w = 34112.1× 0.8 = 486.8daN / cm 2 σ = σ + 3.τ = 262.52 + × 486.82 tđ 1 = 883.1daN / cm < 1.15 × 2100 = 2415daN / cm - Kiểm tra ứng suất tiếp tiết diện bé: Bảng 6.2 Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai vị trí dầm cầu trục Ix Wx Iy Wy A Sx Sf (cm ) (cm ) 16340.2 1089.4 (cm ) 5401.2 (cm ) 360.1 (cm ) 94.1 (cm ) 594.6 (cm ) 518.4 18089.9 × 594.6 2 Vv S x = = 822.8daN / cm < 1200daN / cm τ = Ix t w 16340.2 × 0.8 - Kiểm tra ổn định cục bộ: 30 2.1×10 = 25 < = 31.6 ; cánh ổn định cục + Bản cánh: b f 2100 t f = 1.2 39.6 2.1×10 = 69.6 ; bụng ổn định cục = 49.5 < 2.2 + Bản bụng: hw tw = 100 - Chiều cao đường hàn cánh – bụng hf ≥ Vv S f 18089.9 × 518.4 = ×1 2.(β.fw )min Ix γ c = 0.23cm ×1260 ×16340.2 Chọn hf = mm * Tính liên kết hàn dầm vai cánh cột - Chọn chiều cao đường hàn hf = mm ta có: A w = × 0.7 × 0.6 × (29 + 26 + 38) = 78.12cm I = × 0.7 × (29 × 0.6 × 21 + 26 × 0.6 × 19.8 + 0.6 × 38 w 12 I w W = ) = 23146cm = w 23146 3 = 1102.2cm cm ; h/ 21 Mv V τ = ( ) + ( v ) = 452247.5 18089.9 hl ( ) ( + Ww Aw 1102.2 78.12 ) = 471.14daN / cm < 1800daN / cm * Kiểm tra ứng suất tương đương bụng cột: Trong bụng cột, chỗ liên kết với cánh dầm vai, chịu thêm lực ngang (do mô men dầm vai chia thành lực H = Mdv/hdv) nên xuất trạng thái ứng suất phức tạp Do phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau: 2 ; đây: σ = M σ = σ + 3.τ ≤ 1,15.f.γ tđ c W cot + N A ; τ= cot (V + H) A ; b Ta có: M= 21628daNm, N= 24521daN; V= 4640daN - nội lực cột vị trí liên kết cánh dầm vai với cột; Wcot = 5218.7cm – mô men chống uốn tiết diện cột; 2 Acot= 205.2cm , Ab= 85.2cm - diện tích tiết diện cột bụng cột 452247.5 Lực ngang dầm vai tác dụng vào cột: H = = 10767.8daN 42 24521 2 21628 ×10 + = 533.9daN / cm σ = 5218.7 205.2 4640 + 10767.8 τ= = 180.4daN / cm 85.2 2 σ tđ = σ + 3.τ = 533.9 + ×180.4 2 = 618.6daN / cm < 1.15 × 2100 = 2415daN / cm * Kích thước sườn: - Gia cường cho dầm vai: Chiều cao: hs = h-2.tf = 30 – 2*1.2= 27.6cm; 276 hs + 40 = + 40 = 49.2 mm Chọn = 12 cm; Bề rộng: b ≥ b s s 30 30 Chiều dày ts chọn theo điều kiện ổn định cục sườn: bs E ; ta có: t ≤ 0.5 ts ≥ f 12 × s 2100 0.5 2.1×10 =0.759