Hướng dẩn Tính Toán khung ZAMIL

Tính Toán khung ZAMIL

TíNH TOáN Và THIếT Kế KếT CấU KHUNG zamil

A Thiết kế xà gồ mái.

-Hệ thống mái thiết kế là mái nhẹ Tải trọng tác dụng lên xà gồ mái gồm tải trọng do các lớp mái truyền xuống, và chịu các hoạt tải sửa chữa mái khi mái h hỏng hoặc khi mái đợc bảo dỡng…

+ Cấu tạo mái bao gồm các lớp:

 Lớp bao che bằng lớp tôn sóng dày 0,7mm

1 Tĩnh tải.

- Tĩnh tải do các lớp mái truyền xuống:

+ Lớp bao che:

+ Tĩnh tải mái do trọng lợng kết cấu mái truyền xuống đợc tính toán và thành lập bảng dới đây:

Các lớp vật

Giá trị t/chuẩn Kg/m 2

Giá trị tính toán Kg/m 2

2 Hoạt tải.

Hoạt tải sửa chữa khi mái bị h hỏng đợc lấy theo TCVN 2737-1995 có trị

số tiêu chuẩn: Ptc=30kg/cm2

Hoạt tải tính toán đợc lấy với hệ số tin cậy n=1,3

 Ptt=Ptc.n=30.1,3=39kg/m2

- Trớc hết chọn khoảng cách giữa các xà gồ là 1,5 m Với mái có độ dốc

là 15% thì mái tạo với phơng ngang một góc =8,53o

Vì thế xà gồ là cấu kiện chịu uốn xiên trờng hợp xà gồ gặp nguy hiểm nhất là tổng cả tĩnh tải và hoạt tải cùng tác dụng

Dựa vào bảng trên ta xác định đợc tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ:

qtt

xà=15,75+39=54,75 kg/m2

qtc

xà=15+30=45kg/m2

Để tính toán nội lực lên xà gồ ta coi xà gồ làm việc nh dầm đơn giản mà gối tựa là xà ngang

Tải trọng phân bố đều lên xà gồ:

Qtt=qtt

xà.axà (với axà là bớc xà gồ hay là khoảng cách giữa các xà gồ)

Qtt=54,75.1,5=82,125 kg/m

Qtc=45.1,5=67,5 kg/m

Xà gồ chịu uốn xiên theo hai phơng x-x; y-y với góc nghiêng =8,53o

Ta tính toán các tải trọng tác dụng theo hai phơng x và y nh sau:

Qtt

x=Qtt.sin=82,125.sin8,53o=12,18 kg/m

Qtt

y=Qtt.cos=82,125.cos8,53o=81,21 kg/m

Qtc

x=Qtc.sin=67,5.sin8,53o=9,99 kg/m

Qtc

y=Qtc.cos=67,5.cos8,53=66,9 kg/m

Tiết diện xà gồ đợc chọn phải đảm bảo hai điều kiện sau:

+ Điều kiện bền: ứng suất lớn nhất do tác dụng đồng thời của hai mô men

Mx, My do Qx và Qy gây ra theo hai phơng thoả mãn điều kiện:

W

M W

M

y x x

x y





+Điều kiện biến dạng: Độ võng của xà gồ phải đảm bảo khong vợt quá độ

võng cho phép trong quy định thiết kế kết cấu thép

 Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ đợc chế tạo từ thép

cán nguội)

Section Properties:

Số hiệu

Section

Chiều

dày

Thick

mm

Diện tích Area

Cm 2

Trọng Lợng Weight Kg/m

Thông số theo trục

J x

Cm 4

S x

Cm 3

r x

cm

J y

Cm 4

S y

Cm 3

r y

cm

200Z15

200Z17

200Z20

200Z22

200Z25

200Z30

1,50

1,75 2,00 2,25 2,50 3,00

5,18 6,04 6,90 7,76 8,62 10,35

4,06 4,74 5,42 6,09 6,77 8,12

308,3 358,8 409,1 459,1 509,0 607,9

30,83 35,88 40,91 49,91 50,90 60,79

7,72 7,71 7,70 7,69 7,68 7,66

42,49 49,86 57,30 64,83 72,43 87,88

5,98 7,01 8,05 9,10 10,16 12,32

2,87 2,87 2,88 2,89 2,90 2,91

Số hiệu

Section

cho phép KN

Mô men uốn cho

phép KN.m

Jxy(cm4) rmin(cm) 200Z15

200Z17

200Z20

200Z22

200Z25

200Z30

83,08 97,11 111,20 125,34 139,52 168,03

1,91 1,92 1,92 1,93 1,93 1,94

10,33 16,44 24,61 35,14 45,59 65,65

5,43 6,51 7,95 9,17 10,51 12,56

5,07 6,07 7,42 8,56 9,81 11,72 Tra bảng cho ta số liệu sau 200Z15

t=1,5 mm F=5,18 cm2 , G=4,06 kg/m

Theo điều kiện về bền ta chọn tiíet diện xà gồ loại 200Z17 có các thông số sau

Jx=308,83cm4 Wx=35,88cm3;

Sx=30,83cm3; rx=7,72cm;

Jy=42,49cm4; Wy=6,13cm3;

Sy=5,98cm3; ry=2,87cm;

- Từ sơ đồ tính toán trên ta xác địnhđợc nội lực:

5 , 36544 100

8

600 21 , 81 8

.

5481 100

8

600 18 , 12 8

.

2 2

2 2

cm kg l

Q M

cm kg l

Q M

tt y y

tt x x













 ứng suất tính toán đợc:

2

13 , 6

7884 88

, 35

5481

cm kg W

M W

M

y

y x

x



Ta thấy với =2101,9kg/cm2 .R=2750kg/cm2:

Cấu kiện thoả mãn về ứng suất

- Theo độ võng:

Độ võng theo phơng x-x:

cm EJ

l q f

x

tc y

3 , 308 10 1 , 2

600 099 , 0 384

5

384

5

6

4 4





cm EJ

l q f

y

tc x

49 , 42 10 1 , 2

600 099 , 0 384

5

384

5

6

4 4





Ta kiểm tra đợc tỷ số độ võng:

3 2

2 2

2

10 2 , 4 600

87 , 1 73 , 1 600











l

So sánh ta thấy:

3 10 5 200

1 l

f l













Tiết diện đã chọn thoả mãn điều kiện về độ võng

 Đối với xà gồ biên của mái ta sử dụng tiết diện chữ [180ES20 có các thông số:

Jx=390,5 cm4; Jy=74,10 cm4;

Sx=43,4 cm3; Sy=27,9 cm3;

Trọng lợng 5,88 kg/m; chiều dày t=2 mm

Mô men uốn cho phép M=12,87 KN.m

 Chiều dài tính toán của xà gồ trong và ngoài mặt phẳng:

lx=ly=600cm

Độ mảnh theo hai phơng:

21 , 83 21 , 7

600

x

x r

l

1 , 191 14

, 3

600 r

l y

y



Ta thấy x và y đều nhỏ hơn []=200

Tiết diện xà gồ:

Đối với xà gồ giữa là 200Z15.

Đối với xà gồ biên là 180ES20.

B Thiết kế khung ngang.

- Kết cấu khung ngang của là kết cấu chịu lực chính của công trình Khung gồm có 1 nhịp chính rộng 21 m liên kết khớp với móng

Sơ đồ tính khung nh hình vẽ:

- Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm tĩnh tải mái, xà gồ, trọng lợng của khung, Hoạt tải sửa chữa mái, tải gió, tải cầu trục

1 Tĩnh tải.

Tĩnh tải mái do trọng lợng kết cấu mái truyền vào đợc tính ra kg trên m2 mặt bằng nhà, sau đó quy về phân bố đều trên khung

- Tĩnh tải đợc tính toán và lập thành bảng dới đây

Các lớp vật

liệu Hệ số tin cậy chuẩn kg/mGiá trị tiêu2 Giá trị tính

toán kg/m2 Lớp tôn sóng

Xà gồ thép

1,05 1,05

15 2,7

15,75 2,842 Trong đó xà gồ thép loại 200Z15 có trọng lợng G=4,06 kg/m quy về tải trọng phân bố đều trên 1m2 mặt bằng:

g=4,06/1,5=2,7 kg/m2 (1,5 là khoảng cách giữa các xà gồ).

 Tĩnh tải do trọng lợng bản thân kết cấu cộng với hệ giằng lấy gần đúng theo công thức:

Gxà=1,2.d.x.l

Trong đó: - 1,2 bao gồm 1,0 là trọng lợng bản thân

0,2 là trong lợng hệ giằng

- d là hệ số trọng lợng bản thân của xà lấy d=0,9

- L=21 m là nhịp khung Với các số liệu xác định nh trên ta xác định đợc gần đúng trọng lợng bản thân của cấu kiện

Gxà=1,2.0,9.21=22,86 kg/m2

- Trị số của lực dọc

Đối với cột

N1=4,06.6.8 +(15.1,05).10,5.6=1187,1 kg

Trong đó: 4,06 là trọng lợng xà gồ thép 200Z15

 Tải trọng do dầm cầu trục: dầm cầu trục đợc treo trên xà ngang cách

trục cột một đoạn 0,75 m

Để xác điịnh đợc trọng lợng dầm cầu trục ta sử dụng công thức kinh

nghiệm:

Gdct=dct.L2

dct (kg)

Trong đó: dct=2437 đối với sức trục trung bình (Q<75tấn) là

hệ số nhân trong lơng bản thân dầm cầu trục

Ldct là nhịpdầm cầu trục

Tải trọng này tác dụng cách trục cột trục một đoạn là 0,75 m

2 Tải trọng tạm thời.

Tải trọng tạm thời do sử dung trên mái đợc lấy theo TCVN2737-1995 đối với mái không ngời qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn:

Ptc=30kg/m2 Hoạt tảo tính toán lấy hệ số tin cậy n=1,3

Ptt=30.1,3=39kg/m2

3 Tải trọng do áp lực đứng của bánh xe con cầu trục.

áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục truyền vào khung thành lực tập trung tai vị trí liên kết dầm vào khung Tải trọng đứng của cầu trục lên khung đợc xác địng do tác dụng của hai cầu trục hoật động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế ở nhịp đó

áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vật nặng ở vào vị trí sát nhất của cột phía đó Các số liệu về cầu trục đợc tra trong sách “ Kết cấu thép nhà công nghiệp” với sức trục 5 tấn, Lk=21,5 m

Kích thớc Gabarit chính (mm) Loại ray bánh xeáp lực

lên ray

Trọng lợng

Ta có Pmax=8,9 tấn

Pmin= c

max o

P n

G Q





Trong đó: - Q là trọng lợng vật nặng (sức trục)

- G là toàn bộ cầu trục

- no là số lợng bánh xe lên ray

2

6 , 20 5

áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lên khung do lực Pc

max

đợc xác địng theo đờng ảnh hởng của phản lực tựa của hai cầu trục ở hai bên cột ở đây ta phải kể thêm hệ số vợt tải 1,1

Vị trí bất lợi nhất của bánh xe lên dầm

Dmax=n.nc.Pc

max.yi (với yi là tung độ của đờng ảnh hởng)

Dmax=1,1.8,9.(1+0,75+0,16+0,41)=22,7 tấn=22712,8kg

Dmin=1,1.3,9.(1+0,75+0,167+0,41 =9952,8kg

4 Lực hãm xe con.

Khi xe con hãm phát sinh lực quán tính tác dụng theo phơng chuyển

động Lực hãm truyền vào dầm và truyền vào khung

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục truyền lên dầm và truyền vào khung tại vị trí liên kết dầm vào cột

o

xe c

n

) G Q (

1 , 0

T   Trong đó: - Gxe là trọng lợng xe con

- no là số lợng bánh xe một bên dầm cầu trục

(0,1 là hệ số ma sát)

2

) 4 10 (

1 , 0

T c





T=Tc.n.yi=1,1.0,36.(1+0,75+0,16+0,41) =918,72 kg

Lực này tác dụng vào khung đợc đa về một lực tập trung và một mô men

có trị số:

M=918,72.1=918,72 kg m

Hình vẽ

(Với 1m là khoảng cách từ ray đến rờng tại vị trí liên kết )

5 Tải trọng gió tác dụng lên khung.

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

- Gió thổi lên mặt tờng dọc đợc chuyển thành phân bố trên cột khung

- Gió thổi trong phạm vi mái đợc tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân bố lên khung

Wo là áp lực ở độ cao 10m vùng II.B Wo=95kg/m2

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng của công trình là:

W=n.Wo.k.C

Trong đó:

- k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình k xác định ở hai mức, mức đỉnh cột và mức đỉnh mái

- Mức đỉnh cột cao trình +8,6m có k=0,92 (nội suy)

- Mức đỉnh mái cao trình +11,4 m có k=1,08 (nội suy)

- C là hệ số khí động C=0,8 với phía gió đẩy

Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy K hệ số trung bình K1 =(0,92+1,08)/2=1,0

 Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang đợc tính nh sau:

q=W.a=n.Wo.k.C.a (Với a là bớc cột)

Từ hình vẽ ta xác định đợc tải trọng gió tác dung lên từng thanh của khung nh sau:

Các hình vẽ

q1=1,2.95.0,92.0,8.6=503,42 kg/m

q2=1,2.95.1.(-0,268).6=-183,31 kg/m

q3=1,2.95.(-0,4.6=-273,6 kg/m

q4=1,2.95.(-0,5).0,92.6=-314,64kg/m Sơđồ hệ số khí động

















tính toán nội lực.

Tính toán nôI lực khung bằng chơng trình sap2000 kết quả tính nội lực

đợc đa vào bảng dới đây Dấu của nội lực và vị trí của mặt cắt đợc qui định theo chơng trình sap2000 và đợc thống nhất trong toàn bộ thuyết minh tính toán

F R A M E E L E M E N T F O R C E S

Bảng nội lực gió phải



F R A M E E L E M E N T F O R C E S

B¶ng néi lùc cÇu trôc bªn ph¶i

F R A M E E L E M E N T F O R C E S

B¶ng néi lùc cÇu trôc bªn tr¸i

F R A M E E L E M E N T F O R C E S

1 HTCTTRAI 0 -22257.5 -987.243 0 0 0 3.02E-13

B¶ng néi lùc xe con h·m sang ph¶i

F R A M E E L E M E N T F O R C E S

B¶ng néi lùc xe con h·m sang tr¸i

F R A M E E L E M E N T F O R C E S

3 HTXCTRAI 5.434752 -222.373 -692.344 2.80E-14 0 1.57E-13 -3712.05

B¶ng néi lùc tÜnh t¶i

F R A M E E L E M E N T F O R C E

S

2

3

4

B¶ng néi lùcho¹t t¶i

F R A M E E L E M E N T F O R C E S

3 HT 0 -1397.72 -2258.92 1.94E-13 0 4.61E-13 -6589.52