đồ án thiết kế công trình thép thiết kế khung ngang

THIẾT KẾ KHUNG NGANG

Số liệu thiết kế

Cao trình đỉnh ray Hr = 9m Độ dốc mái ,

Phân vùng gió Vùng III, địa hình B

Cường độ tính toán (MPa),

Cấp độ bền bê tông B20

Tôn mái và tôn tường Tôn ASEM, dày 0.47 0.01mm

Que hàn N42 hoặc tương đương (MPa)

Phương pháp hàn bán tự động, phương pháp kiểm tra thông thường.

TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác dụng – Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 5575 – 2012: Thiết kế kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.

Kích thước khung ngang

Theo phương dọc nhà bố trí với bước 6.0m, công trình có 4 bước gian.

Theo phương ngang nhà bố trí cột có nhịp L = 24m.

Công trình có chiều dài 60m nên không bố trí khe nhiệt, cột theo phương dọc nhà có khoảng cách giữa các cột là 6m.

Hình 1.1 - Bố trí lưới cột trên mặt bằng 1.2.2 Kích thước khung ngang theo phương đứng

Hình 1.2 - Mặt cắt khung điển hình nhà công nghiệp

Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

Hk = 1.14m : Chiều cao grabit của cầu trục, là khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của cầu trục lấy theo catalo cầu trục. bk = 0.3m : Khen ở an toàn giữa cầu trục và xà ngang.

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:

H3 = 0m : Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt ±0.000.

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang (chiều cao cột trên):

Hdct = 0.7m : Chiều cao dầm cầu trục, lấy theo phần thiết kế dầm cầu trục hoặc chọn sơ bộ khoảng 1/8÷1/10 nhịp dầm. hr = 0.2m : Chiều cao ray và đệm, lấy theo quy cách ray hoặc chọn sơ bộ khoảng 200mm.

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột (chiều cao cột dưới:

1.2.3 Xác định sợ bộ tiết diện cột

Hình 1.3 - Hình dạng tiết diện cột

 Chiều cao tiết diện cột

 Bề rộng tiết diện cột và

 Bề dày bản bụng nên chọn vào khoảng và để đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6mm.

Vậy tiết diện cột là: I-750x350x8x12

 Kiểm tra khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong của cột:

Lk = 22.5m : Nhịp cầu trục (khoảng cách giữa 2 tim ray) lấy trong catalo cầu trục.

Ta được , khoảng cách từ trục ray đến mép cầu trục.

Thỏa điều kiện vận hành cầu trục.

 Chiều cao tiết diện tại nút dầm mái

Tiết diện này liên kết với cột:

→ Chọn h1 = 750mm, thông thường nên chọn bằng với chiều cao cột.

 Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung: chọn h2 = 400mm Vậy chiều cao của dầm mái giảm dần từ 750mm (tại nút khung) xuống 400mm (tại đỉnh khung).

 Bề dày bản bụng nên chọn vào (1/100÷1/70)h và để đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6mm.

Tiết diện dầm mái tại nút khung là I-750x300x8x12

Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là I-400x300x8x12

Tiết diện dầm mái có thể ghi là I-(750 400)x3⁓ 00x8x12

Vai cột có nhiệm vụ chịu tải trọng từ cầu trục và truyền tải trọng này vào cột Đối với cột giật bậc thì vai cột thường nằm trong chiều cao cột dưới và có thêm chịu phản lực của cánh trong cột biên Với cột có tiết diện không đổi (đồ án này) vai cột như một dầm công xôn tiết diện chữ I liên kết vào cánh trong của cột Tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục, bước khung và nhịp của dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung, Dmax/Dmin, đến mép trong của vai cột).

Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray của cầu trục

Trong công thức trên: h là chiều cao tiết diện cột, 0.15 m là khoảng cách từ trục ray đến mép ngoài cùng của vai cột.

Chọn chiều cao của dầm vai tại điểm đặt lực Dmax là 300 mm

Chọn chiều cao của dầm vai tại vị trí ngàm với cánh trong của cột là 450 mm

Chọn bề rộng tiết diện vai cột là 200 mm

Chọn bề dày bản bụng vai cột là 8 mm

Chọn bề dày bản cánh vai cột là 12 mm

Vậy tiết diện dầm vai là I-(450 300)x200x8x10⁓

Hình 1.4 - Các thông số cơ bản tại vai cột

1.2.6 Tiết diện các cấu kiện cửa trời

Cửa trời có tác dụng thông thoáng cho nhà xưởng Kích thước của cửa trời phụ thuộc vào yêu cầu thông thoáng của nhà xưởng Thông thường, bề rộng cửa trời trong khoảng (1/8÷1/4) nhịp nhà và chiều cao cửa trời bằng 1/2 bề rộng Do đó

Cột và dầm mái cửa trời tiết diện chữ I với các thông số sau:

Chiều cao cột và dầm mái cửa trời là 200 mm

Bề rộng bản cánh cột và dầm mái cửa trời là 100 mm

Bề dày bản bụng của cột và dầm mái cửa trời là 6 mm

Bề dày bản cánh của cột và dầm mái cửa trời là 8 mm

Vậy tiết diện dầm, cột cửa trời là I-200x100x6x8

Hệ giằng

Đối với các công trình bằng thép, do vật liệu có cường độ cao nên tiết diện thường nhỏ, độ mảnh lớn Vì vậy, hệ giằng là một bộ phận rất quan trọng trong nhà thép tiền chế Các tác dụng của hệ giằng như sau:

Đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng không gian cho kết cấu chịu lực.

Chịu các tải trọng tác dụng lên phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất, và truyền tải trọng này xuống móng.

Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho cột, dầm mái.

Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc thi công lấp dựng.

Hệ giằng của nhà có thể được chia thành hai nhóm: hệ giằng cột và hệ giằng mái.

Hệ giằng cột đảm bảo độ cứng dọc nhà và ổn định cho cột Do khung được tính theo phương ngang nhà nên độ cứng dọc nhà rất bé, có thể xem cột liên kết khớp với móng Vì vậy muốn cả khối nhà đứng vững cần phải cấu tạo cho một miếng cứng bất biến hình để các cột khác tựa vào Thường các thanh (cáp) giằng chéo nối 2 cột giữa nhà hoặc giữa 2 khe nhiệt độ để tạo thành miếng cứng Ngoài ra ở đầu hồi, đầu khối nhiệt độ cũng bố trí hệ giằng để truyền tải trọng gió theo phương dọc nhà hoặc lực hãm dọc nhà của cầu trục nhanh chống xuống móng Góc nghiêng giữa các thanh giằng với phương ngang hợp lý từ 35 0 đến 55 0 , vì vậy khi cột cao phải chia ra nhiều khoảng và dùng thanh chống phụ Các thanh chống phụ này phải có độ mảnh

Ngoài hệ thanh (cáp) giằng dạng chữ X còn có hệ giằng dạng cổng Kiểu giằng dạng cổng thường được sử dụng khi cần làm lối đi thông qua.

Khi bố trí hệ giằng cột, không được vượt quá các kích thước giới hạn sau: Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng gần nhất không lớn hơn 75m, khoảng cách hệ giằng trong một khối nhiệt độ không lớn hơn 50m (Mục 11.1.2, TCVN 5575:2012).

Với cỏc số liệu của đồ ỏn, bố trớ hệ giằng cột với cỏc thanh chộo ỉ25 và thanh chống 2C20.

Hình 1.5 - Hệ giằng cột 1.3.2 Hệ giằng mái

Hệ giằng mái được bố trí ở hai đầu hồi và ở chỗ có hệ giằng cột Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng chéo và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có độ mảnh Thanh giằng chộo làm từ thộp trũn tiết diện ỉ16.

THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI, SƯỜN TƯỜNG VÀ DẦM CẦU TRỤC

Thiết kế xà gồ mái dùng thép cán nóng

2.1.1 Xà gồ chịu tác dụng tĩnh tải, hoạt tải và trọng lượng bản thân xà gồ

2.1.1.1 Sơ đồ tính xà gồ mái

Khoảng cách giữa các xà gồ lấy từ 1.2 đến 2m Chọn khoảng cách bố trí xà gồ trên mặt bằng mái là 1.2m

Dùng xà gồ C175×65×20×1.8 có các đặc trưng tiết diện sau:

KL thanh (Kg/1m) h (mm) b (mm) Jx (cm 4 ) Wx (cm³) Jy (cm 4 ) Wy (cm 3 )

Bảng 2.1 - Đặc trưng tiết diện hình học xà gồ

Dựa vào mặt bằng bố trí xà gồ mái có sơ đồ tính như sau:

Hình 2.1 - Sơ đồ tính xà gồ trong và ngoài mặt phẳng

2.1.1.2 Xác định các loại tải trọng tác dụng lên xà gồ

 Chọn tôn mái ASTM dày 0.47±0.01 (mm), chiều cao sóng 65 (mm), trọng lượng mái tôn ,

 Hoạt tải sửa chữa mái ,

 Trọng lượng bản thân xà gồ ,

 Khoảng cách xà gồ theo mái dốc

 Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên xà gồ:

Tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ:

Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng theo hai phương x,y:

Tải trọng tính toán tác dụng theo hai phương x,y:

2.1.1.3 Xác định nội lực và kiểm tra bền

Moment lớn nhất theo hai phương

Kiểm tra điều kiện bền

Kiểm tra độ võng giữa nhịp

Nhận xét : Thoả điều kiện võng.

2.1.2 Xà gồ chịu tải trọng gió

2.1.2.1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên xà gồ

2.1.2.2 Xác định nội lực và kiểm tra bền

Moment uốn xà gồ do tải trọng gió

Ứng suất trong xà gồ

(Thoả điều kiện bền) Vậy chọn xà gồ là thép hình tiết diện C175×65×20×1.8 là hợp lý.

Thiết kế sườn tường

Tường nhà công nghiệp gồm lớp tôn tường và sườn tường

Tôn tường được sử dụng là loại tôm ASTM dày 60mm

Khoảng cách bố trí giữa các sườn tường theo phương đứng là 4000 mm

Sơ đồ bố trí sườn tường được thể hiện ở trong sơ đồ sau:

Hình 2.2 - Sơ đồ tính sườn tường

2.2.2.1 Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên sườn tường

Chọn tôn mái ASTM dày dày 0.47 ± 0.01 (mm), chiều cao sóng 65 (mm), trọng lượng mái tôn

Dùng sườn tường C175 ×65×20×1.8 có các đặc trưng tiết diện sau:

KL thanh (Kg/1m) h (mm) b (mm) Jx (cm 4 ) Wx (cm³) Jy (cm 4 ) Wy (cm 3 )

Bảng 2.2 - Bảng đặc trưng tiết diện của sườn tường

Dựa vào sơ đồ bố trí sườn tường có được sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên sườn tường như sau:

Hình 2.3 - Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên sườn tường

Tải trọng gió ngang tác dụng lên sườn tường:

: Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ VN Vùng gió IIIA lấy bằng 1.10 kN/m 2

: Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió.

: Hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và hình dạng địa hình.

: Hệ số khí động (số liệu và bảng tra lấy trong TCVN 2737 – 1995)

Trọng lượng bản thân của tấm tôn tác dụng lên sườn tường:

Trọng lượng bản thân của sườn tường ,

Moment uốn do gió gây ra:

Xét tỷ số , moment uốn do tải trọng gió tính toán như sau:

Moment uốn do trọng lượng bản thân sườn tường:

Moment uốn do trọng lượng bản thân của tấm tôn:

Một cách gần đúng, ta xem toàn bộ tiết diện chịu uốn do gió gây uốn quanh trục , chịu uốn quanh trục do trọng lượng bản thân của sườn tường gây ra và trọng lượng bản thân của tấm tôn bao che do một cánh tiết diện sườn chịu.

Kiểm tra tiết diện sườn theo công thức sau:

2.2.2.4 Kiểm tra độ võng Độ võng thép theo phương y (do gió gây ra):

Thỏa mãn điều kiện độ võngVậy sườn tường là thép C175×65×20×1.8 là hợp lý

Thiết kế dầm cầu trục

Ta chọn sơ đồ tính là dầm đơn giản, nhịp L = B = 6m. Ưu điểm: dễ lắp dựng, chịu lực chính xác, không bị ảnh hưởng bởi lún lệch hoặc nhiệt độ, được sử dụng phổ biến.

Hình 2.4 - Sơ đồ tính toán dầm cầu trục 2.3.2 Tải trọng tác động lên dầm cầu trục

Tải trọng mà cầu trục tác dụng lên kết cấu đỡ cầu trục thông qua các bánh xe cầu trục.

Khi tính toán độ bền và độ ổn định cần xét tới tải trọng do 2 cầu trục mạng vật nặng ở vị trí sát nhau tác dụng bất lợi nhất, bao gồm áp lực thẳng đứng tính toán P và lực ngang tính toán T ở một bánh xe được xác định theo công thức:

Trong đó: k1, k2: Hệ số động lực, lấy theo bảng 1.4/64 – giáo trình Kết Cấu Thép n: Hệ số độ tin cậy tải trọng, lấy n=1.1 nc: Hệ số tổ hợp, lấy nc = 0.85, 2 cầu trục làm việc trung bình

T1: Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 2 bánh xe lên ray Được xác định như sau:

Với n: Số xe con cùng hoạt động, kf = 0.1 – Móc cầu mềm

Từ đó tính được P = 100.98 kN, T = 3.8 kN

 Xác định moment lớn nhất:

Để xác định moment Mmax, ta cần xét tải trọng do 2 cầu trục mang vật nặng ở vị trí sát nhau tác dụng bất lợi nhất.

Theo nguyên tắc Vinkle, moment Mmax xuất hiện khi hợp lực R của tất cả các lực trên dầm đối xứng với một lực P gần R nhất qua điểm giữa dầm, tại tiết diện đặt lực P đó sẽ có Mmax.

Trường hợp nguy hiểm nhất: Có 2 bánh xe trên dầm cầu trục Dựa vào nguyên tắcVinkle ta tìm được vị trí bất lợi nhất khi có 2 bánh xe của 2 xe con trên dầm cầu trục.

Hình 2.5 - Sơ đồ xác định moment lớn nhất

 Xác định vị trí đặt hợp lực R (Cách P trái một đoạn là x)

 Khoảng cách từ gối trái đến điểm đặt lực P gần nhất

Xác định phản lực tại gối, vẽ biểu đồ moment từ đó ta suy ra

 Xác định lực cắt lớn nhất:

Hình 2.6 - Sơ đồ xác định lực cắt lớn nhất

 Lực cắt lớn nhất ở gần gối tựa xác định theo đường ảnh hưởng với sơ đồ chất tải như trên:

 Trọng lượng bản thân và hoạt tải sửa chữa dầm cầu trục được thiết kế bằng cách nhân Mmax và Qmax với hệ số an toàn , như vậy lực cắt và moment tính toán là:

2.3.3 Chọn dạng tiết diện dầm

Là cấu kiện chịu uốn lớn nhất ở giữa nhịp và chịu cắt lớn nhất ở đầu dâm, do đó ta chọn dầm là dầm tổ hợp hàn vì nó có khả năng chống uốn tương đối tốt.

 Bề rộng tiết diện cột:

→ Chọn tf = 10mm Vậy tiết diện sơ bộ dầm cầu trục là: I5 00× 250 ×8×1 0

2.3.4 Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục Đặc trưng tiết diện hình học dầm cầu trục I5 00× 250 ×8×10

Bảng 2.3 - Bảng đặc trưng tiết diện dầm cầu trục

 Kiểm tra điều kiện cường độ

 Tại tiết diện giữa dầm Điều kiện bền chịu uốn

→ Thỏa điều kiện chịu uốn Điều kiện chịu cắt

→ Thỏa điều kiện chịu cắt Điều kiện chịu đồng thời cả uốn và cắt

→ Thỏa mãn đồng thời cả điều kiện chịu cắt và điều kiện chịu uốn

 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng

→ Bản cánh dầm thỏa điều kiển ổn định cục bộ

→ Bản bụng dầm thỏa điều kiển ổn định cục bộ

 Độ võng tương đối cho phép: (Đối với chế độ làm việc nhẹ,lấy theo giáo trính Kết Cấu Thép trang 73)

 Đối với độ chính xác cho phép, độ võng được tính bằng công thức sau:

Mtc: Moment uốn do tải trọng tiêu chuẩn của một cầu trục gây ra (không kể đến hệ sộ vượt tải và hệ số động) -

E: Mô – đun đàn hồi của vật liệu có giá trị bằng

J: Moment quán tính của tiết diện nguyên đối với trục trung hòa,

TÍNH TOÁN NỘI LỰC KHUNG NGANG

Sơ đồ tính khung

Cột và xà ngang được mô hình thành các thanh có các đặc trưng tiết diện và vật liệu. Kích thước khung xác định theo kích thước khung ngang chương I.

Liên kết của khung được xác định như sau:

(1): Liên kết cột với xà ngang là liên kết nút cứng

(2): Liên kết giữa xà với xà là liên kết nút cứng

(3): Liên kết giữa chân cột với móng là liên kết ngàm

(4): Liên kết cửa trời vào khung là liên kết nút cứng

Liên kết của khung ngang

Tải trọng tác dụng lên khung

3.2.1.1 Tải trọng mái tác dụng lên dầm mái, dầm mái cửa trời

Tải trọng phân bố trên mái bao gồm tôn, hệ giằng mái, xà gồ mái, cửa trời: mặt bằng mái Trọng thực tế, dầm mái có thể chịu các tải trọng khác như: tải trọng hệ thống cơ, điện, lạnh, lớp cách nhiệt, Tuy nhiên, đồ án không xét đến các tải trọng này.

 Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:

 Tải trọng tính toán phân bố lên dầm mái:

Trong công thức trên ng là hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải), khi tính toán cường độ và ổn định, đối với kết cấu thép: ng = 1.05 (Bảng 1, TCVN 2737:1995).

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên cột bao gồm tải trọng kết cấu bao che, dầm cầu trục, dầm và dàn hãm.

 Tải trọng kết cấu bao che (xà gồ vách và tôn vách):

Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên cột:

Tải trọng tính toán phân bố lên cột:

 Tải trọng dầm cầu trục:

Trong công thức trên: là hệ số trọng lượng bản thân của dầm cầu trục, là nhịp của dầm cầu trục.

 Tải trọng dầm và dàn hãm:

Ghi chú: Tải trọng thường xuyên còn có trọng lượng bản thân của cột và dầm mái.Giá trị này sẽ được kể đến trong khi dùng phần mềm phân tích nội lực khung.

3.2.2 Hoạt tải sửa chữa mái

Theo TCVN 2737:1995, mái tôn có giá trị hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn mặt bằng nhà, do đó:

 Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái:

 Hoạt tải sửa chữa tính toán phân bố lên dầm mái:

Trong công thức trên: tương ứng với độ mái dốc , là hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái (Bảng 3 và Mục 4.3.3, TCVN 2737:1995).

Theo TCVN 2737:1995, áp lực gió tác dụng lên khung được tính theo công thức:

Trong đó: n = 1.2 – Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

W0 = 1.25kN/m 2 – Áp lực gió tiêu chuẩn vùng IIIB k – Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao c – Hệ số khí động, phụ thuộc vào hướng gió và hình dạng công trình

 Xác định hệ số khí động Ce

Sơ đồ tra hệ số khí động Các hệ số khí động được tra theo sơ đồ 2 và 8, TCVN 2737:1995:

Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình Công trình nằm ở khu vực thuộc dạng địa hình B Tra bảng 5, TCVN 2737:1995, các trị k được xác định ở bảng sau:

3 Cột cửa trời đón gió 13.5 1.25 1.056 +0.7 1.2 6 6.653

4 Mái cửa trời đón gió 13.7 1.25 1.0592 -0.563 1.2 6 -5.367

7 Cột cửa trời hút gió 13.5 1.25 1.056 -0.6 1.2 6 -5.7024

8 Mái cửa trời hút gió 13.7 1.25 1.0592 -0.4125 1.2 6 -3.932

3.2.4.1 Áp lực đứng Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung vào vai cột Tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó Nhà nhiều nhịp thì cột giữa được tính với không quá 4 cầu trục (mỗi nhịp 2 cầu trục) Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục (Pmax) lên ray xảy ra khi xe con mang vật nặng ở vào vị trí sát nhất với cột phía đó, khi đó phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất (Pmin) Trị số Pmax, Pmin được tra trong catalo cầu trục.

Sức trục Q = 15T, nhịp cầu trục LK = 22.5m, bề rộng cầu trục BK = 4230mm

Khoảng cách hai bánh xe:

Trọng lượng toàn bộ cầu trục:

Số bánh xe ở một bên ray: Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất tại mỗi bánh xe: Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất tại mỗi bánh xe:

 Áp lực đứng lớn nhất , nhỏ nhất của cầu trục lên vai cột, xác đinh theo công thức sau:

: Hệ số độ tin cậy (Mục 5.8, TCVN 2737:1995)

: Hệ số tổ hợp, khi có 2 cầu trục làm việc chế độ nhẹ và trung bình (Mục 5.16, TCVN 2737:1995)

: Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ ở gối bằng 1.

Dựa vào loại cầu trục đã chọn ta có , , từ đó ta cho các bánh xe chuyển động ở các vị trí khác nhau trên 2 nhịp nhà và vẽ đường ảnh hưởng của phản lực tại gối giữa, ta có sơ đồ như sau:

Vị trí khi hai xe ở vị trí nguy hiểm Đường ảnh hưởng do hai xe di chuyển gây ra tại gối giữa Giả sử giá trị tại y1 = 1, từ đó suy ra y2 = 0.295, y3 =0.914, y4 =0.381→

Khi đó áp lực lớn nhất và nhỏ nhất do bánh xe tác động lên cột sẽ được tính:

3.2.5 Tính toán nội lực khung

Dùng phần mềm SAP2000 để mô hình kết cấu và phân tích nội lực khung Cột và dầm được thay thế bằng các thanh tại trục phần tử.

Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng Liên kết cột và móng là liên kết ngàm các liên kết giữa cột và dầm mái, đỉnh khung, cột cửa trời và dầm mái, cột cửa trời và dầm mái cửa trời, đỉnh khung là liên kết cứng (như đã liệt kê ở phần đầu chương 3).

Các tiết diện được khai báo theo tiết diện sơ bộ đã chọn.

Tải trọng được gán vào khung theo các giá trị được tính toán ở trên Trọng lượng bản thân cột và xà ngang được phần mềm Sap2000 tính tự động, hệ số selfwweight

Sơ đồ hình học khung

Hình dạng tiết diện khung ngang

Tải trọng thường xuyên (kN/m, kN)

Hoạt tải sửa chữa mái (kN/m)

3.2.6 Nội lực và tổ hợp nội lực

Moment tải trọng thường xuyên (kNm)

Moment hoạt tải mái (kN.m)

Biểu đồ bao moment (kNm)

Biểu đồ bao lực dọc (kN)

Biểu đồ bao lực cắt (kN)

Chuyển vị đỉnh lớn nhất tải đỉnh xà do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

→ Thỏa điều kiện chuyển vị đứng

Chuyển vị ngang lớn nhất tại chân cột do tải trọng tiểu chuẩn gây ra

→ Thỏa điều kiện chuyển vị ngang

Các trường hợp tải TT thường xuyên

Tổ hợp tải trọng cơ bản 1 gồm tải trọng thường xuyên và một tải trọng tạm thời

Tổ hợp tải trọng cơ bản 2 gồm tải trọng thường xuyên và nhiều tải trọng tạm thời với hệ số 0.9

THIẾT KẾ CỘT KHUNG

Tiết diện sơ bộ cột

4.1.1 Kích thước tiết diện cột

Cột có tiết diện hình chữ I đối xứng không thay đổi tiết diện theo chiều dài cột, cột đặc, liên kết cột với mặt đất là liên kết ngàm Chọn nội lực ở chân cột để tiến hành kiểm tra do nội lực tại đây là lớn nhất.

(mm) b0f b (mm) (mm) tf (mm) hw (mm) tw

Kích thước sơ bộ tiết diện cột đã chọn trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.1 - Bảng kích thước tiết diện cột

Tính toán các đặc trưng tiết diện

4.1.2 Chiều cao tính toán của cột

4.1.2.1 Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung

Với hệ số chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với đất và khung có chuyển vị ngang khi chịu tải được lấy theo Bảng 19, TCVN 5575:2012, ta có:

Trong đó: Độ cứng đơn vị của cột và xà ngang:

Suy ra, chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung được xác định:

4.1.2.2 Chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung ly lấy bằng khoảng cách hai điểm ngăn cản chuyển vị của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung, tức là bằng khoảng cách giữa hai điểm giằng cột:

4.1.3 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh Độ mảnh của cột: Độ mảnh quy ước của cột: Độ mảnh giới hạn của cột

→ (Thỏa điều kiện về độ mảnh)

Kiểm tra tiết diện cột

Bảng tổng hợp các đặc trưng tiết diện của cột

Ix (cm 4 ) Iy (cm 4 ) i x(cm) i y (cm) λ x λ y λ x λ y Wx (cm 3 )

Bảng 4.2 - Bảng đặc trưng tiết diện cột

4.2.1 Chọn cặp nội lực tính toán tiết diện cột

Từ kết quả tổ hợp nội lực chọn 3 cặp nội lực sau để kiểm tra tiết diện cột:

TH Đặc điểm nội lực M (kN.m ) N (kN) Q (kN) Tổ hợp

Bảng 4.3 - Bảng nội lực kiểm tra tiết diện cột

4.2.2 Kiểm tra điều kiện bền

Vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn điều kiện bền

4.2.3 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể cột

4.2.3.1 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

Trong các trường hợp xét tiết diện cột không giảm yếu

Công thức kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng cột:

Hệ số tra trong bảng D.10, Phụ lục D, TCVN 5575 : 2012 dựa vào 2 hệ số và me

: Độ lệch tâm tính đổi Với: tính dựa vào TCVN 5575 : 2012, bảng D.9 phụ lục D nội suy với:

Các hệ số trên được tính toán trong 3 trường hợp khác nhau và được tổng hợp trong bảng sau:

1 450.9 98.5 17.44 1.122 19.57 0.073 95.0 σ x < 210 MPa → thỏa điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung

4.2.3.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung Ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung được xác định theo công thức:

Hệ số c kể đến ảnh hưởng của moment uốn Mx và hình dạng tiết diện đến ổn định cả cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn, phụ thuộc vào mx (Mục 7.4.2.5 TCVN 5575 : 2012), trong đó:

M1, M2 lần lượt là moment lớn nhất ở một đầu và moment tương ứng ở đầu kia cùng tổ hợp tải trọng và giữ đúng dấu của nó. giá trị lớn nhất ở 1/3 đoạn cột

Hệ số uốn dọc đối với trục y – y (ngoài mặt phẳng khung) phụ thuộc vào

Tra bảng D.8 TCVN 5575 : 2012, ta được Xác định hệ số c do ảnh hưởng của moment uốn và hình dạng tiết diện đến ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung (Mục 7.4.2.5 TCVN 5575 : 2012)

 → nội suy giữa c5 (mx = 5) và c10 (mx = 10)

Trong đó được lấy theo phụ lục E TCVN 5575 : 2012

Vậy lấy Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:

→ Vậy thỏa điều kiện bền ngoài mặt phẳng khung

4.2.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh

Bề rộng tính toán của bản cánh: Độ mảnh của bản cánh cột: Độ mảnh giới hạn của bản cánh cột, với

Ta thấy → Thảo điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh

4.2.5 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng

Theo mục 7.6.2.2, TCVN 5575 : 2012, đối với cánh cột chịu nén lệch tâm và nén uốn, tiết diện chữ I hoặc hình hộp mà điều kiện ổn định được kiểm tra theo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn thì giá trị giờ hạn của hw/tw phụ thuộc vào giá trị thông số ( Với là ứng suất nén lớn nhất tại biên của bản bụng, mang dấu “+”, khi không kể đến các hệ số hoặc là ứng suất tại biên ứng của bản bụng).

Trong đó y1, y2 là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ chịu kéo và chịu nén của bản bụng, với tiết diện đối xứng thì

Khi đó ta tính được:

Thỏa điều kiện ổn định cục bộ

4.2.6 Thiết kế liên kết bản cánh với bản bụng Để đơn giản về thi công và an toàn cọn kN để tính toán

Lực trượt trên một đơn vị chiều dài cột

Sử dụng que hàn N42 có

Sử dụng phương pháp hàn bán tự động →

Ta thấy: Do đó thiết kế thép theo tiết diện cơ bản Điều kiện bền của đường hàn góc liên kết bản cánh với bản bụng cột:

THIẾT KẾ XÀ NGANG

Thiết kế xà ngang tại nách khung

5.1.1 Kích thước tiết diện sơ bộ

Kích thước sơ bộ tiết diện xà ngang được trình bày trong bảng sau:

(mm) b0f bf (mm) (mm) tf

Tính toán các đặc trưng tiết diện xà ngang:

Kết quả tính toán các đặc trưng được trình bày trong bảng sau:

5.1.2 Kiểm tra điều kiện bền

Chọn nội lực kiểm tra: do tiết diện có lực dọc và lực cắt tương đối nhỏ nên ta chọn trường hợp có Mmax để kiểm tra: Đặc điểm nội lực M (kN.m ) N (kN) V (kN)

Bảng 5– Nội lực tại nách khung

Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất pháp

Kết luận ,Thoả điều kiện bền theo ứng suất pháp

Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tiếp

Kết luận ,Thoả điều kiện bền theo ứng suất tiếp

Trường hợp tiết diện xuất hiện đồng thời ứng suất pháp và ứng suất tiếp

Kết luận : Thoả điều kiện bền theo ứng suất tương đương.

5.1.3 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể

5.1.3.1 Đối với cánh trên của xà ngang

Theo bảng 13 TCVN 5575 – 2012 ta có:

Xét tỷ số , với : là khoảng cách giữa

2 điểm giằng cánh trên của xà gồ.

Kết luận , cánh trên của xà ngang thỏa điều kiện ổn định tổng thể

5.1.3.2 Đối với cánh dưới của xà ngang

Sử dụng thanh chống bằng thép góc chống vào xà gồ với khoảng cách 2 điểm chống được tính toán từ điều kiện chống mất ổn định cục bộ cascnh trên của xà ngag.

Vậy chọn khoảng cách giữa 2 điểm chống l0 = 50 (cm).

5.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ

5.1.4.1 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh Độ mảnh của bản cánh dầm: Độ mảnh cho phép của bản cánh dầm:

Kết luận: , Thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh

5.1.4.2 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng

 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo ứng suất pháp Độ mảnh của bản bụng: Độ mảnh cho phép của bản bụng

Kết luận: , Thỏa điều kiện ổn định cục bộ theo ứng suất pháp

 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo ứng suất tiếp Độ mảnh của bản bụng: Độ mảnh cho phép của bản bụng

Kết luận: , Thỏa điều kiện ổn định cục bộ theo ứng suất tiếp

Kiểm tra tiết diện tại đỉnh khung

Kích thước sơ bộ tiết diện xà ngang được trình bày trong bảng sau:

(mm) b0f bf (mm) (mm) tf

Bảng 5.1 – Kích thước tiết diện xà ngang

Bảng 5.2 – Đặc trưng tiết diện xà ngang

Chọn nội lực kiểm tra: do tiết diện có lực dọc và lực cắt tương đối nhỏ nên ta chọn trường hợp có Mmax để kiểm tra: Đặc điểm nội lực M (kN.m ) N (kN) V (kN)

Trong mặt phẳng khung: lx = 24m

Ngoài mặt phẳng khung: ly = 1.2m (bằng khoảng cách của 2 xà gồ) Độ lệch tâm tương đối:

5.2.2 Kiểm tra điều kiện cường độ Điều kiện bền chịu nén uốn

Kết luận ,Thoả điều kiện về cường độ Điều kiện bền chịu cắt

Kết luận ,Thoả điều kiện bền chịu cắt Điều kiện bền chịu đồng thời cả nén uốn và cắt

Kết luận : Thoả điều kiện bền theo ứng suất tương đương.

5.2.3 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của dầm mái

Xét tỷ số giới hạn kích thước bản cảnh của tiết diện (theo bảng 13, TCVN 5575-2012):

Ta thấy nêu điều kiện ổn định tổng thể của dầm mái thỏa mãn

5.2.4 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng tiết diện dầm mái

Bản cánh dầm mái thỏa điều kiện ổn định cục bộ

Bản bụng dầm mái thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ

5.2.5 Tính liên kết bản cánh và bản bụng xà

Liên kết bản cánh và bản bụng xà chịu lực cắt V, chọn cặp nội lực gây cắt lớn nhất tại tiết diện thay đổi để tính: Vmax = 58.28kN

- Chiều cao đường hàn cánh – bụng

Sf = 585 cm³ - Momen tĩnh của 1 bản cạnh dầm với trục x – x

= 1759 – Cường độ tính toán đường hàn với que hàn N42

- Liên kết cánh và bụng dầm được lấy theo cấu tạo: đường hàn dài suốt chiều dài dầm và lấy hf = 6 mm.

THIẾT KẾ LIÊN KẾT

Thiết kế vai cột

6.1.1 Xác định tải trọng và chọn sơ bộ tiết diện dầm vai Áp lực lớn nhất tác dụng lên dầm vai:

Tải trọng bản thân dầm đỡ cầu trục:

Bỏ qua trọng lượng bản thân của dầm vai

Hình 6.1 – Sơ đồ tính của dầm vai

Dầm vai sử dụng tiết diện chữ I đối xứng

Bề rộng bản cánh lấy:

Bề dày bản cánh dầm vai xác định sơ bộ thông qua điều kiện chống mất ổn định cục bộ bản cánh:

Bề dày bản bụng dầm vai xác định sơ bộ thông qua điều kiện chịu ép mặt cục bộ:

Chiều cao bản bụng xác định sơ bộ từ điều kiện chịu cắt của bản bụng

Hình 6.2 – Tiết diện dầm vai tại ngàm

Kết quả xác định sơ bộ tiết diện dầm vai được thể hiện trong bảng sau:

(mm) b0f bf (mm) (mm) tf

Bảng – Kích thước tiết diện dầm vai tại vị trí ngàm

Các đặc trưng tiết diện xà ngang được tính toán theo công thức sau

(cm 2 ) Ix (cm 4 ) Wx (cm 3 ) Iy (cm4) Wy(cm3) Sf

Bảng – Đặc trưng tiết diện dầm vai

6.1.2 Kiểm tra điều kiện bền tại tiết diện ngàm

Dầm vai được tính như dầm consol ngàm tại mép cột

Ngoại lực đặt tại vị trí dầm cầu trục

Nội lực tại tiết diện ngàm

 Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất pháp

Kết luận , Thỏa điều kiện bền ứng suất pháp

 Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tiếp

Kết luận , Thỏa điều kiện bền ứng suất pháp

 Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tương đương

Kết luận , Thỏa điều kiện bền theo ứng suất tương đương

6.1.3 Kiểm tra điều kiện ép mặt bảng bụng dầm vai Điều kiện ép mặt của bản bụng kiểm tra như sau:

Chiều dài phân bố quy đổi của tải tập trung:

Cường độ chịu ép mặt lên đầu mút:

Kết luận , dầm vai thỏa điều kiện chịu ép mặt

6.1.4 Kiểm tra ổn định cục bộ dầm vai

 Kiểm tra ổn định cục bộ dầm vai Độ mảnh bản cánh dầm vai: Độ mảnh cho phép của dầm vai:

Kết luận Thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng dầm vai

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng theo ứng suất tiếp Độ mảnh cho phép của bản bụng: Độ mảnh của bản bụng:

→ Kết luận Thỏa điều kiện ổn định cục bộ theo ứng suất tiếp

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng theo ứng suất pháp Độ mảnh cho phép của bản bụng: Độ mảnh của bản bụng:

→ Kết luận Thỏa điều kiện ổn định cục bộ theo ứng suất tiếp

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng theo ứng suất pháp và ứng suất tiếp Độ mảnh cho phép của bản bụng: Độ mảnh của bản bụng:

→ Kết luận Thỏa điều kiện ổn định cục bộ theo ứng suất pháp và tiếp

6.1.5 Kiểm tra chuyển vị dầm vai

Bằng phương pháp nhân biểu đồ Veresaghin tính được chuyển vị tại mút dầm vai như sau:

Hình 6.3 – Biểu đồ moment dầm vai

Chuyển vị của dầm vai xác định như sau: Độ võng cho phép:

Kết luận Thỏa điều kiện độ võng

6.1.6 Thiết kế sườn gia cố cho dầm vai và bụng cột

6.1.6.1 Thiết kế sườn gia cố cho dầm vai

Chiều cao sườn ngang hs = 430 (mm)

Bề rộng sường ngang → Chọn

Bề dày tiết diện sườn ngang

6.1.6.2 Thiết kế sườn ngang gia cố cho bụng cột

Chiều cao sườn ngang hs = 726 (mm)

Bề rộng sườn ngang: → Chọn

6.1.7 Thiết kế liên kết dầm vai vào cột

Xác định chiều cao đường hàn

Sử dụng phương pháp hàn bán tự động →

Ta thấy: , vậy thiết kế đường hàn theo tiết diện cơ bản Tổng chiều dài tính toán đường hàn phía trong và phía cánh ngoài:

Lực kéo trong bản cánh do moment và lực dọc phân bố vào:

Chiều cao cần thiết của đường hán phía trong và phía cánh ngoài

Chiều cao cần thiết của đường hàn bản bụng vào mặt bích

Thiết kế chân cột

Từ kết quả nội lực chọn cặp nội lực thuộc tổ hợp TH19

Dựa vào chiều cao tiết diện cột và bố trí đủ hàng bu lông chọn bề rộng bản đế: với Chiều dài bản đế xác định từ điều kiện chịu ép mặt cục bộ của bê tông móng

Bê tông móng cấp độ bền B20 →

Hệ số tăng cường độ của bê tông chọn sơ bộ

Cường độ chịu nén cục bộ của bê tông móng:

Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông neo, chiều dài của bản đế với giả thuyết c2 = 10 cm và chiều dày của tấm đế là 0.8 cm

6.2.2 Kiểm tra điều kiện nén ép cục bộ của bê tông móng Ứng suất lớn nhất dưới đáy bản đế

Kết luận , Thỏa điều kiện chịu nén cục bộ

Hình 6.4 - Ứng suất cục bộ dưới chân cột

Khoảng cách từ biên bản đế có đến điểm có ứng suất bằng không là y = 529 mm Ứng suất lớn nhất tác dụng lên ô bản số 1: Ứng suất lớn nhất tác dụng lên ô bản số 2:

Xét ô bản số 1: Bản kê 3 cạnh

Dựa vào hình vẽ có

Xét ô bản số 2: Bản kê 2 cạnh

Dựa vào hình vẽ có

Do đó bề dày bản đế xác định theo M1

Xác định chiều cao dầm đế

Dầm đế đặt vuông góc với bụng cột Ứng suất tác dụng tải bản đế:

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực bê tông móng:

Xác định chiều cao đường hàn

Sử dụng phương pháp hàn bán tự động →

Ta thấy: , do đó thiêt kế đường hàn theo tiết diện cơ bản Chiều dài một đường hàn liên kết dầm đế vào bụng cột

Vậy chọn chiều cao của dầm đế

Sơ đồ tính là bản consol ngàm vào bụng cột Ứng suất tác dụng tại chân sườn đế:

Lực tác dụng vào sườn đế

Chiều cao sườn để dựa vào điều kiện chịu uốn

 Kiểm tra điều kiện bền của sườn đế

Kết luận: Thỏa điều kiện theo ứng suất tương đương

 Kiểm tra khả năng chịu lực cắt của đường hàn

Xác định chiều cao đường hàn

Sử dụng phương pháp hàn bán tự động →

Ta thấy: , do đó thiêt kế đường hàn theo tiết diện cơ bản. Diện tích đường hàn

Moment kháng uốn của đường hàn Ứng suất tác dụng lên đường hàn

Kết luận Thỏa điều kiện bền theo ứng suất tiếp tương đương

Sơ đồ tính là bản consol ngàm vào dầm đế Ứng suất tác dụng tại bản đế:

Lực tác dụng vào sườn đế

Chiều cao sườn đế xác định dựa vào điều kiện chịu uốn

 Kiểm tra điều kiện bền của sườn đế

Kết luận: Thỏa điều kiện theo ứng suất tương đương

 Kiểm tra khả năng chịu lực căt của đường hàn

Xác định chiều cao đường hàn

Sử dụng phương pháp hàn bán tự động →

Ta thấy: , do đó thiêt kế đường hàn theo tiết diện cơ bản. Diện tích đường hàn

Moment kháng uốn của đường hàn Ứng suất tác dụng lên đường hàn

Kết luận Thỏa điều kiện bền theo ứng suất tiếp tương đương

Hình 6.5 – Cấu tạo liên kết chân cột 6.2.5 Thiết kế bu lông neo

Chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại chân cột Đặc điểm nội lực M (kN.m ) N (kN) Q (kN)

Bảng – Bảng nội lực tính toán chân cột Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c = 52.9 cm

Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6cm

Ta xác định được các khoảng cách

Tổng lực kéo trong các thân bu lông neo ở một phía chân cột

Chọn bu lông neo mác 09Mn2Si, tra bảng có

Diện tích bu lông cần thiết:

Trong đó: n1: Số bu lông chịu kéo nằm về một phía chân cột

Tính lại tổng lực kéo trong các thân bu lông neo ở một phía chân cột

Do nên đường kính bu lông chọn đạt yêu cầu

Thiết kế mối nối đỉnh cột

Nội lực tính toán là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông đỉnh cột Đặc điểm nội lực M (kN.m) N (kN) Q (kN)

Bảng – Nội lực thiết kế liên kết cột với xà ngang

6.3.1 Thiết kế bu lông liên kết

Chọn bu lông có cấp độ bền 8.8 Đường kính bu lông chọn là d = 20mm, đường kính lỗ 21 mm, có

Bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông theo TCVN 5575 –

2012 bảng 44 – Quy định bố trí bu lông.

Khi chịu kéo khoảng cách giữa các bu lông lớn nhất là 16d và nhỏ nhất là 2.5d. Khoảng cách từ tâm bu lông đến mép cấu kiện: Nhỏ nhất đối với bu lông cường độ cao khi mép bất kỳ và hướng bất kỳ là 1.3d, lớn nhất là 4d hoặc 8d.

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy như sau:

Bề rộng phụ thuộc vào kích thước mặt bích → Chọn

Khả năng chịu léo của một bu lông là cường độ chịu kéo tính toán của bu lông cấp độ bền 8.8 là diện tích thực của thân bu lông,

Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao

Trong đó fhb: Cường độ chịu kéo tính toán của vật liệu bu lông cường độ cao liên kết ma sát, fub: Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bu lông, mác thép 40Cr

A: Diện tích tiết diện thân bu lông

: Hệ số điều kiện làm việc của liên kết phụ thuộc vào số bu lông, do số bu lông n = 12 > 10.

: Hệ số ma sát và hệ số tin cậy của liên kết, với giả thuyết là không gia công bề mặt cấu kiện →

: Số lượng mặt ma sát,

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc tác dụng vào:

→ Số bu lông chọn đủ khả năng chịu lực

Khả năng chịu cắt của bu lông

Hình 6.6 – Bố trí bu lông liên kết cột với xà ngang 6.3.2 Tính toán mặt bích

Hình 6.7 – Sơ đồ tính toán bề dày mặt bích

Bề dày mặt bích được xác định từ điều kiện chịu uốn

Trong đó b1: Khoảng cách giữa 2 tâm bu lông theo phương cạnh b b: Bề rộng cánh và là bề rộng của mặt bích

: Với hi là khoảng cách từ dãy bu lông thứ i h1: Khoảng cách giữa 2 dãy bu lông ngoài cùng

6.3.3 Thiết kế liên kết mặt bích với cột và xà ngang

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía ngoài cùng (kể cả sườn)

Lực kéo trong bản cánh ngoài do moment và lực dọc phân thành

Chiều cao đường hàn cần thiết

Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích

Chọn theo cấu tạo lấy

Thiết kế mối nối đỉnh dầm mái

Nội lực tính toán: Chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho tiết diện tại đỉnh dầm mái từ bảng tổ hợp nội lực Đặc điểm nội lực M (kN.m) N (kN) Q (kN)

Bảng – Nội lực tính toán tại đỉnh dầm mái

6.4.1 Thiết kế bu lông liên kết

Chọn bu lông có cấp độ bền 8.8 Đường kính bu lông chọn là có , đường kính lỗ 21 (mm). Ở phía ngoài 2 bản cánh dầm mái bố trí 2 cặp sườn gia cường với kích thước như sau:

Chiều cao sườn: , bề rộng sườn: khả năng chịu kéo của một bu lông là cường độ chịu kéo tính toán của bu lông cấp độ bền 8.8 là diện tích thực của thân bu lông

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân thành

→ Số bu lông chọn đủ khả năng chịu lực

Khả năng chịu cắt của một bu lông được kiểm tra theo công thức

→ Số bu lông chọn đủ khả năng chịu cắt

Hình 6.9– Bố trí bu lông mặt bích đỉnh xà

Bề dày mặt bích được xác định theo công thức

6.4.3 Thiết kế liên kết mặt bích với xà ngang

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía ngoài cùng (kể cả sườn)

Lực kéo trong bản cánh ngoài do moment và lực dọc phân thành

Chiều cao cần thiết của đường hàn phía trong và ngoài cánh

Chiều cao cần thiêt của đường hàn bản bụng và bản bích

Chọn theo cấu tạo lấy

Thiết kế liên kết của trời vào khung

6.5.1 Thiết kế bu lông liên kết

Nội lực tính toán: Chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho chân cửa trời từ bảng tổ hợp nội lực

Bảng – Nội lực tính toán tại chân cửa trời Chọn bu lông có cấp độ bền 8.8, đường kính bu lông d = 16mm, đường kính lỗ 17 mm Xét cấu tạo cửa trời Đặc điểm nội lực M (kN.m) N (kN) Q (kN)

Hình 6.11 – Cấu tạo khung cửa trời

Liên kết cột cửa trời với xà ngang là liên kết cứng do đó được cấu tạo như sau:

Hình 6.12 – Cấu tạo liên kết cột cửa trời với dầm mái

Tính được lực kéo tác dụng vào bu lông dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân vào:

Khả năng chịu kéo của một bu lông là cường độ chịu kéo tính toán của bu lông cấp độ bền 8.8 là diện tích tiết diện thực của thân bu lông,

Khả năng chịu trượt của một bu lông

Trong đó là cường độ tính chịu kéo của vật liệu bu lông cường độ cao liên kết mà sát, là cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bu lông,

A là diện tích tiết diện thân bu lông

: Hệ số điều kiện làm việc của liên kết phụ thuộc vào số bu lông, do sô bu lông n = 6 < 10.

: Hệ số ma sát và hệ số tin cậy của liên kết Với giả thuyết là không gia công bề mặt cấu kiện, là số lượng mặt ma sát,

→ Các bu lông đủ khả năng chịu lực kéo

→ Các bu lông đủ khả năng chịu lực cắt

Bề dày mặt bích được xác định theo công thức

6.5.3 Thiết kế mặt bích với dầm mái

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía ngoài cùng (kể cả sườn)

Lực kéo trong bản cánh ngoài do moment và lực dọc phân thành

Chiều cao cần thiết của đường hàn phía trong và phía ngoài cánh