thiết kế khung ngang nhà xưởng 1 tầng, một nhịp, chương 4 pdf

Chương 4: THIẾT KẾ CỘT  Chiều dài hình học các cột Ht = 4.95 m; Hd = 7.8 m  Tỷ số momen quán tính chọn là 8 J J 2 1  và 36 J J 2 d  .  Liên kết khung nhà, cột liên kết với móng ở đầu dưới và với tường ngang (dàn hoặc dầm) ở đầu trên . Các liên kết này là liên kết ngàm. I. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN 1. Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn. Chiều dài tính toán riêng cho từng phần cột + Cột trên: t2x2 HL   + Cột dưới: d1x1 HL   Tính toán các tham số: -Tỷ số độ cứng đơn vò giữa 2 cột 2 2 1 1 1 1 7.8 0.2 8 4.95 t d d d t t J H H i J k i J H J H         -Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất giữa phần cột trên và dưới là: d t N 95.16 1.877 N 50.68 m    1 1 2 4.95 8 1.315 7.8 1.877 t d H J c H mJ     Từ 1 1 0.2 1.315 k c       Tra bảng II.6b hệ số qui đổi chiều dài tính toán 1 2.14   Giá trò 1 2 1 2.14 1.626 1.315c      Vậy chiều dài tính toán + Cột trên: 2 2 1.626 4.95 8.04( ) x t L H m      + Cột dưới: 1 1 2.14 7.8 16.7( ) x d L H m      2. Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn. + Cột trên: 1 7.8( ) y d l H m   + Cột dưới: 2 4.95 0.7 4.25( ) y t DCT l H H m      II. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG CỘT +Tại cột trên (tiết diện B) cặp nội lực dùng thiết kế cột có giá trò M = -47.33 (Tm) ;N tu =50.68 (T) +Tại cột dưới: Nhánh trái M = 71.87 (Tm) ; N tu = 103.05(T) Nhánh phải M = -21.18 (Tm) ; N tu = 99.61(T) A.THIẾT KẾ CỘT TRÊN Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ 3 bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước h = 500 mm Độ lệch tâm 47.32 0.933( ) 50.68 M e m N    Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện 25.1   và diện tích yêu cầu của tiết diện theo công thực: 2 (2.2 2.8) 173.49( ) yc N e A cm R h             Chọn tiết diện như hình vẽ: 50 1 1 40 ( ) (38 47) 15 12 1 1 1.2 ( ) (1 1.6) 50 30 1 1 2 ( ) (1.1 3.3) 36 12 c t b c c h cm b cm H cm h cm b                   2 2(2 40) 1.2 46 215.2 F cm       Kiểm tra tiết diện đã chọn  Theo trục xx: 3 3 2 4 3 2 3 6 1.2 46 40 2 2( 24 2 40) 94426.9( ) 12 12 2 2 94426.9 3777( ) 50 94426.9 20.94( ) 215.2 918 45.5 20.94 2.1 10 45.5 1.4388 2.1 10 X X X X X x X X X X J cm J W cm h J r cm F l r R E                             Theo trục yy 3 3 4 2 3 6 1.2 38 40 2 2 21339.96( ) 12 12 21339.96 9.96( ) 215.2 502 50.41 9.96 2.1 10 50.41 1.594 2.1 10 Y Y Y y Y Y Y Y J cm J r cm F l r R E                      Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tỷ đối m 1 5.32( ) ng X A m e cm W   Ta có:   1.4388 5 5.31 5;20 1.33 1 X c b m F F                 Tra bảng II.4 ta được 1.4 0.02 1.65 x       1 1.65 5.31 8.78( ) m m cm       Nhận thấy 1 8.78 20 th ng m cm cm A A        Không cần kiểm tra bền  Kiểm tra ổn đònh trong mặt phẳng uốn: Ta có 1 1.4388 8.77( ) X m cm       tra bảng II.2 ta được 0.141 lt    m 6 8.777 6.5 1.5 207 145.2 195 1.438 208.7 141.4 196.6 2 193 135.4 182 3 2 2 50.68 10 1665 / 2100 / 0.141 215.2 x lt ng N Kg cm Kg cm A          Kiểm tra ổ đònh ngoài mặt phẳng uốn: Ta có momen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có M 2 = - 42.32(Tm) Ứng với từng trường hợp tải trọng đã cộng ở đầu kia (TH:1,2,4,6,8) M 1 = -28.638(Tm) Momem ở 1/3 đoạn cột là: 1 2 2 28.68 47.32 47.32 41.09( ) 3 3 M M M M Tm           Ta có M2/)M;M(Max 21  Vậy dùng momen qui ước để tính toán là ' 41.09( ) M M Tm   để kiểm tra ổ đònh ngoài mặt phẳng khung Độ lệch tâm tương đối ' 4.61 5 ng X A M m N W     6 3 2.1 10 50.41 3.14 3.14 99.3 2.1 10 Y C E R          Tra bảng II.5 phụ lục II       1 9.0   1 0.193 1 1 0.9 4.61 c m          Cc 03.32 Y  Tra bảng II.1 phụ lục II ta được 0.865 y   3 2 2 50.68 10 1678.8 / 1403 / 0.193 0.865 215.2 y y ng N Kg cm Kg cm c A           Kiểm tra ổn đònh cục bộ a)Bản cánh 0 0 40 1.2 19.4( ) 2 2 19.4 9.7 2 c b c b b cm b           Theo công thức trong bảng 3.3 Thép chữ I có 0.8 1.4388 4 X     6 0 3 2.1 10 (0.36 0.1 ) (0.36 0.1 1.438) 15.93 2.1 10 X c b E b R                Vậy 0 0 9.7 15.93 c c b b            (thoả) b) Bản bụng 0 0 2 50 2 2 46 46 35 1.2 C b h h h            Với bản bụng cột, vì khả năng chòu lực của cột được xác đònh theo điều kiện ổn đònh tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn   b0 /h  xác đònh theo bảng 3.4 Với 4.61 1 1.4833 0.8 X m         6 0 3 2.1 10 (0.9 0.5 ) (0.9 0.5 1.4833) 51.21 3.1 98 2.1 10 X b h E E R R                    Vậy 0 0 35 51.21 b b h h            (thoả) Kết luận tiết diện chọn là hợp lý THIẾT KẾ CỘT DƯỚI Nội lực từ bảng tổ hợp: +nhánh mái (nhánh trái) 2 2 71.87 ; 103.05 M Tm N T   . +nhánh phải (nhánh cầu trục) 1 1 21.18 ; 99.61 M Tm N T    . 1Chọn tiết diện nhánh. Giả thiết khoảng cách hai trục nhánh 100( ) t c h cm   . Khoảng cách trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh hai là: y 1 = 0.55c = 55 (cm) Khoảng cách trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh hai là: 2 1 1 100 55 45( ) y c y h y cm        2Lực nén lớn nhất trong các nhánh . +Nhánh phải (nhánh cầu trục): 2 1 1 1 0.55 21.18 99.61 66( ). 1 1 nh y M N N T c c      +Nhánh trái (nhánh mái): 1 2 2 2 0.555 71.87 103.05 128.54( ). 1 1 nh y M N N T c c      Giả thiết hệ số ổn đònh 8.0   , tính tiết diện yêu cầu cho từng nhánh riêng rẽ: 3 2 1 , 1 3 2 2 , 2 66 10 39.28( ) 0.8 1 2100 128.54 10 76.5( ) 0.8 1 2100 nh yc nh nh yc nh N A cm R N A cm R               3Chọn tiết diện nhánh 1: Chọn tiết diện chữ I tổ hợp từ 3 bản thép. . Đặc trưng hình học của tiết diện ).(1108.038)220(2 2 8.0 42 2 1 1 cmF cm cm cmbh nh c b        )(97.17 110 8.35684 )(8.3568420220 12 220 2 12 388.0 )(4 110 3.2668 )(3.2668 12 8.038 12 202 2 1 1 1 42 33 1 1 1 1 4 33 1 cm A J r cmJ cm A J r cmJ nh Y Y Y nh X X X                    4Chọn tiết diện nhánh 2 Nhánh 2 dùng tiết diện tổ hợp từ một thép bản 380x20và hai thép góc đều cạnh L160x12có (A 1g = 37.4cm 2 ; z 10 = 4.39(cm); J x = J y = 913 cm 4 Diện tích nhánh 2: )(8.1504.372238 2 2 cmA nh  Khoản cách từ mép trái của tiết diện (mép ngoài bản thép) đến trọng tâm tiết diện nhánh mái là z 0 : )(67.3 8.150 )39.42(4.372238 0 cm A zA z i ii      Các đặc trưng hình học tiết diện:     )(477.14 8.150 31608 )(31608)39.421(4.379132 12 382 )(42.4 8.150 53.2946 )(53.2946 )67.339.42(4.379132 )167.3(238 12 238 2 2 2 42 3 2 2 2 2 4 2 2 3 2 cm A J r cmJ cm A J r cm J nh Y Y Y nh X X X           Tính khoảng cách giữa hai trục nhánh: 0 100 3.67 96.33( ) C h z cm      Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 1: 2 1 150.8 96.33 55.61( ) 110 150.8 nh A y C cm A     Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 2: 2 1 96.33 55.61 40.71( ) y C y cm      5Đặc trưng tiết diên cột dưới: Momen quán tính toàn tiết diện với trục x-x: 2 2 2 4 2668.3 2946.53 43.87 110 40.71 150.8 597068( ). 597068 47.8( ) 110 150.8 X Xi i nhi X J J y A cm r cm               Xác đònh hệ thanh bụng: chọn a=76cm 2 2 2 2 0 76 96.3 122.7( ) 96.33 1.2675 51.7 sin 0.785 76 S a C cm C tg a                Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q= -10.74(T) 10.74 6.84( ) 2sin 2 0.785 tx Q N T      Chọn sơ bộ thanh xiên là thép góc L80x6 có:      cm58.1r cm38.9A txmin 2 tx Kiểm tra thanh bụng xiên Độ mảnh   max min 122.7 77.65 150 1.58 tx S r        Tra bảng II.1 min 0.7398 tx    Lấy hệ số điều kiện làm việc thanh xiên 75.0   .Điều kiện ổn đònh 3 2 6.838 10 972 2100( / ) 0.75 0.7398 9.38 tx tx tx Atx N Kg cm A          Độ mảnh toàn cột theo trục ảo 1 1683 35.2 47.81 x x x l r     góc 0 51.7   tra bảng 3.5 ta có k = 29.1   2 2 110 150.8 35.2 29.1 50.41 120 9.38 td x Atx A k A            Từ 50.41 td   tra bảng II.1 phụ lục 2 ta có   0.821 Lực cắt qui ước: 6 6 6 3 2.1 10 103.05 7.15 10 (2330 ) 7.15 10 (2330 ) 1.132( ) 2.1 10 0.865 qu E N Q T R             [...]...    10 52  210 0( Kg / cm2 )  min Anh 2 0. 81 15 0.8 7Kiểm tra theo trục ảo Cặp 1: nhánh phải (nhánh cầu trục) Độ lệch tâm m  e1 e1  M 1 21. 18   0. 212 2( m)  21. 26(cm) N1 99. 61 A y1  0. 51 Jx td  td M 1   21. 18Tm; N1  99.61T R 2 .1 10 3  50. 41  1. 59 E 2 .1 10 6 Theo m = 0. 51 và  lt  0.5899 td  1. 59 tra bảng II.3 Phụ lục 2 ta có N1 99 610   646  210 0( Kg / m 2 ) lt A 0.589  2 61. 2 Cặp... tra  y1  l y1 ry1  53 .42 ; x1  lnh1  15 .45 rx1 bảng II .1 Phụ lục 2 ta có:   0.8 54 Kiểm tra ứng suất:  tx  N nh1 66  10 3   700.05  210 0( Kg / cm2 )  min Anh1 0.8 54 11 0 Nội lực tính toán nhánh 2: Nnh1 = 12 8. 54( T) Độ mảnh của nhánh y 2  ly2 ry 2  l 76 42 5  29 ;  x 2  nh 2   17 .2 14 .47 7 rx 2 4. 42 Từ tra bảng II .1 Phụ lục 2 ta có: Kiểm tra ứng suất:   0. 81 N nh 2 12 8. 54 10 3  tx... Qmax =13 .15 4 T > 1. 132 Tnên không cần tính lại thanh bụng xiên và td Thanh bụng ngang tính theo lực cắt Qqư = 1. 132 T Vì Qqư rất nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn    15 0 Dùng một thanh thép góc đều cạnh L40x5 có rmin = 0.79 cm C 96.33    12 1.9     rmin 0.79 6Kiểm tra tiết diện đã chọn Nội lực tính toán nhánh 1: Nnh1 = 66(T) Độ mảnh của nhánh Từ max   y1  53 .42 tra... 99 610   646  210 0( Kg / m 2 ) lt A 0.589  2 61. 2 Cặp 2: nhánh mái (nhánh trái) Độ lệch tâm e2  m  e2 M 2  71. 87Tm; N 2  10 3.05T M 2 71. 87   0.69(m)  69(cm) N 2 10 3.05 A ( y2  z0  1. 2)  1. 31 Jx td  1. 5 94 Theo m = 1. 31 va td  1. 5 94 tra bảng II.3 Phụ lục 2 ta có  lt  0.3 81 . diện ). (11 08.038)220(2 2 8.0 42 2 1 1 cmF cm cm cmbh nh c b        )(97 .17 11 0 8.356 84 )(8.356 842 0220 12 220 2 12 388.0 ) (4 11 0 3.2668 )(3.2668 12 8.038 12 202 2 1 1 1 42 33 1 1 1 1 4 33 1 cm A J r cmJ cm A J r cmJ nh Y Y Y nh X X X                    4Chọn. đã chọn  Theo trục xx: 3 3 2 4 3 2 3 6 1. 2 46 40 2 2( 24 2 40 ) 944 26.9( ) 12 12 2 2 944 26.9 3777( ) 50 944 26.9 20. 94( ) 215 .2 918 45 .5 20. 94 2 .1 10 45 .5 1. 43 88 2 .1 10 X X X X X x X X X X J cm J W. trục ảo Cặp 1: nhánh phải (nhánh cầu trục) 1 1 21. 18 ; 99. 61 M Tm N T    . Độ lệch tâm 1 1 1 21. 18 0. 212 2( ) 21. 26( ) 99. 61 M e m cm N     1 1 3 6 0. 51 2 .1 10 50. 41 1.59 2 .1 10 x td td A m