Đồ án môn học kết cấu thép II Đại học kiến trúc Hà Nội khoa xây dựng

NHIỆM VỤ THIẾT KẾHệ số độ tin cậy của hoạt tải Mác thép CCT38s, khi tính toán coi rằng chiều dày không lớn hơn 20mm.Loại que hàn N42, khi tính toán coi như hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường.Số lượng cầu trục Bu lông liên kết và bu long neo tự chọn.Bê tông móng cấp độ bền B20.Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với các số liệu cho trước như sau Nhịp khung ngang: L=27m Bước khung: B=7m Sức nâng cần trục: Q=6,3T Cao trình đỉnh ray: +7,00m Độ dốc mái: i=10% Chiều dài nhà: 90m Phân vùng gió: IIA, địa hình B Vật liệu thép mác CCT38s có cường độ:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

KHOA XÂY DỰNG

BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ

…***…

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP II

Sinh viên thực hiện:

Lớp:2010X6

1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Mác thép CCT38s, khi tính toán coi rằng chiều dày không lớn hơn 20mm.Loại que hàn N42, khi tính toán coi như hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường

u

c

f

2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

2.1 Theo phương ngang

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

Tra bảng II.3 phụ lục sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp

ta được thông số của cầu trục như sau:

BẢNG THÔNG SỐ CẦU TRỤC Sức

H K (mm)

Khoảng cách

Z min (mm)

Bề rộng gabarit

B K (mm)

Bề rộng đáy

K K (mm)

T.lượng cầu trục G(T)

T lượng

xe con

G xc (T)

Áp lực

P max

(kN)

Áp lực

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

2.2 Theo phương ngang

Coi trục định vị trùng mép ngoài của cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

1 0,75 0,5 0,25 min 0,18

z L  h   m z  m

Hình 1 Các kích thước chính khung ngang

2.3 Sơ đồ tính khung ngang

Do sức nâng cần trục không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi,

tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi cách đầu xà 5m, độ cứng

giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hóa tính toán và thiên về an toàn Sơ

đồ khung ngang như hình

Chọn loại mái tôn dày 0,6mm Khối lượng của mái thể hiện trong bảng như

Cm 2

&

Crippling Ix

Cm 4

Top

Sx-Cm 4

Bottom

Sx-Cm 3

Ma kN.m

Ix

Cm 4

Top

Sx-Cm 4

Bottom

Sx-Cm 3

Ma kN.m

Va kN

Pa kN

3.1.3 Tải trọng gió

- Chỉ phải xét đến thành phần tĩnh của tải trọng gió

không thay đổi trong phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột, và từ đỉnh cột đến đỉnh mái Lấy k ứng với dạng địa hình B Trong phạm vi từ mặt móng đến

0 0

0 0

cos5,71 cos5,71

1,5 5,62 1,5 32,8 ( 5,52) cos5,71 35,5(daN/ )

cos5,71 cos5,71

tc tamlap

0 0

0,9( ) cos5,71 cos5,71 cos5,71

1,5 5,62 1,5 39,36 0,9( 5,52) cos5,71 46,8(daN/ )

cos5,71 cos5,71

tc tamlap

46,8

47 / cos5,71 cos5,71

tc

y

tc

o tt

 = x + y = x y .

c

x y

M M

4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

4.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

38,64 10 cos5,71

27

o xg

Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

4.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa

Quy đổi về tải trọng phân bố đều phân bố trên xà ngang:

1,3 0,3 7

a) Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái

b) Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái phải

4.3 Tải trọng gió

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai thành phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái Theo TCVN 2737-1995, vùng gió II-A có

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc mái, các hệ số khí động có thể xác định theo bảng III.3 phụ lục, nội suy ta có

Gió phải sang

4.4 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phụ lục các thông số cầu trục sức nâng 6,3T như sau:

BẢNG THÔNG SỐ CẦU TRỤC Sức

H K (mm)

Khoảng cách

Z min (mm)

Bề rộng gabarit

B K (mm)

Bề rộng đáy

K K (mm)

T.lượng cầu trục G(T)

T lượng

xe con

G xc (T)

Áp lực

P max

(kN)

Áp lực

P min

(kN)

Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực

hãm ngang xác định như sau:

4.4.1 Áp lực đứng cầu trục

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát vào nhau vào vị trí bất lợi

được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

min min 66,74 0,5 33,37

M D e   kN m

Đường ảnh hưởng để xác định Dmax và D min

a) Dmax lên cột trái

b) Dmax lên cột phải

4.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray:

+ Giả thiết cột có kích thước như sau:

5.3 Kiểm tra chuyển vị

- Chuyển vị ngang tại đỉnh cột:

Chuyển vị ngang tại đỉnh cột (nút 3):

0,00436 0,0264

0,018

giotrai tt

5.4 Nội lực trong khung

Xuất từ SAP nội lực từng trường hợp tải:

Biểu đồ nội lực do tĩnh tải

Biểu đồ nội lực do hoạt tải mái trái

Biểu đồ nội lực do hoạt tải mái phải

Biểu đồ nội lực do gió trái

Biểu đồ nội lực do gió phải

Biểu đồ nội lực do DCT trái

Biểu đồ nội lực do DCT phải

Biểu đồ nội lực do lực hãm ngang trái

Biểu đồ nội lực do lực hãm ngang phải

5 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

5.1 Thiết kế tiết diện cột

5.1.1 Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột đãgiả thiết là bằng nhau, ta có:

khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phươngdọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang ) Giả thiết bố trí giằng cột dọcnhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +3,5m tức là khoảng giữa phần cột

b Chọn và kiểm tra tiết diện

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = -234,5 kNm

N = -55,7kN

V = -48,8 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai, trong tổ hợp nội lực do các trườnghợp tải trọng 1,2,3tiết diện đỉnh cột, tổ hợp cơ bản 1 gây ra

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :

= (1.20)/(0,6.38) = 0,877 nội suy ta được η = 1,366

kiểm tra theo điều kiện bền:

Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tratheo công thức :

Với  y 76,1 tra bảng IV.2 phụ lục, nội suy t được  y 0,7232

Điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểmtra theo công thức:

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung.

Điều kiện ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng cột được kiểm tratheo các công thức sau:

kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể

 Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềmSAP 2000 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là:

 Vậy tiết diện cột đã chọn là đặt yêu cầu.

5.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

5.2.1 Đoạn xà 5 m (tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = 234,5 kN

N = -53,6 kNm

V = -51,1 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trườnghợp tải trong 1,2,3 gây ra

Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức:

2

3

234,5.10

1020 23.1

yc x

bản cánh xà ngang xác định theo công thức:

234,5.10 48

19,1 / 1181,7 50

w x

h M

kN cm

W h

2 1

51,1.490

1,41 / 29543.0,6

nén (không phải đặt sườn dọc)

(không phải đặt sườn cứng ngang)

và ứng suất tiếp( không phải kiểm tra các ô bụng)

Vậy tiết diện xà ngang đã chọn là đạt yêu cầu Tỷ số độ cứng của tiết diện xà(ở chỗ tiếp giáp với cột) và cột đã chọn phù hợp với giả thiết ban đầu là bằngnhau

5.2.2 Đoạn xà 8,5m (tiết diện không đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường

hợp tải trọng 1,2,3 gây ra

Momen chống uốn cho tiết diện xà ngang:

Chọn sơ bộ chiều dày bản bụng là 0,6cm Chiều cao của tiết diện xà xác

định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu:

0,6

thiết của bản cánh xà ngang:

Vậy tiết diện giả thiết so với tiết diện chọn không chênh quá 30%, ta có thể

lấy kết quả nội lực của tiết diện giả thiết mà không cần tính lại

Tương tự như trên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữabản cánh và bản bụng xà ngang Ta có:

2 w

5.3 Kiểm tra lại điều kiện chuyển vị

Do xà không đổi đã giảm kích thước tiết diện, do vậy cần kiểm tra lại điềukiện chuyển vị, kết quả xuất từ SAP2000 như sau:

0,00436 0,0264

0,018

giotrai tt

Nhận xét: Kích thước tiết diện được chọn chủ yếu từ điều kiện chuyển vị ngang đỉnh cột

6 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT

kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

0,3

20 2.1 23.1 2

dv x

9694.2

646,3 30

dv w

38,63.10 28

646,3 30

dv w dv

x dv

h M

dv f dv



Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xácđịnh như sau:

ray

500

10 480

Bề dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế

do ứng suất phản lực trong bê tong móng Xét các ô bản đế

Ô 1: (bản kê 3 cạnh):

khả năng truyền lực do phản lực của bê tông móng.

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

điều kiện chịu uốn

170,8 23 1

điều kiện chịu uốn:

16,110,8 23 1

6.2.5 Tính toán bulong neo

Từ bảng nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho cácbulong neo:

Đây là cặp nội lực đã dùng để tính toán chân cột Chiều dài vùng bê tông

258,544

6.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế

Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quanniệm momen và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt dođường hàn ở bản bụng chịu Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng

tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tính toán bulong neo Các cặp kháckhông nguy hiểm bằng

Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc phân vào

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở 1 bản cánh cột (kể cảcác đường hàn liên kết dầm đế vào bản đế):

ban ma

Suon A

6.3 Liên kết cột với xà ngang

Cặp nội lực dung để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bulong tại tiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được:

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,2,3 gây

ra Trình tự tính toán như sau:

6.3.1 Tính toán bulong liên kết

Chọn bulong cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bulong dự kiến là

20

thủ các quy định trong bảng I.13 phụ lục

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích với kích

thước lấy như sau:

Khả năng chịu trượt của 1 bulong cường độ cao:

f

n - số lượng mặt ma sát của liên kết n  f 1

Trong trường hợp bulong chịu cắt và kéo đồng thời thì cần kiểm tra các điềukiện chịu cắt và chịu kéo riêng biệt

Lực kéo tác dụng vào một bulong ở dãy ngoài cùng do momen và lực dọcphân vào (do momen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phíatrong cùng)

( Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén)

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bulông

6.3.3 Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích

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

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

(coi các đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ

10

30 500

N = -48,6 kN

M = -74,3 kNm

V = 5,1 kN

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,2,3 gây

ra Chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8.8 đường kính bulông dự kiến là d =

20 mm (lỗ loại C) Bố trí bu long thành 2 hàng Ở phía ngoài của 2 bản cánh

xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước như sau:

cos sin 2

Khả năng chịu cắt của các bulông được kiểm tra theo công thức:

Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà thực hiện tương tự như trên.

Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diệnnối ở nhịp

N = -39,5 kN

M = 35 kNm

V = -15,5kN

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,3,7 gây

ra Chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8.8 đường kính bulông dự kiến là d =

20 mm (lỗ loại C) Bố trí bu long thành 2 hàng Ở phía ngoài của 2 bản cánh

xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước như sau:

cos sin 2

Khả năng chịu cắt của các bulông được kiểm tra theo công thức:

20 20

5 0 0

4 5

1 3 0

1 5 0

1 3 0

4 5

Cấu tạo mối nối xà

6.6 Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang

cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngangtheo công thức:

   max