Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp L=30m

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG I Tải trọnh tác dung lên khung.. Tải trọng do áp lực thẵng đứng của bánh xe cầu trục tácdụng lên cột thông qua dâm cầu trục được xác định bằngcách dùng đah của phản

Phần I KHUNG NGANG

I) Sơ đồ khung ngang

Với nhịp L=30m,sức trục Q=75T Chọn sơ đồ khung như sau:

+ Liên kết giữa dàn và cột là nút cứng

+ Chọn dàn hình thang có hai mái dốc.Độ dốc I=1/10

+ Chọn cột là cột bậc

+ Chiều dài nhà D=120m , bước cột B=6m.Điều kiện không tỏa

nhiệt và D<230m,L<150mnên không cần bố trí khe nhiệt độ

II) Kích thước khung ngang.

a) Kích thước theo phương nằm ngang

Với sức trục Q=75T,chế độ làm việc trung bình Ta có bảng tra sau

Sức

trục Nhịp

Lk

Kích thước gabarit

Ray

Aïp lực bánhxe

Trọng lượng

2

Xe con Cầu

trục (m) (T) (T)

D: Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột lấy D=75 mm

Chọn a=250 mm là khoảng từ mép ngaòi đến trục định vị

+ Bề rộng cột dưới hd= a+ =250 +750 =1000 mm

b) Kích thước theo phương đứng

+ Khoảng cách từ mặt ray đến đáy kết cấu chịu lực

+ Chiều cao thực của cột dưới tính từ mặt móng đến chổ thay đổi tiết diện

Hd=H-Ht+H3=12400-5200+800=8000mm

H3:Phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền ‘Chọn H3=800mm

c) Kích thước của dàn và khung cửa mái

Dàn hình thang có độ dốc I=1/10

+ Chiều cao đầu dàn :hdd=2200mm

+ Chiều cao giữa dàn :hgd=hdd+Li/2

=2200+30000x(1/10)/2=3700mm

+ Bề rộng của cửa trời lấy là 12m chiều cao

của cửa trời gồm một lớp cửa kính 1,5m,

bậu cửa trên 0,6m ,bậu cửa dưới 0,8m

III) Bố trí khung ngang

Khung ngang được bố trí theo phương ngang nhà

+Bước khung có môđun 6m

+bước cột có môđun 6m

PhầnII HỆ GIẰNG

I) Hệ giằng mái

a) Giằng thanh cánh trên: giằng trong mặt phẳng thanh cánh trên

Giằng thannh cánh dưới: giằng nằm trong mặt phẳng thanh cánh

dưới

c) Giằng đứng:giằng nằm trong các thanh cánh dưới của dàn và

giằng cửa mái

0 3000 3000 3000

III) Hệ giằng mái.

Phần III TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

I) Tải trọnh tác dung lên khung.

1) Tải trọng tác dung lên dàn.

a) Trọng lượng mái.

Đổi ra phân số trên mặt bằng với độ dốc 1:10.cos=0,995

Tải trọng do các

lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn gmc

DaN/m2 mái

Hệ số vượ

t tải

Tải trọng tính toán

gm daN/m2 mái

Hai lớp gạch lá

417

 daN/m2 mặt bằng

gm = 469

995 0

467

daN/m2 mặt bằng

b) Trọng lượng bản than dàn và hệ giằng.

Theo công thức kinh ngiệm : gdc =n1.2dL

Chọn d=0.75 Vậy gdc =1.11.20.7530=29.7 daN/m2 mặt bằng

c)Trọng lượng kết cấu cửa trời

gctc =ct.lct daN/m2 mặt bằng Lấy gctc =1.112=13.2 kg/m2

d) Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời.

+ Trọng lượng bậu cửa trên và dưới:1201.1=132 kg/m2

TRƯƠNG VĂN LÂM _LỚP 98X1B Trang 3

+ Trọng lượng cửa kính và khung cửa kính lấy bằng 1.135=38.5 kg/m2

Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là

g ct.ct 2 kb

=

6 30

5 1138 2

6 6 2 13

Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên sường ngang là:

q= (gm+gd+g’ct)B = (469+29.7+15.29)6 = 3084.kg/m = 3.08t/m

e) Tải trọng tạm thời.

Theo TCVN 2737-90 , tải trọng tạm thời trên mái là: Lấy p, =75 daN/

m2 Hệ số vượt tải n=1.4

Tải trọng tạm thời: p=n.B p;=1.4675=630 daN/m2

2) Tải trọng tác dung lên cột

a) Do phản lục của dàn

Tải trọng thường xuyên:

2

pL

=2

Gdct - đặt tại vai đở dct

c) Do áp lực của bánh xe cầu trục

Lấy theo Gabarit của cần trục 75 tấn ta có áp lực thẳng đứngtiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe

Pc

1 max =38t; pc

2max = 39t Trọng lượng di chuyển trục G=135(t)

Trọng lượng xe con Gxc=38(t)

Bề rộng của trục Bct =8800mm

Khoảng cách giữa các bánh xe : (840 + 4560 + 840)mm

840

84

25604560

840

Tải trọng do áp lực thẵng đứng của bánh xe cầu trục tácdụng lên cột thông qua dâm cầu trục được xác định bằngcách dùng đah của phản lực tựa của dầm xếp các bánh xecủa hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lơiü nhất Có n0= 4bánh xe

Đặt các bánh xe lên đường ảnh hưởng phản lực gối tựanhư hình vẽ

Aïp lực lớn nhất thẳng đứng của các bánh xe lên cột :

dưới một khoảng z xấp xỉ bằng bd/2.Momen lệch tâm tại vaicột

Mmax=Dmax.e=115,499.1/2=57.75TM

Mmin=Dmin.e= 40,12.1/2=20.06TM

d) Do lực hãm của bánh xe.

Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục dohãm

)(41,14

)3875(05,0)(

05,0

0

n

G Q

Vậy: Ttc = n nc  T1c Y= 1,2 0,85 1,41 (0,1 + 2,806) =4.179(t)

3) Tải trọng gió tác dung lên khung.

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 - 95 chiều cao nhà nhỏ hơn 36

m nên chỉ tính phần tỉnh của gió

TRƯƠNG VĂN LÂM _LỚP 98X1B Trang 5

-0,65 -0,468

2,2m0.9m2,9m

0.6m-0,6

-0,6

+0,7

-0,5-0,65

Aïp lực tốc độ gió ở khu vực Đà Nẵng thuộc hku vực IIb q0=95daN/m2

- Tải trọng phân bố đều được tính bằng công thức

- Phía gió đẩy : q= n.q0.k.c.B daN/m2

Phía gió hút : q’ = n.q0.k.c’.B daN/m2

n : hệ số vượt tải lấy bằng 1,3c,c’: bệ số khí động phái đón gió và trái gió Mức đỉnh cột cao trình +12400 có k=1,092Mức đỉnh mái cao trình +19000 có k=1,177 q=1,3.70.1,1.0,8.6=480.5 daN/m2

=1.135Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc máiđược đưa về lực tập trung đặt tại cao trình cánh dưới của dànmái

W = n q0 B k ci LI

= 1,3 95 6 1,135(2,2 0,8 - 0,65 0,9 +0,7 2,9 - 0,65 0,468 0,6 - 0,6 2,9 - 0,6 0,9 - 0,6 2,2) = 5631 (kg)

0,6-=5,63 (tấn)

II TÍNH NỘI LỰC KHUNG.

1 Sơ bộ chọn tỉ số độ cứng gữa các bộ phận

- Momen quán tính của dàn:



2

max

R

h M

)

max

L p g M

8

30 ) 63 , 0 08 , 3

=417.38tm

hd: chiều cao tại vị trí có Mmax hd=370cm

: Hệ số kể đến dộ dốc cánh và độ biến dạng của các thanh bung:=0,8;i=1/10

W’W

q’q

12,4m+0,8

Vậy :

08 2100 2

370 41738000

max 1

).2(

d

R K

D N

111499

J J

Trong đó : K2: hệ số xét đến liên kết giữa giàn và cột.Liên kết cứng chọn K2=1,7

Vậy: . 10,,05 6,8

7 , 1

1 2 1

2

J J

Tỷ số độ cứng giữa dàn và cột dưới



530872

1

1

L

H J

J H

J L

Sơ đồ tính khung

2.Tính khung với tải trọng phan bố đều trên xà nngang.

Dùng phương pháp chuyển vị với ẩn số là 1 , 2

Và chuyển vị ngang  ở đỉnh cột.Khung đói xứng và tải

trọng đối xứng nên =0 , 1=2=

Phươong trình chính tắc:

r11 + R1p = 0trong đó: r11: Tổng phản lực momen ở các nút trên

của khung khi góc xoay =1

R1p: Tổng momen phản lực của nút đó do tải trọng ở ngaòi gây ra

Để tìm r11 cần tính M xa&M côt là các momen ở các nút cứng B của xàvà khi góc xoay =1 ở hai nút khung Tnhs theo cơ học kết cấu

1

1 0 , 4 30

6 2

2

EJ J

E L

J E

.54,7

44,1.4

34

2

1 2

EJ h

EJ B AC

.52,7

06,2.6

h

EJ K

B

1 1

C

R1p: Tổng phản lực ở nút B do tải trọng ngoài gây ra

2 2

11

461 , 0

231

EJ EJ

EJ M

1 1 cot

EJ M

M

B

xa B

EJ R

5,01

] 44 , 1 4 ) 419 , 0 1 ( 06 , 2 3 )[

419 , 0 1 (

] 4 ) 1 ( 3 )[

57 , 11 (

54 , 7

)]

419 , 0 1 ( 52 , 3 06 , 2 )[

419 , 0 1 ( 6

)]

1 ( )[

A B

-Mômen tại các tiết diện khác:

Lực cắt tại chân cột:

2 , 7

105 , 34 55 , 4

-4.1049t

Biểu đò mômen do tải trọng thường xuyên gây ra

3 Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (Hoạt tải)

Biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân hệ trị số của mômen

do tải trọng thường xuyên với tỉ số:  

08 , 3

63 , 0

4 Tính khung với tải trọng dầm cầu trục:

Trọng lượng dầm cầu trục Gdct = 1,3t đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra mổen lệch tâm

65,0

Trọng lượng DCT Gdct là tải trọng thường xuyên nen phải cộng biểuđồ mômen do Gdct với nội biểu đồ hình I.a để được mômen do toàn bộ tải trọng thường xuyên lên dàn và lên cột

Mq+V

MP

5,799

0,9311,436

5.Tính khung với mômen cầu trục M max , M min

Mmax , Mmin đồng thời tác dung ở hai cột Xét trường hợp

Mmax ở cột trái , Mmin ở cột phải

Giải khung với sơ đồ chuyển vị với sơ đồ xà ngang

Cứng vô cùng.Ẩn số chỉ là chuyển vị ngang của nút

Phương trình chính tắc

r11.+R1P = 0

r11: phản lực liên kết thêm do =1 gây ra ở nút trên

Qui ước : Dấu của chuyển vị và dấu của phản lực

Liên kết hướng từ trái sang phải là dương

2

1 2

1 2

.54,7

06,2.6

6

H

EJ H

EJ H

EJ K

1 3

.54,7

52,3.12

.12

H

EJ H

EJ H

EJ K

A



Biểu đồ mômen do =1 gây ra coin được dùng với các loại tải

trọng khác như T hay gió , nên ta tính luôn mômen tại các tiết diện cột

Tiết diện tại vai cột

2

1 3

1 2

2,5.602,564

,1

H

EJ H

EJ H

EJ H

R M

1 2

.602,564

,1

H

EJ H

H

EJ H

EJ H

R M

1 11

204,11602

,5.2

H

EJ H

EJ R

R

r  B B  





R1P: Phản lực do tải trọng ngoài gây ra trong hệ cơ bản

Vẽ biểu đồ Mmax , Mmin bằng cách dùng biểu đồ mômen lệch tâm Mecủa tải trọng nhân với hệ số

991,457,11

75,57

57,11

06,20

Từ đó ta có biểu đồ ở cột trái

min

Jd =

B

A

L

19,46538,281

7,212

6,763 13,3

2,056

3 1 11

204,11

5138,8

EJ

H H

EJ r

1

EJ

H H

1 1

EJ

H H

1

EJ

H H

1

EJ

H H

EJ

Lực cắc ở chân cột

2 , 7

142 , 30 485 ,

1

EJ

H H

1 1

EJ

H H

1

EJ

H H

1

EJ

H H

616 , 6 41 , 39

6.3925tm

NB = NB’ = 0

2 1

64 ,

1

H

EJ

2 1

64 ,

1

H EJ

2 1

709 ,

0

H

EJ

2 1

709 ,

0

H EJ

2 1

912 ,

3

H

EJ

2 1

912 ,

3

H EJ

6,61636,485

39,41

13,44712,781

30,142

M0

NA = Dmin =40,12t

6.Tính khung với lực hãm ngang T.

Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai cột 0,6m

Lực T có thể tác dung ở cột phải hay cộy trái , chiều hướngvào

cột hay đi ra khỏi cột Chọn giải khung bằng lực T đặt vào vai cột

trái hướng từ trái sang phải Các trường hợp khác của T có thể suy

ra từ trường hợp này

Trình tự tính toán giống như với Mmax , Mmin

Vẽ biểu đồ do  = 1 gây ra trong hệ cơ bản và đã tính được :

3

1 11

204,11

2 , 5 37

, 0 4 , 12

6 , 4

B

M P

B (1 ) [(2 ) 2 ] ( ) [(2 ) 2. ] .

2 2

] 44 , 1 2 06 , 2 ).

37 , 0 419 , 0 2 [(

) 37 , 0 419 , 0 ( 6 ] 44 1 2 06 , 2 ).

37 , 0 2 [(

) 37

T K

A B A

)]

37 , 0 419 , 0 2 ( 52 , 3 2 06 , 2 3 [ ) 37 , 0 419 , 0 ( 6 )]

37 , 0 2 ( 52 , 3 2 06 , 2 3 [ ) 37 , 0

3 1 11

204 , 11

329 , 2

EJ

H H

EJ r

M 



1

EJ

H H

4,134AC

B’

C’

tm EJ

H H

EJ H

EJ

M H

H R M

C dct

tr B B C

16,429,5578

,2)]

6,02,5(602,5.64

1

2 3

1 2

, 2 ).

709 , 0 (

.

1

2 2

1

EJ

H H

EJ M

M

C C

, 2 ).

962 , 3 (

1

2 2

1

EJ

H H

EJ M

M

A A

2 , 7

352 , 2 348

1).2 , 578 64

, 1

(

EJ

H H

1 2 , 578 ).

709

1 2 , 578 ).

228 , 4 214

,

10

A

7.Tính khung với tải trọng gió.

Tính trường hợp gió thổi từ trái sang phải.Với gió thổi từ phải

sang trái chỉ việc hay đổi vị trí cột.Sơ đồ tải trọng gió

Từ biểu đồ 

M do  = 1 trong hệ cơ bản

3

1 11

204,11

H

EJ

r 

Bây giờ chỉ tính mômen và phản lực do q và q’

gây ra trong hê cơ bảnû

2

2

4 , 12 481 , 0 54

, 7 12

44 , 1 8 19 , 1 06 , 2 9

) 3 4 ( 12

8 9

qH B C A

C BF

19 , 1 52 , 3 3 44 , 1 06 , 2 2

) 3 4 (

2

3 2

2 qH B C A

F A C B

tr tr

B B

P

C

H q H R M

q H R M

36 , 0

W’

W

q’q

3 1 11

204,11

217,10

EJ

H H

EJ r

1

EJ

H H

1

EJ

H H

1

EJ

H H

,7

348,5717,532

d

d

C A

A

H q H

M M

1

EJ

H H

1

EJ

H H

1

EJ

H H

,7

021,647,512

' d

d

C A A

H q H

M M

TRƯƠNG VĂN LÂM _LỚP 98X1B Trang 15

phải 0,9 -13.6782 5.4189 5.4189 46.323 6.8472

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC KHUNG K1

DIỆN LỰC Mmax, N Mmin, N Nmax, M Mmax, N Mmin, N Nmax, M

TRƯƠNG VĂN LÂM _LỚP 98X1B 19

1.Xác định chiều dài tính toán của cột.

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp M,N ở tiết diện B

M = -63,31tm ; N = 54,77tĐể xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có Nlớn nhất

M = 99,16tm; N = 156,41tTính các hệ số

13,1856,2.1

7.2,7

2,5

198,02,5

2,7.7

1

2

1 1

1

2 2

J H

H

C

H

H J

J i

i

K

d tr

tr d

Trong đó m= 2,856

77,54

41,156

Từ K và C1 tra bảng được 1=2,064

827,113,1

064,2

2.Chọn tiết diện cột trên

a) Chọn tiết diện

Cột trên chọn đặt tiết diện chữ I đối xứng , chiều cao tiếtdiệnđã chọn a = htr = 500m

Độ lệch tâm:

265 , 1 77 , 54

31 , 69

m

10 1 , 2

2100

18 , 43

2 33 , 154 2100 169 , 0

54770

cm N

W

S

cm a

J

W

cm r

cm r

cm J

cm J

x

x

x x

y x

y

x

09 , 19 186 3550

3550 50

88751 2

2

76 , 8 186

14292 ;

84 , 21 186

88751

14292 12

35

2

.

2

88751 2

48 2 35 2 12

4 2

2100 5

, 43

5 , 43 84 21 950

460 2

5 , 126

Hệ số ảnh hưởng tiết diện: 5  m  20

TRƯƠNG VĂN LÂM _LỚP 98X1B 22

Độ lệch tâm qui đổi

m1 = .m = 1,39.6,63 = 9,22Từ  và mx 1 tra bảng được lt = 0,143

Điều kiện ổn định

2

2 2100 / /

2059 186

143 , 0

c) Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung

Mômen tính toán khi kiểm tra ỏn định ngoài mặt phẳng khung là mômen lớn nhất tại tiết diện ở 1/3 cột

Mômen tính toán tại tiết diện B (đỉnh cột ) có trị số : MB = 69,31

do các tải trọng : 1,2,4,6,8 vậy mômen tương ứng ở đầu kia ( tiết diịen C ) do các tải trọng này là

MC = -6,8-1,292+12,102+1,645+5,419 =11,074tm

tm M

M M M

52 , 42 )

074 , 11 31 , 69 ( 3

2 074

,

11

'

) (

3

2 '

Điều kiện ỏn định

2

2 2100 / /

1567 186

854 , 0 22 , 0

54770

C

N y

Kiểm tra ổn định cục bộ

+ Ổn định cục bộ của bản cánh

Ta có 0,8 4

2100

10 1 , 2 38 , 1 1 , 0 36 , 0

1 , 0 36 , 0

C



5

,82

2

135

Vậy bản cánh đãm bảo ổn định cục bộ

+ Ổn định cục bộ của bản bung

Kiểm tra theo điều kiện

h h





0 0

Ở đây khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn h0 bxác định theo

2100

10.1,238,1.5,09,05

,09,0

6 0

h h



Vậy bản bung đãm bảo ổn định cục bộ

4.Thiết kế cột dưới rỗng

4.1 Chọn tiết diện cột

TRƯƠNG VĂN LÂM _LỚP 98X1B 24

nhánh : nhánh ngaòi (nhánh mái ) và nhánh trong (nhánh cầu

trục).Nhánh ngoài dùng thép bản và hai thép góc Nhánh trong dùng thép cán hình chữ I hoặc dùng tiết diện tổ hợp từ ba thép bản Chọn tiết diện hai nháhh bản là tiết diện tổ hợp

Dựa vào bảng nội lực ta có cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1(nhánh cầu trục)

Mmin = -56,89tm ; Ntư = 147,91 tCặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái

Nmax = 156,41t ; Mtư = 99,16tm

a) Chọn tiết diện nhánh

- Nhánh cầu trục:Tính lực nén lớn nhất

t h

M N

N ct

1

89 , 56 2

91 , 147

130845

N F

ct nh

cm r

cm J

cm r

cm J

y y x x

9 , 14 107 23773

23773 75

, 16 25 5 , 1 2 12

32 1

04 , 6 107 3906

3906 12

25 5 , 1 2

1

4 2

3 1

4 3

nhánh_Với độ mãnh  = 60

- Bản cánh : 8 15,9

5,1.2

b b

8 , 49 10 1 , 2

10 1 , 2 52 , 1 8 , 0 36 , 0 8

, 0 36 , 0

52 , 1 10 1 , 2

10 1 , 2 32 , 48

32 , 48 9 , 14 720

0 0

3

6 0

6 3 0

b

y y y

y y

h h

R

E h

E R r l

16 , 99 2

41 , 156







m nh

N

Giả thiết  = 0,8 , diện tivhs cần thiết của nhánh :

2

57 , 105 2100 8 , 0

cm A

Z A Z

i

i

8,106

)39,41(4,37.25,0.32

cm r

cm r

cm J

y x

y

7 , 15 8 , 106

26329

; 71 , 4 8 , 106 2365

26329 )

061 , 17 4 , 37 913 ( 2 12

32 1 12

2

4 2

b) Kiểm tra tiết diện đã chọn

Cấu tạo chi tiết cột dưới rỗng

Tính lại nội trong mỗi nhánh , giả thiết là lực dọc N đặt vào trọng tâm của tiết diện cột

Bề cao h của tiết diện cột bằnh bb của tiết diện tính từ mép ngoài của nhánh mái đến trục nhánh cầu trục vain giữ là

100mm.Khoảng cách hai cầu trục nhánh:

C = h - Z0 = 100-3,92 = 96,08cm

Vì trục x-x đi qua trọng tâm tiết diện toàn cột:

cm Z

cm F

F

C F Z

ct m m

08,484808,96

481078,106

08,96.8,106

89 , 56 9608

, 0

4808 , 0 91 , 147 2

Z N

N ct

nh

Lự nén lớn nhất trong nhánh mái;

35 , 181 9608 , 0

16 , 99 9608

, 0

48 , 0 41 , 156 1

Z N

12YY

mặt phẳng khung của các nhánh)là 1100mm.

Kiểm tra nhánh cầu trục

Độ mãnh trong mặt phẳng khung;

2,1804,6

32 , 48 9 , 14 720

min 1

1 1

y y r l

1465107

.85,0

133220

N

ct y

ct nh

Kiểm tra nhánh mái:

Độ mãnh trong mặt phẳng khunng

4,2371,4

min 2

1 2

/ 2100 /

1947 8

, 106 872 , 8

181300

872 , 0

86 , 45 7 , 15 720

cm kg R

cm kg F

N

r l

nh y

m nh y x

y y

:góc giữa trục thanh xiên và thanh đứngTg =96,08/110 = 0,87.Suy ra  = 41008’ ,sin = 0,656Hoặc tính: S  l nh2 b d2  1100 2  9608 2  1460mm

Nội lực trong thanh giằng xiên do lực cắt Q gây ra:

kg Q

1000 656 , 0 2

1460 17412 sin

min

min

0 0

/ 2100 /

1882 2

, 17 798 , 0 75 , 0

19376

0798

97 , 66 18 , 2 1460

cm kg R

cm kg F

N

r

S r l

tx tx

y y

x mã

Độ mãnh toàn cột theo trục ảo x-x:

Mômen quán tính toàn tiết diện đối với trục trọng tâm:

4 2

2

2 3906 2365 107 48 106 , 8 48 , 08 499687

F J

;

34 , 48 8 , 106 107

499687

cot 2

thx x

td

x

F

F K

120 5

, 33 2 , 17 2

8 , 213 42 , 28 74 , 30