ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP

2/ Xác định tải trọng, theo nội lực đã tính đợc cấp, vẽ biểu đồ nội lực M,N,Q cho các trờng hợp tải trọng khung ngang.. 3/ Thiết kế một khung điển hình gồm: cột trên đặc, cột dới rỗng ho

M ỤC LỤC C L ỤC LỤC C

CHƯƠNG 1: YÊU CầU CHUNG Và Số LIệU BAN ĐầU 5

I Nội dung yêu cầu: 5

II Số liệu thiết kế 5

1/ Các số liệu riêng: 5

2/ Các số liệu chung 5

CHƯƠNG 2: Xác định các thông số tính toán khung 6

I Sơ đồ kết cấu khung ngang 6

1.Kích thớc theo phơng đứng 6

2.Kích thớc theo phơng ngang 6

ii Hệ dàn mái 8

1 dàn 8

2 Cửa mái 8

iIi các hệ giằng 10

1 Hệ giằng mái 10

c Hệ giằng cửa mái 10

d Hệ giằng đứng 10

e.Hệ giằng cột 11

CHƯƠNG 3: Tính toán khung ngang 12

i.tính tải trọng tác dụng 12

1-tải trọng tác dụng lên dàn 12

a trọng lợng các lớp mái 12

b Trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng 12

c Trọng lợng cửa trời 12

d.Trọng lợng cánh cửa trời và bậu cửa 12

e Tải trọng tạm thời 12

2 Tải trọng tác dụng lên cột: 13

a Do phản lực đầu dàn 13

b Do trọng lợng của dầm cầu trục 13

c Do áp lực đứng bánh xe dầm cầu trục 13

Tơng ứng phía bên kia có áp lực 13

d- Do lực hãm của xe con 14

3.Tải trọng gió tác dụng lên khung 14

+ Phía đón gió: 14

+ Phía gió hút : .14

II Xác định nội lực tính toán 15

1,nội lực do tĩnh tải gây ra do tĩnh tải mái là: 15

2.nội lực do hoạt tải mái gây ra là 15

3.nội lực do áp lực của bánh xe cầu trục 15

4.nội lực do lực hãm cầu trục T tại cốt trái 16

5.nội do tải trọng gió gây ra 16

6.Tổ HợP NộI LựC 17

CHƯƠNG 4: THIếT Kế CộT 20

i.Xác định các thông số thiết kế 20

1 Nội lực tính toán cột 20

*Trọng lợng bản thân cột 20

*Các cặp nội lực tính toán nh sau: 20

2.Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung 20

3 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung 21

ii Thiết kế cột đặc (đoạn cột trên) 21

1 Chọn tiết diện 21

2.Kiểm tra tiết diện đã chọn 21

- Tính các đặc trng hình học của tiết diện 21

- Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn : 22

- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn 22

- Kiểm tra ổn định cục bộ 23

iii.Thiết kế cột dới rỗng (đoạn cột dới) 23

1.Chọn tiết diện cột 23

a.Chọn tiết diện nhánh 23

b.Xác định hệ thanh bụng 25

c Kiểm tra tiết diện cột đã chọn 26

d.Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x 26

e.Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột 27

iv.Thiết kế các chi tiết cột 28

1.Nối hai phần cột 28

2.Tính dầm vai 28

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai 29

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của tiết diện 29

3.Tính chân cột rỗng 31

a.Xác định kích thớc bản đế 31

-Nhánh mái 31

-Nhánh cầu trục 31

b.Tính các bộ phận ở chân cột 32

+Nhánh mái 32

+Nhánh cầu trục 33

4Tính bu lông neo 34

CHƯƠNG 5: : Thiết kế dàn vì kèo 37

1.Sơ đồ và kích thớc của dàn 37

2.Tải trọng và nội lực tính toán 37

a.Tải trọng tác dụng lên dàn 37

Tải trọng thờng xuyên 37

Hoạt tải sửa chữa mái : 37

Tải trọng gió 38

Momen đầu dàn 38

B.Xác định nội lực tính toán cho các thanh dàn 38

Đồ giải Crêmona của tĩnh tải : 38

Đồ giải Crêmona của hoạt tải nửa dàn : 39

Đồ giải crêmona cho momen đầu dàn 40

Đồ giải crêmona cho dàn phân nhỏ: 40

C.Bảng tổ hợp nội lực 42

D.Kết Quả phân tích nội lực bằng phần mền SAP2000 7.42 (THAM KHảO) 44

3 chọn tiết diện CáC THANH DàN 45

a Thanh T1 45

b Thanh T2,, T3 45

c Thanh T4, T5 46

d Tính D1 46

e Thanh D2 47

e Thanh D3 47

Thanh Đ2 48

g Thanh Đ3 48

h Thanh X5 , Thanh X4 49

i Thanh X1 (thanh xiên đầu dàn) 49

ị Thanh X2 50

k Thanh X3 50

Tổng kết về các thanh cho trong bảng sau:(trang bên) 51

IV-Tính toán chi tiết dàn: 53

1 Tính mắt trung gian : 53

a-Mắt 1: 53

b- Mắt 2: 54

c-Mắt 4: 55

c-Mắt 5: 57

2 Tính mắt 6 ở vị trí đỉnh dàn(Nút nối ở hiện trờng) : 57

3 Tính mắt 7 ở vị trí giữa dàn(Nút nối ở hiện trờng : 58

4 Tính mắt 8 (mắt liên kết giữa dàn và cột): 59

a-Nút dới : 59

b-Nút trên : 60

C H Ư Ơ N G 1 :

I Nội dung yêu cầu:

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, bao gồm

1/ Trên cơ sở dữ liệu đã cho, thành lập sơ đồ kết cấu, xác định kích thớc khung ngang, lập mặt bằng lới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột

2/ Xác định tải trọng, theo nội lực đã tính (đợc cấp), vẽ biểu đồ nội lực M,N,Q cho các trờng hợp tải trọng khung ngang Lập bảng thống kê, bảng tổ hợp cho các tiết diện đặc trng của cột khung

3/ Thiết kế một khung điển hình gồm: cột trên đặc, cột dới rỗng hoặc đặc (theo số liệu ởbảng tổ hợp nội lực), dàn mái (tự xác định nội lực)

4/ Thể hiện 01 bản vẽ khổ A1 gồm:

- Sơ đồ khung ngang

- Cột, các mặt cắt và chi tiết vai cột

- Một đơn vị vận chuyển của dàn mái (1/2 dàn), các nút nối hai nửa dàn, nút liên kết dàn với cột, nút nối thanh cánh dàn (nếu có)

- Bảng thống kê thép cho dàn mái

- Các ghi chú chỉ dẫn cần thiết nh quy cách vật liệu, chế tạo…

5/ Trình bày toàn bộ nội dung của đồ án vào một quyển thuyết minh khổ A4

- Bớc khung: B = 6 m Chiều dài nhà: 17B

- Chiều cao dầm cầu trục Hdct = 700mm

- Chiều sâu chôn cột dới cốt ±0.000 H3 = 800 mm

- Số cầu trục làm việc trong xởng: 2 chiếu, chế độ làm việc trung bình

- Vật liệu thép: BCT3, hàn tay Que hàn N46 hoặc tơng đơng

Tmm

Bềrộng Bmm

Fmm

B1mm

Trọng lợng áp lực

Xe con(tấn)

Cầutrục(tấn)

P1tấn

P2(tấn)

f H

Trong đó :

+H C =3700 mm: kích thớc gabarit của cầu trục, tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con

+ 100mm : khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

+ f = 300mm : kích thớc xét đến độ võng của dàn vì kèo và việc bố trí hệ giằng thanh cánh dới

- Chiều cao của xởng, từ nền nhà đến đáy của vì kèo

H H1H2  12  4 1  16 1m

- Chiều cao thực của cột trên Ht từ vai dầm đỡ dầm cầu trục đến mép dới vì kèo

H t H2H dct H r  4 1  0 , 7  0 , 2  5 0m

Trong đó:

+ H dct = 700mm = 0,7m chiều cao dầm cầu trục

+ H r = 200mm = 0,2m chiều cao tổng cộng của ray và lớp đệm ray.

- Chiều cao thực của cột dới Hd từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết diện

m H

H H

H d   t  3  16 1  5 0  0 , 8  11 , 9 Trong đó:

+ H 3 = 0,8m phần cột chôn dới cao trình nền

2.Kích thớc theo phơng ngang

- Khoảng cách từ mép ngoài đến trục định vị a = 500mm với nhà có sức trục Q= 100T

- Chiều cao tiết diện cột trên 0 53 0 44

12

1 10

Chọn ht = 500mm (Do đây cũng là một công trình có nhịp tơng đối lớn)

- Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray  = 1000 mm (nhà có sức trục Q =100T(Không có lối đi

ở cột trên)(Theo sách Kết cấu thép II-Công trình dân dụng và công nghiệp)

Để đảm bảo cầu trục làm việc an toàn theo phơng dọc nhà cần kiểm tra điều kiện

+ B 1 = 400 mm : Phần đầu cầu trục lấy từ ray ra tới mép ngoài lấy theo Catalo

+ D = 60 mm : Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột (làm cho cầu trục chạy đợc và khe nhiệt)

- Trục nhánh trong cột bậc đỡ dầm cầu trục trùng với trục dầm cầu trục, có chiều cao tiết diện cột dới : h d a   500  1000  1500mm

20

19.10

110004

.16

- ë ®©y nhµ cã nhÞp L = 24m nªn chän lo¹i cÇu trôc cã

L k L 2    24  2  1 0  22m tra b¶ng ta cã HC nh trªn

11.10 12.00

=500ht 18.30 16.10



b

-0.80 0.00+

a=500

1500 hd=

500

21.10 19.50

12000

ii Hệ dàn mái

1 dàn

Chọn dạng vì kèo có dạng hình thang, liên kết cứng với cột, nên chiều cao đầu dàn là H0

= 2200 mm, độ dốc cánh trên i = 1/10, nh vậy chiều cao ở giữa dàn là:

m i

L H

10

1 2

24 2 , 2





- Chiều cao đầu dàn Ho = 2200mm = 2,2m(đảm bảo lợp panel m ái)

- Các lớp mái cấu tạo từ trên xuống dới nh sau:

+ Hai lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp (o = 2000kG/m3)+Hai lớp vữa lát, dày 1,5cm/lớp (o = 1800kG/m3)+Lớp bêtông chống thấm có độ dày trung bình 4cm (o = 2500kG/m3)+ Lớp bêtông xỉ dày 12cm (o = 500kG/m3)

+ Panel sờn BTCT 1.5x6 (gc = 150daN/m2)

Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, và ở khoảng giữa, nh hình vẽ sau:

c Hệ giằng cửa mái

6000 6000

12 11

6000 6000 6000

15 14 13

6000 6000

18 17 16

6000 6000

e.Hệ giằng cột.

Hệ giằng cột bảo đảm sự bất biến hình học và độ cứng của toàn nhà theo phơng chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và bảo đảm ổn định cột

Sơ đồ bố trí giằng cột nh hình vẽ:

Chiều dài nhà : 17xB = 17 x 6 = 102 m < 200m  không cần phải bố trí khe nhiệt độ

Bổ trí nh trên là đảm bảo các điều kiện

CHƯƠNG 4: Tính toán khung ngang (tải trọng và nội lực)

i.tính tải trọng tác dụng

2 Hai lớp vữa lót dày

424 cos

424

gm =

995 , 0

2 509 cos

2 , 489

l

g c ct ct

ct  Trong đó : ct  0 , 5 ; lấy trong khoảng 12  18 daN/m2

Chọn : g c 0 , 5 15 7 5daN/m2;g ct 1 , 1 7 5 8 25daN/m2

- Trọng lợng bậu cửa : g b  100  150daN/m

,

1

; / 83 10 24

6

6 130 6 5 , 1 40

2

m daN g

m daN g

m daN np

+ dct > 37 với cầu trục sức trục trung bình (Q >75 t )

Theo đầu bài có Q =100 t nên chọn  dct = 38.38; L dct = 6 m

Pc 2max = 43t = 430kN

G = 125t = 1250kN

Gxe con = 43t = 430kN + Số bánh xe ở một bên : n0 = 4bánh

Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua DCT đ ợcxác định bằng cách dùng đờng ảnh hởng của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất

Với vị trí bánh xe nh hình vẽ ,ta có:

Dmax= n.nc Pc

max.y = 1,2.0,85.(43*0.1+42*0,86+42*1.0+42*0,0.573+42*.433) = 129.98 t

áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực Pc

max,đợc xác định theo đờng ảnh hởng của phản lựctựa của hai dầm cầu trục ở hai bên cột

Trong đó: Q- Sức trục của cầu trục

G = 125 (T) - Trọng lợng toàn bộ của cầu trục

no = 4- Số bánh xe ở một bên cầu trục

nc- Hệ số tổ hợp, nc = 0,85 Cầu trục có bề rộng Bct = 8800 mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe k = 840 mm Đặt bánh xe ở

vị trí nh ở hình 8 tính đợc tung độ nh ở yi của đờng ảnh hởng

Các lực Dmax, Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với trụccột dới một đoạn e lấy xấp xỉ một đoạn bằng hd/2 Do đó tại vai cột có sinh ra mô men lệch tâm:

n

)xcG(Q0,05tc

1

Trong đó: +Gxc = 43 - Trọng lợng xe con

+ no =4- Số bánh xe ở một bên cầu trụcLực hãm ngang Ttc

1 truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm; giá trị T cũngxác định bằng cách xếp bánh xe trên đờng ảnh hởng nh khi xác định Dmax và Dmin

T = nc  n  Ttc

1  yi = 0,85  1,2  1,78(0.1+1+0.86+0.573+0.443) = 5.41 (T)

3.Tải trọng gió tác dụng lên khung

Để đơn giản tính toán, chia tác dụng của gió thành hai thành phần

- Gió tác dụng lên tờng dọc đa về phân bố đều trên cột khung

- Gió tác dụng trên mái kể từ cánh dới dàn vì kèo trở lên đa về thành lực tập trung đặt ngang cao trình

cánh dới dàn vì kèo3

-Tải trọng gió phân bố lên cột đợc tính theo công thức

Phần tải trọng gió trên mái, từ đỉnh cột trở

lên đa về thành tải tập trung đặt ở đầu cột W

với trị số k lấy trung bình :

k W

n

91 35 3591

6 , 0 2 , 2 5 , 0 9 , 0 3 6 , 0 6 , 0 6 , 0 8 , 0 6 , 0 7 , 0 3 51 , 0 9 , 0 8

Khi tính toán nội lực cho khung ngang, ta chấp nhận các giả thuyết tính toán sau:

+Theo các công thức kinh nghiệm ta chọn sơ bộ độ cứng giữa các bộ phận khung nh sau:

1072

+Khi tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang dùng phơng pháp chuyển vị,

ẩn số là góc xoay 1, 2 và một chuyển vị ngang ∆ ở đỉnh cột Trờng hợp ở đây, khung đối

xứng và tải trọng đối xứng nên ∆

1,nội lực do tĩnh tải gây ra do tĩnh tải mái là:

2.nội lực do hoạt tải mái gây ra là

3.nội lực do áp lực của bánh xe cầu trục

vì khung chỉ có 1 nhịp nên nội lực do Dma gây ra ở cột trái thì đồng thời cũng có Dmin ở cột phải vì vậy

ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen chỉ do Dmaz gây ra ở trong cột phải:

4.nội lực do lực hãm cầu trục T tại cốt trái

cũng nh lý luận ở trên , do vậy ta chỉ cần vẽ biể đồ cho 1 trờng hợp và ỏ đây lực hãm T đặt ở cao trình của đỉnh ray:

5.nội do tải trọng gió gây ra

ở đây ta cũng chỉ vẽ biểu đồ mômen do gió thổi từ bên trái gây ra Còn gió thổi từ bên phải có biểu đồ mômen cũng tơng tự nhng ngợc lại với biểu đồ mômen gây ra ở bên trái :

6.Tổ HợP NộI LựC

Nội lực tính toán của cột đã đợc cho kèm theo đồ án vì vậy mà ta có bảng nội lực sau đây:

Chú ý rằng

+Nội lực sinh ra do T phải xét cả 2 chiều tác dụng, ± hay F tuỳ vào trờng hợp cụ thể

+Mô men căng thớ trong khung là dơng, thớ ngoài là âm

+Đơn vị mô men là KNm

+ Đơn vị lực dọc lực cắt là KN

+Hệ số tổ hợp là 0,9 với mọi trờng hợp

MdaN.m daNN daN.mM daNN daN.mM daNN daN.mM daNN daNQ

0,9 -30.951 ±F 0 132.42 0 -444.12 1153.1 -47.376 1153.07 -33.336

4

Dm

Mmax Mmin 1 -107.99 0 73.53 0 -136.94 420.94 303.89 420.94 37.04

0,9 -95.589 0 8.847 0 8.847 0 523.68 0 58.815

Sau khi cã b¶ng néi lùc ta tiÕn hµnh tæ hîp néi lùc:

Tổ hợp nội lực loại 1 : tĩnh tải + hoạt tải gây nguy hiểm nhất

Tổ hợp nội lực loại 2: tĩnh tải + (các hoạt tải)*0,9

Khi có các cặp nội lực ta chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán Ta có nguyên tắc tổ hợp nh sau:

 +Tải trọng thờng xuyên luôn đợc kể đến trong mọi trờng hợp, bất kể dấu

 +Không thể lấy cả hai tải trọng 3 và 4 (hoặc 5 và 4; hoặc 7 và 8 ) cùng 1 lúc vì không thể đồng thời

 +Khi đã kể tới lực hãm T, tất phải có Dmaz, Dmin Do điều kiện làm việc thực tế của cầu trục, lựchãm T có thể coi đặt vào cột này hay cột kia dù trên cột có thể có Dmax hay Dmin, chứ không phải

T chỉ đặt vào cột có Dmax nh thờng quan niệm Lực T có thể thay đổi chiều nên các trị số nội lực

+ N: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi cha kể đến trọng lợng bản thân cột

+ K: hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột

+R = 2100 daN/cm2 – cờng độ của vật liệu thép làm cột

+ = 1,5 hệ số cấu tạo, trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột

+ = 7850 daN/m3 – trọng lợng riêng của thép

,0

78505

,147275

78505,116361

530 46573

-42676

daN N

daNm M

daNm M

64111 1 2 503 163608

daNm M

66870 1 2729 2

503 163608

2.Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung

Dự kiến thiết kế cột có tiết diện thay đổi, nến chiều dài tính toán cột trong mặt

phẳng khung đợc xác định riêng rẽ cho từng đoạn cột theo công thức: l 1x

9.118

11

2 1

J i

i K

Với Giả thiết

8

11

2 

J J

- Trong đó : J2; J1 là mômen quán tính của tiết diện cột trên và cột dới

- Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất của phần cột trên và phần cột dới

-Tính hệ số

48,3

89.11

0.52

1

m J

J H

H C

d t

Tra bảng II-6b ta có :

464

18

1018

87,1

;87,1

1

1 2

; 27 2 2 9 11 87 , 1

2 2

1 1

m H

l

m H

l

t x

d x

3 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung đợc xác định bằng khoảng cách các điểm cố kết dọc ngăn cản không cho cột chuyển vị theo phơng dọc nhà

, 3 4 7 0 0 5

; 9 , 11

2

1

m H

h l

m H

l

ct t y

d y

47103 8

, 2 2 , 2 25 ,

h

e R

N A

2.Kiểm tra tiết diện đã chọn

4 2

3 3

62713.9 )

26 0 , 1 1 , 24 12

8 1 36 2 ( 2 12

4 , 46 0 , 1

cm

4 3

3

5276.7 12

4 , 46 0 , 1 12

26 8 , 1 2

2

cm h

100

*14.762

r

l

20 2 10 1 , 2

2100 01

140 6 0

;

502.21

,

0        

b

c x

A

A m



Điều kiện ổn định :

2

/ 2010.40 140

0.16735562

47103

cm daN A

N th lt

Nh vậy điều kiện ổn định đợc bảo đảm

- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

Trớc hết tính giá trị mômen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có

daN

M2  -42676 trong trờng hợp này ta có giá

trị mômen tơng ứng ở đầu kia là : M 1 1 08 81daNm;

Mômen ở đoạn 1/3 cột là :  1  M2 M1

3

2 M

Nh vậy giá trị mômen quy ớc để tính toán là :

daNm M

M M

264.40 -

A N

M m

tra bảng xác định đợc các hệ số ,  :   0 , 625  0 , 005m 0 , 625  0 , 005  3.13  0.676

2100

10 1 , 2 14 , 3 14

, 3 01

70

y

13 3 676 , 0 1

1

x m





(Tra bảng phụ lục II.1)

Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng uốn

140 0.6892 0.3208

64553,4

daN R

daN A

C

N

ng y

- Kiểm tra ổn định cục bộ

+ Với bản cánh cột :

2100

101,220.21,036,01

,036,0

0,126

, 0 9 , 0

10

18

*2500

b



Vậy tiết diện đã chọn thoả mãn

iii.Thiết kế cột d ới rỗng (đoạn cột d ới)

1.Chọn tiết diện cột

Cột dới rỗng có tiết diện không đối xứng,bao gồm 2 nhánh:

nhánh mái và nhánh cầu trục Nhánh mái dùng tổ hợp của 1thép bản và 2 thép góc, nhánh cầu trục dùngtiết diệnb chữ H tổ hợp từ ba thép bản

+ Cặp nội lực tính toán nhánh cầu trục kể thêm trọng lợng bản thân của cột :

daN N

daNm M

64111 1 2 503 163608

daNm M

66870 1 2729 2

503 163608

CMy

CNN

MMy

2 1

2 1

2 1

2 1 2

y1 là khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến tâm của nhánh cầu trục

y2là khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến tâm của nhánh máiGiải phơng trình ta tìm đợc

M

5 , 1

1641.100 5

, 1

729.63

2 1 1

Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:

5 , 1

1668.67 5

, 1

974.81

1 2 2

C

N C

1101,280,0

b=40 cm, thoả mãn điều kiện :

30

1 0.03361 9

, 11

40 , 0

2 3

2

1 2

38 18 1 2 12

38 0 ,

cm A

2 72 ( 3 , 47 2 / 2 ) 2 744 31 4 ( 4 3 2 3 , 47 ) 2342.62 12

8 , 1 34

2342.622

2



+Tính khoảng cách giữa hai nhánh trục : Ch d  z o  150  3.53  146.47cm

+Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh cầu trục:

cm y

C y

cm C

A

A

54.7491.73

146.47

;91.73146.47

198124

1 2

2 1

Bố trí hệ thanh bụng nh hình dới.

Khoảng cách các nút giằng a=96 cm,thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.

Chiều dài thanh xiên:

S= a2 C2  1452 146.472 206.1cm.

Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên :

1 45 00 ; sin 0.7068252

06 96

6260 sin

Tra bảng II.1 phụ lục II đợc mintx =0.711

min

/1634.9975

,05.410.711

4428.3

cm daN A

N

tx tx

tx = 1534.99daN/cm 2 < R = 2100 daN/cm 2 điều kiện đợc thoả mãn.

+Độ mảnh toàn cột theo trục ảo (x x)

71

22.271

198 28

31.37 2

td

A

A k

Từ td =46.54 ; tra bảng II.1 phụ lục II đợc  =0.904

Tính lực cắt quy ớc

daN

N R

E

0.904

164110 10

1 , 2

10 1 , 2 2330 10

15 , 7 2330

10 15 ,

6 6

Nhận thấy rằng lực cắt đã dùng để tính thanh bụng xiên : Q 6260daN Q qu  1726.9daN;

Do vậy không cần phải tính lại thanh bụng và td

Thanh bụng ngang: tính theo lực cắt quy ớc : Q qu  1726.9daN Vì Qq khá nhỏ nên chọn thanh

bụng ngang theo độ mảnh giới hạn[]=150.Dùng một thép góc đều cạnh L50x50 có

  150 98.5

0.98

53 96

; 0.98

M

146.47

1641.100 146.47

1

1  

x

x x

N t

nh.2 = 91.73 171058

146.47

1668.67146.47

974.811

2

C

N C

y2 = 87.64

13.58

430 2

tra bảng có  min =0.675

2 min

124

*0.675

Vậy ta chấp nhận kết quả này.!

d.Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x

*Với cặp nội lực : M 1 =-72963 daNm ; N 1 = 164110daN

J

A e m

x

10 1 , 2

J

A e m

x td = td 1.22

10 1 , 2

Theo m = 0,635 và  td =1,22tra bảng đợc  lt = 0,701

98 1 0.701

166867

cm daN A

e.Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột.

-Đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực 4428.3daN

-Thanh xiên là thép góc L56x5 ; giả thiết :

-Với thép CT3, Rb=3445daN/cm2 <4300daN/cm2dùng que hàn tơng đơng với đề bài là N46 có

Rgh=1800daN/em2 ; Rgt=0,45xRbtc=0,45x3450=1550daN/em2

Hàn tay có txRgt=1x1550=1500daN/cm2

hxRgh=0,7x1800= 1260daN/cm2=(xRg)min

Chiều cao đờng hàn : h s  8mm;h m  6mm

Chiều dài cần thiết của đờng hàn sống lhs,và đờng hàn mép lhm là:

75 , 0 1260 8 , 0

4428.3 7

, 0 1 )

R ( h

7 , 0

min g S

cm N

4428.3 3

, 0 1 )

R ( h

3 , 0

min g m

cm N

-Đờng hàn thanh bụng ngang là thanh đều cạnh (L50x5) vào nhánh cột tính đủ chịu lực cắt

Qq =1426.6daN, khá bé,vì vậy chọn đờng hàn cấu tạo có:

h s  6mm;h m  4mm;l h  60mm

iv.Thiết kế các chi tiết cột.

1.Nối hai phần cột

Dự kiến mối nối khuếch đại ở cao hơn mặt trên vai cột: 500 (mm)

Mối nối cánh ngoài,cánh trong và bụng cột tiến hành trên cùng một tiết diện

Từ bảng tổ hợp chọn ra hai cặp nội lực nguy hiểm nhất (cộng thêm trọng lợng bản thân cột)

t

02 , 0 5 , 0

10880,7 2

40785,155 '

Nối cánh trong bằng đờng hàn đối đầu thẳng,chiều dài đờng hàn bằng bề rộng cánh cột trên,chiều cao

đờng hàn bằng chiều dày thép cánh cột trên: h =1,8(mm).

+ứng suất trong đờng hàn đối đầu cánh trong là:

) 8 , 1 2 36 ( 8 , 1

l

S h h

Nối cánh ngoài bằng đờng hàn đối đầu thẳng,chiều dài đờng hàn bằng bề rộng cánh cột trên,chiều cao

đờng hàn bằng chiều dày thép cánh cột trên: h =1,8(mm).

Nhánh trong : M = -8726 daNm

N =47805daN

daN b

8726 2

47805,155 '

l

S h h

Dầm vai chịu uốn bởi lực S trong =42967 daN,

truyền từ cánh trong của cột trên nó đợc đặt tại vị trí cách mép trái của tiết diện một đoạn bằng 0,5m

h R

Mmax  B ( d  t)  14322  (1,5 - 0,5)  14322

Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục của cột bd =20(mm) chiều rộng sờn đầu dầm cầu trục

b S =300(mm).

+Xác định chiếu dày bản bụng dầm vai

Đợc xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung (D max + G dct ).

Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai:

zb s 2 bd  30  2  2  34cm;

Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai;

320036

100

*1281,19)+

(17,28

zR

G D

Chiều cao bản bụng dầm vai phải đủ chứa 4 đờng hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụng nhánh dầm cầu trục.

Giả thiết chiều cao đờng hàn góc h h =8mm.Chiều dài cần thiết một đờng hàn là:

)18007,0(8,04

100

*143,22)1281,19

+(17,281

)(

4 min

max

R h

B G D l

g h

) 1800 7

, 0 ( 8 , 0 4

42967 1

) (

R h

S l

g h

Để ý đến yêu cầu cấu tạo h dv 0,5 h d =0,5x150=75cm.

Từ đó chọn h dv =75cm.;chiêu dày bản cánh dới dầm vai  =10mm, chiếu cao bản bụng dầm vai:

h dv =75-(2+1)=72 cm.

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai.

Dầm vai có tiết diện chữ I không đối xứng cánh dới dầm vai là một bản thép nằm ngang,cánh trên là 2 bản thép (bản đạy mút nhánh cầu trục và bản lót sờn).Kích thớc 2 bản thép này thờng khác nhau nên tiết diện ngang của dầm vai về 2 phía của lực Strong (hai phía của Mdv

max) cũng khác nhau

Nh-ng để tính thiên về an toàn, ta chỉ xét riêNh-ng có bản bụNh-ng dầm vai chịu uốn, do đó:

Xác định mômen chống uốn của tiết diện

3 2

2

1036,86

722,1

Bê tông móng mác 200 có Rn =90 daN/cm2

R ncb m cb R n  1 , 2  90  108daN/cm2

+Cặp nội lực để tính toán chân nhánh cột vẫn là cặp nội lực tính toán tiết diện nhánh cột:

Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh cầu trục là:

108

111149

cm R

N A

ncb

nh yc

N A

ncb

nh yc

B

A L

yc bd

50

1583,872

1388 6

902 6

  daN cm

q2dd  3 8  1 2  0 , 5  20  8 9  1475.69 /Tổng phản lực lên dầm đế:

N2dd q2dd l 1475.69  50  73803daN;

Lực N 2dd do 2 đờng hàn liên kết dầm đế với sống và với mép thép góc nhánh cột phải chịu.

Chiều cao đờng hàn : h s  14mm;h m  8mm;

Chiều dài cần thiết của đờng hàn sống và hàn mép là:

35.3 1260

4 , 1 16

) 5 2 16 ( 73803 )

(

) (

min

Rg h

a b b

N l

s

g g g

, 0 16

5 , 2 73803 )

Rg h

a b

N l

s

g g

Sờn A làm việc nh dầm côngxôn liên kết ngàm với bản bụng nhánh cột bằng các đờng hàn góc

Tải trọng tác dụng lên sờn: q A  21  88,9  1866.8daN /cm

Momen uốn và lực cắt lớn nhất tại tiết diện ngàm:

.1427382,01

2

1.391866.82

daNcm l

q

daN l

q

Q A A A  1867,3  39 1  73012

Chọn chiều dày sờn : h s 10mm;

Chiều cao sờn hA :

R

M h

A

A

121002

,1

1427382,016

+Kiểm tra hai đờng hàn góc liên kết sờn A với bụng cột.

Chọn chiều cao đờng hành h  14mm; h  0 7 ,l h h 2 h h hàn suốt

2 2

8906

4,12554.17,026

2

cm l

1755

/ 1755 102.3

72993 890

1427022

2 2

2 2

2 2

2

cm daN Rgh

cm daN

cm daN A

Q Wgh

M

td

gh

A A

*S

ờn ngăn B

Tải trọng tác dụng lên sờn: q B 100,520.468,41382daN/cm

Sờn B làm việc nh dầm đơn giản tựa trên dầm đế và sờn A

8

9.11179613828

2 2









Chọn chiều dày sờn s  10mm

R

M h

A

B

121001

244666

l q h

g B

B B

+ Tính chiều cao các đờng hàn ngang

Liên kết dầm đế và bản đế :  R  cm

q h

g

dd

12602

q h

g

A

12602

1866.8

2 min   



 chọn h h  8mm

q h

g

B

12602

1382

2 min   



 chọn h h  8mm

Liên kết bụng nhánh và bản đế :

 

cm R

q h

g

b

12602

4.205,0255,068,4

Lực N 1dd do 2 đờng hàn liên kết dầm đế với sống và với mép thép góc nhánh cột phải chịu.

Chiều cao đờng hàn : h h 8mm;

Chiều dài cần thiết của đờng hàn sống và hàn mép là:

6,58665R

h2

Nl

min g h

Sờn A làm việc nh dầm côngxôn liên kết ngàm với bản bụng nhánh cột bằng các đờng hàn góc

Tải trọng tác dụng lên sờn:

l

qM

2 2

A A

QA  qAlA  2328  17 , 4  40507 , 2 daN

Chọn chiều dày sờn : h s 10mm;

Chiều cao sờn hA :

31,73cm

121001

64,3524126

R

M6h

64 , 352412 W

1012,68daN/cm R 1250daN/cm

401

2,40507F

C 2 A

Kiểm tra hai đờng hàn góc liên kết sờn A với bụng cột

Chọn chiều cao đờng hành h  8mm hàn suốt

  3

2 2

h h h

6

8,02408,07,026

l

h 2

40 2 0 , 8 43 2

8 , 0 7 , 0 2

cm / daN 36 , 1589

cm / daN 36 , 1589 43

2 , 40507 3

, 275

64 , 352412 Ah

Q Wgh

M

2 2

td

2 2

2 2

A 2 A

4Tính bu lông neo

Từ bảng tổ hợp nội lực,ở tiết diện chân cột,tìm ra tổ hợp có momen uốn lớn nhất và lực dọc nhỏ nhất:

Tổ hợp 1,8 do gió và tĩnh tải gây ra

*Nội lực dùng để tính bu lông neo ở nhánh mái là

.-47953,636-621.81

9,01,1

17389

41983

Trong đó Mt , Nt ;Nội lực ở tiết diện chân cột do tính tải gây ra

daN N

daNm

M t  17389 ; t  419.83

M g = --62181daNm, momen ở tiết diện chân cột do tải trọng gió.

n t = 1,1- hệ số vợt tải của tải trọng tĩnh đã dùng để tính toán nội lực

n g = 0,9- hệ số giảm tải dùng với nội lực của tải trọng tĩnh khi tính bulông neo

Từ M và N trên ta tính lực kéo trong nhánh mái cũng chính là lực kéo trong bulông

C

N C

M

100 / 146,47

34349,727 100

/ 146,47

47953,636

1 2 2



C = 96.53 - Khoảng cách trục trọng tâm hai nhánh

y 1 = 0,668m- Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến trục của nhánh cầu trục

-Diện tích tiết diện cần thiết của bu lông neo ở nhánh mái là :

N A

neo

bl yc

Chọn bulông theo cấu tạo : 2  24( Theo cấu tạo)

*Nội lực dùng để tính bu lông neo ở nhánh cầu trục là

.72414581,87

9,01,1

17389

M

146,47

343,50 146,47

72414

2 1 1

N A

neo

bl yc

Chiều dày sờn  s =10 mm Chiều cao sờn h s =400 mm.

Sờn đỡ bu lông neo tính nh con son chịu lực tập trung :

e =0,12m : Khoảng cách từ trục bu lông đến mặt dầm đế

Tính đờng hàn liên kết sờn đỡ bu lông vào dầm đế

Sờn hàn vào dầm đế bằng đờng hàn góc chiều cao đờng hàn : h h 10mm;

  3

2 2

h h

h

6

124017,026

lh

2

40 2 1 53 , 2 2

1 7 , 0 2

/ 8 , 1302 337

, 53

1474 344,015

8 ,

72 0

55 0

0 50 0

32 0

i , chiều cao đầu dàn h 0 =2,2 m.

Nhịp của dàn là khoảng cách trục định vị của hai gối tựa (nhịp nhà) L = 24m Vì tim mắt gối tựa của

dàn ở vào mép trong của cột trên nên nhịp thực tế của dàn là:

L

L tt   2 t  24 20,5 0,5 24

Kết cấu cửa trời có nhịp L ct =15m ; cao 4m Kết cấu cửa trời tính riêng và truyền tải trọng xuống dàn

(trong phạm vi đồ án này không thiết kế cửa trời)

3000 3000

3000 1500

1500 1500

1500

12000 12000

6000 6000

6000 6000

3000 3000

3000 3000

3000 3000

3000 3000

Ba

2.Tải trọng và nội lực tính toán.

a.Tải trọng tác dụng lên dàn

Gồm trọng lợng các lớp mái, trọng lợng cửa trời, trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng:

-Trọng lợng tính toán của các lớp mái phân bố đều trên mặt bằng nhà g m = 483.2 daN/m 2 ;

-Trọng lợng của dàn và hệ giằng mái g d = 26.14 daN/m 2 ;

-Trọng lợng của kết cấu cửa trời và hệ giằng cửa trời, phân bố đều trên mặt bằng cửa trời

g ct = 8,25/m 2 cửa trời;

-Trọng lợng cửa kính và bậu cửa trời tập trung tại nút cửa trời G ct =1356 daN

+Chiều cao bậu củă trời là: 0,6m+Chiều dài bậu cửa trong một nhịp là:12m+Diện tích cửa kính trong một nhịp là : (3-0,6*2 )*12=28,8m2

+Trọng lợng kính và khung kính:40daN\m2

2

8 , 40 40 2

12 130







Các tải trọng tập trung có trị số nh sau:

+Nút đầu dàn G d B g m g d ( 511,759 6 14 ) 4606daN

2

6 0 3 ) (

+Nút chân cửa trời G3:

daN g

g dB G g

6 2

3 3 ) (

G dB g m g d g ct 6 ( 511,759 6 14 8 25 ) 9 360daN

2

3 3 ) (

2

3 3

P d p 585 1 755daN

2

3 3

*Hoàn toàn tơng tự cho phía hút gió

Nhận xét:Nh vậy tại mỗi nút dàn đều có hai tấm panel 1,5x6m ở đây lực gió không lớn hơn trọng lợng bản thân của hai tấm panel này (2.1,5.6.165=2970 daN),nên suy ra trong mọi trờng hợp không thể xảy ra trờng hợp gió bốc mái đợc.Vậy trong tính toán ta không xét tới yếu tố của lực gió

Momen đầu dàn.

Khi dàn liên kết cứng với cột, ngoài các tải trọng đặt trực tiếp trên dàn, dàn còn chịu momen ở hai đầu

Đối với mỗi loại tải trọng tác dụng lên khung đều có các cặp momen đầu dàn Việc làm chính xác là dàn phải tính với từng cặp momen đó Để giảm bớt khối lợng tính toán và thiên về an toàn có thể tổ hợp trớc các momen đầu dàn, rồi chọn ra một vài cặp tổ hợp momen đầu dàn guy hiểm để tính toán Trong khung đang xét dựa vào bảng tổ hợp nội lực ta có cặp momen đầu dàn sau :

(Do dàn liên kết cứng với cột nên đầu dàn có momen,giá trị momen này chính là momen tại tiết diện B-B của cột khung.)

Các cặp momen tính toán:

Mtr.min ; Mph.t :momen đầu trái âm lớn nhất và momen đầu phải tơng ứng

Từ bảng tổ hợp nội lực ta có đợc các cặp mô men đầu dàn sau:

M trmin  -426.76kNm(ứng với tổ hợp 1,2,4,6,8)

=> Mt= -124.93 kNm (ứng với cặp 1,2,3,5,7)

Nhận xét: Tại tiết diện B không tồn Tại cặp mômen M+

max, Mt cho nên ta chỉ tính với cặp M

-min,Mt

Vẽ giảng đồ cremona ứng với trờng hợp M=1 , khi nhân thêm giá trị với Mtr.min ; Mph.t thì ta đợc nội lực tơng ứng

B.Xác định nội lực tính toán cho các thanh dàn

Bằng giản đồ Crêmôna xác định nội lực các thanh dàn

+ Lực tác dụng vào hệ dàn phân nhỏ do tĩnh tải gây ra là :G g G 9212 4606daN

2

1 2

1

+ Lực tác dụng vào hệ dàn phân nhỏ do hoạt tải mái gây ra là :G p P 1755 877 5daN

2

1 2

*)G4G3G2(G1   

=38500daNTheo cơ học kết cấu I ta có thể vẽ biểu đồ Cremona trong trờng hợp tĩnh tải là:

§å gi¶i Crªmona cña ho¹t t¶i nöa dµn :

Ph¶n lùc gèi tùa lµ : RB=( 3*P2 +6*P3+9*P4+12*P5/2)/24=1755daN

RA= (P1+ P2 +P3+P4+P5/2)- RB=2565daN

Đồ giải crêmona cho momen đầu dàn

24 T.L:ưư1000ưđvư=ưưưưư1ưdaN

a

=c'=1' b=d=e

R = 24

1 daN

Giản đồ crêmôna cho mô men đầu dàn

2' 3' 4' 5' 5

4 3 2 1

e d

c

gB

Rưưư=ư1ưưưdaN A

g

6 6'

1' c' 24

c 1

2

3=4

5

6 6' 5'

4'=3' 2'

T3 =6488aN)

D2 =4839daN) D1 =8404(daN) T4 =3574(daN)

T2 = 6488(daN) T1 = 10964

Đ3 = 0(daN)

Đ2 =0(daN)

Đ1 =-1091daN)

X4 =-1883 (daN) X3 = -2286(daN) X2 = -2570(daN) X1 = -3263(daN)

Đồ giải crêmona cho dàn phân nhỏ:

Ngoại lực tác dụng vào dàn phân nhỏ tại nút dàn phân nhỏ (chân panel 1,5m) xác định nh sau:

Gpn1=0,5*(1,5+1,5)*6*511.76=4606 (daN); Ppn1=0,5*(1,5+1,5)*585=877.5 (daN)

Gpn2=0,5*(1,5+1,5)*6*511.76=4606 (daN); Ppn2=0,5*(1,5+1,5)*585=877,5 (daN)

Nhờ đó ta có biểu đồ nh sau: