thuyết minh Đồ án Kết Cấu Thép

Đoạn xà 10m tiết diện không đổiTừ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán x 2 x... Diện tích tiết diện và moment chống uốn của các đường hàn trong lien kết coi lực cắt chỉ do cá

Mục Lục

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 3

2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 4

2.1 Theo phương đứng 4

2.2 Theo phương ngang 4

3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 5

3.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) 5

3.2 Hoạt tải mái 5

3.3 Tải trọng gió 6

3.4 Hoạt tải cẩu trục 7

3.4.1 Áp lực đứng của cầu trục : 7

3.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục 9

4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 11

5 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN 18

5.1 Thiết kế xà gồ mái 18

5.2 Thiết kế tiết diện cột 20

5.2.1 Xác định chiều dài tính toán 20

5.2.2 Chọn và kiểm tra tiết diện 20

5.3 Thiết kế tiết diện xà ngang 23

5.3.1 Đoạn xà 6.5m ( tiết diện thay đổi) 23

5.3.2 Đoạn xà 10m ( tiết diện không đổi) 26

6 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT 27

6.1 Vai cột: 27

6.2 Chân cột 30

6.2.1 Tính toán bản đế 30

6.2.2 Tính toán dầm đế 31

6.2.3 Tính toán sườn A 32

6.2.4 Tính toán sườn B 33

6.2.5 Tính toán bu lông neo 33

6.3.2 Tính toán mặt bích 36

6.3.3 Tính toán đường hàn tiết diện cột ( xà ngang ) với mặt bích 36

6.4 Mối nối đỉnh xà 37

6.5 Mối nối xà 39

6.6 Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang 39

1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, với các số liệu sau:

- Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I)

- Số lượng cầu trục: 2 chiếc

- Sức nâng của cầu trục: Q =16 T

2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

2.1 Theo phương đứng

Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang

H2 = bk + H k= 1.19 + 0.4= 1.59 m

Với H k=1.19m – tra catalo cẩu trục

bk = 0.4 – khe hở an toàn giữa cẩu trục và xa ngang

 Chọn H2=1.6m

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

H= H1 +H2 +H3= 8.2+1.6+0= 9.8m Trong đó: H1- cao trình đỉnh ray H1=8.2m

H3- phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cột ±0.000 Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cẩu trục đén đáy xà ngang

H t=H2+H dct+H r= 1.6+0.5+0.2=2.3 m

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

Hd =H-Ht=9.8- 2.3=7.5m

2.2 Theo phương ngang.

Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng

h =(151 : 1

20¿H=(151 : 1

20¿9.8=¿(0.65÷0.49)m

 chọn h=0.6m=60cmCoi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0),khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cẩu trục:Vậy nhịp khung ngang ta chọn

L1=L−L K

2 =

33−31

2 =1mKiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

z =L1−h=1−0.6=0.4 m>z min=0.18m

3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

3.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )

Độ dóc mái là i=15% α=8.53 ° (cos α=0.989,sin α=¿ ¿0.148)

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng của các mái,trọng lượng bảnthân xà gồ ,trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

Trọng lượng bản thân các tấm lợp,lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15kN/m2,trọng lượng bản thân xàngang chọn sơ bộ 1kN/m.Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang

1.1∗0.15∗60.989 +1.05*1=2.05kN/mTrọng lượng.của tôn tường và xà gồ tường lấy 0.15kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột

3.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2727-1995 ,hoạt tải sửa chữa mái là 0.3kN/m2,hệ số vượt tải 1,3

Ta quy vể tải trọng phân bố đều trên xà ngang

1.3∗0.3∗60.989 =2.37 kN/m

3.3 Tải trọng gió.

Công trình được giả định ở vùng gió II-B Áp lực gió tiêu chuẩn w0=0.95kN/m2 Hệ số vượt tải γ=1.2

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và độ dốc mái,ta nội suy bảng III.3 phụ lục,ta được các hệ số khí động

Gió Trái

Gió phải

3.4 Hoạt tải cẩu trục

Theo bảng phụ lục II-3,các thông số cầu trục

sức nâng 16 tấn như sau

Nhịp

Lk (m)

Chiềucaogabarit

Hk

(mm)

Khoảngcách

Zmin

(mm)

Bềrộnggabarit

Bk

(mm)

Bềrộngđáy Kk

(mm)

TrọnglượngcầutrụcG(T)

Trọnglượng

trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất ,xác định được các tung độ y i của đường ảnh hưởng,từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột :

D max=nc∗γp∗∑P max y i=0.85*1.1*134*1.982=248.325 kN

D min=nc∗γp∗∑P min y i=0.85*1.1*52.3*1.982=96.921 kNTrong đó ∑ y i=1+0.15+0.832=2.32

Các lực D max ,D min thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột,do đó sẽ lệch tâm so với trục

cột là e=L1−0.5 h ≈0.75m.Trị số của các moment lệch tâm tương ứng

M❑max = D max e=248.325*0.75=186.244 kNm

M❑min = D min e=96.921*0.75=72.683 kNm

Dmax lên cột trái

Dmax lên cột phải

3.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục.

Lực hãm ngang tiểu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray :

T1tc=0.05(Q+G xe)

n0 =

0.05(160+13.01)

2 =4.33 kNLực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm ( giả thiết cách vai cột 0,7m)

T=n c γ p∑T1tc y i=0.85*1.1*4.33*1.982=8.024 kN

Lực hãm lên cột trái

Lực hãm lên cột phải

4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

Nội lực do hoạt tải phải Nội lực do hoạt tải chất đầy

Nội lực do gió phải Nội lực do gió trái

Nội lực do áp lực đứng Nội lực do áp lực đứng

Nội lực do lực hãm ngang Nội lực do lực hãm ngang

BẢNG THỐNG KÊ NỘI LỰC

(đơn vị : kN,kNm)

Phương án chất tải Tĩnh tải

Cấu

kiện

Tiết diện

Nội lực

Hoạt tải mái trái

Hoạt tải mái phải

5 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN.

Chiều dày(mm)

Diện tích(cm2)8CS

Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sữa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên.

Ta phân loại tải trọng tác dụng lên xà gồ C tác dụng theo 2 phương trục x-x tạo với phương ngang một góc  = 8.53 o

Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y

Độ võng:

Vậy xà gồ đảm bảo được điều kiện độ võng.

5.2 Thiết kế tiết diện cột

5.2.1 Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột tiết diện không đổi,với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết bằng nhau ,ta

cột tính từ mặt móng đến dầm hãm,nên l y=4.1 m

5.2.2 Chọn và kiểm tra tiết diện.

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

N= -327.11kNM= -334.23 kNmV= -79.99 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp 1,4,7,9 gây ra

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

Với A f /Aw 0.5;(1.75 0.1 ) 0.02(5 m x   m x)x

= (1.75-0.1*5.033)-0.02(5-5.033)*1.7579= 1.363Với A f /Aw 1;(1.9 0.1 ) 0.02(6 m x   m x)x

=(1.9-0.1*5.033)-0.02(6-5.033)*1.7579= 1.28273Với w

Từ đó m e .m x 1.28273*5.033 6.456 20   không cần kiểm tra bền

Với x=1.7579 và m =6.456 ,tra bảng IV.3 phụ lục,nội suy ta có e  =0.1806e

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau

dưới vai và do các trường hợp tải trọng 1,4,8,10 gây ra nên trị số của moment tại tiết diện chân cột tương ứng là:

184.85+0.9*(159.94-5.56+0.34)=324.1 kN.mVậy trị số của moment tại 1/3 chiều cao cột dưới,kể từ tiết diện vai cột:

Ta có

4 w

A´=2*1.2*25+2*0.8*37.922=120.6752cm2> 106.08cm2

 Không cần kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thểChuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là0.017781 0.049402 0.031621

0.031621 0.968 19.8 300 300

x

H



vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu

5.3 Thiết kế tiết diện xà ngang.

5.3.1 Đoạn xà 6.5m ( tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực tính toán

N= -90.3 kNM= -420.02 kN.m

V= 72.86kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp 1,4 gây ra.

Momen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang :

x

2 x

1 x

f

4 w

5.3.2 Đoạn xà 10m ( tiết diện không đổi)

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

x

2 x

Từ đó m e .m x 1.035*10.078 10.428 20   không cần kiểm tra bền

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tạichỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo:

1 x

Chọn chiều cao đường hàn lien kết dầm vai vào cột hf  0.6cm

Chiều dài tính toán của các đừng hàn lien kết dầm vai với bản cánh cột xác định như sau:

- Phía trên cánh ( 2 đường hàn ): lw  25 1.2   23.8 cm  

- Phía dưới cánh ( 4 đường hàn): lw  0.5 * (25 0.8) 1.2 10.9 cm     

- ở bản bụng ( 2 đường hàn ) : lw  47.6 1.2   46.4 cm  

Diện tích tiết diện và moment chống uốn của các đường hàn trong lien kết ( coi lực cắt chỉ do các đường hàn lien kết ở bản bụng chịu ).

6.2 Chân cột

6.2.1 Tính toán bản đế.

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột:

N= -158.16 kNM= -446.32 kNmQ= -92.8 kNCăn cứ vào kích thước tiết diện cột đã chọn,dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp

có vùng kéo trong bê tong móng với 4 bu long neo ở một phía chân cột.Từ đó xác định bề rộng của bản đế:

- Chiều cao : hd® phụ thuộc vào đường hàn lien kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực

do ứng suất phản lực của bê tông móng:

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

6.2.5 Tính toán bu lông neo

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo:

N= -34.86 kNM= 187.85 kNmQ= 43.86 kNĐây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,5 gây ra Chiều dài vùng bê tôngchịu nén dưới bản đế là c=49.6 cm chọn khoảng cách từ méo biên bản đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6cm

 

2 1

b

M N 187.85 * 10 34.86

Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén Do T2< T1 nên đường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu

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 quan niệm mômen và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu,còn lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chiu Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tính toán bu lông neo Các cặp kháckhông nguy hiểm bẳng

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

 

2 k

6.3 Liên kết cột với xà ngang

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,4,7,9 gây ra

Trình tự tính toán như sau:

6.3.1 Tính toán bulông liên kết

Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến là d=20 mm, bố trí bulông thành

2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân 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 như sau:

A diện tích tiết diện thực của thân bulông Abn=3.03 cm2

Khả năng chịu trượt của một bulông cường độ cao

4b1

 - hệ số điều kiện làm việc của liên kết

Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân vào ( do moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía trong cùng

nên các bulông đủ khả năng chịu lực

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bulông

h - lực kéo tác dụng lên 1 bulông ở dãy thứ i

b – bề rộng của mặt bích thường lấy bằng bề rộng của bản cánh cột

Chọn t = 2 (cm)

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

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

Kết hợp cấu tạo,chọn chiều cao đường hàn là hf = 0.8cm

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,4gây ra

Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến là d=20 mm, bố trí bulông thành

2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân 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 như sau:

 Bulông đủ khả năng chịu cắt

- Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện sau:

1 max 1

6.5 Mối nối xà

- Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà thực hiện tương tự như trên Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toán kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết như sau:

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

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang tại tiết diện đầu xà là Vmax = 72.86 (KN).chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang:

Kết hợp cấu tạo,chon chiều cao đường hàn hf= 0.6cm

- Lực cắt lớn nhất trong cột là tại tiết diện chân cột Vmax = -118.46(kN), chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng cột: