Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, xà ngang tiết diện thay đổi chữ I, số lượng cầu trục 2 chiếc, sức nâng Q =16T, chế độ làm việc trung bình, chiều dài nhà 66m

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Mục Lục SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH SỐ LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp, với số liệu sau: - Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I) - Số lượng cầu trục: - Sức nâng cầu trục: Q =16 T - Chế độ làm việc trung bình - Nhịp khung,thiết kế theo nhịp cầu trục: - Chiều dài nhà: 66 m - Bước cột: B =6m - Cao trình đỉnh ray: H = 8.2 m - Độ dốc mái: L k= 31m i=15% - Vật liệu thép CT34s có: f = 21 kN/cm2; fv = 12kN/cm2; fc = 32kN/cm2 - Mô đun đàn hồi - Vùng gió II-B - Hàn tay, dùng que hàn N42,bulơng cấp độ bền 8.8 - Bê tơng móng cấp độ bền B20 có Rb=1.15 kN/cm2 - Kết cấu bao che :Tường xây gạch cao 1,5m phía dưới, quay tole phía trên,mái tole SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 2.1 Theo phương đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang H2 = bk + = 1.19 + 0.4= 1.59 m Với – tra catalo cẩu trục bk = 0.4 – khe hở an toàn cẩu trục xa ngang  Chọn H2=1.6m Chiều cao 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 chơn nền, coi mặt móng cột ±0.000 Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cẩu trục đén đáy xà ngang = 1.6+0.5+0.2=2.3 m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt 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 =(=((0.65÷0.49)m  chọn h=0.6m=60cm Coi trục định vị trùng với mép cột (a=0),khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cẩu trục: Vậy nhịp khung ngang ta chọn ===1m Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: z => =0.18m SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 3.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) Độ dóc mái i=15%  =8.5 (=0.989,0.148) Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng mái,trọng lượng thân xà gồ ,trọng lượng thân khung ngang dầm cầu trục Trọng lượng thân lợp,lớp cách nhiệt xà gồ mái lấy 0.15kN/m 2,trọng lượng thân xà ngang chọn sơ 1kN/m.Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang +1.05*1=2.05kN/m Trọng lượng.của tôn tường xà gồ tường lấy 0.15kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt đỉnh cột 1.1*0.15*6*9.8=9,7 kN Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ 1kN/m,quy thành tải tập trung moment lẹch tâm đặt cao trình vai cột: 1.05*1*6=6.3 kN 6.3*(-0.5h)=6.30.7=4.41 kNm 3.2 Hoạt tải mái Theo TCVN 2727-1995 ,hoạt tải sửa chữa mái 0.3kN/m2,hệ số vượt tải 1,3 Ta quy vể tải trọng phân bố xà ngang =2.37 kN/m SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH 3.3 Tải trọng gió Cơng trình giả định vùng gió II-B Áp lực gió tiêu chuẩn =0.95kN/m2 Hệ số vượt tải =1.2 Căn vào hình dạng mặt nhà độ dốc mái, ta nội suy bảng III.3 phụ lục,ta hệ số khí động ;;; - Tải trọng gió tác dụng lên cột - Phần đón gió 1.2*0.95*1*0.8*6=5.47 kN/m - Phần khuất gió 1.2*0.95*1*0.5*6=3.42 kN/m - Tải trọng tác dụng mái : - Phía đón gió : 1.2*0.95*1*0.2711*6=1.854 kN/m - Phía khuất gió 1.2*0.95*1*0.4*6=2.736 kN/m SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Gió Trái Gió phải 3.4 Hoạt tải cẩu trục Theo bảng phụ lục II-3,các thông số cầu trục sức nâng 16 sau Nhịp Lk (m) 31 Chiều cao gabarit Hk (mm) 1190 Khoản g cách Zmin (mm) 190 Bề rộng gabarit Bk (mm) 6110 Bề rộng đáy Kk (mm) 5100 Trọng lượng cầu trục G(T) 21.26 Trọng lượng xe Gxe (T) Áp lực Pmax (kN) Áp lực Pmin (kN) 1,301 134 52.3 Tải trọng tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng lực hãm ngang xác định sau : 1.1.1 Áp lực đứng cầu trục : SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Tải trọng thẳng đứng bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục xác định cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm xếp bánh xe cầu trục sát vào vị trí bất lợi ,xác định tung độ đường ảnh hưởng,từ xác định áp lực thẳng đứng lớn nhỏ bánh xe cầu trục lên cột : =0.85*1.1*134*1.982=248.325 kN =0.85*1.1*52.3*1.982=96.921 kN Trong =1+0.15+0.832=2.32 Các lực , thơng qua ray dầm cầu trục truyền vào vai cột,do lệch tâm so với trục cột e=0.75m.Trị số moment lệch tâm tương ứng = =248.325*0.75=186.244 kNm = =96.921*0.75=72.683 kNm SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Dmax lên cột trái Dmax lên cột phải 1.1.2 Lực hãm ngang cầu trục Lực hãm ngang tiểu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray : ==4.33 kN Lực hãm ngang toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm ( giả thiết cách vai cột 0,7m) T==0.85*1.1*4.33*1.982=8.024 kN SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Lực hãm lên cột trái Lực hãm lên cột phải SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH i Đoạn xà 10m ( tiết diện không đổi) CLXIX CLXX CLXXI CLXXII CLXXIII CLXXIV CLXXV CLXXVI CLXXVII CLXXVIII CLXXIX Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính tốn Đây cặp nội lực tiết diện vai,trong tổ hợp nội lực trường hợp 1,4 gây cuối xà Momen chống uốn cần thiết tiết diện xà ngang : Chọn sơ bè day bụng 0.6cm,chiều cao tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu chi phí vật liệu : Chon h=40cm Diện tích tiết diện cần thiết cánh xà ngang : Theo yêu cầu cấu tạo ổn định cục kích thước tiết diện cánh chọn CLXXX CLXXXI CLXXXII Tính lại đặc trưng hình học SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 29 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH CLXXXIII CLXXXIV Với =1.7579 nội suy ta có = 1.035 CLXXXV CLXXXVI Từ khơng cần kiểm tra bền Tại tiết diện đầu xà có momen uốn lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương chỗ tiếp xúc cánh bụng theo: CLXXXVII CLXXXVIII CLXXXIX Trong đó: CXC CXCI CXCII CXCIII CXCIV Vậy Do tiết diện xà đ chọn có kích thước nhỏ đoạn 6.5 m nên không cần kiểm tra ổn định cục cánh bụng SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 30 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH CXCV THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT 6.1 Vai cột: CXCVI Với chiều cao tiết diện cột h=60cm,xác định moment uốn lực cắt chỗ liên kết công-xôn vai cột với cánh cột CXCVII CXCVIII Bề rộng cánh dầm vai chọn bề rộng cánh cột giả thiết bề rộng sườn gối dầm cẩu trục Chọn sơ bề dày cánh dầm vai Từ bề dày bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục phản lực dầm cầu trục truyền vào CXCIX CC CCI CCII chon cm Chiều cao dầm vai xác định sơ từ điều kiện bụng dầm vai đủ khả chịu cắt chọn Các đặc trưng hình học tiết diện dầm vai: SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 31 =47.6 cm ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH CCIII CCIV Trị số ứng suất pháp ứng suất tiếp chỗ tiếp xúc cánh bụng dầm vai CCV CCVI CCVII CCVIII Kiểm tra ổn định cục cánh bụng dầm vai: CCIX Bản cánh CCX Bản bụng CCXI CCXII Chọn chiều cao đường hàn lien kết dầm vai vào cột Chiều dài tính tốn đừng hàn lien kết dầm vai với cánh cột xác định sau: - Phía cánh ( đường hàn ): - Phía cánh ( đường hàn): - bụng ( đường hàn ) : SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 32 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCXIII GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Diện tích tiết diện moment chống uốn đường hàn lien kết ( coi lực cắt đường hàn lien kết bụng chịu ) CCXIV CCXV CCXVI Khả chịu lực cắt đường hàn liên kết: CCXVII CCXVIII CCXIX CCXX CCXXI CCXXII Kích thước cặp sườn gia cường cho bụng dầm vài lấy sau: - Chiều cao : - Bề rộng: - Bề dày chọn : SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng chọn Trang 33 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH CCXXIII CCXXIV SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 34 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH 6.2 Chân cột i Tính tốn đế CCXXV Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính tốn tiết diện chân cột: CCXXVI N= -158.16 kN CCXXVII M= -446.32 kNm CCXXVIII Q= -92.8 kN CCXXIX Căn vào kích thước tiết diện cột chọn,dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp có vùng kéo bê tong móng với bu long neo phía chân cột.Từ xác định bề rộng đế: CCXXX chän c1 = 6(cm) CCXXXI Chiều dài đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bê tông móng CCXXXII CCXXXIII CCXXXIV Trong đó: - cường độ chịu nén tính tốn cục bê tơng: CCXXXV CCXXXVI - hệ số mác bê tông không B25 CCXXXVII - hệ số tăng cường độ bê tông chịu nén cục bộ: CCXXXVIII CCXXXIX CCXL chọn Am : Diện tích mặt móng Abd : Diện tích bề mặt đế CCXLI CCXLII SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng ứng suất bê tơng móng phân bố khơng Trang 35 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCXLIII CCXLIV CCXLV CCXLVI CCXLVII CCXLVIII CCXLIX CCL GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Theo cấu tạo khoảng cách bố trí bulơng neo,chiều dài đế với giả thiết c2= 11.2(cm),và bề dày dầm đế 0.8cm Tính lại ứng suất phản lực bê tơng móng phía đế: Bề dày đế chân cột xác định từ điều kiện chịu uốn đế ứng suất phản lực bê tơng móng.Xét đế: Ô ( kê cạnh) CCLI CCLII tra bảng nội suy ta có: CCLIII CCLIV Ơ ( kê cạnh) CCLV CCLVI tra bảng nội suy ta có: CCLVII SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 36 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCLVIII GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Vậy bề dày đế xác định sau: CCLIX chọn tbd=3.6 i Tính tốn dầm đế CCLX CCLXI CCLXII CCLXIII CCLXIV CCLXV Kích thước dầm đế chọn sau: Bề dày: td® = 0.8(cm) Bề rộng : bd® = Bbd = 42(cm) Chiều cao : hd® phụ thuộc vào đường hàn lien kết dầm đế vào cột phải đủ khả truyền lực ứng suất phản lực bê tơng móng: Lực truyền vào dầm đế ứng suất phản lực bê tơng móng: Theo cấu tạo ,chọn chiều cao đường hàn vào cột hf = 0.6cm.qua xác định chiều dài tính tốn đường hàn liên kết dầm đế vào cột Vậy ta chọn hdd = 44cm i Tính tốn sườn A CCLXVI CCLXVII Sơ đồ tính sườn dầm cơng-son ngàm vào bụng cột đường hàn liên kết,ta có: qs ls Ms Vs CCLXVIII CCLXIX CCLXX CCLXXI SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 37 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCLXXII CCLXXIII CCLXXIV CCLXXV GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Chọn bề dày sườn ts = 0.8cm,chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: chọn Kiểm trả lại tiết diện sườn chọn theo ứng suất tường Theo cấu tạo ,chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột hf =0.6cm Diện tích tiết diện moment chống uốn đường hàn là: CCLXXVI CCLXXVII CCLXXVIII CCLXXIX =28 Khả chịu lực đường hàn kiểm tra theo cơng thức: CCLXXX SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 38 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH i Tính tốn sườn B CCLXXXI Tường tự trên,với bề rộng tiết diện truyền tải vào sườn 1.5ls=1.5*14.8=22.2 cm,ta có: CCLXXXII CCLXXXIII CCLXXXIV CCLXXXV Chon bề dày sườn ts=0.8 cm.Chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: CCLXXXVI CCLXXXVII CCLXXXVIII chọn Kiểm trả lại tiết diện sườn chọn theo ứng suất tường = 36 cm Theo cấu tạo ,chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột hf =0.6cm Diện tích tiết diện moment chống uốn đường hàn là: CCLXXXIX CCXC CCXCI CCXCII Khả chịu lực đường hàn kiểm tra theo cơng thức: i Tính tốn bu lơng neo CCXCIII Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực chân cột gây kéo nhiều cho bu lông neo: CCXCIV N= -34.86 kN CCXCV M= 187.85 kNm CCXCVI Q= 43.86 kN SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 39 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCXCVII GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực trường hợp tải 1,5 gây Chiều dài vùng bê tông chịu nén đế c=49.6 cm chọn khoảng cách từ méo biên đế chân cột đến tâm bu lông neo 6cm CCXCVIII CCC CCCII CCCIII CCCIV CCCV CCCVII CCXCIX Tổng lực kéo thân bulơng neo phía chân cột: CCCI Chọn thép bu lông neo mác 09Mn2Si, tra bảng ta có fba = 190 N/mm2.Diện tích tiết diện cần thiết bulông neo: Chọn bu lông Φ27 có Abn =4.59 cm2 Tính lại tổng lực kéo thân bulơng neo phía chân cơt: CCCVI Ở lấy dấu trừ N lực nén Do T2 < T1 nên đường kính bu lơng neo chọn đạt u cầu i Tính tốn đường hàn liên kết cột vào đế CCCVIII CCCIX CCCX CCCXI Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào đế tính tốn quan niệm mômen lực dọc đường hàn cánh chịu,còn lực cắt đường hàn bụng chiu Nội lực để tính tốn đường hàn chọn bảng tổ hợp nội lực cặp dùng để tính tốn bu lơng neo Các cặp khác không nguy hiểm bẳng Lực kéo cánh cột moment lực dọc phân vào theo: Tổng chiều dài tính tốn đường hàn liên kết cánh cột ( kể đường hàn liên kết dầm đế vào đế) SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 40 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH CCCXII CCCXIII Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh cột theo CCCXIV CCCXV Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột theo CCCXVI CCCXVII Kết hợp cấu tạo chọn hf = 0.6 6.3 Liên kết cột với xà ngang CCCXVIII Cặp nội lực dùng để tính tốn liên kết cặp gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh cột.từ bảng tổ hợp ta chọn CCCXIX N= -91.87 kN CCCXX M= 394.55 kNm CCCXXI Q= -85.69 kN CCCXXII Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực trường hợp tải 1,4,7,9 gây CCCXXIII Trình tự tính tốn sau: i Tính tốn bulơng liên kết CCCXXIV CCCXXV Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulơng dự kiến d=20 mm, bố trí bulông thành dãy với khoảng cách bu lông tuân thủ quy định bảng I.13 phụ lục Phía cánh ngồi cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước sau: CCCXXVI CCCXXVII Khả chịu kéo bu lơng: CCCXXVIII CCCXXIX CCCXXX CCCXXXI Trong đó: cường độ tính tốn chịu kéo bê bulơng diện tích tiết diện thực thân bulơng SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 41 = 400N/mm2 =3.03 cm2 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCCXXXII CCCXXXIII CCCXXXIV CCCXXXV GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Khả chịu trượt bulông cường độ cao Trong đó: fhb – cường độ tính tốn chịu kéo vật liệu bulông cường độ cao liên kết ma sát, CCCXXXVI - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật liệu bulông với mác thép 40Cr A- Diện tích tiết diện thân bulong , CCCXXXVII - hệ số điều kiện làm việc liên kết CCCXXXVIII CCCXXXIX = số lương bulông n =20 > 10 ; - hệ số ma sát hệ số tin cậy liên kết,với giả thiết gia công bề mặt cấu kiện nên ; CCCXL nf – số lượng mặt ma sát liên kết nf = CCCXLI Lực kéo tác dụng vào bulơng dãy ngồi moment lực dọc phân vào ( moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía CCCXLII CCCXLIII Do =106.81kN < Kiểm tra khả chịu cắt bulông nên bulơng đủ khả chịu lực CCCXLIV i Tính tốn mặt bích CCCXLV Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 42 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CCCXLVI CCCXLVII CCCXLVIII CCCXLIX CCCL CCCLI GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH Vµ - Trong đó: - lực kéo tác dụng lên bulông dãy thứ i b – bề rộng mặt bích thường lấy bề rộng cánh cột Chọn t = (cm) i Tính tốn đường hàn tiết diện cột ( xà ngang ) với mặt bích CCCLII CCCLIII CCCLIV CCCLV CCCLVI CCCLVII CCCLVIII Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi ( kể sườn ) Lực kéo cánh moment lực dọc phân vào: Vậy chiều cao cần thiết đường hàn này: Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích ( coi đường hàn chịu lực cắt lớn đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực ) CCCLIX CCCLX CCCLXI Kết hợp cấu tạo,chọn chiều cao đường hàn hf = 0.8cm SVTH: Nguyễn Đình Huy Hồng Trang 43 ... ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH SỐ LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp, với số liệu sau: - Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I) - Số lượng cầu trục: - Sức nâng. .. trục: - Sức nâng cầu trục: Q =16 T - Chế độ làm việc trung bình - Nhịp khung ,thiết kế theo nhịp cầu trục: - Chiều dài nhà: 66 m - Bước cột: B =6m - Cao trình đỉnh ray: H = 8 .2 m - Độ dốc mái: L... Vậy xà gồ đảm bảo điều kiện độ võng 5 .2 Thiết kế tiết diện cột i Xác định chiều dài tính tốn LXV Chọn phương án cột tiết diện khơng đ? ?i, với tỷ số độ cứng xà cột giả thiết ,ta có : LXVI =1 = 0 .29 7