Nhịp 30m, cao trình đỉnh ray 16m, sức trục 300kN(30T), chiều dài nhà 180m, bước cột 6m. Có kèm theo bản vẽ file Cad. Được thực hiện bởi sinh viên trường đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, đạt kết quả cao. GVHD: ThS. Ngô Vi Long
SVTH: – MSSV: – LỚP : ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 1. Số liệu: a) Số liệu chung: _ Đòa điểm xây dựng: ngoại ô TPHCM. _ Quy mô: nhà xưởng một tầng một nhòp có cầu trục(2 cầu trục)cùng hoạt động,chế độ làm việc trung bình. _ Kích thước: chiều dài nhà 180m, bước cột 6m. _ Vật liệu: thép R >= 21Kg/cm 2 ; E = 2,1 x 10 4 KN/cm 2 ; µ = 0,3; γ = 7850Kg/m 2 . _ Que hàn E42. Dùng phương pháp hàn tay, phương pháp kiểm tra đường hàn bằng siêu âm. Bêtông móng đá 1 x 2cm mac 250. b) Số liệu riêng: _ Nhòp nhà L = 30m. _ Cao trình đỉnh ray H r = 16m. _ Sức cẩu cầu trục Q = 300KN(30T). 2. Nội dung thiết kế: a) Xác đònh kích thước khung ngang. b) Xác đònh các tải trọng tác dụng lên khung ngang. c) Xác đònh nội lực khung ngang. d) Tổ hợp nội lực. e) Tính toán, thiết kế cột: _ Tính cột trên. _ Tính cột dưới. _ Tính vai cột, chân cột. f) Tính toán và thiết kế dàn mái: _ Xác đònh nội lực thanh dàn. _ Tổ hợp nội lực thanh dàn. _ Chọn tiết diện và kiểm tra ổn đònh thanh dàn. _ Cấu tạo và tính toán mắt dàn. CHƯƠNG 1 MSSV: Trang 1 SVTH: – MSSV: – LỚP : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1.1 Các số liệu tra bảng: Cầu trục hai móc cẩu, chạy điện có sức nâng của móc chính là 30T, chế độ làm việc trung bình, với trường hợp nhà xưởng nhòp 30m, ta tra bảng ra các số liệu như sau: _ Loại ray thích hợp KP 70. _ Chiều cao )(2750 mmH K = _ Bề rộng của cầu tục )(6300 mmB K = _ Nhòp cầu trục )(5,28 mL K = _ Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục K = 5100(mm) _ Kích thước 1 B kể từ tim ray cho đến mép ngoài của cầu trục )(300 1 mmB = 1.2 Xác đònh kích thước theo phương đứng: _ Cao trình đỉnh ray )(16000 mmH r = _ Chiều cao ray và đệm, giả đònh lấy )(200 mmh r = _ Chiều cao dầm cầu chạy )(6006000 10 1 10 1 mmBh dcc === _ Đoạn cột chôn dưới đất 0= m h _ Chiều cao gabarit của cầu trục )(2750 mmH K = _ Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép dưới kết cấu mái, lấy bằng 100(mm) _ Độ võng của dàn mái lấy bằng )(30030000 100 1 100 1 mmLf === Từ các số liệu này ta tính được chiều cao thực của cột dưới: mdccrrd hhhHH +−−= )(15200060020016000 mm=+−−= Chiều cao phần cột trên: )(39503001002750200600100 mmfHhhH krdcct =++++=++++= Các kích thước này được lấy là bội số của 200(mm), như vậy : )(15200 )(4000 mmH mmH d t = = 1.3 Xác đònh kích thước theo phương ngang nhà: _ Nhòp nhà : L=30(m) _ Nhòp cầu trục: )(5,28 mL k = _ Kích thước phần đầu cầu trục: )(300 1 mmB = _ Khe hở an toàn giữa đầu mút cầu trục và mép trong cột trên , chọn : D=60(mm) Chúng ta xác đònh kích thước theo phương ngang nhà như sau: _ Khoảng cách từ tim ray đến trục đònh vò : )(750 2 2850030000 2 mm LL k = − = − = λ MSSV: Trang 2 SVTH: – MSSV: – LỚP : _ Bề rộng cột trên có thể chọn sơ bộ: )(400364) 11 1 10 1 ( mmHh tt ÷=÷= Chọn t h là bội số của 250, do vậy chọn )(500 mmh t = _ Khoảng cách từ trục đònh vò đến mép ngoài cột: )(11075060300500 1 mmDBha t =−++=−++≥ λ Chọn : a=250(mm),tức trục đònh vò trùng với tim cột trên. _ Bề rộng cột dưới xác đònh theo công thức: )(1000250750 mmah d =+=+= λ Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng của khung ngang , ta có )(960)( 20 1 )(15201382) 11 1 10 1 ( mmHHh mmHh tdd dd =+≥ ÷=÷≥ Vậy chọn h t = 500(mm); h d = 1500(mm). CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 2.1 Tónh tải: Trọng lượng các lớp mái như sau : n _ Tấm panen bêtông cốt thép cỡ lớn: )/(150 2 mdaN 1,1 _ Lớp bêtông nhẹ cách nhiệt dày 4cm: 40 1,2 _ Lớp chống thấm 2 giấy 3 dầu giả đònh: 10 1,2 _ Các lớp vữa tô trát ,tổng chiều cao dày 4(cm): 80 1,2 _ Hai lớp gạch lá nem , dày mỗi lớp 3(cm): 120 1,1 Tổng tải trọng tiêu chuẩn )/(400 2 mdaNq tc = Tổng tải trọng tính toán : )/(4531,11202,1802,.1102,.1401,1150 2 mdaNxxxxxq tt =++++= Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng: )/(36302,1)/(30 2 1 2 1 mdaNxgmdaNg tttc ==⇒= Trọng lượng kết cấu cửa mái: )/(18152,1)/(15 2 1 2 2 mdaNxgmdaNg tttc ==⇒= Tónh tải được dồn về các khung ngang, tải trọng các lớp lợp và kết cấu mái cùng hệ giằng được coi là một tải phân bố đều trên suốt nhòp nhà xưởng, còn tải trọng cửa mái được coi như phân bố đều trên suốt bề rộng cửa mái. 2.2 Tải trọng sửa chửa mái: Theo TCVN-1995, tải trọng sửa chữa mái lợp panen bêtông cốt thép được lấy bằng )/(75 2 mdaN mặt bằng nhà, hệ số vượt tải n = 1,3 giả thiết mặt tăng mái nghiêng một góc 12 0 .Giá trò tải sửa chửa mái đưa vào tính toán là: MSSV: Trang 3 60006000 0,15 0,8 1,00 900 4800 1200 5100 SVTH: – MSSV: – LỚP : )/(68,99 12cos 3,175 2 mdaN x q tt ht = ° = Tải sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều: )/(07,598668,99. mdaNxBq tt ht == 2.3 p lực của cầu trục lên vai cột: ∑ ∑ = = i yPnnD yPnnD c ic minmin maxmax Trong đó: 9,0;1,1 == c nn Từ bảng catalogue của cầu trục, ta tra ra giá trò của 2);(620);(345 0max === nKNGKNP Giá trò min P xác đònh theo công thức: )(115345 2 620300 max 0 min KNP n GQ P =− + =− + = Do đó: )(222)8,0115,0(1159,01,1 )(666)8,0115,0(3459,01,1 min max KNxxxD KNxxD =++= =++= Lực xô ngang của cầu trục: Tra bảng ta có: )(120 KNG xc = Giả đònh móc cẩu mềm: 1,0= ms f Khi đó tổng hợp lực hãm ngang tác động lên cầu trục: ( ) KNxxnf n GQ T xcms xc xc 2121,0 4 120300 , 0 = + = + = Lực hãm tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục: ( ) KN n T T 5,10 2 21 0 0 1 === Vậy lực xô ngang của cầu trục là: )(27,20)8,0115,0(5,109,01,1 11 KNxxxyTnnT i =++== ∑ MSSV: Trang 4 SVTH: – MSSV: – LỚP : Lưcï xô ngang cách vai cột 0,6(m) 4.4 Tải trọng gió: Công trình được giả đònh xây dựng tại vùng ngoại ô TPHCM, vùng gió II. Do đó: )/(83 2 mdaNq tc = c=-0,5 c=-0,5 c=-0,5 c=-1,3 c=+0,8 c=+0,5 Tải trọng gió phân bố đều lên cột: )/(59,3)/(31,35965,011,1833,1 )/(75,5)/(89,57468,011,1833,1 mKNmdaNxxxxq mKNmdaNxxxxBCKqnq h tcd === ==== Tải trọng tác dụng trên phạm vi mái: 15,1 2 19,111,1 = + =K )(71,45)(4571)2,25,09,05,02,25,0 6,05,06,03,12,28,09,05,02,28,0(615,13,183 KNdaNxxx xxxxxxxxhcBKnqW ii tc ==+++ +−+−== ∑ CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG 3.1 Tónh tải: Tónh tải tác dụng lên mái được xem như phân bố đều có giá trò tính toán : (453+36+18)*6 =3042 )/( mdaN =30,42 (KN/m) Tách hệ kết cấu thành 2 hệ như sau : MSSV: Trang 5 SVTH: – MSSV: – LỚP : KNm KNm KNm 30m 4m15,2m Độ lệch tâm : )(500 2 500 2 1500 22 m hh e td =−=−= Lực dọc trong cột trên của khung : N = 3,456 2 3042,30 2 = ∗ = ∗ Lq )(KN Moment lệch tâm đặt tại vai cột: )(15,2285,0*3,456 KNmM lt == Giả đònh tỷ lệ độ cứng : 30;8 == ct d ct cd j j j j 3.1.1 Bài toán 1: _ Hệ cơ bản :Từ giả thiết đơn giản hoá ,ẩn phân xứng ∆ triệt tiêu . Hai ẩn : ϕϕϕ == 21 f 1 f 2 Jd Jct Jcd MSSV: Trang 6 SVTH: – MSSV: – LỚP : _Pt chính tắc : 0 111 =+ p Rr ϕ _Vẽ biểu đồ đơn vò 1 M và biểu đồ momen do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản : o p M Ta có: 125,0 8 1 208,0 2,154 4 1 2 ==== = + = + == cd ct dt t j j j j n HH H h a λ Tra bản phụ lục số 18 , ta được : 45881,1;76987,0 | =−= BB KK Monen và lực cắt phản lực do chuyển vò xoay bằng đơn vò : h EJ h EJK M cdcdB B 76987,0 . −== ϕ 22 ' 45881,1 . h EJ h EJK Q cdcdB B == ϕ Biểu đồ đơn vò 1 M do 1= ϕ gây ra trên hệ cơ bản : f f M1 Jcd Jct f MB RB h Ej h EjK M cdcdB B *699,0−= ⋅ = ϕ Momen và lực cắt ở chân cột : ϕϕ ϕϕϕ BA cd BBA QQ h EJ hQMM −= =⋅+= 68894,0 Momen trong thanh xà ngang được xác đònh: h EJ L EJ M cdd BC 5,74 −=−= ϕ Trường hợp tải trọng tác dụng trên hệ cơ bản : Thanh xà ngang gống như một thanh đầu ngâm và chòu tải trọng phân bố điều biều đồ momen có giá trò tại gối và tại giữa nhòp như sau: MSSV: Trang 7 SVTH: – MSSV: – LỚP : 5,2281 12 3042,30 12 22 , = ∗ == ql M q CB )(KNm 75,1140 24 30*42,30 24 22 === ql M q nhip )(KNm _ Xác đònh hệ số r 11 và số hạng tự do R 1p ( ) ( ) [ ] )(5,22810 26987,85,776987,00 ,1 11 KNmMRM h EJ h EJ MMrM q CBp cdcd BBC −=−=⇒=Σ =−+−−=+=⇒=Σ ϕϕ _ Xác đònh ẩn số ϕ : cdcd p EJ h EJ h r R 88,275 .26987,8 5,2281 11 1 = − −=−= ϕ _ Vẽ biểu đồ momen trong hệ ban đầu: 0 1 . pp MMM += ϕ Giá trò ở chân cột: )(190 68894,0 . 88,275 KNm h EJ EJ h M cd cd pA == Giá trò momen ở đỉnh cột: )(39,21276987,088,275 KNm h EJ EJ h M cd cd pB −= −= Giá trò momen ở đầu dàn: )(4,2125,22815,788,275 , KNm h EJ EJ h M cd cd CB =+ −= Giá trò momen ở giữa dàn: )(85,32094,212 8 30*42,30 8 22 KNmM ql M BCnhip −=+−=+−= 3.1.2 Bài toán 2: Theo phụ lục 16: MSSV: Trang 8 SVTH: – MSSV: – LỚP : 125,0 208,0 2,154 4 1 2 === = + = + == cd ct dt t J J J J n HH H h x λ Từ: 208,0;125,0;208,0 === αλ n , tra bảng ra các hệ số: 469,1;059,0 ' =−= BB KK Momen và phản lực đỉnh cột xác đònh như sau: )(18,8 2,19 )95,106( 469,1 )(31,6)95,106(*)059,0(. ' KN h M KQ KNmMKM lt BB ltBB −= − == =−−== Momen ở tiết diện II-II: )(03,394*18,831,6 KNmHQMM tBBII −=−=+= Momen ở tiết diện III-III: )(92,67)03,39()95,106( KNmMMM IIltIII =−+−−=+−= Momen ở chân cột: )(416,56)2,15*18,8(92,67 KNmHQMM dIIIIIIA −=−+=+= Biểu đồ momen cuối cùng của khung ngang: 3.2 Hoạt tải: MSSV: Trang 9 SVTH: – MSSV: – LỚP : Kết quả có được bằng cách nhân các tung độ của biểu đồ momen do tónh tải với tỷ số p/q, với p là giá trò hoạt tải, q là giá trò tónh tải trên 1(m) dài. Do đó: p/q = 99,68/507=0,1966 3.3 p lực đứng của cầu trục minmax , DD lên vai cột: Momen lệch tâm đặt tại vai cột: )(1115,0*222* )(3335,0*666* minmin maxmax KNmeDM KNmeDM === === _ Hệ cơ bản: Trong bài tóan này 0= ϕ vì tải trọng không đặt trực tiếp lên xà nên ta sử dụng giả thiết đơn giản hoá, xem như ∞= d J và các ẩn chuyển vò xoay đầu cột bằng không. Hệ số chỉ còn lại một chuyển vò ngang đầu cột 0 ≠∆ . Jct Jcd _ Phương trình chính tắt: 0. 111 =+∆ p Rr _ Vẽ biểu đồ 0 1 , p MM Ta có; MSSV: Trang 10 [...]... Fnh2 = = 0,8 x 21 = 119,3 (cm2) x1 20 - Nhánh cầu trục : Bề rộng tiết diện cột dưới : b = Hd = Y 600 SVTH: 18 y 506 ÷ 760 (mm) =>Chọn b = 630mm 260 Nhánh cầu trục, chọn tiết diện chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại Bản bụng có kích thước : -18 x 600, bản cánh có kích thước –20 x 260 Nhánh mái : Có dạng C tổ hợp, gồm một bản thép lưng : -18 x 600 (mm) và hai thép góc : L 100 x 14 Các đặc trưng hình... học của tiết diện đã chọn : *Đối với nhánh cầu trục : Diện tích tiết diện nhánh : Fnh1 = 1,8 x 60 + 2 x 2 x 26 = 212 (cm2) Momen quán tính của nhánh đối với trục x (vuông góc mặt phẳng khung) Jx1 60 x1,8 3 2 x 26 3 = +2 = 5887,83 (cm4) 12 12 Momen quán tính đối với trục y : 1,8 x60 3 Jy1 = +2 12 26 x 2 3 4 2 x 26 x 24 2 + = 92338,67 (cm ) 12 Bán kính quán tính của tiết diện : rx1 = = 5887,83... rộng bản cánh của cột trên Dùng mối nối đối đầu thẳng, ứng suất trong đường hàn nối: S trong 674,8 h = 11,54( KN / cm 2 ) < R g = 15( KN / cm 2 ) δ h l h 1,5(40 − 2 x0,5) Các đường liên kết bản cánh với bản bụng chọn theo cấu tạo: δ h = 10( mm ) , hàn σh = = suốt MSSV: Trang 28 SVTH: – MSSV: – LỚP : b) Tính toán dầm vai: Tính toán như dầm đơn giản nhòp l = 1(m) 2 Chọn chiều dày bản đậy nhán cầu trục:... hiểm cho nhánh cầu trục M1 = 1045,13KNm; N1 =1055,7KN Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái M2 =1423,38KNm; N2 =736,83KN Giả đònh lực cắt lớn nhất tại chân cột : Q = 180 (KN) a)Chọn tiết diện sơ bộ : Với giả thiết diện tích của mỗi nhánh sẽ tỷ lệ với lực dọc lớn nhất trong nhánh, tính sơ bộ khoảng cách y1 từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của tiết diện Khoảng cách y1 từ trục nhánh 1 đến... 212 ry1 = = 92338,67 = 20,87 (cm) 212 Độ mảnh của nhánh cầu trục : MSSV: Trang 23 SVTH: – MSSV: – LỚP : 100 λx1 = = 5,27 = 18,98 1000 λy1 = = 20,87 = 47,9 (Giả đònh khoảng cách các điểm liên kết thanh giằng vào nhánh cột l nh1=100(cm) * Đối với nhánh mái : Diện tích tiết diện nhánh : Fnh2 = 1,8 x 60 + 2 x 26,3 = 160,6 (cm2) Momen tónh của tiết diện nhánh đối với mép ngoài của tiết diện : δx = 1,8 x 60... 349,15 (cm3) 2 Khoảng cách từ trọng tâm nhánh đến mép ngoài : 349,15 = 160,6 = 2,174 (cm) Momen quán tính của nhánh đối với trục (vuông góc mặt phẳng khung) Jx2 = 60 x1,8 3 +1,8x60(2,174–1,8/2)2 +2[237 +26,3(2,99+1,8–2,174)] =816,05 12 (cm4) Momen quán tính đối với trục y (vuông góc trục x) Jy2 1,8 x60 3 = +2[26,3(25 – 2,99)2 + 237] = 58355,54 (cm4) 12 Bán kính quán tính của tiết diện : rx2 = = 816,05... hàn chọn theo cấu tạo 5.4 Thiết kế chi tiết cột: 5.4.1 Vai cột: a) Tính toán, thiết kế mối nối hai phần cột: Từ bản tổ hợp nôi lực ta có: M min = −195,83( KNm); N tu = 537,03( KN ) Trước hết dự kiến mối nối khuếch đại ở cao hơn mặt trên vai cột 500(mm) Mối nối cánh ngoài, cánh trong và bụng cột trên tiến hành trên cùng một tiết diện, Nội lực lớn nhất trong cánh trong cột trên (mối nối cánh trong với... 10 (mm) Bề rộng bản cánh : bc = 400 (mm) Chiều dày bản cánh : δc = bc = 9.72 ÷ 20 (mm) => Chọn : δc =15 (mm) b) Kiểm tra tiết diện đã chọn : Tính toán các đặc trưng hình họa của tiết diện F = 2 * 40 * 1,5 + 1,0 * (50 – 2 * 1,5) = 192 (cm2) Momen quán tính của tiết diện : J2x = + 2x 40 x1,5 3 + 1,5 x 40 x 24,25 2 = 12 79242 (cm4) 1,5 x 40 3 J2y = 2 + = 16004 (cm4) 12 Bán kính quán tính : r2x = = 79242... ngăn liên kết vào bản lưng nhánh mái bằng 2 đường hàn góc Hai đường hàn này chòu momen và lực cắt tác dụng đồng thời hh = 10 (mm) Wh = 2(βhhh) = 2(0.7 x 1) x = 285.83 (cm3) Fh = 2(βhhh) lh = 2(0.7 x 1) x 35 = 49 (cm2) Cường độ đường hàn được kiểm tra theo công thức : 2 2 2425,5 313,6 2 2 + τh = = =10,63(KN/cm ) Ta chọn chiều cao dầm đế bằng