Đang tải... (xem toàn văn)
Thuyết minh đồ án kết cấu thép 2 Xây Dựng dân dụng và công nghiệp CHƯƠNG I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: Nhịp khung: L = 10 m. Bước khung: B = 5 m; toàn bộ nhà dài L = 11B = 55 m. Sức trục: Q = 20 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 1 chiếc, chế độ làm việc trung bình. Cao trình đỉnh ray: H1 = 7 m. Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,65 m; Chiều cao ray: hr = 0, 2 m. Tải trọng gió: + Vùng gió: III + Dạng địa hình xây dựng công trình: C Vật liệu: Thép CCT34; hàn tay, que hàn N42 (d = 35mm) hoặc tương đương. Bê tông móng cấp độ bền B15. Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế Thuyết minh tính toán: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. + Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. + Thiết kế xà gồ. + Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. + Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang. + Hệ giằng mái, giằng cột. + Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. + Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. + Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc = 100 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 2 m và chiều rộng cửa mái là 4m. Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng Chiều cao cột dưới: Hd Hd = H1 (hdct + hr) Trong đó: H1 = 7 m là cao trình đỉnh ray hdct = 0,65 m là chiều cao dầm cầu trục hr = 0,2 m là chiều cao ray Hd = 7 – (0,65 + 0,2) = 6,15 (m) lấy Hd = 6,2 (m) Chiều cao cột trên: Htr Trong đó: K1 = 1,3 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục. 0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. Htr = (0,65 + 0,2) ¬¬+ 1,33 + 0,5 = 2,68 (m); lấy Htr = 2,7 (m) Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 6,2 + 2,7 = 8,9 (m) 1.2. Kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy bằng khoảng tim 2 trục cột) là: L = 11,5 m Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 10 m , khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 180 mm = 0,18 m. Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a. Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: Chiều cao tiết diện: h = (110 115)H, bề rộng b = (0,30,5)h Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (170 1100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (128 135)b. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 30 cm + Chiều dày bản bụng: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh: tf = 1,0 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: Z = 0,5 (L – h – S) Trong đó: L: là nhịp nhà. h: là chiều cao tiết diện cột S: là nhịp cầu trục Z = 0,5x(11,5– 0,6– 10) = 0,45 m Z = 0,45m Zmin = 0,18m.Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: Chiều cao tiết diện nách khung: ; bề rộng b = (0,2 0,5)h1 và b 180mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 2)b Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (170 1100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. Chiều dày bản cánh tf = . Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h1 = 50 cm + Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 20 cm + Chiều dày bản bụng xà: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh xà: tf = 1,0 cm Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35 0,42 chiều dài nửa xà) Ltđ = 2,2 m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 50 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 35 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm 1.3. Hệ giằng Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =8,9m < 9m, bố trí 1 lớp giằng cột. Hệ giằng cột được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà = 55m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q = 20 tấn, thanh giằng bằng thép tròn 20. Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện. Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng 20, được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm.
Đồ án kết cấu thép 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA XÂY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP Trường: Đại Học Thủ Dầu Một Sinh viên thực hiện: Lớp: D12XD02 – Khoa: Xây Dựng Ngành học: Kỹ thuật xây dựng GV hướng dẫn: 1 Đồ án kết cấu thép 2 3/2015 MỤC LỤC Lời nói đầu………………………………………………………………….....Tr. 4 Số liệu đồ án…………………………………………………………………. Tr. 5 Tiến độ thực hiện……………………………………………………………. .Tr .6 Tài liệu kham khảo …………………………………………………………. .Tr. 7 Chương 1: Số liệu và nhiệm vụ thiết kế…………………………………….. .Tr. 8 1. Số liệu thiết kế…………………………………………………………Tr. 8 2. Nhiệm vụ thiết kế……………………………………………………. .Tr. 8 Chương 2: Tính toán thiết kế……………………………………………….. .Tr. 9 3. Sơ đồ kết cấu khung ngang…………………………………………... Tr. 9 4. Kích thước theo phương đứng……………………………………….. Tr. 10 1.1. Kích thước theo phương ngang……………………………….. Tr. 10 1.2. Hệ giằng………………………………………………………. Tr. 11 2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung……………………………….. Tr. 14 2.1. Tải trọng thường xuyên……………………………………….. Tr. 14 2.2. Hoạt tải sữa chữa mái…………………………………………. Tr. 14 2.3. Tải trọng gió…………………………………………………... Tr. 15 2.4. Hoạt tải cầu trục……………………………………………… Tr. 17 3. Thiết kế xà gồ, sườn tường…………………………………………... Tr. 19 3.1. Thiết kế xà gồ………………………………………………… Tr. 20 4. Tính nội lực khung…………………………………………………… Tr. 24 4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000………. Tr. 24 4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực……………………………………… Tr. 46 5. Kiểm tra tiết diện cột và xà mái……………………………………… Tr.51 5.1. Kiểm tra tiết diện cột………………………………………….. Tr. 51 5.2. Kiểm tra tiết diện xà mái……………………………………… Tr. 55 5.3. Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột……………. Tr. 53 6. Tính các chi tiết………………………………………………………. Tr. 58 6.1. Chân cột ngàm vào móng……………………………………. . Tr. 58 6.2. Tính vai cột……………………………………………………. Tr. 63 6.3. Chi tiết liên kết xà với cột…………………………………….. Tr. 66 6.4. Chi tiết nối xà………………………………………………… Tr. 67 6.4.1. Mối nối đỉnh…………………………………………… … Tr. 68 6.4.2. Mối nối trung gian………………………………………… Tr. 70 Chương 3: Bài học kinh nghiệm 3.1. Những điều rút ra từ “Đồ Án”………………………………… Tr. 72 3.2. Đánh giá bản thân………………………………………...…… Tr. 72 2 Đồ án kết cấu thép 2 3.3 Định hướng trong tương lai…………………………………..... Tr. 72 LỜI MỞ ĐẦU 3 Đồ án kết cấu thép 2 Trong sự phát triển của xã hội, nhiều công trình bằng thép như khung nhà công nghiệp, nhà công nghiệp có cầu trục sức nâng nhỏ, mái nhẹ lợp tôn được xây dựng ngày càng nhiều. Đồ án Thiết kế kết cấu thép khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng nhằm giúp em tổng hợp và vận dụng kiến thức được học vào công việc thiết kế trong thực tế. Do đó khi được thực hiện đồ án này mặc dù còn gặp một số khó khăn nhất định nhưng em đã cố gắng, nổ lực học hỏi, bổ sung kiến thức để hoàn thành với kết quả tốt nhất. Tuy nhiên do kiến thức bản thân còn hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhiều sai sót điều đó ảnh hưởng phần nào đến “chất lượng” của đồ án. Rất mong nhận được sự quan tâm và những đóng góp ý kiến quý báu từ các thầy cô và các bạn để em kịp thời khắc phục, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm việc, công tác sau này. Em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô Khoa Xây Dựng Trường Đại học Thủ Dầu Một Bình Dương, thầy Nguyễn Tiến Dũng đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức chuyên môn - những kinh nghiệm thực tế cho em trong suốt quá trình học tập môn học Kết cấu thép ứng dụng tại trường cũng như thời gian làm đồ án. Trong thời gian làm đồ án môn học em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của thầy và các bạn, với tất cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn. Tp. Thủ Dầu Một, ngày 01 tháng 03 năm 2015 Người thực hiện Nguyễn Hoàng Quy 4 Đồ án kết cấu thép 2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP (THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP) I. SỐ LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế : 1. Nhịp cầu trục : S=….. (m) 2. Bước khung : B=….. (m). 3. Chiều dài nhà : L =….. (m). 4. Nhà 2 cầu trục, chế độ làm việc trung bình. Sức trục : Q =….. (tấn). 5. Cao trình đỉnh ray: =….. (m) 6. Phân vùng gió: - Dạng địa hình công trình : ….. - Vùng gió : ….. 7. Vật liệu - Thép : CCT34 - Hàn tay, que hàn N42 - Bê tông móng cấp độ bền: ….. 8. Kết cấu bao che: Tường xây cao 1,5 m ở phía dưới, tôn phía trên. II. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Thuyết minh tính toán - Thành lập sơ đồ kết cấu : Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. - Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. - Thiết kế xà gồ - Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. - Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà 2. Bản vẽ: Bản vẽ khổ A1 - Sơ đồ khung ngang - Hệ giằng mái, hệ giằng cột - Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của chân cột. - Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. - Triển khai các bản vẽ thép của cột và xà. - Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. 5 Đồ án kết cấu thép 2 TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN STT Ngày sửa bài 1 11/ 01/ 2015 Nội dung Tải trọng và tổ hợp tải trọng 2 11/ 02/2015 Nội lực và thuyết minh kiểm tra 3 11/03/ 2015 Hoàn thành bản vẽ trên khổ A1 …. …………… …………………………………. Ghi chú GV ký ……….. ………… 6 Đồ án kết cấu thép 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TCXDVN 338-2005; TCXD 2737:1995 2. Hiệp hội chế tạo nhà kim loại Hoa Kỳ MBMA 3. Kết cấu thép - cấu kiện cơ bản (Phạm Văn Hội và các tác giả khác – NXB KHKT 2009) 4. Ví dụ tính toán kết cấu thép (ĐH.Xây Dựng) 5. Kết Cấu Thép – Nhà dân dụng và công nghiệp ( Nguyễn Quang Viên và các tác giả khác – NXB KHKT 2011 ) 6. Kết Cấu Thép – Công trình đặc biệt (Phạm Văn Hội và các tác giả khác – NXB KHKT 2013) 7. Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 7 Đồ án kết cấu thép 2 CHƯƠNG I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: - Nhịp khung: L = 10 m. - Bước khung: B = 5 m; toàn bộ nhà dài L = 11B = 55 m. - Sức trục: Q = 20 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 1 chiếc, chế độ làm việc trung bình. - Cao trình đỉnh ray: H1 = 7 m. - Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,65 m; Chiều cao ray: hr = 0, 2 m. - Tải trọng gió: + Vùng gió: III + Dạng địa hình xây dựng công trình: C - Vật liệu: Thép CCT34; hàn tay, que hàn N42 (d = 3÷5mm) hoặc tương đương. Bê tông móng cấp độ bền B15. - Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế - Thuyết minh tính toán: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. + Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. + Thiết kế xà gồ. + Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. + Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. - Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang. + Hệ giằng mái, giằng cột. + Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. + Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. + Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. 8 Đồ án kết cấu thép 2 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 2 m và chiều rộng cửa mái là 4m. I=17% Q=20T 10000 Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng - Chiều cao cột dưới: Hd Hd = H1- (hdct + hr) Trong đó: H1 = 7 m là cao trình đỉnh ray hdct = 0,65 m là chiều cao dầm cầu trục 9 Đồ án kết cấu thép 2 hr = 0,2 m là chiều cao ray Hd = 7 – (0,65 + 0,2) = 6,15 (m) lấy Hd = 6,2 (m) - Chiều cao cột trên: Htr H tr = ( h dct + h r ) + K1 + 0,5 Trong đó: K1 = 1,3 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục. 0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. Htr = (0,65 + 0,2) + 1,33 + 0,5 = 2,68 (m); lấy Htr = 2,7 (m) - Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 6,2 + 2,7 = 8,9 (m) 1.2. Kích thước theo phương ngang - Nhịp nhà (lấy bằng khoảng tim 2 trục cột) là: L = 11,5 m Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 10 m , khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 180 mm = 0,18 m. - Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a. Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện: h = (1/10 ÷ 1/15)H, bề rộng b = (0,3÷0,5)h - Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. - Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28 ÷ 1/35)b. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 30 cm + Chiều dày bản bụng: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh: tf = 1,0 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: Z = 0,5 (L – h – S) Trong đó: L: là nhịp nhà. h: là chiều cao tiết diện cột S: là nhịp cầu trục 10 Đồ án kết cấu thép 2 Z = 0,5x(11,5– 0,6– 10) = 0,45 m Z = 0,45m ≥ Zmin = 0,18m.Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện nách khung: h1 ≥ 1 L ; bề rộng b = (0,2 ÷ 0,5)h1 và b ≥ 180mm, 40 thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b - Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. - Chiều dày bản cánh tf = 1 b. 30 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h1 = 50 cm + Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 20 cm + Chiều dày bản bụng xà: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh xà: tf = 1,0 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35 ÷ 0,42 chiều dài nửa xà) Ltđ = 2,2 m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 50 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 35 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm 1.3. Hệ giằng Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh 11 Đồ án kết cấu thép 2 dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =8,9m < 9m, bố trí 1 lớp giằng cột. Hệ giằng cột được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà = 55m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q = 20 tấn, thanh giằng bằng thép tròn φ20. Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện. Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng φ20, được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm. Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột 12 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ 13 Đồ án kết cấu thép 2 2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1. Tải trọng thường xuyên - Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái - Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1,1 - Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái: qtc = gtc . B = 15 . 5 = 55 daN/m qtt = ng . gtc . B = 1,1 . 15 . 5 = 82,5 daN/m - Tải trọng bản thân của dầm cầu trục, dàn hãm: 2 Gdct = α dct .L dct = 30 . 52 = 750 daN Bảng 2.1. Tĩnh tải mái STT Loại tải Tải trọng Hệ số Tải trọng tiêu vượt tải tính toán Bước Tổng tải chuẩn khung trọng 2 2 (daN/m ) (daN/m ) (m) (daN/m) 44 8 1,1 8,8 5 1 Tôn lợp mái 38,5 7 1,1 7,7 5 2 Xà gồ 82,5 3 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung - Sơ đồ tải trọng thường xuyên được thể hiện trong hình vẽ minh họa. Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ lấy 15daN/m2. Quy thành tải phân bố đều dọc cột: 1,1.15.9,4 = 155,1 (daN/m) 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m 2 mặt bằng nhà do đó hoạt tải sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau: ptc = 30 . B và ptt = np . 30 . B - Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cosα. Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái 14 Đồ án kết cấu thép 2 STT Loại tải Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải t. chuẩn vượt tải tính toán khung trọng (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) 1 Sửa chữa mái 30 1,3 39 5 195 2 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 195 - Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái được thể hiện trong hình vẽ minh họa. 2.3. Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995. q = n . W0 . k . C . B (daN/m) Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung. W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng III có W0 = 125daN/m2. n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu. B: là bước khung. a, Trường hợp gió thổi ngang nhà: Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà - Xác định hệ số khí động Ce: 15 Hm3 Đồ án kết cấu thép 2 Hm1 Hm2 c e1 c e = +0,7 c e2 c e = -0,6 c e4 Hc c e5 c e = +0,8 c e3 L+ h Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Kích thước chính của sơ đồ: + Nhịp: L + h = 11,5 + 0,6 = 12,1m + Chiều cao: Hc = 8,9 m hm1 = 1,07 m hm2 = 2,0 m hm3 = 0,55 m Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 được giá trị Ce Ce1 = - 0,8 Ce2 = -0,6 Ce3 = -0,4 Ce4 = -0,51 Ce5 = -0,5 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu vực thuộc dạng địa hình C. Chiều cao cột 8,9 m lấy gần đúng hệ số k =1,167 đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên thân cột và k = 1,198 (ứng với độ cao trung bình của mái Htb = 12,4m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái. Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Loại tải Cột đón gió Mái đón gió Cột cửa mái đón gió Cửa mái đón gió Cửa mái hút gió Cột cửa mái hút gió Mái hút gió Cột hút gió Tải trọng Hệ số t.chuẩn k (daN/m2) 125 0,66 0,68 0,71 0,72 0,72 0,71 0,68 0,66 Hệ số c 0,8 -0,51 0,7 -0,8 -0,6 -0,6 -0,5 -0,5 Bước Tổng tải Hệ số khung trọng vượt tải (m) (daN/m) 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 5 5 5 5 5 5 5 5 396,0 -260,1 372,8 -432,0 -324,0 -319,5 -255,0 -247,5 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. 16 Đồ án kết cấu thép 2 b, Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/ΣB. Hm3 Công trình có L/ΣB 20 nên ta không cần kiểm tra ổn định cục bộ trong mặt phẳng khung nữa e, Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung σ= N ≤ f.γ c c.ϕ y .A Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn M x và hình dáng tiết diện đến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặt phẳng uốn). c phụ thuộc vào mx: 1 c= M A 2480800 130 mφ mx = . = . = 14,91 > 10 ⇒ 1+ x N WX 8308,89 2603,52 φb y Hệ số uốn dọc ϕy đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng tra bảng, phụ thuộc độ mảnh λy= ly/iy; λ y = 50 ⇒ ϕy = 0,802 Tính ϕb (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên) : 2 lo .t f a.t 3w - tính hệ số α = 8. ÷ . 1 + 3 ÷; với lo = 3,6 m (khoảng cách hai điểm h fk .b f b f .t f giằng dọc cột); hfk – khoảng cách trọng tâm hai bản cánh: h fk = 58,6 cm; a =0,5hfk = 29,3 cm; 2 360.1, 4 α = 8 ÷ 58, 6.26 29,3.1, 03 . 1 + 26.1, 43 ÷ = 1, 23 từ 0,1 1 1295, 2 (2.α − 1).E σ. 2 − α + α 2 + 4.β 2 ) ≤ 3,8. E τ f ; với β = 1, 4. ( 2.α − 1) . σ 55 Đồ án kết cấu thép 2 hw (2.1,901 − 1).2,1.106 2,1.106 = 4,35. ≤ 3,8. ⇒ t w 2,1.103 1295, 2. 2 − 1,901 + 1,9012 + 4.0,3532 ) ( ⇒ hw = 120, 2 tw ⇒ h hw = 57, 2 < w = 120, 2 Bản bụng không mất ổn định cục bộ tw tw Y 10 5.2. Kiểm tra tiết diện xà: * Kiểm tra tiết diện tại nách khung a, Thông số chung - Nội lực tính toán: 600 580 M = 21873,50 daN.m N = 3709,89 daN X X 10 V = 4107,78 daN - Vật liệu: Thép CCT34 F = 2100 daN/cm2 10 E = 2,1.106 daN/cm2 - Kích thước hình học tiết diện: Y 260 Hình 5.2. Tiết diện xà tại nách khung Bảng 5.4. Kích thước hình học tiết diện C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 400 200 10 380 10 200 10 - Chiều dài tính toán xà: Trong mặt phẳng khung: lx = 21,6 m Ngoài mặt phẳng khung: ly là khoảng cách hai điểm giằng mái; ly = 5 m. - Đặc trưng hình học tiết diện xà: Bảng 5.5. Đặc trưng hình học tiết diện Ix Wx Iy Wy 4 3 4 (cm ) (cm ) (cm ) (cm3) 61516,67 2050,56 2934,17 225,71 b, Kiểm tra điều kiện cường độ A (cm2) 110 S (cm3) 1187,5 S1 (cm3) 767 Kiểm tra bền: 56 Đồ án kết cấu thép 2 σ= Trong đó: N M + ≤ f.γ c A n Wxn An- diện tích tiết diện thực của xà; Wxn- mô men chống uốn của tiết diện thực. Vì khi tính nội lực khung, trục xà là đường nối tâm của 2 tiết diện của xà nên lực dọc N đúng tâm tiết diện.. ⇒σ = 3709,89 2187350 + = 1100, 4 ≤ f .γ c = 2100 (daN/cm2) 110 2050,56 (Thoả mãn) c, Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh xà b 0f E b 0f 126 E ≤ 0,5 = =12, 6 < 0,5 = 15,8 ; tf f tf 10 f (Thoả mãn) d, Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng xà hw E h w 580 E ≤ 3, 2. = = 72,5 ≤ 3, 2. = 101, 2 (Thoả mãn) ; tw f tw 8 f e, Kiểm tra ổn định tổng thể của xà: lo b b b E ≤ 0, 41 + 0, 0032. f + 0, 73 − 0, 016. f ÷. f . bf tf t f h fk f Vế trái bằng: 500 = 19, 2 26 26 26 26 2,1.106 = 20 Vế phải bằng: 0, 41 + 0, 0032. + 0, 73 − 0, 016. ÷. . 1 1 59 2,1.103 Kết luận: Vế trái < Vế phải; Xà ổn định tổng thể. a, Thông số chung Y 10 * Kiểm tra tiết diện nhỏ M = 8665,65 daN.m N = 1426,36 daN 400 380 - Nội lực tính toán: E = 2,1.106 daN/cm2 10 F = 2100 daN/cm2 X 10 V = 2148,30 daN - Vật liệu: Thép CCT34 X Y 260 Hình 5.3. Tiết diện xà không đổi - Kích thước hình học tiết diện: Bảng 5.6. Kích thước hình học tiết diện 57 Đồ án kết cấu thép 2 C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 350 200 10 330 10 200 10 - Đặc trưng hình học tiết diện xà: Bảng 5.7. Đặc trưng hình học tiết diện Ix Wx Iy Wy 4 3 4 (cm ) (cm ) (cm ) (cm3) 24350 1217,50 2932,50 225,58 b, Kiểm tra điều kiện cường độ A (cm2) 90 S (cm3) 687,50 S1 (cm3) 507 Kiểm tra bền: σ= N M 1426,36 866565 + ≤ f.γ c ⇒ σ = + = 727, 6 ≤ f.γ c = 2100 (daN/cm2) A n Wxn 90 1217,50 c, Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh xà b 0f E b 0f 126 E ≤ 0,5 = =12, 6 < 0,5 = 15,8 ; tf f tf 10 f (Thoả mãn) d, Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng xà hw E h w 320 E ≤ 3, 2. = = 32 ≤ 3, 2. = 101, 2 ; tw f tw 10 f (Thoả mãn) 5.3. Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột V 1 ≤ H 300 Trong đó: ∆ - là chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cột do tổ hợp nguy hiểm nhất của tải trọng tiêu chuẩn gây ra và H - là chiều cao cột. - Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió: ∆ = 35,21 mm ⇒ V 35, 21 1 1 = = > (Không đạt) H 9400 267 300 - Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục: ∆ = 8,91 mm ⇒ V 8,91 1 1 = = < H 9400 1055 300 (Thoả mãn) - Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió và tải trọng cầu trục: ∆ = 20,85 mm ⇒ V 20,85 1 1 = = < (Thỏa mãn) H 9400 451 300 Nhận thấy chuyển vị ngang đỉnh cột vượt quá giá trị cho phép. Để giảm chuyển vị ngang đỉnh cột, đề xuất phương án: tăng tiết diện cột. Cụ thể tăng chiều cao tiết diện 58 Đồ án kết cấu thép 2 từ h = 600mm lên 650 mm, chiều dày bản cánh và bản bụng giữ nguyên. Đặc trưng hình học tiết diện cột mới lớn hơn đặc trưng tiết diện cột ban đầu nên không cần kiểm tra lại tiết diện cột. Tính lại chuyển vị đỉnh cột: a, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió: ∆ = 30,69 mm ⇒ V 30, 69 1 1 = = < (Thoả mãn) H 9400 306 300 b, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục: ∆ = 7,82 mm ⇒ V 7,82 1 1 = = < H 9400 1202 300 (Thoả mãn) c, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió và tải trọng cầu trục: ∆ = 18,20 mm ⇒ V 18, 20 1 1 = = < (Thoả mãn) H 9400 517 300 6. Tính các chi tiết 6.1. Chân cột ngàm với móng 1-1 Hình 6.1. Chi tiết chân cột * Tính bản đế: 59 Đồ án kết cấu thép 2 - Chọn bề rộng bản đế: B = bc + 2.50 = 260 + 2.50 = 360mm 2 - Bê tông móng B15 có Rb = 85daN / cm ,hệ số α = 1 ,chọn hệ số ϕb = 1, 2 ; hệ số ψ = 0, 75 ( vì ứng suất dưới bản đế phân bố không đều) 2 -Cường độ Rb ,loc = α .ϕb .Rb = 1.1, 2.85 = 102daN / cm -Nội lực tính toán chân cột là: M = 16547 daN.m ; N = 3774 daN - Tính chiều dài bản đế L: N N L= + 2.B.ψ .R 2.B.ψ .Rb ,loc b ,loc 2 6.M + ÷ ÷ B.ψ .R b ,loc 2 3774 3774 6.1654700 = + + = 60, 73cm ÷ 2.36.0, 75.102 2.36.0, 75.102 36.0, 75.102 Chọn L = 80 cm -Ứng suất dưới bản đế: σ max = N 6M 3774 6.1654700 + = + = 44, 4daN / cm 2 < ψ .Rb ,loc = 0, 75.102 = 76,5daN / cm 2 2 A B.L 36.80 36.802 σ min = N 6M 3774 6.1654700 − = − = −41, 78daN / cm 2 2 2 A B.L 36.80 36.80 -Khoảng cách y1 từ mép ngoài bản đế ( điểm có σ max ) đến điểm ứng suất bằng 0: y1 = 80. 44, 4 = 41, 21cm 44, 4 + 41, 78 -Chọn chiều dày dầm đế tdd =12mm , chiều dày sườn đỡ tsd = 12mm ,hai sườn đỡ bu lông bố trí cách nhau 100mm ( khoảng cách bên trong). Kích thước các ô bản được ghi trên hình vẽ dưới đây: -Để tính chiều dày bản đế,tính ứng suất lớn nhất tại biên mỗi ô bản. 60 Đồ án kết cấu thép 2 +Ứng suất tại mép cột: σ c = 71, 75. 34,17 = 52,53daN / cm 2 46, 67 +Tính mô men uốn ( trên 1 đơn vị dài ) trong các ô bản đế: • Ô 1 ( bản kê 3 cạnh) có tỷ lệ b2 / a2 = 17,4/65 = 0,27Tính mô men uốn như công xôn có nhịp bằng 17,4cm 1 M = .52,53.17, 42 = 7952daN .cm / cm 2 • Ô 2 ( bản kê 3 cạnh) có tỷ lệ b2 / a2 = 11,3/10 = 1,13 ; tra bảng ta có hệ số α b = 0,117 . M = 0,117.71, 75.102 = 839, 475daN .cm / cm • Ô 3 ( bản kê 2 cạnh kề nhau) có a2 = 11,32 + 11,82 = 16,34cm và b2 = 11,3. 11,8 = 8,16cm 16,34 b2 / a2 = 8,16/16,34 = 0,499 < 0,5 => Tính mô men uốn như công xôn có nhịp bằng cạnh ngàm ngắn của ô là 11,3cm 1 M = .71, 75.11,32 = 4580,9daN .cm / cm 2 Ta dùng M max = 7952daN .cm / cm để tính chiều dày bản đế. Chiều dày bản đế: tbd = 6.M max = f .γ c 6.7952 = 4,9cm > 4cm 2000.1 Vậy cần gia cường thêm sườn ngăn vào giữa ô 1.Chọn chiều dày sườn ngăn ts = 10mm tính lại mô men uốn của ô . Ta có: b2 / a2 = 17,4/32 = 0,54 ; tra bảng ta có hệ số α b = 0, 066 M = 0, 066.52,53.17, 4 2 = 1049, 66daN .cm / cm Dùng M max = 4580,9daN .cm / cm để tính tbd = 6.4580,9 = 3, 7cm 2000.1 Chọn tbd = 38mm * Tính dầm đế: 61 Đồ án kết cấu thép 2 Do chiều dày dầm đế là tdd =12mm và chiều dày bản cánh là 14mm nên chiều cao nhỏ nhất của đường hàn là h f ,min = 6mm . Chọn h f = 7mm ,chiều cao dầm đế theo điều kiện truyền lực N dd = hdd = 8308,89 33625, 49 + = 61535,83daN .Ta có 2 58, 6 61535,83 + 1 = 36cm , ở đây 2.1260.0, 7 ( β . f w ) min = 0, 7.1800 = 1260daN / cm 2 Chọn hdd = 40mm Tải trọng gây uốn lấy gần đúng phân bố đều,có giá trị bằng: q = 71,75.(12,5+32:2) = 2044,9 daN/cm ( trong đó 12,5+32:2= 28,5cm là khoảng cách từ giữa ô 1 tới mép ngoài bản đế) Dầm đế tính như dầm công xôn ( ngàm tại cánh cột) có nhịp (36-26):2 = 5cm Mô men uốn dầm đế: M dd = Kiểm tra uốn dầm đế: σ = 2044,9.52 = 25561, 25daN .cm 2 6.25561, 25 = 80daN / cm 2 < 2100.1daN / cm 2 1, 2.402 * Tính bu lông neo: + Bu lông: Nội lực để tính bu lông: N= Nt 5298,55 .0,9 + N ht = − .0,9 − 677,94 − 4484, 45 + 49,86 + 8305,37 = −1142,3daN 1,1 1,1 M = Mt 5454,18 .0,9 + M ht = − .0,9 − 4329, 71 − 4398,98 − 2220, 06 + 49919,89 = 34508, 6daN .m 1,1 1,1 Ứng suất: σ max = 1142,3 6.3450860 + = 71,36daN / cm 2 36.90 36.902 σ min = 1142,3 6.3450860 − = −70, 65daN / cm 2 2 36.90 36.90 Điểm có σ = 0 cách điểm có σ max : y1 = 90. 71,36 = 45, 22cm 71,36 + 70, 65 Khoảng cách từ lực dọc đến trọng tâm biều đồ ứng suất nén a= (90:2)-(45,22:3) = 29,93cm Bố trí bu lông neo cách mép ngoài bản đế 5cm,khoảng cách từ bu lông neo đến trọng tâm biểu đồ ứng suất nén: y = 5+45+29,93=79,93 cm 62 Đồ án kết cấu thép 2 Lực gây kéo cho bu lông: N bl = 3450860 − 1142,3.29,93 = 42745, 79daN 79,93 Dùng bu lông neo làm từ mác 16 M n Si có fba = 1850daN / cm 2 nên diện tích yêu cầu của bu lông là Abl = 42745,79:1850 = 23,1cm2. Chọn 2 bu lông có đường kính φ =48mm ( An = 2.14,8 = 29, 6cm 2 ) + Sườn đỡ bu lông: Chiều dày sườn đỡ bu lông đã chọn tsd = 12mm , chiều cao sườn chọn bằng chiều cao dầm đế: hsd = 40cm Mô men uốn do lực kéo của bu lông ( cánh tay đòn từ trục bu lông đến dầm đế là 16,3cm ): M = 42745,79.16,3 = 696756,4 daN.cm - Kiểm tra chiều dày sườn đỡ : tsd = 3.696756, 4 = 0, 62cm 402.2100 Chiều dày sườn đỡ đã chọn tsd = 12mm ,đủ chịu lực. -Kiểm tra liên kết hàn giữa sườn đỡ vào dầm đế: Tính mô men kháng uốn ,diện tích tiết diện hai đường hàn góc ( chọn h f = 12mm ) Wwf = 2.0, 7.1, 2. (40 − 1) 2 2 = 425,88cm3 ; Awf = 2.0, 7.1, 2.(40 − 1) = 65,52cm 6 2 2 696756, 4 42745, 79 τ td = + = 1762daN / cm 2 < f wf .γ c = 1800.1daN / cm 2 ÷ ÷ 425,88 65,52 +Tính bộ phận đỡ êcu: 3 Do lực kéo trong bu lông tương đối lớn nên dùng 2 thép hình C10 (có Wx = 2.34,8cm )kê lên 2 sườn đỡ ,nhịp dầm bằng 11,2cm( khoảng cách 2 trục sườn đỡ) Mô men uốn do lực kéo bu lông : M = 42745, 79.11, 2 = 119688, 2daN .cm 4 σ= 119668, 2 = 1719, 4daN / cm 2 < 2100.1daN / cm 2 ( Thỏa mãn) 2.34,8 Ứng suất: + Tính sườn ngăn 63 Đồ án kết cấu thép 2 Sườn ngăn tính như dầm công xôn,ngàm tại bản bụng cột nên nhịp dầm bằng 17,4 cm. Vì lân cận sườn ngăn ,ứng suất dưới bản đế có phần chịu nén và phần chịu kéo nên chỉ có phần ứng suất nén gây uốn cho sườn. Gần đúng ,coi tải trọng phân bố đều, giá trị σ ở giữa ô, chiều dài bằng đoạn phân bố ứng suất nén – tại điểm cách mép ngoài bản đế 1 đoạn (11,3+1,2+32:2) = 28,5 cm σ 46, 67 − 28,5 71, 75.18,17 = = 27,9daN / cm 2 nên σ = 71, 75 46, 67 46, 67 Tải trọng tác dụng lên sườn ngăn q = 29,7.18,17 = 539,65 daN/cm Mô men uốn: M = Lực cắt 539, 65.17, 42 = 81692, 22daN .cm 2 : V= 539,65.17,4=9389,91 daN Tính chiều cao sườn: hsn ≥ 6.M = tsn . f .γ c 6.81692, 22 = 15, 27cm 1.2100.1 Chọn hsn = 20 cm Kiểm tra 2 đường hàn liên kết sườn ngăn vào cánh cột,chọn chiều cao đường hàn h f = 6mm , lw = 20 − 1 = 19cm . 2 τ sd 2 6.81692, 22 9389,91 = + = 1720,1daN / cm 2 < 1800.1daN / cm 2 ÷ 2 ÷ 2.0, 7.0.6.19 2.0, 7.0.6.19 6.2. Tính vai cột * Kích thước tiết diện dầm vai + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 45 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm 64 Đồ án kết cấu thép 2 X 430 450 X 10 Y Y 130 130 260 10 10 Hình 6.2. Vai cột - Mô men uốn và lực cắt tại tiết diện ngàm: M = (Dmax + Gdct).e ; M = (15107+1428,3).42,5 = 702750,25 daN.cm V = (Dmax + Gdct ) ; V = 15107+1428,3 = 16535,3 daN * Kiểm tra tiết diện vừa chọn: (bỏ qua trọng lượng bản thân dầm vai): - Tiết diện ngàm Bảng 6.1. Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai tại ngàm Ix Wx 4 (cm ) (cm3) 31797,92 1413,24 Iy (cm4) 2932,92 Wy (cm3) 225,61 A (cm2) 95,00 S (cm3) 803,13 S1 (cm3) 572 65 Đồ án kết cấu thép 2 σ= 702750, 25 = 497, 26 daN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 1413, 24 τ= 16535,3.803,13 = 417, 64 daN/cm2 < 1200.1 daN/cm2. 31797,92.1 - Kiểm tra ứng suất tương đương: σ1 = 497, 26. 16535,3.572 43 = 297, 45 daN/cm2; = 475,16 daN/cm2 ; τ = 31797,92.1 45 σ tđ = 475,162 + 3.297, 452 = 700,86 daN/cm2 < 1,15.2100.1=2415 daN/cm2. - Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện bé: Bảng 6.2. Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai tại vị trí dầm cầu trục Jx (cm4) Wx (cm3) 12766,67 Jy (cm4) 2931,67 Wy (cm3) 225,51 A (cm2) 80 S (cm3) 475 851,11 16535,3.475 τ= = 615, 2 daN/cm2 < 1200.1 daN/cm2 12766, 67.1 S1 (cm3) 377 - Kiểm tra ổn định cục bộ: bf 26 2,1.106 = = 26 < = 31, 6 ; bản cánh ổn định cục bộ. + Bản cánh: t f 1, 0 2100 h w 43 2,1.106 = = 43 < 2, 2. = 69, 6 ; bản bụng ổn định. + Bản bụng: tw 1 2100 - Chiều cao đường hàn cánh – bụng hf ≥ 16535,3.377 = 0,19 cm. Chọn hf = 5mm 2.1260.12766, 67.1 * Tính liên kết hàn giữa dầm vai và cánh cột - Chọn chiều cao đường hàn hf = 5 mm. - Chiều dài tính toán của các đường hàn theo hình 6.2, ta có: A w = 2.0, 7.0,5.(41 + 25 + 21) = 60,9 cm2; 0,5.413 Ι w = 2.0, 7.(25.0,5.22,5 + 21.0,5.21,5 + ) = 19674,8 cm4; 12 19674,8 Ww = = 874, 4 cm3; 22,5 2 2 2 2 702750, 25 16535,3 τ hl = + = 848,3 daN/cm2 < 1800.1 daN/cm2. ÷ ÷ 874, 4 60,9 * Kiểm tra ứng suất tương đương ở bản bụng cột: 66 Đồ án kết cấu thép 2 Trong bản bụng cột, chỗ liên kết với cánh của dầm vai, sẽ chịu thêm lực ngang (do mô men dầm vai chia thành lực H = M dv/hdv) nên xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp. Do đó phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau: σ tđ = σ 2 + 3.τ 2 ≤ 1,15.f .γ c ở đây: σ = M N (V + H) + ; τ= ; M, N, V - là nội lực cột tại vị trí chân cột Wcot A cot Ab trên; Wcot – mô men chống uốn của tiết diện cột; Acot, Ab- lần lượt là diện tích tiết diện cột và bụng cột. Lực ngang do dầm vai tác dụng vào cột: 702750, 25 = 15616, 7 daN; 45 1491364 3922, 68 3956,54 + 15616, 7 + = 514, 62 daN/cm2 ; τ = = 440,84 ⇒σ = 3055,98 147, 44 44, 4 H= daN/cm2; σ tđ = 514, 622 + 3.440,84 2 = 920,8 daN/cm2 < 1,15.2100.1 = 2415 daN/cm2. * Kích thước sườn: - Gia cường cho dầm vai: Chiều cao hs = 30cm; bề rộng bs = 12 cm; Chiều dày t s ≥ 2.12. 2100 30 2100 = 0, 76 ; và t s ≥ . = 0, 43 6 2,1.10 2, 2 2,1.106 Chọn ts = 0,8 cm. - Gia cường cho bụng cột: Chiều cao hs = 62,2 cm; bề rộng bs = 12 cm; Chiều dày t s ≥ 2.12. 2100 62, 2 2100 = 0, 76 ; và t s ≥ . = 0, 61 6 2,1.10 3, 2 2,1.106 Chiều dày ts= 0,8 cm. 6.3. Chi tiết liên kết xà với cột 100 50 272 100 60 25 260 100 100 45 105 752 Hình 6.3. Chi tiết liên kết xà với cột Nội lực đỉnh cột: M = 21853,5 daN.m 67 Đồ án kết cấu thép 2 N = 4783,87 daN V = 2784,18 daN * Tính bu lông: - Dùng 10 bu lông φ18 lớp độ bền 6.6 đặt ở vùng chịu kéo 4 chiếc như hình vẽ: Lực kéo lớn nhất ở 1 bu lông hàng ngoài cùng: N max = ( M + N . y ).h1 2.∑ hi2 Trong đó: h1 -khoảng cách 2 hàng bu lông ngoài cùng : h1 = 100mm = 10cm hi -khoảng cách từ hàng bu lông thứ i tới tâm quay: h1 = 62, 2cm h2 = 52, 2cm y-khoảng cách từ trục cột tới tâm quay : N max = Vậy: y=37,1cm (2185350 + 4783,87.37,1).10 = 1791, 74 daN< 4800.1=4800daN 2.(62, 22 + 52, 22 ) Ở đây: khả năng chịu kéo của bu lông : [ N tb ] = Abn . f tb = 1,92.2500 = 4800daN Trong đó : Abn = 1,92cm 2 là diện tích thực của bu lông f tb = 2500daN / cm 2 là cường độ chịu kéo của bu lông lớp độ bền 6.6 Lực cắt trên 1 bu lông : 2784,18/10 = 278,42 daN Khả năng chịu cắt của 1 bu lông : [ N vb ] = f vb .γ b . A.nv = 2300.0,9.2,54.1 = 5257,8daN =>Vậy bu lông đủ chịu lực * Tính bản bích: -Chiều dày bản bích: Lực kéo bu lông ở hàng tiếp theo N 2 = 1791, 74. 52, 2 = 1503, 68daN 62, 2 Chiều dày bản bích lấy giá trị lớn hơn 1 trong 2 trị số sau: tbb = 1,1. tbb = 1,1. g .∑ N max = 1,1. 10.2.1791, 74 = 0,54cm 2.(26 + 10).2100 g .∑ N i = 1,1. 10.2.(1791, 74 + 1503, 68) = 0, 73cm 2.(26 + 10).2100 2.(bbb + g ). f 2.(bbb + g ). f Chọn tbb = 1, 0cm 68 Đồ án kết cấu thép 2 -Liên kết bản bích với cột Lực do đường hàn cánh chịu: N c = (2185350:63,6)+(4783,87:2)=36752,78 daN Chọn chiều cao đường hàn bản cánh cột với bản bích h f =6mm;bản bụng với bản bích h f =6mm; kiểm tra đường hàn: τw = 36752, 78 = 1281, 48 daN/cm2 < ( β . f w ) min .γ c = 1260 daN/cm2 0, 6.(25 + 2.11, 4) τw = 2784,18 = 38,54 daN/cm2Vậy bu lông đủ chịu lực b. Tính bản bích: -Chiều dày bản bích: Lực kéo bu lông ở hàng tiếp theo N 2 = 2894 × 29 = 1998.2daN 42 Chiều dày bản bích lấy giá trị lớn hơn 1 trong 2 trị số sau: tbb = 1.1 tbb = 1.1 gN max 10 × 2894 = 1.1× = 0.48cm 2(bbb + g ) f 2 × (20 + 10) × 2100 g ∑ Ni 2(bbb + h1 ) f = 1.1× 10 × (2894 + 1998.2) = 0.43cm 2 × (20 + 42) × 2100 Chọn tbb = 1cm -Liên kết bản bích với xà. Lực do đường hàn cánh chịu: Nc = Trong đó: M N 359000 1450 + = + = 13104.3daN hc 2 29 2 hc = 29cm là khoảng cách trọng tâm giữa 2 cánh xà. Chọn chiều cao đường hàn bản cánh cột với bản bích h f =6mm;bản bụng với bản bích h f =6mm; kiểm tra đường hàn: τw = 13104.3 = 409daN / cm 2 < ( β f w ) min γ c = 1260daN / cm 2 0.6 × (4 × 8.6 + 2 × 9.5) τw = 290 = 9.3daN / cm 2 < ( β f w ) min γ c = 1260daN / cm 2 0.6 × 2 × 26 71 Đồ án kết cấu thép 2 6.4.2. Mối nối trung gian: CHI TIẾT LIÊN KẾT XÀ, MỐI NỐI TRUNG GIAN Nội lực tại mối nối xà: M = 8100 daNm N = 710 daN V = 1400 daN a. Tính bu lông: -Dùng 8 bu lông φ 20 độ bền 8.8 như hình vẽ: -Lực kéo lớn nhất ở 1 bu lông hàng ngoài cùng: N max = ( M ± N × sin α × y ± V × cos α × y )h1 2∑ hi2 Trong đó: h1 -khoảng cách 2 hàng bu lông ngoài cùng : h1 = 42cm hi -khoảng cách từ hàng bu lông thứ i tới tâm quay: h1 = 42cm h2 = 29cm y-khoảng cách từ trục xà tới tâm quay : y=21cm Vậy: N max = (810000 + 710 × 21× sin11.31o + 1400 × 21× cos11.31o ) × 42 = 6785.7 daN < [ N tb ] = 9800daN 2 × (422 + 292 ) Ở đây: khả năng chịu kéo của bu lông : [ N tb ] = Abn f tb = 2.45 × 4000 = 9800daN Trong đó : Abn = 2.45cm 2 là diện tích thực của bu lông 72 Đồ án kết cấu thép 2 f tb = 4000daN / cm 2 là cường độ chịu kéo của bu lông lớp độ bền 8.8 -Lực cắt trên 1 bu lông : V 1400 = = 175daN < [ N vb ] n 8 -Khả năng chịu cắt của 1 bu lông : [ N vb ] = f vbγ b Anv = 3200 × 0.9 × 3.14 ×1 = 9043.2daN f vb = 3200daN / cm 2 là cường độ tính toán chịu cắt của bu lông; Trong đó: A = 3.14 cm2 là diện tích của thân bu lông; γ b = 0.9 hệ số điều kiện làm việc của bu lông; nv = 1 là số lượng các mặt cắt tính toán. =>Vậy bu lông đủ chịu lực b. Tính bản bích: -Chiều dày bản bích: Lực kéo bu lông ở hàng tiếp theo N 2 = 6785.7 × 29 = 4685.4daN 42 Chiều dày bản bích lấy giá trị lớn hơn 1 trong 2 trị số sau: tbb = 1.1 tbb = 1.1 gN max 10 × 6785.7 = 1.1× = 0.81cm 2(bbb + g ) f 2 × (20 + 10) × 2100 g ∑ Ni 2(bbb + h1 ) f = 1.1× 10 × (6785.7 + 4685.4) = 0.66cm 2 × (20 + 42) × 2100 Chọn tbb = 1cm -Liên kết bản bích với xà. Lực do đường hàn cánh chịu: Nc = Trong đó: M N 810000 710 + = + = 28286daN hc 2 29 2 hc = 29cm là khoảng cách trọng tâm giữa 2 cánh xà. Chọn chiều cao đường hàn bản cánh cột với bản bích h f =6mm;bản bụng với bản bích h f =6mm; kiểm tra đường hàn: τw = 28286 = 883daN / cm 2 < ( β f w ) min γ c = 1260daN / cm 2 0.6 × (4 × 8.6 + 2 × 9.5) τw = 1400 = 44.9daN / cm 2 < ( β f w ) min γ c = 1260daN / cm 2 . 0.6 × 2 × 26 73 Đồ án kết cấu thép 2 CAÛM NGHĨ 74 [...]... với dầm là liên kết cứng - Vật liệu: Thép CCT34 có f = 21 00 daN/cm2; E = 2, 1.106 daN/cm2; D = 7850 daN/m3 Hình 4.1 Sơ đồ khung ngang 24 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4 .2 Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán b, Sơ đồ chất tải trọng Hình 4.3 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung 25 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.4 Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung Hình 4.5 Sơ đồ áp lực đứng... tác dụng lên cột trái 26 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.6 Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái 27 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.7 Sơ đồ tải trọng gió dọc Hình 4.8 Sơ đồ tải trọng gió ngang trái Hình 4.9 Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa phải khung 28 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.10 Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột phải Hình 4.11 Sơ đồ áp lực hãm ngang... 6 384 .2, 1.10 174 20 0 (Thỏa mãn) Kết luận: dùng xà gồ C10, vít bắt tôn: 6~8 chiếc /m2 23 Đồ án kết cấu thép 2 4 Tính nội lực khung: 4.1 Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000 a, Sơ đồ kết cấu - Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng - Trục tính toán khung lấy qua trọng tâm tiết diện; trục dầm lấy qua trọng tâm phần không đổi - Liên kết giữa cột với móng là liên kết khớp, liên kết giữa... thép 2 Hình 4.17 Biểu đồ mômen do tải trọng gió dọc 33 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.18 Biểu đồ mômen do tải trọng gió ngang trái Hình 4.19 Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa phải khung 34 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4 .20 Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột phải Hình 4 .21 Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột phải 35 Đồ án kết cấu. .. g cxago ) cosα cosα q gió = 0, 7.65.1,197.1, 2 1, 2 − 0,9 ( 8, 28 .1, 2 + 8,59 ) cos100 = 63, 22 daN / m 0 cos10 - Tải trọng gió tiêu chuẩn: q cgió = 0, 7.65.1,197 1, 2 − 0,9 ( 8, 28 .1, 2 + 8,59 ) cos10 0 = 49,94daN / m cos100 * Kiểm tra bền theo công thức: M gió = 63, 22 . 52 = 197,56 daNm ; 8 22 Đồ án kết cấu thép 2 σ= 19756 = 567, 7 daN/cm2 < 21 00.1 daN/cm2 34,8 (Thỏa mãn) * Kiểm tra độ võng: Δy B =... chống xiên (liên kết lên xà gồ) Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm Hình 1 .2 Sơ đồ hệ giằng cột 12 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 1.3 Sơ đồ hệ giằng mái Hình 1.4 Chi tiết thanh chống xà gồ 13 Đồ án kết cấu thép 2 2 Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2. 1 Tải trọng thường xuyên - Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái -... gồ Mômen lớn nhất theo hai phương: Mx = q y B2 8 = 20 6, 09daN.m ; M y = q x B2 = 9, 09daN.m 32 * Kiểm tra bền theo công thức: σ = σx+ σy = Mx My + ≤ f γc Wx Wy 20 6, 09.1 02 9, 09.10 2 + = 778,12daN / cm 2 ≤ 21 00 daN / cm 2 σ= (Thỏa mãn) 34,8 4, 64 * Kiểm tra độ võng: 2 2 Δ Δ Δ Δ = x ÷ + y ÷ ≤ B B B B Trong đó: 21 Đồ án kết cấu thép 2 Δ y 5.q cy B3 Δ x 5.q cx B3 = = và là độ võng... 0,71 0,68 0,66 Hệ số c 0,8 -0,51 0,7 -0,8 -0,6 -0,6 -0,5 -0,5 Bước Tổng tải Hệ số khung trọng vượt tải (m) (daN/m) 1 ,2 1 ,2 1 ,2 1 ,2 1 ,2 1 ,2 1 ,2 1 ,2 5 5 5 5 5 5 5 5 396,0 -26 0,1 3 72, 8 -4 32, 0 - 324 ,0 -319,5 -25 5,0 -24 7,5 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung 16 Đồ án kết cấu thép 2 b, Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị... động Ce: 15 Hm3 Đồ án kết cấu thép 2 Hm1 Hm2 c e1 c e = +0,7 c e2 c e = -0,6 c e4 Hc c e5 c e = +0,8 c e3 L+ h Hình 2. 2 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Kích thước chính của sơ đồ: + Nhịp: L + h = 11,5 + 0,6 = 12, 1m + Chiều cao: Hc = 8,9 m hm1 = 1,07 m hm2 = 2, 0 m hm3 = 0,55 m Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 27 37 -1995 được giá trị Ce Ce1 = - 0,8 Ce2 = -0,6 Ce3 = -0,4... Vtư; Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng sau: Hình 4.13 Biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên khung Hình 4.14 Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung 31 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.15 Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái Hình 4.16 Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái 32 Đồ án kết cấu thép ... mãn) Kết luận: dùng xà gồ C10, vít bắt tôn: 6~8 /m2 23 Đồ án kết cấu thép Tính nội lực khung: 4.1 Mô hình hóa kết cấu khung phần mềm Sap2000 a, Sơ đồ kết cấu - Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ. .. Những điều rút từ Đồ Án ………………………………… Tr 72 3 .2 Đánh giá thân……………………………………… …… Tr 72 Đồ án kết cấu thép 3.3 Định hướng tương lai………………………………… Tr 72 LỜI MỞ ĐẦU Đồ án kết cấu thép Trong phát triển... lên cột phải 35 Đồ án kết cấu thép Hình 4 .22 Biểu đồ mômen tải trọng gió ngang phải 36 Đồ án kết cấu thép Hình 4 .23 Biểu đồ lực cắt tĩnh tải tác dụng lên khung Hình 4 .24 Biểu đồ lực cắt hoạt