Đồ án kết cấu thép thiết kế khung ngang một nhịp

Thiết kế tiết diện đầu cột III-III tiết diện ngàm cột với xà ngang:Nội lực nguy hiểm nhất dùng để thiết kế kích thớc của tiết diện này đợc lấy từkết quả của bảng tổ hợp nội lực.Trị số củ

Trang 1

qxtc = qtc.Sin = 69,54.Sin11,310 = 13,64 (daN/m)

qytc = qtc.Cos = 69,54.Cos11,310 = 68,19 (daN/m)

qxtt = qtt.Sin = 85.49.Sin11,310 = 16,77 (daN/m)

qytt = qtt.Cos = 85,49.Cos11,310 = 83,83 (daN/m)

1 KiÓm tra ®iÒu kiÖn bÒn cña xµ gå :

t® = x + y =   R 

W

M W

M

y y x x

Víi xµ gå C12 cã : Wx = 70,2cm3, Wy = 11cm3, Jx=491cm4

Ta cã :

Trang 2

Vậy thỏa mãn điều kiện bền.

2 Kiểm tra điều kiện độ võng của xà gồ :

Vậy xà gồ đảm bảo điều kiện độ võng

b thiết kế khung ngang một nhịp

q = tc

xg

q 1,05 =71,26 (kG/m) -Tĩnh tải do trọng lợng xà gồ tờng và tôn tờng :

Với cột biờn cao 10,3(m) ta giả thiết dùng 5 xà gồ C10 đặt cách nhau 2m, quythành lực phân bố đều

Trang 3

- Tải trọng do dầm cầu trục: dầm cầu trục đợc treo trên xà ngang cách trục cột

Tải trọng này tác dụng cách trục cột trục một đoạn là 0,75

* Vậy tĩnh tải tác dụng lên khung ngang là :

+ Tĩnh tải tác dụng lên rờng ngang :

30

0  kG/m2, n = 1,3  ptt = 1,3.180,9 = 235,2 (kG/m)

3 Tải trọng gió :

Công trình xây dựng tại tỉnh vĩnh phúc nên thuộc khu vực II-B, có :

-áp lực gió tiêu chuẩn : W0 = 95 (kG/m2)

-Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình k Với

dạng địa hình B, tra bảng 5 TCVN 2737-1995:

Tại cao trình: +6,5m hệ số ảnh hởng độ cao k1 =0,916

+7,7m hệ số ảnh hởng độ cao k2 =0,945 + hệ số ảnh hởng độ cao trung bình k = 0,916+0,945 =0,9305

-Tải trọng gió tác dung lên khung đợc xác định từ công thức :

tt

gio

q = n.W0.k.C.B

Trong đó:

n = 1,2 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

C : Hệ số khí động, đợc tra bảng, với sơ đồ dới đây :

27 , 0 24 5 , 6 L

H

5 , 5 24 132 L

kG (

27 2 ,

3 13 6

5 , 0

9 16 ,

0 95

2 , 1 q

) m /

kG (

58 5 ,

25 4 6

4 , 0

9 30 5 ,

0

9 5

2 , 1 q

) m /

k G (

9 35 ,

1 69 6

.

2 67 ,

0

93 05 ,

0

9 5

2 , 1 q

) m /

kG (

32 5 ,

50 1 6

8 , 0

9 16 ,

0 95

2 , 1 q

Trang 4

Ho¹t t¶i nöa tr¸i m¸i :

Ho¹t t¶i nöa ph¶i m¸i :

Ho¹t t¶i toµn m¸i :

Ho¹t t¶i giã tr¸i :

Ho¹t t¶i giã ph¶i :

Trang 5

b) Tính toán nội lực cho từng trớng hợp tải trọng

Tổ hợp nội lực

Từ bảng nội lực ta bắt đầu tổ hợp nội lực để chọn nội lực bất lợi nhất để tính toánkhung Với mỗi thanh xét 3 tiết diện tiêu biểu (hai tiết diện ở hai đầu và một tiết diện

ở giữa Tại mỗi tiết diện có các trị số M, N, Q

Ta xét hai loại tổ hợp nội lực, tổ hợp cơ bản 1, gồm một tải trọng thờng xuyên vàmột tải trọng tạm thời; tổ hợp cơ bản 2 gồm tải trọng thờng xuyên và nhiều tải trọngtạm thời vơi hệ số 0,9

Tại mỗi tiết diện cần tìm 3 tổ hợp nội lực:

- Tổ hợp gây mô men dơng lớn nhất Mmax+, và lực nén tơng ứng

- Tổ hợp gây mô men lớn nhất mang dấu âm, và lực nén tơng ứng

- Tổ hợp gây lực nén lớn nhất Nmax và mô men tơng ứng

 Các trờng hợp tổ hợp tuân theo nguyên tắc tơng tự nh tổ hợp nội lực các nhàcông nghiệp thông dụng

Tại mỗi ô có ghi rõ số th tự từng tải trọng để tiện tính toán, kiểm tra

Đối với khung ở trên vì đây là khung đối xứng và tải trọng đối xứng nên ta chỉtiến hành tổ hợp với một nửa khung và lấy kết quả tổ hợp đợc để tính toán tiết diện

thép khung Các thanh đợc tổ hợp là các thanh có ô tô đậm hơn (xem trong bảng nội

lực)

Kết quả tổ hợp đợc ghi rõ trong bảng tổ hợp

Trang 6

iii Tính toán sơ bộ thép khung.

Tại mỗi thanh ta tính toán tiết diện ở hai đầu thanh còn tiết diện ở giữa thanh ta lấynội lực để kiểm tra tiết diện ở giữa thanh nhờ kết quả tính toán ở hai đầu thanh

Tính toán tiết diện thanh ta tính toán nh cấu kiện chịu nén uốn vì nội lực có đủ cácthông số M, N Q Tiết diện đợc kiểm tra về ổn định trong và ngoài mặt phẳngkhung

1 Thiết kế cột.

Trang 7

1.1 Thiết kế tiết diện đầu cột III-III (tiết diện ngàm cột với xà ngang):

Nội lực nguy hiểm nhất dùng để thiết kế kích thớc của tiết diện này đợc lấy từkết quả của bảng tổ hợp nội lực.Trị số của tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất:

M = 13812,24 Kg.m

N = -4782,94 Kg

Q = -2124,96 Kg

a Chiều dài tính toán cột:

Chiều dài tự do của cột l=6,5 m Vì hệ giằng cột đợc bố trí nằm giữa đoạn cộtnên chiều dài tính toán cột trong và ngoài mặt phẳng khung đợc lấy nh sau:

- Trờng hợp trong mặt phẳng khung: cột liên kết ngàm với xà ngang và liên kếtkhớp với móng, vì cột có tiết diện thay đổi, tỉ số độ cứng của rờng ngang và cột bằng1,5, ta tra bảng đợc hệ số =1,81

lx= x.l = 1,81.6,5 = 11,765 m

- Trờng hợp ngoài mặt phẳng khung: do hệ giằng đợc bố trí ở giữa cột và ở đầucột nên ta có =1 (coi hệ giằng liên kết khớp với cột)

ly = y.l = 1.6,5 = 6,5 m

b Tính toán sơ bộ tiết diện cột:

Trớc hết ta tính toán cột chỉ chịu mômen uốn M :

Điều kiện bền của cột :  R 

24 , 13812

= 2,89m

Theo yêu cầu cấu tạo ta có:

+ Chiều cao tiết diện cột :

h = (1/10 -1/15).lc= (1/10 - 1/15).6,5 = (0,43  0,65) cm

Giả thiết chiều cao tiết diện cột h =40cm

Diện tích tiết diện cột sơ bộ xác định theo công thức: (với trờng hợp cột tiết diệnchữ I đối xứng và mặt phẳng tác dụng của mômen trùng với mặt phẳng bụng cột, giảthiết hệ số ảnh hởng của hình dạng tiết diện  =1,25)

2

40

289 8 , 2 25 , 1 2100 1

94 , 4782 h

e ).

8 , 2 2 , 2 ( 25 , 1 R

Chọn chiều dày bản bụng : b =0,8cm

Chọn chiều rộng tiêt diện cánh bc = 18 cm

Kích thớc cụ thể của tiết diện đợc ghi rõ trong hình vẽ dới đây:

c.Kiểm tra tiết diện đã chọn

Các đặc trng hình học của tiết diện:

Trang 8

+Mômen quán tính của tiết diện:

19 , 5 1 18 17350,13cm 12

1 18 2 12

38 8 , 0 b a 12

b 2 12

h

.

3 3

c c 2 3 c c b

3 3

b b

18 1 2 12

h 12

973,62 A

J r

m c 2 , 6 66,4

17350,13 A

J r

y y

x x

J 2

+ Độ mảnh và độ mảnh qui ớc của tiết diện:

5,37 10

1 , 2

2100

169,7 E

R

; 169,7 83

, 3

650 r

l

2,3 10

1 , 2

2100

6 , 72 E

R

; 6 , 72 2

, 16

100 765 , 11 r

l

6 y

y y

y

6 x

x x

4 , 66 289 W

A

Kiểm tra độ bền của tiết diện:

+ Kiểm tra bền của tiết diện chỉ tiến hành khi tiết diện có giảm yếu nhiều hoặckhi cột có độ lệch tâm tính đổi m1 > 20 Công thức kiểm tra:

2

2 2

xth x th

cm / Kg 2100 R

.

cm / Kg 1664,2 20

17350,13

0 13812,24.1 4

, 66

94 , 4782 y

J

M A

Tiết diện đảm bảo về độ bền

Kiểm tra ổn định cục bộ:

Bản bụng, cánh của khung mỏng, dài, chịu tải trọng của ứng suất pháp và ứngsuất tiếp vì thế cỏ thể mất ổn định do tác dụng đồng thời của chúng (mất ổn định cụcbộ) Để khả năng chịu lực của cấu kiện không hạn chế bởi ổn định cục bộ, ứng suấtgiới hạn về ổn định cục bộ phải lớn hơn hoặc hợp lý nhất bằng ứng suất giới hạn về ổn

định tổng thể Từ điều kiện này độ mảnh giới hạn của bản phải đảm bảo cho nó không

bị mất ổn định cục bộ trớc khi cột mất ổn địn tổng thể

Với bản cánh tỉ số giới hạn đợc tính theo công thức sau:

2 6 =18,66Bản cánh thực tế đã chọn có tỉ số thực tế:

Trang 9

Với bản bụng của cột, vì điều kiện chịu lực của cột đợc xác định theo điều kiệnbền cung nh ngoài mặt phẳng uốn vì [ho/b] ngoài sự phụ thuộc vào độ mảnh, vậtliệu, hình dáng tiết diện còn phụ thuộc vào độ lệch tâm tơng đối m và hệ số  kể đếntrạng thái ứng suất pháp trên bản bụng không đều do mô men uốn (Mx).

N x

M A

xth x th

17350,13

0 13812,24.1 4

, 66

94 , 4782 y

J

M A

) 1 , 1520 (

2 , 1664

(

E ).

1 2 (

35 , 4 h

Q



2

69,9kg/cm 38.0,8

1,913 2 (

-4 ,

2 , 1664

10 1 , 2 ).

1 913 , 1 2 (

35 , 4 h

2 2

6 b

E 8 , 3

Đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ bản bụng

Kết cấu không bị mất ổn định về cụ bộ

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

ổn định trong mặt phẳng khung của cột đợc kiểm tra theo công thức:

R A

N

ng lt

Trang 10

+ lt Xác định theo bảng II.2 phụ lục II(SGK), phụ thuộc vào độ mảnhquy ớc x và độ lệch tâm tính đổi m1 của cột.

Ta có x = 2,3 ; m1 =29,9 tra bảng ta đợc hệ số uốn dọc lệch tâm:

lt = 0.0658

2 2

ng lt

4 , 66 0658 0

94 , 4782 R

A

Tiết diện cột đảm bảo ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

d.Kiểm tra tiết diện đã chọn cho cặp nội lực nguy hiểm khác

Ngoài cặp nội lực đã chọn để tính toán tiết diện,ta cần kiểm tra tiết diện đãchọn với cặp nội lực:

M = 14385,71 kG.m

N = -2652,14kG

Q = -2702,30kG

+Mômen quán tính của tiết diện:Jx  17350,13cm4., 4

2,3

; 6 , 72

y y

x x

4 , 66 542 W

A

Kiểm tra độ bền của tiết diện:

+ Kiểm tra bền của tiết diện chỉ tiến hành khi tiết diện có giảm yếu nhiều hoặckhi cột có độ lệch tâm tính đổi m1 > 20 Công thức kiểm tra:

2

2 xth

x th

cm / Kg 2100 R

.

cm / Kg 1698,2 20

17350,13

1438571 4

, 66

14 , 2652 y

J

M A

Tiết diện đảm bảo về độ bền

Kiểm tra ổn định cục bộ:

Với bản bụng của cột, vì điều kiện chịu lực của cột đợc xác định theo điều kiệnbền cũng nh ngoài mặt phẳng uốn vì [ho/b] ngoài sự phụ thuộc vào độ mảnh, vậtliệu, hình dáng tiết diện còn phụ thuộc vào độ lệch tâm tơng đối m và hệ số  kể đếntrạng thái ứng suất pháp trên bản bụng không đều do mô men uốn (Mx)

N x

M A

Trang 11

từ công thức trên ta đợc: =1698,2kg/cm2.

2 xth

x th

17350,13

1438571 4

, 66

14 , 2652 y

J

M A

) 3 , 1618 (

2 , 1698

(

E ).

1 2 (

35 , 4 h

Q



2

,9kg/cm 88

1,953 2 (

-4 ,

2 , 1698

10 1 , 2 ).

1 953 , 1 2 (

35 , 4 h

2 2

6 b

E 8 , 3

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

R A

N

ng lt

4 , 66 0658 , 0

14 , 2652 R

A

1.2.Tính toán cột đối với tiết diện I-I.

Tính toán tiết diện tại vị trí chân cột I-I, tại tiết diện này là vị trí liên kết của cộtvới móng, liên kết này là liên kết khớp vì thế tại vị trí này không có mô men mà chỉ

có lực dọc và lực cắt

Trang 12

Để thiết kế tiết diện này phải đàm bảo điểu kiện đủ bền, và các điều kiện ổn địnhtrong và ngoài mặt phẳng khung, và quan trọng là chiều cao tiết diện phải đủ bố tríkhớp gối của khung cũng nh các đờng hàn, bu lông liên kết;

Tính toán tiết diện này ta tính toán nh cột chịu nén đúng tâm với nội lực:

N=4782,94 + 166,488.6,5 =5865,112kg

(Kể cả trọng lợng bản thân cột)Q=2124,96 kg

a.Sơ bộ chọn kích thớc tiết diện

Chiều cao tính toán của cột đợc tính toán ở phần trên:

lx =11,765m

ly =6,5 cm

Giả thiết độ mảnh của tiết diện gt=100.(gt = 60100)

Vì với tiết diện cột đã tính toán ở trên ta dùng thép bản với chiều dày tiết diệncánh là c=1cm, tiết diện bụng b =0,8cm, thép có cờng độ tính toán R=2100kg/cm2

Độ mảnh quy ớc của tiết diện  đợc tính theo công thức:

162 , 3 10 1 , 2

2100

100 E

2100 53 , 5 0275 , 0 162 , 3 10 1 , 2

2100 3 , 27 371 , 0 10 1 , 2

2100 1 392 , 0

112 , 5865 R

.

Chiều cao yêu cầu của

Với tiết diện chữ H tổ hợp có y =0,24

Từ các số liệu trên và với tiết diện của cột tại vị trí ngàm (Tiết diện III-III) và đểthống nhất chiều dày của thép bản của tiết diện cột đã tính toán ta chọn tiết diện cộtvới các chiều dày của cánh và bụng cột nh tiết diện trên

Bản cánh: bc =18cm; c =1cm;  Ac=2.18.1=36cm

Bản bụng hb =18cm; b=0,8cm Ab=18.0,8 = 16cm

A=50,4cm

Tiết diện nh hình vẽ dới:

b.Kiểm tra tiết diện cột đã chọn

8 , 0 18 ( 12

20

8 , 0 18 12

18 1

.

rx = 8 , 5 cm

4 , 50

3640,8 A

Jx



cm 4 , 4 4 , 50

768 , 972

Trang 13

 x=

x

x r

l

= 138 , 4 cm 5

, 8

5 , 1176

, 4

650



Ta thấy x và y đều nhỏ hơn 120 đảm bảo yêu cầu về độ mảnh

Tra bảng II-1 phụ lục ta đợc

x=0,386

y=0,339Kiểm tra ổn định tổng thể theo hai phơng x và y theo công thức sau:

2 min

cm / kg 3 , 343 0,339.50,4

5865,112 A

Cột đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng:

38 , 4 10 1 , 2

2100

4 , 138 E

R

6 x



Độ mảnh giới hạn của bản bụng ta có:

2 , 122 2100 / 10 1 , 2 ( ).

38 , 4 8 , 0 36 , 0 ( R / E ).

8 , 0 36 , 0 (

Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh:

Độ mảnh giới hạn của bản cánh ta có:

23 , 25 2100 / 10 1 , 2 ).

38 , 4 1 , 0 36 , 0 ( R / E ).

1 , 0 36 , 0

Bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

1.3.Tính toán tiết diện II-II:

Nội lực nguy hiểm nhất dùng để thiết kế kích thớc của tiết diện này đợc lấy từ kết quảcủa bảng tổ hợp nội lực.Trị số của tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất:

M = 8681,87 Kg.m

N = -2652,14 - 166,488.3,25 =-3193,226Kg

Q = -1785,98 Kg

a.Sơ bộ chọn kích thớc tiết diện

Với kích thớc cột tại chân và đỉnh cột đã tính toán,cột có chiều cao thay đổituyến tính nên tại tiết diện II-II có kích thớc:

Chiều cao tiết diện cột h =30cm

Chiều dày bản bụng : b =0,8cm

Chiều rộng tiêt diện cánh bc = 18 cm

Trang 14

Kích thớc cụ thể của tiết diện đợc ghi rõ trong hình vẽ dới đây:

b.Kiểm tra tiết diện đã chọn

+Mômen quán tính của tiết diện:

14 , 5 1 18 9035cm 12

1 18 2 12

28 8 , 0 b a 12

b 2 12

h

.

3 3

c c 2 3 c c b

3 3

b b

18 1 2 12

h 12

973,19 A

J r

m c 4 , 2 58,4

9035 A

J r

y y

x x

J 2

+ Độ mảnh và độ mảnh qui ớc của tiết diện:

5,04 10

1 , 2

2100

3 , 159 E

R

; 159,3 08

, 4

650 r

l

3 10 1 , 2

2100

88 , 94 E

R

; 88 , 94 4

, 12

100 765 , 11 r

l

6 y

y y

y

6 x

x x

4 , 58 272 W

A

Kiểm tra độ bền của tiết diện:

+ Vì độ lệch tâm tính đổi m1 < 20 nên ta không cần phải kiểm tra bền

Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

Với bản cánh tỉ số giới hạn đợc tính theo công thức sau:

2 6 =20,87Bản cánh thực tế đã chọn có tỉ số thực tế:

c

0

b

 =(18-0,8)/2.1=8,6 < [bo/c]=20,87

 Bản cánh thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

N x

M A

N







Trang 15

y là khoảng cách từ trục x-x đến thớ chịu nén nhiều nhất của bản bụng, y1 làkhoảng cách từ trục x-x đến thớ xa nhất của bản bụng chịu kéo do Mx.

từ công thức trên ta đợc:

2 2

xth x th

cm / Kg 1496 15

9035

8681,87.10 4

, 58

226 , 3193 y

J

M A

xth x th

9035

8681,87.10 4

, 58

226 , 3193 y

J

M A

(

E ).

1 2 (

35 , 4 h

Q



2

kg/cm 78 , 9 28.0,8

1,927 2 (

-4 ,

1496

10 1 , 2 ).

1 927 , 1 2 (

35 , 4 h

2 2

6 b

E 8 , 3

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

R A N

ng lt

4 , 58 0739 0

226 , 3193 R

A

Trang 16

d.Kiểm tra kích thớc tiết diện cho cặp nội lực khác

Từ kết quả của bảng tổ hợp nội lực.Trị số của tổ hợp nội lực nguy hiểm cần kiểm tra:

M = 6906,11Kg.m

N = -4782,94 - 166,488.3,25 =-5324,03Kg

Q =-2124,96 Kg

+Mômen quán tính của tiết diện:Jx  9035cm4., 4

3

; 88 , 94

y y

x x

4 , 58 130 W

A

+ Từ m = 8,75; x  3 và Ac/Ab=36/22,4 =1,61 theo bảng II.4, phụ lục II ta tính

đợc hệ số ảnh hởng của hình dạng tiết diện

 =1,4-0,02.x = 1,4 - 0,02.3 = 1,34

Độ lệch tâm tính đổi m1 =.m = 1,34.8,75 = 11,725

Kiểm tra độ bền của tiết diện:

+ Vì độ lệch tâm tính đổi m1 < 20 nên ta không cần phải kiểm tra bền

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

N x

M A

x th

cm / Kg 1238 15

9035

690611 4

, 58

03 , 5324 y

J

M A

x th

9035

690611 4

, 58

03 , 5324 y

J

M A

(

E ).

1 2 (

35 , 4 h

Q



2

kg/cm 86 , 94 28.0,8

2124,96



Trang 17

 0 , 29

1238

94,86 1).

1,852 2 (

-4 ,

1238

10 1 , 2 ).

1 852 , 1 2 (

35 , 4 h

2 2

6 b

E 8 , 3

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

R A

N

ng lt

4 , 58 0991 0

03 , 5324 R

A

2 Tính toán tiết diện r ờng ngang.

Định dạng
Số trang	31
Dung lượng	722,5 KB