ĐỒ ÁN THÉP II TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP - L 24m , B 6m , D 132m.DOC

Liín kết giữa cột vă sườn ngang lă liín kết cứng hoặc khớp tổng quât ta chọn liín kết cứng.. Bố trí khung ngang: Khung ngang bố trí theo phương ngang nhà, các cột khung tạo nên lưới bướ

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP

Số liệu cho trước :

Móng : Bêtông cốt thép M150 4./Liên kết : Dùng liên kết hàn và bulông

5./Địa điểm xây dựng : Thành phố Đà Nẵng

PHẦN I

KHUNG NGANG 1.Sơ đồ khung:

Khung gồm cột vă sườn ngang Liín kết giữa cột vă sườn ngang lă liín kết cứng hoặc khớp (tổng quât ta chọn liín kết cứng ) Cột bậc thang phần trín đặc vă phần dưới rỗng Dăn hình thang 2 mâi dốc với tấm lợp bằng BTCT, độ dốc i=1/10

+10.000

B£T¤NG §¸ 4X6 M100

NÒN §ÍT THI£N NHI£N

§ÍT §¾P §ÌM Kü L¸NG V÷A XI M¡NG M75

MƯT C¾T NGANG

17.600

+20.100

2.Kích thước khung ngang :

Xác định các kích thước chính của khung, cột, dàn là dựa vào nhịp L, bước cột B, sức trục Q và cao trình ray Hr

F L

B H

;

4 0

a

1 0 0 b

;

1 08

b

1 5 0 B

;

15 0

H

1

Chiều cao h2:từ đỉnh ray đến cao trình cánh dưới rường ngang

Hdcc : Chiều cao dầm cầu trục, lấy theo thiết kế định hình chọn Hdcc = 1000mm

hr : Chiều cao ray và đệm sơ bộ lấy hr = 150mm

Chiều cao phần cột dưới: Hd = H - Htr + hch

= 14200 – 5350 - 850 = 9700mm

với hch = 850 là phần cột được chôn dưới đất

Chiều dài toàn cột h = Htr + H d = 9700+5350=15050mm

Để dễ thi công ta lấy h = 15100mm

Bề rộng phần cột trên :btr > 463mm chọn btr = 500mm

Bề rộng cột dưới : bd = bo +  = 250+ 750 = 1000;với a là khoảngcách từ trục định vị đến mép ngoài của cột Q = 75 T  chọn a = 250mm

thoả điều kiện bd > ( )

 Chiều cao giữa dàn là 2200 +( 1/10) (24000/2) = 3400 mm

Hệ thanh bụng là loại hình tam giác có thanh đứng Khoảng cách mắt trên 3000 Bề rộng cửa trời lấy = 12(m) , chiều cao cửa trời gồm 1 lớp kính 1,5(m), bậu trên 0,2(m), bậu dưới 0,8(m)

3 Bố trí khung ngang:

Khung ngang bố trí theo phương ngang nhà, các cột khung tạo nên lưới bước khung có môđun là 6m

4.Hệ giằng :

Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của nhà công nghiệp có tác dụng :

Bảo đảm độ cứng không gian của nhà xưởng

Chịu lực dọc như lực gió ở đầu hồi ,lực hãm dọc của cầu trục

Làm giảm chiều dài tính toán trong cấu kiện chịu nén như thanhcánh trên của dàn, cột,

Thuận tiện cho việc lắp đặt an toàn

PHẦN II : TÍNH TOÁN KHUNG NGANG I/ Tính tải trọng tác dụng lên khung :

1/ Tải trọng tác dụng lên dàn :

1 1.1/ Tải trọng thường xuyên :

a/ Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng :

Cấu tạo của lớp mái Tải trọng

t/c (Kg)/m2

mái

Hệ số vượt tải

ttrọng ttoán (Kg)/

272080

1,11,2

1,21,21,1

16572

342488

337

 (Kg/m2) 383

995 ,

c/ Trọng lượng kết cấu cửa trời :

Có thể tính theo công thức kinh nghiệm : gctr = ctr.Lctr (Kg/m2 mặt bằng nhà)

Trong đó ctr = 0,5 ; Lctr :nhịp cửa trời

Cũng có thể dùng trị số : 12-18 (Kg/m2) cửa trời , ở đây lấy

bằng g ct tc  12(Kg/m2)  gctrtt = 1,1.12 = 13,2 (Kg/m2)

d/ Trọng lượng cánh và bậu cửa trời :

Trọng lượng cánh cửa ( kính + khung ): tc

Để tiện tính toán khung ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà

6 , 20 6

24

1006 2 6 12 2 , 13

2

g B

1.2/ Tải trọng tạm thời :

Theo TCVN 2737- 90 , tải trọng tạm thời trên mái là : ptc = 75 (Kg/

m2) mặt bằng với hệ số vượt tải np = 1,4

Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang : P=

np.ptc.B = 0,63 (T/m)

2/ Tải trọng tác dụng lên cột :

a/ Do phản lực của dàn :

Tải trọng thường xuyên :V= 30 , 43

2

24 2536 2

.





L q

(T) Tải trọng tạm thời : V’ = 7 , 56

2

24 630

PL

(T)

b/ Do trọng lượng dầm cầu trục :

Trọng lượng dầm cầu trục sơ bộ tính theo công thức sau :

Gdct = n dct 2

dct

l (Kg) với dct= 24-37 khi Q=75 T chọn dct= 24

 Gdct=1037 (Kg)

Vị trí đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên

c/ Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :

Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục xác nhau ở vào vị trí bất lợi nhất Cầu trục 75T có áp lực đứng tiêu chuẩn max của một bánh xe là :

Ta có vị trí giữa các bánh xe như hình vẽ sau:

Từ đường ảnh hưởng trên ta có :

Dmax = n.nc.(P1maxc.y1 + P2maxc y2)

84

4560

2600

2560600

=1,2 0,85.(350.(0,1) + 360.( 1+0,86+0,57+0,43)) = 1086KN = 108,6T

d) Do lực hãm của xe con:

 khi xe con hãm phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động Lực hãm xe con , qua các bánh xe cầu

trục , truyền lên dầm hãm vào cột

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe tính:

4 , 1 4

) 38 75 (

05 , 0 ) (

3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung :

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737-95 Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao < 36 (m)  tính với thành phần tĩnh của gió Aïp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10 (m) trở xuống thuộc khu vực II

B có q0tc  80(Kg/m2)

Hình vẽ

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính :

Phía gió đón : q = .n.qo.K.C.B = 1,1.1,3.80.1,11.0,8.6=609,52

0,6

-0,6-0,8

-0,6

1./Sơ đồ tính :

Tính khung nhằm mục đích xác định các nội lực :mômen, lực dọc, lực cắt trong các tiết diện khung Việc tính khung trong các tiết diện khung rỗng như là dàn cột khá là phức tạp, nên trong thực tế, đã thay thế sơ đồ tính toán của khung bằng sơ đồ dơn giản hoá bằng cách giả thiết như sau :

Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới của dàn

Theo kinh nghiệm có thể giả thiết tỉ số các mômen quán tính như sau

Momen quán tính dàn : Jd= .

/ )

hd =3400 chiều cao giữa dàn

: hệ số kể đến độ dôïc cánh trên i= 1/10   = 0,8

2100.2

340.22800000

2

cm R

.

) 2 (

d mã

R K

D N

J   với NA phản lực tựa của dàn truyền xuống

NA = A’ + A =30,43+7,56= 38 T

Dmax áp lực do cầu trục ; k1= 2,5  3 khi cột bậc thang bước B= 6(m) , lấy K1 =2,5

4 2

2100 5 , 2

) 151160

2 38000

50 , 1

6 , 0 (

6 ,

1

J

10 1





1 , 1

J h

J L

6







Do đó khi tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng

đứng đặt trực tiếp lên dàn, có thể coi dàn là cứng vô cùng (Jd

=)

30 J

J

; 10

2

d 2

1





J J

J1 = 1 ; J2 = 1/10 ; Jd = 3

Đối với cột có bậc, trục cột dưới được làm trùng với trục cột trên nhịp tính toán là khoảng cách hai trục cột trên Khi đó đối với tải trong thẳng đứng truyền từ trên xuống phải kể thêm mômen lệch tâm ở chổ đổi tiết diện cột :Me = Ve

2./Tímh khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang: a./Với tĩnh tải :

Dùng phương pháp chuyểnvị, ẩn số là góc xoay 1, 2 và một chuyển vị ngang  ở đỉnh cột Trường hợp ở đây, khung và tải trọng đối xứng nên  = 0 và 1 = 2 = Ẩn số là hai góc xoay bằng nhau của nút khung

Quy ước dấu như sau :

Môment dương khi làm căng thớ bên trong của cột và dàn

Phản lực ngang là dương khi có chiều hướng từ bên trong ra ngoài.Tức là đối với cột trái thì hướng từ phải sang trái

Môment ở đầu xà do  = 1 gây ra :

24

3JE2 JE2

C 4 -

H J E

1

05 , 15 6,64

1,76 6

K

B 6

H

J E

L q -

2 2

lực môment tại nút B do tải trọng ngoài gây ra)

Mà: r11 + r1p = 0   =

1 11

1

J E 0,301

121,92

B

M = -20,67 [T.m]

Môment ở đầu cột trên :

cột B

 t

d h h

= 7,61[T.m] Nội lực do Me gây ra tra ở bảng III.2 phụ lục

K

C B

] 27 , 1 4 ) 356 , 0 1 ( 76 , 1 3 [ ) 356 , 0 - (1

)]

1 ( A B [ ) 1 (

61 , 7 64

, 6

0,356)]

(1 3,136 - [1,76 0,356)

(1 6

-RB = - 0,733 [T]

Mômen tại các tiết diện khác :

t C

M = MB + RBHt = 1,54 -0,733 5,35 = -2,38 [T.m]

d C

22 , 20 24 , 0

2,382,38

b./Với hoạt tải :

Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của momen do tải trọng thường xuyên (c) với tỷ số :p/q =

0,63/2,54=0,248

Ta có được biểu đồ nội lực trên nhờ suy ra từ tính chất khung đối xúng chịu tải trọng đối xứng

c/ Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục:

Trọng lượng dầm cầu trục Gdct = 1,037 =1,0 T

Mdct = 1.0,5 = 0,5 T.m

Biểu đồ moment Me nhân với hệ số -Mdct/Me = - 0,0657(vì hai

moment này đặt cùng một vị trí nhưng ngược chiều )

Cộng biểu đồ này với biểu đồ moment do tải trọng thường xuyêntrên mái ta được biểu đồ moment do toàn bộ tải trọng thường xuyên lên dàn và cột

d./Tính khung với moment cầu trục M max , M min :

Giả thiết độ cứng của xà ngang là vô cùng, ẩn số theo phương pháp chuyyẻn vị là chuyển vị ngang của nút trên

Vẽ biểu đồ mômen do Mmax và Mmin trong hệ cơ bản bằng cách dùngkết quả đã tính nhân với hệ số tỉ lệ.

M = (-7,14).(-2,38)=16,99 [T.m]

d C

M = (-2,29) (-2,38)=5,45 [T.m]

d C

1 3

64 , 6

136 , 3 12 - K

A 12 -

H

J E H

J E H

J E

1 2

64 , 6

76 , 1 6 K

6

H

J E H

J E H

J E B

JE5,667 -1,59

R

2 1

2

1 C

H

JE0,42-

2

1 3

1 2

1 - 5,667 H -4,0771,59

H

H

J E H

J E H

J E R

3 1 11

4,714

H

JE11,334-

3,55

r

-r-

Nhân biểu đồ mômen đợn vị với  rồi cộng với biểu đồ mômen

Mmaz và Mmin trong hệ cơ bản ta được kết quả

J

E 

 - 11 = -3,5 [T.m]

t C

M =

1

2 2

1 4,714 H H

J E 0,42 -

M =

1

2 2

1 4 , 714 H

J E 0,42 -

J E

1 4 , 714 H

J E 4,077 -

J E

E 

 - 3,53 = -11 [T.m]

t C

M =

1

2 2

,714 4 H

J E 0,42

M =

1

2 2

1 4 , 714 H

J E 0,42

J E

1 4 , 714 H

J E 4,077

J E

e./Tính khung với lực hãm ngang T :

Lực hãm T đặt ở cao trình dầm hãm của một trong hai cột đở cầu trục Chiều của lực có thể hướng sang trái hoặc sang phải

2

1

H

JE1,59   

B

H

JE5,667-   

B

2

1H

JE0,42-

A B

A B

, 6

)]

289 , 0 2 ( 136 , 3 2 76 , 1 3 [ 0,289)

)]

289 , 0 355 , 0 2 ( 136 , 3 2 76 , 1 3 [(

0,289) -

(0,355 6

C B

(1

-2 2

] 27 , 1 2 76 , 1 ) 289 , 0 2 [(

0,289) -

, 6

] 27 , 1 2 76 , 1 ) 289 , 0 355 , 0 2 [(

0,289) -

334,11

2,97-

rr

H



Có được  vậy ta lấy biểu đồ đơn vị nhân với  rồi cộng với biểu đồ mômen trong hệ cơ bản ta được biểu đồ mômen cuối cùng do lực hãm ngang T gây ra phía trái là :

J

E 

 - 7,4= -1,14 [T.m]

t C

M

=-1

2 2

3,94 H

J E 0,42

M =

-1

2 2

1 3 , 94 H

J E 0,42

J E

1 3 , 94 H

J E 4,077

J E

3,94 H

J E 0,42

1 3 , 94 H

J E 4,077

J E

f./Tính với tải trọng gió :

Trình tự tính toán cũng như tính với lực hãm ngang T

Biểu đồ do chuyển vị nút  = 1 có :

1H

JE1,59

B

H

JE4,077-   

MBo = - 2 q H 2

K 12

C 8 F B 9

27 , 1 8 1 , 1 76 , 1 9

3 2

RBo = - 0 , 609 15 , 05

64 , 6 2

1,10 136 , 3 3 - 1,27 1,76 2



= -7,83 +4,065,35 -

2

35 , 5 609 ,

MAo = -15,7 [T.m]

Ở cột phải các trị số mômen ở các tiết diện được suy ra bằng cách lấy trị số mômen ớ các tiết diện cột trái nhân với hệ số tỉ lệ (q’/q) :

0,609

0,457 -

1P

H

JE11,334-

11,81

r

1

2

J E

-   15,68

1

2

J E

-   15,68

1

2

J E H

 - 15,7 = -79,63 [T.m]

Cột phải :

MB’ = - 2 1

H

JE1,59  15,68

1

2

J E

1

2

J E

4   15,68

1

2

J E

H

 + 11,78 = 75,7 [T.m] 19,06

2,7

75,7

Nội lực gió từ trái sang phải

III./Xác định nội lực tính toán :

Sau khi xác định nội lực do các tải trọng tác dụng lên khung gây

ra ta tiến hành tổ hợp một cách bất lợi nhất để xác định nội lực tính toán mà chọn tiết diện khung

Ta cần xác định hai loại tổ hợp : Tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp

cơ bản 2

Tại mỗi tiết diện ta cần tìm ba cặp nội lực như sau :

-  max

M và Nt.ứ

-  max

M và Nt.ứ

- Nmax và Mt.ứ

Tổ hợp cơ bản loại 1 : Tỉnh tải + 1 hoạt tải

Tổ hợp cơ bản loại 2 : Tỉnh tải + ít nhất hai hoạt tải

Ta có bảng tổ hợp nội lực sau :

TIẾT DIỆN

B DIỆN CTIẾT T TIẾT

DIỆN CD TIẾT DIỆN A

)

17,1

1,41

79,63

(Mcc)

1./Chiều dài tính toán cúa cột trong mặt phẳng khung :

Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực tính toán :

_ Tiết diện cột trên : M=-56,08 t.m , N=37,28 t

_ Tiết diện cột dưới : M=-42,14 t , N=140,08 t

Cột dưới: l1x = 1  Hd

Cột trên : l2x = 2  Ht

Đối với khung một nhịp cột liên kết cứng với dàn ngang thì 1

lấy theo theo giá trị ghi trong bảng II.6b phụ lục II

28 , 37

08 , 140 2

1



N N

= 3,76

C1 = 59,,357  3,776 = 0,75

K = 71 59,35,7

J

J 1

2 1

i

= 0,26 Từ k và c1 tra bảng (có nội suy ) ta được 1 = 1,94

II./Thiết kế tiết diện cột :

1./Xác định cặp nội lực tính toán cho cột :

Đó là cặp nội lực nguy hiểm cho tiết diện cột dựa vào bảng tổ hợp nội lực

+Với đoạn cột trên có tiết diện đối xứng : chọn cặp có giá trịtuyệt đối mômen lớn nhất

+ Mmax = -56,08 [T.m]

+ N = 37,28 [T]

+Với đoạn cột dưới có tiết diện không đối xứng có hai cặp nội lực nguy hiểm cho từng nhánh đó là: (nhánh trong và nhánh ngoài)

[T.m]

78,25 min

N M

[T.m]

18 , 109 max

N M

2./Thiết kế tiết diện cột trên đặc :

Chọn tiết diện cột có hình dạng chữ I đối xứng ,được ghép từ 3 bản thép với chiều cao tiết diện đã chọn h = ht =

500mm

a./Chọn tiết diện :

Độ lệch tâm :

ex = 3756,,2808 = 1,5 [m]

Sơ bộ chọn   1 , 25(hệ số ảnh hưởng hình dạng)

Diện tích cần thiết của tiết diện cột :

4 , 139 ) 5 , 0 / 5 , 1 2 , 2 25 , 1 (

2100

37280 )

/ 3 , 2 25 , 1

1

 ;không được lớn hơn 6 mm ; và b c .h t

30

1 20

Chọn chiều dày bản cánh : c = 14mm ;

Chiều rộng bản cánh bc = 380mm ;

Diện tích vừa chọn là :

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện :

Jx = 24 , 3 1 , 4 38 ]

12

4 , 1 38 [ 2 12

2 , 47 8 ,

38 1,4 2 12 12

 

 

2794,24

16 , 144 150

 7,74[cm]

Ta có  x = 1,85 < 5 ; 5 < m = 7,08 < 20

Tra bảng II.4 phụ lục II ta được :

 = 1,4 - 0,02 x = 1,4 - 1,850,02 = 1,36

Độ lệch tâm tính đổi :

m1 = m = 1,367,74 = 10,53< 20 nên cột không cần kiểm tra bền

* Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

Với  x = 1,85 và m1 = 10,53 tra bảng II.2 phụ lục II

tt = 0,126Điều kiện ổn định :

Vậy cột ổn định trong mặt phẳng uốn

*Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

Ta có : MB = -56,08 [T.m] Tính mômen ở đầu cột đối diện ứng với trường hợp tải trọng đã chọn

56 



= -38,05 [T.m] M’ = max(M,MB/2,MC/2) = -38,05 [T.m]

Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung :

= 1604 [kG/cm2]

 =1604 [kG/cm2] < R = 2100 [kG/cm2]Vậy cột trên thoả mãn điều kiện ổn định ngoài mặt phẳngkhung

*Kiểm tra ổn định cục bộ :

+Với bản cánh của cột (theo bảng 3.3)

2100

2,1.10 1,46)

0,1 (0,36 )

0,1 (0,36

0,8 - 38 2

b c

Vậy bản cánh cột đủ ổn định cục bộ

+Với bản bụng của cột : vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn [ho/c] được xác định theo bảng 3.4

Ứng với m = 7,74 và  = 1,85 ta có :

= (0,9 + 0,5.)

R

E = 57,7Tiết diện đã chọn có :

0,8

47,2 

b o

h

 = 59 > 57,7Vậy bản bụng không thoả mãn điều kiện ổn định cục bộVậy ta phải chọn lai kích thước của bản bụng :

Chọn b = 10mm ; tính các đặc trưng hình học của tiết diện và kiểm tra lại tiết diện vừa chọn

x

x

yy

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện :

F= Fb + 2Fc = 153,4[cm2] =A

Jx = 24 , 3 1 , 4 38 ]

12

4 , 1 38 [ 2 12

 

b o

h

 = 47 > 58,2 Vậy thoả mãn  471

b o

3./Thiết kế tiết diện cột dưới rỗng :

a./Chọn hình thức cột rỗng dùng hệ bụng thanh

[T.m]

78,25 min

N M

[T.m]

18 , 109 max

N M

Sơ bộ chọn khoảng cách giữa hai trục nhánh C = bd = 1000mm

22 , 129

M N

T

1

18 , 109 2

02 , 136

M N

T

Giả thiết độ mảnh của các nhánh  = 70(  = 0,782)

Diện tích yêu cầu của từng nhánh là :

Fy/c1 = 0,782142,86.102100 1

3 1

177,19.10

3 2

b = ) H d

30

1 20

1 (   và chọn b = 360 mm

*./Nhánh 1 : Dùng tiết diện chữ I được tổ hợp từ 3 bản

thép có kích thước như hình vẽ :

y y

Diện tích là Fnh1 = 2281,4 + 136 = 114,4 [cm2]

Các đặc trưng tính toán của nhánh 1 là :

Jx1 = 2

12 12

3 3

b b c

28 4 ,

5 , 31316

*./Nhánh 2 : Dùng tiết diện tổ hợp từ thép bản 362 và 2

thép góc đều cạnh L12512 :Fnh2 = 362 + 228,9 = 129,8 cm2

Tính khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm tiết diện nhánh mái

8 , 129

) 53 , 3 2 ( 9 , 28 2 1 ) 2 36 ( 0

F

z F

Zo =30,2 [mm]