Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục
Đồ án kết cấu thép SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp có cầu trục Các số liệu thiết kế: - Nhịp khung: L = 20 m - Bước khung: B = m; toàn nhà dài 15B = 105 m - Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc xưởng chiếc, chế độ làm việc trung bình - Cao trình đỉnh ray: H1 = m - Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m - Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB + Dạng địa hình xây dựng công trình: B - Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 3÷5mm) tương đương Bê tông móng cấp độ bền B20 - Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m phía dưới, quây tôn phía Nhiệm vụ thiết kế - Thuyết minh tính toán: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt 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 trường hợp tải trọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho tiết diện đặc trưng cột xà mái + Thiết kế khung ngang gồm cột xà Tính chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà - Bản vẽ thể hiện: 01 vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang + Hệ giằng mái, giằng cột + Cột khung, mặt cắt chi tiết thân cột + Xà, mặt cắt chi tiết xà + Bảng thống kê vật liệu, ghi dẫn cần thiết Đồ án kết cấu thép TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 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 khung ngang chịu tải trọng thân tải trọng gió chủ yếu, nên thông thường nội lực xà ngang vị trí nách khung thường lớn nhiều nội lực vị trí nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà Tiết diện lại lấy không đổi Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ chọn chiều cao cửa mái 1,5m chiều rộng cửa mái 3m q A B Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang 1.1 Kích thước theo phương đứng - Chiều cao cột dưới: Hd H d = H1 − ( h dct + h r ) + h ch Trong đó: H1 = m cao trình đỉnh ray Đồ án kết cấu thép hdct = 0,6 m chiều cao dầm cầu trục hr = 0,15 m chiều cao ray hch = m chiều sâu chôn chân cột Hd = – (0,6 + 0,15) + = 9,25 (m) - Chiều cao cột trên: Htr H tr = ( h dct + h r ) + K1 + 0,5 Trong đó: K1 = 1,09 m khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao xe Giá trị tra catalo cầu trục 0,5 m khoảng cách an toàn từ điểm cao xe đến xà ngang Htr = (0,6 + 0,15) + 1,09 + 0,5 = 2,34 (m) - Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,25+2,34 = 11,59 (m) 1.2 Kích thước theo phương ngang - Nhịp nhà (lấy theo trục định vị mép cột) là: L = 20m Lấy gần nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép cột: Zmin = 180 mm - Sơ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ theo điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện: h = (1/10 ÷ 1/15)H, bề rộng b = (0,3÷0,5)h b = (1/20 ÷1/30)H - Chiều dày bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw mỏng: tw > 6mm - Chiều dày cánh tf chọn khoảng (1/28 ÷ 1/35)b Chọn sơ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 26 cm + Chiều dày bụng: tw = 1,0 cm + Chiều dày cánh: tf = 1,4 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép cột: Z = (L − 2.h − S) Trong đó: Đồ án kết cấu thép L: nhịp nhà h: chiều cao tiết diện cột S: nhịp cầu trục Z = 0,5*(20 – 2*0,6 – 18) = 0,4 (m) Z = 0,4m ≥ Zmin = 0,18m Thỏa mãn điều kiện an toàn b Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ theo điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện nách khung: h = L ; bề rộng b = (0,2 ÷ 0,5)h1 b ≥ 180mm, 40 thường lấy bề rộng cánh dầm bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b - Chiều dày bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw mỏng: tw > 6mm - Chiều dày cánh tf = b 30 Chọn sơ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà nách khung: h1 = 60 cm + Chiều cao tiết diện xà đỉnh khung: h2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 26 cm + Chiều dày bụng xà: tw = 0,8 cm + Chiều dày cánh xà: tf = 1,0 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột đoạn ( = 0,35 ÷ 0,4 chiều dài nửa xà) Ltđ = 4m c Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung áp lực đứng cầu trục trọng lượng thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm hoạt tải cầu trục) nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột) Sơ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm + Chiều dày bụng vai cột: tw = 0,8 cm + Chiều dày cánh vai cột: tf = 1,0 cm 1.3 Hệ giằng Đồ án kết cấu thép Hệ giằng phận kết cấu liên kết 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 gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: dàn, cột Hệ giằng góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằng cột (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) hệ giằng cột (từ mặt đến mặt dầm vai) Do cột nhà cao nên phải chia đôi dùng thêm chống phụ Hệ giằng cột bố trí khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2) Sức trục Q =12,5 tấn, giằng thép tròn φ20 Trên tiết diện ngang cột, giằng cột đặt vào tiết diện Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện giằng φ20, bố trí hai gian đầu nhà chỗ có hệ giằng cột Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía (để giữ ổn định cho xà chịu tải bình thường – cánh xà chịu nén); khung chịu tải gió, cánh xà chịu nén nên phải gia cường giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ) Tiết diện chống không nhỏ L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm §ØNH RAY 10 11 12 13 14 15 16 13 14 15 16 Hình 1.2 Sơ đồ hệ giằng cột b a 10 11 12 Hình 1.3 Sơ đồ hệ giằng mái Đồ án kết cấu thép Hình 1.4 Chi tiết chống xà gồ Đồ án kết cấu thép 2 Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1 Tải trọng thường xuyên - Tải trọng mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt mái - Hệ số độ tin cậy tải trọng thường xuyên ng = 1,1 - Tải trọng thường xuyên phân bố xà mái: qtc = gtc B = 15 = 105 daN/m qtt = ng gtc B = 1,1 15 = 115,5 daN/m - Tải trọng thân dầm cầu trục: Gdct = α dct L dct = 30 72 = 1470 daN - Tải trọng thân dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) 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 (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) Tôn lợp mái 1,1 8,8 61,6 Xà gồ 1,1 7,7 53,9 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung 115,5 - Sơ đồ tải trọng thường xuyên thể hình vẽ minh họa 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn 30 daN/m mặt nhà hoạt tải sửa chữa mái phân bố xà mái xác định sau: ptc = 30 B ptt = np 30 B - Khi qui tải trọng phân bố theo xà giá trị tải trọng nhân với cosα Bảng 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái 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) Sửa chữa mái 30 1,3 39 273,0 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung 268,9 - Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái thể hình vẽ minh họa Đồ án kết cấu thép 2.3 Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 q = n W0 k C B (daN/m) Trong đó: q: áp lực gió phân bố mét dài khung W0: áp lực gió tiêu chuẩn, gió vùng II có W0 = 95 daN/m2 n = 1,2: hệ số độ tin cậy tải trọng gió k: hệ số phụ thuộc vào độ cao C: hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu B: bước khung a, Trường hợp gió thổi ngang nhà: Hình 2.1 Mặt khung chịu gió a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà - Xác định hệ số khí động Ce: Hình 2.2 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Đồ án kết cấu thép Kích thước sơ đồ: + Nhịp: L = 20m + Chiều cao: H1 = 10,59 m hm1 = 1,9 m hm2 = 1,5 m hm3 = 0,3 m Tra theo sơ đồ tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 giá trị Ce Ce1 = - 0,8 Ce2 = -0,44 Ce3 = -0,53 Ce4 = -0,51 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình chiều cao công trình Công trình khu vực thuộc dạng địa hình B Chiều cao cột 10,59m lấy gần hệ số k =1 giá trị tải trọng gió phân bố thân cột k = 1,038 (ứng với độ cao trung bình mái Htb = 12,4m) giá trị tải trọng gió phân bố mái Bảng 2.3 Tải trọng gió theo phương ngang nhà Tải trọng Hệ số Hệ số Hệ số Bước Tổng tải t.chuẩn k c vượt tải khung trọng (daN/m2) (m) (daN/m) Cột đón gió 95 0,80 1,2 638,4 Mái đón gió 95 1,038 -0,51 1,2 -422,4 Cột cửa mái đón gió 95 1,038 0,70 1,2 579,8 Cửa mái đón gió 95 1,038 -0,80 1,2 -662,7 Cửa mái hút gió 95 1,038 -0,44 1,2 -364,5 Cột cửa mái hút gió 95 1,038 -0,60 1,2 -497,0 Mái hút gió 95 1,038 -0,50 1,2 -414,2 Cột hút gió 95 -0,53 1,2 -422,9 * Dấu âm nghĩa tải trọng gió hướng khung STT Loại tải b, Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động hai mặt mái có giá trị -0,7; hệ số khí động cột giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) H/ΣB Công trình có L/ΣB H 11590 278 300 (Không đạt) Nhận thấy chuyển vị ngang đỉnh cột vượt 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 từ h = 600mm lên 700mm, chiều dày cánh bụng giữ nguyên Đặc trưng hình học tiết diện cột lớn 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: ∆ = 38,14 mm ⇒ V 38,14 1 = = < (Thoả mãn) H 11590 303 300 b, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục: ∆ = 10,6 mm ⇒ V 10, 1 = = < (Thoả mãn) H 11590 1093 300 c, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió tải trọng cầu trục: ∆ = 30 mm ⇒ V 30 1 = = < H 11590 386 300 (Thoả mãn) Hình 5.4 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng gió (Tiết diện cột I600) 36 Đồ án kết cấu thép 37 Đồ án kết cấu thép Hình 5.5 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I600) Hình 5.6 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I600) 38 Đồ án kết cấu thép Hình 5.7 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng gió (Tiết diện cột I700) Hình 5.8 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I700) 39 Đồ án kết cấu thép Hình 5.9 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I700) Tính chi tiết 6.1 Chân cột ngàm với móng n Hình 6.1 Chi tiết chân cột 40 Đồ án kết cấu thép * Tính đế: - Chọn chiều dài đế: L = hc + 2.100 = 700 + 2.100 = 900 mm N 6.M - Chiều rộng đế: B = ψ.R L + ψ.R L2 b,loc b,loc Trong đó: Rb,loc - cường độ chịu nén tính toán cục bê tông móng: Rb,loc = α.ϕb.Rb đây: α- hệ số phụ thuộc vào cấp bê tông: α = bê tông có cấp thấp B25; ϕb = Am ≤ 1,5 ; (Am diện tích mặt móng) Tạm lấy ϕb =1,2 A bd Rb,loc = α.ϕb.Rb = 1.1,3.115 = 138 daN/cm2 Ψ - Hệ số phụ thuộc đặc điểm phân bố tải trọng; phân bố không Ψ = 0,75 ⇒ B= 20000 6.4400000 + = 27, (cm) chọn B = 40 cm 0, 75.138.90 0, 75.138.902 - Ứng suất đế: σ max = N 6.M + = 87 daN/cm2 ; B.L B.L2 σ = N 6.M − = −76 daN/cm2 B.L B.L2 Như ứng suất đế có hai thành phần ứng suất nén và ứng suất kéo Từ phương trình đồng dạng biến dạng bu lông biến dạng bê tông móng có: ε bl L − y − c = ; với c – khoảng cách từ tâm bu lông tới mép đế εb y εbl εb biến dạng bu lông bê tông (khi đế biến dạng): ε bl = R b,loc f ba , εb = Eb E Chiều dài vùng ứng suất nén đế y= n.ψ.R b,loc (L − c) f ba + n.R b,loc = 7, 78.0, 75.138.(90 − 12) = 21 (cm) 1920 + 7, 78.138 - Chiều dày đế: Mômen uốn đế: Mψ.R b = x2 b,loc ψ.R − b,loc x3 ; Với x = 0,5.(L-0,95.h) = 11,35 6.y 41 Đồ án kết cấu thép ⇒ M b = 0, 75.138 11,352 11,353 − 0, 75.138 = 5465 (daN.cm/cm) 6.21 Chiều dày đế: t bđ = 6.M max 6.5465 = = 3,95 (cm) Chọn tbđ = 4,0 cm f γc 2100 * Tính sườn: Sườn làm việc công sôn ngàm bụng cánh cột, chịu lực tác dụng phản lực đế Nhịp sườn: L s = 10 cm; áp lực phân bố theo chiều dài sườn: q = σ.B = 87.40 = 3480 (daN/cm) q.L2s 3480.102 = = 174000 (daN.cm) Mômen uốn: M = 2 Lực cắt: V = q.Ls = 3480.10 = 34800 (daN) Chiều cao sườn: h s = 34800 + = 14,8 (cm) Chọn hs = 15 cm 2.1260.1 Chiều dày sườn: t s = 6.M 6.174000 = = 0,98 (cm) Chọn ts = 10mm h f γc 15 2100 * Tính bulông: Lực tính bu lông neo: N = 150 daN; M = 44500 daNm Hợp lực biểu đồ ứng suất nén: R = 0,5.40.22,7.0,75.138 = 46989 daN Lực kéo bu lông: T = 46989 - 150 = 46839 daN Diện tích bu lông yêu cầu: Abl = 46839 :1920 = 24,39 cm2 Chọn bu lông đường kính Φ36 (Abl = 4.8,2 = 32,8 cm2 > 24,39 cm2) Bố trí chân cột hình 6.1 6.2 Tính vai cột * Lựa chọn tiết diện dầm vai: - Mô men uốn lực cắt tiết diện ngàm: M = (Dmax + Gdct).e ; M = (220,3+15).30 = 7059 kN.cm V = (Dmax + Gdct ) ; V = 220,3+15 = kN - Sơ chọn tf = 10mm, tính chiều dày cần thiết bụng dầm vai: tw ≥ D max + G dct 23530 = = 0, 243 cm ; chọn tw = mm (b + 2.t f ).f c γ c (26 + 2.1).3460.1 dct f 42 Đồ án kết cấu thép - Chọn chiều cao dầm vai điểm đặt D max: h=30 cm Chọn góc nghiêng cánh với phương ngang α=200 chiều cao dầm vai tiết diện ngàm: h dv= 30+ 30.tg200 = 41 cm Chọn hdv = 42 cm > e=30 cm - Diện tích yêu cầu cánh: M t h A fyc = − w dv f.γc h dv 705900 0, 6.42 − = 7,58 cm2 ÷= 2100.1.42 - Chọn cánh dầm vai: bf x tf = 26.0,8 cm; Af = 20,8 cm2 > 7,58 cm2 a a a-a a Hình 6.2 Vai cột * Kiểm tra tiết diện vừa chọn: (bỏ qua trọng lượng thân dầm vai): - Tiết diện ngàm Bảng 6.1 Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai ngàm Jx (cm4) 26124 Wx (cm3) 1244 Jy (cm4) 2931 Wy (cm3) 225 A (cm2) 84 S (cm3) 693 σ= 705900 = 568 daN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 1244 τ= 23530.693 = 780, daN/cm2 < 1200.1 daN/cm2 26124.0,8 S1 (cm3) 533 - Kiểm tra ứng suất tương đương: σ1 = 568 23530.533 40 = 600 daN/cm2; = 541 daN/cm2 ; τ = 26124.0,8 42 43 Đồ án kết cấu thép σ tđ = 5412 + 3.6002 = 1171, daN/cm2 < 1,15.2100.1=2415 daN/cm2 - Kiểm tra ứng suất tiếp tiết diện bé: Bảng 6.2 Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai vị trí dầm cầu trục Jx (cm4) 12401 τ= Wx (cm3) 827 Jy (cm4) 2931 Wy (cm3) 225 A (cm2) 74 S (cm3) 455 S1 (cm3) 377 23530.455 = 1079, daN/cm2 < 1200.1 daN/cm2 12401.0,8 - Kiểm tra ổn định cục bộ: + Bản cánh: bf 26 2,1.106 = = 26 < = 31, ; cánh ổn định cục t f 1, 2100 + Bản bụng: h w 40 2,1.106 = = 50 < 2, = 69, ; bụng ổn định t w 0,8 2100 - Chiều cao đường hàn cánh – bụng hf ≥ 23530.377 = 0, 284 cm Chọn hf = 5mm 2.1260.12401.1 * Tính liên kết hàn dầm vai cánh cột - Chọn chiều cao đường hàn hf = mm - Chiều dài tính toán đường hàn theo hình 6.2, ta có: A w = 2.0, 7.0,5.(25 + 20 + 38) = 58,1 cm2; 0,5.383 Ι w = 2.0, 7.(25.0,5.21, + 20.0,5.19,8 + ) = 16554, cm4; 12 16554, Ww = = 780,9 cm3; 21, 2 2 705900 23530 τ hl = + = 991 daN/cm2 < 1800.1 daN/cm2 ÷ ÷ 780,9 58,1 * Kiểm tra ứng suất tương đương bụng cột: Trong bụng cột, chỗ liên kết với cánh dầm vai, chịu thêm lực ngang (do mô men dầm vai chia thành lực H = M dv/hdv) nên xuất trạng thái ứng suất phức tạp Do phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau: σ tđ = σ + 3.τ ≤ 1,15.f γ c đây: σ = M N (V + H) + ; τ= ; M, N, V - nội lực cột vị trí chân cột Wcot A cot Ab trên; Wcot – mô men chống uốn tiết diện cột; Acot, Ab- diện tích tiết diện cột bụng cột 44 Đồ án kết cấu thép Lực ngang dầm vai tác dụng vào cột: 705900 = 16807, daN; 42 1607900 300 6238 + 16807, + = 619 daN/cm2 ; τ = = 177,3 daN/cm2; ⇒σ = 2604 130 130 H= σ tđ = 6192 + 3.177,32 = 691, 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 ; t s ≥ = 0, 43 2,1.10 2, 2,1.106 Chọn ts = 0,8 cm - Gia cường cho bụng cột: Chiều cao hs = 67,2 cm; bề rộng bs = 12 cm; Chiều dày t s ≥ 2.12 2100 67, 2100 = 0, 76 ; t s ≥ = 0, 66 2,1.10 3, 2,1.106 Chiều dày ts= 0,8 cm 6.3 Chi tiết liên kết xà với cột n Hình 6.3 Chi tiết liên kết xà với cột 45 Đồ án kết cấu thép Nội lực đỉnh cột: M = 18700 daN.m N = 4700 daN V = 3100 daN Tính toán liên kết theo Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC * Tính bu lông: - Phương trình hình chiếu lực lên phương đứng: σ n A f + t w y.σn 1.y.σn − N n − 3.Z = ⇒ 34, 6.σn + − 47 − 3.Z = 2 Rút gọn: 34, 6.σn + 0,5.σn y − 3.Z = 47 (1) - Phương trình cân mô men với trọng tâm vùng ứng suất nén: y p 3.Z h − tσf +.A ÷ − + 2 n y tw M + f N 3 ÷= − n hw y − ÷ 3 y 10 y 1, 70 y 3.Z 70 − 1 + ÷− + 34, 6.σn + ÷ = 18700 − 47. − ÷ 3 3 3 Rút gọn phương trình: Z.(192 − y) + 11,54.σn y + 24, 22.σn = 17055 + 15, 67.y (2) - Phương trình biến dạng: ε bl C Z σ (65 − y) = = n ⇒ ; εn y 2.A bl E E y đó: 70 cm khoảng cách từ hàng bu lông thứ đến hàng bu lông phía cánh chịu nén Chọn bu lông đường kính φ20 loại 6.6 có: Diện tích thực bu lông A bn = 2,45 cm ; diện tích nguyên bu lông A bl= 3,14 cm2; cường độ tính toán chịu kéo bu lông ftb = 2500 daN/cm2 ⇒ Z = 409,5 σn − 6,3.σn y (3) - Thay (3) vào (1) (4) 0,5.σn y2 + 53,5.σn y − 1228, 5.σn = 47.y ⇒ σ n = 47.y 0,5.y + 53,5.y − 1228,5 (4) - Thay (3) vào (2): 46 Đồ án kết cấu thép (409,5 σn − 6,3.σn ).(192 − y) + 11,54.σn y + 24, 22.σn = 17055 + 15, 67.y y - Sau biến đổi rút gọn (5) 15, 67.y + 17055.y σn = 17,84.y − 1594,88.y + 17624 (5) - Cân (4) (5) có phương trình bậc với y: 7,835.y3 + 8527, 4.y + 968151,3.y − 29235348,5 = (6) - Dễ dàng giải (6) y = 24,7 cm Do ứng suất nén cánh: σn = 47.24, = 2,92 kN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 0,5.24, + 53,5.24, − 1228,5 - Lực kéo hàng bu lông thứ hai: Z = 409,5 σn 2,92 − 6,3.σn ⇒ Z2 = Z = 409,5 − 6,3.2,92 = 30 kN y 24, - Lực kéo lớn hàng bu lông cùng: Z1 = 30 (80 − 24, 7) = 36, kN; bu lông chịu 18,3 kN (70 − 24, 7) Z1 < [N]tb γc = 61,25 kN - Lực kéo hàng bu lông thứ ba: Z3 = 2.Z − Z1 = 2.15 − 18,3 = 11, kN - Kiểm tra bu lông chịu cắt: Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 3100 = 259 daN 12 Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3,14.0,9.2300 = 6499 daN > 259 daN * Tính bích: Lực bu lông hàng phân phối cho cánh, bụng cột (hoặc sườn gia cường) Gọi L1, L2 khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bụng (hoặc sườn) đến trục cánh cột lực bụng (P 1) cánh cột (P2) lực kéo bu lông là: P1 = Z L 1+ ÷ L2 P2 = Z L 1+ ÷ L1 - Phân phối Z1 cho sườn cánh: 47 Đồ án kết cấu thép 18,3 + Cho sườn: = 5, 6, 1+ ÷ 18,3 + Cho cánh: kN = 12,9 1+ ÷ 6, kN - Phân phối Z2 cho bụng cánh cột: 15 + Cho cánh: 3, 1+ ÷ 6, 15 + Cho bụng: 6, 1+ ÷ 3, = 12,98 = 2, 02 kN kN - Vì bu lông hàng thứ ba tương đối xa cánh nên coi toàn lực bu lông phân cho bụng, 11,7 kN - Tính mô men uốn bích: + Do tải truyền vào cánh: M= 12,9.(5, − 0, 25.2) = 33,54 kN.cm M = 12,98.(4,3 − 0, 25.2) = 24, 67 kN.cm Chiều dày bích: t bb = 6.3354 = 0,85 cm 13.2100.1 - Do tải truyền vào sườn: M= t bb = 5, 4.(7 − 0, 25.2) = 16, 74 kN.cm 6.1674 = 0, cm 9.2100.1 - Do tải truyền vào bụng: M= 11, 7.(7 − 0, 25.2) = 38,1 kN.cm t bb = 6.3810 = 1, 04 cm 10.2100.1 - Dùng bích có chiều dày tbb =1,6 cm 48 Đồ án kết cấu thép * Kiểm tra ứng suất phận lực kéo bu lông truyền vào: - Bản sườn: σ = - Bản cánh: σ= - Bản bụng: σ = 2.5400 = 2000 daN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 9.0, 1290 + 1298 = 142 daN/cm2 13.1, 2.202 2.1170 = 47 daN/cm2 σ = = 234 daN/cm2 (3, + 5).1 10.1 6.3 Chi tiết nối xà n Hình 6.3 Chi tiết nối xà Cấu tạo tính toán tương tự liên kết xà với cột Chi tiết thể vẽ 49 [...]... Hỡnh 4.1 S khung ngang 16 ỏn kt cu thộp 2 Hỡnh 4.2 Hỡnh dng tit din khung v v trớ tit din tớnh toỏn b, S cht ti trng Hỡnh 4.3 S tnh ti tỏc dng lờn khung Hỡnh 4.4 S hot ti sa cha mỏi tỏc dng lờn na trỏi khung 17 ỏn kt cu thộp 2 Hỡnh 4.5 S hot ti sa cha mỏi tỏc dng lờn na phi khung Hỡnh 4.6 S ỏp lc ng ln nht ca cu trc tỏc dng lờn ct trỏi 18 ỏn kt cu thộp 2 Hỡnh 4.7 S ỏp lc hóm ngang ca cu trc... kN/m, nhp 7000 mm v theo s cú mt thanh cng gia, tra bng S200 s c s hiu x g Z20024 (xem ph lc 3- sỏch Thit k khung thộp nh cụng nghip) 15 ỏn kt cu thộp 2 4 Tớnh ni lc khung: 4.1 Mụ hỡnh húa kt cu khung trong phn mm Sap2000 a, S kt cu - Tớnh toỏn kt cu khung theo s khung phng - Trc tớnh toỏn khung ly qua trng tõm tit din; trc dm ly qua trng tõm phn khụng i - Liờn kt gia ct vi múng l liờn kt ngm, liờn... Dmax Dmin p p n 1,1 1,1 nc 0,85 0,85 p Tng (daN) 22034 5162 p Hỡnh 2.4 ng nh hng phn lc gi b, p lc ngang( lc hóm ngang) : Khi xe con hóm, phỏt sinh lc quỏn tớnh tỏc dng ngang nh theo phng chuyn ng: ti cỏc bỏnh xe ca cu trc xut hin lc ngang tiờu chun T1c , cỏc lc ny cng di ng nh lc thng ng P v do ú s gõy lc ngang tp trung T cho ct Cỏch tớnh giỏ tr T cng xp bỏnh xe trờn .a.h Lc T truyn lờn ct qua dm hóm... do tnh ti tỏc dng lờn khung Hỡnh 4.11 Biu mụmen do hot ti sa cha mỏi tỏc dng lờn na trỏi khung 21 ỏn kt cu thộp 2 Hỡnh 4.12 Biu mụmen do hot ti sa cha mỏi tỏc dng lờn na phi khung Hỡnh 4.13 Biu mụmen do ỏp lc ng ln nht ca cu trc tỏc dng lờn ct trỏi 22 ỏn kt cu thộp 2 Hỡnh 4.14 Biu mụmen do ỏp lc hóm ngang ca cu trc tỏc dng lờn ct trỏi Hỡnh 4.15 Biu mụmen do ti trng giú ngang 23 ỏn kt cu thộp... Hỡnh 4.7 S ỏp lc hóm ngang ca cu trc tỏc dng lờn ct trỏi Hỡnh 4.8 S ti trng giú ngang 19 ỏn kt cu thộp 2 Hỡnh 4.9 S ti trng giú dc 4.2 Ni lc v t hp ni lc a, Ni lc: S dng phn mm Sap2000 phõn tớch kt cu khung, cho kt qu l giỏ tr ni lc ca cu kin ct, x theo cỏc trng hp ti trng riờng bit Ly kt qu ni lc ti cỏc tit din c bit ca khung: - Ti ct: tit din chõn ct (ký hiu l tit din A), nh ct (ký hiu l tit din... ti nỏch khung a, Thụng s chung - Ni lc tớnh toỏn: M = 19000 daN.m N = 500 daN V = 3500 daN - Vt liu: Thộp CCT34 F = 2100 daN/cm2 E = 2,1.106 daN/cm2 Hỡnh 5.2 Tit din x ti nỏch khung - Kớch thc hỡnh hc tit din: Bng 5.4 Kớch thc hỡnh hc tit din C.cao TD Cỏnh trờn Bn bng Cỏnh di h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 600 260 10 580 8 260 10 - Chiu di tớnh toỏn x: Trong mt phng khung: lx... (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 600 260 14 572 10 260 14 - Chiu di tớnh toỏn ct: Trong mt phng khung lx : lx=à.H vi h s chiu di tớnh toỏn à ( Bng 5.2), ph thuc vo tham s: GT = b.Ic H.I x Trong ú b, H - chiu di na x, chiu cao ct; c, x mụ men quỏn tớnh ca ct v x (ly tit din cỏch nỳt khung 0,4b) GT = 10.78106 = 1,50 11,59.38590 Bng 5.2 H s à theo GT GT à GT à 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0... E 0,5 = =12, 6 < 0,5 = 15,8 ; tf f tf 10 f (Tho món) d, Kim tra n nh cc b bn bng x hw E h w 320 E 3, 2 = = 40 3, 2 = 101, 2 ; tw f tw 8 f (Tho món) 5.3 Kim tra chuyn v ngang ti cao trỡnh nh ct V 1 H 300 Trong ú: - l chuyn v ngang ln nht ti nh ct do t hp nguy him nht ca ti trng tiờu chun gõy ra v H - l chiu cao ct - Giỏ tr tớnh theo t hp tnh ti vi ti trng giú: = 53,0 mm V 53, 0 1 1 = = > H 11590... 11590 882 300 (Tho món) - Giỏ tr tớnh theo t hp tnh ti vi ti trng giú v ti trng cu trc: 35 ỏn kt cu thộp 2 = 41,7 mm V 41, 7 1 1 = = > H 11590 278 300 (Khụng t) Nhn thy chuyn v ngang nh ct vt quỏ giỏ tr cho phộp gim chuyn v ngang nh ct, xut phng ỏn: tng tit din ct C th tng chiu cao tit din t h = 600mm lờn 700mm, chiu dy bn cỏnh v bn bng gi nguyờn c trng hỡnh hc tit din ct mi ln hn c trng tit din ct... kt dm cu trc vi ct nờn im t ti cao trỡnh mt dm cu trc (hoc mt dm hóm), cú th hng vo hoc hng ra khi ct T1c = 0, 05.(Q + G xecon ) ; no trong ú: Gxecon trng lng xe con T = n.n c .T1c yi Bng 2.6 Lc hóm ngang STT 1 Loi ti T yi 2,906 n 1,1 nc 0,85 Tng (daN) 904 11 ỏn kt cu thộp 2 3 Thit k x g: 3.1 Thit k x g dựng thộp cỏn núng - Dựng x g bng thộp hỡnh dng tit din U S ging x g: Hỡnh 3.1 X g v s ging ... TNH TON THIT K S kt cu khung ngang Khung ngang gm ct c, x ngang tit din ch I Ct cú tit din khụng i liờn kt ngm vi múng, liờn kt cng vi x Theo yờu cu cu to thoỏt nc, chn x ngang cú dc vi gúc dc... Thit k khung thộp nh cụng nghip) 15 ỏn kt cu thộp Tớnh ni lc khung: 4.1 Mụ hỡnh húa kt cu khung phn mm Sap2000 a, S kt cu - Tớnh toỏn kt cu khung theo s khung phng - Trc tớnh toỏn khung ly... kt cu B: l bc khung a, Trng hp giú thi ngang nh: Hỡnh 2.1 Mt bng khung chu giú a) giú ngang nh; b) giú dc nh - Xỏc nh h s khớ ng Ce: Hỡnh 2.2 S tra h s khớ ng Ce, trng hp giú thi ngang nh ỏn