do an ket cau thep 2

huong dan lam do an thep 2 don gian de hieu cho cac ban sinh vien moi lam............................................................................................................................................................................................................................................................................................

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

§å ¸n kÕt cÊu thÐp 2

SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục Các số liệu thiết kế:

- Nhịp khung: L = 33 m

- Bước khung: B = 8.0 m; Chiều dài nhà: 15B = 120 m

- Sức trục: Q = 16 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình

- Cao trình đỉnh ray: H1 = 10m

- Tải trọng gió: + Vùng gió: IA

+ Dạng địa hình xây dựng công trình: C

- Chiều cao dầm cầu trục: Hdct = 0,7 m; Chiều cao ray: Hr = 0,15 m

- Nhịp cửa trời: L ct =3( )m ; Chiều cao cửa trời: H ct =1,5( )m .

- Mái lợp tôn múi dày: 0,48 mm

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, chiều cao cửa

Sơ đồ khung ngang

1.1 Kích thước theo phương đứng :

- Chiều cao cột dưới:

H d =H1−(h dct+h r)

Trong đó:

H1 = 10 m là cao trình đỉnh ray

hdct = 0,7 m là chiều cao dầm cầu trục

hr = 0,15 m là chiều cao ray

- Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,15 + 2,3 = 11,5 (m)

1.2 Kích thước theo phương ngang:

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 2

b Tiết diện xà mái:

Tiết diện nách khung Tiết diện đỉnh khung

Tiết diện xà mái

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 và trọng lượng bản thân dầm, 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):

+ Chiều cao tiết diện vai cột: h v =500(mm)

+ Bề rộng tiết diện vai cột: b v = =b 350(mm)

+ Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 10 (mm)

+ Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 12 (mm)

d Độ dốc thoát nước mái , chiều cao mái :

- Độ dốc thoát nước mái: Mái lợp tôn,độ dốc chọn là i ≥ 0,12 Chọn i = 0,17

Chọn i= tgα = 0,17, có góc nghiêng của cửa mái là α = 10°

d Kết cấu cửa mái (cửa trời)

Sử dụng thép dập C14a

1.3 Hệ giằng

Hệ giằng là bộ phận rất quan trọng của kết cấu nhà, chúng có các tác dụng:

- 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

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 4

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

- Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu, thanh dàn, cột

- 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 mái: Cầu trục có sức trục Q = 16 T, thanh giằng làm từ thép tròn φ ≥20( )mm

Hệ giằng mái bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột

Hệ giằng cột: Chiều cao cột H = 11.5 (m) > 9 (m), bố trí hai lớp giằng cột

: hoạt tải sửa chữa mái.

d = 1,5 (m): khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang

xago

daN g

cos10

daN q

- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y:

c x

c y

- Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:

gió

daN q

- Sử dụng một thanh giằng φ20 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ Mômen lớn nhất theo

x y

- Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp: Cần kiểm tra độ võng của

xà gồ tại điểm giữa nhịp: ∆x = 0, ∆y lớn nhất

3 6

0,1174.650

0.00016662954.2,1.10 31, 2

x B

3 6

3,1.0,6656.650

0.0023384.2,1.10 304

y B

Từ giá trị tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) q gio =29, 40daN m/ , nhịp

6500mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, ta chọn xà gồ 15015 C

3 Xác định tải trọng tác dụng lên khung:

3.1 Tải trọng thường xuyên:

a Tĩnh tải mái:

- Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên n = 1,1

(g g g )B

g c = 1c + 2c+ 3c Trong đó : g1c−là trọng lượng tôn lợp trên 1 m2mái: 

- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục: Gdct = αdct.L2dct = 30 6,52 = 1267,5 daN

- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm)

Sơ đồ tĩnh tải tác dụng trên khung

3.2 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/m2 mặt bằng nhà Do đó hoạt tải sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau:

Wo: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IA có Wo = 55 daN/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

Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ:

+ Nhịp: L = 33m

+ Chiều cao: H = 12,5(m)

( )1

33 3

o ct

3 10 0, 26

ct m

Bảng tải trọng gió theo phương ngang nhà

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

b Trường hợp gió thổi dọc nhà:

- Xác định hệ số khí động Ce: Hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng

16, 64

0,504 0,5 33

e

h L

Bảng tải trọng gió theo phương dọc nhà

2 Mái 55 0,7417 -0.7 1.2 6,5 -222,73

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.

3.4 Hoạt tải cầu trục:

a Áp lực đứng:

- Thông số cầu trục: Cầu trục 2 dầm kiểu ZLK; Sức trục: Q = 6,3 tấn GM 2063 H6

FEM 1Am; Nhịp cầu trục: S = 32m

Tra trong catalo cầu trục có:

+ Bề rộng cầu trục: Bct =2.LK=2.2965= 5930 mm

+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 5100 mm

+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: max ax

c m

P =R = 75,1KN

+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bá nh xe: c =

min min

+ Trọng lượng xe con của cầu trục: Gxecon = 7,8 KN

+ Số lượng bánh xe 1 bên cầu trục: n0= 2

- Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột:

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bãnh xe cầu trục lên ray:

1

o

0,05.(Q G )T

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

4 Sơ đồ khung ngang và các trường hợp tải trọng:

Sơ đồ khung ngang

Hình dạng tiết diện khung

Sơ đồ tĩnh tải tác dụng trên khung.

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 18

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng trên nửa trái khung.

Sơ đồ áp lực đứng cầu trục lớn nhất tác dụng trên cột trái.

Sơ đồ lực hãm ngang cầu trục tác dụng trên cột trái.

Sơ đồ tải trọng gió ngang nhà

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 20

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

Sơ đồ tải trọng gió dọc nhà.

Tĩnh tải mái

M

NHoạt tải sửa chữa mái trái

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 22

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

M

V

N Gió thổi ngang nhà

M

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 24

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

V

N Gió dọc nhà

V

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 26

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

N Áp lực đứng cầu trục

M

N Lực hãm ngang cầu trục

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 28

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

M

V

SVTH: CAO NGỌC TÂN – MSSV:509111047 30

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

5 Kiểm tra tiết diện cột, xà:

5.1 Kiểm tra tiết diện cột:

- Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.1 Kích thước hình học tiết diện

h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)

- Chiều dài tính toán cột:

Trong mặt phẳng khung lx :

lx=µ.H với hệ số chiều dài tính toán µ ( Bảng 5.2), phụ thuộc vào tham số:

c T

xà

b.I

G =H.I

(lấy ở tiết diện cách nút khung 0,4b)

L

=2

4

b t t

4

b t t

khoảng cách từ chân cột (mặt móng) đến trục của thanh chống dọc: ly = 5,075 (m)

- Đặc trưng hình học tiết diện cột:

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

3 w

8581,9 166,6

I

cm b

y y

507,5

70,57,2

Max (λx; λy) = λy = 70,5 ⇒ Max (λx; λy) < [ λ ] (Thoả mãn)

c, Kiểm tra điều kiện cường độ

- Độ mảnh qui ước của cột:

f.E

Nf

.A< γϕ

Từ λ =x 1,73 và me =10,38 tra theo bảng II.2 phụ lục II (sách Kết cấu Thép) được:

e, Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

c y

Nf

c .A

ϕTrong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx 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:

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

y x

f, Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh cột

0f 0 f

b f

Suy ra:

62,1.10(0,36 0,1.1,73) 16,1

2300

o f

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

5.2 Kiểm tra tiết diện xà:

* Kiểm tra tiết diện tại nách khung

- Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.4 Kích thước hình học tiết diện

850 350 12 826 10 350 12

- Chiều dài tính toán xà:

Trong mặt phẳng khung: lx = 33 m

Ngoài mặt phẳng khung: ly là khoảng cách hai điểm giằng mái

8581,9 166,6

I

cm b

b, Kiểm tra điều kiện cường độ

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 38

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

- Nội lực gồm M,N,V Về nguyên tắc, xà chịu nén lệch tâm nên phải kiểm tra xà theo

công thức cột đặc chịu nén lệch tâm

x x

Trong đó: 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 được lấy theo trục tiết diện nhỏ của xà nên tại các tiết diện lớn gần đầu cột, lực dọc N sẽ có lệch tâm so với trọng tâm tiết diện Khi kiểm tra bền thì phải kể thêm mô men lệch tâm: MN=M ± N.e (lấy dấu cộng hay trừ tùy thuộc lực N làm tăng hay giảm mô men).

g Kiểm tra đường hàn.

- Theo yêu cầu của đồ án ta dùng phương pháp hàn tự động, que hàn N42 có:

x c

VS h

h = = mm và hàn suốt chiều dài dầm.

*Kiểm tra tiết diện nhỏ

- Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.6 Kích thước hình học tiết diện

x f

cm I

cm h

I

cm b

Bảng 5.7 Đặc trưng hình học tiết diện

(cm4) (cm3) (cm4) (cm3) (cm2) (cm3) (cm3)

72920,95 2651,67 8579,38 245,13 136,6 1475,65 1129,8

b, Kiểm tra điều kiện cường độ

- Nội lực gồm M,N,V Về nguyên tắc, xà chịu nén lệch tâm nên phải kiểm tra xà theo

công thức cột đặc chịu nén lệch tâm

ϕ tra theo bảng II.2 phụ lục 2 sách kết cấu thép 1, phụ thuộc vào

độ mảnh quy ước λx và độ lệch tâm tính đổi m e của xà

- Độ mảnh quy ước của xà:

3300

142,86 23,1

Với 0≤λx =4,86 5≤ và 0.1 < =m 0,112 5 < tra bảng II.4 (sách kết cấu thép I)

Nội suy được η =1,3546⇒m e =η.m=1,3546.0,112 0,1517=

Từ λ =x 4,86 và m e=0,1517 ta nội suy được ϕ =e 0,3615

4044,7

81,9 / c 2300 / c 0,3615.136, 6

e Kiểm tra ổn định tổng thể của xà:

Xà đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể

f Kiểm tra đường hàn.

- Theo yêu cầu của đồ án ta dùng phương pháp hàn tự động, que hàn N42 có:

Xác định chiều cao cần thiết của đường hàn công theo công thức: 2( w min)

f f

x c

VS h

h = = mm và hàn suốt chiều dài dầm.

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 44

Hình 5.4 Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải và tải trọng gió

(Tiết diện cột I850)

Hình 5.5 Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải và tải trọng cầu trục

(Tiết diện cột I850)

Hình 5.6 Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió và tải trọng cầu trục

(Tiết diện cột I850)

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 46

Cặp nội lực 1: M= 28781 daN.m; N= -12041 daN; V= -2853 daN

Cặp nội lực 2: M= 39625,8 daN.m; N= -17382 daN; V= -1445,9 daN

Cặp nội lực 3: M= 30708,8 daN.m; N= -25348 daN; V= -3974,9 daN

10517,5

6 6

M

N L

Gọi biến dạng của bulông và của bê tông là εbl và εb :

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 48

,

b

loc , b bE

R

=ε

Trong đó: mô đun đàn hồi của thép và bê tông: E = 2,1.106 daN/cm2; Eb= 2,7.105

daN/cm2 tương ứng với cấp độ bền B20

Từ điều kiện đồng dạng giữa biến dạng của bu lông và biến dạng của bê tông móng có:

bl b

ε L y c

− −

=

với + c – khoảng cách từ tâm bu lông tới mép ngoài của bản đế

+ εbl và εb lần lượt là biến dạng của bu lông và của bê tông (khi bản đế biến dạng): ba

bl

f ε E

= , b b,loc

b

RεE

vùng kéo của biểu đồ ứng suất.

- Gọi khoảng cách từ điểm có ứng suất bằng không đến điểm có σmax và σmin là y1 và y2

; (y1+y2=L) thì theo sự đồng dạng của hai tam giác sẽ có

max = σ +σσ

max 1

1 105 56,53

33,66

y L

(y là khoảng cách từ bu lông neo đến điểm O)

-Lập phương trình cân bằng mô men với điểm O sẽ được lực gây kéo cho bu lông Nbl:

2 39625,8.10 17382.33,66

42920,7678,6

-Tính các đặc trưng hình học của đường hàn

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 50

3 w

Kiểm tra đường hàn:

c wf 2 wf

2 wf wf

A

VA

NW

984,3674467,85 178, 416 178, 416

* Lựa chọn tiết diện dầm vai:

- Mô men uốn và lực cắt tại tiết diện ngàm:

M = (Dmax + Gdct).e ; M = (15308+1267,5).25 = 414387,5 daN.cm

a Kiểm tra tiết diện tại ngàm: (bỏ qua trọng lượng bản thân dầm vai):

Kích thước hình học tiết diện dầm vai tại ngàm.

*Tính toán đặc trưng hình học của tiết diện:

- Momen quán tính của tiết diện:

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 52

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng

4 w

.8

f y

x x

y y

I

cm b

M

f W

b Kiểm tra tại tiết diện bé:

Kích thước hình học tiết diện dầm vai tại vị trí dầm cầu trục.

8

f y

x x

y y

I

cm b

h 37, 6 2,1.10

37,6 2, 2 66,5

d Xác định chiều cao đường hàn

- Chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng của vai cột theo c/t:

( w min)

2

f f

x c

VS h

e Tính liên kết hàn giữa dầm vai và cánh cột

- Chọn chiều cao đường hàn hf = 6 mm

- Chiều dài tính toán của các đường hàn theo hình, ta có:

-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 = Mdv/hdv) nên xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp Do đó phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau:

A

+

= ; M, N, V - là nội lực cột tại vị trí chân cột dưới; Wcot – mô men chống uốn của tiết diện cột; Acot, Ab- lần lượt là diện tích tiết diện cột và bụng cột

Nội lực trong cột tại chỗ liên kết cánh dầm vai với cột Cd

1, M = -24896 daN.m, N= -11216daN; V=-2853daN

2, M = -20993 daN.m; N= -22265daN; V= -4100daN

3, M = -31111,8 daN.m; N= -24523 daN; V= -3974,9daN

=> Chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính (cặp 3):

Lực ngang do dầm vai tác dụng vào cột:

- Gia cường cho bụng cột:

SVTH: Nguyễn Huy Hoàng – MSSV: 510111224 56

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng Chiều cao hs = 82,6 cm; bề rộng bs = 12 cm;

1, M= -39645 daN.m ; N= -8681 daN; V= -2853 daN

2, M= -37825 daN.m ; N=-8364 daN ; V= -2056 daN

=> Chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính (cặp 1):

Tính toán liên kết theo quan điểm thứ nhất

a.Tính bulông:

-Dùng 10 bu lông φ27, lớp độ bền 6.6; đặt ở vùng chịu kéo 6 chiếc như hình vẽ

- Lực kéo lớn nhất ở một bu lông hàng ngoài cùng:

Khả năng chịu kéo của bu lông: [ ]N tb = A f bn. tb = 4,59.2500 11475 = daN

- Diện tích thực của bu lông Abn = 4,59 cm2; cường độ tính toán chịu kéo của

bu lông 6.6 là ftb = 2500 daN/cm2

(tra bảng I.10 sách Kết cấu Thép - Cấu kiện cơ bản).

- Kiểm tra cắt bu lông:

h

h.N

Đồ án kết cấu thép 2 GVHD: ThS Đỗ Thắng y- khoảng cách từ trục cột đến tâm quay.

-Lực kéo trong bu lông ở các hàng tiếp theo:

2

79,5 9120,12 8101,11

89,5

5

6 9120,12 611, 4

(h c - khoảng cách trọng tâm hai cánh cột);

-Lực do đường hàn chịu kéo là:

39645 8681

51649,57( )

2 0,838 2

c c

- Kiểm tra đường hàn:

- Theo yêu cầu của đồ án ta dùng phương pháp hàn tự động, que hàn N42 có:

29,35

0, 6.2.81

w

τ = = daN/cm2< 1260 daN/cm2

→ Vậy, đường hàn đủ khả năng chịu lực.

6.4 Chi tiết nối xà