THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG: 1... TÍNH NỘI LỰC KHUNG: 1.. Bài toán 1: Phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay ở nút.. r1p – Tổng moment phản lực ở nút đó do tải trọng

THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

I TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHÍNH KHUNG NGANG

1 Số liệu đề bài:

Cường độ tính toán thép f (KN/cm2) 22

Cường độ tính toán đường hàn đối đầu fw (KN/cm2) 18

Cường độ tính toán đường hàn góc fwf (KN/cm2) 15

Cường độ ép mặt tính toán của BL Fcb (KN/cm2) 32

2 Số liệu bảng tra:

Chiều cao gabarit của cầu trục Hk (mm) 3150

Bề rộng cầu trục Bk (mm) 6650

Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe con K (mm) 5250

Khoảng cách từ tim ray đến mép ngoài cầu trục B1 (mm) 300

Áp lực bánh xe lớn nhất lên ray (kN) 465

Áp lực bánh xe nhỏ nhất lên ray (kN) 118

Trọng lượng toàn cầu trục (kN) 665

3 Xác định kích thước theo phương đứng

Chiều cao của ray và đệm ray cẩu trục hr (m) 0.2

Chiều cao của dầm cầu chạy (1/10 B) hdcc (m) 0.6

Đoạn cột chôn dưới đất hm (m) 0

Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép dưới kết cấu mái (m) 0.1

Đỗ võng của mái f (m) (1/250 L) 0.096

- Chiều cao thực của phần cột trên :

Chọn chiều cao cột trên H ct  4.2m

- Chiều cao cột dưới :

H H h h     m

Chọn chiều cao cột dưới H CD 7.1m

- Chiều cao toàn cột:

6.2 4.2 10.4

4 Xác định kích thước theo phương ngang nhà:

- Khoảng cách từ mép ngoài cột biên đến trục định vị:

Q kN 

- Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray:

Q kN   mm

- Chiều cao tiết diện cột trên:

(0.36 0.44)

Điều kiện:

t

Với D – Khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột biên D=0.075m

Chọn chiều cao tiết diện cột trên ht = 0.36m

- Chiều cao tiết diện cột dưới:

0.75 0.25 1

d

Điều kiện:

(0.31 0.41)

Chọn chiều cao tiết diện cột dưới hd = 1m

5 Xác định kích thước dàn và cửa mái:

- Chiều cao đầu dàn: hdd  1.5m

- Chiều cao đỉnh dàn: d dd 1.5 0.15 24 3.3

d

L

- Chiều rộng cửa mái Lcm= 6m

- Chiều cao cửa mái : h cm 1.5m

II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:

1 Tĩnh tải mái:

- Độ dốc mái i=15% =>góc hợp bời mái và phương ngang  8.53 o cos0.989

Tên TT HSVT Tải tiêu chuẩn

kN/m 2

Tải tính toán kN/m 2

TLBT vật liệu lợp 1.05 0.08 0.084

Tải tính toán phân bố trên 1m dài: phương ngang 0.085 0.126 0.21 6 2.55 (kN/m )2

cos

tt

g



B

1000

Q=500kN

24000

6000

A

1000

2 Hoạt tải

Giá trị tiêu chuẩn (kN/m2

Giá trị tính toán (kN/m) qtt 2.366

3 Áp lực cầu trục tác dụng lên vai cột:

tc

tc

    





   







Trong đó:

nQ: Hệ số vượt tải của sức trục ( nQ = 1.2 )

nc: Hệ số vượt tải không đồng thời của các cầu trục

Σyi: Tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh xe cầu trục

1

2

3

1

6 5.25

6

6 5.25 6.65

0.767 6

i K

y

B K

B

B K B y

B



 









tc

tc



 







4 Áp lực xô ngang của cầu trục:

1

1

0

tc

c n

ph tc

xc

n

nn



 











- Trong đó:

T1: Lực hãm ngang tiêu chuẩn tác dụng lên toàn cầu trục

f: Hệ số ma sát lấy 0.1 cho móc mềm

nph: số bánh xe được hãm bằng 2

n: tổng số bánh xe bằng 4

n0: số bánh xe của 1 bên cầu trục bằng 2

1

2

4 2

tc





5 Tải trọng gió:

- Chiều cao đầu dàn: H1 = 1.5m

- Chiều cao đầu dàn đến chân cửa mái: H2 = 1.345m

- Chiều cao cửa mái: H3 = 1.5m

- Chiều cao đầu cửa mái đến đỉnh cửa mái: H4 = 0.45m

- Tại cao trình đỉnh cột: H  10.4 k 1.01

- Tại cao trình đỉnh mái: H 15.2 k 1.19

-

1

11.9 0.496

0.51 24

15%

H

C L

i



 



11.9

0.496 24

0.5 90

3.75 24

H

L

C l

L

  



  



- Tải trọng phân bố lên cột khung

 Phía đón gió: qfWtc kcB1.2 0.83 1.01 0.8 6    4.82kN m/

 Phía gió hút: q'fWtc kc B' 1.2 0.83 1.01 0.5 6    3.01kN m/

- Lực tập trung nằm ngang W của gió mái:

 Phía đón gió: WfWtc kBc H i i 8.01kN

 Phía gió hút: W'fWtc kBc H i' i 18.1kN

h 0

h 1

h 2

h 3

24000

+0.7

-0.6

III TÍNH NỘI LỰC KHUNG:

1 Sơ đồ tính khung:

a Bài toán 1:

Phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay ở nút Do đối xứng , ta có: φ 1 = φ 2 = φ

Phương trình chính tắc: r 11 φ + r 1p = 0

Trong đó: r11 – Tổng phản lực moment ở các nút trên của khung khi xoay

r1p – Tổng moment phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài

Moment cuối cùng bằng moment trong hệ cơ bản do góc xoay đơn vị nhân với φ cộng với moment trong hệ cơ bản: M MM p

b Bài toán 2:

Với sơ đồ xà ngang là cứng vô cùng, ẩn số theo phương pháp chuyển vị là chuyển vị ngang của nút trên Δ

Phương trình chính tắc: r 11 Δ + r 1p = 0

Trong đó: r11 – Phản lực moment ở trong lien kết đặt them do chuyển vị nút Δ=1

r1p – Phản lực lien kết do tải trọng

Moment cuối cùng bằng moment trong hệ cơ bản do chuyển vị nút đơn vị nhân với Δ cộng với moment trong hệ cơ bản: M M M p

2 Các thông số ban đầu:

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

- Chiều cao khung tính từ đáy móng đến mép dưới cánh dưới vì kèo

- Độ cứng của cột ta có thể chọn theo kinh nghiệm sau đó kiểm tra lại cách chọn

- Theo kinh nghiệm: J1:J2   7 10; J :d J2  25 40 

- Sơ bộ chọn tỉ số:

1

1

1 1 8 4.5

d

J





 









Trong đó: J1: Moment quán tính cột dưới

J2: Moment quán tính cột trên

Jd : Moment quán tính của dàn

- Các trị số của công thức:







 

 

 

    

  

     

     

     

     

1 2

1 8 1 7 4.2 0.404 10.4

t

J J H H A B C F

- Momen đầu xà ngang do φ = 1: à 1

1

0.375 24

x

d B

L



3 Tĩnh tải mái:

a Phản lực đầu cột do φ = 1:

1

cot

1

0.014 8.605 10.4

4 1.461 4

8.605 10.4

B

B

KH

C

K H

 



- Hệ số của phương trình chính tắc:

1

1

2.55 24

122.3

0.44

B

p

ql

r











- Moment ở đầu xà: à à

1 1

227.9

x

B

EJ



- Moment đầu trên cột: ô cot

1 1

227.9

c t

B B

EJ



- Trị số phản lực: 1

1

227.9

EJ



- Moment ở vai cột: M C M BR H B t   18.14 3.84 4.2     2.03kNm

- Moment ở chân cột: M A M BR H B   18.14 3.84 10.4    21.75kNm

b Ảnh hưởng của sự lệch tâm

- Momen lệch tâm chỗ vai cột:

2.55 24 1 0.36

d t e

h h ql



- Các công thức tra bảng:

2.15

1.26

e B

K

- Moment tại các tiết diện khác:

2.15 1.26 4.2 3.16 9.79 3.16 6.22

2.15 1.26 10.4 9.79 1.2

t

      

        

Tổng hợp moment:

Cộng biểu đồ moment do phản lực đầu cột và ảnh hưởng của sự lệch tâm

4 Hoạt tải mái:

Cách xác định tương tự như cách xác định nội lực do tĩnh tải mái gây ra

Nội lực do hoạt tải mái gây ra được xác đinh bằng cách nhân nội lực do tĩnh tải mái với

hệ số 2.37 0.929

2.55

tt tt

q k g

5 Moment cầu trục :

a Moment do chuyển vị nút:





 





6 2.142

8.605

12 3.827

8.605

B

B

B M

A R

20.55

15.99

5.19 4.6

20.55

15.99

5.19 4.6

19.08

14.85

4.82 4.27

19.08

14.85

4.82 4.27

- Moment tại các tiết diện khác:









4.2

10.4

B

b Moment lệch tâm do cầu trục:









1 0.36

2

1 0.36

2

- Biểu đồ momen do Mmax,Mmin trong hệ cơ bản Có thể dùng kết quả đã tính với

Me ở mục tính nội lực do tĩnh tải mái nhân với hệ sô tỉ lệ:











ax 1

min 2

9.79

9.79

m e

e

M k

M M k

M

Cột trái ( Ứng với D max ) Cột phải ( Ứng với D min )

'

B

'

t C

'

d C

M -194.56 kNm M'C d' -49.37 kNm

'

A

'

B



2 1

p

c Tổng hợp moment:

Nhân biểu đồ moment đơn vị với giá trị Δ rồi cộng với biểu đồ moment trong hệ cơ bản

do moment lệch tâm cầu trục gây ra

Moment cột trái ứng với D max :

        



2 1

1 2 1

1 2 1

1 2 1

1

B

C

C

B

B

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

1

EJ H

Moment cột phải ứng với D min :

         

2 1

1 2 1

1 2 1

1 2 1

1

B

C

C

B

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

     1 2   

1

B

kNm

EJ H

22.91

74.71 212.41

31.53 41.33

56.28

6 Lực hãm ngang :

a Moment do chuyển vị nút:

Moment và phản lực do chuyển vị nút Δ=1:







6 2.142

8.605

12 3.827

8.605

B

B

B M

A R

- Moment tại các tiết diện khác:

















4.2 0.6

10.4

4.2

10.4

B

b Moment do lực T gây ra:





'

'

10.4

35.22

19.01

t dct

B

B

H H

H

1

2 1

1

3

35.22 19.01 4.2 32.8 0.6 24.93 19.01

10.67

p

kNm

EJ

H

c.Tổng hợp moment:

Nhân biểu đồ moment đơn vị với giá trị Δ rồi cộng với biểu đồ moment trong hệ

cơ bản do T gây ra

Moment cột trái:

        

    

2 1

1 2 1

1 2 1

1 2 1

1 '

B

T

C

A

B

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

3

1

5.34EJ 18.52H 19.01 9.5kN

EJ H

Moment cột phải:

        

2 1

1 2

1 2

1 2 1

2

1 2 1

2

1 2 1

3

1

B

T T

C C

B A

B B

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

7.56

26.65 12.67

131.78

27.66

6.56 12.26

71.18 T

7 Tính khung với tải trọng gió :

a Moment do chuyển vị nút:

Moment và phản lực do chuyển vị nút Δ=1:





 





6 2.142

8.605

12 3.827

8.605

B

B

B M

A R

- Tại các tiết diện khác:









1

4.2

10.4 5.34

B

EJ

H

b Moment trên hệ cơ bản do lực q:

Cột trái ( Lực đẩy ):





'

'

B

B

BF C

K

BC AF

K

- Tại các tiết diện khác:

'

'

4.2

10.4

t

H

H

Cột phải ( Lực hút ):

Giá trị nội lực do lực gió hút gây ra bằng giá trị nội lực do lực gió đẩy nhân với

hệ số  3.01 0.625

4.82

k

Moment tại các tiết diện:

1

( 0.625) (21.45) 13.41 ' W W' 21.45 13.41 8.01 18.14 61.01

    1     2

p

c Tổng hợp moment:

Cột trái ( Lực đẩy ):

2 1

1 2 1

1 2 1

1 2 1

1

B

C

B

B

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

Cột phải ( Lực hút ):

2 1

1 2 1

1 2 1

1 2 1

1

B

C

B

B

EJ H

EJ H

EJ H

EJ H

270.34 295.45

IV TỔ HỢP NỘI LỰC:

1 Bảng tổng hợp nội lực:

STT Loại

tải

HS

TH

Tiết diện B Tiết diện Ct Tiết diện Cd Tiết diện A

1 TT 1 -16 30.6 -5.2 30.6 4.6 10 20.5 30.6 -2.4

2 HT

1 -14.8 28.4 -4.8 28.4 4.3 30.6 19.1 28.4 -2.1 0.9 -13.4 25.6 -4.3 25.6 3.8 28.4 17.2 25.6 -23.2

3 D

trái

1 -22.9 0 74.7 0 -212.4 25.6 -68.3 897.2 -20.9 0.9 -20.6 0 67.2 0 -191.2 897.2 -61.5 807.5 4.4

4 D

phải

1 -56.3 0 41.3 0 -31.5 807.5 112.6 227.7 4 0.9 -50.7 0 37.2 0 -28.4 227.7 101.3 204.9 23.3

5 T

trái

1 ±7.6 0 ±12.7 0 ±12.7 0 ±131.8 0 ±21 0.9 ±6.8 0 ±11.4 0 ±11.4 0 ±118.6 0 ±28.5

6 T

phải

1 ±27.7 0 ±12.3 0 ±12.3 0 ±71.2 0 ±25.7 0.9 ±24.9 0 ±11 0 ±11 0 ±64.1 0 ±9.1

7 Gió

trái

1 59.5 0 -21 0 -21 0 -295.4 0 8.1 0.9 53.6 0 -18.9 0 -18.9 0 -265.9 0 -17.1

8 Gió

phải

1 -70.5 0 -27.9 0 -27.9 0 270.3 0 -15.4 0.9 -63.5 0 -25.1 0 -25.1 0 243.3 0 -2.6

2 Bảng tổ hợp nội lực:

Tiết

diện Nội lực

Mmax Mmin Nmax, M

Mmax

N

B

1,7 1,8 1,2 1,7 1,2,4,6,8 1,2,7 1,2,4,6,8

M 43.5 -86.5 -30.8 37.6 -168.4 24.2 -168.4

Ct

1,3,5 1,8 1,2 1,3,5 1,2,8 1,2,3,5 1,2,8

M 82.2 -10 -10 73.4 -34.6 69.1 -34.6

Cd

A

1,8 1,7 1,3,5 1,2,4,6,8 1,3,5,7 1,2,3,5,8 1,2,3,5,7

M 290.9 -274.9 -179.5 446.4 -425.4 338.1 -408.3

N 30.6 30.6 927.8 261.1 838.1 863.6 863.6

Q -19.7 6.5 -25.8 24.9 5.6 -62 -38.5