Đồ án kết cấu thép 2 thầy Đắc Đại học Bách Khoa tp. Hồ Chí Minh

Kiểm tra lại xà gồ đó chọn : Xà gồ d-ới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa đ-ợc tính toán nh- cấu kiện chịu uốn xiên... Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái , giằng cột

Thuyết minh tính toán đồ án thép 2 Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng ,1 nhịp

( khung zamil)

A Thiết kế xà gồ mái:

Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng l-ợng bản thân của xà gồ Lớp mái và xà gồ đ-ợc chọn tr-ớc theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings Design Manual “ Sau đó đ-ợc kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của

xà gồ

- Tấm lợp mái : (single skin panels)

hình dạng tấm lợp mái chọn nh- sau:

Có các thông số kỹ thuật :

Chiều dày

(mm)

Trọng l-ợng 1 tấm (kG/m2)

D.tích 1tấm (m2)

Tải trọng cho phép (kN/m2)

60 1.75

Wx(cm3)

Iy (cm4)

Wy(cm3)

Träng l-îng (kg/m)

ChiÒu dµy (mm)

DiÖn tÝch (cm2)

T¶i träng cho phÐp (KN)

Jy (cm4)

Wy(cm3)

Träng l-îng (kg/m)

ChiÒu dµy (mm)

DiÖn tÝch (cm2)

L (mm)

1.75

20

85

Tải trọng tính toán (kG/m2)

5,1

+ 4,74 = 75,56 (kG/m)

qtt = (6,92 + 12 + 39) 0

53,8cos

5,1

+ 4,74.1,05 = 93,01(kG/m)

2 Kiểm tra lại xà gồ đó chọn :

Xà gồ d-ới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa đ-ợc tính toán nh- cấu kiện chịu uốn xiên

Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 ph-ơng với trục x-x tạo với ph-ơng ngang một góc  = 8,53o (Độ dốc i = 15)

a Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”

Tải trọng tác dụng theo các ph-ơng x-x và y-y là

M

c y y x

x y

B.qM

2 2 2

tt y

32

10.600.79,1332

B.qM

2 2 2

tt x

2 y

x

01,7

8,155188

,35

98,41391

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 ph-ơng tuy nhiên độ võng theo ph-ơng mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo ph-ơng vuông góc với mặt phẳng mái  y

200

1B

600.10.72,74.384

5I

.E

B.q.384

5

6

4 2

x

4 tc y

10.510.83,200283,0600

7,1B

Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện c-ờng độ và điều kiện độ võng

b Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

*Tải trọng tác dụng:

Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20:

qtc = (6,59+ 10 + 30) 0

53,8cos2

5,1

+ 6,11 = 41,52 (kG/m)

qtt = (6,92 + 12 + 39) 0

53,8cos2

5,1

M

c y y x

x y

B.qM

2 2 2

tt y

32

10.600.48,732

B.qM

2 2 2

tt x

2 y

x

12,12

5,84117

,49

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 ph-ơng tuy nhiên độ võng theo ph-ơng mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo ph-ơng vuông góc với mặt phẳng mái  y

200

1B

600.10.1,41.384

5I

.E

B.q.384

5

6

4 2

x

4 tc y



10.510.37,100137,0600

82,0B

Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện c-ờng độ và điều kiện độ võng

B.Các kích th-ớc chính của khung ngang

1.Các thông số của cầu trục: Với sức trục Q = 10 tấn, chế độ làm việc trung bình ,chọn trục định vị trùng với mép ngoài của cột và  = 750 mm

Các thông số kỹ thuật Sức

Trọng l-ợng (T)

trục

2.Ray cầu trục:

Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau:

Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm)

3.Dầm cầu trục:

Từ b-ớc cột và các thông số của cầu trục ta

chọn dầm tiết diện chữ I định hình cao 50 cm

có các thông số nh- sau:

4.Kích th-ớc của khung ngang:

Xác định chiều cao cột và vai cột: Sơ đồ cấu tạo khung nhà

C Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái , giằng cột

*Tác dụng của hệ giằng :

- Bảo đảm tính bất biến hình và độ cứng không gian của hệ khung

- Bảo đảm ổn định tổng thể cho một số cấu kiện chịu nén

- Chịu các tải trọng dọc nhà

- Bảo đảm cho việc thi công dựng lắp đ-ợc an toàn và thuận tiện

a.Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái

- Tác dụng

+ Bảo đảm ổn định cho dàn theo ph-ơng ngoài mặt phẳng uốn

+ Dàn gió chịu tác dụng của tải trọng gió theo ph-ơng dọc nhà

+ Hệ giằng dọc theo đầu cột chịu lực hãm theo ph-ơng dọc nhà

*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1

bTác dụng và cách bố trí hệ giằng cột

- Tác dụng :

+ Bảo đảm sự bất biến hình học

+ Bảo đảm độ cứng của toàn nhà theo ph-ơng dọc

+ Chịu tác dụng của các tải trọng dọc nhà và đảm bảo ổn định cho cột

21

42,5.16.53,8cos

)1059,6(

)1292,6(

- Tải trọng do xà gồ t-ờng tôn đặt tại các cao trình của xà gồ t-ờng:

Với cột cao 8,7 m, nh-ng do có 1m t-ờng gạch tự mang ở d-ới cùng không kể

đến, chỉ tính đến trọng l-ợng xà gồ t-ờng và tôn t-ờng từ cốt +1m trở lên trên, t-ơng ứng với chiều dài cột là 7,7m , giả thiết dùng 5 xà gồ 200Z17 dặt cách nhau 2 m , trọng l-ợng quy thành lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ng-ợc chiều với mômen

do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến

6.8.92

-Tĩnh tải cầu trục:

Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đệm :Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đ-a về tim cột d-ới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men

Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái đ-ợc lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái

không ng-ời qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn: ptc=30kG/m2

ptt =1,3.30.6 = 234 (kG/m)

3.Hoạt tải do cầu trục:

a Hoạt tải đứng cầu trục:

2410P

Dmax = 24,61 T

Dmin = n.nc.( P tc min y i ) =1,1.0,85 3,5.( y1 + y2 + y3) = 1,1.0,85 3,5.( 1 + 0,267 +

0,683)

Dmax = 6,38 T

Điểm đặt của Dmax , Dmin trùng với điểm đặt của dầm cầu trục

Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đ-a về tim cột d-ới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men

Mmax= Dmax e = 24,61,0,55 = 13,536 Tm

Mmin= Dmin e = 6,38 0,55 = 3,509 Tm

T37,221

,1

61,24n

D

T8,51,1

38,6n

T

To : lực hãm tác dụng lên toàn bộ cầu trục

T7,0)410.(

2

1,0)GQ

TT

Tải trọng gió gồm hai thành phần : phần tĩnh và phần động.ở đây chiều cao nhà < 36m và

tỉ số chiều cao nhịp < 1,5 nên bỏ qua thành phần động của gió

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

- Gió thổi lên mặt t-ờng dọc đ-ợc chuyển thành phân bố trên cột khung

- Gió thổi trong phạm vi mái đ-ợc tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân bố lên khung

- Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió II-B, áp lực phân bố là:

Wo=95 (kG/m2)

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m2 bề mặt thẳng đứng của công trình là:

q=(n.Wo.k.c).Trong đó: Wo là áp lực ở độ cao 10m

- k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình k xác định ở hai mức, mức đỉnh cột và mức đỉnh mái

- Mức đỉnh cột ở cao trình 8,7 (m) có k1= 0,9688 (nội suy)

- Mức đỉnh mái ở cao trình 10,275 (m) có k2= 1,0044 (nội suy)

- C là hệ số khí động: c = +0,8 với phía gió đẩy

Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình :

2

0044,19688,02

kk

+ c : Hệ số khí động , đ-ợc tra bảng với sơ đồ sau đây:

21000 +0,8

414,021

7,8L

H



=> Nội suy tuyến tính đ-ợc Ce1 = -0,4115 ;

2286,421

N

Qui -ớc chiều d-ơng của nội lực

Giả thiết cột có kích th-ớc nh- sau:

Sử dụng phần mềm SAP2000 Version 9.03 xác định nội lực

*Các ph-ơng án chất tải và biểu đồ nội lực :

- Ph-¬ng ¸n 3 : Ho¹t t¶i nöa ph¶i

277,69 kG/m 269,93kG/m

* Biểu đồ nội lực của các ph-ơng án chất tải:

- Ph-ơng án 1 : Tĩnh tải

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 2 : Ho¹t t¶i nöa tr¸i

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 3 : Ho¹t t¶i nöa ph¶i

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 4 : Ho¹t t¶i c¶ m¸i

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 5 : Dmax tr¸i

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 6 : Dmax ph¶i

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 7 : T tr¸i +

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 8 : T tr¸i -

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 9 : T ph¶i +

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 10 : T ph¶i -

M

Q

N

- Ph-¬ng ¸n 11 : Giã tr¸i

M

Q

N

Tæ hîp C¬ B¶n 1: gåm TÜnh t¶i vµ mét ho¹t t¶i

Tæ hîp C¬ B¶n 2 : gåm TÜnh t¶i vµ nhiÒu ho¹t t¶i nh©n víi hÖ sè tæ hîp 0,9

M

Q

N

IV.Tính toán tiết diện cột :

Thiết kế cột tiết diện không đổi từ trên xuống d-ới :

Chọn 2 cặp nội lực nguy hiểm để tính toán :

Ta tính cho cặp nội lực 1 rồi kiểm tra lại với cặp 2

1.Tính tiết diện cột với cặp 1 :

a.Chiều dài tính toán cột theo 2 ph-ơng :

- Theo ph-ơng trong mặt phẳng uốn : lx  .l

Giả thiết tỉ số độ cứng giữa r-ờng ngang và cột

5,1

1I

1.21

7,8H

I:L

Ii

Tra bảng nội suy ta đ-ợc : 1,424

Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng uốn :l x .l= 1,424 8,7 = 12,389m

- Theo ph-ơng ngoài mặt phẳng uốn :

Theo ph-ơng y thì các cột liên kết với nhau bởi các xà gồ t-ờng và dầm cầu trục, vì liên kết xà gồ với cột không đủ cứng nên chiều dài tính toán lấy theo sơ đồ 2 đầu khớp tại vị trí dầm cầu trục và chân cột Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn : ly 5,86 m b.Xác định diện tích cần thiết Ayc

15

120

1(H)15

120

97,46.8,225,12150.1

28031h

e)8,22,2(25,1

Theo cấu tạo :

- Điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng :

mm8mm)5,443,6(h)100

170

1

(

tf : đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng ,không gây ứng suất phụ phát sinh lớn :

tw tf 3tw 8tf 24, chọn tf = 12mm

*Chiều rộng bf chọn thoả mãn :

- Yêu cầu độ cứng ngoài mặt phẳng uốn :

)2012(h)5,03,0(H)30

120

Et

c.Xác định các đặc tr-ng hình học của tiết diện:

+Mômen quán tính của tiết diện:

4 2

3 3

f f

2 f

3 f f w

2,1.22.212

6,37.8,0b.t2

h12

tb212

3 3

w w

3 f f

12

8 , 0 6 , 37 12

22 2 , 1 2 12

t h 12

b t 2

+ Bán kính quán tính:

.cm5,07 82,88

2131A

Ii

.mc81,1682,88

23422A

Ii

y y

x x

2h

I.2

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

7,310.1,2

2150

56,115E

f

;56,11507

,5

586i

l

36,210.1,2

2150

7,73E

f7

,7316,81

1238,9i

l

6 y

y y

y y

6 x

x x

x x

A.em

28031A

- Kiểm tra theo công thức : f

AC

N

c y



+y 115,56; tra bảng II.1 phụ lục II đ-ợc y 0,4899

C : hệ số kể đến sự ảnh h-ởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo ph-ơng ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm t-ơng đối mx = 3,32 mx 5 Ta có công thức xác định C nh- sau :

x

m1

597,0

104,1

Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

f.Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

w

t

ht

h

hw = h - 2.tf = 40 - 2.1,2 = 37,6 cm ; tw = 0,8 cm

8,0

6,37t

,82

28031W

MA

131660088

,82

28031W

MA

,1462

)2,786(6,1462

)2(

E)12(

,0.6,37

28031t

9,931)

1536,1.2.(

,1.4536,1)536,12(6,1462

10.1,2)1536,1.2(

35

,

4

4)

2(

E)12(

35,4t

h

2 2

6

2 2

E8,33,347t

6,37t

h76,118t

h

w

w w

Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

g.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh :

o

t

bt

7,3.1,036,0(f

E)1,036,

tb

t

b83,82,1

6,10t

b

f

o f

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

2.Kiểm tra tiết diện cột với cặp số 2:

+ Độ lệch tâm t-ơng đối và độ lệch tâm tính đổi:

1171

88,82.7,196W

A.em



Với x  2,36 ; m1 = 18,83 ,tra bảng II.2 phụ lục II đ-ợc lt= 0,06996

lt

88,82.06996,0

10108A





b.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

AC

N

c y



+y 115,56; tra bảng II.1 phụ lục II đ-ợc y 0,4899

+C : hệ số kể đến sự ảnh h-ởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo ph-ơng ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm t-ơng đối mx = 13,92> 10

d

y xm1

1C

6

 y 115,56

Vớic 98,134 tra bảng II.1 phụ lục II đ-ợc hệ số  c =0,597

+ Tính  dđ-ợc xác định nh- đối với dầm :  d phụ thuộc vào 1,

f

E.H

h.I

I

2

v x

3 2

f

1 v

tb

at1.hb

tH.8:



08,214

,2.22

8,0.8,181.22.40

4,2.586

3 2

40.23422

2131

7256

,

3

6 2

1

1004,1543,1.21,068,021,068

88,82.4899,0.128

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

V Tính toán thiết kế r-ờng ngang :

ứng với mỗi tiết diện ta có nội lực t-ơng ứng , và ta sẽ chọn tiết diện đúng theo nội lực

đó.Dự định thay đổi tiết diện tại tiết diện 1/6 L

Chọn 3 cặp nội lực nguy hiểm:

I Chọn tiết diện đầu r-ờng:

1 Chiều dài tính toán:

350

8

- Trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của r-ờng lr = 10,6175m

Liên kết 2 đầu r-ờng coi là ngàm  0,5: lx  lr 0,5.10,61755,309m

vị ( khoảng cách giữa các xà gồ )ly 1,52m

2 Sơ bộ chọn tiết diện đầu r-ờng:

a Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện đầu r-ờng :

Chọn tw = 0,8 cm

hkt = k

w

t.fM

10

4267

2

3f.h

Q.2

3

v r



Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt

c Xác định các kích th-ớc của tiết diện cánh r-ờng :

Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà đ-ợc xác định theo công thức

4267

= 53,94 (cm2)

Ngoài ra bf,tf cần phải thoả mãn các điều kiện sau:

+ Chiều dày bản cánh cần hàn phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng xà, không gây những ứng suất phụ phát sinh lớn

Để thoả mãn những yêu cầu này thì tw tf 3tw 8mm tf 24mm

E

t

b

6 f

Ngoài ra , để dễ liên kết xà theo ph-ơng ngang với

cấu kiện khác nh- xà gồ chữ Zvà đảm bảo ổn định

3 Kiểm tra lại tiết diện vừa chọn :

a.Xác định các đặc tr-ng hình học của tiết diện:

+Mômen quán tính của tiết diện:

4 2

3 3

f f

2 f

3 f f w

1.22.212

33.8,0b.t2

h12

tb212

3 3

w w

3 f f

12

8 , 0 33 12

22 1 2 12

t h 12

b t 2

+ Bán kính quán tính:

.cm5,02 70,4

1776A

Ii

.mc65,1470,4

15115A

Ii

y y

x x

2h

I.2

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

97,010.1,2

2150

26,30E

f

;26,3002,5

152i

l

16,110.1,2

2150

23,36E

f23

,3614,65

530,9i

l

6 y

y y

y y

6 x

x x

x x

A.em

2

c x

cm/kG21502150

.1fcm

/kG8,1661864

13830004

,

70

4267

fW

c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

AC

N

c y



+y 30,26; tra bảng II.1 phụ lục II đ-ợc y 0,936

+C : hệ số kể đến sự ảnh h-ởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo ph-ơng ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm t-ơng đối mx = 26,42> 10

d

y xm1

1C

E.l

h.I

I

2

o x

y

1   

1 f

3 2

f

1 o

tb

at1.hb

tl.8:



31,12

.22

8,0.171.22.35

2.152

3 2

35.15115

1776.342

,

2

6 2

1

1672,325,14.21,068,021,068

4,70.936,0.039

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

d Kiểm tra bền theo điều kiện chịu nén uốn :

x

.fW

MA

w

t

ht

h

hw = h - 2.tf = 35 - 2.1 = 33 cm ; tw = 0,8 cm

8,0

33t

,70

4267W

MA

,70

4267W

MA

,1661

)6,1540(

8,1661

E8,34

)2(

E)12(

cm/kG63,1618

,0.33

4267t

63,161)

1927,1.2.(

10.1,2.8,3f

E8,37,958389

,0.4927,1)927,12.(

8,1661

10.1,2)

1927,1.2(

35

,

4

4)

2(

E)12(

2 6

2 2

h

w

w w

Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

f.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh r-ờng :

0

t

bt

b

2

8,0222

88,14t

b6,10t

b

f

0 f

Cánh r-ờng thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

*Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng r-ờng d-ới tác dụng của ứng suất tiếp :

ở những vùng r-ờng gần nút khung (Vị trí liên kết ngàm cột với r-ờng), có lực cắt lớn, khi

đó bản bụng r-ờng có thể bị méo do tác dụng của ứng suất tiếp và phồng ra ngoài mặt

suất tiếp tới hạn 0 xét tới sự ngàm bản bụng với bản cánh đ-ợc xác định theo công thức:

b

v 0

f.3,10



 

Từ điều kiện hợp lý, là mất ổn định của bản bụng dầm d-ới tác dụng của ứng suất tiếp xảy

ra đồng thời với mất khả năng chịu lực về độ bền của bản bụng r-ờng do lực cắt, tức cho

v

0 f

 , ta có độ mảnh quy -ớc giới hạn của bản bụng r-ờng là:   3.2

Điều kiện kiểm tra xác định theo công thức: w  

10.1,2

21508

,0

33E

f.t

h

6 w

w



Vậy bụng r-ờng ổn định d-ới tác dụng của ứng suất tiếp

* Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng r-ờng d-ới tác dụng của ứng suất pháp

Điều kiện kiểm tra:

f

E.5,5t

h

w

w 

9,1712150

101.2.5,525,418,0

33t

w

Vậy bụng r-ờng ổn định d-ới tác dụng của ứng suất pháp

* Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng r-ờng d-ới tác dụng của ứng suất tiếp và ứng suất pháp

Ta có: w 1,32 2,5 Vì vậy bản bụng dầm ổn định cục bộ d-ới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp

II Chọn tiết diện ở đỉnh r-ờng :

1 Chiều dài tính toán:

- Trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của r-ờng lr = 10,6175m

Liên kết 2 đầu r-ờng coi là ngàm  0,5 : lx lr 0,5.10,61755,309m

vị ( khoảng cách giữa các xà gồ )ly 1,52m

2 Sơ bộ chọn tiết diện đỉnh r-ờng:

a Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện đầu xà :

Chọn tw = 0,8 cm

hkt = k

w

t.fM

10

2541

2

3f.h

Q.2

3

v r



Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt

c Xác định các kích th-ớc của tiết diện cánh r-ờng :

Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà đ-ợc xác định theo công thức

e)8,22,2(25,1

2541

= 39,73 (cm2)

Ngoài ra bf,tf cần phải thoả mãn các điều kiện sau:

+ Chiều dày bản cánh cần hàn phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng xà, không gây những ứng suất phụ phát sinh lớn