Đồ án kết cấu thép 2 Ngô Vi Long Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh

Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế.. Tính toán đường hàn tiết diện cột xà ngang với mặt bích ..... SỐ LIỆU THIẾT KẾThiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp,

Mục Lục

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 3

2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 4

2.1 Theo phương đứng 4

2.2 Theo phương ngang 4

3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 5

3.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) 5

3.2 Hoạt tải mái 5

3.3 Tải trọng gió 6

3.4 Hoạt tải cẩu trục 7

3.4.1 Áp lực đứng của cầu trục : 7

3.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục 9

4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 11

5 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN 18

5.1 Thiết kế xà gồ mái 18

5.2 Thiết kế tiết diện cột 20

5.2.1 Xác định chiều dài tính toán 20

5.2.2 Chọn và kiểm tra tiết diện 20

5.3 Thiết kế tiết diện xà ngang 23

5.3.1 Đoạn xà 6.5m ( tiết diện thay đổi) 23

5.3.2 Đoạn xà 10m ( tiết diện không đổi) 26

6 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT 27

6.1 Vai cột: 27

6.2 Chân cột 30

6.2.1 Tính toán bản đế 30

6.2.2 Tính toán dầm đế 31

6.2.3 Tính toán sườn A 32

6.2.4 Tính toán sườn B 33

6.2.5 Tính toán bu lông neo 33

6.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế 34

6.3 Liên kết cột với xà ngang 34

6.3.1 Tính toán bulông liên kết 35

6.3.2 Tính toán mặt bích 36

6.3.3 Tính toán đường hàn tiết diện cột ( xà ngang ) với mặt bích 36

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, với các số liệu sau:

- Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I)

- Số lượng cầu trục: 2 chiếc

- Sức nâng của cầu trục: Q =16 T

Trong đó: H1- cao trình đỉnh ray H1=8.2m

H3- phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cột ±0.000 Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cẩu trục đén đáy xà ngang

𝐻𝑡= 𝐻2+ 𝐻𝑑𝑐𝑡+ 𝐻𝑟= 1.6+0.5+0.2=2.3 m

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Hd =H-Ht=9.8- 2.3=7.5m

2.2 Theo phương ngang

Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng

𝐿1=𝐿−𝐿𝐾

2 = 33−31

2 =1m Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

3.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )

Độ dóc mái là i=15%  𝛼=8.53° (cos 𝛼=0.989, sin 𝛼 =0.148)

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng của các mái,trọng lượng bản thân xà gồ ,trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

Trọng lượng bản thân các tấm lợp,lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15kN/m2,trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m.Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang

1.1∗0.15∗6 0.989 +1.05*1=2.05kN/m Trọng lượng.của tôn tường và xà gồ tường lấy 0.15kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột

3.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2727-1995 ,hoạt tải sửa chữa mái là 0.3kN/m2,hệ số vượt tải 1,3

Ta quy vể tải trọng phân bố đều trên xà ngang

1.3∗0.3∗6 0.989 =2.37 kN/m

3.3 Tải trọng gió

Công trình được giả định ở vùng gió II-B Áp lực gió tiêu chuẩn 𝑤0=0.95kN/m2 Hệ số vượt tải 𝛾=1.2 Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và độ dốc mái, ta nội suy bảng III.3 phụ lục,ta được các hệ số khí động

Gió Trái

Gió phải

3.4 Hoạt tải cẩu trục

Theo bảng phụ lục II-3,các thông số cầu trục

sức nâng 16 tấn như sau

Nhịp

Lk (m)

Chiều cao gabarit

Hk

(mm)

Khoảng cách

Zmin

(mm)

Bề rộng gabarit

Bk

(mm)

Bề rộng đáy Kk

(mm)

Trọng lượng cầu trục G(T)

Trọng lượng

Dmax lên cột trái

Dmax lên cột phải

3.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang tiểu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray :

𝑇1𝑡𝑐 = 0.05(𝑄+𝐺𝑥𝑒)

𝑛 0 =0.05(160+13.01)

2 =4.33 kN Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm ( giả thiết cách vai cột 0,7m)

T=𝑛𝑐𝛾𝑝∑ 𝑇1𝑡𝑐𝑦𝑖=0.85*1.1*4.33*1.982=8.024 kN

Lực hãm lên cột trái

Lực hãm lên cột phải

 Xà gồ : ta chọn xà gồ hình chữ C,là loại xà gồ được chết tạo từ thép hình dập nguội

Chiều dày (mm)

Diện tích (cm2) 8CS4105 774.19 77.419 156.50 12.09 0.0893 2.7 11.48

Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sữa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên

Ta phân loại tải trọng tác dụng lên xà gồ C tác dụng theo 2 phương trục x-x tạo với phương ngang một góc  = 8.53 o

Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y

q B 0.115 600 10

   0.669   3   3

1.11 10 5 10

Vậy xà gồ đảm bảo được điều kiện độ võng

5.2 Thiết kế tiết diện cột

5.2.1 Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột tiết diện không đổi,với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết bằng nhau ,ta

𝑙𝑥=µ.H=1.4*9.8=13.5 Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt khung phẳng 𝑙𝑦 lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà ( dầm cẩu trục,giằng cột,xà ngang…) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cào trinh +4.1m,tức là khoảng cách giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm hãm,nên 𝑙𝑦 = 4.1𝑚

5.2.2 Chọn và kiểm tra tiết diện

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán :

N= -327.11kN M= -334.23 kNm V= -79.99 kN Đây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp 1,4,7,9 gây ra

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :

Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sợ bộ như sau :

Từ đó m e .m x 1.28273*5.0336.45620 không cần kiểm tra bền

Với  =1.7579 và x m =6.456 ,tra bảng IV.3 phụ lục,nội suy ta có e  =0.1806 e

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau

17.074( / ) 21( / )0.1806 106.08

E f

với y=75.52 tra bảng phụ lục IV.2, nội suy ta có y=0.746

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phưởng được kiểm tra theo công thức sau:

- Với bản bụng cột : do m =5.033 > 1; x  =1.7579 <2 và khả năng chịu lực của cột được quyết x

định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn (x y) nên ta có

4 w

w

w0.85 h 0.85*0.8*55.768 37.922

0.031621 0.968 19.8 300 300

x

H

   

vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu

5.3 Thiết kế tiết diện xà ngang

5.3.1 Đoạn xà 6.5m ( tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực tính toán

N= -90.3 kN M= -420.02 kN.m V= 72.86kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp 1,4 gây ra

Momen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang :

2 x

  w   2   2

1 x

f

4 w

2 x

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo:

     2 2 

td 1 3 1 1.15f cTrong đó:

1 x

Chọn chiều cao đường hàn lien kết dầm vai vào cột hf  0.6cm

Chiều dài tính toán của các đừng hàn lien kết dầm vai với bản cánh cột xác định như sau:

- Phía trên cánh ( 2 đường hàn ): lw  25 1.2   23.8 cm  

- Phía dưới cánh ( 4 đường hàn): lw  0.5 * (25 0.8) 1.2 10.9 cm     

- ở bản bụng ( 2 đường hàn ) : lw  47.6 1.2   46.4 cm  

Diện tích tiết diện và moment chống uốn của các đường hàn trong lien kết ( coi lực cắt chỉ do các

bd b,loc bd b,loc bd b,loc

L2B R 2B R B R

Trong đó: Rb,loc- cường độ chịu nén tính toán cục bộ của bê tông:

Rb,loc  bRb

 1- hệ số khi mác bê tông không quá B25

 - b hệ số tăng cường độ của bê tông khi chịu nén cục bộ:

- Chiều cao : hd® phụ thuộc vào đường hàn lien kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực

do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng:

6.2.5 Tính toán bu lông neo

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo:

N= -34.86 kN M= 187.85 kNm Q= 43.86 kN Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,5 gây ra Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c=49.6 cm chọn khoảng cách từ méo biên bản đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6cm

 

2 b

M N 187.85 *10 34.86

Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén Do T2 < T1 nên đường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu

6.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế

Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm mômen và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu,còn lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chiu Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tính toán bu lông neo Các cặp khác không nguy hiểm bẳng

Lực kéo trong bản cánh cột do moment và lực dọc phân vào theo:

6.3 Liên kết cột với xà ngang

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh cột.từ bảng tổ hợp ta chọn

N= -91.87 kN M= 394.55 kNm

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,4,7,9 gây ra

Trình tự tính toán như sau:

6.3.1 Tính toán bulông liên kết

Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến là d=20 mm, bố trí bulông thành

2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trong bảng I.13 phụ lục

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước như sau:

A diện tích tiết diện thực của thân bulông Abn=3.03 cm2

Khả năng chịu trượt của một bulông cường độ cao

nf – số lượng mặt ma sát của liên kết nf = 1

Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân vào ( do moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía trong cùng

h - lực kéo tác dụng lên 1 bulông ở dãy thứ i

b – bề rộng của mặt bích thường lấy bằng bề rộng của bản cánh cột

Chọn t = 2 (cm)

6.3.3 Tính toán đường hàn tiết diện cột ( xà ngang ) với mặt bích

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài ( kể cả sườn )

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong 1,4 gây ra

Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến là d=20 mm, bố trí bulông thành

2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trong bảng I.13 phụ lục

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước như sau:

- Bề dày: ts=0.8cm

- Chiều cao : hs= 9 cm

- Bề rộng : l =1.5 h =1.5 9 =13.5 cms  s   

 Chọn ls= 15cm

- Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy dưới cùng do moment và lực dọc phân vào (do

moment có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía trên cùng)

Mh Ncos V sin N

2 h n n 86.81* 10 * 39 77.62 * 0.9889 11.64 * 0.15

 Bulông đủ khả năng chịu cắt

- Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện sau:

6.5 Mối nối xà

- Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà thực hiện tương tự như trên Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toán kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết như sau:

6.6 Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang tại tiết diện đầu xà là Vmax = 72.86 (KN).chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang:

Kết hợp cấu tạo,chon chiều cao đường hàn hf= 0.6cm

- Lực cắt lớn nhất trong cột là tại tiết diện chân cột Vmax = -118.46 (kN), chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng cột: