Bài tập lớn Kết Cấu thép 2

TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA TP.HCMKHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP …………………Họ và tên sinh viên : Nguyễn Trung Hậu MSSV : 1647722 Lớp : 16XD01 Giáo viên hướng dẫn : Trần Tiến Đắc CHƯƠN

Giảng viên hướng dẫn : TRẦN TIẾN ĐẮC

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN TRUNG HẬU Lớp : 16XD01

MSSV : 1647722

TPHCM 05-01-2017

Mục Lục:

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN TRUNG HẬU 1

MSSV : 1647722 1

CHƯƠNG I : KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 4

I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG I 4

Chọn kích thước khung ngang 4

Vẽ mặt cắt khung ngang ứng với kich thước đã chọn 4

Vẽ sơ đồ bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột 4

II.NỘI DUNG ĐỀ BÀI 4

1.Thông số chung 4

2 Thông số riêng 4

3 Vật liệu 5

4.Liên kết .5

5.Tiêu chuẩn thiết kế 5

6.Địa điểm xây dựng 5

III CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU 5

1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp 5

2.Kích thước chính của khung ngang 5

IV.KÍCH THƯỚC DÀN 7

V.HỆ GIẰNG 7

1.Hệ giằng mái 7

a Hệ giằng cánh trên 7

b.Hệ giằng cánh dưới 7

c Hệ giằng đứng 7

2 Hệ giằng cột 7

CHƯƠNG II : XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN KHUNG 12

I.TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN 12

1.Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau 12

2.Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức 12

3.Trọng lượng kết cấu cửa trời 12

4.Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời 12

II.TẢI TRỌNG TẠM THỜI 13

III.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỘT 13

1.Do phản lực của dàn 13

2.Do trọng lượng dầm cầu trục 13

3.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục 14

4.Do lực hãm của xe con .15

IV.TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN KHUNG 15

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 18

I.NỘI LỰC KHUNG 18

II.TỔ HỢP TẢI TRỌNG 19

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CỘT TRÊN 20

I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG 20

II TÍNH TOÁN CỘT 20

a.Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột 20

b Xác định chiều dài tính toán 21

2.Chọn tiết diện cột trên 22

a.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện 22

b.Độ lệch tâm và diện tích yêu cầu 22

c.Chiều rộng tiết diện b và bề dày các bản 22

d.Kiểm tra tiết diện đã chọn 23

CHƯƠNG V : THIẾT KẾ CỘT DƯỚI 26

I.THÔNG SỐ TẢI TRỌNG 26

II.DẠNG TIẾT DIỆN VÀ CHIỀU CAO H CỦA TIẾT DIỆN 27

1.Chọn tiết diện nhánh 27

2.Xác định hệ thanh bụng 31

3.Kiểm tra tiết diện cột đã chọn 32

TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA TP.HCMKHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP …………………

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Trung Hậu

MSSV : 1647722

Lớp : 16XD01

Giáo viên hướng dẫn : Trần Tiến Đắc

CHƯƠNG I : KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG I

Chọn kích thước khung ngang

Vẽ mặt cắt khung ngang ứng với kich thước đã chọn

Vẽ sơ đồ bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột

II.NỘI DUNG ĐỀ BÀI

1.Thông số chung

Dàn vì kèo có chiều cáo H0 = 2000 Độ dốc thanh cánh trên 1/8.

Bước cột: B = 6m Số bước cột n=12 Chiều dài nhà : D = 72m

Chiều sâu chôn cột H3 = 600

Nhịp nhà: L(m);Bước cột :B(m) ;Chiều dài nhà : D(m);Cao trình đỉnh ray :Hr(m)

5.Tiêu chuẩn thiết kế

Theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam

6.Địa điểm xây dựng

Thành phố Hồ Chí Minh

Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhịp có hai cầu trục sức nâng 20/5 T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà L = 27 m dài 72 m; bước cột B=6 m, cao trình đỉnh ray 8.6 m, mái lợp Panen Bêtong cốt thép Nhà xây dựng vùng gió IIA Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép CCT34 Móng Bê tong cấp độ bền B15

III CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU.

1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp

Khung ngang gồm có cột và rường ngang Liên kết cột với rường ngang là cứng hoặc khớp, ở đây trong bài tập môn học này ta chọn cứng cho tổng quát Cột thường là bậc thang, phần trên đặc, phần dưới đặc hoặc rỗng Dàn hình thang hai mái dốc với mái lợp bằng BTCT Độ dốc từ 1/8

2.Kích thước chính của khung ngang

Xác định các kích thước chính của khung, cũng như của cột, dàn, là dựa vào nhịp khung L Bước khung B, sức nâng cầu trục Q và cao trình mặt ray H r

Cầu trục sức nâng Q = 20/5 T lấy theo bảng VI -1 (phụ lục VI Sách “Thiết kế KCT nhà công nghiệp”) có:

Nhịp L k =25.5m loại ray KP-70, chiều cao H ct của Gabarit cầu trục:

H - Chiều cao Gabarit cầu trục

100 – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

f – Khe hở phụ xét độ võng của kết cấu , lấy theo độ võng giới hạn của cấu kiện dàn vì kèo

H - Chiều cao ray tra bảng IV – 7 = 120mm

Chiều cao phần cột dưới:

H - Phần cột chôn dưới mặt nền lấy 600 – 1000 mm, H3= 600 mm

Bê tông phần cột trên chọn: b t =500mm không nhỏ hơn 1/12 chiều cao H t

a – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột, a = 250mm

λ - Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray, được xác định:

IV.KÍCH THƯỚC DÀN

Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy H0 =2200mm, độ dốc cánh trên

i=1/8=0.125 như vậy chiều cao giữa giàn là: 0 3887

CHƯƠNG II : XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN

KHUNG

I.TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN

1.Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau

Cấu tạo của lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn

/

daN m mái)

Hệ số vượt tải toán (Tải trọng tính 2

m

2.Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức

21.2 1.1 1.2 0.6 27 21 ( / )

g = ×n ×α × =L × × × = daN m

Trong đó: n = 1.1 – Hệ số vượt tải

1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng

0.6

d

α = - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 – 36m

3.Trọng lượng kết cấu cửa trời

Có thể tính theo công thức kinh nghiệm:

21,1 12 13.2 ( / )

tc

Ở đây lấy g tc ct =12daN m/ 2

4.Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời

- Trọng lượng cánh cửa (kính + khung) g tc K =35daN m/ 2

- Trọng lượng bậu trên và bậu dưới g b tc =100daN m/

Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là:

1.1 35 1.5 6 1.1 100 6 1007

g = ×n g ×h × + ×B n g × =B × × × + × × = daN

Tải trọng g và ct g Kb chỉ tập trung ở những chân cửa trời.

Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà g ct′ .

p = daN m mặt bằng với hệ số vượt tải n p =1.3

Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang

1.3 75 6 585 ( / )

tc p

2.Do trọng lượng dầm cầu trục

Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức:

3.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục

Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất Cầu trục 20T có áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe là:

= × =

Cầu trục có bề rộng B ct =6300mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 4400

mm Đặt bánh xe ở vị trí như hình vẽ tính được các tung độ y i của đường ảnh hưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột theo công thức:

Các lực D max,Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng bd/2 Do đó tại vai cột có sinh ra moment lệch tâm:

ax ax

min min

56.1 0.5 28.05 ( )16.7 0.5 8.35 ( )

4.Do lực hãm của xe con

Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm vào cột

Lực hãm ngang của xe con:

tc ng

Lực hãm ngang T truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm: giá 1tc

trị T cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định ax

IV.TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN KHUNG

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95 Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió Áp lực gió tiêu chuẩn

ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực IIA (không kể kể đến ảnh hưởng của gió bão): q0tc =83 (daN m/ 2)

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên đỉnh cột Trường hợp giữa các cột khung có các cột sườn tường với bước cột 6m Không bố trí sườn tường với

h - Chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động C i

K = 1.27 ở 18.55m trong khoảng từ độ cao 11.6m đến 18.55m, dùng hệ số trung bình của K: K = 1.234

Vậy:

0

W

1.3 83 1.234 6 (0.8 2.2 0.446 1.69 0.7 2.5 0.8 0.56 0.6 0.56 0.6 2.50.6 1.69 0.5 2.2) 4189.60 ( )

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

I.NỘI LỰC KHUNG

Bỏ qua yêu cầu tính nội lực cho khung Thay vào đó sử dụng kết quả tính toán của sách “ Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp”- GS Đoàn Định Kiến ( chủ biên ) như sau :

5 Lực

hãm lên 1

∓52.1 0 ±165.1 0 ±165.1 0 ±479.0 0 ±44.10.9 ∓46.9 0 ±148.6 0 ±148.6 0 ±431.1 0 ±39.7

6 Lực

hãm lên

1 ∓88.7 0 ±16.4 0 ±16.4 0 ±252.6 0 ∓16.40.9 ∓79.8 0 ±14.8 0 ±14.8 0 ±227.3 0 ∓14.8

7 Gió trái 1 404.3 0 75.6 0 75.6 0

-1287.8

0 110.30.9 363.9 0 68.0 0 68.0 0 -

Từ bảng trên hiệu chỉnh giảm 15% đối với tất cả các giá trị trong bảng kết quả này

3 Mômen

cầu trục

(móc

1 -34.3 0 517.0 0 -990.9 2413.2 250.2 2413.2 -86.20.9 -30.9 0 465.3 0 -891.8 2171.8 225.3 2171.8 -77.6

4 Mômen

cầu trục

( móc

1 -118.7 0 179.1 0 -305.4 775.2 365.5 775.2 -46.60.9 -106.8 0 161.2 0 -274.9 697.7 329.0 697.7 -41.9

5 Lực

hãm lên

cột trái

1 ∓44.3 0 ±140.3 0 ±140.3 0 ±407.2 0 ±37.50.9 ∓39.9 0 ±126.3 0 ±126.3 0 ±366.4 0 ±33.7

6 Lực

hãm lên

cột phải

1 ∓75.4 0 ±13.9 0 ±13.9 0 ±214.7 0 ∓13.90.9 ∓67.8 0 ±12.6 0 ±12.6 0 ±193.2 0 ∓12.6

7 Gió trái 1 343.7 0 64.3 0 64.3 0

-1094.6

0 93.80.9 309.3 0 57.8 0 57.8 0 -985.2 0 84.4

8 Gió

phải

1 -356.6 0 -46.3 0 -46.3 0 1059.1 0 -86.60.9 -320.9 0 -41.7 0 -41.7 0 953.2 0 -77.9

1.Xác định chiều dài tính toán của cột

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp

Các cặp khác có trị số nhỏ rõ ràng là không nguy hiểm bằng cặp đã chọn

a.Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột

Khi chọn tiết diện mỗi phần cột cần kể thêm trọng lượng bản thân của cột

Đối với cột trên: ∑N =N tu =N max =763.1 (kN)

Đối với cột dưới:

K = ÷ đối với cột dưới chọn K = 0.4

ψ - Hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột.

H - Chiều dài đoạn cột.

Đối với cột trên: H c =H t =3.72m

Đối với cột dưới: H c =H d =8.48m

Đối với cột trên:

6

76310

1.4 7850 159.7 ( / )0.25 21 10

b Xác định chiều dài tính toán

Để chọn tiết diện cột dưới có thể chọn nhiều cặp tùy thuộc vào tính toán bộ phận nào Ở đây để xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có N lớn nhất tức là cặp:

20.922

t d

Trong đó: d 4.13

t

N m N

2.Chọn tiết diện cột trên

Nội lực nguy hiểm cho cột trên là:

M = -1305.4 kNm = -130540 daNm

76310 594.2 76904.2 ( )

a.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện

Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, với chiều cao tiết diện đã chọn trước

c

M N

hN

f

ηγ

Dựa vào các yêu cầu w ( 1 1 ) ( 1 1 ) 500 (7.14 5) ( )

d.Kiểm tra tiết diện đã chọn

Các đặc trưng hình học của tiết diện

y y

-Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi m e

w

1.63 50.91 1

-Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:

Moment tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là moment lớn nhất tại tiết diện ở phần 3 cột

Moment tính toán tại tiết diện B (đỉnh cột) có trị số: M B = −130540daNm do

các tải trọng 1, 2, 4, 6, 8 Vậy moment tương ứng ở đầu kia (tiết diện C) do các tải trọng này là:

Độ lệch tâm tương đối:

Vậy c xác định theo công thức:

Trong đó α và β là các hệ số xác định theo bảng II.5 phụ lục II sách “Thiết kế

kết cấu thép nhà công nghiệp” của Gs.Đoàn Định Kiến (chủ biên )

Với λy =1.06 2.5< ⇒ Tra bảng II.1 đượcϕ =y 0.93

Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung:

Với bản bụng được kiểm tra theo công thức:

 

 

  của bản bụng được xác định theo bảng 3.4 sách “Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp” của Gs.Đoàn Định Kiến (chủ biên)

w14.7 3.1 98.03

t = < f = không phải đặt sườn ngang

Vậy tiết diện đã chọn như hình là thỏa mãn

CHƯƠNG V : THIẾT KẾ CỘT DƯỚI

II.DẠNG TIẾT DIỆN VÀ CHIỀU CAO H CỦA TIẾT DIỆN

Cột dưới rỗng có tiết diện không đối xứng, bao gồm 2 nhánh: nhánh ngoài (nhánh mái) và nhánh trong (nhánh cầu trục) Nhánh ngoài dùng thép bản và 2 thép góc Nhánh trong dùng thép cán hình chữ I hoặc dùng tiết diện tổ hợp từ 3 thép bản Do cột dưới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng

Chiều cao tiết diện h chính là b d đã chọn là h b= d =1000mm=1m

Cột rỗng thanh giằng các nhánh được xác định như cột đặc chịu nén đúng tâm, với N f1,N f2

Giả thiết độ mảnh của cột là: λ =gt 75

Từ λgt và f tra bảng II.1 phụ lục II có hệ số ϕ sách KCT cấu kiện cơ bản.

0.749

ϕ = (ϕ =0.7 0.9÷ nằm trong khoảng này).

Diện tích yêu cầu các nhánh là:

N

2 2

1690.749 2100 1

f f

x

1 1

1

129744.2

31.8128.32

x x

y

1 1

1

56779.7

21.0128.32

y y

oy y

 

 

  của bản bụng

i i i

2

4787.4

5.2179.6

x x

2

36526.9

14.26179.6

y y

2.Xác định hệ thanh bụng

Bố trí hệ thanh bụng như trên hình

Sơ bộ chiều cao dầm vai bằng 500mm

Chiều cao còn lại của cột 8480-500 =7980mm

Chia làm 8 đoạn của phần cột còn lại Khoảng cách các nút giằng

7980 / 8 997

Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

Chiều dài thanh xiên

d

i

+Kiểm tra khả năng chịu lực:

Tra bảng hệ số ϕ ở phần phụ lục II.1 sách “Thiết kế

kết cấu thép nhà công nghiệp” của Gs.Đoàn Định Kiến

(chủ biên)

Theo λmax =31.87 và f =210 /N mm2 được

min 0.765

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên γc =0.75

(Kể đến sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thanh)

2 2 min

x x

×Kiểm tra lực cắt quy ước

V = daN V> = daN , do vậy không cần phải tính lại thanh bụng

xiên và độ mảnh tương đương λ0.

Thanh bụng ngang tính theo lực cắt V f =3257.5daN

Vì V f rất nhỏ, chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn [ ]λ =150.

Dùng 1 thép góc đều cạnh L50x5 có imin =1.53cm

24.8

min62.38 150

C i

λ = = < λ = ; ϕ =0.816

3257.5

1108.9 / 2100 /0.816 4.8 0.75

3.Kiểm tra tiết diện cột đã chọn

Nhánh 1: Nội lực tính toán N f1=200343daN

Độ mảnh của nhánh

1 1

1

848

40.421.0

y y

y

l i

1

99.7

19.175.2

f x x

l i

Tra bảng hệ số ϕ ở phần phụ lục II.1 sách “Thiết kế kết cấu thép nhà công

nghiệp” của Gs.Đoàn Định Kiến (chủ biên)

Theo λ =max 40.2 và f =210 /N mm2 ta được ϕmin =0.902

Kiểm tra ứng suất

2

848

16.4751.48

y y

y

l i

2

99.7

19.175.2

f x x

l i

1 1 50.5 (128.32 179.6) 55.67

1.06816279.2

2 2 66.63 128.32 179.6 39.77

1816279.2

Cột đã chọn đảm bảo khả năng chịu lực.

4.Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột

Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực N d =17884.4daN

Với que hàn N42, mối hàn được thực hiện bằng thủ công có

Chọn chiều cao đường hàn sống là: h fs =6mm<1.2tmin =1.2 8 9.6× = mm

Chọn chiều cao đường hán mép là:h fm =4mm<1.2tmin =1.2 8 9.6× = mm

Thường chọn: h f =tmin ; tmin =8mm Đồng thời: h fs =6mm h≥ minf =4mm;

Các đường hàn góc cạnh đều thỏa mãn

Đường hàn thanh bụng ngang L60x5 vào nhánh cột tính chịu đủ lực cắt