Đồ án thép 2 đại học xây dựng

Đồ án kết cấu thép I SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp có cầu trục Các số liệu thiết kế: • Nhịp khung: L = 24 m • Bước khung: B = 7.5 m; toàn nhà dài 15B = 112.5 m • Sức trục: Q = tấn; Số cầu trục làm việc xưởng chiếc, chế độ làm việc trung bình • Cao trình đỉnh ray: H1 = m • Vùng gió: IIIB • Dạng địa hình xây dựng công trình: B • Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0.75 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m • Nhịp cửa trời: Lct = m • Chiều cao cửa trời: Hct = m • Mái lợp tôn múi dày 0,51mm • Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3÷5mm) tương đương • Bê tông móng cấp độ bền B15 • Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m phía dưới, thưng tôn phía Nhiệm vụ thiết kế 2.1 Thuyết minh tính toán • Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột • Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió • Thiết kế xà gồ (2 phương án: tiết diện cán nóng tiết diện dập nguội) • Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho trường hợp tải trọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho tiết diện đặc trưng cột xà mái • Thiết kế khung ngang gồm cột xà Tính chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà • Thiết kế dầm cầu trục, cột sườn tường 2.2 Bản vẽ thể 01 vẽ khổ A1 gồm: • Sơ đồ khung ngang • Hệ giằng mái, giằng cột -1 Đồ án kết cấu thép • Cột khung, mặt cắt chi tiết thân cột • Xà, mặt cắt chi tiết xà • Bảng thống kê vật liệu, ghi dẫn cần thiết II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 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 kiến trúc thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 (tương đương i = 17 %) Do tính chất làm việc khung ngang chịu tải trọng thân tải trọng gió chủ yếu, nên thông thường nội lực xà ngang vị trí nách khung thường lớn nhiều nội lực vị trí nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà Tiết diện lại lấy không đổi Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ chọn chiều cao cửa trời 2m chiều rộng cửa trời 4m Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang 1.1 Kích thước theo phương đứng • Chiều cao cột dưới: Hd = H1 − ( hdct + hr ) + hch Trong đó: H1 = m cao trình đỉnh ray hdct = 0.75 m chiều cao dầm cầu trục -2 Đồ án kết cấu thép hr = 0.15 m chiều cao ray hch = m chiều sâu chôn chân cột → Hd = – (0.75 + 0.15) + = 9.1 (m) • Chiều cao cột trên: Htr = ( hdct + hr ) + K1 + 0.5 ; Trong đó: + K1 = 0.9 m khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao xe Giá trị tra catalo cầu trục (phụ thuộc vào sức trục Q = 8T nhịp cầu trục S= 22m); + 0.5m khoảng cách an toàn từ điểm cao xe đến xà ngang → Htr= (0.75 + 0.15) + 0.9 + 0.5 = 2.3 (m) • Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9.1+ 2.3 = 11.4 (m) 1.2 Chọn sơ kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy theo trục định vị mép cột) là: L = 24m Lấy gần nhịp cầu trục là: S = 22 m ( theo catalog bảng 4.2 với cầu trục dầm kiểu ZLK tương ứng với sức tải cẩu tấn), khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép cột: Zmin = 160 mm a Tiết diện cột 1⎞ 1⎞ ⎛ ⎛ - Chiều cao tiết diện: h = ⎜ ÷ ⎟H = ⎜ ÷ ⎟ × 11.4 = ( 0.76 ÷ 1.14 ) m ⎝ 10 15 ⎠ ⎝ 10 15 ⎠ → Chọn h = 75 cm - Bề rộng tiết diện cột: b = ( 0.3 ∼ 0.5 ) h = ( 0.3 ∼ 0.5 ) × 75 = 22.5 ÷ 37.5cm ⎞ ⎞ ⎛ ⎛ ÷ H=⎜ ÷ b = ⎜ ⎟ ⎟ × 1140 = 38 ÷ 57cm ⎝ 20 30 ⎠ ⎝ 20 30 ⎠ → Chọn b = 30 cm - Chiều dày bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw mỏng: tw > 6mm ⎞ ⎞ ⎛ ⎛ tw = ⎜ ÷ h=⎜ ÷ ⎟ ⎟ × 75 = 0.75 ÷ 1.07cm ⎝ 70 100 ⎠ ⎝ 70 100 ⎠ → Chọn tw = 1.2 cm - Chiều dày cánh tf chọn khoảng (1/28÷1/35)b ⎞ ⎞ ⎛ ⎛ tf = ⎜ ÷ b=⎜ ÷ ⎟ ⎟ × 30 = 0.86 ÷ 1.07cm ⎝ 28 35 ⎠ ⎝ 28 35 ⎠ → Chọn tf = cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép cột: Z = ( L − 2.h − S ) -3 Đồ án kết cấu thép Trong đó: L - nhịp nhà ; h - chiều cao tiết diện cột; S - nhịp cầu trục Z= ( 24 − × 0.75 − 22 ) = 0.25m > Zmin = 0.16m → Thỏa mãn điều kiện an toàn b Tiết diện xà mái - Chiều cao tiết diện nách khung: h1 ≥ 1 L= × 24 = 0.6m 40 40 → Chọn h1 = 75 cm - Bề rộng tiết diện nách khung : b = (01/2 ÷ 1/5)h1 b ≥ 180 mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bề rộng cột ⎛ 1⎞ ⎛ 1⎞ b = ⎜ ÷ ⎟ h1 = ⎜ ÷ ⎟ × 75 = 15 ÷ 37.5cm ⎝2 5⎠ ⎝2 5⎠ → Chọn b = 30 cm - Chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b h2 = (1.5÷ 2)x30 = 45 ÷ 60cm → Chọn h2 = 45 cm - Chiều dày bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100) h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw mỏng: tw > 6mm ⎞ ⎞ ⎛ ⎛ tw = ⎜ ÷ h=⎜ ÷ ⎟ ⎟ × 75 = 0.75 ÷ 1.07cm ⎝ 70 100 ⎠ ⎝ 70 100 ⎠ → Chọn tw = cm - Chiều dày cánh tf ≥ 1 × 30 = 1cm b → tf ≥ 30 30 → Chọn tf = 1.6 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột đoạn (0.35 ÷ 0.4) chiều dài nửa xà Ltđ = (0.35÷ 0.4 )*12= 4.2÷ 4.8 → Chọn Ltđ = 4.5 m c Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung áp lực đứng cầu trục trọng lượng thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm hoạt tải cầu trục) nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột) Sơ chọn tiết diện dầm vai sau: Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục: λ = (L - S)/2 = (24 - 22)/2 = + Chiều dài vai (từ mép cột đến cạnh vai cột): Lv = λ – hc + 0.15= 1- 0.75 + 0.15 = 0.4 (m) Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh vai cột lấy 150mm -4 Đồ án kết cấu thép + Chọn chiều cao dầm điểm đặt Dmax: h = 30 cm + Chiều góc nghiêng cánh với phương ngang 200 chiều cao tiết diện dầm vai ngàm: hdv= 30 + 25xtg200 = 39.1 (cm) Chọn hdv = 42 (cm) (≥ Z= 25cm) + Bề rộng tiết diện vai cột: bf = 30 cm + Chiều dày bụng vai cột: tw = 0.8 cm + Chiều dày cánh vai cột: tf = 1.2 cm d Tiết diện cửa trời + Chiều cao tiết diện cột cửa trời: + Bề rộng tiết diện cột: hc_ct = 20 cm bc_ct = 10 cm + Chiều dày bụng: tw = 0.8 cm + Chiều dày cánh: tf = cm 1.3 Hệ giằng Hệ giằng phận kết cấu liên kết khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian, có tác dụng: - Bảo đảm bất biến hình theo phương dọc nhà độ cứng không gian cho nhà; - Chịu tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất xuống móng - Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán mặt phẳng) cho cấu kiện chịu nén kết cấu: dàn, cột, - Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái hệ giằng cột Hệ giằng cột: Hệ giằng cột đảm bảo bất biến hình độ cứng toàn nhà theo phương dọc, chịu tải trọng tác dụng dọc nhà đảm bảo ổn định cột Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí khối nhà đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió cách nhanh chóng Hệ giằng cột bố trí theo lớp Hệ giằng cột bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột bố trí từ mặt đến mặt dầm vai Theo tiết diện cột, hệ giằng cột đặt vào bụng cột Do sức trục Q 9m, bố trí thêm chống dọc nhà vị trí cao độ +4.000m Chọn tiết diện chống dọc theo độ mảnh λ max ≤ 200 , chọn 2C20 (hình 1.2) -5 Đồ án kết cấu thép Hình 1.2 Sơ đồ hệ giằng cột Hệ giằng mái: Hệ giằng mái bố trí hai gian đầu nhà chỗ có hệ giằng cột Hệ giằng mái bao gồm giằng xiên chống, yêu cầu cấu tạo chống có độ mảnh λmax ≤ 200 Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện Φ25, chống chọn 2C20 Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía (để giữ ổn định cho xà chịu tải bình thường – cánh xà chịu nén) Khi khung chịu tải gió, cánh xà chịu nén nên phải gia cường giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách bước xà gồ lại bố trí chống xiên Tiết diện chống chọn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800 mm Ngoài bố trí chống dọc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi thi công lắp ghép Hình 1.3 Sơ đồ hệ giằng mái -6 Đồ án kết cấu thép Hình 1.4 Chi tiết chống xà gồ Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1 Tải trọng thường xuyên - Tải trọng thường xuyên phân bố xà mái: Tải trọng mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái: gtc = 15 daN/m2 mặt mái (phân bố theo độ dốc mái) Hệ số độ tin cậy tải trọng thường xuyên ng = 1.1 qtc = gtcxB = 15x7.5 = 112.5 daN/m qtt = ngxgtcxB = 1.1x15x7.5 = 123.75 daN/m - Tải trọng kết cấu bao che: gtc = 12 daN/m2 qtt = ngxgtcxB = 1.1x12x7.5 = 99 daN/m - Tải trọng thân dầm cầu trục: Gdct = α dct L2dct = 30x7.52 = 1687.5 daN Trong đó: α dct = 30 hệ số trọng lượng thân - Tải trọng thân dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) -7 Đồ án kết cấu thép Bảng 2.1 Tĩnh tải mái STT Loại tải Tôn lợp mái Xà gồ Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải tiêu vượt tải tính toán khung trọng chuẩn (daN/m2) 1.1 1.1 (daN/m2) 8.8 7.7 (m) 7.5 7.5 (daN/m) 66 57.75 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung 123.75 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy hoạt tải sửa chữa mái np = 1.3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn 30 daN/m2 mặt nhà hoạt tải sửa chữa mái phân bố xà mái xác định sau: ptc = 30xB ptt = npx30xB - Khi qui tải trọng phân bố theo xà giá trị tải trọng nhân với cosα: p = 30xBxcosα = 30x7.5xcos(10) = 221.58 daN/m ptt = npx30xBx cosα = 1.3x30x7.5xcos(10)= 288.05 daN/m Bảng 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái STT Loại tải Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải t chuẩn vượt tải tính toán khung trọng (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) Sửa chữa mái 30 1.3 39 7.5 295.5 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung 288.05 2.3 Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 q = n W0 k C B (daN/m) Trong đó: q: áp lực gió phân bố mét dài khung W0: áp lực gió tiêu chuẩn, gió vùng IIIB có W0 = 125 daN/m2 n = 1.2: hệ số độ tin cậy tải trọng gió k: hệ số phụ thuộc vào độ cao C: hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu B: bước khung -8 Đồ án kết cấu thép Hình 2.1 Mặt khung chịu gió a) Gió ngang nhà; b) Gió dọc nhà a) Trường hợp gió thổi ngang nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Hình 2.2 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Kích thước sơ đồ tính toán: + Nhịp: L0 = 24 m + Chiều cao: Hc = 11.436 m; hm1 = 1.757m; hm2 = 1.670 m; hm3 = 0.93 m Tra theo sơ đồ tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào góc α, tỉ lệ ΣB/L -9 Đồ án kết cấu thép (ΣB- chiều dài toàn nhà) H/L giá trị Ce: Ce1 = - 0.548 ; Ce2 = - 0.424 ; Ce3 = - 0.5 ; Ce4 = - 0.472 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình chiều cao công trình Công trình khu vực thuộc dạng địa hình B Tra bảng TCVN 2737 -1995 chiều cao cột 10,692 m, cao trình đỉnh cột 9,692m lấy gần hệ số k =1,081 giá trị tải trọng gió phân bố thân cột Bảng 2.3 Tải trọng gió theo phương ngang nhà STT Loại tải T.T tiêu chuẩn daN/m2 Hệ số k Hệ số C Hệ số vượt tải Bước khung m Tổng tải trọng daN/m Cột đón gió 125.0 1.023 0.800 1.2 7.5 920.68 Mái đón gió 125.0 1.051 -0.472 1.2 7.5 -557.89 Cột cửa trời đón gió 125.0 1.078 0.700 1.2 7.5 848.77 Mái cửa trời đón gió 125.0 1.088 -0.548 1.2 7.5 -670.36 Mái cửa trời hút gió 125.0 1.088 -0.424 1.2 7.5 -518.77 Cột cửa trời hút gió 125.0 1.078 -0.600 1.2 7.5 -727.52 Mái hút gió 125.0 1.051 -0.500 1.2 7.5 -591.24 1.2 7.5 -575.42 125.0 Cột hút gió 1.023 -0.500 * Dấu âm nghĩa tải trọng gió hướng khung b) Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động hai mặt mái có giá trị -0,7; hệ số khí động cột giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) H/ΣB Công trình có: L/ΣB = 24/112.5 = 0.213 Nbmax= 9196daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 3707 = 463daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 463daN (Thỏa mãn) * Tính bích: - Chiều dày bích: Lực kéo bulông hàng tiếp theo: N2 = N1.h2 9196 × 31 = = 6479daN h1 44 tbb = 1,1 tbb = 1.1 g.∑ Nmax = 1.1 16 × × 9196 = 1.36cm × (30 + 16) × 2100 g.∑ Ni = 1.1 16 × × (9196 + 6479) = 1.77cm × (30 + 16) × 2100 2.(bbb + g).f 2.(bbb + g).f Chọn tbb = 2cm Kiểm tra với cặp nội lực: M = 12032daN.m (căng thớ biên phía xà); N = 1707daN (kéo); V = 2152daN Lực kéo lớn bulông hàng cùng: Nb max = (M + N.y ) h1 2.∑ h i = (1203200 + 1707 × 15.5) × 44 = 8936daN × (312 + 442 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 8936daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: - 62 Đồ án kết cấu thép Nvb = 2152 = 267daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 267daN (Thỏa mãn) b) Tính toán liên kết theo quan điểm thứ (Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC) Với cặp nội lực: M= 11439daNm (căng thớ biên phía xà); N= 4327daN (kéo); V = 3707daN * Tính bu lông: - Phương trình hình chiếu lực lên phương đứng: σn A f + Ở đây: t w y.σn 1.y.σn − Nn − 2.Z = → 48σn + + 43.27 − 2.Z = 2 y – khoảng cách từ mép bụng cột vùng nén đến trục trung hòa; Af= bf tf= 30x1.6= 48cm2 Rút gọn phương trình: 48σn + 0.5yσn − 2Z = −43.27 (kN) (1) - Phương trình cân mô men với trọng tâm vùng ứng suất nén phần bụng: y y 1.6 45 y 2Z[45 − (1.6 + ) − 0.5] + σn × 48 × ( + ) = 11439 + 43.27 × ( − ) (kN.cm) 3 2 Rút gọn phương trình: ⎤ ⎡ Z ⎢85.8 − y ⎥ + σn16y + 38.4σn = 12412.6 − 14.42y ⎦ ⎣ (2) - Phương trình biến dạng: εbl C σ 42.9 − y Z = ⇒ = n ; 2.A bl E E y εn y Trong đó: 42.9= 45 -0.5 -1.6 cm khoảng cách từ trọng tâm hàng bu lông đến mép bụng chịu nén Chọn sử dụng bu lông đường kính φ20 loại 8.8 có: Diện tích thực bu lông Abn= 3.14cm2; diện tích nguyên bu lông Abl= 2.45cm2; cường độ tính toán chịu kéo bu lông ftb = 4000daN/cm2; cường độ tính toán chịu cắt bu lông fvb = 3200daN/cm2 Z = 210.2 σn − 4.9σn y (3) - Thay (3) vào (1) được: - 63 Đồ án kết cấu thép 48σn + 0.5yσn − 2(210.2 σn − 4.9σn ) = −43.27 y → 0.5σn y + 57.8σn y − 420.4σn = −43.27y → σn = (4) −43.27y 0.5y + 57.8y − 420.4 - Thay (3) vào (2): ⎛ ⎞⎡ σn ⎤ ⎜ 210.2 − 4.9σn ⎟ ⎢85.8 − y ⎥ + σn16y + 38.4σn = 12412.6 − 14.42y y ⎦ ⎝ ⎠⎣ Sau biến đổi rút gọn được: σn = −14.42y + 12412.6y 19.26y − 522.1y + 18035 (5) - Cân (4) (5) có phương trình bậc với y: −7.21y + 6206.2y + 700919.2y − 4437882.5 = (6) - Dễ dàng giải (6) nghiệm thích hợp: y = 6.01cm Do ứng suất nén cánh: σn = −43.27y −43.27 × 6.01 = 0.5y + 57.8y − 420.4 0.5 × 6.012 + 57.8 × 6.01 − 402.4 = 4.732kN / cm2 = 473.2daN / cm2 < 2100daN / cm2 - Hợp lực lực kéo bu lông: Z = 210.2 σn 4.732 − 4.9σn = 210.2 × − 4.9 × 4.732 = 142.3kN y 6.01 - Lực kéo lớn hàng bu lông cùng: Z1 = Z 49.4 − y 43.39 = 142.3 × = 167.37kN 49.4 − y − 6.5 36.89 Mỗi bu lông chịu 83.68kN = 8368daN - Lực kéo hàng bu lông thứ hai: Z2 = Z 49.4 − y − 13 30.39 = 142.3 × = 117.22kN 49.4 − y − 6.5 36.89 Mỗi bu lông 58.61kN = 5861daN Khả chịu kéo bulông Φ20: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN > Z1 Z , 2 (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 3707 = 463daN - 64 Đồ án kết cấu thép Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 463daN (Thỏa mãn) * Tính bích: Lực bu lông hàng phân phối cho cánh, bụng cột sườn Gọi L1, L2 khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bụng (hoặc sườn) đến trục cánh cột lực bụng (P1) cánh cột (P2) lực kéo bu lông là: P1 = Z ⎛L ⎞ 1+ ⎜ ⎟ ⎝ L2 ⎠ P2 = Z ⎛L ⎞ 1+ ⎜ ⎟ ⎝ L1 ⎠ - Phân phối Z1 cho bụng cánh cột: + Cho sườn: P1 = + Cho cánh: P2 = 83.68 = 31.83kN 1+ ( ) 6.8 83.68 = 51.84kN 6.8 1+ ( ) - Phân phối Z2 cho bụng cánh cột: + Cho bụng: P1 = + Cho cánh: P2 = 58.61 = 18.61kN 1+ ( ) 6.2 58.61 = 40kN 6.2 1+ ( ) - Tính mô men uốn bích: + Do tải truyền vào cánh: Hoặc: M= 51.84 × (6.8 − 0.25 × 2) = 163.3kNcm M= 40 × (6.2 − 0.25 × 2) = 114kNcm Chiều dày bích: tbb = 6.M × 163.3 × 102 = = 1.76cm bi f.γ c 15 × 2100 × + Do tải truyền vào sườn: M= 31.83 × (8 − 0.25 × 2) = 119.36kNcm Chiều dày bích: tbb = 6.M × 119.36 × 102 = = 1.80cm bi f.γ c 10.5 × 2100 × - 65 Đồ án kết cấu thép + Do tải truyền vào bụng: 18.61× (8 − 0.25 × 2) = 69.78kNcm M= Chiều dày bích: tbb = 6.M × 69.78 × 102 = = 1.11cm bi f.γ c 16 × 2100 × - Dùng bích có chiều dày tbb = 2cm * Kiểm tra ứng suất phận lực kéo bu lông truyền vào: - Bản cánh: σ = - Sườn: σ= - Bản bụng: 51.84 + 40 = 3.06kN / cm2 = 306daN / cm2 < 2100daN / cm2 15 × 2 × 31.83 = 5.05kN / cm2 = 505daN / cm2 < 2100daN / cm2 10.5 × 1.2 σ= × 18.61 = 1.93kN / cm2 = 193daN / cm2 < 2100daN / cm2 16 × 1.2 c) Tính liên kết đường hàn mặt bích với xà: Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ đường hàn tự động mm chiều dày lớn (bản bích) 20 mm Chiều cao lớn đường hàn cánh cột với bích : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x1.6 = 19.2mm Æchọn mm Chiều cao lớn đường hàn bụng cột với bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x10 = 12mm Æ chọn mm A w = × 0.7 × 0.8 × (29 + 27) + × 0.7 × 0.8 × 40 = 107.52cm2 Iw = × 0.7 × (29 × 0.8 × 232 + 27 × 0.8 × 202 + Ww = 0.8 × 403 ) = 35252.3cm4 12 Iw × 35251.3 × = = 1512.9cm3 hc + × 0.8 46.6 Cặp nội lực vị trí liên kết xà: M= 11439daNm; N= 4327daN; V = 3707daN τhl = ( M N V 11439 × 102 4327 3707 + ) +( ) = ( + ) +( ) Ww A w Aw 1512.9 107.52 107.52 = 797.1daN / cm2 < 1800daN / cm2 * Tính liên kết đường hàn mặt bích với cột xà phương pháp gần đúng: Chọn chiều cao đường hàn cột với bích hf = 8mm Lực dọc N mômen đường hàn góc cánh chịu: Nc = N M 4327 1143900 + = + = 30684.1daN hctk 43.4 Ứng suất đường hàn góc cánh: - 66 Đồ án kết cấu thép τc = Nc 30684.1 = hf (bf − 1) + hf (bf − t w − 1) 0.8 × 29 + 0.8 × 27 = 684.9daN / cm2 < 0.7 × 1800 = 1260daN / cm2 Lực cắt đường hàn bụng cột chịu: V= 3707daN Ứng suất đường hàn bụng: τ w == 3707 = 57.92daN / cm2 < 1260daN / cm2 × 0.8 × 40 Đường hàn đủ khả chịu lực 6.5 Chi tiết đỉnh xà Hình 6.6 Chi tiết đỉnh xà Nội lực đỉnh xà: M = 7278daN.m (căng thớ biên xà); N = 2284daN (nén); V = 406daN a) Tính toán liên kết theo quan niệm tính thứ * Tính bu lông: Chọn bu lông đường kính φ20 loại 8.8 bố trí bulông hình vẽ 6.6, có: Diện tích thực bu lông Abn= 3.14cm2; diện tích nguyên bu lông Abl= 2.45cm2; cường độ tính toán chịu kéo bu lông ftb = 4000daN/cm2; cường độ tính toán chịu cắt bu lông fvb = 3200daN/cm2 - Kiểm tra bu lông chịu kéo: Lực kéo lớn hàng bulông cùng: (h1= 44.7cm; h2= 31.7cm; y= 15.8cm): Nb max = M.h1 727800 × 44.7 = = 5417daN 2.∑ hi × (31.72 + 44.72 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 5417daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: - 67 Đồ án kết cấu thép Nvb = 406 = 51daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 51daN (Thỏa mãn) * Tính bích: - Chiều dày bích: Lực kéo bulông hàng tiếp theo: N2 = N1.h2 9196 × 31.7 = = 3841daN h1 44.7 tbb = 1,1 tbb = 1.1 g.∑ Nmax = 1.1 16 × × 5417 = 1.04cm × (30 + 16) × 2100 g.∑ Ni = 1.1 16 × × (5417 + 3841) = 1.36cm × (30 + 16) × 2100 2.(bbb + g).f 2.(bbb + g).f Chọn tbb = 2cm Kiểm tra với cặp nội lực: M = -4848daN.m (căng thớ biên phía xà); N = 6273daN (nén); V = 1114daN Lực kéo lớn bulông hàng cùng: Nb max = (M + N.y ) h1 2.∑ h i = (484800 + 6273 × 15.5) × 44.7 = 4332daN × (31.72 + 44.72 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 4332daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 1114 = 139daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 139daN (Thỏa mãn) b) Tính đường hàn liên kết mặt bích với xà Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ đường hàn tự động mm chiều dày lớn (bản bích) 20 mm Chiều cao lớn đường hàn cánh cột với bích : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x1.6 = 19.2mm Æchọn mm Chiều cao lớn đường hàn bụng cột với bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x10 = 12mm Æ chọn mm A w = × 0.7 × 0.8 × (29 + 27) + × 0.7 × 0.8 × 40 = 107.52cm2 - 68 Đồ án kết cấu thép Iw = × 0.7 × (29 × 0.8 × 232 + 27 × 0.8 × 202 + Ww = 0.8 × 403 ) = 35252.3cm4 12 Iw × 35251.3 × = = 1512.9cm3 hc + × 0.8 46.6 Cặp nội lực vị trí liên kết cột với xà: M = 7278daN.m; N = 2284daN; V = 406daN τhl = ( M N V 7278 × 102 2284 406 ) +( ) = ( ) +( ) + + Ww A w Aw 1512.9 107.52 107.52 = 459.8daN / cm2 < 1800daN / cm2 Đường hàn đủ khả chịu lực Thiết kế cột sườn tường, cửa trời 7.1 Cột sườn tường Lấy sơ đồ tính với cột khớp với móng, có điểm tựa vào dàn gió Chọn tiết diện cột sườn tường thép tổ hợp tiết diện chữ I có: h = 350 mm, bf = 180 mm; tf = 10 mm; tw = mm Đặc trưng hình học Wx = 731,6 cm3 ; A = 62,4 cm2; rx = 14,32 cm; ry = 3,95 cm; Chiều dài tính toán cột sườn tường: lx = 1300 cm; ly = 240 cm (cách xà gồ tường lắp chống xà gồ); Hình 7.1 Sơ đồ tính toán cột sườn tường - Độ mảnh cột sườn tường: λx = ly lx 1300 240 = 60.77 = = 90.76 ; λ y = = rx 14.32 ry 3.95 Độ mảnh giới hạn cột: theo bảng 25 TCXDVN 338:2005: - 69 Đồ án kết cấu thép [ λ ] = 120 Max (λx; λy) = λx = 90.76 ⇒ Max (λx; λy) < [ λ ] (Thoả mãn) - Độ mảnh quy ước cột: λ x = λx 2100 f ⇒ λ x = 90.76 = 2.87 E 2.1× 106 λ y = λy 2100 f ⇒ λ y = 60.77 × = 1.92 E 2.1× 106 Tải trọng gió tính toán tác dụng lên cột sườn tường phân bố theo chiều cao cột: L W = W0 k.c e n = 125 × 1.05 × 0.8 × 1.2 × = 604.8daN / m Trong đó: L/6 diện đón gió cột sườn tường Trọng lượng thân tường tôn (tôn, xà gồ tường, giằng) : 15daN/m2 Tải trọng phân bố theo chiều cao cột : 15x L/6= 15x 4= 60daN/m Kiểm tra tiết diện cột sườn tường cấu kiện chịu nén lệch tâm Sau phân tích nội lực ta có nội lực nguy hiểm tiết diện cột: M = 12776daNm; N = - 818daN; V = daN Độ lệch tâm tương đối: m = Độ lệch tâm tính đổi: e M A 12776 × 102 62.4 = × = × = 133.22 ρ N Wx 818 731.59 me = ηm → me > m > 20 - Kiểm tra điều kiện ổn định mặt phẳng : Do m > 20 nên cần kiểm tra điều kiện bền theo công thức: σ = N M ± ≤ f γ c A n WX σ= 818 12776 × 102 + = 1759.45 < fγ c = 2100(daN / cm2 ) (Thoả mãn) 62.4 731.59 σ= 818 12776 × 102 − = −1733.23 ⇒ σ < fγ c = 2100(daN / cm2 ) 62.4 731.59 (Thoả mãn) - Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể mặt phẳng khung: N ≤ fγ c c.φ y A Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng mô men uốn Mx hình dáng tiết diện đến ổn định cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương mặt phẳng uốn) c phụ thuộc vào mx = 133.22 >10 nên hệ số: c = φ + mx y φb - 70 Đồ án kết cấu thép Hệ số uốn dọc ϕy trục y-y tiết diện xác định tra bảng D.8, TCXDVN 338:2005 tương ứng với λ y = 60.77 : ϕy = 0.818 Tính ϕb theo phụ lục E, TCXDVN 338:2005 (phụ thuộc hệ số α hệ số ψ dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên): Tính hệ số: ⎛ l t ⎞ ⎛ a.t ⎞ α = ⎜ o f ⎟ ⎜ + w3 ⎟ ; ⎝ hfk b f ⎠ ⎝ b f t f ⎠ Trong đó: lo = 2.4 m ; hfk – khoảng cách trọng tâm hai cánh: hfk = 34 cm; a =0.5hfk = 17 cm; ⎛ 240 × ⎞ ⎛ 17 × 0.8 ⎞ × + α = 8×⎜ ⎟ = 1.83 ⎟ ⎜ 18 × 13 ⎠ ⎝ 34 × 18 ⎠ ⎝ Do 0.1 Vậy: Do đó: ϕb =1 c= + 133.22 × 0.818 = 0.0091 ; N 818 = = 1762.36 < fγ c = 2100(daN / cm2 ) (Thoả mãn) c.φ y A 0.0091× 0.818 × 62.4 - Kiểm tra ổn định cục cánh cột sườn tường: b0f b b −t 18 − 0.8 = 8.6 ; ≤ [ ] ; b0f = f w = 2 tf t b0f 8.6 = = 8.6 tf Tra bảng 35 TCXDVN 338: 2005 độ mảnh giới hạn phần cánh nhô cột (độ mảnh quy ước λ tính theo λmax = max(λx , λ y ) ; λ = max (2.87; 1.92) = 2.87 ⎡ b0f ⎤ ⎢ ⎥ = 0.36 + 0.10λ ⎣ tf ⎦ ( ) 2.1× 106 E = ( 0.36 + 0.10 × 2.87 ) = 20.18 f 2100 ⎡b ⎤ b0f = 8.6 ≤ ⎢ 0f ⎥ = 20.18 tf ⎣ tf ⎦ (Thoả mãn) - 71 Đồ án kết cấu thép - Kiểm tra ổn định cục bụng cột sườn tường hw ⎡ hw ⎤ hw 33 = = 41.25 ≤⎢ ⎥ ; t w ⎣ t w ⎦ t w 0.8 Kiểm tra ổn định bụng với cấu kiện chịu uốn theo công thức: hw E hw 2.1× 106 ; ≤ 3.2 = 41.25 < 3.2 = 101.2 ; tw 2100 tw f Bản bụng không ổn định cục hw E 2.1× 106 = 41.25 < 2.3 = 2.3 = 72.32 tw f 2100 Không cần thêm sườn gia cường 7.2 Cửa trời Chân cửa trời liên kết với cánh xà ngang bu lông liên kết ngàm Nội lực nguy hiểm chân cột: M= 2832.2daNm;N= 1794.2daN;V= 2518.6daN Chọn sơ cột xà ngang cửa trời tiết diện chữ I có: h = 20cm; b = 10cm; tf = 1cm; tw = 0.8cm Đặc trưng hình học tiết diện thanh: A= 34.4cm2; Ix= 2195.5cm4; Iy= 167.4cm4; Wx = 219.6cm3; Wy = 33.5cm3 Hình 7.2 Liên kết chân cửa trời xà * Kiểm tra điều kiện bền: Cần kiểm tra điều kiện bền theo công thức: σ = N M ± ≤ f.γ c A n WX - 72 Đồ án kết cấu thép σ= 1794 2932.2 × 102 + = 1342.2 < fγ c = 2100(daN / cm2 ) (Thoả mãn) 34.4 219.6 σ= 1794 2932.2 × 102 − = −1237.9 ⇒ σ < fγ c = 2100(daN / cm2 ) 34.4 219.6 (Thoả mãn) * Tính liên kết bu lông vị trí chân cột cửa mái: Cặp nội lực chịu kéo chân cột cửa trời: M= 2832.2daNm;N= 1794.2daN;V= 2518.6daN Chọn bu lông đường kính φ16 loại 8.8 bố trí bulông hình vẽ 6.6, có: Diện tích thực bu lông Abn= 2.01cm2; diện tích nguyên bu lông Abl= 1.57cm2; cường độ tính toán chịu kéo bu lông ftb = 4000daN/cm2; cường độ tính toán chịu cắt bu lông fvb = 3200daN/cm2 - Kiểm tra bulong chịu kéo: Lực kéo lớn bulông (khoảng cách hàng bulong h1= 30cm): Nb max = M N 283220 1794 + = + = 5169daN 2h1 × 30 Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 1.57x4000 = 6280daN Điều kiện: [N]tb= 9280daN > Nbmax= 5169daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 2518.6 = 630daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 2.01× 0.9 × 3200 = 5789daN Điều kiện: : [N]vb= 5789daN > 630daN (Thỏa mãn) - Tính bích: Chiều dày bích tính theo công thức sau: tbb = 1,1 g.∑ Nmax 2.(bbb + g).f = 1.1 × × 5169 = 1.15cm × (10 + 8) × 2100 Chọn tbb = 1.4cm - 73 ... 37. 72 21. 52 2. 32 32. 12 Tải trọng 4;17 4;19 4 ;21 4;6;10;14;18 4;8; 12; 14 ;20 4 ;22 M 114.39 -68. 92 38.14 120 . 32 -96.76 32. 39 1-1 - - N 41.88 5 .29 69.96 16 .27 - 12. 43 60.74 V 38.63 12. 03 40.31 22 .13... 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 M -86 .27 -30.89 -27 .80 -63 .22 -56.90 -0.63 -0.56 -43.17 -38.86 27 .44 24 .70 -18 .24 -16. 42 770. 12 693.11 -3 32. 73 -29 9.45 168. 52 151.67 N -88.33 -29 .57 -26 . 62 -8.73... σ= qy,gió × B2 = 116.7 82 * 7. 52 = 821 . 125 (daN.m) qx × B2 3.579 * 7. 52 = = 6 .29 1(daN.m) 32 32 Mgió Wx + Mx 821 . 125 × 1 02 6 .29 1× 1 02 = + Wy 77.8 13.3 < 21 00daN/cm2 = 11 02. 7 32( daN / cm2 ) (Thỏa mãn)