Bài tập lớn kết cấu thép 2

Bài tập lớn kết cấu thép 2

Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Mục Lục Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân SỐ LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp, với số liệu sau: - Xà ngang cột tiết diện thay đổi (chữ I) - Chiều dài nhà: 90 m -Nhịp L=36 m - Bước cột: B =6m - Chiều cao cột H = 10 m - Độ dốc mái: i=10% - Vật liệu thép CT34s có: f = 21 kN/cm2; fv = 12kN/cm2; fc = 32kN/cm2 - Mô đun đàn hồi - Vùng gió thành phố Hồ Chí Minh - Địa hình B - Hàn tay, dùng que hàn N42,bulông cấp độ bền 8.8 - Bê tông móng cấp độ bền B25 có Rb=1.45 kN/cm2 - Mái Tole Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 2.1 Theo phương ngang Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng h =(=((0.65÷0.49)m  chọn h=0.6m=60cm Coi trục định vị trùng với mép cột Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Giằng cột TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 3.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) Độ dóc mái i=10%  =5.71 (=0.995,0.1) Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng mái,trọng lượng thân xà gồ ,trọng lượng thân khung ngang Qc=0.15 KN/m2 Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân 3.2 Hoạt tải mái Theo TCVN 2727-1995 ,hoạt tải sửa chữa mái 0.3kN/m2,hệ số vượt tải 1,3 Ta quy vể tải trọng phân bố xà ngang 3.3 Tải trọng gió Áp lực gió tiêu chuẩn =0.83kN/m2 Hệ số vượt tải =1.2 Căn vào hình dạng mặt nhà độ dốc mái, ta nội suy bảng III.3 phụ lục,ta hệ số khí động ;;; - Tải trọng gió tác dụng lên cột - Phần đón gió Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân - Trong : ϒQ=1.2 : hệ số tin cậy gió W0=0.83KN/m2 Áp lực gió tiêu chuẩn B=6m : Bước khung K =1.0288 Hệ số tính đến thay đổi áp lực gió theo chiều cao C : hệ số khí động : C1= +0.8 (Đón gió) C3= - 0.5 ( Hút gió) Phần khuất gió : - Tải trọng tác dụng mái : + Phía đón gió : + Phía khuất gió : Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Gió Trái Gió phải XÁC ĐỊNH NỘI LỰC  Tĩnh tải  Momen Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân  Lực dọc  Hoạt tải Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân  Momen  Lực dọc  Gió trái : Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân  Momen  Lực dọc Trang 10 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CLXXI GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân - hệ số tăng cường độ bê tông chịu nén cục bộ: CLXXII CLXXIII CLXXIV chọn Am : Diện tích mặt móng Abd : Diện tích bề mặt đế CLXXV ứng suất bê tông móng phân bố không CLXXVI CLXXVII CLXXVIII CLXXIX CLXXX CLXXXI Theo cấu tạo khoảng cách bố trí bulông neo,chiều dài đế với giả thiết c2=10(cm) Tính lại ứng suất phản lực bê tông móng phía đế: Bề dày đế chân cột xác định từ điều kiện chịu uốn đế ứng suất phản lực bê tông móng.Xét ô đế: Ô ( kê cạnh) CLXXXII CLXXXIII tra bảng nội suy ta có: CLXXXIV CLXXXV Ô ( kê cạnh) CLXXXVI Trang 29 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Vậy bề dày đế xác định sau: CLXXXVII chọn tbd=1 cm CLXXXVIII i Tính toán dầm đế CLXXXIX CXC CXCI CXCII CXCIII CXCIV CXCV Kích thước dầm đế chọn sau: Bề dày: td® = 0.8(cm) Bề rộng : bd® = Bbd = 42(cm) Chiều cao : hd® phụ thuộc vào đường hàn lien kết dầm đế vào cột phải đủ khả truyền lực ứng suất phản lực bê tông móng: Lực truyền vào dầm đế ứng suất phản lực bê tông móng: Theo cấu tạo ,chọn chiều cao đường hàn vào cột hf = 0.6cm.qua xác định chiều dài tính toán đường hàn liên kết dầm đế vào cột Vậy ta chọn hdd = 44cm i Tính toán sườn A Sơ đồ tính sườn dầm công-son ngàm vào bụng cột đường hàn liên kết,ta qs ls Ms Vs có: CXCVI CXCVII CXCVIII Trang 30 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân CXCIX CC CCI CCII CCIII CCIV Chọn bề dày sườn ts = 0.8cm,chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: chọn Kiểm trả lại tiết diện sườn chọn theo ứng suất tường Theo cấu tạo ,chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột h f =0.6cm Diện tích tiết diện moment chống uốn đường hàn là: CCV CCVI CCVII CCVIII =28 Khả chịu lực đường hàn kiểm tra theo công thức: CCIX Trang 31 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân i Tính toán sườn B CCX Tường tự trên,với bề rộng tiết diện truyền tải vào sườn 1.5ls=1.5*14.8=22.2 cm,ta có: CCXI CCXII CCXIII CCXIV Chon bề dày sườn ts=0.8 cm.Chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: CCXV CCXVI chọn Kiểm trả lại tiết diện sườn chọn theo ứng suất tường CCXVII = 36 cm Theo cấu tạo ,chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột h f =0.6cm Diện tích tiết diện moment chống uốn đường hàn là: CCXVIII CCXIX CCXX CCXXI Khả chịu lực đường hàn kiểm tra theo công thức: i Tính toán bu lông neo Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực chân cột gây kéo nhiều cho bu lông neo: CCXXIII N= -34.86 kN CCXXII Trang 32 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân CCXXIV M= 187.85 kNm CCXXV Q= 43.86 kN CCXXVI Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực trường hợp tải 1,5 gây Chiều dài vùng bê tông chịu nén đế c=49.6 cm chọn khoảng cách từ méo biên đế chân cột đến tâm bu lông neo 6cm CCXXVII CCXXVIII CCXXIX Tổng lực kéo thân bulông neo phía chân cột: CCXXX CCXXXI Chọn thép bu lông neo mác 09Mn2Si, tra bảng ta có fba = 190 N/mm2.Diện tích tiết diện cần thiết bulông neo: CCXXXII CCXXXIII CCXXXIV Chọn bu lông Φ27 có Abn =4.59 cm2 Tính lại tổng lực kéo thân bulông neo phía chân côt: CCXXXV CCXXXVI CCXXXVII CCXXXVIII CCXXXIX Ở lấy dấu trừ N lực nén Do T2 < T1 nên đường kính bu lông neo chọn đạt yêu cầu i Tính toán đường hàn liên kết cột vào đế Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào đế tính toán quan niệm mômen lực dọc đường hàn cánh chịu,còn lực cắt đường hàn bụng chiu Nội lực để tính toán đường hàn chọn bảng tổ hợp nội lực cặp dùng để tính toán bu lông neo Các cặp khác không nguy hiểm bẳng Tổng chiều dài tính toán đường hàn liên kết cánh cột ( kể đường hàn liên kết dầm đế vào đế) theo cấu tạo với chiều cao hf=0.6 cm Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột theo Trang 33 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCXL CCXLI GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Kết hợp cấu tạo chọn hf = 0.6 cm 6.2 Liên kết cột với xà ngang Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết cặp gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh cột.từ bảng tổ hợp ta chọn CCXLIII N= -50.48 kN CCXLIV M= -431.76 kNm CCXLV Q= -70.89 kN CCXLVI Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực nguy hiểm CCXLVII Trình tự tính toán sau: i Tính toán bulông liên kết CCXLII CCXLVIII CCXLIX Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến d=22 mm, bố trí bulông thành dãy với khoảng cách bu lông tuân thủ quy định bảng I.13 phụ lục Phía cánh cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước sau: CCL CCLI Khả chịu kéo bu lông: CCLII CCLIII Trong đó: cường độ tính toán chịu kéo bê bulông CCLIV CCLV CCLVI CCLVII CCLVIII = 400N/mm2 diện tích tiết diện thực thân bulông =3.03 cm2 Khả chịu trượt bulông cường độ cao Trong đó: Trang 34 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân fhb – cường độ tính toán chịu kéo vật liệu bulông cường độ cao liên CCLIX kết ma sát, - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật CCLX liệu bulông với mác thép 40Cr A- Diện tích tiết diện thân bulong , - hệ số điều kiện làm việc liên kết CCLXI = số lương bulông n =20 > 10 CCLXII CCLXIII ; - hệ số ma sát hệ số tin cậy liên kết,với giả thiết gia công bề mặt cấu kiện nên ; CCLXIV nf – số lượng mặt ma sát liên kết nf = CCLXV Lực kéo tác dụng vào bulông dãy moment lực dọc phân vào ( moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía CCLXVI CCLXVII Do =120.01kN < nên bulông đủ khả chịu lực Kiểm tra khả chịu cắt bulông CCLXVIII i Tính toán mặt bích CCLXIX Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn CCLXX Trang 35 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCLXXI CCLXXII CCLXXIII CCLXXIV GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Vµ - Trong đó: - lực kéo tác dụng lên bulông dãy thứ i b – bề rộng mặt bích thường lấy bề rộng cánh cột Chọn t = (cm) CCLXXV i Tính toán đường hàn tiết diện cột ( xà ngang ) với mặt bích CCLXXVI Tổng chiều dài tính toán đường hàn phía cánh ( kể sườn ) CCLXXVII CCLXXVIII Lực kéo cánh moment lực dọc phân vào: CCLXXIX CCLXXX Vậy chiều cao cần thiết đường hàn này: CCLXXXI CCLXXXII CCLXXXIII CCLXXXIV Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích ( coi đường hàn chịu lực cắt lớn đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực ) Kết hợp cấu tạo,chọn chiều cao đường hàn hf = cm Trang 36 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân CCLXXXV 6.3 Liên kết xà ngang nhịp Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết cặp gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh cột.từ bảng tổ hợp ta chọn CCLXXXVII N= -47.936 kN CCLXXXVIII M= -138.5 kNm CCLXXXIX Q= -45.45 kN CCXC Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực nguy hiểm CCXCI Trình tự tính toán sau: i Tính toán bulông liên kết CCLXXXVI CCXCII CCXCIII Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến d=22 mm, bố trí bulông thành dãy với khoảng cách bu lông tuân thủ quy định bảng I.13 phụ lục Phía cánh cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước sau: CCXCIV Trang 37 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCXCV CCXCVI CCXCVII Khả chịu kéo bu lông: Trong đó: cường độ tính toán chịu kéo bê bulông CCXCVIII CCXCIX CCC CCCI CCCII CCCIII GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân = 400N/mm2 diện tích tiết diện thực thân bulông =3.03 cm2 Khả chịu trượt bulông cường độ cao Trong đó: fhb – cường độ tính toán chịu kéo vật liệu bulông cường độ cao liên kết ma sát, - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật CCCIV liệu bulông với mác thép 40Cr B- Diện tích tiết diện thân bulong , - hệ số điều kiện làm việc liên kết CCCV = số lương bulông n =20 > 10 CCCVI CCCVII ; - hệ số ma sát hệ số tin cậy liên kết,với giả thiết gia công bề mặt cấu kiện nên ; CCCVIII nf – số lượng mặt ma sát liên kết nf = CCCIX Lực kéo tác dụng vào bulông dãy moment lực dọc phân vào ( moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía Trang 38 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCCX CCCXI CCCXII GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Do =110.07kN < nên bulông đủ khả chịu lực Kiểm tra khả chịu cắt bulông i Tính toán mặt bích CCCXIII Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn CCCXIV CCCXV CCCXVI CCCXVII CCCXVIII Vµ - Trong đó: - lực kéo tác dụng lên bulông dãy thứ i b – bề rộng mặt bích thường lấy bề rộng cánh cột Chọn t = (cm) CCCXIX i Tính toán đường hàn tiết diện cột ( xà ngang ) với mặt bích CCCXX CCCXXI CCCXXII CCCXXIII CCCXXIV Tổng chiều dài tính toán đường hàn phía cánh ( kể sườn ) Lực kéo cánh moment lực dọc phân vào: Vậy chiều cao cần thiết đường hàn này: CCCXXV Trang 39 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCCXXVI GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích ( coi đường hàn chịu lực cắt lớn đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực ) CCCXXVII CCCXXVIII Kết hợp cấu tạo,chọn chiều cao đường hàn hf = cm CCCXXIX CCCXXX 6.4 Mối nối đỉnh xà CCCXXXI CCCXXXII Từ bảng tổ hợp ta chọn tổ hợp lực gây kéo nhiều CCCXXXIII CCCXXXIV CCCXXXV Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực trường hợp tải 1,4 gây Trang 40 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCCXXXVI CCCXXXVII - GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Chọn bulông cường độ cao cấp bền 8,8 Đường kính bulông dự kiến d=20 mm, bố trí bulông thành dãy với khoảng cách bu lông tuân thủ quy định bảng I.13 phụ lục Phía cánh cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước sau: Bề dày: ts=0.8cm Chiều cao : hs= cm - Bề rộng : ⇒ Chọn ls= 15cm CCCXXXVIII CCCXXXIX CCCXL Khả chịu kéo bu lông: Trong đó: cường độ tính toán chịu kéo bê bulông CCCXLI = 400N/mm2 CCCXLII CCCXLIII diện tích tiết diện thực thân bulông =3.52 cm2 Khả chịu trượt bulông cường độ cao CCCXLIV CCCXLV CCCXLVI Trong đó: fhb – cường độ tính toán chịu kéo vật liệu bulông cường độ cao liên kết ma sát, - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật CCCXLVII liệu bulông với mác thép 40Cr A- Diện tích tiết diện thân bulong , CCCXLVIII CCCXLIX - hệ số điều kiện làm việc liên kết = số lương bulông n =20 > 10 Trang 41 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP CCCL ; GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân - hệ số ma sát hệ số tin cậy liên kết,với giả thiết gia công bề mặt cấu kiện nên ; nf – số lượng mặt ma sát liên kết nf = CCCLI CCCLII - Lực kéo tác dụng vào bulông dãy moment lực dọc phân vào (do moment có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía cùng) CCCLIII CCCLIV - Khả chịu cắt bulông CCCLV ⇒ Bulông đủ khả chịu cắt - Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện sau: CCCLVI CCCLVII ⇒ Chọn t = (cm) - Tổng chiều dài tính toán đường hàn phía cánh CCCLVIII - Lực cắt cánh moment ,lực dọc lực cắt gây ra: Trang 42 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân CCCLIX - Chiều cao cần thiết đường hàn này: CCCLX - Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng với xà mặt bích: CCCLXI CCCLXII CCCLXIII Kết hợp cấu tạo ,chọn chiều cao đường hàn liên kết hf = 0.7cm CCCLXIV Trang 43 ... Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân  Momen  Lực dọc  Gió trái : Trang Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân  Momen  Lực dọc Trang 10 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP... 12. 03 12. 03 14.883 -70.891 -45.4 52 -45.4 52 - 32. 92 -20 .389 -20 .389 -14.047 40.8 18.3 Momen KN-m 2. 6E-13 147.749 1 82. 998 2. 8E-14 -21 5.88 -431.76 165 .28 1 117.139 117.139 111.456 140. 424 140. 424 1 82. 998... Văn Phước Nhân  Gió phải :  Lực dọc  Momen Trang 11 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân Trang 12 Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP GVHD: TS Lê Văn Phước Nhân BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC TABLE: