Bài tập lớn kết cấu thép 2

Bài tập lớn kết cấu thép 2

Mục Lục

1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ

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

- Xà ngang và cột tiết diện thay đổi (chữ I)

2. 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 ngoài của cột

Giằng cột

3. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

3.1. Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )

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

3.3. Tải trọng gió.

Áp lực gió tiêu chuẩn =0.83kN/m2 Hệ

số vượt tải =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

; ; ;

- Tải trọng gió tác dụng lên cột

- Phần đón gió

Trong đó :

ϒQ=1.2 : hệ số tin cậy của gió

W0=0.83KN/m2 Áp lực gió tiêu chuẩn

 Lực dọc

 Hoạt tải

Trang 8

 Momen

 Lực dọc

 Gió trái :

 Momen

 Lực dọc

Trang 10

 Gió phải :

 Lực dọc

Trang 12

Tiết diện Vị trí Tổ hợp StepType Lực dọc Lực cắt Momen

cột phải 0 COMB4 Max -4.18 43.176 2.6E-13 cột phải 5 COMB4 Max 0.153 43.176 147.749 cột phải 10 COMB4 Max 4.8 43.176 182.998 cột phải 0 COMB4 Min -84.54 -40.8 2.8E-14 cột phải 5 COMB4 Min -80.21 -18.3 -215.88 cột phải 10 COMB4 Min -75.56 4.2 -431.76 kèo phải 0 COMB4 Max -2.733 14.047 165.281 kèo phải 6.03 COMB4 Max -3.018 20.389 117.139 kèo phải 6.03 COMB4 Max -3.018 20.389 117.139 kèo phải 9.04 COMB4 Max -3.18 32.92 111.456 kèo phải 12.1 COMB4 Max -3.341 45.452 140.424 kèo phải 12.1 COMB4 Max -3.341 45.452 140.424 kèo phải 18.1 COMB4 Max -3.702 70.891 182.998 kèo phải 0 COMB4 Min -42.96 -14.883 -3.9018 kèo phải 6.03 COMB4 Min -45.43 -12.03 -79.333 kèo phải 6.03 COMB4 Min -45.43 -12.03 -79.333 kèo phải 9.04 COMB4 Min -46.68 -10.416 -110.85 kèo phải 12.1 COMB4 Min -47.94 -8.801 -138.5 kèo phải 12.1 COMB4 Min -47.94 -8.801 -138.5 kèo phải 18.1 COMB4 Min -50.48 -5.195 -431.76 kèo trái 0 COMB4 Max -3.702 5.195 182.998 kèo trái 6.03 COMB4 Max -3.341 8.801 140.424 kèo trái 6.03 COMB4 Max -3.341 8.801 140.424 kèo trái 9.04 COMB4 Max -3.18 10.416 111.456 kèo trái 12.1 COMB4 Max -3.018 12.03 117.139 kèo trái 12.1 COMB4 Max -3.018 12.03 117.139 kèo trái 18.1 COMB4 Max -2.733 14.883 165.281 kèo trái 0 COMB4 Min -50.48 -70.891 -431.76 kèo trái 6.03 COMB4 Min -47.94 -45.452 -140.5 kèo trái 6.03 COMB4 Min -47.94 -45.452 -140.5 kèo trái 9.04 COMB4 Min -46.68 -32.92 -110.85 kèo trái 12.1 COMB4 Min -45.43 -20.389 -79.333 kèo trái 12.1 COMB4 Min -45.43 -20.389 -79.333 kèo trái 18.1 COMB4 Min -42.96 -14.047 -3.9018

cột trái 5 COMB4 Max 0.153 18.3 215.879

cột trái 10 COMB4 Max 4.8 -4.2 431.757 cột trái 0 COMB4 Min -84.54 -43.176 -3E-13 cột trái 5 COMB4 Min -80.21 -43.176 -147.75 cột trái 10 COMB4 Min -75.56 -43.176 -183

Trang 14

5. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN.

5.1. Thiết kế tiết diện cột

i. Xác định chiều dài tính toán

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

i. Chọn và kiểm tra tiết diện.

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

XXVIII nội suy ta có =1.2798

XXX Với =1.53 và =15.2751 ,tra bảng IV.3 phụ lục,nội suy ta có =0.053

công thức sauXXXII

- Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số moment ở đoạn 1/3 cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn

- Vậy trị số của moment tại 1/3 chiều cao cột dưới,kể từ tiết diện vai cột:

XLI Với = 10 nên ta có ;

tra theo công thức sau:

XLIX

L Điều kiện ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra như sau:

- Với bản cánh cột :

LI

LII Ở trên ,vì 0.8< =1.53 < 4 nên tính theo công thức

- Với bản bụng cột : do =12.06 > 1; =1.545 <2 và khả năng chịu lực của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn ( ) nên ta có

Trang 18

bộ,coi như chỉ còn phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn lại làm việc.Bề rộng của phần bụng cột này là

 Chân cột ( khớp) nên chịu nén đúng tâm N=84.54 KN

5.2. Thiết kế tiết diện xà ngang.

i. Đoạn xà 1 ( tiết diện thay đổi) : khoảng cách xà gồ 1.5 m

Trang 20

LXXIV M= -431.71 kN.m

tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo:

Trang 22

i. Đoạn xà 2( tiết diện không đổi)

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

tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo:

CXXXIII Do khoảng cách giữa các xà gồ không lớn nên tỷ số l0/hf không vượt giới hạn

CXLIX

CL 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:

cho trường hợp có vùng kéo trong bê tong móng với 4 bu long neo ở một phía chân cột.Từ đó xác định bề rộng của bản đế:

CLXXI. - hệ số tăng cường độ của bê tông khi chịu nén cục bộ:

phản lực trong bê tông móng.Xét các ô bản đế:

chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột.

CXCIX

CC

CCI Chọn bề dày sườn ts = 0.8cm,chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

tích tiết diện và moment chống uốn của các đường hàn này là:

tích tiết diện và moment chống uốn của các đường hàn này là:

CCXVIII

CCXIX

CCXXI

i. Tính toán bu lông neo

neo:

Trang 32

CCXXIV M= 187.85 kNm

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

CCXXVII

CCXXVIII

cần thiết của một bulông neo:

i. Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế.

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

đường hàn liên kết dầm đế vào bản đế) theo cấu tạo với chiều cao hf=0.6 cm

6.2. Liên kết cột với xà ngang

diện đỉnh cột.từ bảng tổ hợp ta chọn

i. Tính toán bulông liên kết

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

Trang 34

CCLIX fhb – cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bulông cường độ cao trong liên

kết ma sát,

liệu bulông với mác thép 40Cr

A- Diện tích tiết diện của thân bulong ,

cấu kiện nên ;CCLXIV nf – số lượng mặt ma sát của liên kết nf = 1

( do moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía trong cùng

i. Tính toán mặt bích

CCLXX

CCLXXI Vµ

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

CCLXXV

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

đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực )

CCLXXXIII

Trang 36

6.3. Liên kết xà ngang giữa nhịp

diện đỉnh cột.từ bảng tổ hợp ta chọn

i. Tính toán bulông liên kết

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

như sau:

CCXCV Khả năng chịu kéo của một bu lông:

CCXCVI

CCC Khả năng chịu trượt của một bulông cường độ cao

kết ma sát,

liệu bulông với mác thép 40Cr

B- Diện tích tiết diện của thân bulong ,

cấu kiện nên ;CCCVIII nf – số lượng mặt ma sát của liên kết nf = 1

( do moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía trong cùng

Trang 38

CCCX Do =110.07kN < nên các bulông đủ khả năng chịu lực.

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

CCCXIX

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

CCCXXVI Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích ( coi như các

đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực )

CCCXXXVI 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

kết ma sát,

liệu bulông với mác thép 40Cr

A- Diện tích tiết diện của thân bulong ,

CCCL ; - hệ số ma sát và hệ số tin cậy của liên kết,với giả thiết là gia công bề mặt

cấu kiện nên ;CCCLI nf – số lượng mặt ma sát của liên kết nf = 1

⇒ Bulông đủ khả năng chịu cắt

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