đồ án kết cấu thép + file cad

Diện tích tiết diên:cm2Bán kính quán tính: cm cm • Kiểm tra tiết diện theo ứng suất pháp: • Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp: • Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tương đương: là các

THUYẾT MINH

I XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG:

1 Đặc trưng của cầu trục :

Sức nâng : 10T (9,0 MT)

Loại cầu trục TRDG ( top running double box girder crane), do hãng ACE sản suất

tra Catalog (mã hiệu cầu trục A1060500)

2 Kích thước theo chiều đứng công trình:

2.1 Chiều cao phần cột dưới:

Trong đó D = 1040 mm, F1 = 100 mm, (chọn F0 = 0).

2.3 Chiều cao tiết diện ngang lớn nhất và bé nhất của dầm vì kèo :

3 Kích thước theo phương ngang của nhà:

3.1 Chiều cao tiết diện ngang của cột:

Chọn

Trong đó:

3.4 Bề rộng nhà:

Chọn BW = 21000 (mm) = 21 m

3.5 Kiềm tra khe hở ngang an toàn giữa cột và dầm cầu trục:

Trong đó : lấy chiều cao tiết diện dầm tường = 200 mm

-Kích thước khung ngang

II TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG:

1 Tịnh tải:

1.1 Tải trọng mái và xà gồ:

Nhà xưởng được xây ở vùng II-A, địa hình C

Do đại đa số các nhà công nghiệp hiện nay thường sử dụng mái tôn, với bề dày thông dụng

từ 0,4 đến 0,7 m (trọng lượng trung bình 0,05 đến 0,08 kN/m2 ) cộng thêm trọng lượng xà

gồ và giằng mái ta có thể lấy sơ bộ 0,1 kN/m2

1.2 Tải trọng vách:

Vách Tole được sử dụng phổ biến hiện nay, với trọng lượng bản thân tương tự vách tole

1.3 Trọng lượng bản thân của kết cấu:

Trọng lượng bản thân được tính tự động trong Sap 2000.

Độ lệch tâm của tải trọng thẳng đứng:

2.2 Lực xô ngang của cầu trục:

Trong đó :

2.3 Hoạt tải mái:

Đối với mái nhẹ, theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chửa (mái lợp tôn) là 0,3 kN/m2,hệ số vượt tải là 1,3

2.4 Tải trọng gió:

B: bề rộng đón gió (m)

: hệ số vượt tải = 1,2.

Áp lực gió tiêu chuẩn (vùng II.A), địa hình C :

Dựa vào bảng 5 (trang 22) TCVN 2737 – 1995

: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo chiều cao

Hệ số khí động : lấy theo “ sơ đồ 2 – bảng 6 (trang 25)– TCVN 2737 :1995”

Phía khuất gió :

Tải trọng phân bố đều trên kèo :

Phía đón gió :

Phía khuất gió :

III XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG:

1 Mô hình các phần tử trong khung

2 Các trường hợp tải trọng:

TĨNH TẢI

Hoạt Tải Mái

Dmax trái

Dmax Phải

T Trái

T Phải

Gió Trái

Gió Phải

4 Kết quả phân tích nội lực :

Sử dụng chương trình tính toán kết cấu Sap 2000 để xác định nội lực

Biểu đồ bao moment (kNm)

Biểu đồ bao lực dọc (kN)

Biểu đồ bao lực cắt (kN)

IV Tính toán và bố trí thép :

1 Thiết kế vì kèo:

Tính toán kiểm tra tiết diện kèo thép I200x8x(700-300)x5 và I200x8x300x5

Vật liệu thép:SS400 có E = 200 GPa, fy = 245 MPa, fu = 400 MPa

Que hàn : N42 có fwun = 410 MPa , công nghệ hàn : SMAW (hàn tay)

Hệ số làm việc của kết cấu:γc = 0,9

Khoảng cách giữa các xà gồ mái , các dầm vách là 1,5 m

•Nội lực tính toán:

Từ kết quả phân tích khung ngang , ta lựa chọn các kết quả nguy hiểm cho vì kèo

Mỗi phần tử cần chọn giá trị nội lực tại 5 vị trí

Module kháng uốn yêu cầu:

Chiều cao hợp lý của bản bụng:

Kích thước cánh dầm:

tf(mm) Ix (cm4) Wx

(cm3)

γc -

f(kN/cm2)

γc.f(kN/cm2

Diện tích tiết diên:

cm2Bán kính quán tính:

cm

cm

• Kiểm tra tiết diện theo ứng suất pháp:

• Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp:

• Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tương đương:

là các ứng suất tại nơi tiếp giáp cánh & và bụng dầm

 Để cho bài toán kinh tế hợp lý nên ta chọn tiết diện I150x8x600x5

• Liên kết cánh với bụng dầm:

Đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm có chiều cao như sau trên suốt chiều dài dầm

và không nhỏ hơn giá trị tối thiểu cho trong bảng 43 (trang 77) của TCXDVN 338:2005Chiều cao đường hàn:

Trong đó:

1.1.2 Kiểm tra tiết diện theo ổn định cục bộ:

• Bản cánh phải thỏa mãn điều kiện :

• Bản bụng phải thỏa mãn điều kiện:

Bề rộng sườn:

1.1.3 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện tổng thể:

Bố trí các thanh giằng cánh dưới , tại mỗi vị trí xà gồ (cách nhau 1,5m):

Tính theo công thức 5.19 bảng 13 (trang 25) trong TCXDVN 338:2005

 không cần kiểm tra ổn định tổng thể

1.2 Kiểm tra tiết diện I150x5x300x8:

Module kháng uốn yêu cầu:

Chiều cao hợp lý của bản bụng:

Chiều cao hợp lý của bản bụng:

tf(mm)

Ix (cm4)

Wx(cm3)

γc-

f(kN/cm2)

γc.f(kN/cm2

Diện tích tiết diên:

(cm2)Bán kính quán tính:

(cm)

(cm)

• Kiểm tra tiết diện theo ứng suất pháp:

• Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp:

• Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tương đương:

Trong đó: là các ứng suất tại nơi tiếp giáp cánh & và bụng dầm

 Để cho bài toán kinh tế hợp lý ta chọn lại tiết diện I150x8x200x5

• Liên kết cánh với bụng dầm:

Đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm có chiều cao như sau trên suốt chiều dài dầm

và không nhỏ hơn giá trị tối thiểu cho trong bảng 43 (trang77) của TCXDVN 338:2005Chiều cao đường hàn:

Trong đó:

1.2.2 Kiểm tra tiết diện theo ổn định cục bộ:

• Bản cánh phải thỏa mãn điều kiện :

• Bản bụng phải thỏa mãn điều kiện:

1.2.3 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện tổng thề:

Bố trí các thanh giằng cánh dưới , tại mỗi vị trí xà gồ (cách nhau 1,5m):

Tính theo công thức 5.19 trong TCXDVN 338:2005

1.3 Thiết kế mối nối đỉnh dầm vì kèo:

Vật liệu thép SS400 có fy = 245 MPa , fu = 400 MPa,E = 200 GPa

Que hàn N42 có fwun = 410 MPa ; công nghệ hàn : SMAW(hàn tay);

Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu:γc = 0,9, của boulon (chịu kéo) γc = 0,9

Bounlon cấp 8.8 (tương đương ASTM A325)

- Nội lực tính toán lấy từ bảng nội lực:ta có

* Moment Mmax = 42,28 kN.m , Mmin = -13,45 kN.m

* Lực cắt, lực dọc không đáng kể

- Lực dọc ( kéo/nén) trong cánh do Mmax :

- Kiểm tra độ bền của cánh chịu kéo:

• Tính và chọn đường kính boulon:

chọn boulon Ф16 có Abn = 1,57 cm2.

• Tính và chọn bề dày mặt bích

* Các khoảng cách boulon : chọn a = 100, b = 60, c = 50, g = 90 (mm)

* Chiều rộng của mặt bích : chọn

• Moment uốn trong mặt bích:

• Chiều dày của mặt bích:

• Tính chiều cao đường hàn giữa mặt bích và cánh dầm, bụng dầm

* Theo kim loại đường hàn:

* Theo kim loại nóng chảy

Trong đó :

chọn chiều cao đường hàn: hf = 8 mm,( hàn cả 2 phía):

Cấu tạo và kích thước của mối nối được thể hiện trong hình sau:

1.4 Thiết kế mối nối trung gian dầm vì kèo

Vật liệu thép SS400 có fy = 245 MPa , fu = 400 MPa,E = 200 GPa

Que hàn N42 có fwun = 410 MPa ; công nghệ hàn : SMAW(hàn tay);

Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu:γc = 0,9, của boulon (chịu kéo) γc = 0,9

Bounlon cấp 8.8 (tương đương ASTM A325)

- Nội lực tính toán lấy từ bảng nội lực:ta có

* Moment Mmax = 32,17 kN.m , Mmin = -28,29 kN.m

* Lực cắt, lực dọc không đáng kể

- Lực dọc ( kéo/nén) trong cánh do Mmax :

- Kiểm tra độ bền của cánh chịu kéo:

• Tính và chọn đường kính boulon:

chọn boulon Ф16 có Abn = 1,57 cm2.

• Tính và chọn bề dày mặt bích

* Các khoảng cách boulon : chọn a = 100, b = 60, c = 50, g = 90 (mm)

* Chiều rộng của mặt bích : chọn

• Moment uốn trong mặt bích:

• Chiều dày của mặt bích:

• Tính chiều cao đường hàn giữa mặt bích với cánh dầm và bụng dầm:

* Theo kim loại đường hàn:

* Theo kim loại nóng chảy

Trong đó :

chọn chiều cao đường hàn: hf = 8 mm,( hàn cả 2 phía):

Cấu tạo và kích thước của mối nối được thể hiện trong hình sau:

BU LOÂ NG d16

90 150

2 Thiết kế tiết diện cột :

Kiểm tra tiết diện cột thép I700x5x200x8

Vật liệu thép SS400 có E = 200 GPa , fy = 245 MPa, fu = 400 MPa

Que hàn N42 (Hoa kỳ) có fwun = 410 MPa, công nghệ hàn SMAW (hàn tay)

Hệ số làm việc của cột : γc = 0,95

Khoảng cách giữa các điểm ‘kiềm chế’ ngoài mặt phẳng khung là 3 m (2 bước dầm tường ).Nội lực tính toán: từ bảng kết quả nội lực phân tích khung ta chọn được

Các cặp nội lực gây nguy hiểm cho cột dưới:

Nmax = 15,6 kN, Mtu = -68,98 kNm (kéo cánh trong của cột trái) – TH4

Nmin = -191,05 kN, Mtu = -165,06 kNm (kéo cánh trong của cột trái) – TH20

Mmax = 228,43 kNm (kéo cánh ngoài của cột trái) , Ntu = -129,51 kN – TH26

Mmin = -278,96 kNm (kéo cánh trong của cột trái), Ntu = -81,82 kN – TH41

Các cặp nội lực gây nguy hiểm cho cột trên:

Nmax = 18,61 kN, Mtu = -115,11 kNm (kéo cánh trong của cột trái) – TH26

Nmin = -48,74 kN, Mtu = 114,38 kNm (kéo cánh ngoài của cột trái) – TH21

Mmax =185,71 kNm (kéo cánh ngoài của cột trái) , Ntu = -46,02 kN – TH21

Mmin = -119,2 kNm (kéo cánh trong của cột trái) , Ntu = 16,85 kN – TH26

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột trên và cột dưới là:

Module kháng uốn:

Moment tĩnh:

Diện tích tiết diên:

cm2Bán kính quán tính:

cm

cm

Độ mảnh và độ mảnh qui ước của cột:

Độ lệch tâm:

cm

Độ lệch tâm tương đối

Tra bảng 33 (trang 49) trong TCXDVN 338: 2005

Do

Diện tích :

cm2

2.2 Kiểm tra điểu kiện bền:

Trong các cặp nội lực ta thấy cặp Mmin = -278,96 kNm , Ntu = -81,81 kN là cặp gây nguy

hiểm nhất cho kết cấu, nên ta lấy cặp này để kiểm tra

 Tiết diện thỏa điều kiện bền

2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

m

Trong đó: lấy theo bảng D.10 – phụ lục D (trang 104) của TCXDVN 338 : 2005

Như vậy, tiết diện I700x5x200x8, không thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt

phẳng khung, ta cần chọn lại tiết diện

tfmm

1659,1

30,24

3,9

61,28

2,05

2.4 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:

Các giá trị moment quy ước dùng để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung ( tương ứng

với tổ hợp tải trọng đang xét- tổ hợp 26 = ( TT + HTDT + HTTT + GT):

• Momen tại “đầu trên” của đoạn cột (cách chân cột một khoảng m):

kNm

• Moment tại vị trí 1/3 đoạn M1/3 = 120,38 kNm

• Moment trung bình M1/2 = 77,76 kNm

Các kết quả dược lập bản tính như sau:

Acm

76,53

6,16

0,723

Trong đó:

Hệ số dựa vào phụ lục E (trang 109) trong TCVNXD 338:2005

Tra bảng E.1 (trang 111) trong TCVNXD 338:2005

Chọn

 Thỏa điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung

2.5 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:

đó khi tính toán về ổn định trong các bảng trên, ta dùng giá trị diện tích hữu hiệu ( ) để tính cho diện tích nguyên (A)

cường bản bụng, khoảng cách các giữa các sườn cứng lấy bằng 1,5 m( bằng khoảng cách các xà gồ)

bảo điều kiện về cục bộ

Tiến hành kiểm tra bền và ổn định tổng thể với các cặp nội lực khác ta đều thấy thỏa mãn

tfmm

32,3

0,723

0,04

N min = -191,05 kN, M tu = -165,06 kNm

Kiểm tra điều kiện bền:

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

M max = 228,43 kNm , N tu = -129,51 kN.

Kiểm tra điều kiện bền:

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

Acm

• Kết luận: chọn tiết diện cột là: I750x6x200x8

3 Thiết kế các chi tiết :

3.1 Chân cột:

Vật liệu thép SS400 có fy = 245 MPa , fu = 400 MPa, E = 200 MPa

Que hàn N42 có fwun = 410 MPa, công nghệ hàn: SMAW(hàn tay):

Boulon JIS – G3101 – SS400 có fub = 400 MPa,fba = 160 MPa

Bê tông móng / cổ cột: B20 (theo TCVN 356-2005) có Rb = 11,5 MPa

Hệ số điều kiện làm việc γc = 0,9

3.1.1 Xác định nội lực tính toán bản đế:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột

Nmax = 4,05 kN, Mtu = 189,65 kNm (kéo cánh ngoài của cột trái) – TH4

Nmin = -191,05 kN, Mtu = -165,06 kNm (kéo cánh trong của cột trái) – TH20

Mmax = 228,43 kNm (kéo cánh ngoài của cột trái) , Ntu = -129,51 kN – TH26

Mmin = -278,96 kNm (kéo cánh trong của cột trái), Ntu = -81,82 kN – TH41

Lực cắt lớn nhất = 55,62 kN

3.1.2 Tính và chọn diện tích sơ bộ bản đế :

Bề rộng của bản đế

(mm)Chiều dài của bản đế :

(mm)

Kiểm tra điều kiện bền nén của bê tông móng với các cặp nội lực:

a Kiểm tra lại tiết diện bản đế:

lớn nhất nên ta chọn cặp này kiểm tra đầu tiên

Độ lệch tâm tải trọng :

Có vùng kéo dưới bản đế : áp lực dưới bảng đế phân bố dạng tam giác ( trong khoảng y)

cmVới c = 12,1 cm khoảng cách từ trọng tâm của nhóm boulon chịu kéo đến mép bản đế ( phương án chân cột có 8 boulon (4x2), trọng tâm nhóm boulon trùng với trọng tâm cánh

là tỷ số module đàn hồi của thép và bê tông

• Tổng lực kéo trong nhóm (4 boulon):

kNDiện tích tiết diện cần thiết của mỗi bu lông

chọn bu lông Ф36 có Abn =7,63(cm2)Bên trên, ta vừa tính khoảng cách y với giả thuyết trạng thái giới hạn xảy ra, bây giờ ta kiểm tra xem giá trị y có chính xác không:

• Giá trị y là nghiệm phương trình bậc 3; y3 + K1y2 + K2.y + K3 = 0

• Ứng suất lớn nhất dưới bản đế:

Ứng suất này nhỏ hơn cường độ chịu nén của bê tông ( Rb =1,15 kN/cm2)

Momnet uốn lớn nhất dưới bản đế:

Với

kNcmChiều dày bản đế - tính với áp lực bản đế:

, chọn chiều dày bản đế là 5 (cm)Tính toán và kiểm tra tương tự với các cặp nội lực còn lại:

Nmin = -191,05 kN, Mtu = -165,06 kNm (kéo cánh trong của cột trái) – TH20

Mmax = 228,43 kNm (kéo cánh ngoài của cột trái) , Ntu = -129,51 kN – TH26

(kNcm)

(cm)

Kết luận chọn boulon neo Ф36 bản đế dày 5 cm

3.1.3 Kiểm tra boulon neo với tổ hợp :

Nmax = 4,05 kN, Mtu = 189,65 kNm

Tổng lực kéo trong 4 boulon neo :

Ứng suất kéo trong boulon beo :

3.1.4 Tính chiều dày bản đế khi chịu nhổ:

Moment uốn trong bản đế - do sự nhấc lên của cánh:

kNmChiều dày bản đế - do sự nhấc lên của cánh

3.1.5 Tính liên kết hàn bản cánh và bụng cánh vào bản đế:

• Lực kéo lớn nhất trong cánh cột

3.2 Thiết kế liên kết kèo với cột:

• Nội lực thiết kế mối nối:

• Tiết diện cột, kèo : I750x5x200x8 và kèo I150x8x600x5

• Chọn kiểu liên kết có 2 boulon trên mỗi hàng: giả sử liên kết gồm 10 boulon: chọn boulon Ф 20 có Abn = 2,45cm2

• Vật liệu thép SS400 có fy = 245 MPa , fu = 400 MPa, E = 200 MPa

• Que hàn N42 có fwun = 410 MPa, công nghệ hàn: SMAW(hàn tay):

• Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu : γc = 0,9 ; của boulon chịu kéo: γb = 1,0

• Boulon cấp 8.8 ( tương đương ASTM A325) có ftb = 400 MPa

Xét cặp lực:

Xét cặp lực Mmax = 185,71 kN.m; Ntu = -46,02 kN để tính toán các boulon ở cánh ngoài:

• Bước 1: Tính vị trí trục trung hòa & moment quán tính:

Moment quán tính của các phần tử vừa nêu đối với truc trung hòa

Phần tử Diện tíchA(cm2) Cánh tay đònd(cm)

Moment quántính I

=A.d2(cm4)

Moment quántính I0 (cm4)

70 50 120 120 5030 50

900

y=281

• Bước 2: Tính ứng suất trong các phần tử & kiểm tra khả năng chịu lực:

Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng boulon:

Ứng suất cắt trong các boulon (10 boulon)

chọn boulon phía cánh ngoài 6M20x75,class 8.8 ( tương đương A325 của Mỹ)

Ứng suất trong cánh nén của cột:

• Bước 3: Tính chiều dài bản nối mặt bích:

Có phân chia tỷ lệ chịu lực hợp lý giữa cánh (flange),sườn góc (gusset), bản bụng (Web)

+ Lực kéo trong các boulon:

Các lực kéo này sẽ gây uốn ở moment mặt bích, chiều dày mặt bích được tính từ các moment uốn này:

+ Moment và bề dày do lực kéo trong sườn góc:

Moment :

+ Moment và bề dày do lực kéo trong cánh :

Trong cánh kéo:

Trong sườn góc:

- Bước 5: Tính các đường hàn:

Hàn sườn góc vào mặt bích: tính với lực kéo trong sườn

Chiều cao đường hàn góc liên kết với mặt bích:

cm

cm

cm

Hàn cánh vào mặt bích: tính với lực kéo cánh

Chiều cao đường hàn góc liên kết với mặt bích:

cm

cm

cm

 Chọn

Hàn bụng vào mặt bích: tính với lực kéo cánh

Chiều cao đường hàn góc liên kết với mặt bích:

900

V Hệ giằng cột:

Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh giằng (giằng mái và giằng cột):

• Các thanh chóng dọc của hệ giằng mái và giằng cột lần lượt có tiết diện CHS

• Các thanh giằng xiên của hệ giằng mái và giằng cột làm từ thép tròn đặc, mác SS400,

• Hệ số điều kiện làm việc của thanh nén = 0,9; của thanh kéo = 1

Sơ đồ tính hệ giằng mái:

Sơ đồ tính hệ giằng mái

• Nội lực trong giằng mái:

Thanh trên: (kN) (kéo)

• Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giằng mái:

Các thanh xiên của thanh giằng mái:

• Đều có tiết diện như nhau là do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra

• Khả năng chịu lực:

Đủ khả năng chịu lực

Các thanh chống dọc của hệ giằng mái:

• Đều có tiết diện là , do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra.

• Các đặc trưng hình học của thanh : A = 19,2 cm2; r = 4,31 cm; l0 = 8 m