đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp có cầu trục nhẹ

8 TIẾT DIỆN NGANG NHỎ NHẤT CỦA DẦM MÁI TIẾT DIỆN NGANG LỚN NHẤT CỦA DẦM MÁI TIẾT DIỆN NGANG SƠ BỘ Kiểm tra khe hở ngang an tồn giữa cột và đầu cầu trục: chọn trục định vị nằm tại mép ngồ

CHƯƠNG 1:CƠ SỞ THIẾT KẾ

-   : hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon( bảng 38, TCXD VN b 1

338:2005)

- Boulon neo được chế tạo từ thép JIS-G3101-SS400, có fvb 320MPa;

- Bê tông móng/ cổ cột: B20 (theo TCXDVN 356:2005) có Rb 11.5MPa

CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG

2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG:

D: Khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của cầu trục

F0: Khoảng cách từ nách khung đến điểm thấp nhất của các thiết bị hay kết cấu treo ( ví dụ: thiết bị chiếu sáng )

Bề rộng cánh dầm mái:

b f (0.2 0.3) h Raftermax (0.2 0.3)500 (100 150)   mm

Chọn b f 200mm

d/ Chiều cao tiết diện ngang của cột:

h Column h Raftermax (0 200) mm

8

TIẾT DIỆN NGANG NHỎ NHẤT

CỦA DẦM MÁI

TIẾT DIỆN NGANG LỚN NHẤT

CỦA DẦM MÁI

TIẾT DIỆN NGANG SƠ BỘ

Kiểm tra khe hở ngang an tồn giữa cột và đầu cầu trục:

(chọn trục định vị nằm tại mép ngồi của xà gồ vách)

d  mm tương ứng với bước cột là 7m

Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút của cầu trục:

150

Với 75mm là khoảng hở giữa cầu trục và cột

Chiều cao từ mặt nền hồn thiện đến nách khung:

Hình 2.2:Kích thước khung ngang

2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG:

Hệ số vượt tải của tĩnh tải(vật liệu thép):Q 1.05

2.2.2.Hoạt tải mái:

-Đối với mái nhẹ,theo TCVN 2737:1995 quy định giá trị tiêu chuẩn của hoạt tải mái là:

g girder=(γ Q p roof cosαBB)×10 =(1.3×30×1×7)×10 =2.73kN /m

-Hệ số vượt tải của hoạt tải mái: Q1,3

;

cosαB≈1 :với αB là góc nghiêng của mái so với phương nằm ngang

2.2.3.Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang:(trường hợp có 2cầu trục)

 là hệ số vượt tải của cầu trục (Q 1,1)

B là nhịp đỡ của dầm cầu trục (bước cột)

Trọng lượng dầm đỡ cầu trục và ray:

Chọn wrw = 1 (kN/m)

o Giá trị moment lệch tâm ứng với giá trị tải trọng:

-Khoảng cách từ tim ray đến tim cột:

HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG

2.3.NỘI LỰC KHUNG NGANG:

1.TT ( tĩnh tải) 2.HT (hoạt tải) 3.Dmax trái ( Dmax bên trái )

4 Dmax phải ( Dmax bên phải ) 5.T trái ( TLA từ trái sang phải ) 6.T phải ( TLA từ phải sang trái ) 7.Gió trái ( gió từ trái sang phải ) 8.Gió phải ( gió từ phải sang trái )

T phải

Gió trái

Gió phả i

T phải

Gió trái

Gió phả i

Hình 2.3:Mô hình khung ngang 2D

Hình 2.4:Mô hình khung ngang 3D

c Phân tích nội lực khung ngang bằng Sap2000:

*Sơ đồ chất tải:

Hoạt tải (kN/m)

Dmax trái D(kN);M(kNm)

Dmax phải D(kN);M(kNm)

11.88 11.88

XZ

T LA trái (kN)

X Z

T LA phải (kN)

Gió trái (kN/m)

4.00

4.00

6.38

XZ

6.38

Gió phải (kN/m)

61.08 -23.85

50.38 -20.66

18.7019.53

-46.31

XZ

Biểu đồ bao Lực dọc N

(kN)

Nhận xét: Mô hình các phần tử ,các nút và xuất ra nội lực khi chưa chia đoạn dầm nhằm mục đích xác định sơ bộ vị trí có nội lực tương đối nhỏ để thiết kế mối nối.

Tại vị trí có nội lực tương đối nhỏ ta chia dầm mỗi bên thành 2 đoạn nhỏ có kích thước khác nhau(đảm bảo về tính thực tế)và thiết kế mối nối tại vị trí chia đoạn.

Dầm mái mỗi bên được chia làm 2 đoạn có kích thước như sau:

 Đoạn 1 dài 6m có chiều cao tiết diện dầm thay đổi wmax 500

(Các loại tải trọng tác dụng vài khung ngang không đổi)

Hình 2.5:Mô hình khung ngang 2D

Hình 2.6:Mô hình khung ngang 3D

Biểu đồ bao Momen

62.39 -25.36

51.69 -22.17

Biểu đồ bao Lực cắt Q

(kN)

Biểu đồ bao Lực dọc N

(kN)

*Kiểm tra chuyển vị:

-Chuyển vị đứng tại đỉnh khung: (tĩnh tải + hoạt tải mái)

Chuyển vị đứng do tĩnh tải gây ra

Chuyển vị đứng do hoạt tải gây ra

Ta có:

-Chuyển vị ngang tại nách khung (tĩnh tải+ gió trái) :

Chuyển vị ngang do tĩnh tải gây ra

Chuyển vị ngang do gió trái gây ra

H H

H

EH

Chuyển vị ngang tại vai cột do tĩnh tải gây ra

Chuyển vị ngang tại vai cột do T trái gây ra

H H

H

EH

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG

3.1.THIẾT KẾ DẦM MÁI:

3.1.1.Tính toán các tiết diện ngang

- Từ kết quả phân tích nội lực khung ngang, ta lựa chọn các giá trị nội lực gây nguyhiểm cho dầm mái

- Mỗi phần tử cần chọn giá trị nội lực tại ít nhất 3 vị trí:2 phần tử đầu đoạn và 1 phần tử giữa.Và các giá trị nội lực là:

3.1.1.1Giá trị nội lực tính toán.

(kNm)

V(kN)

maxM(kNm)

V(kN)

maxV(kN)1

IW

w

t mm

f

b mm

f

t mm

P kN

 Các công thức kiểm tra bền:

+Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:

 thỏa điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất.

+Kiểm tra tiết diện ứng suất tương đương

2 w

→ vậy ta không cần gia cường thêm sườn

 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định tổng thể:

-Bố trí thanh giằng cánh dưới với 2 bước xà gồ,mỗi xà gồ cách nhau 1.5m

 l0 3m

Tính

0 f

lb

  → Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể

3.1.1.3 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc:

IW

w

t mm

f

b mm

f

t mm

P kN

 Các công thức kiểm tra bền:

+Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:

 thỏa điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất

+Kiểm tra tiết diện ứng suất tương đương:

2 w

Bản cánh: f → thỏa điều kiện yêu cầu.Bản bụng:

4 w

→ vậy ta không cần gia cường thêm sườn

 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định tổng thể:

-Bố trí thanh giằng cánh dưới với 2 bước xà gồ,mỗi xà gồ cách nhau 1.5m

 l0 3m

Tính

0 f

lb

  → Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể

→ Chọn I200x8x(500-200)x8 cho phần tử số 3(tiết diện thay đổi ) và I200x8x200x8

cho phần tử số 4(tiết diện khơng đổi)

3.1.2Thiết kế mối nối:

3.1.2.1.Mối nối tại đỉnh nĩc:

o Nội lực tính tốn Mmax 26.58(kNm);Mmin 16.58(kNm)

Lực cắt và lực dọc khơng đáng kể

Lực dọc quy đổi trong cánh do Mmax: Nf Mmax / hw 26.58 / 0.20 132.9(kN)

o Kiểm tra độ bền của cánh kéo :

-Chọn boulon cường độ cao cấp 8.8

-Chọn số lượng boulon mỗi bên cánh là 4

-Tính và chọn đường kính boulon

2 f

TIẾT DIỆN NGANG NHỎ NHẤT

CỦA DẦM MÁI

TIẾT DIỆN NGANG LỚN NHẤT

CỦA DẦM MÁI

o Tính chiều cao đường hàn giữa mặt bích và cánh dầm:(hàn tay)

Theo kim loại đường hàn:

f f

3.1.2.2:Thiết kế mối nối trung gian:

o Nội lực tính toán Mmax 16.76(kNm);Mmin 11.62(kNm)

Lực cắt và lực dọc không đáng kể

Lực dọc quy đổi trong cánh do Mmax: Nf Mmax / hw 16.76 / 0.2 83.8(kN)

o Kiểm tra độ bền của cánh kéo :

-Chọn boulon cường độ cao cấp 8.8

-Chọn số lượng boulon mỗi bên cánh là 4

2 f

o Tính chiều cao đường hàn giữa mặt bích và cánh dầm(hàn tay):

Theo kim loại đường hàn:

f f

NkN

s.max

MkNm

max

MkNm

s.max

NkN

min

MkNm

s min

NkNCột

Cột

3.2.2Kiểm tra tiết diện

 Chiều dài tính toán

- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung

Tra bảng D.1 TCVN 338-2005 với sơ đồ tính toán như hình ngàm dưới chân cột,đỉnh cột tự do, ta lấy  1 2

2

5.25N

Với  c 0.95 là hệ số điều kiện làm việc của cột (bảng 3- TCXD VN 338:2005)

 Kiểm tra tiết diện (chỉ cần kiểm tra phần cột dưới)

f

b mm

f

t mm

M kNm

→ Tiết diện I700x8x200x10 thỏa điều kiện.

 Tính chi tiết cho cặp nội lực Nmin 194.64(kN),Ms.min 193.99(kN)

- Độ lệch tâm tương đối

w

h

(1.3 0.15 ) E / f (1.3 0.15 1.57) 2 10 / 22.27 46.02t

→ thỏa điều kiện bền.

 Tính tương tự cho các cặp nội lực còn lại, ta có bản tóm tắt sau:

f

b mm

f

t mm

M kNm

→ Vậy tiết diện I 700x8x200x10 thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung.

c y

N

f

c A 

Trong đó c là hệ số lấy theo điều 5.4.2.5, TCXDVN 338:2005

 là hệ số uốn dọc quanh trục y-y lấy theo điều 5.3.2.1,y

10.61(kN / cm ) f 0.95 22.27 21.16(kN / cm )

→ thỏa điều kiện

 Tính tương tự cho các cặp nội lực còn lại, ta có bảng kết quả như sau

f

b mm

f

t mm

M kNm

→ Vậy tiết diện I 700x8x200x10 thỏa điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung.

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

 Bản cánh :

- Với

0 f

bt

w

Bản bụng có thể bị mất ổn định khi chịu tải, theo điều 5.6.2.6, TCXD VN

338:2005, ta phải gia cường các sườn cứng ngang, khoảng cách giữa các sườn là a= (2.5 3)h w (2.5 3)700 (1750 2100)mm  

Chọn a=1500mm

- Ta bố trí cặp sườn đối xứng, theo điều 5.6.1.1, TCXD VN 338:2005

w s

3.3.Thiết kế chân cột- liên kết cột với móng&liên kết dầm mái với cột(nách khung):

3.3.1 Thiết kế chân cột- liên kết cột với móng:

3.3.1.1Giá trị nội lực tính toán:

Phần tử

1

min

NkN

s.min

MkNm

max

NkN

s.max

MkNm

max

MkNm

s.max

NkN

min

MkNm

s.min

NkNCột

Lực cắt Vmax tại chân cột:Vmax 66.83(kN)

 Chọn bê tông B20

Cường độ tính toán của bê tông: Rb 11.5MPa 1.15kN / cm 2

Mođun đàn hồi của bê tông: Eb 27.10 (MPa)3

 Chọn boulon cấp 8.8,chế taọ từ thép tròn cấp SS400 với:

-  b 0.9:hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon (Bảng 38,TCXDVN

338:2005)

- ftb 400MPa:cường độ tính toán khi làm việc chịu kéo của boulon (Bảng

10,TCXDVN 338:2005)

- fub 400MPa;cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của boulon

- fab 0.4fub 0.4 400 160MPa  :cường độ tính toán chịu kéo của boulon neo

120 40

900

120 40 580

Hình 3.1.Kích thước sơ bộ của bản đế

 Kiểm tra điều kiện bền nén của bê tông móng , ứng với cặp nội lực:

2

s.min min

 Kiểm tra lại y

Giá trị y là nghiệm của phương trình bậc 3: y3K y1 2K y K2  3 0

1

K 3(e 0.5D) 3(155 0.5 90) 330    

bn 2

- Ta có: f(y) y3330y29949y 800895

- Giải phương trình bậc 3 bằng máy tính: y 35.15cm

- Giải phương trình bậc 3 bằng thuật toán Newton Raphson

 Kiểm tra boulon neo với tổ hợp Nmax 18.61(kN);Ms.max 63.18(kNm)

- Tổng lực kéo trong 4 boulon neo

2 s.max max

L :là khoảng cách giữa 2 trục của bản cánh:

- Ứng suất kéo trong boulon

→ thỏa điều kiện

 Tính chiều dày bản đế khi chịu nhổ:

- Moment uốn trong bản đế do sự nhất lên của cánh

PL PL

 Đường hàn liên kết cánh cột vào bản đế:

Lực kéo lớn nhất trong cánh cột Tf lg Max T ,T ,T 1 2 3 , trong đó:

2 s.min min

Chiều dày cấu kiện lớn nhất:40mm

Phương pháp hàn tay=>lấy hminf 9mm

- Chiều cao đường hàn góc liên kết cánh cột và bản đế:

- Nội lực tính toán: Vmax 66.83(kN)

- Chiều cao đường hàn góc liên kết bụng cột vào bản đế

120 40

900

120 40 580

Hình 3.2.Chi tiết cấu tạo chân cột.

3.3.2.Thiết kế liên kết dầm mái với cột

3.3.2.1.Giá trị nội lực tính toán:

Phần tử

1

min

NkN

s.min

MkNm

max

NkN

s.max

MkNm

max

MkNm

s.max

NkN

min

MkNm

s min

NkN

Lực cắt Vmax tại nách khung:Vmax 51.69(kN)

- Tiết diện cột I700x8x200x10

- Tiết diện dầm mái I500x8x200x8

- Chọn kiểu liên kết 2 boulon mỗi hàng, giả sử liên kết gồm 10 boulon, sử dụng boulon 20có Abn 2.45(cm )2

- Kích thước mặt bích: D 700 200 900(mm);B 200 100 300(mm)     

- Bố trí boulon như hình vẽ:

Hình 3.3.Bố trí boulon.

3.3.2.2.Tính toán boulon cánh ngoài

- Nội lực tính toán Mmax 166.41(kNm); Ns.max 43.44(kN)

 Xác định vị trí trục trung hòa và moment quán tính

 Xác định vị trí trục trung hòa

Chọn tâm của cánh chịu nén làm hệ cơ sở (X , Y )0 0

Xo Yo

490 610 780

y

(cm2)

Y(cm)

Wx=AxY(cm3)

Xo Yo

235 355 525

y=255.3

- Xác định moment quán tính của các phần tử vừa nêu trên đối với trục trung hòa:

Y cm

x 3

W A.y cm



 Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực:

- Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng:

- Lực kéo trong các phần tử tương ứng với tác dụng của mỗi boulon hàng trong

Do ở xa bản cánh, nên bỏ qua phần lực truyền vào cánh( xem toàn bộ đều truyền vào bụng) → lực kéo trong bụng Tw3Tb323.34(kN)

- Moment uốn và chiều dày mặt bích:

 hàn sườn góc vào mặt bích:chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề

dày lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCXDVN 338-2005 ta được hminf 7mm

Nội lực tính toán: Tg 30.54(kN)

Theo tiết diện kim loại đường hàn

g f

 hàn cánh vào mặt bích:chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề dày

lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCXDVN 338-2005 ta được hminf 7mm

 Nội lực tính toán: Tf 1Tf 2 29.72(kN)

Theo tiết diện kim loại đường hàn

Theo tiết diện biên nóng chảy

 hàn bụng vào mặt bích: chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề dày

lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCXDVN 338-2005 ta được hminf 7mm

Nội lực tính toán: Tw2 30.56(kN)

Theo tiết diện kim loại đường hàn:

w2 fw1

HỆ GIẰNG;KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC;

 Tải trọng gió tác dụng vào các nút:

- Diện tích đón gió của các nút

P3

T

Hình 4.2:Sơ đồ tính hệ giằng cột (giằng gió +giằng cầu trục)

 Nội lực trong các thanh giằng mái:

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

 Các thanh xiên của hệ giằng mái:

- Giả thiết tiết diện các thanh xiên là như nhau là 25, do đó ta chọn thanh cógiá trị nội lực lớn nhất để kiểm tra X2 42.20(kN)

- Khả năng chịu lực:

NX2 c(0.4f )Au n  1 (16) (0.75  2.5 / 4) 58.9(kN) X2   2 42.20(kN)

→ Vậy chọn tiết diện thanh xiên là25

 Các thanh chống dọc của hệ giằng mái:

- Các đặc trưng hình học của thanh

=>Thỏa điều kiện khả năng chịu lực của thanh chống dọc:

o Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giằng cột:

 Các thanh xiên của hệ giằng cột:

- Giả thiết tiết diện các thanh xiên là như nhau là32do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra:

=>Thỏa điều kiện khả năng chịu lực của thanh xiên hệ giằng cột.

 Các thanh chống của hệ giằng cột:

- Giả sử các thanh có tiết diện như nhau là 114x5

- Các đặc trưng hình học của thanh A 17.2(cm ), r 3.92(cm),l 2  0 7(m)

- Giả thiết tiết diện dầm đỡ trục là dầm đơn giản, có tiết diện như sau:

Tiết diện chữ I200x12x500x10 thép tổ hợp làm từ thép tấm, kích thước như hình vẽ Tiết diện chữ C27, thép định hình với kích thước như hình vẽ:

- Moment quán tính quanh trục Y-Y của chữ C và nữa phần trên chữ I

nc 0.85 hệ số tổng hợp khi hai cầu trục hoạt động sóng đôi

 Q 1.1 là hệ số tin cậy của tải trọng

imp 1.1là hệ số của tải trọng

wrw 1(kN / m) là trọng lượng bản thân của dầm đỡ trục ray

I là moment quán tính của tiết diện quanh trục X-XX

I là momnet quán tính của chữ C và nữa phần trên chữ I*Y

Pmax 51.6(kN)áp lực thẳng đứng lớn nhất của bánh xe cầu trục

Pmin 13.95(kN)áp lực thẳng đứng nhỏ nhất của bánh xe cầu trục

T1 4.1(kN): áp lực hãm ngang

T2 0.1.Pmax 0.1 51.6 5.16(kN)  áp lực hãm dọc

 Tải trọng, nội lực, chuyển vị

- Moment uốn quanh trục X-X và Y-Y

Ta có: N=2W U 2 2.59 0.56 5.74(m) B 7m      

y1 x1

Xc yc

bánh xe gây ra và moment do cả 4 bánh xe gây ra và lựa chọn giá trị nguy hiểm hơn:

Gọi x=(3B+W-U)/6 =3.84m>W =2.59m do cả 3 bánh xe gây ra:

2 2

- Trường hợp nhà chỉ có 1 cầu trục hoạt động:

→ Vậy ta không cần gia cường thêm sườn.

→ Vậy tiết diện I150x10x500x8 đã chọn là hợp lý.

 Tính liên kết hàn:

 Tính chiều cao đường hàn góc liên kết cánh và bụng:

- Chọn que hàn N46, phương phán hàn tay:hminf 5(mm) - bảng 43 TCXDVN 338:2005

- Chiều cao đường hàn thỏa mãn điều kiện sau

min f







→ chọn hf 6(mm)

 Tính chiều cao đường hàn góc liên kết vai cột vào cột: chọn que hàn N46, phươngpháp hàn tay

min f

Chi tiết ngang vai cột

4.4 KẾT CẤU BAO CHE:

 Các thông số ban đầu:

-TLBT mái (tấm lớp, xà gồ, giằng xà gồ)là: gserr 10(daN / m )2

- Hoạt tải tiêu chuẩn của mái pserr 30(daN / m )2 - TCVN 2737-1995

-Áp lực gió tiêu chuẩn wserr 95(daN / m )2

 Tải trọng phân bố đều trên mái

Tĩnh tải gr  Q gserr 1.05 10 11(daN / m )  2

Hoạt tải pr  Q pserr 1.3 30 39(daN / m )  2

Gió hút wr   Q ce wserr 1.2 0.4 95 45.6(daN / m )   2

TT + GIÓ: qr   1 ( g cos +w ) 1 ( 11cos 6r  r    0 45.6) 34.66(daN / m)

 Moment uốn và khả năng chịu lực của tấm lợp( sơ đồ tính dầm liên tục > hơn 5nhịp)

 Thành phần tải trọng gây uốn xà gồ

TT+HT: qp 1.5 (g r p cos )cosr   1.5 49.51 74.27(daN / m) 

TT+ GIÓ: qp 1.5 ( g cos +w ) 1.5 34.66 51.99(daN / m)  r  r   

M2 b  cf.W eff b

0.9 31.5 (0.9 61.13) 0.7 1092(kNcm) M      2 b 196.2(kNcm)