MỤC LỤC A. Số liệu thiết kế 3 I. Các số liệu thiết kế 3 II. Vật liệu 3 B. Tính toán 3 I. Kích thước chính của khung ngang 3 1. Theo phương đứng 3 2. Theo phương ngang 4 II. Hệ giằng trong nhà công nghiệp 5 1. Hệ giằng mái 5 2. Hệ giằng cột 5 3. Thiết kế xà gồ mái 5 III. Tải trọng tác dụng lên khung ngang 7 1. Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) 7 2. Hoạt tải mái 8 3. Tải trọng gió (Theo TCVN 27371995) 9 4. Hoạt tải cầu trục 11 4.1. Áp lực đứng của cầu trục 11 4.2. Lực hãm ngang của cầu trục 13 IV. NỘI LỰC KHUNG NGANG 13 1. Chọn sơ bộ tiết diện 13 1.1. Tiết diện cột 13 1.2. Tiết diện xà 13 2. Các trường hợp nhập tải vào mô hình tính 14 V. Kiểm tra tiết diện cấu kiện 15 1. Kiểm tra tiết diện cột 15 1.1. Xác định chiều dài tính toán 15 1.2. Kiểm tra tiết diện 16 2. Kiểm tra tiết diện xà ngang 20 2.1 Đoạn xà tiết diện thay đổi (6,067 m) 20 2.2. Đoạn xà tiết diện không đổi (6,067m) 22 VI. Thiết kế các chi tiết 23 1. Vai cột 23 2. Chân cột 27 2.1. Tính toán bản đế 28 2.2. Tính toán dầm đế 30 2.3. Tính toán sườn A 30 2.4. Tính toán sườn B 31 2.5. Tính toán bu lông neo 32 3. Liên kết cột với xà ngang 27 4. Mối nối đỉnh xà 37 5. Mối nối xà 39 6. Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang 40 A. Số liệu thiết kế và nhiệm vụ thiết kế II. Các số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp cầu trục. Có các số liệu thiết kế STT: 43 Nhịp nhà : L = 30 m Bước cột : B = 7 m Chiều dài nhà : 49 m Sức trục : Q = 12.5 T Chiều cao đỉnh cột : H = 9 m Độ dốc mái : i = 10% Hai cầu trục, chế độ làm việc bình thường Chiều cao dầm cầu trục , Chiều cao ray : Vùng áp lực gió : IIIA Dạng địa hình xây dựng : B Kết cấu bao che : phía trên dùng tôn II. Vật liệu Thép CCT38. Que hàn N50 , hàn tự động, kiểm tra bằng phương pháp vật lý. Bê tông móng cấp độ bền B20. Các vật liệu khác tự chọn. B. Tính toán I. Kích thước chính của khung ngang 1. Theo phương đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang : Với tra catalo cầu trục, khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang Chọn Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột 2. Theo phương ngang Coi trục định vị
1 MỤC LỤC SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 A Số liệu thiết kế nhiệm vụ thiết kế II Các số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang nhà cơng nghiệp tầng nhịp cầu trục Có số liệu thiết kế STT: 43 Nhịp nhà : L = 30 m Bước cột : B = m Chiều dài nhà : 49 m Sức trục : Q = 12.5 T Chiều cao đỉnh cột : H = m Độ dốc mái : i = 10% Hai cầu trục, chế độ làm việc bình thường hct = 0.7 m Chiều cao dầm cầu trục hr = 0.12m , Chiều cao ray : Vùng áp lực gió : IIIA Dạng địa hình xây dựng : B Kết cấu bao che : phía dùng tơn II Vật liệu Thép CCT38 Que hàn N50 , hàn tự động, kiểm tra phương pháp vật lý Bê tơng móng cấp độ bền B20 Các vật liệu khác tự chọn B Tính tốn I Kích thước khung ngang Theo phương đứng H = bk + H k = 0.3 + 1.14 = 1.44m Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang : Hk Với ⇒ bk tra catalo cầu trục, khe hở an toàn cầu trục xà ngang H = 1.5 m Chọn Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 H t = H + H dct + H r = 1.5 + 0.7 + 0.2 = 2.4m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột H d = H − H t = − 2.4 = 6.6m Theo phương ngang Coi trục định vị trùng với mép cột (a=0), khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cẩu L1 = trục Vậy nhịp khung ngang ta chọn L − Lk 30 − 28 = = 1m 2 Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng 1 1 h = ÷ ÷H = ÷ ÷9 = ( 0, ÷ 0, 45 ) m 15 20 15 20 h = 0, 6m Chọn z = L1 − h = − 0, = 0, 4(m) > zmin = 0,18m Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung : II Hệ giằng nhà công nghiệp SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 Hệ giằng mái Bố trí theo phương ngang nhà gian gần đầu hồi, nhà dài 49m nên bố trí thêm hệ giằng Các giằng chéo chữ thập nối vào bảng bụng xà ngang cạnh Hệ giằng cột Gồm giằng chéo bố trí phạm vi cột cột gian có hệ giằng mái Thiết kế xà gồ mái Xà gồ mái chịu tác dụng tải trọng mái trọng lượng thân xà gồ Lớp mái xà gồ chọn trước, sau kiểm tra lại theo điều kiện bền điều kiện biến dạng xà gồ gton = 1, × 0, 0005 × 7850 = 4, 71( daN / m ) Tấm lợp mái : Xà gồ : ta chọn xà gồ hình chữ C, loại xà gồ chết tạo từ thép hình dập nguội Hình dạng thông số xà gồ chữ C Số hiệu 8CS2,5x065 Ix Wx Iy Wy (cm4) (cm3) (cm4) (cm3) 356,71 35,07 30,93 6,72 Trọng lượng (kg/m) 4,55 Chiều dày Diện tích (mm) (cm2) 1,7 5,85 Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái,tải trọng thân xà gồ tải trọng hoạt tải sửa chữa mái : Chọn khoảng cách xà gồ mặt a=1.2m 1, = 1, 206 m cos(5,710 ) Vậy khoảng cách xà gồ mặt phẳng mái : Hoạt tải : hoạt tải sữa chữa lấy ptc = 0.3 kN/m2 với hệ số vượt tải n= 1,3 q tt = 0,3 × 1,3 = 0,39 kN/m2 Tải trọng tác dụng lên xà gồ q tc = ( g mtc + pmtc ) axg cos(α ) tc + g xg = (0, 0471 + 0,3) ×1, 206 + 0, 0455 = 0, 464 kN/m SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 q tt = ( g mtcγ g + pmtcγ p ) axg cos(α ) tc + g xg γ g = (0, 0471×1, 05 + 0,3 × 1, 3) ×1, 213 + 0, 0455 ×1, 05 = 0,578 kN/m Kiểm tra lại xà gồ chọn : Xà gồ tác dụng tải trọng lớp mái hoạt tải sữa chữa tính tốn cấu kiện chịu uốn xiên Ta phân loại tải trọng tác dụng lên xà gồ C tác dụng theo phương trục x-x tạo với phương ngang góc α = 5,71 o: Tải trọng tác dụng theo phương x-x y-y qxtc = q tc s inα = 0, 464 × sin 5, 710 = 0, 046 kN/m qxtt = q tt sin α = 0,578 × s in5, 710 = 0, 058 kN/m q tcy = qtc cos α = 0, 464 × cos 5, 710 = 0, 462 kN/m q tty = qtt cos α = 0,578 × cos 5, 710 = 0, 575 kN/m Kiểm tra theo điều kiện bền σ= Mx My + ≤ fγc Wx Wy Với γc = 0,95 hệ số điều kiện làm việc f = 23kN / cm2 cường độ thép xà gồ CCT38 Xà gồ tính tốn theo phương dầm đơn giản đầu tựa lên xà ngang, moment đạt giá trị lớn nhịp Xà gồ có giằng nhịp qytt qxtt lx ly qxtt l y 32 Mx My qytt l x SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 Ta có: Mx = My = q tty × B = 0,575 ×10 −2 × 700 = 352, kNcm qxtt × B 0, 058 ×10 −2 × 700 = = 8,88 kNcm 32 σ = σ x +σ y = 352, 8,88 + = 11,36 kN/cm ≤ f γ c = 0,95 × 23 = 21,85 kN/cm 35,07 6, 72 Vậy đảm bảo điều kiện bền Độ võng: Xà gồ có độ võng theo hai phương, nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái nhỏ ∆y nên bỏ qua, ta xét đến độ võng theo phương vng góc với mặt phẳng mái ,với ∆ ∆ chọn hs = 15 cm [ N ] tb = ftb Abn = 40 × 2, 45 = 98(kN ) Khả chịu kéo bu lông: f tb = 40kN / cm Trong đó: : cường độ tính tốn chịu kéo bu lông Abn = 2, 45cm2 : diện tính tiết diện thực thân bu lơng Khả chịu trượt bu lông cường độ cao SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 38 [ N ] b = f hb Aγ b1 µ 0, 25 nf = 0, ×110 × 3,14 ×1 × ×1 = 35,56(kN ) γ b2 1, Trong đó: fhb – cường độ tính tốn chịu kéo vật liệu bulơng cường độ cao liên kết ma sát, f hb = 0,7fub f ub = 1100( N / mm2 ) = 110( kN / cm ) cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật liệu bulông với mác thép 40Cr π d π × 22 A= = = 3,14 4 Diện tích tiết diện thân bulong , γ b1 = γ b1 hệ số điều kiện làm việc liên kết, số lương bulông n =14 > 10 µ, γ b2 : hệ số ma sát hệ số tin cậy liên kết,với giả thiết gia cơng bề mặt cấu kiện nên µ = 0, 25; γ b = 1, nf = : số lượng mặt ma sát liên kết Lực kéo tác dụng vào bu lông dãy moment lực dọc phân vào (do moment có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bu lơng phía cùng): N b max = Do Mh1 N 200,3 ×100 × 59,5 48,13 ± = − = 65,58 kN 2 2 2 2∑ hi n × (9, + 19, + 28,8 + 38, + 48 + 59, ) 14 Nbmax = 65, 58 (kN ) < [ N ] tb = 98(kN ) → bu lông đủ khả chịu lực Lực cắt tác dụng lên bu lông: V= Q 48, 44 = = 3, 46 kN n 14 V = 3, 46kN < [ N ] b γ c = 33, 78kN Tính tốn mặt bính: SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 39 Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: t ≈ 1.1 b1 N b max 10 × 65,58 = 1,1× = 1, 07 cm (b + b1 ) f (20 + 10) × 23 Và t ≈ 1,1 b1 ∑ N i (b + h1 ) f = 1,1 b1 N b max ∑ hi h1 (b + h1 ) f = 1,1× 10 × 65,58 × (9, + 19, + 28,8 + 38, + 48 + 59,5) = 1, 22cm 59,5 × (20 + 59,5) × 23 Chọn t = 1,5 cm Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi (kể sườn): ∑l w = × (9,5 − 1) + × (9 − 1) = 50 cm Lực kéo cánh moment lực dọc phân vào: Nk = M N 200,3 ×100 50,92 + = − = 308,37 kN h 60 Chiều cao cần thiết đường hàn này: h fyc ≥ Nk = ∑ lw ( β f w )min γ c Nk 308,37 = = 0,36 cm ∑ lw β s f wsγ c 50 ×1, 05 ×17,1× 0,95 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): h fyc ≥ Vmax = ∑ lw (β f w )min γ c Vmax 48, 44 = = 0, 025 cm ∑ lw β f f wf γ c × (60 − 1, × − 1) ×1, 05 ×17,1× 0,95 Kết hợp cấu tạo chọn chiều cao đường hàn là: hf = 0,6 cm Mối nối đỉnh xà SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 40 Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh xà (Tổ hợp U1) N = -33,59 kN Q = 5,04 kN M = 81,05 kNm Tính tốn mặt bích Chọn bu lơng cường độ cao, cấp độ bền 8.8 Đường kính dự kiến d= 20 mm, bố trí bu lơng thành hàng với khoảng cách bu lơng hình vẽ Phía cánh ngồi cánh xà ngang bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích có kích thước sau: ts = cm Bề dày: hs = cm Chiều cao: SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 41 ls = 1,5hs = 1,5 × = 13,5 cm Bề rộng: => chọn ls = 15cm Lực kéo tác dụng vào bu lơng dãy ngồi moment lực dọc phân vào (do moment có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bu lơng phía cùng): Mh1 Ncosα Q sin α + + 2∑ hi n n N b max = 81, 05 ×100 × 54 33,59 × cos8,530 5, 04 × sin 8,530 = − + = 31, 29 kN × (10,52 + 21,52 + 32,52 + 43,52 + 54 ) 12 12 N bmax = 31, 29(kN ) < [ N ] tb = 98(kN ) Khả chịu cắt bu lông V= N sin α + Q cos α 33,59 × sin 8,530 + 5, 04 × cos8,530 = = 0,83 kN < [ N ] b γ c = 33, 782kN n 12 Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: t ≈ 1,1 b1 N b max 10 × 31, 29 = 1,1× = 0, 74 cm (b + b1 ) f (20 + 10) × 23 t ≈ 1,1 b1 ∑ Ni (b + h1 ) f = 1,1 b1 N b max ∑ hi h1 (b + h1 ) f = 1,1× 10 × 31, 29 × (10,5 + 21,5 + 32,5 + 43,5 + 54) = 0,82 cm 54 × (20 + 54) × 23 Và Chọn t = cm Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện xà ngang với mặt bích Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi (kể sườn): ∑l w = × (9,5 − 1) + × (9 − 1) = 50 cm Lực kéo cánh moment, lực dọc lực cắt gây ra: Nk = M Ncosα Q sin α 81, 05 × 100 33,59 × cos8,530 5, 04 × sin 8,530 + + = − + = 163,88 kN h 2 45 2 SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 42 Chiều cao cần thiết đường hàn này: h fyc ≥ Nk Nk 163,88 = = = 0,192 cm ∑ lw (β f w ) γ c ∑ lw β s f wsγ c 50 ×1, 05 ×17,1× 0,95 Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng xà với mặt bích: N sin α + Q cos α N sin α + Q cos α 33, 59 × sin 8,530 + 5, 04 × cos8,530 h ≥ = = = 0, 007 cm ∑ lw (β f w )min γ c ∑ lw β s f wsγ c × (45 − 1, × − 1) ×1, 05 ×17,1× 0, 95 yc f Kết hợp cấu tạo chọn chiều cao đường hàn hf = 0,6 cm Mối nối xà Việc tính tốn cấu tạo mối nối xà thực tương tự Do tiết diện xà ngang vị trí nối giống đỉnh mái nội lực chỗ nối xà nhỏ nên khơng cần tính tốn kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết sau: Liên kết cánh với bụng cột xà ngang SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 43 Lực cắt lớn xà ngang tiết diện đầu xà Qmax = -50,7 (KN) chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh bụng xà ngang: h fyc = Qmax S f I x (β f f ) γ c = 50, 77 × 705, = 0, 0183 cm × 57420, 29 ×1, 05 ×17,1× 0,95 Kết hợp cấu tạo,chon chiều cao đường hàn hf= 0.6 cm Lực cắt lớn cột tiết diện chân cột Qmax = 66,209 (kN), chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh bụng cột là: h fyc = Qmax S f 2lx ( β f f ) γ c = 66, 209 × 705, = 0, 024 cm × 57420, 29 × 1, 05 ×17,1× 0,95 Kết hợp cấu tạo,chon chiều cao đường hàn hf= 0.6 cm BIỂU ĐỒ BAO MOMENT SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 44 BIỂU ĐỒ BAO LỰC CẮT SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033 45 BIỂU ĐỒ BAO LỰC DỌC SVTH: TRẦN VĂN LƯỢNG MSSV:1351160033