Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp

Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịpThiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp

Chương I SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ I Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp tầng, nhịp theo số liệu đây: Nhịp nhà (m) Bước cột (m) 22 Đất tự nhiên (m) -0,6 Cao trình Mặt Mặt ray (m) (m) +0,000 Cầu trục Q(T) Áp lực gió độ cao 10m qo(daN/m2) Chiều dài nhà (m) Độ dốc i% 10 qo 180 15 8,4 • • • • • Vùng gió IA Bê tơng có cấp độ bền B20 Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động Với f = 21 kN/cm2, E = 2.1x104 kN/cm2 Que hàn N42 (d = 3÷5 mm) cường độ kéo đứt tiêu chuẩn Vật liệu làm mái: Tole Sử dụng khung thép tiết diện chữ I tổ hợp hàn II Nhiệm vụ thiết kế: I Thuyết minh tính tốn: • Tạo nên sơ đồ kết cấu tồn cơng trình (khung ngang, khung dọc, hệ giằng mái, hệ giằng cột ) • Tính tốn tải trọng tác dụng lên khung ngang • Tổ hợp tải trọng, lập bag3 tìm cặp nội lực nguy hiểm để thiết kế tiết diện dầm cột khung ngang • Tính tốn cấu tạo mái tole, xà gồ, liên kết mái xà gồ • Tính liên kết dầm-cột, liên kết dầm vai, mối nối dầm, cột (nếu có) II Bản vẽ thể hiện: vẽ khổ giấy A1 Chương II Tính tốn thiết kế: I Sơ kích thước theo phương đứng, ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện thay đổi Dầm có tiết diện thay đổi - Nhịp cầu trục: LK = 19500 ( mm ) = 19,5(m) - Khoảng cách bánh xe cầu trục: - Bề rộng cầu trục: K = 4400 ( mm ) = 4, ( m ) B = 6300(mm) = 6,3(m) - Khoảng cách từ đỉnh ray tới điểm cao cầu trục: - Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút cầu trục: - Trọng lượng cầu trục (không kể xe con): H = 1900 ( mm ) = 1,9(m) B1 = 260 ( mm ) = 0, 26(m) BW = 10320 ( kg ) Trọng lượng xe con: TW = 2500 ( kg ) Theo phương đứng: _Kích thước cột H t = H + H dc + hr Trong đó: H2 = Hc + 0,1 + f = 1,9 + 0,1 + 0,3 = 2,3 m  Chọn H2 = 2,5m Hc – kích thước từ mặt ray đến điểm cao cầu trục = 1900 mm 0,1 m – khe hở an tồn cầu trục kèo f – kích thước xét đến độ võng kèo việc bố trí hệ giằng cánh dưới, f lấy 200 – 400 mm Hdc – chiều cao dầm cầu trục (1/8 ÷ 1/10) nhịp dầm lấy 700mm hr – chiều cao tổng cộng ray đệm ray, thường lấy 200mm Suy ra: Ht= 2,5+ 0,7 + 0,2 = 3,4 m Chọn Ht = 3,4 m _Kích thước cột H d = H − H t + H + 0,6 = Hr + H − H t + H + 0,6 Trong đó: Hr – cao trình mặt ray H2 = 2,5 m H3 – phần cột chơn cao trình nền, lấy khoảng 600-1000mm Suy ra: H d = Hr + H − H t + H + 0,6 = 8, + 2,5 − 3, + 0,6 + 0,6 = 8,7 H = H d + H t = 3, + 8,7 = 12,1(m) m Chiều cao tồn cột: Theo phương ngang: Vì cầu trục nhẹ (10 tấn) nên ta lấy a = ( a-khoảng cách từ mép đến trục định vị λ=750mm ( λ-khoảng cách từ trục ray đến trục định vị) - Chiều cao tiết diện cột trên: 1 1 1 1 ht = ữ ữH tr = ữ ữì 3400 = 266 ÷ 340  10 12   10 12  Vậy ta chon ht = 0,3m mm - Bề rộng tiết diện cột trên: bt = ( 0,3 ÷ 0,5 ) htr = ( 0,3 ÷ 0,5 ) ì 300 = 90 ữ 150 Vy ta chn bt = 120mm= 0,12m Lk = L − 2λ = 22 − × 0, 75 = 20,5 - Nhịp cầu trục: - Chiều cao tiết diện cột dưới: Chọn hd = 0,75m - Bề rộng tiết diện cột dưới: (m) bd = ( 0,3 ÷ 0,5 ) hd = ( 0,3 ữ 0,5 ) ì 750 = 225 ÷ 375 Vậy ta chọn bd = 500mm= 0,3m *Kiểm tra lại khoảng cách từ trục ray đến trục định vị: λ ≥ B1 + (ht − a) + D = 0, 26 + 0,3 + 0,075 = 0,635  Thỏa điều kiện II Hệ giằng: Hệ giằng cột: Hệ giằng cột đảm bảo bất biến hình độ cứng toàn nhà theo phương dọc, chịu tải trọng tác dụng dọc nhà đảm bảo ổn định cột Các cột khác tựa vào cứng chống dọc Tấm cứng gồm có cột, dầm cầu trục, ngang chéo chữ thập Tấm cứng phải đặt vào khoảng chiều dài khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độ kết cấu dọc nhà Khoảng cách từ đầu khối đến trục cứng không qá 75m khoảng cách trục hay cứng không 50m Trong gian đầu gian cuối khối nhiệt độ, thường bố trí giằng lớp Giằng tăng độ cứng dọc chung, truyền tải trọng gió lên đĩa cứng Các giằng lớp tương đối mảnh nên bố trí hai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể 6000 6000 6000 10 11 12 6000 6000 20 21 22 23 6000 29 30 Hình Hệ giằng mái Hệ giằng mái bố trí hai giàn đầu nhà chổ có hệ giằng cột Hệ giằng mái gồm giằng xiên chống 31 6000 6000 6000 10 11 12 6000 6000 20 21 22 23 6000 29 30 Hình Chương III Tải tác dụng lên nhà công nghiệp I Tải trọng thường xuyên Tải thường xuyên phân bố xà mái Tải trọng mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15daN/m2 mặt mái Hệ số tin cậy tải trọng thường xuyên ng = 1,1 q tc = g tc × B = 15 × = 90daN / m q tt = g tc × B × ng = 15 × ×1,1 = 99daN / m Bảng 1: tĩnh tái mái STT Loại tải Tải trọng Hệ số Tải trọng tiêu chuẩn vượt tải tính tốn (daN/m2) (daN/m2) Tơn lợp mái 1,1 8,8 Xà gồ 1,1 7,7 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung Bước khung (m) 6 Tổng tải trọng (daN/m2) 52,8 46,2 99 Tải trọng kết cấu bao che: g tc = 12daN / m q tt = g tc × B × ng = 12 × ×1,1 = 79, 2daN / m Trọng lượng thân dầm cầu trục Gdct = α dct × L2dct = 30 × 62 = 1080daN Trong α dct = 30 hệ số trọng lượng thân dầm cầu trục có sức trục nhẹ 31 II Hoạt tải sửa chữa mái: Hệ số tin cậy hoại tải sửa chữa mái: np = 1,3 Theo tiêu chuẩn tải trọng tác động, TCVN 2737-1995, ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn 30daN/m2 mặt nhà hoạt tải sửa chữa mái phân bố xà mái xác định sau: p tc = 30 × B p tt = 30 × B × n p Khi qui tải phân bố theo xà mái giá trị tải trọng nhân với cosα p tc = 30 × B × cos α = 30 × × cos(8) = 178, 25daN / m p tt = 30 × B × n p × cos α = 30 × × cos(8) ×1,3 = 231, 72daN / m Bảng 2: Hoạt tải sửa chữa mái STT Loại tải Sửa chữa 1,3 mái Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung III Tải trọng tiêu chuẩn (daN/m2) 30 Hệ số vượt tải Tải trọng tính tốn (daN/m2) 39 Bước khung (m) Tổng tải trọng (daN/m2) 234 231,72 Tải trọng gió: Áp lực gió tác dụng lên khung xác định theo TCVN 2737-95 q = n × Wo × k × C × B (daN / m) Trong đó: q áp lực gió phân bố mét dài khung Wo áp lực gió tiêu chuẩn, gió vùng IA có Wo =55 daN/m2 n = 1,2: hệ số tin cậy tải trọng gió k hệ số phụ thuộc vào độ cao C hệ số khí động phụ thuốc vào dạng kết cấu B bước khung Xác định hết số khí động Ce Hệ số khí động mặt mái bên trái có giá trị -0,5, mặt mái bên phải có giá trị -0,4 Hệ số khí động cột Ce3 phụ thuộc vào tỷ lệ ∑B/l H/L Công trình có: ∑ B 180 = = 8,18 L 22 H 10,9 = = 0,5 L 22  Ce3 = -0,5: tức gió hút ngồi cho hai cột khung -0,4 -0,5 -0,5 +0,8 ST T Loại tải Cột trái Cột phải Mái trái Mái phải T.T tiêu chuẩn (daN/m2) 55 55 55 55 Hệ số k Hệ số C 1,01 1,01 1,05 1,05 +0,8 -0,5 -0,5 -0,4 Hệ số vượt tải 1,2 1,2 1,2 1,2 Bước khung (m) 6 6 Tổng tải trọng (daN/m) 319,97 -199,89 -207,9 -166,32 IV Hoạt tải cầu trục: Áp lực đứng: Thông số cầu trục: Sức trục Q = 10 tấn, nhịp cầu trục S = 20,5m Tra catalog cầu trục ta có: + Bề rộng cầu trục: 6300mm + Khoảng cách hai bánh xe: 4400 mm c Pmax = 13,5T = 13500daN +Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn bánh xe: +Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ bánh xe: Q+G 10 + 24 c c Pmin = − Pmax = − 13,5 = 3,5T = 3500daN no Áp lực đứng lên cột: c Dmax = nnc ∑ Pmax y; c Dmin = nnc ∑ Pmin y Trong đó: n = 1,2 hệ số tin cậy nc = 0,85 hệ số tổ hợp, có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ ∑y : tổng tung độ đường ảnh hưởng vị trí bánh xe, lấy với tung độ gồi Pmax Pmax 0,68 0,27 Pmax Hình y1 = 1; y2 = 0, 68; y3 = 0, 27 => ∑ y = 1,95 ST T Loại tải Dmax Dmin Pc daN 13500 3500 ∑y n nc 1,95 1,95 1,2 1,2 0,85 0,85 Tổng daN 26851,5 6961,5 Áp lực ngang: Khi xe hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động, bánh xe cầu trục xuất lực ngang tiêu chuẩn T1c, lực di động lực thẳng đứng P gây lực ngang tập trung T cho cột Cách tính giá trị T xếp bánh xe đ.a.h Lực T truyển lên cột dầm hãm chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt cao trình mặt dầm càu trục Có thể hướng vào hướng khỏi cột 0, 05 ( Q + Gxecon ) T1c = no Trong đó: Gxecon = 400 daN – trọng lượng xe T1c = 0, 05 ( 10000 + 400 ) = 260daN T = n.nc T1c ∑ y  ST T Loại tải T Pc daN 260 ∑y n nc 1,95 1,2 0,85 Tổng daN 517,14 V Thiết kế xà gồ: Thiết kế xà gồ vách: • Tải trọng tác dụng:  Tĩnh tải: Chọn vách làm tôn dày 0,7mm trọng lượng g mtc = 7, 4daN / m Chọn sơ xà gồ C16a có đặc trưng hình học tiết diện sau Loại tiết diện C16a hxg (mm) 160 bxg (mm) 68 Ix (cm4) 827 Iy (cm4) 90,5 Wx (cm3) 103 Chọn khoảng cách sơ xà gồ: a = 1,5m tc tc q tc = gtole × a + g xg = 7, × 1,5 + 15,3 = 26, 4daN / m = 0, 264kN / m q tt = q tc × ng = 26, × 1,1 = 29, 04daN / m = 0, 2904kN / m  Tải gió: Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ vách Phía đón gió: W = 319,97daN/m Phía khuất gió: W=-199,89daN/m Chọn tải gió W= 319,97 daN/m • Sơ đồ tính: Wy (cm3) 19,6 G (daN/m) 15,3 x qx y qy qtty My Mytt qttx Mx Mxtt Hình • Kiểm tra điều kiện cường độ: q B 319,97 × M x max = x = = 1439,87(daNm) = 14, 4kN m 8 q y B 29, 04 × M y max = = = 130, 68(daNm) = 1,3kN m 8 σ= Mx My + ≤ f γ c = 21,1kN / cm Wx Wy σ= 1440 130 + = 20, 61 ≤ f γ c = 21,1daN / cm 103 19, Mà Vậy thoả điều kiện độ bền • Kiểm tra độ võng:  Độ võng theo phương y qy gây tc qy × B 0, 264 × ∆y = × = × = 0,023( m) 384 EJ x 384 2,1.108 × 90,5 ×10 −8 ∆y B = 2,3 ∆ = 3,8.10−3 <   = 5.10−3 600 B  Độ võng theo phương x qx gây ∆x = ∆y B = qxtc × B 2, 66 × 64 × = × = 0, 026(m) 384 EJ y 384 2,1.108 × 827 ×10−8 2, ∆ = 4,3.10−3 <   = 5.10 −3 600 B Vậy thoải điều kiện độ võng Thiết kế xà gồ mái: • Tải trọng tác dụng lên xà gồ Chọn mái tole dày 0,7mm có trọng lượng g mtc = 7, 4daN / m Chọn sơ xà gồ C16a có đặc trưng hình học tiết diện sau Loại tiết diện C16a hxg (mm) 160 bxg (mm) 68 Ix (cm4) 827 Iy (cm4) 90,5 Wx (cm3) 103 Wy (cm3) 19,6 G (daN/m) 15,3 Chọn khoảng cách sơ xà gồ: a = 1m Hoạt tải tác dụng xác định theo TCVN 2737:1995 pmtc = 0,3kN / m2 Vậy tải tiêu chuẩn tính toán tác dụng lên xà gồ xác định sau: Hệ số điều kiện làm việc xiên (kể đến lệch tâm trục liên kết trục thanh) Điều kiện ổn định: Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x là: Độ mảnh toàn cột theo trục thực y-y là: Tra bảng 14 trang 31 – TCVN 5575 :2012 ta được: Độ mảnh tương đương: Tra bảng D.8 trang 109 – TCVN 5575 :2012, ta được: Lực cắt quy ước: Vì nên khơng cần phải tính lại bụng xiên  Thanh bụng ngang: Vì = 3.24kN nhỏ, nên chọn bụng ngang theo độ mảnh giới hạn Dùng thép góc cạnh L50 x có : Kiểm tra tiết diện chọn:  Nhánh cầu trục: • Nội lực tính tốn: • Độ mảnh nhánh: • Kiểm tra ứng suất:  • Nhánh mái: Nội lực tính tốn: • Độ mảnh nhánh: • Kiểm tra ứng suất:  • Kiểm tra tồn cột theo trục ảo x-x: Với cặp M1 – N1: Tra bảng D.11 trang 116 – TCVN 5575:2012, ta : • Với cặp M2 – N2: Tra bảng D.11 trang 116 – TCVN 5575 :2012, ta => Tiết diện chọn thỏa điều kiện ổn định tổng thể Liên kết giằng vào nhánh cột  Đường hàn liên kết giằng xiên vào nhánh cột: Dùng que hàn N42 thép CTC34: Dùng phương pháp hàn tay: Thanh xiên thép góc L70x8, Giả thiết : Chiều cao đường hàn sống mm Chiều cao đường hàn mép Chiều dài cần thiết đường hàn sống đường hàn mép để liên kết thép góc bụng xiên vào má cột là:  Đường hàn liên kết bụng vào nhánh cột: Vì đường hàn chịu lực cắt quy ước bé Vì chọn theo cấu tạo với Kiểm tra độ cứng cột: Cột trên: Cột dưới: Ta có nên không cần giả thiết lại V Chi tiết cột: Mối nối hai phần cột: Nội lực để tính mối nối nội lực ngày vai cột M = 15.35Tm; N = −19.94T M = −69.36Tm; N = −6.98T Nội lực lớn mà mối nối cánh ngoài, cánh phải chịu: S ng = N1 M 19.94 15.35 + ' = + = 50.8(kN ) b1 0.376 Str = N M 6.98 69.36 + ' = + = 188(kN ) b1 0.376 Cánh nối đường hàn đối đầu thẳng, chiều dài đường hàn bề rộng cánh cột (280mm) , chiều cao đường hàn chiều dày thép cánh cột (12mm) Ứng suất đường hàn đối đầu cánh là: Chọn nối “K” có chiều dày chiều rộng chiều dày (12mm) chiều rộng (280mm) cánh cột Ứng suất đường hàn đối đầu cánh là: • Kiểm tra cho tồn đường hàn đối đầu: Mối nối bụng cột, đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt, với chiều cao đường hàn chiều dày thép bụng (10mm) Tổ hợp nối lực tính tốn Diện tích đường hàn = Diện tích tiết diện cột = 104.8 cm2 Moment chống uốn W = 1486.5 cm3 Tính tốn dầm vai Dầm vai tính tốn dầm đơn giản nhịp Sơ đồ tính tốn biểu đồ nội lực Momen dầm vai: 188 35.09 • Phản lực gối tựa: • Moment uốn lớn vị trí lực • • • • • • • Chọn chiều dày đậy nhánh cầu trục cột ; chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục Theo điều kiện ép cục lực tập trung() Chiều dày cần thiết bụng dầm vai : Vậy chọn Bụng nhánh cầu trục cột xẻ rảnh cho bụng dầm vai luồn qua Hai liên kết với đường hàn góc Chiều cao bụng dầm vai phải đủ chứa bốn đường hàn góc liên kết bụng dầm vai với bụng nhánh cầu trục Giả thiết chiều cao đường hàn góc 6mm Chiều dài đường hàn cần thiết: Chiều dài đường hàn cần thiết liên kết “K” vào bụng dầm vai: Chiều cao tối thiểu dầm vai = 0.5hd = 37.5 cm Chọn chiều cao dầm vai Chọn chiều dày cánh dầm vai 10mm Chiều cao bụng dầm vai Kiểm tra điều kiện chịu uốn dầm vai: Thiên an tồn, quan niệm có bụng dầm vai chịu uốn Moment chống uốn bụng: Kiểm tra điều kiện chịu uốn tiết diện hình chữ nhật Các đường hàn ngang liên kết cánh trên, cánh với bụng dầm vai lấy theo cấu tạo Chân cột liên kết với móng:  Lực nén lớn tiết diện chân cột    Nhánh cầu trục: Nhánh mái: Vật liệu làm thép chân cột thép bulông neo BCT3KT12 Móng bê tơng B15 có Rb = 0.85 kN/cm2 Giả thiết hệ số tăng cường độ nén cục mặt bê tơng móng A mcb = m = 1.2 Abd Rncb = mcb Rn = 1.2 × 0.85 = 1.02 kN / cm A2ycbd = Diện tích yêu cầu đế nhánh mái: N nh 691.44 = = 677.88cm Rncb 1.02 A1ycbd = Diện tích yêu cầu để nhánh cầu chạy: N nh1 583.5 = = 572.05cm Rncb 1.02 Chiều rộng để theo yêu cầu cấu tạo B = b + 2δ dd + 2C1 = 40 + ×1 + × = 50(cm) Chiều dài L đế nhánh tính là: L2ycbd = L1ycbd = A2ycbd = 13.33(cm) B A1ycbd = 11.24(cm) B chọn L2bd = 35cm chọn L1bd = 27cm Ứng suất thực đế σ nh = σ nhm = N nh 690.67 = = 0.39kN / cm Fbd 50 × 35 σ nh1 = σ nhm = N nh1 582.67 = = 0.43kN / cm Fbd 50 × 27 Tính chiều dày đế: - - - Theo kích thước cạnh loại ơ, tính moment uốn ô nhận thấy rằng: Ở nhánh mái, moment lớn kê cạnh (ô 3): Với =>Tra bảng 3.6 (sách Đoàn Định Kiến) 0.113 = 40 kNcm Ở nhánh cầu trục, moment lớn kê cạnh (ô 3): Với Tra bảng 3.6 (sách Đoàn Định Kiến) 0.083 = 28.1 kNcm Chiều dày cần thiết đế nhánh: Chọn chung chiều dày đế cho nhánh  Các phận chân cột  Dầm đế: • Tải trọng lên dầm đế nhánh mái: • Tổng phản lực lên dầm đế: • Lực đường hàn liên kết với sống với mép thép góc nhánh cột phải chịu Giả thiết chiều cao đường hàn sống , chiều cao đường hàn mép Chiều dài cần thiết đường hàn sống đường hàn mép: • • (Với - chiều rộng cánh thép nhánh, : khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái đến đường hàn sống thép góc nhánh mái) Chọn dầm đế có tiết diện 250 x 10mm Kiểm tra uốn cho dầm đế:  Sườn console A • Tải trọng tác dụng lên sườn: • Moment uốn lực cắt lớn tiết diện ngàm (chỗ có đường hàn góc liên kết sườn với bụng cột): • • Chọn chiều dày sườn Chiều cao sườn tính theo cơng thức sau: Chọn • Kiểm tra đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột: Chọn chiều cao đường hàn , hàn suốt Độ bền đường hàn kiểm tra theo Sườn consol A đủ khả chịu lực • Chiều cao đường hàn ngang: Các kết cấu sườn dầm đế, sườn A, bụng nhánh cột liên kết với đế đường hàn ngang Chiều cao đường hàn cần thiết cho liên kết cụ thể là: Với liên kết dầm đế đế: Với liên kết sườn A vào đế: Với liên kết bụng nhánh vào đế: Chọn thống cho đường hàn ngang Các phận chi tiết, liên kết chân cột nhánh cầu trục tính tương tự nhánh mái Vậy kích thước dầm đế sườn ngăn chọn: Dầm đế: 250x10mm Sườn ngăn: 350x10mm  Bulông neo (Lực tĩnh tải x 0.9/1.1) Tổ hợp M N N nhánh Nhánh cầu trục 1+2+6+8 -352.44 -137.23 439.7 Nhánh mái 1+5+7+9 388.43 -287.42 370.3  Nhánh mái Cặp nội lực M, N cho lực kéo bulông lớn : Lực kéo bulơng: Diện tích tiết diện cần thiết bu lơng neo: (chọn bu lơng 09TC2– Đường kính 33-60) Chọn bulơng neo có đường kính φ42 (Abn = 10.45x cm2)  Nhánh cầu trục Cặp nội lực M, N cho lực kéo bulông lớn : Lực kéo bulơng: Diện tích tiết diện cần thiết bu lơng neo: (chọn bu lơng 09TC2– Đường kính 33-60) Chọn bulơng neo có đường kính φ48 (Abn = cm2)  Thiết kế sườn đỡ bu lơng neo: • Vì lực kéo bên nhánh mái lớn nhánh cầu trục nên ta thiết kế cho nhánh mái • Lực nhổ lớn tác dụng vào bulơng: kN • Tâm bu lơng cách sườn đế 90 mm • Sơ đồ tính sườn đỡ dầm console có lực tập trung P=439.7 kN tác dụng cách • • • • ngàm 90 mm Moment lớn ngàm có giá trị: Chọn sườn đỡ có kích thước b= 2cm,h = 26 cm Moment chống uốn : Ứng suất sườn đỡ Chương VI Thiết kế xà ngang I Đoạn xà 1: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực để tính tốn: N = -53.33kN M = -111.1kN.m V = -32.15kN Đây cặp nội lực tiết diện đầu xà, tổ hợp nội lực 1,2,6,8 gây Moment chống uống cần thiết tiết diện xà ngang: M 111.1×100 Wxyc = = 529.05(cm3 ) f γc 21 Chiều cao tiết diện xà ngang xác định từ điều kiện tối ưu chi phí vật liệu, với bề dày bụng xà chọn sơ 10mm Wxyc 529.05 h=k = (1.5 ÷ 2) = 34.5 ÷ 46(cm) tw  Chọn chiều cao h = 40 cm Kiểm tra lại bề dày bụng từ điều kiện chịu cắt: V 32.15 tw = 1(cm) > = × = 0.01(cm) hw f vγ c 40 × 11.6 × Diện tích cần thiết cánh xà ngang xác định theo công thức:  h t h3  Afyc = (b f t f ) yc =  Wxyc − w w ÷ 2 12  h f   40 1× 37.63  =  529.05 × − = 8.17(cm ) ÷ 2 12 38.8   Theo yêu cầu cấu tạo ổn định cục bộ, kích thước tiết diện cánh chọn là: tf = 1,2 (cm); bf = 20 (cm) Các đặc trưng hình học: A = 1× 37.6 + × 20 ×1.2 = 85.6(cm ) 20 × 403 0.5 × (20 − 1) × 37.63 − 2× = 22501(cm ) 12 12 I 22501× Wx = x = = 1125.05(cm3 ) h 40 Ix =  Kiểm tra theo điều kiện bền mx = M A 111.1× 10 85.6 × = × = 15.78 N Wx 53.55 1125.05 η = 1.25 Tra bảng D.9 trang 110-TCVN 5575:2012 được: mc = 1.25 × 15.78 = 19.725 < 20  , không cần kiểm tra bền  Tại tiết diện đầu xà có moment lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương cánh bụng theo cơng thức: σ1 = M hw 111.1×102 37.6 = × = 9.28(kN / cm ) Wx h 1125.05 40 τ1 = VSc 32.15 × 465.6 = = 0.6(kN / cm ) I x tw 22501×1 Trong Sc moment tĩnh cánh dầm trục trung hòa x-x 40 − 1.2 Sc = 20 × 1.2 × = 465.6 σ td = 9.282 + × 0.62 = 9.34( kN / cm ) < 1.15 f γ c = 1.15 × 21 = 24.15(kN / cm ) Vậy  Kiếm tra ổn định cục cánh bụng: bo 0.5 × (20 − 1) E 2.1×106 = = 7.9 < = = 15.8 tf 1.2 f 2100 hw 37.6 E 2.1× 106 = = 31.33 < 5.5 = 5.5 = 174 tw 1.2 f 2100  Bản bụng không bị ổn định cục tác dụng ứng suất nén (không phải đặt sườn dọc) hw 37.6 E 2.1× 106 = = 31.33 < 3.2 = 3.2 = 101 tw 1.2 f 2100  Bản bụng không bị ổn định tác dụng ứng suất tiếp (khong cần phải đặt sườn cứng ngang) hw 37.6 E 2.1× 106 = = 31.33 < 2.5 = 2.5 = 79 tw 1.2 f 2100  Bản bụng không bị ổn định tác dụng ứng suất pháp ứng suất tiếp (không cần phải kiểm tra ô bụng) Vậy tiết diện xà ngang chọn đạt yêu cầu II Đoạn xà Từ bảng tổ hợp nội lực chọn nội lực để tính tốn: N = -41.78 kN M = 30.25 kN.m V = -5.8 kN Đây cặp nội lực tiết diện cuối xà Trong tổ hợp nội lực 1,2 gây M 30.25 ×100 Wxyc = = = 144.05(cm3 ) f γc 21 Chiều cao tiết diện xà ngang xác định từ điều kiện tối ưu chi phí vật liệu, với bề dày bụng xà chọn sơ 10mm h=k Wxyc 144.05 = (1.5 ÷ 2) = 18 ÷ 24(cm) tw Chọn h = 20cm Diện tích tiết diện cần thiết cánh xà ngang là:  h t h3  Afyc = (b f t f ) yc =  Wxyc − w w ÷ 2 12  h f   20 1×17.63  =  144.05 × − = 5.58(cm ) ÷ 2 12  18.8  Theo yêu cầu cấu tạo ổn định cục bộ, kích thước tiết diện cánh chọn là: tf = 1,2 (cm); bf = 20 (cm) Các đặc trưng hình học: A = 1× 17.6 + × 20 × 1.2 = 65.6(cm ) 20 × 203 0.5 × (20 − 1) ×17.63 Ix = − 2× = 4701.35(cm4 ) 12 12 I 4701.35 × Wx = x = = 470.14(cm3 ) h 20  Kiểm tra theo điều kiện bền mx = M A 30.25 × 102 65.6 × = × = 10.10 N Wx 41.78 470.14 η = 1.25 Tra bảng D.9 trang 110-TCVN 5575:2012 được: mc = 1.25 ×10.10 = 16.625 < 20  , không cần kiểm tra bền Tương tự cần kiểm tra ứng suất tương đương cánh bụng xà ngang, ta có: 20 − 1.2 S f = (20 × 1.2) × = 225.6(kN / cm ) M hw 3025 17.6 σ1 = = × = 5.66( kN / cm ) Wx h 470.14 20 τ1 = V Sf 5.8 225.6 = × = 0.29( kN / cm ) I x t w 4701.35 σ td = 5.662 + × 0.32 = 5.68(kN / cm ) < 1.15 f γ c = 1.15 × 21 = 24.15( kN / cm ) Vậy Do tiết diện xà ngang chọn có kích thước nhỏ đoạn đầu xà ngang nên không cần kiểm tra ổn định cục cánh bụng III 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 N = -42.03kN M = 115.06kN.m V = -39.75kN Tiết diện cột trên: I400x10x280x12 Tiết diện đầu xà: I400x10x200x12 Bu lơng liên kết Chọn cặp bu lơng có cường độ bền 10.9 đường kính bu lơng dự kiến d = 20mm (Abn = 2.45cm2) Bố trí thành dãy với khoảng cách bu lơng theo quy định Phía ngồi cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích với kích thước sau t s ≥ tw t s = t w = 1cm Bề dày: chọn Bề rộng: ls = 10 cm Chiều cao: hs = 15cm Kích thước mặt bích: D = 550(mm); B = 280 (mm) 450 280 90 90 100 135 10 135 300 50 50 50 300 50 50 Khả chịu kéo bu lông: [ N ] tb = ftb Abn = 50 × 2.45 = 122.5(kN ) ftb – cường độ tính tốn chịu kéo bu lơng = 500N/mm2 = 50 kN/cm2 Abn – diện tích tiết diện thực thân bu lông = 2.45cm2 Khả chịu trượt bu lôn cường độ cao: µ 0.25 = 24.97( kN ) [ N ] b = fbb Aγ b1 = 0.7 ×110 × 2.45 × 0.9 × γ b2 1.7 Trong đó: fhb – cường độ tính tốn chịu kéo vật liệu bu lơng cường độ cao liên kết ma sát, fhb = 0.7fub fub – cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật liệu bulong = 1100N/mm2 = 110kN/cm2 A – diện tích tiết diện thân bu lơng = 2.45 cm2 γ b1 - hệ số diều kiện làm việc liên kết = 0.9 µ , γ b2 - hệ số ma sát hệ số độ tin cậy liên kết Với giả thiết µ = 0.25; γ b = 1.7 không gia công bề mặt cấu kện nên: nf = số lượng mặt ma sát liên kết = Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005, trường hợp bu lông chịu cắt kèo đồng thời cần kiểm ta điều kiện chiu cắt kéo riêng biệt Ta có lực kéo tác dụng vào bu lơng dãy ngồi moment lực dọc phân vào Mh1 N 115.06 × 102 × 45 42.03 N b,max = ± = − = 81.5( kN ) ∑ hi2 n × (302 + 452 ) Do N b max = 81.5kN < [ N ] tb = 122.5kN nên bu lơng có đủ khả chịu lực  Kiểm tra khả chịu cắt bu lông: V 39.75 = = 6.625kN < [ N ] b γ c = 24.97 kN n Tính tốn mặt bích Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: bN 10 × 83.7 t ≈ 1.1 b max = 1.1 = 1.13cm (b + b1 ) f (10 + 28) × 21 t≈ b1 ∑ N i bN ∑ hi 10 × (42 + 30) × 83.7 = b max = = 1.15cm (b + h1 ) f h1 (b + h1 ) f 42 × (10 + 42).21 Trong đó: b1 – khoảng cách từ tâm hàng bu lông liên kết b – bề rộng mặt bích lấy b = 28 (bề rộng cánh cột) Chọn t = 1.5cm = 15mm Tính tốn đường hàn liên kết cột ( xà ngang ) với mặt bích Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi (kể sườn) lw = × (13.5 − 1) + × (10 − 1) = 52(cm) Lực kéo cánh moment lực dọc:  M N 115.06 ì10 42.03 Nk = ữ= = 266.66(kN ) 40  h 2 Vậy chiều cao cần thiết đường hàn là: Nk 266.66 h fyc = = = 0.4(cm) ∑ lw ( β f w ) γ c 52 × (0.7 ×18) ×1 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 tổ hợp nội lực) V 39.75 h fyc = = = 0.04(cm) ∑ lw ( β f w ) γ c × (37.6 − 1) × (0.7 ×18) ×1 Kết hợp với cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết hf = 0.6cm 200 450 BOULON ? 16 280 90 100 90 135 10 135 2025 hf =6 150 50 50 160 300 BOULON ? 20 50 50 50 150 BOULON THU? NG ? 20 10 hf =6 hf =6 300 h f =6 400 IV Mối nối đỉnh xà: Trong tổ hợp nội lực chọn cặp gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh xà N = -41.78 kN M = 30.25 kN.m V = -5.8 kN Đây cặp nội lực tổ hợp tải trọng 1,2 gây Tương tự ta chọn bu lông cường độ cao cấp bền 10.9, đường kính bu lơng dự kiến d=20mm (Abn = 2.45cm2) Bố trí bu lơng thành hàng, phía ngồi cánh xà ngang bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước sau: Bề dày: ts = 1cm Chiều cao: hs = 9.5 cm ls = 1.5hs = 1.5 × 9.5 = 14.25(cm) ls = 15(cm) Bề rộng: chọn Lực kéo tác dụng vào bu lông dãy moment lực dọc: 50 50 M h1 N cos α V sin α ± ± 2 ∑ hi n n 30.25 × 10 × 30 41.78 × 0.988 5.8 × 0.148 = − − = 27.14( kN ) < [ N ] tb = 122.5kN 2 2 × (10 + 20 + 30 ) 8 N b max = Khả chịu cắt bu lông kiểm tra theo công thức: N sin α + V sin α 41.78 × 0.148 + 5.8 × 0.988 = = 1.5kN < [ N ] b = 24.97 kN n Bề dày mặt bích bN × 27.14 t ≈ 1.1 b max = 1.1 = 0.7cm (b + b1 ) f (9 + 20) × 21 b1 ∑ N i bN ∑ hi × (10 + 20 + 30) × 27.14 = b max = = 0.7cm (b + h1 ) f h1 (b + h1 ) f 30 × (20 + 30).21 t≈ Chọn t = 1.5cm Tổng chiều dài tính tốn đường hàng phía cạnh ngồi (kể sườn) lw = 52cm Lực kéo cánh moment, lực dọc, lực cắt gây ra:  M N cos α V sin α  3025 41.78 × 0.988 5.8 × 0.148 Nk =  ± ± − − = 130.18(kN ) ÷= 2  20 2  h Vậy chiều cao cần thiết đường hàn là: Nk 130.18 h fyc = = = 0.2(cm) ∑ lw ( β f w ) γ c 52 × (0.7 ×18) ×1 h fyc = V cos α + N sin α 5.8 × 0.988 + 41.78 × 0.148 = = 0.03(cm) ∑ lw ( β f w ) γ c × (17.6 − 1) × (0.7 ×18) ×1 95 45 50 50 100 390 200 BOULON THU? NG d20 h f =6 hf =6 55 15 15 150 V Mối nối nhịp xà 150 50 50 45 95 Kết hợp với cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết hf = 0.6cm 90 55 200 Việc tính tốn mối nối nhịp xà giống Do tiết diện xà ngang vị trí nối giống đỉnh mái nội lực chỗ xà nối nhỏ nên không cần kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết hình vẽ 150 150 100 45 50 50 95 hf =6 BOULON THU? NG d20 390 200 hf =6 150 VI 150 50 50 45 95 1515 55 90 55 200 Liên kết cánh với bụng cột xà ngang Lực cắt lớn xà ngang 33.82kN (đầu dầm) Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh bụng xà ngang: Vmax S f 33.82 × 225.6 h fyc = = = 0.06(cm) I x ( β f w ) γ c × 4701.35 × 0.7 ×18 Kết hợp với điều kiện cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf = 0.6cm ... V N -53.54 -18 .26 -16 .2 Hoạt tải nửa mái phải: Vai cột M V 12 .07 -12 .2 Giữa dầm M V -1. 11 -9.75 N - 21. 15 N -14 .46 Đỉnh cột M V 53.54 -12 .2 Cuối dầm M V 19 .47 -1. 25 N - 21. 15 N -12 . 71 BIỂU ĐỒ MOMENT... 55 55 55 55 Hệ số k Hệ số C 1, 01 1, 01 1,05 1, 05 +0,8 -0,5 -0,5 -0,4 Hệ số vượt tải 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2 Bước khung (m) 6 6 Tổng tải trọng (daN/m) 319 ,97 -19 9,89 -207,9 -16 6,32 IV Hoạt tải cầu trục:... Chân cột M V N -12 2 .1 -12 .2 -4. 91 Dầm Đầu dầm M V N -18 .16 -2.35 -12 .93 Hoạt tải toàn mái Vai cột M V -23. 31 -12 .2 Giữa dầm M V -9.87 -2.35 N -4. 91 N -12 .93 Đỉnh cột M V 18 .16 -12 .2 Cuối dầm M