thuyet minh tinh toan khung zamil

TíNH TOáN Và THIếT Kế KếT CấU KHUNG zamil A. Thiết kế xà gồ mái. -Hệ thống mái thiết kế là mái nhẹ. Tải trọng tác dụng lên xà gồ mái gồm tải trọng do các lớp mái truyền xuống, và chịu các hoạt tải sửa chữa mái khi mái h hỏng hoặc khi mái đợc bảo d- ỡng + Cấu tạo mái bao gồm các lớp: Lớp bao che bằng lớp tôn sóng dày 0,7mm. I. các loại tải tác dụng lên xà gồ. 1. Tĩnh tải. - Tĩnh tải do các lớp mái truyền xuống: + Lớp bao che: 1 + Tĩnh tải mái do trọng lợng kết cấu mái truyền xuống đợc tính toán và thành lập bảng dới đây: Các lớp vật liệu Hệ số tin cậy Giá trị t/chuẩn Kg/m 2 Giá trị tính toán Kg/m 2 Lớp tôn múi 1,05 15 15,75 2. Hoạt tải. Hoạt tải sửa chữa khi mái bị h hỏng đợc lấy theo TCVN 2737- 1995 có trị số tiêu chuẩn: P tc =30kg/cm 2 . Hoạt tải tính toán đợc lấy với hệ số tin cậy n=1,3 P tt =P tc .n=30.1,3=39kg/m 2 . II. Thiết kế xà gồ. - Trớc hết chọn khoảng cách giữa các xà gồ là 1,5 m. Với mái có độ dốc là 15% thì mái tạo với phơng ngang một góc =8,53 o . Vì thế xà gồ là cấu kiện chịu uốn xiên. trờng hợp xà gồ gặp nguy hiểm nhất là tổng cả tĩnh tải và hoạt tải cùng tác dụng. Dựa vào bảng trên ta xác định đợc tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ: q tt xà =15,75+39=54,75 kg/m 2 . q tc xà =15+30=45kg/m 2 . Để tính toán nội lực lên xà gồ ta coi xà gồ làm việc nh dầm đơn giản mà gối tựa là xà ngang. 2 Tải trọng phân bố đều lên xà gồ: Q tt =q tt xà .a xà (với a xà là bớc xà gồ hay là khoảng cách giữa các xà gồ). Q tt =54,75.1,5=82,125 kg/m Q tc =45.1,5=67,5 kg/m. Xà gồ chịu uốn xiên theo hai phơng x-x; y-y. với góc nghiêng =8,53 o . Ta tính toán các tải trọng tác dụng theo hai phơng x và y nh sau: Q tt x =Q tt .sin=82,125.sin8,53 o =12,18 kg/m. Q tt y =Q tt .cos=82,125.cos8,53 o =81,21 kg/m. Q tc x =Q tc .sin=67,5.sin8,53 o =9,99 kg/m. Q tc y =Q tc .cos=67,5.cos8,53=66,9 kg/m. Tiết diện xà gồ đợc chọn phải đảm bảo hai điều kiện sau: + Điều kiện bền: ứng suất lớn nhất do tác dụng đồng thời của hai mô men M x , M y do Q x và Q y gây ra theo hai phơng thoả mãn điều kiện: R W M W M y x x x yx .+=+= . +Điều kiện biến dạng: Độ võng của xà gồ phải đảm bảo khong vợt quá độ võng cho phép trong quy định thiết kế kết cấu thép. Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ đợc chế tạo từ thép cán nguội). 3 Section Properties: Sè hiÖu Sectio n ChiÒ u dµy Thick mm DiÖn tÝch Area Cm 2 Träng Lîng Weight Kg/m Th«ng sè theo trôc x-x Th«ng sè theo trôc y-y J x Cm 4 S x Cm 3 r x cm J y Cm 4 S y Cm 3 r y cm 200Z15 200Z17 200Z20 200Z22 200Z25 200Z30 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 3,00 5,18 6,04 6,90 7,76 8,62 10,35 4,06 4,74 5,42 6,09 6,77 8,12 308,3 358,8 409,1 459,1 509,0 607,9 30,83 35,88 40,91 49,91 50,90 60,79 7,72 7,71 7,70 7,69 7,68 7,66 42,49 49,86 57,30 64,83 72,43 87,88 5,98 7,01 8,05 9,10 10,16 12,32 2,87 2,87 2,88 2,89 2,90 2,91 Sè hiÖu Section Theo ph¬ng kh¸c Lùc c¾t cho phÐp KN M« men uèn cho phÐp KN.m J xy (cm 4 ) r min (cm) 200Z15 200Z17 200Z20 200Z22 200Z25 200Z30 83,08 97,11 111,20 125,34 139,52 168,03 1,91 1,92 1,92 1,93 1,93 1,94 10,33 16,44 24,61 35,14 45,59 65,65 5,43 6,51 7,95 9,17 10,51 12,56 5,07 6,07 7,42 8,56 9,81 11,72 Tra b¶ng cho ta sè liÖu sau 200Z15 4 t=1,5 mm F=5,18 cm 2 , G=4,06 kg/m. Theo điều kiện về bền ta chọn tiíet diện xà gồ loại 200Z17 có các thông số sau J x =308,83cm 4 . W x =35,88cm 3 ; S x =30,83cm 3 ; r x =7,72cm; J y =42,49cm 4 ; W y =6,13cm 3 ; S y =5,98cm 3 ; r y =2,87cm; - Từ sơ đồ tính toán trên ta xác địnhđợc nội lực: 5,36544 100.8 600.21,81 8 . .5481 100.8 600.18,12 8 . 2 2 2 2 cmkg lQ M cmkg lQ M tt y y tt x x === === ứng suất tính toán đợc: 2 y /9,2101 13,6 7884 88,35 5481 cmkg W M W M y y x x x =+=+=+= Ta thấy với =2101,9kg/cm 2 .R=2750kg/cm 2 : Cấu kiện thoả mãn về ứng suất. - Theo độ võng: Độ võng theo phơng x-x: cm EJ lq f x tc y x 73,1 3,308.10.1,2 600.099,0 . 384 5 . . 384 5 6 4 4 === . cm EJ lq f y tc x y 87,1 49,42.10.1,2 600.099,0 . 384 5 . . 384 5 6 4 4 === . Ta kiểm tra đợc tỷ số độ võng: 3 22 22 10.2,4 600 87,173,1 600 = + = + = yx ff l f . So sánh ta thấy: 3 10.5 200 1 l f l f == . Tiết diện đã chọn thoả mãn điều kiện về độ võng. Đối với xà gồ biên của mái ta sử dụng tiết diện chữ [180ES20 có các thông số: J x =390,5 cm 4 ; J y =74,10 cm 4 ; S x =43,4 cm 3 ; S y =27,9 cm 3 ; 5 r x =7,21cm; r y =3,14cm; Trọng lợng 5,88 kg/m; chiều dày t=2 mm. Mô men uốn cho phép M=12,87 KN.m. Chiều dài tính toán của xà gồ trong và ngoài mặt phẳng: l x =l y =600cm. Độ mảnh theo hai phơng: 21,83 21,7 600 x === x x r l . 1,191 14,3 600 r l y y y === Ta thấy x và y đều nhỏ hơn []=200. Tiết diện xà gồ: Đối với xà gồ giữa là 200Z15. Đối với xà gồ biên là 180ES20. 6 B. Thiết kế khung ngang. - Kết cấu khung ngang của là kết cấu chịu lực chính của công trình. Khung gồm có 1 nhịp chính rộng 21 m liên kết khớp với móng. Sơ đồ tính khung nh hình vẽ: I. Tải trọng tác dụng lên khung. - Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm tĩnh tải mái, xà gồ, trọng lợng của khung, Hoạt tải sửa chữa mái, tải gió, tải cầu trục . 1. Tĩnh tải. 7 Tĩnh tải mái do trọng lợng kết cấu mái truyền vào đợc tính ra kg trên m 2 mặt bằng nhà, sau đó quy về phân bố đều trên khung. - Tĩnh tải đợc tính toán và lập thành bảng dới đây. Các lớp vật liệu Hệ số tin cậy Giá trị tiêu chuẩn kg/m 2 Giá trị tính toán kg/m 2 Lớp tôn sóng Xà gồ thép 1,05 1,05 15 2,7 15,75 2,842 Trong đó xà gồ thép loại 200Z15 có trọng lợng G=4,06 kg/m quy về tải trọng phân bố đều trên 1m 2 mặt bằng: g=4,06/1,5=2,7 kg/m 2 . (1,5 là khoảng cách giữa các xà gồ). Tĩnh tải do trọng lợng bản thân kết cấu cộng với hệ giằng lấy gần đúng theo công thức: G xà =1,2. d .x.l. Trong đó: - 1,2 bao gồm 1,0 là trọng lợng bản thân 0,2 là trong lợng hệ giằng. - d là hệ số trọng lợng bản thân của xà lấy d =0,9 - L=21 m là nhịp khung . Với các số liệu xác định nh trên ta xác định đợc gần đúng trọng lợng bản thân của cấu kiện. G xà =1,2.0,9.21=22,86 kg/m 2 . - Trị số của lực dọc. Đối với cột N 1 =4,06.6.8 +(15.1,05).10,5.6=1187,1 kg. Trong đó: 4,06 là trọng lợng xà gồ thép 200Z15. Tải trọng do dầm cầu trục: dầm cầu trục đợc treo trên xà ngang cách trục cột một đoạn 0,75 m. Để xác điịnh đợc trọng lợng dầm cầu trục ta sử dụng công thức kinh nghiệm: G dct = dct .L 2 dct (kg). 8 Trong đó: dct =24ữ37 đối với sức trục trung bình (Q<75tấn) là hệ số nhân trong lơng bản thân dầm cầu trục. L dct là nhịpdầm cầu trục. G dct =24.6 2 =864kg. Tải trọng này tác dụng cách trục cột trục một đoạn là 0,75 m. 2. Tải trọng tạm thời. Tải trọng tạm thời do sử dung trên mái đợc lấy theo TCVN2737-1995 đối với mái không ngời qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn: P tc =30kg/m 2 . Hoạt tảo tính toán lấy hệ số tin cậy n=1,3 P tt =30.1,3=39kg/m 2 . 3. Tải trọng do áp lực đứng của bánh xe con cầu trục. áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục truyền vào khung thành lực tập trung tai vị trí liên kết dầm vào khung. Tải trọng đứng của cầu trục lên khung đợc xác địng do tác dụng của hai cầu trục hoật động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế ở nhịp đó. áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vật nặng ở vào vị trí sát nhất của cột phía đó. Các số liệu về cầu trục đợc tra trong sách Kết cấu thép nhà công nghiệp với sức trục 5 tấn, L k =21,5 m. Kích thớc Gabarit chính (mm) Loại ray áp lực bánh xe lên ray Trọng l- ợng B K F B 1 F L t Đặc biệt Xe T.bộ mm mm mm mm mm mm K o bé hơn T T T 5000 3500 1650 230 350 1400 KP70 8,9 2,2 20,6 Ta có P max =8,9 tấn. P min = c max o P n GQ + Trong đó: - Q là trọng lợng vật nặng (sức trục). - G là toàn bộ cầu trục. 9 - n o là số lợng bánh xe lên ray. tấnP c 9,39,8 2 6,205 min = + = . áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lên khung do lực P c max đợc xác địng theo đờng ảnh hởng của phản lực tựa của hai cầu trục ở hai bên cột. ở đây ta phải kể thêm hệ số vợt tải 1,1. Vị trí bất lợi nhất của bánh xe lên dầm. D max =n.n c .P c max .y i (với y i là tung độ của đờng ảnh hởng). D max =1,1.8,9.(1+0,75+0,16+0,41)=22,7 tấn=22712,8kg. D min =1,1.3,9.(1+0,75+0,167+0,41 =9952,8kg. 4. Lực hãm xe con. Khi xe con hãm phát sinh lực quán tính tác dụng theo phơng chuyển động. Lực hãm truyền vào dầm và truyền vào khung. Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục truyền lên dầm và truyền vào khung tại vị trí liên kết dầm vào cột. o xe c n )GQ.(1,0 T + = . Trong đó: - G xe là trọng lợng xe con. - n o là số lợng bánh xe một bên dầm cầu trục. (0,1 là hệ số ma sát). 10 . móng. Sơ đồ tính khung nh hình vẽ: I. Tải trọng tác dụng lên khung. - Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm tĩnh tải mái, xà gồ, trọng lợng của khung, Hoạt tải. gồ biên là 180ES20. 6 B. Thiết kế khung ngang. - Kết cấu khung ngang của là kết cấu chịu lực chính của công trình. Khung gồm có 1 nhịp chính rộng 21 m