đồ án kết cấu thép lợng gvhd : KS.phan Đồ án Kết cấu thép Nhiệm vụ : Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhÞp Sè liƯu : L H1 Q B i (m) (m) (T) (m) (%) 21 8,5 10 Ph©n vùng gió-Dạng địa hình III.B - Số lợng cầu trục : (chế độ làm việc trung bình) - Sức nâng cầu trục : Q (T) - Nhịp khung : L (m) - Bíc khung : B (m) - Chiều dài nhà : 72(m) - Cao trình đỉnh ray : H1 (m) - Độ dốc mái (lợp tôn) : i (%) - Bê tông móng mác : 200 - VËt liÖu thÐp CT34s cã : f = 21 kN/cm2 ; fv = 12 kN/cm2 ; fc = 32 kN/cm2 - Hµn tay dïng que hµn N42 - VËt liƯu bulông liên kết bulông neo tự chọn Nội dung : * ThuyÕt minh tÝnh to¸n : - ThiÕt kÕ xà gồ mái Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 -1- trang : đồ án kết cấu thép lợng gvhd : KS.phan - Xác định kích thớc khung ngang - Nêu tác dụng c¸ch bè trÝ hƯ gi»ng m¸i, gi»ng cét - X¸c định loại tải trọng tác dụng vào khung ngang - Tính khung ngang với loại tải trọng nói ( dùng phần mềm Sap2000) - Tiết kế cột đặc chữ I tổ hợp hàn - Thiết kế xà ngang tiết diện chữ I tổ hợp hàn - Thiết kế chi tiết cột xà : liên kết xà cột , vai cột , chân cột , nối xà * Bản vẽ : Nội dung đồ án thể vẽ khổ A1, bao gồm : - Mặt kết cấu nhà xởng - Sơ đồ khung ngang, cấu tạo lớp mái - Sơ đồ bố trí xà gồ , giằng xà gồ, mặt cắt ngang tiết diện xà gồ - Hệ giằng mái, giằng cột.Có thể thêm số chi tiết liên kết đặc trng - Cờu tạo khung : hình chiếu , mặt cắtcủa tiết diện đặc trng, chi tiết cột (vai cột, chân cột) xà ( nối xà ) - Bảng thống kª cèt thÐp ( cho khung ) - Ghi chó : VËt liƯu thÐp , bul«ng lien kÕt , bu lông neo , đờng kính lỗ , đờng hàn, que hàn , phơng pháp hàn , sơn chỗng gỉ Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 -2- trang : đồ án kết cấu thép lợng gvhd : KS.phan ThuyÕt minh tÝnh to¸n A – ThiÕt kÕ xà gồ mái I Tải trọng: Tĩnh tải : Chọn sơ trớc xà gồ 7CS2,5x085, khoảng cách xà gồ theo mặt nhà 1,5 m Tên vật liệu mái Tôn lợp mái Xà gồ mái C180 Đơn vị Tải tiêu chuẩn Hệ số vợt tải Tải trọng tính toán kN/m2 0.05 1,1 0,055 kN/m 0,0552 1,05 0,058 Hoạt tải: Ptc = 0,3 kN/m2, n = 1,3 ⇒ Ptt = 0,3.1,3 = 0,39kN/m2 -Tải trọng tác dụng lên xà gồ : qtc = (0,05 + 0,3) 1,5 + 0,0552= 0,583 (kN/m) cos 5, 71 qtt =(0,055+ 0,39) 1,5 + 0,058 = 0,729 (kN/m) cos5,7 Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 -3- trang : đồ án kết cấu thép lợng gvhd : KS.phan ii Tính toán xà gồ : Xét tải trọng tác dụng lên xà gồ theo hệ trục tọa độ Oxy có trục ox tạo với phơng ngang mét gãc i =5,710 (tøc i=10%) qytc = qtc.Sinα = 0,583.Sin5,710 = 0,058 (kN/m) qxtc = qtc.Cosα = 0,583.Cos5,710 = 0,58 (kN/m) qytt = qtt.Sinα = 0,729.Sin5,710 = 0,072 (kN/m) qxtt = qtt.Cosα = 0,729.Cos5,710 = 0,725 (kN/m) KiÓm tra điều kiện bền xà gồ: tđ = x + σy = Mx My + ≤ R.γ Wx Wy Víi xµ gå 7CS2,5x085 cã: Ix = 337,56cm ; Iy = 37,51cm qxtt B 0, 725.62 Mx = = = 3, 263 (kN.m) 8 My = ⇒σt®= q tty B 32 = 0, 072.62 = 0, 081 (kN.m) 32 3, 263 0, 081 0, 09 + 0, 0191 = 90998, (kN/cm2)10; , b - hệ số ma sát hệ số độ tin cậy liên kết Với giả thiết không gia công bề mặt cấu kiện nên theo [1] : µ = 0,25 ; γ b = 1,7 nf - số lợng mặt ma sát liªn kÕt, n f = Svth : Bïi Nguyªn Thành lớp 2003x1 - 52 - trang : đồ ¸n kÕt cÊu thÐp lỵng gvhd : KS.phan Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005 [1], trờng hợp bu lông chịu cắt kéo đồng thời cần kiểm tra điều kiện chịu cắt chịu kéo riêng biệt Theo (2.81), lực kéo tác dụng vào bu lông dÃy mô men lực dọc phân vào ( mômen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dÃy bulông phía cùng): N b max = Mh1 N ± = 2∑ hi2 m 136,5.102.55 47, 62 = − = 46, 78(kN ) 14 ( 92 + 182 + 27 + 362 + 452 + 552 ) (ë trªn lÊy dÊu trừ N lực nén) Do Nbmax=45,86 kN < [N]tc = 98 kN nên bulông đủ khả chịu lực Kiểm tra khả chịu cắt bu lông theo (2.83): V 28,15 = = 2, 01( kN ) < [ N ] b γ c = 35,56 ( kN ) n 14 b)Tính toán mặt bích: Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn (2.83) (2.84) : t 1,1 t ≈ 1,1 b1 ∑ N i ( b + h1 ) f → b1 Nb max = 1,1 ( b + b1 ) f = 1,1 10.45,86 = 0,91( cm ) ( 22 + 10 ) 21 10.45,86 ( 50,5 + 45 + 36 + 27 + 18 + ) = 1,16 ( cm ) 50, ( 22 + 50, ) 21 Chän t = 1,2 cm c)Tính toán đờng hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích : Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 - 53 - trang : đồ ¸n kÕt cÊu thÐp lỵng gvhd : KS.phan Tổng chiều dài tính toán đờng hàn phía cánh (kể sờn) l w = 0,5 ( 22 − 0,8 ) − 1 + 0,5 ( 22 − 1) − 1 + ( − 1) = 54, ( cm ) Lùc kéo cánh mômen lực dọc phân vào theo (2.77) : M N 136,5.102 47,62 Nk = ± ÷( b f t f ) = − ÷.(22.1) = 180,12(kN ) 87, 1563 Wx A VËy chiÒu cao cần thiết đờng hàn : h fyc = Nk 180,12 = = 0, 26(cm) ∑ lw ( β f w ) γ c 54, ( 0, 7.18 ) Chiều cao cần thiết đờng hàn liên kết bụng cột với mặt bích ( coi nh đờng hàn chịu lực cắt lớn đỉnh cột xác định từ bảng tổ hỵp néi lùc): h fyc = V 28,15 = = 0, 021(cm) l β f γ 54 − 0, 7.18 ( ) ( ) ( ) w w c Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đờng hàn liên kết hf = 0,6 cm 200 bu lông thu ?ng d=18 xà g? hf=6mm hf=6mm su ?n 160x95x10 95 10 100 90 90 90 90 90 60 25 12 12 45 680 hf=6mm 1 Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 - 54 10 540 560 10 25 10 60 100 60 14 bu lông d=20 160 160 680 560 540 45 100 90 90 90 90 90 60 25 680 1-1 trang : đồ án kết cấu thép lợng gvhd : KS.phan Hình 29:cấu tạo mối nối cột với xà ngang 3.6.4.Mối nối đỉnh xà : M = 67,72 kNm V = -2,21 kN Đây cặp néi lùc tỉ hỵp néi 280 45 70 60 N = -22,1 kN 410 diện đỉnh xà (đỉnh mái): 540 130 kéo nhiều cho bu lông tiết 105 Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây 60 70 45 105 10 105 lực trờng hợp tải trọng 1,4 gây 60 100 60 220 Tơng tự nh trên, chọn bulông cờng độ cao cấp bền 8.8, đờng Hình 30:Bố trí bu lông liên kết đỉnh xà kính bu lông dự kiến d = 20mm ( lỗ loại C) Bố trí bu lông thành hàng phía cánh xà ngang bè trÝ cỈp sên gia cêng cho mỈt bÝch ,kÝch thíc nh sau: BỊ dµy : ts = 1cm ChiÒu cao: hs = 10,5 cm BÒ réng: ls=1,5hs = 1,5.10,5 = 15,75 (cm) → chän ls = 16 cm Lực kéo tác dụng vào bulông dÃy dới mômen lực dọc phân vào ( mômen có dấu dơng nên coi tâm quay trùng với dÃy bu lông phía cùng) theo (2.86) : Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 - 55 - trang : đồ án kết cấu thép lỵng N b max = = → gvhd : KS.phan Mh1 N cos α V sin α ± ± 2∑ hi2 n n 67, 72.102.54 22,1.0995 2, 21.0, 099 − − = 35, 6(kN ) 2 2.(13 + 41 + 54 ) 8 N b max = 35, 6kN < [ N ] tb = 98kN (ë trên: độ dốc mái i = 10% nên sin =0,099; cos =0,995) Khả chịu cắt bulông đợc kiểm tra theo công thức (2.87): N sin α ± V cos α 22,1.0, 099 + 2, 21.0,995 = = 0,55(kN ) < [ N ] b c = 35,56(kN ) n Tơng tự trên, bề dày mặt bích xác định từ điều kiÖn sau: t ≈ 1,1 t ≈ 1,1 → b1 N b max = 1,1 ( b + b1 ) f b1 ∑ N i ( b + h1 ) f = 1,1 10.35, = 0,8 ( cm ) ( 22 + 10 ) 21 10.35, ( 54 + 41 + 13) = 0, 74 ( cm ) 54 ( 22 + 54 ) 21 Chän t = 1,2 cm Tổng chiều dài tính toán đờng hàn phía cánh ( kể sờn) xác định tơng tự l w = 57, 2cm Lực kéo cánh dới mômen, lực dọc lực cắt gây : M N cos α V sin α ( b f t f ) = N k = ± ± A A Wx 67, 72.102 22,1.0,995 2, 21.0, 099 = − − ÷.(22.1) = 128,52(kN ) 54 54 1083 VËy chiỊu cao cÇn thiÕt cđa đờng hàn liên kết bụng cột với mặt bÝch : h fyc = N sin α ± V cos α 22,1.0, 099 + 2, 21.0,995 = = 4,5.10−3 (cm) ∑ lw ( β f w ) γ c 2.( 40 − 1) ( 0, 7.18) Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 - 56 - trang : đồ án kết cấu thép lợng gvhd : KS.phan Kết hợp cấu tạo , chọn chiều cao đờng hàn liên kết hf = 105 130 45 105 su ?n 160x105x10 130 45 0,6cm 630 420 280 630 280 hf =6mm 12 12 105 45 130 su ?n 160x105x10 45 130 hf=6mm 60 100 60 220 1-1 Hình 31:Cấu tạo mối nối đỉnh xà 3.6.5 Mối nối xà (ở nhịp): Việc tính toán cấu tạo mối nối xà hoàn toàn tơng tự Do tiết diện xà ngang vị trí nối giống nh đỉnh mái nội lực chỗ nối xà nhỏ nên không cần tính toán kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết nh hình 32 105 45 130 105 130 45 160 160 630 280 130 45 420 280 45 130 hf=6mm 12 12 su ? n 160x105x10 1-1 105 hf=6mm 60 100 60 220 3.6.6.Liên kết cánh với bụng cột xà ngang : Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 - 57 - trang : đồ án kÕt cÊu thÐp lỵng gvhd : KS.phan Lùc cắt lớn xà ngang tiết diện đầu xà V max = 38,59 kN.Chiều cao cần thiết đờng hàn liên kết cánh bơng xµ ngang theo (2.88): h fyc = Vmax S f 2.I x ( β f w ) γ c = 38,59.605 = 0, 02 ( cm ) 2.43776 ( 0, 7.18 ) Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đờng hàn hf = 0,6cm Tiến hành tơng tự, chọn chiều cao đờng hàn liên kết cánh với bụng cột hf = 0,6 cm Svth : Bùi Nguyên Thành lớp 2003x1 - 58 - trang : ... (cm2); Ix = 0,5 22 − 0,8 403 ( ) 22 . 423 = 22 761cm4 − 12 12 Wx = 22 761 .2 = 1084(cm3 ) 42 mx = M A 67, 72. 1 02 76 = = 21 ,5 N Wx 22 ,1 1084 Hình 23 :Tiết diện xà 7m Do mx = 21 ,5 > 20 ... =0,8.54 + 2. (1 .22 ) = 87 ,2 (cm2); Ix = 0,5. (22 − 0,8)543 22 .563 − = 43776 ( cm ) 12 12 0,83.54 1 .22 3 Iy = + = 1777 ( cm ) 12 12 Wx = I x / h = 43776 .2 = 1563 ( cm3 ) 56 ix = 43776 = 22 , (... chọn : tf = 1cm; bf = 22 cm Tính lại đặc trơng hình học : A=0,8.46 +2. (1 .22 ) = 80,8 (cm2); 0,5 ( 22 − 0,8 ) 463 22 .483 Ix = ? ?2? ?? = 307 92( cm ) 12 12 Wx = 307 92. 2 = 128 3(cm3 ) 48 Svth : Bùi