Đang tải... (xem toàn văn)
SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: Nhịp khung: L = 20 m. Bước khung: B = 7 m; toàn bộ nhà dài 15B = 105 m. Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m. Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB + Dạng địa hình xây dựng công trình: B Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 35mm) hoặc tương đương. Bê tông móng cấp độ bền B20. Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế Thuyết minh tính toán: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. + Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. + Thiết kế xà gồ. + Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. + Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang. + Hệ giằng mái, giằng cột. + Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. + Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. + Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc = 100 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 1,5m và chiều rộng cửa mái là 3m. Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng Chiều cao cột dưới: Hd Trong đó: H1 = 9 m là cao trình đỉnh ray hdct = 0,6 m là chiều cao dầm cầu trục hr = 0,15 m là chiều cao ray hch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột Hd = 9 – (0,6 + 0,15) + 1 = 9,25 (m) Chiều cao cột trên: Htr Trong đó: K1 = 1,09 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục. 0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. Htr = (0,6 + 0,15) ¬¬+ 1,09 + 0,5 = 2,34 (m) Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,25+2,34 = 11,59 (m) 1.2. Kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 20m Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 180 mm. Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a. Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: Chiều cao tiết diện: h = (110 115)H, bề rộng b = (0,30,5)h và b = (120 130)H. Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (170 1100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (128 135)b. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh: tf = 1,4 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: Trong đó: L: là nhịp nhà. h: là chiều cao tiết diện cột S: là nhịp cầu trục Z = 0,5(20 – 20,6 – 18) = 0,4 (m) Z = 0,4m Zmin = 0,18m. Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: Chiều cao tiết diện nách khung: h1 = ; bề rộng b = (0,2 0,5)h1 và b 180mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 2)b Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (170 1100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. Chiều dày bản cánh tf = . Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h1 = 60 cm + Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng xà: tw = 0,8 cm + Chiều dày bản cánh xà: tf = 1,0 cm Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35 0,4 chiều dài nửa xà) Ltđ = 4m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 0,8 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm 1.3. Hệ giằng Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) và hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai). Do cột nhà cao nên phải chia đôi và dùng thêm thanh chống phụ. Hệ giằng cột được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q =12,5 tấn, thanh giằng bằng thép tròn 20. Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện. Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng 20, được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm.
Đồ án kết cấu thép SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà cơng nghiệp tầng, nhịp có cầu trục Các số liệu thiết kế: - Nhịp khung: L = 20 m - Bước khung: B = m; toàn nhà dài 15B = 105 m - Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc xưởng chiếc, chế độ làm việc trung bình - Cao trình đỉnh ray: H1 = m - Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m - Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB + Dạng địa hình xây dựng cơng trình: B - Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 3÷ 5mm) tương đương Bê tơng móng cấp độ bền B20 - Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m phía dưới, qy tơn phía Nhiệm vụ thiết kế - Thuyết minh tính tốn: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột + Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió + Thiết kế xà gồ + Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho trường hợp tải trọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho tiết diện đặc trưng cột xà mái + Thiết kế khung ngang gồm cột xà Tính chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà - Bản vẽ thể hiện: 01 vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang + Hệ giằng mái, giằng cột + Cột khung, mặt cắt chi tiết thân cột + Xà, mặt cắt chi tiết xà + Bảng thống kê vật liệu, ghi dẫn cần thiết Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép TÍNH TỐN THIẾT KẾ Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện khơng đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 ( tương đương i = 17%) Do tính chất làm việc khung ngang chịu tải trọng thân tải trọng gió chủ yếu, nên thơng thường nội lực xà ngang vị trí nách khung thường lớn nhiều nội lực vị trí nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà Tiết diện lại lấy không đổi Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thơng gió, sơ chọn chiều cao cửa mái 1,5m chiều rộng cửa mái 3m q A B Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang 1.1 Kích thước theo phương đứng - Chiều cao cột dưới: Hd Hd = H1 − (hdct + hr ) + hch Trong đó: H1 = m cao trình đỉnh ray hdct = 0,6 m chiều cao dầm cầu trục Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép hr = 0,15 m chiều cao ray hch = m chiều sâu chôn chân cột Hd = – (0,6 + 0,15) + = 9,25 (m) - Chiều cao cột trên: Htr Htr = ( hdct + hr ) + K + 0,5 Trong đó: K1 = 1,09 m khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao xe Giá trị tra catalo cầu trục 0,5 m khoảng cách an toàn từ điểm cao xe đến xà ngang Htr = (0,6 + 0,15) + 1,09 + 0,5 = 2,34 (m) - Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,25+2,34 = 11,59 (m) 1.2 Kích thước theo phương ngang - Nhịp nhà (lấy theo trục định vị mép cột) là: L = 20m Lấy gần nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép cột: Zmin = 180 mm - Sơ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ theo điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện: h = (1/10 ÷ 1/15)H, bề rộng b = (0,3÷ 0,5)h b = (1/20 ÷ 1/30)H - Chiều dày bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw mỏng: tw > 6mm - Chiều dày cánh tf chọn khoảng (1/28 ÷ 1/35)b Chọn sơ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 26 cm + Chiều dày bụng: tw = 1,0 cm + Chiều dày cánh: tf = 1,4 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép cột: Z = (L − 2.h− S) Trong đó: Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép L: nhịp nhà h: chiều cao tiết diện cột S: nhịp cầu trục Z = 0,5*(20 – 2*0,6 – 18) = 0,4 (m) Z = 0,4m ≥ Zmin = 0,18m Thỏa mãn điều kiện an tồn b Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ theo điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện nách khung: h1 = L ; bề rộng b = (0,2 ÷ 0,5)h1 b ≥ 180mm, 40 thường lấy bề rộng cánh dầm bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm khơng đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b - Chiều dày bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw mỏng: tw > 6mm - Chiều dày cánh tf = b 30 Chọn sơ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà nách khung: h1 = 60 cm + Chiều cao tiết diện xà đỉnh khung: h2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 26 cm + Chiều dày bụng xà: tw = 0,8 cm + Chiều dày cánh xà: tf = 1,0 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột đoạn ( = 0,35 ÷ 0,4 chiều dài nửa xà) Ltđ = 4m c Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung áp lực đứng cầu trục trọng lượng thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm hoạt tải cầu trục) nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột) Sơ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm + Chiều dày bụng vai cột: tw = 0,8 cm + Chiều dày cánh vai cột: tf = 1,0 cm 1.3 Hệ giằng Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép Hệ giằng phận kết cấu liên kết khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian Hệ giằng bảo đảm bất biến hình độ cứng khơng gian cho nhà; chịu tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng khung gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho cấu kiện chịu nén kết cấu: dàn, cột Hệ giằng cịn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an tồn cho việc dựng lắp, thi cơng Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằng cột (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) hệ giằng cột (từ mặt đến mặt dầm vai) Do cột nhà cao nên phải chia đôi dùng thêm chống phụ Hệ giằng cột bố trí khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2) Sức trục Q =12,5 tấn, giằng thép tròn φ20 Trên tiết diện ngang cột, giằng cột đặt vào tiết diện Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện giằng φ20, bố trí hai gian đầu nhà chỗ có hệ giằng cột Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía (để giữ ổn định cho xà chịu tải bình thường – cánh xà chịu nén); khung chịu tải gió, cánh xà chịu nén nên phải gia cường giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ) Tiết diện chống không nhỏ L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm §Ø NH RAY 10 11 12 13 14 15 16 13 14 15 16 Hình 1.2 Sơ đồ hệ giằng cột b a 10 11 12 Hình 1.3 Sơ đồ hệ giằng mái Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép Hình 1.4 Chi tiết chống xà gồ Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép 2 Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1 Tải trọng thường xuyên - Tải trọng mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt mái - Hệ số độ tin cậy tải trọng thường xuyên ng = 1,1 - Tải trọng thường xuyên phân bố xà mái: qtc = gtc B = 15 = 105 daN/m qtt = ng gtc B = 1,1 15 = 115,5 daN/m - Tải trọng thân dầm cầu trục: Gdct = α dct L dct = 30 72 = 1470 daN - Tải trọng thân dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) Bảng 2.1 Tĩnh tải mái STT Loại tải Tải trọng Hệ số Tải trọng tiêu vượt tải tính tốn Bước Tổng tải chuẩn khung trọng (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) Tôn lợp mái 1,1 8,8 61,6 Xà gồ 1,1 7,7 53,9 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung 115,5 - Sơ đồ tải trọng thường xuyên thể hình vẽ minh họa 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng tác động, TCVN 2737-1995, với mái tơn khơng sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn 30 daN/m mặt nhà hoạt tải sửa chữa mái phân bố xà mái xác định sau: ptc = 30 B ptt = np 30 B - Khi qui tải trọng phân bố theo xà giá trị tải trọng nhân với cosα Bảng 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái STT Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải t chuẩn vượt tải tính tốn khung trọng (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) Sửa chữa mái 30 1,3 39 273,0 Tổng tải trọng phân bố chiều dài dầm khung 268,9 - Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái thể hình vẽ minh họa Vũ Văn Hiệp Loại tải Đồ án kết cấu thép 2.3 Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 q = n W0 k C B (daN/m) Trong đó: q: áp lực gió phân bố mét dài khung W0: áp lực gió tiêu chuẩn, gió vùng II có W0 = 95 daN/m2 n = 1,2: hệ số độ tin cậy tải trọng gió k: hệ số phụ thuộc vào độ cao C: hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu B: bước khung a, Trường hợp gió thổi ngang nhà: Hình 2.1 Mặt khung chịu gió a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà - Xác định hệ số khí động Ce: Hình 2.2 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Vũ Văn Hiệp Đồ án kết cấu thép Kích thước sơ đồ: + Nhịp: L = 20m + Chiều cao: H1 = 10,59 m hm1 = 1,9 m hm2 = 1,5 m hm3 = 0,3 m Tra theo sơ đồ tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 giá trị Ce Ce1 = - 0,8 Ce2 = -0,44 Ce3 = -0,53 Ce4 = -0,51 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình chiều cao cơng trình Cơng trình khu vực thuộc dạng địa hình B Chiều cao cột 10,59m lấy gần hệ số k =1 giá trị tải trọng gió phân bố thân cột k = 1,038 (ứng với độ cao trung bình mái Htb = 12,4m) giá trị tải trọng gió phân bố mái Bảng 2.3 Tải trọng gió theo phương ngang nhà Tải trọng Hệ số Hệ số Hệ số Bước Tổng tải t.chuẩn k c vượt tải khung trọng (daN/m2) (m) (daN/m) Cột đón gió 95 0,80 1,2 638,4 Mái đón gió 95 1,038 -0,51 1,2 -422,4 Cột cửa mái đón gió 95 1,038 0,70 1,2 579,8 Cửa mái đón gió 95 1,038 -0,80 1,2 -662,7 Cửa mái hút gió 95 1,038 -0,44 1,2 -364,5 Cột cửa mái hút gió 95 1,038 -0,60 1,2 -497,0 Mái hút gió 95 1,038 -0,50 1,2 -414,2 Cột hút gió 95 -0,53 1,2 -422,9 * Dấu âm nghĩa tải trọng gió hướng ngồi khung STT Loại tải b, Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động hai mặt mái có giá trị -0,7; hệ số khí động cột giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài tồn nhà) H/ΣB Cơng trình có L/ΣB H 11590 278 300 (Không đạt) Nhận thấy chuyển vị ngang đỉnh cột vượt giá trị cho phép Để giảm chuyển vị ngang đỉnh cột, đề xuất phương án: tăng tiết diện cột Cụ thể tăng chiều cao tiết diện từ h = 600mm lên 700mm, chiều dày cánh bụng giữ nguyên Đặc trưng Vũ Văn Hiệp 35 Đồ án kết cấu thép hình học tiết diện cột lớn đặc trưng tiết diện cột ban đầu nên không cần kiểm tra lại tiết diện cột Tính lại chuyển vị đỉnh cột: a, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió: ∆ = 38,14 mm ⇒ V 38,14 1 = = < (Thoả mãn) H 11590 303 300 b, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục: ∆ = 10,6 mm ⇒ V 10, 1 = = < (Thoả mãn) H 11590 1093 300 c, Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió tải trọng cầu trục: ∆ = 30 mm ⇒ V 30 1 = = < H 11590 386 300 (Thoả mãn) Hình 5.4 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng gió (Tiết diện cột I600) Vũ Văn Hiệp 36 Đồ án kết cấu thép Hình 5.5 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I600) Hình 5.6 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I600) Vũ Văn Hiệp 37 Đồ án kết cấu thép Hình 5.7 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng gió (Tiết diện cột I700) Hình 5.8 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I700) Vũ Văn Hiệp 38 Đồ án kết cấu thép Hình 5.9 Sơ đồ chuyển vị tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió tải trọng cầu trục (Tiết diện cột I700) Tính chi tiết 6.1 Chân cột ngàm với móng n Hình 6.1 Chi tiết chân cột Vũ Văn Hiệp 39 Đồ án kết cấu thép * Tính đế: - Chọn chiều dài đế: L = hc + 2.100 = 700 + 2.100 = 900 mm N 6.M - Chiều rộng đế: B = ψ.R L + ψ.R L2 b,loc b,loc Trong đó: Rb,loc - cường độ chịu nén tính tốn cục bê tơng móng: Rb,loc = α.ϕb.Rb đây: α- hệ số phụ thuộc vào cấp bê tông: α = bê tơng có cấp thấp B25; ϕb = Am ≤ 1,5 ; (Am diện tích mặt móng) Tạm lấy ϕb =1,2 A bd Rb,loc = α.ϕb.Rb = 1.1,3.115 = 138 daN/cm2 Ψ - Hệ số phụ thuộc đặc điểm phân bố tải trọng; phân bố không Ψ = 0,75 ⇒B= 20000 6.4400000 + = 27, (cm) chọn B = 40 cm 0, 75.138.90 0, 75.138.902 - Ứng suất đế: σ max = N 6.M + = 87 daN/cm2 ; B.L B.L σ = N 6.M − = −76 daN/cm2 B.L B.L Như ứng suất đế có hai thành phần ứng suất nén và ứng suất kéo Từ phương trình đồng dạng biến dạng bu lơng biến dạng bê tơng móng có: ε bl L − y − c = ; với c – khoảng cách từ tâm bu lông tới mép đế εb y εbl εb biến dạng bu lông bê tông (khi đế biến dạng): ε bl = R b,loc f ba , εb = Eb E Chiều dài vùng ứng suất nén đế y= n.ψ.R b,loc (L − c) f ba + n.R b,loc = 7, 78.0, 75.138.(90 − 12) = 21 (cm) 1920 + 7, 78.138 - Chiều dày đế: Mômen uốn đế: Mψ.R b = Vũ Văn Hiệp x2 b,loc ψ.R − b,loc x3 ; Với x = 0,5.(L-0,95.h) = 11,35 6.y 40 Đồ án kết cấu thép ⇒ M b = 0, 75.138 11,352 11,353 − 0, 75.138 = 5465 (daN.cm/cm) 6.21 Chiều dày đế: t bđ = 6.M max 6.5465 = = 3,95 (cm) Chọn tbđ = 4,0 cm f γc 2100 * Tính sườn: Sườn làm việc công sôn ngàm bụng cánh cột, chịu lực tác dụng phản lực đế Nhịp sườn: Ls = 10 cm; áp lực phân bố theo chiều dài sườn: q = σ.B = 87.40 = 3480 (daN/cm) Mômen uốn: M = Lực cắt: q.L2s 3480.102 = = 174000 (daN.cm) 2 V = q.Ls = 3480.10 = 34800 (daN) Chiều cao sườn: h s = 34800 + = 14,8 (cm) Chọn hs = 15 cm 2.1260.1 Chiều dày sườn: t s = 6.M 6.174000 = = 0,98 (cm) Chọn ts = 10mm h f γ c 15 2100 * Tính bulơng: Lực tính bu lơng neo: N = 150 daN; M = 44500 daNm Hợp lực biểu đồ ứng suất nén: R = 0,5.40.22,7.0,75.138 = 46989 daN Lực kéo bu lông: T = 46989 - 150 = 46839 daN Diện tích bu lơng u cầu: Abl = 46839 :1920 = 24,39 cm2 Chọn bu lông đường kính Φ36 (Abl = 4.8,2 = 32,8 cm2 > 24,39 cm2) Bố trí chân cột hình 6.1 6.2 Tính vai cột * Lựa chọn tiết diện dầm vai: - Mô men uốn lực cắt tiết diện ngàm: M = (Dmax + Gdct).e ; M = (220,3+15).30 = 7059 kN.cm V = (Dmax + Gdct ) ; V = 220,3+15 = kN - Sơ chọn tf = 10mm, tính chiều dày cần thiết bụng dầm vai: tw ≥ Vũ Văn Hiệp D max + G dct 23530 = = 0, 243 cm ; chọn tw = mm (b + 2.t f ).f c γ c (26 + 2.1).3460.1 dct f 41 Đồ án kết cấu thép - Chọn chiều cao dầm vai điểm đặt D max: h=30 cm Chọn góc nghiêng cánh với phương ngang α=200 chiều cao dầm vai tiết diện ngàm: h dv= 30+ 30.tg200 = 41 cm Chọn hdv = 42 cm > e=30 cm - Diện tích yêu cầu cánh: M t h A fyc = − w dv f.γc h dv 705900 0, 6.42 − = 7,58 cm2 ÷= 2100.1.42 - Chọn cánh dầm vai: bf x tf = 26.0,8 cm; Af = 20,8 cm2 > 7,58 cm2 a a a -a a Hình 6.2 Vai cột * Kiểm tra tiết diện vừa chọn: (bỏ qua trọng lượng thân dầm vai): - Tiết diện ngàm Bảng 6.1 Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai ngàm Jx (cm4) 26124 Wx (cm3) 1244 Jy (cm4) 2931 Wy (cm3) 225 A (cm2) 84 S (cm3) 693 σ= 705900 = 568 daN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 1244 τ= 23530.693 = 780, daN/cm2 < 1200.1 daN/cm2 26124.0,8 S1 (cm3) 533 - Kiểm tra ứng suất tương đương: σ1 = 568 Vũ Văn Hiệp 23530.533 40 = 600 daN/cm2; = 541 daN/cm2 ; τ = 26124.0,8 42 42 Đồ án kết cấu thép σ tđ = 5412 + 3.6002 = 1171, daN/cm2 < 1,15.2100.1=2415 daN/cm2 - Kiểm tra ứng suất tiếp tiết diện bé: Bảng 6.2 Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai vị trí dầm cầu trục Jx (cm4) 12401 τ= Wx (cm3) 827 Jy (cm4) 2931 Wy (cm3) 225 A (cm2) 74 S (cm3) 455 S1 (cm3) 377 23530.455 = 1079, daN/cm2 < 1200.1 daN/cm2 12401.0,8 - Kiểm tra ổn định cục bộ: + Bản cánh: bf 26 2,1.106 = = 26 < = 31, ; cánh ổn định cục t f 1, 2100 + Bản bụng: h w 40 2,1.106 = = 50 < 2, = 69, ; bụng ổn định t w 0,8 2100 - Chiều cao đường hàn cánh – bụng hf ≥ 23530.377 = 0, 284 cm Chọn hf = 5mm 2.1260.12401.1 * Tính liên kết hàn dầm vai cánh cột - Chọn chiều cao đường hàn hf = mm - Chiều dài tính tốn đường hàn theo hình 6.2, ta có: A w = 2.0, 7.0,5.(25 + 20 + 38) = 58,1 cm2; 0,5.383 Ι w = 2.0, 7.(25.0,5.21, + 20.0,5.19,8 + ) = 16554, cm4; 12 16554, Ww = = 780,9 cm3; 21, 2 2 705900 23530 τ hl = + = 991 daN/cm2 < 1800.1 daN/cm2 ÷ ÷ 780,9 58,1 * Kiểm tra ứng suất tương đương bụng cột: Trong bụng cột, chỗ liên kết với cánh dầm vai, chịu thêm lực ngang (do mô men dầm vai chia thành lực H = M dv/hdv) nên xuất trạng thái ứng suất phức tạp Do phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau: σ tđ = σ + 3.τ ≤ 1,15.f γ c đây: σ = M N (V + H) + ; τ= ; M, N, V - nội lực cột vị trí chân cột Wcot A cot Ab trên; Wcot – mô men chống uốn tiết diện cột; A cot, Ab- diện tích tiết diện cột bụng cột Vũ Văn Hiệp 43 Đồ án kết cấu thép Lực ngang dầm vai tác dụng vào cột: 705900 = 16807, daN; 42 1607900 300 6238 + 16807, + = 619 daN/cm2 ; τ = = 177,3 daN/cm2; ⇒σ = 2604 130 130 H= σ tđ = 6192 + 3.177,32 = 691, daN/cm2 < 1,15.2100.1 = 2415 daN/cm2 * Kích thước sườn: - Gia cường cho dầm vai: Chiều cao hs = 30cm; bề rộng bs = 12 cm; Chiều dày t s ≥ 2.12 2100 30 2100 = 0, 76 ; t s ≥ = 0, 43 2,1.10 2, 2,1.106 Chọn ts = 0,8 cm - Gia cường cho bụng cột: Chiều cao hs = 67,2 cm; bề rộng bs = 12 cm; Chiều dày t s ≥ 2.12 2100 67, 2100 = 0, 76 ; t s ≥ = 0, 66 2,1.10 3, 2,1.106 Chiều dày ts= 0,8 cm 6.3 Chi tiết liên kết xà với cột n Hình 6.3 Chi tiết liên kết xà với cột Vũ Văn Hiệp 44 Đồ án kết cấu thép Nội lực đỉnh cột: M = 18700 daN.m N = 4700 daN V = 3100 daN Tính tốn liên kết theo Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC * Tính bu lơng: - Phương trình hình chiếu lực lên phương đứng: σ n A f + t w y.σn 1.y.σn − N n − 3.Z = ⇒ 34, 6.σn + − 47 − 3.Z = 2 Rút gọn: 34, 6.σn + 0,5.σn y − 3.Z = 47 (1) - Phương trình cân mơ men với trọng tâm vùng ứng suất nén: y p 3.Z h − tσf +.A ÷ − + 2 n y tw M + f N 3 ÷= − n hw y − ÷ 3 y 10 y 1, 70 y 3.Z 70 − 1 + ÷− + 34, 6.σn + ÷ = 18700 − 47. − ÷ 3 3 3 Rút gọn phương trình: Z.(192 − y) + 11,54.σn y + 24, 22.σn = 17055 + 15, 67.y (2) - Phương trình biến dạng: ε bl C Z σ (65 − y) = = n ⇒ ; εn y 2.A bl E E y đó: 70 cm khoảng cách từ hàng bu lơng thứ đến hàng bu lơng ngồi phía cánh chịu nén Chọn bu lơng đường kính φ20 loại 6.6 có: Diện tích thực bu lơng Abn = 2,45 cm2; diện tích ngun bu lơng A bl= 3,14 cm2; cường độ tính tốn chịu kéo bu lông ftb = 2500 daN/cm2 ⇒ Z = 409,5 σn − 6,3.σn y (3) - Thay (3) vào (1) (4) 0,5.σn y2 + 53,5.σn y − 1228,5.σn = 47.y ⇒ σ n = 47.y 0,5.y + 53,5.y − 1228,5 (4) - Thay (3) vào (2): Vũ Văn Hiệp 45 Đồ án kết cấu thép (409,5 σn − 6,3.σn ).(192 − y) + 11,54.σn y + 24, 22.σn = 17055 + 15, 67.y y - Sau biến đổi rút gọn (5) 15, 67.y + 17055.y σn = 17,84.y − 1594,88.y + 17624 (5) - Cân (4) (5) có phương trình bậc với y: 7,835.y3 + 8527, 4.y + 968151,3.y − 29235348,5 = (6) - Dễ dàng giải (6) y = 24,7 cm Do ứng suất nén cánh: σn = 47.24, = 2,92 kN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 0,5.24, + 53,5.24, − 1228,5 - Lực kéo hàng bu lông thứ hai: Z = 409,5 σn 2,92 − 6,3.σn ⇒ Z2 = Z = 409,5 − 6,3.2,92 = 30 kN y 24, - Lực kéo lớn hàng bu lơng ngồi cùng: Z1 = 30 (80 − 24, 7) = 36, kN; bu lông chịu 18,3 kN (70 − 24, 7) Z1 < [N]tb γ c = 61,25 kN - Lực kéo hàng bu lông thứ ba: Z3 = 2.Z − Z1 = 2.15 − 18,3 = 11, kN - Kiểm tra bu lông chịu cắt: Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 3100 = 259 daN 12 Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3,14.0,9.2300 = 6499 daN > 259 daN * Tính bích: Lực bu lông hàng phân phối cho cánh, bụng cột (hoặc sườn gia cường) Gọi L1, L2 khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bụng (hoặc sườn) đến trục cánh cột lực bụng (P 1) cánh cột (P2) lực kéo bu lông là: P1 = Z L 1+ ÷ L2 P2 = Z L 1+ ÷ L1 - Phân phối Z1 cho sườn cánh: Vũ Văn Hiệp 46 Đồ án kết cấu thép 18,3 + Cho sườn: = 5, 6, 1+ ÷ 18,3 + Cho cánh: kN = 12,9 1+ ÷ 6, kN - Phân phối Z2 cho bụng cánh cột: 15 + Cho cánh: 3, 1+ ÷ 6, 15 + Cho bụng: 6, 1+ ÷ 3, = 12,98 = 2, 02 kN kN - Vì bu lơng hàng thứ ba tương đối xa cánh nên coi tồn lực bu lơng phân cho bụng, 11,7 kN - Tính mơ men uốn bích: + Do tải truyền vào cánh: M= 12,9.(5, − 0, 25.2) = 33,54 kN.cm M = 12,98.(4,3 − 0, 25.2) = 24, 67 kN.cm Chiều dày bích: t bb = 6.3354 = 0,85 cm 13.2100.1 - Do tải truyền vào sườn: M= t bb = 5, 4.(7 − 0, 25.2) = 16, 74 kN.cm 6.1674 = 0, cm 9.2100.1 - Do tải truyền vào bụng: M= 11, 7.(7 − 0, 25.2) = 38,1 kN.cm t bb = 6.3810 = 1, 04 cm 10.2100.1 - Dùng bích có chiều dày tbb =1,6 cm Vũ Văn Hiệp 47 Đồ án kết cấu thép * Kiểm tra ứng suất phận lực kéo bu lông truyền vào: - Bản sườn: σ = - Bản cánh: σ= - Bản bụng: σ = 2.5400 = 2000 daN/cm2 < 2100.1 daN/cm2 9.0, 1290 + 1298 = 142 daN/cm2 13.1, 2.202 2.1170 = 47 daN/cm2 σ = = 234 daN/cm2 (3, + 5).1 10.1 6.3 Chi tiết nối xà n Hình 6.3 Chi tiết nối xà Cấu tạo tính tốn tương tự liên kết xà với cột Chi tiết thể vẽ Vũ Văn Hiệp 48 ... 10,85 N -1 1,47 -7 ,80 -7 ,02 -6 ,95 -6 ,25 -1 4,75 -1 3,28 -8 ,97 -8 ,07 -1 2,83 -1 1,55 ± 2,73 ± 2,45 ± 3,0 ± 2,75 31,46 28,32 45,51 40,96 V -1 0,04 -9 ,78 -8 ,80 -4 ,90 -4 ,41 -1 4,68 -1 3,21 3,94 3,55 -1 ,06 -0 ,95... 22 M -4 4,01 -1 7,81 -1 6,03 -3 9,41 -3 5,47 -5 7,22 -5 1,50 3,81 3,42 -6 6,96 -6 0,27 ± 41,6 ± 37,5 ± 28,5 ± 25,6 489,82 440,84 48,54 43,69 N -5 3,61 -2 1,69 -1 9,52 -6 ,04 -5 ,43 -2 7,73 -2 4,96 -2 13,76 -1 92,38... 24,14 M -4 ,84 5,88 5,29 -1 3,10 -1 1,79 -7 ,22 -6 ,50 17,05 15,35 -1 4,79 -1 3,31 ± 5,84 ± 5,26 ± 5,0 ± 4,57 61,11 55,00 12,05 10,85 N -1 1,47 -7 ,80 -7 ,02 -6 ,95 -6 ,25 -1 4,75 -1 3,28 -8 ,97 -8 ,07 -1 2,83 -1 1,55