Thiết kế sàn quay tầng thượng

Thiết kế sàn quay tầng thượng

Lời nói đầu

Cùng với tốc độ phát triển của công nghiệp hóa và hiện đại hoá, những thành công to lớn về kinh tế đang mang lại một bộ mặt mới cho đất nước Song song với việc phát triển kinh tế, nhà nước cũng chủ trương phát triển ngành công nghiệp du lịch, dịch vụ đầy tiềm năng Để mang lại hiệu quả và sự hấp dẫn nhiều nhà cao tầng đang mọc lên với những kiến trúc độc đáo, đa dạng đặc biệt là các loại nhà thiết kế có kiểu sàn quay trên tầng mái, phục vụ loại hình du lịch dịch vụ ở trên cao ngày càng phát triển ở nước ta đặc biệt là các thành phố lớn như : Hà Nội, TP Hồ Chí Minh,…

Việc thiết kế, chế tạo sàn quay trên tầng mái trong điều kiện Việt Nam cũng là để phục vụ nhu cầu thực tiễn đó Với phần trăm nội địa hoá cao ( chỉ nhập phần cơ cấu dẫn động ) thì nó đưa lại việc hạ giá thành đầu tư, nâng cao năng lực, trình độ kỹ thuật chế tạo trong nước

Sàn quay là một loại thiết bị còn mới mẻ ở Việt Nam nên tài liệu về sàn quay chưa có Việc phân tích một cách tổng quan các phương án cùng với ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của nó có ý nghĩa khoa học, mang lại tính khả thi cho công trình Nội dung nghiên cứu này sẽ là một tài liệu kỹ thuật dùng để tham khảo cho các sinh viên ngành Cơ khí xây dựng và có thể có ích cho các cán bộ kỹ thuật ngành Máy xây dựng

Bản thuyết minh đồ án này gồm 6 chương :

Chương 1 : Phân tích chọn phương án Chương 2 : Thiết kế kết cấu sàn quay

Chương 3 : Thiết kế cơ cấu dẫn động quay sàn

Chương 4 : Thiết kế điện điều khiển cơ cấu quay sàn và điện chiếu sáng cho sàn Chương 5 : Kết luận

Dù đã cố gắng nhưng chắc chắn sẽ có những thiếu sót, em mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo thêm của các thầy cô

Qua đồ án này em xin cảm ơn thầy Phạm Quang Dũng, thầy Đỗ Văn Thái và các thầy cô trong khoa Cơ khí Xây dựng đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Cao Trọng Khánh

Giíi thiÖu chung

Trªn thÕ giíi cã rÊt nhiÒu sµn quay víi c¸c lo¹i c¬ cÊu quay kh¸c nhau nh»m phôc vô nhu cÇu ng¾m c¶nh, vui ch¬i, gi¶i trÝ

- Sàn quay tầng mái phục vụ quan sát, ngắm cảnh thành phố ( Hình 2 )

Hình 2 Nhà hàng quay kiểu tháp tại khách sạn Hyatt Regency Houston

Khách du lịch hay giải trí sẽ được đưa lên sàn bằng thang máy hoặc cầu thang thiết kế đặt ở giữa rãnh lưu thông của toà nhà

Đứng ở độ cao lớn hơn 300m, khách du lịch có thể quan sát toàn bộ khung cảnh thành phố Với tốc độ quay chậm, khi đó khách du lịch có thể ngắm nhìn toàn bộ thành phố mà không cần phải di chuyển Ngoài ra khách du lịch còn có thể thưởng thức ăn uống, thư giãn trên tầng mái của nhà hàng

ở Việt Nam đang phát triển ngành công nghiệp du lịch nên nhu cầu về sàn quay phục vụ giải trí lớn Tuy nhiên công nghệ lắp ráp, chế tạo sàn quay đang còn mới Việc nghiên cứu, thiết kế tạo sàn quay hợp lý, an toàn, rẻ là rất cần thiết để phục vụ nhu cầu thực tế, có thêm một tài liệu kỹ thuật về thiết bị mới này để tăng cường năng lực chế tạo và trình độ kỹ thuật trong nước

Về cấu tạo, các loại sàn quay bao gồm các phần chính sau : thiết bị tựa quay, cơ cấu dẫn động quay sàn và trang thiết bị điều khiển trên sàn

Tuỳ theo kết cấu công trình và diện tích sàn mà sàn quay có kết cấu rất đa dạng song đều phải thoả mãn các yêu cầu và đặc điểm làm việc chung sau :

Đủ bền, đủ cứng ( độ võng cho phép dưới 1/1000 so với khẩu độ )

Chịu được hoạt tải 400 kg/m² theo tiêu chuẩn về tải trọng và tác động đối với sàn công trình do Bộ Xây dựng ban hành

Sàn quay nằm trên tầng thượng nhà cao tầng để làm quán cà phê và ngắm cảnh Sàn quay hình vành khăn có đường kính ngoài 10m, đường kính trong 3m ( lỗ làm cầu thang lên)

Tốc độ sàn quay 30phút/1vòng

Chương 1: Phân tích chọn phương án

1.1 Chọn phương án cho thiết bị tựa quay (TBTQ) : 1.1.1 Khái niệm về TBTQ :

Thiết bị tựa quay là bộ phận liên kết giữa phần quay và phần không quay của

những máy có chuyển động quay quanh trục thẳng đứng như: các loại cần trục, máy đào một gầu, máy đào ngang nhiều gầu hệ rôto, máy đóng cọc, máy khoan, hoặc là các loại sàn quay, tháp quay phục vụ giải trí, du lịch,

Nhờ có thiết bị tựa quay mà tải trọng được truyền từ phần quay xuống phần không quay và từ đó truyền xuống nền mà máy vẫn chuyển động quay vòng một cách nhẹ nhàng

TBTQ nói chung gồm 2 loại chính : TBTQ trên cột ( TBTQ trong mặt phẳng đứng ) và TBTQ trong mặt phẳng ngang ( thường gọi là vòng tựa quay ) Việc chọn loại TBTQ cho phù hợp với loại máy và công trình có vai trò quyết định đến chất lượng, giá thành đầu tư và tính khả thi của phương án

a, Thiết bị tựa quay trên cột :

Trong các loại máy xây dựng, TBTQ trên cột gồm loại cột quay và cột cố định gồm có 2 gối : một gối đỡ ( chịu phản lực ngang ) và một gối đỡ chặn ( chịu phản lực ngang và toàn bộ tải trọng thẳng đứng ) Đối với các loại sàn quay dùng TBTQ trên cột thì chỉ có thể là loại cột cố định và dùng cho các công trình dạng tháp như tháp truyền hình, ăng ten Do khoảng cách hai gối lớn nên các ổ đỡ của TBTQ trên cột chịu phản lực nhỏ vì vậy ta có thể dùng các con lăn đỡ

Một ví dụ về sơ đồ TBTQ trên cột dùng cho sàn quay trên công trình dạng tháp cho ở (hình 1.1 ) Tuy nhiên, do yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp là thiết kế sàn quay tầng thượng của công trình nhà cao tầng nên ta không phân tích kỹ phương án TBTQ trên cột này

46

b, Vòng tựa quay :

Vòng tựa quay là loại TBTQ nằm trong mặt phẳng ngang có đặc điểm là toàn bộ hệ thống đặt trên phần quay gọn và thấp nên đảm bảo ổn định và không gây mômen uốn lớn như TBTQ trên cột Vì vậy, vòng tựa quay được sử dụng phổ biến trên các loại sàn quay phục vụ giải trí, du lịch,

Theo cấu tạo, vòng tựa quay gồm có 3 loại : - vòng tựa quay kiểu bánh tựa

- vòng tựa quay kiểu con lăn - vòng tựa quay kiểu ổ bi

Tuy nhiên, với yêu cầu nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp là sàn quay có đường kính trong lớn tới 3m và đường kính ngoài lớn tới 10m nên việc sử dụng vòng tựa quay kiểu ổ bi là điều không thể thực hiện được vì vòng tựa quay tiêu chuẩn kiểu ổ bi có đường kính lớn như trên là không có Vì vậy ta chỉ xét vòng tựa quay kiểu bánh tựa và vòng tựa quay kiểu con lăn là hai loại vòng tựa quay có tính khả thi trong điều kiện Việt Nam và phù hợp với đường kính lớn

+ Vòng tựa quay kiểu bánh tựa :

Vòng tựa quay kiểu bánh tựa ( Hình 1.2 ) gồm một trụ giữa 5 gắn trên phần không quay để định tâm phần quay với phần không quay và gọi là ngõng trục trung tâm Trên phần không quay có gắn vòng ray tròn 4 và lăn trên ray tròn là các bánh xe tựa 3 lắp trên xe con 2 gắn cứng với phần quay 1

Số xe con 2 gắn trên phần quay thường là 4 xe ( 4 điểm tựa ) Tuỳ theo tải trọng mà trên mỗi xe con lắp 1 hoặc 2 bánh xe tựa ( trường hợp dùng 2 bánh xe tựa trên mỗi xe con thì chúng được lắp trên cầu cân bằng để đảm bảo lực nén trên các bánh xe tựa đều nhau )

Hình 1.2 : Sơ đồ cấu tạo vòng tựa quay kiểu bánh tựa

Trong quá trình làm việc, các bánh xe tựa chịu lực thẳng đứng truyền từ phần quay xuống phần không quay Các bánh xe tựa có thể là hình trụ hoặc hình côn Bánh xe tựa hình trụ có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo song khi lăn trên vòng ray tròn sẽ có sự trượt giữa mặt lăn và ray làm bánh xe chóng mòn và mòn không đều

Bánh xe tựa hình côn có ưu điểm là tạo chuyển động lăn không trượt song lại xuất hiện tải trọng hướng kính đồng thời kết cấu phức tạp, khó chế tạo và lắp ráp,

Trong quá trình định tâm giữa phần quay và phần không quay, ngõng trục trung tâm chịu lực nằm ngang và thường được lắp ổ bi đỡ hai dãy tự lựa hoặc bạc đỡ

6

Trong trường hợp mômen lật quá lớn, lực nén trên một số bánh xe tựa sẽ bằng không và xuất hiện phản lực thẳng đứng hướng từ dưới lên ( phản lực âm ) làm mất ổn định cho vòng tựa quay và phần quay

Để đảm bảo ổn định, người ta làm ngõng trục trung tâm chịu phản lực thẳng đứng bằng cách lắp thêm trên ngõng trục trung tâm ổ bi chặn hoặc bạc chặn 6 ( Hình 1.2 ), hoặc lắp các con lăn tì chống lật 7 chịu phản lực thẳng đứng ( Hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo vòng tựa quay kiểu bánh tựa có lắp con lăn tì chống lật

I - I

7

+ Vòng tựa quay kiểu con lăn :

Vòng tựa quay kiểu con lăn chịu được tải trọng lớn và nhỏ gọn vì có nhiều điểm tựa

Vòng tựa quay kiểu con lăn ( Hình 1.4) gồm nhiều con lăn 2 đặt cách đều nhau lăn trên các vòng ray trên 4 ( gắn với phần quay 1 ) và vòng ray dưới 3 ( gắn với phần không quay ) Các con lăn có thể là hình trụ, hình côn, đôi khi là con lăn tựa hình cầu Giữa các con lăn trụ là vòng cách 6 để giữ cho các con lăn luôn cách đều nhau trong quá trình làm việc

I - I

67

Đối với con lăn hình côn, do xuất hiện thành phần lực hướng kính nên con lăn cần có thanh giằng 9 với ngõng trục trung tâm ( Hình 1.5a)

Để định tâm giữa phần quay và phần không quay, người ta làm ngõng trục trung tâm 5 ( với ổ bi đỡ hai dãy lòng cầu tự lựa chịu lực ngang N ) Trong trường hợp xuất hiện phản lực âm ( mômen lật M quá lớn ), để đảm bảo ổn định người ta làm ngõng trục trung tâm chịu phản lực thẳng đứng với ổ chặn 7 ( Hình 1.4 )và (Hình 1.5a ) hoặc lắp đặt các con lăn tì chống lật 8 ( Hình 1.5b )

87

Như vậy sau khi nghiên cứu kỹ hai loại TBTQ trên, so sánh với nhiệm vụ của ĐATN là thiết kế sàn quay tầng thượng thì TBTQ của sàn có những đặc điểm riêng sau :

- Tải trọng thẳng đứng bao gồm trọng lượng kết cấu sàn và hoạt tải, tải thẳng đứng nằm trong vòng ray tựa nên mômen lật rất nhỏ vì vậy các bánh tựa hoặc con lăn không chịu phản lực âm ( lực nén bánh tựa hoặc con lăn luôn ấn xuống ) Vì vậy TBTQ của sàn quay không cần bộ phận chịu phản lực âm như ( con lăn tì hoặc ổ chặn )

- Vòng tựa quay kiểu bánh tựa và kiểu con lăn định tâm bằng ngõng trục trung tâm Nhưng ở sàn quay có đường kính ngoài 10m, đường kính trong 3m (lỗ làm cầu thang lên) nên không thể bố trí ngõng trục trung tâm để định tâm như các kết cấu đã nêu Do đó ta phải đề xuất các phương án phù hợp vì đối với sàn quay việc định tâm là rất quan trọng Nó quyết định đến sự làm việc ổn định, chất lượng, và tính khả thi của loại sàn đó

- Tải ngang xuất hiện rất nhỏ chỉ do nghiêng ( không gió ) với độ nghiêng cho phép của sàn là 0,001

Sau khi phân tích và nghiên cứu tỉ mỉ em đưa ra các phương án dùng TBTQ đối với loại sàn thiết kế như sau:

Nhược điểm của phương án : vì sàn quay lớn nhiều con lăn nên nhiều điểm tựa Sàn sẽ tạo thành một hệ siêu tĩnh nhiều bậc, vì vậy yêu cầu chế tạo lắp đặt thật chính xác Mặt khác vòng ray có rãnh tròn càng khó làm mà sàn quay đòi hỏi làm việc êm, độ ổn định cao nên trường hợp này không có tính khả thi cao Với các lí do nêu trên mà ta không chọn phương án này

Như vậy ta sẽ loại phương án dùng con lăn tựa mà chủ yếu tập trung vào TBTQ kiểu bánh tựa Với loại TBTQ kiểu bánh tựa thì ta chỉ dùng loại bánh tựa hình trụ với lí do là khả thi về mặt chế tạo trong điều kiện Việt Nam hơn nữa nhược điểm của nó là bánh xe trượt trên ray cũng ít bị ảnh hưởng do đường kính ray lớn ( tới gần 10m )

Với loại sàn quay đang thiết kế ta phải đặc biệt chú ý đến việc định tâm cho phần quay và phần không quay của sàn Sau đây là các phương án cho loại TBTQ kiểu bánh tựa với các kiểu định tâm khác nhau :

b, Phương án dùng TBTQ kiểu bánh tựa định tâm bằng hệ con lăn trên thành lỗ sàn : (Hình 1.7)

Hình 1.7

1_ Kết cấu bao che; 2_ Sàn quay; 3_ Xe con; 4_ Bánh xe di chuyển 5_ Vòng ray tròn; 6_ Thành lỗ sàn; 7_ Con lăn tì; 8_ Chốt con lăn 9_ Sàn bê tông cố định; 10_ Cầu thang lên sàn

ở phương án này, đường kính lỗ là rất lớn tới φ3000 nên khi thi công khó làm tròn thành lỗ sàn vì vậy để con lăn làm việc được thì mặt ngoài thành lỗ sàn ốp thép có gia công tròn Số lượng con lăn có thể là 4, 6 hoặc 8 cách đều nhau Nhưng việc chế tạo hoặc thay thế các con lăn tì này rất khó, mất thời gian và tốn nhiều công

Với lý do là tính khả thi trong điều kiện ở Việt Nam, rẻ, dễ chế tạo và thi công nên ta sẽ đưa ra các phương án tiếp theo như sau

c, Phương án dùng TBTQ kiểu bánh tựa định tâm bằng ngõng trục trung tâm trên trần : ( Hình 1.8 )

d, Phương án dùng TBTQ kiểu bánh tựa định tâm bằng hệ con lăn trên ray tròn : (Hình 1.9)

Hình 1.9

1_ Kết cấu bao che; 2_ Sàn quay; 3_ Xe con

4_ Bánh tựa; 5_ Con lăn đỡ (4 con lăn); 6_ Vòng ray tròn

7_ Sàn tầng thượng; 8_ Thành lỗ sàn quay; 9_ Cầu thang lên sàn

Phương án dùng con lăn đỡ để định tâm sàn quay là rất hợp lý vì loại con lăn đỡ kiểu này gọn, nhẹ, tổn thất ma sát nhỏ, ít mòn, tuổi thọ cao, giảm tải trọng động tác dụng lên kết cấu thép của máy đặc biệt là dễ chế tạo, lắp đặt và sử dụng.Trường hợp ta dùng con lăn ở một phía thì hai bên ray đều phải đặt con lăn phía bên trong

Bánh tựa ở đây là loại bánh tựa không có gờ, di chuyển trên ray vuông Con lăn đỡ vừa dẫn hướng vừa định tâm cho sàn quay tránh cho bánh xe không bị trượt khỏi đường ray khi di chuyển

Yêu cầu thêm là ngoài mặt ray phẳng thì mặt bên của ray phải tròn theo đường kính của sàn thiết kế Với các thiết bị máy móc hiện đại ở Việt Nam chúng ta sẽ sản xuất từng đoạn ray sau đó cán cong theo yêu cầu đảm bảo chính xác Vì vậy phương án này rất khả thi

1.2 Chọn phương án cho kết cấu sàn :

+ Kết cấu chịu lực của sàn phải đảm bảo các yêu cầu sau :

- Đủ bền, đủ cứng ( độ võng khi làm việc không quá 1/1000)

- Kết cấu thép làm dầm sàn chủ yếu là chịu lực uốn nên chúng ta dùng loại

thép hình có tiết diện I,[ Vật liệu là loại thép CT3 với ưu điểm là dễ

kiếm, rẻ, tính hàn cao

- Bố trí kết cấu các dầm chịu uốn của sàn phải đảm bảo ít công chế tạo, dễ lát sàn ( tạo thành các ô đều nhau )

+ Theo diện tích có thể chia làm 2 loại sàn như sau :

- Sàn nhỏ ( khẩu độ dầm qua sàn nhỏ ) : để đảm bảo cứng có thể làm thành một mảng liền (có gắn 4 bánh tựa và di chuyển trên một ray ) Với sàn nhỏ nên khẩu độ nhỏ vì vậy dầm gác vẫn thấp, nhẹ ( hình 1.10 )

4

- Sàn to : Nếu làm một mảng liền ( sàn liền ) với khẩu độ lớn thì dầm sẽ phải cao, nặng, tốn vật liệu Với phương án này nên chia thành nhiều mảng (mỗi mảng có khẩu độ nhỏ như thế thì dầm vẫn thấp, nhẹ ) Các mảng có bánh tựa của nó trên ray ( gồm 2 ray và mỗi mảng có 4 bánh tựa ) đảm bảo tự đứng và quay, các mảng được nối khớp với nhau tạo thành sàn tròn Loại sàn to có gắn khớp có ưu điểm là luôn đảm bảo các bánh tựa tiếp xúc với ray và tạo thành một hệ tĩnh định ( Hình 1.11 )

+ Đối với sàn quay cần thiết kế có đường kính trong 3m, đường kính ngoài 10m nên đây là loại sàn nhỏ có hệ dầm gác tạo thành một mảng liền tựa trên 4 bánh di chuyển

trên một ray tròn Chúng ta sẽ dùng thép có tiết diện ( I ) để làm hệ dầm gác

+ Vấn đề còn lại là cách bố trí dầm chịu tải của sàn sao cho nhẹ, ít công, dễ tính và dễ lát sàn

Có 2 phương án :

a, Bố trí hướng kính : ( hình vẽ 1.12)

Dầm được chia thành các ô, sau đó dùng sàn thép lập là đặt vào từng ô đó Với dầm loại này khó chế tạo nên tốn nhiều công Ngoài ra dầm còn nặng, tốn vật liệu và không kinh tế

Hình 1.12 : Dầm sàn theo phương hướng kính

1_ Bánh xe di chuyển; 2_ Ray vòng 3_ Hệ dầm bố trí theo phương hướng kính

Hệ dầm trực giao tạo thành các ô vuông bằng nhau và sàn chịu lực ở các ô

đó.Dầm sàn được làm từ thép hình có tiết diện I Phần gạch chéo là các tấm thép hàn vào cánh I dưới có gân đỡ ( xem B - B ) Đặt vào ô vuông trên dầm là các tấm sàn

thép làm hàng loạt từ các thanh lập là đặt nghiêng cạnh nhau đảm bảo độ cứng, nhẹ, rẻ tiền nên tháo lắp rất dễ dàng, thuận tiện cho việc lắp đặt hoặc kiểm tra bộ dẫn động Hệ dầm trực giao có ưu điểm là dễ chế tạo, thi công và gọn nhẹ hơn so với loại dầm trên mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cho dầm

1.3 Chọn các phương án cho cơ cấu dẫn động quay sàn :

3_ HGT 8_ Bánh răng dẫn động 4_ Vành răng chốt 9_ Vòng ray tròn 5_ Hộp bánh xe 10_ Phanh

Nguyên lý làm việc :

Hệ thống bánh răng chốt (4) gồm vành răng có gắn các chốt, hệ thống này làm việc giống như bộ truyền xích Chốt được lắp theo phương song song với mặt sàn quay (1) và ăn khớp với bánh răng dẫn động (8) Bánh răng (8) được dẫn động thông qua hộp giảm tốc (3), từ động cơ (2) Để dừng sàn chính xác ta dùng phanh (11) lắp ở đuôi động cơ để tránh mômen xoắn lớn ở đầu ra hộp giảm tốc (3)

Ưu nhược điểm của phương án :

Phương án này khó khả thi với lý do là vì sàn rộng nên khó tạo nên mặt phẳng ngang giữa ray và bệ được Để đảm bảo ăn khớp thì sàn và vành răng chốt luôn phải nằm tuyệt đối trên mặt phẳng ngang

Khi sàn làm việc sẽ có sự dịch chuyển của sàn theo phương đứng do sai số lắp đặt mà việc ăn khớp đòi hỏi chính xác vì vậy sẽ có hiện tượng trượt khớp giữa bánh răng chủ động và vành răng chốt, nên sàn làm việc không ổn định Ngoài ra khi sàn làm việc ( có tải ) cũng sẽ gây nên sự biến dạng cho sàn làm ảnh hưởng tới sự ăn khớp, trường hợp có chuyển vị lớn có thể gẫy trục dẫn động

Nguyên lý làm việc :

Giống như trường hợp trên, nhưng trong trường hợp này thì hộp giảm tốc đặt đứng Vành răng chốt (4) được đặt vuông góc với mặt phẳng sàn và ăn khớp với bánh răng dẫn động (8)

Ưu nhược điểm của phương án :

Phương án này khả thi hơn so với phương án trên, vì chốt luôn vuông góc với mặt phẳng sàn nên sự chuyển vị cũng như độ nghiêng cho phép do dốc cũng không ảnh hưởng và luôn đảm bảo ăn khớp giữa bánh răng dẫn động và vành răng chốt Nhưng phải sử dụng nhiều cụm dẫn động ( ≥ 2 cụm dẫn động ), vành răng chốt có kích thước lớn nên khó chế tạo, lắp đặt và không kinh tế ngoài ra tỷ số truyền của cụm dẫn động rất lớn

c, Phương án dẫn động bánh xe tựa để quay sàn : ( Hình 1.16 )

Sơ đồ dẫn động :

Hình 1.16 : Dẫn động bánh xe tựa

1_ Sàn quay; 2_ Động cơ; 3_ HGT

4_ Trục ra hộp giảm tốc; 5_ Bánh xe tựa; 6_ ổ đỡ bánh tựa

7_ Vòng ray tròn; 8_ Thép tấm lát đỡ ray; 9_ Sàn tầng thượng

Nguyên lý làm việc :

Bánh xe tựa di chuyển được dẫn động qua hộp giảm tốc (3) từ động cơ (2) Khi sàn làm việc thì các con lăn tì sẽ dẫn hướng cho bánh xe tựa đảm bảo bánh xe tựa không bị trượt ra khỏi vòng ray tròn

Ưu nhược điểm của phương án : Ưu điểm :

Phương án này dễ làm, dễ lắp, dễ kiểm tra

Bỏ được bộ truyền (bánh răng dẫn động + vành răng chốt) nên cụm dẫn động gọn, nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và có tính kinh tế cao

Tính sơ bộ ta thấy Vd/c bánh xe ≈ 1m/ph nên i không quá lớn, từ đó chọn được động cơ và hộp giảm tốc khả thi cho phương án này

Nhược điểm :

Có thể xảy ra trượt khi di chuyển nếu mômen mở máy trên trục động cơ quá lớn, sàn làm việc theo chế độ dài hạn ( mỗi buổi mở máy một lần ) Để tránh thì chỉ cần thông qua tính toán là giải quyết được

Chương 2 : Thiết kế kết cấu sμn

2.1 Xác định các kích thước trong sơ đồ kết cấu sàn : ( Hình 2.1 )

Kích thước cho trước :

- Đường kính ngoài : D = 10m - Đường kính trong : D = 3m

Hình 2.1: Sơ đồ kích thước của sàn quay

B - BA - A

A

Từ các kích thước chính đã có Sau khi tính toán ta sẽ đưa ra các kích thước còn lại của sàn như sau :

- Đường kính của phần sàn cố định là D = 10000 mm Hệ dầm trực giao … có kích thước 7000 x 7000 mm nội tiếp đường tròn D = 9900 mm

- Khoảng cách từ tâm ray đến mép ngoài của sàn quay không được quá lớn để tránh mômen lật sàn quay Từ đó ta chọn đường kính ray là D = 8800 mm

- Chia cạnh của dầm trực giao ra thành các ô đều nhau ( để dễ gia công hàng loạt sàn đặt vào trong các ô đó ) Sàn trong các ô đảm bảo cứng, nhẹ và rẻ nhất ta dùng lập là rộng 30mm dầy 4mm đặt nghiêng cách nhau 30 mm có thép tròn liên kết lại thành mảng 1580 x 1580 mm ( mặt cắt C - C ) hình 2.1

- Kết cấu dầm chịu lực là thép CT3 tiết diện I400 có kích thước như ( mặt

cắt A- A ) hình 2.1 với đặc tính là cứng, chịu uốn tốt, tính hàn cao, thông dụng và dễ kiếm Để làm thành sàn tròn từ hệ dầm trực giao ta hàn thêm

miếng thép có độ dầy bằng thép I ở duới có gân đỡ ( mặt cắt B - B ) hình

2.1

2.2 Xác định các thành phần tải trọng, sơ đồ tính và phương pháp tính : a, Tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân sàn : ( Tĩnh tải )

Để tính toán sơ bộ, ta tính diện tích mặt sàn :

Ssàn = π( r²ngoài — r²trong ) = 3,14.( 5² — 1,75² ) = 70 m² - Kết cấu dàn chịu lực :

Vật liệu là thép CT3 có tiết diện I400 trọng lượng 1m dài là 56,1 kg Theo sơ đồ (hình 2.1) ta có tổng số 110m dầm I400

- Mảng sàn bằng lập là : 40kg/ m²

→ trọng lượng của sàn dùng lập là : 40 70 = 2800 kg - Sàn gỗ dầy 20mm : 20kg/m²

→ trọng lượng của sàn gỗ : 20 70 = 1400 kg

Với hệ số vượt tải chung cho tĩnh tải là n = 1,1 ( tính đến sai số trọng lượng kết cấu và các phần chưa kể ở đây như : bản mã, mối hàn …)

b, Hoạt tải trên sàn : ( theo phương thẳng đứng )

Bao gồm vật dụng như : bàn ghế, người, trang thiết bị trên sàn

Theo tiêu chuẩn thiết kế (TCTK) tải trọng và tác động ( TCVN 2737 – 1995 ) với loại phòng làm nhà hàng có tải trọng tiêu chuẩn là 400kg/m²

+ Tải trọng ngang do lực quán tính:

Sàn quay có chế độ làm việc dài hạn, mỗi ngày thường chỉ mở máy 1-2 lần, mặt khác tốc độ quay rất chậm cho nên lực quán tính là không đáng kể, có thể bỏ qua

+ Tải trọng do độ nghiêng :

Sàn quay được lắp đặt trên ray tròn đã được căn chỉnh chính xác với độ nghiêng nhỏ ( khoảng 0,001 ) nên tải trọng xô ngang do độ nghiêng không đáng kể Mặt khác về mặt kết cấu, sàn quay là một dàn phẳng có độ cứng theo phương ngang rất lớn nên tải trọng xô ngang do độ nghiêng chỉ dùng để tính con lăn tì còn với kết cấu sàn có thể bỏ qua

d, Tổ hợp tải trọng tính toán :

Tổ hợp : TH = TT + HT

Do các thành phần tải trọng theo phương ngang kể trên là không đáng kể nên kết cấu thép sàn quay chỉ tính với tổ hợp các tải trọng thẳng đứng ở điều kiện làm việc nặng nhọc nhất Trong trường hợp này nên lấy ứng suất cho phép đối với thép CT3 là [ ]σ cp

= 160

2

+ Tĩnh tải (TT) :

- Trọng lượng bản thân (TLBT) của dầm sàn có khối lượng 56,1.1,1 = 61,71 kg/m phân bố đều trên toàn bộ dầm

- Tải trọng của sàn gỗ và sàn dùng lập là có khối lượng (1400+2800).1,1 = 4620 kg phân bố trên các nút của sàn Vì tổng số nút là 92 nên mỗi nút chịu một lực là 4620/92 = 50,2 kg/nút

+ Hoạt tải (HT ) :

- Lượng người trên sàn tuỳ từng thời điểm, ở đây ta tính cho trường hợp nặng nhọc nhất là khi đầy tải trên toàn bộ sàn 30800 kg Nên lực tác dụng lên mỗi nút là 30800/92 = 334,78 kg/nút

e, Sơ đồ và phương pháp tính toán :

Đây là hệ dầm trực giao siêu tĩnh, ta coi như tại nơi đặt bánh xe là 4 gối tựa Bốn gối này sẽ chịu tải trọng truyền từ sàn xuống nền Ta tính toán sàn theo phần mềm SAP 2000 theo sơ đồ như (hình 2.2) ( Phần đặt lực không vẽ : lực tác dụng lên sàn là các lực thẳng đứng theo phương z đặt vào các nút với giá trị là tổng các lực thẳng đứng đã tính ở mục (d))

Trong sơ đồ hình 2.2 thì các trục của hệ toạ độ địa phương được đánh số thứ tự là 1 , 2 , 3 Với qui ước trục 1 song song với trục x, trục 2 song song với trục z , trục 3 song song với trục y

Hình 2.2: Sơ đồ tính chuyển vị, mômen uốn, lực cắt của các thanh trong dầm

Để tăng độ chính xác tính toán, ta tăng số nút bằng cách chia nhỏ các thanh Sơ đồ đánh số nút và số thanh cho ở các hình 2.3 và hình 2.4 : có tổng số 92 nút và 116 thanh

Hình 2.3 : Sơ đồ nút trên sàn

Hình 2.4 : Sơ đồ thanh trên sàn

2.3 Kết quả tính toán :

- Sau khi tính toán ta có các sơ đồ sau:

Hình 2.5 : Sơ đồ biến dạng, chuyển vị tại các nút

Hình 2.5 : Sơ đồ biểu đồ mômen uốn (M2) quanh trục z

Hình 2.6 : Sơ đồ biểu đồ mômen uốn (M3) quanh mặt phẳng 0xy

Hình 2.7 : Sơ đồ biểu đồ lực cắt (Q2) song song với trục z

Hình 2.8 : Sơ đồ biểu đồ lực cắt (Q3) vuông góc với trục z

Hình 2.9 : Sơ đồ biểu đồ lực dọc (N)

- Các số liệu về kết quả tính cho ở phụ lục

Theo kết quả tính toán nêu trên, nhìn vào các sơ đồ biểu đồ nội lực trong các thanh, thì số liệu đáng chú ý để tính toán kiểm tra độ bền, độ cứng của sàn là :

* Nội lực : Do các thanh đều có tiết diện I400 nên ta chọn kiểm tra bền cho các thanh có nội lực lớn nhất Nhìn vào các sơ đồ hình 2.5, hình 2.8 và theo bảng phụ lục ta thấy : mômen uốn M2, lực cắt Q3, lực dọc N có giá trị rất nhỏ không ảnh hưởng đến dầm nên ta có thể bỏ qua

Theo các sơ đồ hình 2.6, hình 2.7 và theo bảng phụ lục, các thanh có mômen uốn M3 và lực cắt Q2 lớn nhất là các thanh cho ở bảng sau :

Thanh Mômen uốn (M3), Ncm Lực cắt (Q2), N

* Độ võng : theo bảng phụ lục ta thấy độ võng lớn nhất của sàn ở tổ hợp tải trọng tại các nút 10, 24, 35, 46 là : 4,269 mm

* Lực nén bánh lớn nhất : là phản lực lớn nhất theo phương z của các gối tựa Do tổ hợp gồm TT và HT gây ra là 10452kg Các lực này dùng để tính toán bánh xe, ray, và khả năng chịu lực của sàn

* Tổng phản lực của các gối tựa theo phương z : đây chính là tổng trọng lượng sàn ( do TT ) và lực thẳng đứng (do HT ) dùng để tính toán cơ cấu dẫn động quay sàn Do tĩnh tải (TT) gây ra là 2752.4 kg = 11008 kg

Do hoạt tải (HT) gây ra là 7700.4 = 30800 kg

2.4 Kiểm tra kết cấu sàn :

+ Kiểm tra theo độ võng cho phép : Độ võng cho phép lớn nhất trên sàn là

L = 10007000

= 7 mm

Độ võng lớn nhất khi tính toán là 4,269 mm thoả mãn độ võng cho phép

+ Kiểm tra theo ứng suất cho phép :

* Tại những thanh có mômen uốn lớn nhất :

Theo bảng trên: M3 = 3107,37 10³ Ncm, Q2= 4652,48 N σtt = σu2+ τc2 ≤[ ]σ cp

3 (2.1) Trong đó :

σtt : là ứng suất tính toán

σu : ứng suất do mômen uốn gây ra σu=

3,

M3: mômen uốn lớn nhất tại nút trên dầm M3max = 3107,37 10³ Ncm

Wx: m«men chèng uèn cm³ (Theo tµi liÖu {7,125}) Wx = 974 cm³

→ σu =

= 3190,32

2 = 31,9

2 (2.2) τc : øng suÊt do lùc c¾t g©y ra

τc =

,

= 65,16

2 = 0,65

2 (2.3) Thay (2.2) vµ (2.3) vµo (2.1) ta ®−îc :

σtt = 31,92+3.0,652 = 31,92

Víi [ ]σ cp: øng suÊt cho phÐp,

2

(Theo tµi liÖu {7,}) [ ]σ cp= 160

mmN