Đồ án kết cấu thép 2, trường đại học Xây dựng, giáo viên hướng dẫn Nguyễn Như Hoàng, thiết kế khung ngang nhà công nghiệp, nhịp khung 27m. Đồ án kết cấu thép 2, trường đại học Xây dựng, giáo viên hướng dẫn Nguyễn Như Hoàng, thiết kế khung ngang nhà công nghiệp, nhịp khung 27m.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP KHÔNG CẦU TRỤC I Số liệu nhiệm vụ thiết kế Số liệu thiết kế - Nhịp khung L = 27 m Bước cột B = m Chiều dài nhà: 17.B = 119 m Cao trình đỉnh cột: m Vùng gió IIA, dạng địa hình A Mái lợp tơn múi dày 0,47 mm, lớp chống nóng chống ồn dày 60 mm, (γ = 60 daN/m3) - Vật liệu thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3-5 mm) tương đương - Bê tơng móng B25 - Tường xây gạch cao 1,5 m phía dưới, qy tơn phía Nhiệm vụ thiết kế 2.1 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, bố trí sơ đồ kết cấu khung đầu hồi - Xác định vẽ sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung ngang: tĩnh tải, hoạt tải mái, hoạt tải gió - Thiết kế xà gồ cán nóng xà gồ dập nguội - Tính nội lực khung ngang Thể sơ đồ tải trọng 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 ngang Thiết kế chi tiết chân cột, liên kết xà cột, mối nối xà 2.2 Bản vẽ thể Thể vẽ A1 gồm: - Sơ đồ khung ngang, sơ đồ kết cấu khung đầu hồi Hệ giằng mái giằng cột Cột khung, mặt cắt chi tiết thân cột Xà ngang chi tiết xà Triển khai số thép cột xà, thống kê vật liệu Ghi dẫn cần thiết II 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 kiến trúc 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 cịn lại lấy khơng đổi Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang 1.1 Kích thước theo phương đứng H = H1 + hch Trong đó: H1 cao trình đỉnh cột, H1 = m hch chiều sâu chôn chân cột, hch = m H=7+1=8m 1.2 Kích thước theo phương ngang Nhịp khung L = 27 m, trục định vị mép cột a Tiết diện cột - 1 1 1 h = ÷ ) H ÷ = ÷ ÷.8 = ( 0,8 ÷ 0,53) 10 15 10 15 Chiều cao tiết diện cột: m Chọn h = 70 cm = 0,7 m - Chiều rộng tiết diện cột: b = ( 0, ÷ 0,5)h ) = ( 0, ÷ 0, ) 0, = ( 0, 21 ÷ 0,35 ) m 1 b = ÷ ) H ÷ = ÷ ÷.8 = ( 0, ÷ 0, 27 ) 20 30 20 30 Và m Chọn b = 0,4 m - 1 tw = ÷ )h ÷ = ÷ ÷.0, 7.100 = ( ÷ 0, ) 70 100 70 100 Chiều dày bụng: cm Chọn tw = cm - 1 t f = ÷ )h ÷ = ÷ ÷.0, 7.100 = ( 2,5 ÷ ) 28 35 28 35 Chiều dày cánh: cm Chọn tf = cm b Tiết diện xà mái - Chiều cao tiết diện nách khung: h1 ≥ L ÷ = 27 = 0, 675 40 40 m Chọn h1 = 0,7 m - Chiều rộng tiết diện nách khung: 1 1 1 1 b = ÷ ÷h1 = ÷ ÷.0,7 = 0,35 ÷ 0,14 2 5 2 5 m Chọn b = 0,4 m - Chiều cao tiết diện đoạn khơng đổi: h2 = ( 1, ÷ ) b = ( 1,5 ÷ ) 0, = 0, ÷ 0,8 m Chọn h2 = 0,6 m - 1 tw = ÷ )h1 ÷ = ÷ ÷.0, 7.100 = ( ÷ 0, ) 70 100 70 100 Chiều dày bụng: cm Chọn tw = cm tf ≥ 1 b = 0, 4.100 = 1,33 30 30 cm - Chiều dày cánh: Chọn tf = 1,6 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà cách đầu cột: l = ( 0,35 ÷ 0, ) L 27 = (0,35 ÷ 0, 4) = 4, 725 ÷ 5, 2 m Chọn l = 5m 1.3 Hệ giằng Hệ giằng phận kết cấu liên kết khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu khơng gian, có tác dụng: - Bảo đảm bất biến hình theo phương dọc nhà độ cứng không gian cho nhà; - Chịu tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng khung gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất xuống móng - Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng) cho cấu kiện chịu nén kết cấu: dàn, cột, - 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: Hệ giằng cột đảm bảo bất biến hình độ cứng tồn nhà theo phương dọc, chịu tải trọng tác dụng dọc nhà đảm bảo ổn định cột Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí khối nhà đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió cách nhanh chóng Theo tiết diện cột, hệ giằng cột đặt vào bụng cột Chọn tiết diện giằng làm từ thép tròn Φ25 Trên đỉnh cột bố trí chống dọc nhà 2C20 Hình 1.2 Sơ đồ hệ giằng cột Hệ giằng mái: Hệ giằng mái bố trí hai gian đầu nhà chỗ có hệ giằng cột Hệ giằng mái bao gồm giằng xiên chống, yêu cầu cấu tạo chống có độ mảnh λmax ≤ 200 Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện Φ25, chống chọn 2C20 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) Khi khung chịu tải gió, cánh xà chịu nén nên phải gia cường giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách bước xà gồ lại bố trí chống xiên Tiết diện chống chọn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800 mm Ngồi bố trí chống dọc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi thi cơng lắp ghép Hình 1.3 Sơ đồ hệ giằng mái 1.4 Sơ đồ kết cấu khung đầu hồi Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu khung đầu hồi Tải trọng tác dụng lên khung 2.1 Tải trọng thường xuyên - Trọng lượng lớp tôn lợp mái dày 0,47 mm: g1 = 0, 47 7850 = 3, 69 1000 kg/m2 - Trọng lượng lớp chống nóng, chống ồn dày 60 mm: g2 = 60 60 = 3, 1000 kg/m2 - Trọng lượng xà gồ: g3 = kg/m2 Tổng tĩnh tải tiêu chuẩn: qtc = g1 + g2 + g3 = 3,69 + 3,6 + = 14,29 kg/m2 Tĩnh tải tính tốn: qtt = 1,1.qtc = 1,1.14,29 = 15,72 kg/m2 Tĩnh tải tiêu chuẩn phân bố lên xà: qtc.B = 14,29.7 = 100,03 kg/m Tĩnh tải tính tốn phân bố lên xà: qtt.B = 15,72.7 = 110,03 kg/m 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3 - Hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn 30 kg/m2 mặt nhà - Hoạt tải tính tốn: 30.1,3 = 39 kg/m2 - Hoạt tải tiêu chuẩn phân bố lên xà: ptc = 30.B.cosα = 30.7.cos100 = 206,81 kg/m - Hoạt tải tính tốn phân bố lên xà: ptt = 39.B cosα = 39.7.cos100 = 268,85 kg/m 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 (kg/m) Trong đó: q: áp lực gió phân bố mét dài khung W0: áp lực gió tiêu chuẩn, gió vùng IIA có W0 = 83 kg/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 = m: bước khung Hệ số k C xác định theo TCVN 2737 – 1995, kết xác định tải trọng gió tổng hợp bảng đây: Bảng 2.1 Tải trọng gió theo phương ngang nhà Loại tải W0 (kg/m2) n k C B (m) q (kg/m) Cột đón gió Cột hút gió Mái đón gió Mái hút gió 83 83 83 83 1,2 1,2 1,2 1,2 1,136 1,136 1,185 1,185 0,8 -0,5 -0,255 -0,4 7 7 633,62 -396,01 -210,68 -330,47 Bảng 2.2 Tải trọng gió theo phương dọc nhà Loại tải W0 (kg/m2) n k C B (m) q (kg/m) Cột đón gió Cột hút gió Mái đón gió Mái hút gió 83 83 83 83 1,2 1,2 1,2 1,2 1,136 1,136 1,185 1,185 0,8 -0,5 -0,7 -0,7 7 7 633,62 -396,01 -578,33 -578,33 Thiết kế xà gồ 3.1 Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng Dùng xà gồ thép hình dạng tiết diện U14 Sơ đồ giằng xà gồ: Hình 3.1 Xà gồ sơ đồ giằng xà gồ Xà gồ U14 có đặc trưng hình học tiết diện: Loại tiết diện U14a hxg mm 140 bxg mm 60 Ix cm4 545 Iy cm4 57,5 Wx cm3 77,8 Wy cm3 13,3 G Kg/m 13,3 a Tải trọng tác dụng lên xà gồ tĩnh tải, hoạt tải mái tải trọng thân xà gồ - Chọn khoảng cách xà gồ: 1,2 m - Khoảng cách xà gồ theo phương ngang: d = 1,2.cos100 = 1,18 m - Tải trọng tiêu chuẩn: g + g2 3, 69 + 3, q tc = p + ÷.d + G = 30 + ÷.1,18 + 13,3 = 57,5 cos α cos100 kg/m - Tải trọng tính tốn: ( g + g ).1,1 (3, 69 + 3, 6).1,1 q tt = p tt + ÷.d + G.1,1 = 39 + ÷.1,18 + 13,3.1,1 = 70,34 cos α cos100 kg/m - Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x y: qtcx = qtc.sinα = 57,5.sin100 = 9,98 kg/m qtcy = qtc.cosα = 57,5.cos100 = 56,63 kg/m - Tải trọng tính tốn theo phương x y: qttx = qtt.sinα = 70,34.sin100 = 12,21 kg/m qtty = qtt.cosα = 70,34.cos100 = 69,27 kg/m Sử dụng giằng Φ18 giằng vị trí nhịp xà gồ Hình 3.2 Sơ đồ tính xà gồ Mơ men lớn theo phương: Mx = My = q tty B = 69, 27.7 = 424, 29 kg.m qxtt B 12, 21.7 = = 18, 70 32 32 kg.m Kiểm tra bền theo công thức: σ = σ x +σ y = Mx My + ≤ f γ c = 2100 Wx Wy σx = 424, 29.100 = 545,36 77,8 kg/cm2 σy = 18, 7.100 = 140,59 13,3 kg/cm2 kg/cm2 σ = 545,36 + 140,59 = 685,59 kg/cm2 < 2100 kg/cm2 => thỏa mãn Kiểm tra võng theo công thức: 2 ∆ ∆ ∆ ∆ = x ÷ + y ÷ ≤ = B B 200 B B Trong đó: ∆y ∆x B B độ võng tương đối xà gồ theo phương x phương y tải trọng tiêu chuẩn qtcx qtcy gây ∆ B = 200 độ võng tương đối cho phép xà gồ lợp mái tôn Với trường hợp dùng giằng xà gồ nhịp cần kiểm tra độ võng xà gồ điểm nhịp điểm cách đầu xà gồ khoảng z = 0,21.B - Độ võng tương đối điểm nhịp: ∆x =0 B ∆y B = 5.q tcy B 384.E.I x = 5.56, 63.10−2.(7.100)3 1 = < 384.21.10 545 453 200 => thỏa mãn - Độ võng tương đối điểm cách đầu xà gồ z = 0,21.B = 0,21.7 = 1,47 m: ∆x qxtc B 9, 98.10−2.(7.100)3 = = = B 2954.E.I y 2954.21.10 57, 10418 ∆y B = 3,1.q tcy B = 384.E.I x cm 3,1.56, 63.10 −2.(7.100)3 = 384.21.10 545 730 cm 2 ∆ 1 ∆ = ≤ = ÷ + ÷ = B 728 B 200 cm => thỏa mãn 10418 730 b Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ tổ hợp tĩnh tải gió (chiếu lên phương gió y-y) - Tải trọng gió tính tốn: ytt qgio = ce W0 k n d ( g + g ).d − 0,9 + G ÷.cos α cos α cos α = 0, 7.83.1,185.1, 1,18 (3, 69 + 3, 6).1,18 − 0,9 + 13,3 ÷.cos100 = 79, 0 cos10 cos10 kg/m - Tải trọng gió tiêu chuẩn: ytc qgio = ce W0 k d ( g + g ).d − 0,9 + G ÷.cos α cos α cos α = 0, 7.83.1,185 1,18 (3, 69 + 3, 6).1,18 − 0,9 + 13, ÷.cos10 = 63, 08 0 cos10 cos10 kg/m - Tĩnh tải theo phương x: ( g + g ).d (3, 69 + 3, 6).1,18 qx = 0,9 + G ÷.sin α = 0,9 + 13,3 ÷.sin10 = 3, 44 cos10 cos α kg/m Kiểm tra bền theo công thức: M gio = M qx = σ= ytt qgio B = 79, 6.7 = 487, 55 kg.m qx B 3, 44.7 = = 5, 27 32 32 kg.m M gio Wx + M qx Wy = 487,55.102 5, 27.102 + = 666,34 < 2100 77,8 13, kg/cm2 => thỏa mãn Kiểm tra võng: ∆ y , gio B = ytc 3,1.qgio B 384.E.I x 3,1.63, 08.10−2.(7.100)3 1 = = < 384.21.10 545 655 200 => thỏa mãn 3.2 Tính tốn xà gồ dùng thép dập nguội - Tải trọng tính tốn tải trọng thẳng đứng q (khơng tính trọng lượng xà gồ): ( g + g ).1,1 (3, 69 + 3, 6).1,1 q = p tt + d ÷ = 39 + ÷.1,18 = 55, 71 cos α cos100 kg/m - Tải trọng gió tính tốn (khơng tính trọng lượng xà gồ): y qgio = ce W0 k n d ( g + g ).d − 0,9 ÷.cos α cos α cos α y qgio = 0, 7.83.1,136.1, 1,18 3, 69 + 3, 6).1,18 − 0,9 ÷.cos10 = 91,39 cos100 cos10 kg/m M= 11439daNm (căng thớ biên phía xà); N= 4327daN (kéo); V = 3707daN a)Tính tốn liên kết theo quan niệm tính thứ * Tính bu lơng: Chọn bu lơng đường kính φ20 loại 8.8 bố trí bulơng hình vẽ 6.4, có: Diện tích thực bu lơng Abn= 3.14cm2; diện tích ngun bu lơng Abl= 2.45cm2; cường độ tính tốn chịu kéo bu lông f tb = 4000daN/cm2; cường độ tính tốn chịu cắt bu lơng fvb = 3200daN/cm2 - Kiểm tra bu lông chịu kéo: Thiên an tồn, xem bulong xoay quanh hàng bulong phía tiết diện xà Lực kéo lớn hàng bulơng ngồi cùng: (h1= 44cm; h2= 31cm; y= 15.5cm): Nb max = ( M + N.y ) h1 2.∑ h i = (1143900 + 4327 × 15.5) × 44 = 9196daN × (312 + 442 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 9196daN - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = (Thỏa mãn) 3707 = 463daN Khả chịu cắt bu lơng: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 463daN (Thỏa mãn) * Tính bích: - Chiều dày bích: Lực kéo bulông hàng tiếp theo: N2 = N1.h2 9196 × 31 = = 6479daN h1 44 t bb = 1,1 t bb = 1.1 g.∑ Nmax = 1.1 16 × × 9196 = 1.36cm × (30 + 16) × 2100 g.∑ Ni = 1.1 16 × × (9196 + 6479) = 1.77cm × (30 + 16) × 2100 2.(bbb + g).f 2.(bbb + g).f Chọn tbb = 2cm Kiểm tra với cặp nội lực: M = 12032daN.m (căng thớ biên phía xà); N = 1707daN (kéo); V = 2152daN Lực kéo lớn bulơng hàng ngồi cùng: Nbmax = ( M + N.y ) h1 2.∑ h i = (1203200 + 1707 × 15.5) × 44 = 8936daN × (312 + 44 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 8936daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 2152 = 267daN Khả chịu cắt bu lơng: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 267daN (Thỏa mãn) b) Tính tốn liên kết theo quan điểm thứ (Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC) Với cặp nội lực: M= 11439daNm (căng thớ biên phía xà); N= 4327daN (kéo); V = 3707daN * Tính bu lơng: - Phương trình hình chiếu lực lên phương đứng: σn A f + t w y.σn 1.y.σn − Nn − 2.Z = → 48σn + + 43.27 − 2.Z = 2 Ở đây: y – khoảng cách từ mép bụng cột vùng nén đến trục trung hòa; Af= bf tf= 30x1.6= 48cm2 Rút gọn phương trình: 48σn + 0.5yσn − 2Z = −43.27 (kN) (1) - Phương trình cân mơ men với trọng tâm vùng ứng suất nén phần bụng: y y 1.6 45 y 2Z[45 − (1.6 + ) − 0.5] + σn × 48 × ( + ) = 11439 + 43.27 × ( − ) 3 2 (kN.cm) Rút gọn phương trình: Z 85.8 − y + σn16y + 38.4σn = 12412.6 − 14.42y (2) - Phương trình biến dạng: ε bl C σ 42.9 − y Z = = n ε n y ⇒ 2.A bl E E y ; Trong đó: 42.9= 45 -0.5 -1.6 cm khoảng cách từ trọng tâm hàng bu lông đến mép bụng chịu nén Chọn sử dụng bu lơng đường kính φ20 loại 8.8 có: Diện tích thực bu lơng Abn= 3.14cm2; diện tích ngun bu lơng A bl= 2.45cm2; cường độ tính tốn chịu kéo bu lơng ftb = 4000daN/cm2; cường độ tính tốn chịu cắt bu lông fvb = 3200daN/cm2 Z = 210.2 σn − 4.9σn y (3) - Thay (3) vào (1) được: 48σn + 0.5yσ n − 2(210.2 σn − 4.9σn ) = −43.27 y → 0.5σn y + 57.8σn y − 420.4σn = −43.27y → σn = −43.27y 0.5y + 57.8y − 420.4 (4) - Thay (3) vào (2): σn 210.2 − 4.9σn ÷85.8 − y + σn16y + 38.4 σn = 12412.6 − 14.42y y Sau biến đổi rút gọn được: σn = −14.42y + 12412.6y 19.26y − 522.1y + 18035 (5) - Cân (4) (5) có phương trình bậc với y: −7.21y + 6206.2y + 700919.2y − 4437882.5 = (6) - Dễ dàng giải (6) nghiệm thích hợp: y = 6.01cm Do ứng suất nén cánh: σn = −43.27y −43.27 × 6.01 = 0.5y + 57.8y − 420.4 0.5 × 6.012 + 57.8 × 6.01 − 402.4 = 4.732kN / cm2 = 473.2daN / cm2 < 2100daN / cm - Hợp lực lực kéo bu lông: Z = 210.2 σn 4.732 − 4.9σn = 210.2 × − 4.9 × 4.732 = 142.3kN y 6.01 - Lực kéo lớn hàng bu lơng ngồi cùng: Z1 = Z 49.4 − y 43.39 = 142.3 × = 167.37kN 49.4 − y − 6.5 36.89 Mỗi bu lông chịu 83.68kN = 8368daN - Lực kéo hàng bu lông thứ hai: Z = Z 49.4 − y − 13 30.39 = 142.3 × = 117.22kN 49.4 − y − 6.5 36.89 Mỗi bu lông 58.61kN = 5861daN Khả chịu kéo bulông Φ20: Z1 Z2 , [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN > 2 (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 3707 = 463daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 463daN (Thỏa mãn) * Tính bích: Lực bu lông hàng phân phối cho cánh, bụng cột sườn 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 P2 = L 1+ ÷ L2 Z L 1+ ÷ L1 - Phân phối Z1 cho bụng cánh cột: P1 = + Cho sườn: 83.68 = 31.83kN 1+ ( ) 6.8 P2 = + Cho cánh: 83.68 = 51.84kN 6.8 1+ ( ) - Phân phối Z2 cho bụng cánh cột: P1 = + Cho bụng: P2 = + Cho cánh: 58.61 = 18.61kN 1+ ( ) 6.2 58.61 = 40kN 6.2 1+ ( ) - Tính mơ men uốn bích: + Do tải truyền vào cánh: M= 51.84 × (6.8 − 0.25 × 2) = 163.3kNcm Hoặc: M= 40 × (6.2 − 0.25 × 2) = 114kNcm Chiều dày bích: t bb = + Do tải truyền vào sườn: Chiều dày bích: t bb = 6.M = bi f.γc M= 31.83 × (8 − 0.25 × 2) = 119.36kNcm 6.M = bi f.γ c + Do tải truyền vào bụng: × 163.3 × 102 = 1.76cm 15 × 2100 × M= × 119.36 × 102 = 1.80cm 10.5 × 2100 × 18.61× (8 − 0.25 × 2) = 69.78kNcm Chiều dày bích: t bb = 6.M × 69.78 × 102 = = 1.11cm bi f.γ c 16 × 2100 × - Dùng bích có chiều dày tbb = 2cm * Kiểm tra ứng suất phận lực kéo bu lông truyền vào: - Bản cánh: - Sườn: - Bản bụng: σ= 51.84 + 40 = 3.06kN / cm2 = 306daN / cm < 2100daN / cm 15 × σ= × 31.83 = 5.05kN / cm2 = 505daN / cm < 2100daN / cm 10.5 × 1.2 σ= × 18.61 = 1.93kN / cm2 = 193daN / cm2 < 2100daN / cm 16 × 1.2 c) Tính liên kết đường hàn mặt bích với xà: Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ đường hàn tự động mm chiều dày lớn (bản bích) 20 mm Chiều cao lớn đường hàn cánh cột với bích : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x1.6 = 19.2mm chọn mm Chiều cao lớn đường hàn bụng cột với bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x10 = 12mm chọn mm A w = × 0.7 × 0.8 × (29 + 27) + × 0.7 × 0.8 × 40 = 107.52cm Iw = × 0.7 × (29 × 0.8 × 232 + 27 × 0.8 × 20 + Ww = 0.8 × 403 ) = 35252.3cm 12 Iw × 35251.3 × = = 1512.9cm3 hc + × 0.8 46.6 Cặp nội lực vị trí liên kết xà: M= 11439daNm; N= 4327daN; V = 3707daN τhl = ( M N V 11439 × 10 4327 3707 + ) +( ) = ( + ) +( ) Ww A w Aw 1512.9 107.52 107.52 = 797.1daN / cm2 < 1800daN / cm2 * Tính liên kết đường hàn mặt bích với cột xà phương pháp gần đúng: Chọn chiều cao đường hàn cột với bích hf = 8mm Lực dọc N mômen đường hàn góc cánh chịu: Nc = N M 4327 1143900 + = + = 30684.1daN hctk 43.4 Ứng suất đường hàn góc cánh: τc = Nc 30684.1 = hf (bf − 1) + hf (b f − t w − 1) 0.8 × 29 + 0.8 × 27 = 684.9daN / cm2 < 0.7 × 1800 = 1260daN / cm2 Lực cắt đường hàn bụng cột chịu: V= 3707daN Ứng suất đường hàn bụng: τ w == 3707 = 57.92daN / cm2 < 1260daN / cm2 × 0.8 × 40 Đường hàn đủ khả chịu lực 6.5 Chi tiết đỉnh xà Hình 6.6 Chi tiết đỉnh xà Nội lực đỉnh xà: M = 7278daN.m (căng thớ biên xà); N = 2284daN (nén); V = 406daN a) Tính tốn liên kết theo quan niệm tính thứ * Tính bu lơng: Chọn bu lơng đường kính φ20 loại 8.8 bố trí bulơng hình vẽ 6.6, có: Diện tích thực bu lơng Abn= 3.14cm2; diện tích ngun bu lơng Abl= 2.45cm2; cường độ tính tốn chịu kéo bu lông f tb = 4000daN/cm2; cường độ tính tốn chịu cắt bu lơng fvb = 3200daN/cm2 - Kiểm tra bu lông chịu kéo: Lực kéo lớn hàng bulơng ngồi cùng: (h 1= 44.7cm; h2= 31.7cm; y= 15.8cm): Nbmax = M.h1 727800 × 44.7 = = 5417daN 2.∑ hi × (31.72 + 44.72 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 5417daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 406 = 51daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 51daN (Thỏa mãn) * Tính bích: - Chiều dày bích: Lực kéo bulơng hàng tiếp theo: N2 = N1.h2 9196 × 31.7 = = 3841daN h1 44.7 t bb = 1,1 t bb = 1.1 g.∑ Nmax 2.(bbb + g).f g.∑ Ni 2.(bbb + g).f = 1.1 = 1.1 16 × × 5417 = 1.04cm × (30 + 16) × 2100 16 × × (5417 + 3841) = 1.36cm × (30 + 16) × 2100 Chọn tbb = 2cm Kiểm tra với cặp nội lực: M = -4848daN.m (căng thớ biên phía xà); N = 6273daN (nén); V = 1114daN Lực kéo lớn bulơng hàng ngồi cùng: Nbmax = ( M + N.y ) h1 2.∑ h i = (484800 + 6273 × 15.5) × 44.7 = 4332daN × (31.72 + 44.7 ) Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 4332daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 1114 = 139daN Khả chịu cắt bu lông: [N]vb = 3.14 × 0.9 × 3200 = 9043daN Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 139daN (Thỏa mãn) b) Tính đường hàn liên kết mặt bích với xà Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ đường hàn tự động mm chiều dày lớn (bản bích) 20 mm Chiều cao lớn đường hàn cánh cột với bích : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x1.6 = 19.2mm chọn mm Chiều cao lớn đường hàn bụng cột với bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x10 = 12mm chọn mm A w = × 0.7 × 0.8 × (29 + 27) + × 0.7 × 0.8 × 40 = 107.52cm2 0.8 × 403 Iw = × 0.7 × (29 × 0.8 × 23 + 27 × 0.8 × 20 + ) = 35252.3cm 12 2 Ww = Iw × 35251.3 × = = 1512.9cm3 hc + × 0.8 46.6 Cặp nội lực vị trí liên kết cột với xà: M = 7278daN.m; N = 2284daN; V = 406daN M N V 7278 × 10 2284 406 τhl = ( + ) +( ) = ( + ) +( ) Ww A w Aw 1512.9 107.52 107.52 = 459.8daN / cm2 < 1800daN / cm2 Đường hàn đủ khả chịu lực Thiết kế cột sườn tường, cửa trời 7.1 Cột sườn tường Lấy sơ đồ tính với cột khớp với móng, có điểm tựa vào dàn gió Chọn tiết diện cột sườn tường thép tổ hợp tiết diện chữ I có: h = 350 mm, bf = 180 mm; tf = 10 mm; tw = mm Đặc trưng hình học Wx = 731,6 cm3 ; A = 62,4 cm2; rx = 14,32 cm; ry = 3,95 cm; Chiều dài tính tốn cột sườn tường: l x = 1300 cm; ly = 240 cm (cách xà gồ tường lắp chống xà gồ); Hình 7.1 Sơ đồ tính tốn cột sườn tường - Độ mảnh cột sườn tường: λx = ly 240 lx 1300 = 60.77 = = 90.76 λ y = = ry 3.95 rx 14.32 ; Độ mảnh giới hạn cột: theo bảng 25 TCXDVN 338:2005: [ λ ] = 120 Max (λx; λy) = λx = 90.76 ⇒ Max (λx; λy) < [ λ ] (Thoả mãn) - Độ mảnh quy ước cột: λ x = λx 2100 f λ x = 90.76 = 2.87 E⇒ 2.1× 106 λ y = λy 2100 f λ y = 60.77 × = 1.92 E⇒ 2.1× 106 Tải trọng gió tính tốn tác dụng lên cột sườn tường phân bố theo chiều cao cột: W = W0 k.c e n L = 125 × 1.05 × 0.8 × 1.2 × = 604.8daN / m Trong đó: L/6 diện đón gió cột sườn tường Trọng lượng thân tường tôn (tôn, xà gồ tường, giằng) : 15daN/m2 Tải trọng phân bố theo chiều cao cột : 15x L/6= 15x 4= 60daN/m Kiểm tra tiết diện cột sườn tường cấu kiện chịu nén lệch tâm Sau phân tích nội lực ta có nội lực nguy hiểm tiết diện cột: M = 12776daNm; N = - 818daN; V = daN e M A 12776 × 102 62.4 m= = × = × = 133.22 ρ N Wx 818 731.59 Độ lệch tâm tương đối: Độ lệch tâm tính đổi: me = ηm → me > m > 20 - Kiểm tra điều kiện ổn định mặt phẳng : Do m > 20 nên cần kiểm tra điều kiện bền theo công thức: σ= N M ± ≤ f γ c A n WX σ= 818 12776 × 10 + = 1759.45 < fγ c = 2100(daN / cm ) 62.4 731.59 (Thoả mãn) σ= 818 12776 × 10 − = −1733.23 ⇒ σ < fγ c = 2100(daN / cm ) 62.4 731.59 (Thoả mãn) - Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể mặt phẳng khung: N ≤ fγ c c.φ y A Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng mơ men uốn M x hình dáng tiết diện đến ổn định cột theo phương vng góc với mặt phẳng uốn (phương mặt c= phẳng uốn) c phụ thuộc vào mx = 133.22 >10 nên hệ số: + mx φy φb Hệ số uốn dọc ϕy trục y-y tiết diện xác định tra bảng D.8, TCXDVN 338:2005 tương ứng với λ y = 60.77 : ϕy = 0.818 Tính ϕb theo phụ lục E, TCXDVN 338:2005 (phụ thuộc hệ số α hệ số ψ dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên): l t a.t3 α = o f ÷ + w3 hfk b f b f t f Tính hệ số: ÷ ; Trong đó: lo = 2.4 m ; hfk – khoảng cách trọng tâm hai cánh: hfk = 34 cm; a =0.5hfk = 17 cm; 240 × 17 × 0.8 α = 8× × + ÷ = 1.83 ÷ 18 × 13 34 × 18 Do 0.1 Vậy: ϕb =1 c= Do đó: 0.818 + 133.22 × = 0.0091 ; N 818 = = 1762.36 < fγ c = 2100(daN / cm ) c.φ y A 0.0091× 0.818 × 62.4 (Thoả mãn) - Kiểm tra ổn định cục cánh cột sườn tường: b0f b ≤ [ ] b = bf − t w = 18 − 0.8 = 8.6 tf t ; 0f 2 ; b0f 8.6 = = 8.6 tf Tra bảng 35 TCXDVN 338: 2005 độ mảnh giới hạn phần cánh nhô cột (độ mảnh quy ước λ tính theo λmax = max(λx , λ y ) ; λ = max (2.87; 1.92) = 2.87 b0f = 0.36 + 0.10λ tf ( ) E f = ( 0.36 + 0.10 × 2.87 ) 2.1× 10 = 20.18 2100 b b0f = 8.6 ≤ 0f tf t f = 20.18 (Thoả mãn) - Kiểm tra ổn định cục bụng cột sườn tường hw hw hw 33 ≤ = = 41.25 t w t w t w 0.8 ; Kiểm tra ổn định bụng với cấu kiện chịu uốn theo công thức: 2.1× 10 hw E hw = 41.25 < 3.2 = 101.2 ≤ 3.2 tw f ; tw 2100 ; Bản bụng không ổn định cục hw E 2.1× 106 = 41.25 < 2.3 = 2.3 = 72.32 tw f 2100 Không cần thêm sườn gia cường 7.2 Cửa trời Chân cửa trời liên kết với cánh xà ngang bu lông liên kết ngàm Nội lực nguy hiểm chân cột: M= 2832.2daNm;N= 1794.2daN;V= 2518.6daN Chọn sơ cột xà ngang cửa trời tiết diện chữ I có: h = 20cm; b = 10cm; tf = 1cm; tw = 0.8cm Đặc trưng hình học tiết diện thanh: A= 34.4cm 2; Ix= 2195.5cm4; Iy= 167.4cm4; Wx = 219.6cm3; Wy = 33.5cm3 Hình 7.2 Liên kết chân cửa trời xà * Kiểm tra điều kiện bền: Cần kiểm tra điều kiện bền theo công thức: σ= σ= N M ± ≤ f.γ c A n WX 1794 2932.2 × 102 + = 1342.2 < fγ c = 2100(daN / cm ) 34.4 219.6 (Thoả mãn) 1794 2932.2 × 102 σ= − = −1237.9 ⇒ σ < fγ c = 2100(daN / cm ) 34.4 219.6 (Thoả mãn) * Tính liên kết bu lơng vị trí chân cột cửa mái: Cặp nội lực chịu kéo chân cột cửa trời: M= 2832.2daNm;N= 1794.2daN;V= 2518.6daN Chọn bu lơng đường kính φ16 loại 8.8 bố trí bulơng hình vẽ 6.6, có: Diện tích thực bu lơng Abn= 2.01cm2; diện tích ngun bu lơng Abl= 1.57cm2; cường độ tính tốn chịu kéo bu lơng f tb = 4000daN/cm2; cường độ tính tốn chịu cắt bu lông fvb = 3200daN/cm2 - Kiểm tra bulong chịu kéo: Lực kéo lớn bulông (khoảng cách hàng bulong h1= 30cm): Nbmax = M N 283220 1794 + = + = 5169daN 2h1 × 30 Khả chịu kéo bulông: [N]tb = Abn.ftb = 1.57x4000 = 6280daN Điều kiện: [N]tb= 9280daN > Nbmax= 5169daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên bu lông: Nvb = 2518.6 = 630daN Khả chịu cắt bu lơng: [N]vb = 2.01× 0.9 × 3200 = 5789daN Điều kiện: : [N]vb= 5789daN > 630daN (Thỏa mãn) - Tính bích: Chiều dày bích tính theo cơng thức sau: t bb = 1,1 Chọn tbb = 1.4cm g.∑ Nmax 2.(bbb + g).f = 1.1 × × 5169 = 1.15cm × (10 + 8) × 2100 ... Nmax t bb = 1,1 t bb = 1,1 2. (bbb + g).f g.∑ Ni 2. (bbb + g).f = 1,1 = 1,1 20 .2. 104 62, 32 = 1.42cm 2. (40 + 20 ) .21 00 20 .2. (104 62, 32 + 9 021 ,86 + 720 2, 32) = 2, 26cm 2. (40 + 20 ) .21 00 Chọn tbb = 3cm *Kiểm... 15 +23 /2 = 26 ,5 cm σ = 44,88 100 − 48,97 − 26 ,5 = 21 ,57 kg / cm2 100 − 48,97 Tải trọng tác dụng lên sườn ngăn: q = 21 ,57.(100-48,97 -26 ,5) = 529 ,11 kg/cm M= 529 ,11 .29 , 52 = 23 022 8,99kg.cm V = 529 ,11 .29 ,5... − 15 = 43, 06 = 29 ,87kg / cm y1 48,97 Tính mơ men uốn đơn vị dài đế: - Ơ (bản kê cạnh) có: b2/a2 = 29 ,5 /23 = 1 ,28 3, tra bảng có αb = 0, 122 M1 = αbσca 22 = 0, 122 .29 ,87 .23 2 = 1 927 ,75 kg.cm/cm -