BAI HOAN CHINH

Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai tính theo:Chiều cao bụng dầm vai: phải chứa đủ 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bản bụng nhánh cầu trục... Chiều dài đường hàn sống

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NHIỆP MỘT TẦNG

1 CÁC SỐ LIỆU CỦA ĐỒ ÁN:

* Quy mô nhà xưởng: một tầng một nhịp, cầu trục hai mốc làm việc chế độ làm việc

trung bình, chiều dài theo phương dọc nhà Y(m), bước cột B=6m, mái lợp tôn Không bố trí cửa trời

- Bề rộng của cầu trục Bk = 6300 mm (kích thước gabarit tính theo phương dọc nhà củacầu trục )

- Nhịp cầu trục Lk = 22.5 m (nhịp gabarit của cầu trục, được tính bằng khoản cách giữa

2 tim ray) Ở đây, ta chọn bằng 22.5 m vì ở cột “nhịp cầu trục Lk” có 22.5m là trị số nhỏ hơn 24m(nhịp nhà) và gần với trị số đó nhất

- Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục K = 4400 mm (ở đây cầu trục chỉ có

- Phải đảm bảo sự vận hành của cầu trục

- Phải đảm bảo chiều cao thông thủy để thuận tiện trong sản xuất

- Phải đảm bảo nhịp của cầu trục Lk

3.2 Xác định kích thước theo phương đứng:

Nhiệm vụ: Xác định chiều cao của phần cột trên và phần cột dưới:

Chiều cao của phần cột dưới được xác định theo công thức:

Hd = Hr – hr - hdcc + hm Với:

- Cao trình đỉnh ray: H r = 9 m

- Chiều cao ray và đệm ray cầu trục: h r = 200 mm

- Chiều cao dầm cầu chạy: hdcc = (1/8÷1/10)B

= (1/10÷1/8) × 6000 = (600÷750) mm

=> Chọn h dcc = 600 mm

Các kích thước theo phương ngang được xác định như sau :

* Khoảng cách từ tim ray cho tới trục định vị:

* Khoảng cách tư` trục định vị đến mép ngoài cột :

Để đảm bảo được khe hở an toàn, ta cần chọn D theo công thức:

- Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột lấy (D = (60÷75) mm)

- Chọn a = 250mm

Khi đó:

D≤ -B1 - ht + λ - a = - 280 – 350 + 750 + 250= 370 mm

=> Thỏa điều kiện

* Bề rộng cột dưới xác định theo công thức:

- Hệ thanh bụng dàn: dạng tam giác có dàn phân nhỏ

3.5 Hệ giằng của nhà công nghiệp:

3.5.1 Nhiệm vụ:

+ Tạo thành kết cấu không gian cứng không bị biến hình

+ Chịu tải trọng dọc nhà để truyền xuống móng.

+ Tạo điều kiện thuận tiện thi công

3.5.2 Hệ giằng trong nhà công nghiệp gồm hai hệ thống:

+ Hệ giằng cột: hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dưới

+ Hệ giằng mái: hệ giằng cánh trên, hệ giằng cánh dưới, hệ giằng đứng

4 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:

4.1 Tải trọng thường xuyên:

Tải trọng thường xuyên gồm có trọng lượng bản thân của kết cấu, trọng lượng mái,trọng lượng hệ giằng….các tải này khi tính khung được đưa về thành tải trọng phân bố đều trên xà ngang

STT Các lớp cấu tạo mái Trọng

lượng (daN/m2 )

Hệ số n

Dàn đỡ kèo, giằng mái Kết cấu của mái

Xà gồ

5 25

7 12 14

1,1 1.2

1.2 1.2 1.2

tt

°

(daN/m2)

4.2 Tải trọng sữa chữa mái:

Theo TCVN-1995, tải trọng sửa chữa mái lợp tôn được lấy bằng 30 daN/m2 mặt bằng nhà, hệ số vượt tải n = 1.3, giả thiết mặt phẳng mái nghiêng một góc có

39 6 234

tt

ht

q × = × =B

4.3 Áp lực của cầu trục lên vai cột và lực xô ngang của cầu trục:

4.3.1 Áp lực của cầu trục lên vai cột:

Khi một phía có áp lực lớn nhất Dmax tác dụng, tương ứng phía bên kia lực tác dụng lên vai cột sẽ là nhỏ nhất Dmin Từ vị trí bất lợi của bánh xe trên dầm cầu trục ta có:

Dmax = n.nc.Pmax i

y

∑Dmin = n.nc.Pmin i

y

∑ Các số liệu tính toán xác định như sau:

+ Hệ số vượt tải (n = 1.1)+ Hệ số tổ hợp, xét đến xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của hai cầu trục hoạt động cùng nhịp (nc = 0.9)

Từ bảng catologue của cầu trục: Pmax = 220kN, G = 360kN, số lượng bánh xe một bên ray no= 2.

Pmin =

max 0

Dmax = n.nc.Pmax i

y

∑

= 1.1 × 0.9 × 220× 1.967= 428.4 (kN)

Dmin = n.nc.Pmin i

y

∑ = 1.1 × 0.9× 60× 1.967 = 116.8 (kN)

4.3.2 Lực xô ngang của cầu trục:

Trọng lượng xe con được tra từ catologue của cầu trục Gxc = 85 kN

T = n.nc.T1 i

y

∑ Trong đó:

T1 – lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục :

T1 =

0 0

T n

Với: n0 – số bánh xe ở một bên cầu trục

T0 – lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục, tính theo công thức:

T0 =

' ( xc) xc

xc

f Q G n n

f – hệ số ma sát, lấy f = 0.1 (móc mềm) và f = 0.2 (móc cứng)

Thay số vào ta tính được:

T0 =

' ( xc) xc

xc

f Q G n n

T1 =

0 0

T n

=

14.25 2 = 7.125 (kN)

T = n.n1.T1 i

y

∑

= 1.1 × 0.9 ×7.125×1.897 = 13.4 (kN) Lực xô ngang này được đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai cột 0.6 (m), tức là ở cao trình 8.8 (m)

Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

(Tiêu chuẩn “Tải trọng và tác động 2737 – 1995)

Độ cao ( m ) Dạng địa hình A3

5101520

1.001.071.181.241.29

30 1.37Nội suy:

H = 8200+3600= 11.8 m → k = 1.2016Dựa vào i ta suy ra chiều cao giữa dàn mái là 3200

H = 14.8 m → k = 1.2376

Hệ số khí động (Tiêu chuẩn “Tải trọng và tác động 2737 – 1995 ):

Bảng tra hệ số khí động của mặt khuất gió: ce3

B L

∑

=

6 24

ce1ce1

0

200

0+0.2

-0.6-0.4

-0.7-0.7

-0.8-0.8

α0 = arctg (1/10) = 5.710,H/L= 11.8/24= 0.5→ ce1 = -0.554

α0 = arctg (1/10) = 5.710,H/L= 11.8/24= 0.5 → ce2 = -0.4 + Tải trọng gió phân bố đều trên cột:

qđ = n.c.k.qo.B = 1.3 × 0.8 × 1.2016× 95× 6 = 712.31 (daN/m)

qh = n.c.k.qo.B = 1.3 ×-0.4 × 1.2016× 95× 6 = -356.15 (daN/m)với hệ số quy đổi ra phân bố đều là 1.05 ta được:

qđ = 712.31 × 1.05 =747,9 daN/m = 7.48 kN/m

qh = -356.15 × 1.05 = -374 daN/m = -3.74 kN/m

+ Toàn bộ phần tải gió tác dụng từ cao trình đáy vì kèo lên đến đỉnh mái được quy

về Wđ và Wh, được xác định theo công thức:

6 THIẾT KẾ CỘT:

6.1 Xác định chiều dài tính toán của cột:

a-Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung:

2 2

1 1

1.8 3.6 6.5 2.132 8.2 17.4

cd ct

N m N

1

0.55 8.2 5.04

1.845

3.35 0.55

N M N

h N M N

Nctruc, Nmai - lực nén trong nhánh cầu trục và nhánh mái

M-, Ntư – cặp nội lực có momen căng nhánh mái và lực dọc tương ứng

M+, Ntư – cặp nội lực có momen căng nhánh cầu trục và lực dọc tương ứng

6.3 Thiết kế cột trên:

Chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất (M = -120.3.kNm, Ntư = 50.9kN)

Chiều cao tiết diện cột ht = 350 mm

6.3.1 Chọn sơ bộ tiết diện:

Độ lệch tâm e = 120.3 /50.9 = 2.36 mGiả thiết η = 1.25, diện tích yêu cầu của tiết diện cột trên :

+ Bề rộng cánh tiết diện, chúng ta chọn theo điều kiện đảm bảo ổn định cột ngoài mặt phẳng khung:

bc = (1/12 – 1/15) Hct = (240→ 300) mm Chọn bc = 300 mm + Chiều dày bản cánh chọn theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh:

δc = (1/20 – 1/36)bc = (8.33 → 15) mm Chọn δc = 14 mm

6.3.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện:

60130

20.677 140.64

x x

6307

6.7 140.64

y y

650

31.4 20.677

x x x

l r

2 2 2

300

44.78 6.7

y y y

l r

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

J h

Từ m1 và 2x

λ tra phụ lục ta được: ϕlt = 0.283

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn như sau:

N

kN cm F

σϕ

Momen lớn nhất ở 1/3 đoạn cột được xác định bằng ½ giá trị momen lớn nhất M

Giá trị momen đưa vào tính toán là : M’ = -7142.3 (kNm)

Tính độ lệch tâm tương đối mx:

α = 0.65 + 0.005m = 0.65 + 0.005 x 0.02 = 0.6521000

Kết luận:Tiết diện chọn như vậy đã thỏa mãn các yêu cầu về chịu lực

6.4 Thiết kế tiết diện cột dưới:

- Chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh cầu trục

M1 = 490.5 kNm, N1 = -99.9 kN

- Chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh mái

M2 = -550.6 kNm, N2 = -156.7 kN

- Lực cắt lớn nhất tại chân cột: Qmax = 60,97 (kN)

- Xác định sơ bộ khoảng cách y1 từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của tiết diện như sau:

Giả thiết ban đầu: C = h cd = 1 (m)

Phương trình xác định vị trí trọng tâm tiết diện:

(kN)Giả thiết ϕ = 0.8, xác định sơ bộ diện tích của 2 nhánh cột như sau:

1 1

540.45

32.17 0.8 21

nh nh

N F

2 2

628.95

37.44 0.8 21

nh nh

N F

.Các đặc trưng của tiết diện đã chọn:

6.4.1 Đối với nhánh cầu trục:

- Diện tích tiết diện nhánh:

5010

11.2 40.2

x x

5285.24

11.47 40.2

y y

- Độ mảnh của nhánh cầu trục:

1 1 1

100

8.93 11.2

nh x x

l r

,

1 1 1

1000

87.2 11.47

y y y

l r

(giả thiết khoảng cách các điểm liên kết thanh giằng vào nhánh cột là lnh1 =

100 cm)

6.4.2 Đối với nhánh mái:

- Diện tích tiết diện nhánh:

x nh

4 2

379.97

2.95 43.8

x x

2 2

4889.9

10.57 43.8

y y

100

33.9 2.95

nh x x

l r

,

2 2 2

1000

94.61 10.57

y y y

l r

6.4.3 Đối với toàn bộ tiết diện cột dưới:

Fcd = Fnh1 + Fnh2 = 40.2+ 43.8 = 84 (cm2)

C = 100 – 2.84 =97.16 cmScd = Fnh1.C = 40.2x 97.16 = 3905.83(cm3)

y2 =

3905.

46.5 8

3 4

8

cd cd

x x cd

l r

- Chọn trước thanh xiên bằng thép L80x8 (Fx = 12.3 cm2, rmin = 1.57

cm).Khoảng cách giữa các điểm giằng 100 cm, góc ngiêng α =arctg

×

23

6.4.4 Kiểm tra lại tiết diện đã chọn:

Xác định lại lực dọc trong mỗi nhánh:

1 2 1 1

N

kN cm F

σϕ

Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung:

2 2

N

kN cm F

σϕ

550.6

3.51 156.7

M

N

1 1 1

1

0.1 203267.23

cd cd

e F y e

Với m và λ

, tra phụ lục ta được ϕlt = 0.894Kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung:

2.17 0.8586 84

lt cd

N F

σϕ

×

(kN/cm2)+ Với M2 = 490.5 kNm, N2 = 99.9 kN

2 2 2

490.

4.91 99.9

5 

M e N

m = 125.7cm

2 2 2

2

0.9 203267.23

cd cd

e F y e

Với m và λ

, tra phụ lục ta được ϕlt = 0.372Kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung:

2 99.9

2.3 0.5168 84

lt cd

N F

σϕ

×

(kN/cm2)

25

6.4.6 Kiểm tra thanh bụng đã chọn:

- Chiều dài thanh xiên: ltx =

Do Qqu< Qthực tế = 100 (kN) nên chúng ta lấy Q = 100 (kN)

- Lực nén trong thanh xiên do lực cắt Q gây ra:

tx tx

l r

tx tx

N F

βf x hh x fwf = 0.7 x 0.8 x 18 x 1cm = 10.08 kN

Như vậy: chiều dài đường hàn góc cần thiết cho các thanh xiên là:

- Lực dọc tương ứng trong mỗi cánh của cột trên:

1 1

207.5

max nh

M N

( ) ( )

2 min 2

2 1

209.7

5.5 21 1.4 (30 2 1.4)

nh h

h h

N l

Tính toán dầm vai cột:

Dầm vai tính như dầm đơn có nhịp L=hd =1m, chịu uốn bởi lực Nnh2 =280,25

kN truyền từ cánh trong của cột trên

Phản lực gối tựa: B =104.85kN

Moment uốn lớn nhất giữa nhịp: Mdv max =52.425kNm

Chọn chiều dày bản đậy nút nhánh cầu trục của cột dbđ =20mm, chiều rộng sườn đầu dầm của cầu trục: bs = 300mm, áp lực Dmax =428,4 kN, Gdcc = 10 (kN),

Chiều dày bản bụng dầm vai : xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung

(Dmax + Gdcc)

Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến dầm vai:

Z = bs + 2dbđ = 30 + 2 x 2 = 34(cm)

Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai tính theo:

Chiều cao bụng dầm vai: phải chứa đủ 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm

vai với bản bụng nhánh cầu trục

Chiều dày bản dưới dầm vai bằng 6 mm

Chiều cao bản bụng dầm vai

dv b

_ Chiều dài một đường hàn cần thiết để liên kết bản ‘K’ vào bụng dầm vai (để 4 đường hàn này đủ truyền lực vào Nnh2): (chọn hh = 6mm)

29

h

min

2 ) (

nh

f h

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai: để đơn giản tính toán và thiên về an toàn

ta quan niệm chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn

× = 250 (cm3) Kiểm tra điều kiện chịu uốn của tiết diện hình chữ nhật:

= 20.97 (kN/cm2) < 21 (kN/cm2) => Thoả

V Thiết kế dàn mái:

Sơ đồ và các kích thước của dàn vì kèo:

Ở phần trước ta đã giả định độ dốc mái là i = 1/10, chiều cao đầu dàn là 2.2m.Với nhịp nhà là 24 m, ta có sơ đồ dàn vì kèo như sau:

1) Thanh xiên đầu giàn: N= -96,63 kN

Chiều dài tính toán trong và ngoài mặt phẳng dàn

Đặc trưng tiết diện:

x x

l i

2 2y

2

372

59.36,27

y y

l r

min

kN cm x

x x

l i

31

2 2y

2

300

64.244,67

y y

l r

x x

l i

2 2y

2

600

142.184,22

y y

l r

106.86

2.37 21.0,9 18,9 /45,12

k N

x x

l i

2 2y

2

424

100.474,22

y y

l r

85.32

14.6 21.0,9 18,9 /0.487 12

k N

min

N

kN cm F

x x

l i

2 2y

2

300

71.094,22

y y

l r

79.61

9.21 21.0,9 18,9 /0.72 12

k N

min

N

kN cm F

Mômen đầu dàn: M = -61.51 kNm

Đường hàn liên kết thanh cánh dưới vào bản mắt:

• Đường hàn sống liên kết thép góc đều cạnh:

Chọn chiều cao đường hàn sống: hhs = 10mm Chiều dài đường hàn sống cần thiết

• Đường hàn mép liên kết thép góc đều cạnh:

Chọn chiều cao đường hàn mép: hhm = 6mm Chiều dài đường hàn sống cần thiết

• Đường hàn sống liên kết thép góc đều cạnh:

Chọn chiều cao đường hàn sống: hhs = 10mm Chiều dài đường hàn sống cần thiết

• Đường hàn mép liên kết thép góc đều cạnh:

Chọn chiều cao đường hàn mép: hhm = 6mm Chiều dài đường hàn sống cần thiết

Kiểm tra liên kết hàn giữa bản mắt và bản gối:

Khi dời cặp ngẫu lực về trọng tâm liên kết ta được một lực xô ngang:

0

61.51

30.7552

2 2

30.7 1 49

Tính toán liên kết bu lông bản gối vào cánh trong cột trên:

Khoảng cách từ trục thanh cánh dưới đến hàng bu lông trên cùng: z = 38cm l1 =10cm, l2 = 20cm, l3 = 30cm, l4 = 40cm Bu lông có cấp độ bền 6.6

Lực lớn nhất xuất hiện trong thân bu lông:

37

Diện tích tính toán quy ước:

Đường hàn liên kết thanh cánh trên vào bản mắt:

Đường hàn sống mỗi bên bản mắt có lhs=30cm; hh=10mm, đường hàn mép mỗi bên

Ứng suất trong đường hàn được kiểm tra:

Kiểm tra cường độ bản nối:

×

Bản nối liên kết bản mắt bằng 2 đường hàn đứng

Kiểm tra cường độ đường hàn:

8.3 Mắt khuếch đại giữa dưới dàn:

Mắt có thanh cánh dưới 2: 2L90x9 có lực dọc Ncd = 106.86 kN; Bản mắt có bề dày14mm

Đường hàn liên kết thanh cánh dưới vào bản mắt:

• Đường hàn sống liên kết thép góc đều cạnh:

Chọn chiều cao đường hàn sống: hhs = 10mm Chiều dài đường hàn sống cần thiết

• Đường hàn mép liên kết thép góc đều cạnh:

Chọn chiều cao đường hàn mép: hhm = 6mm Chiều dài đường hàn sống cần thiết

Kiểm tra liên kết giữa bản ghép vào thép góc cánh:

Chiều dài lh của hai đường hàn dọc theo mép thép góc là: lh=36cm; hh=8mm

Bản nối sẽ chịu một lực:

460.8

Chọn kích thước bản nối 10x200x400, bố trí 2 bản nối ốp 2 bên bản mắt

Kiểm tra cường độ bản nối:

×

Bản nối liên kết bản mắt bằng 2 đường hàn đứng

Kiểm tra cường độ đường hàn: