ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THUYẾT MINH, TÍNH TOÁN

Đồ án Kết Cấu Thép CÁC THÔNG SỐ CHUNG PHƯƠNG ÁN 1 PHẦN 1 TÍNH TOÁN KHUNG NGANG PHƯƠNG ÁN CỘT DÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN VỊ PHƯƠNG ÁN 2 PHẦN 1 TÍNH TOÁN KHUNG NGANG THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN PHƯƠNG ÁN 3 PHẦN 1 TÍNH TOÁN KHUNG

MỤC LỤC

- Địa hình khu vực A

- Bước khung: B = 6 (m)

- Chiều dài nhà: £ = 90 (m)

- Độ dốc mái: i = 10%

- Vật liệu lợp tôn kim loại: gtc = 0.1 KN/m2

- Cầu trục có chế độ làm việc trung bình, móc cẩu mềm

Số liệu thép sử dụng CT34 hoặc tương đương

- f = 22.0 kN/cm2, cường độ thiết kế của vật liệu thép

- RB = 1.1 kN/cm2, cường độ thiết kế chịu nén của móng BTCT

Que hàn E42, N42, E6013

- fwf = 15 kN/cm2, cường độ thiết kế của đường hàn góc

- fws = 19 kN/cm2, cường độ chịu cắt của thép cơ bản trên biên nóng chảy

- fw = 18 kN/cm2, cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu kéo, nén

- fwv = 13 kN/cm2, cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu cắt

Bu long liên kết cấp độ bền 4.6

- ftb = 17 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 4.6) chịu kéo

- fvb = 15 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 4.6) chịu cắt

- fcb = 18 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 4.6) chịu ép mặt

Bu long liên kết cấp độ bền 8.8

- ftb = 40 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 8.8) chịu kéo

- fvb = 35 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 8.8) chịu cắt

- fcb = 32 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 8.8) chịu ép mặt

- Chiều cao tiết diện dầm cầu chạy :

Chọn: hdcc = 60 (cm)

- Không bố trí đoạn cột chon dưới đất : hm = 0

- Độ võng của kết cấu mái :

- Khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo : a2 = 100 mm

- Chiều cao cột trên :

- HCT = hdcc + hR + HK + a2 + ∆ = 600 + 120 + 2400 + 100 + 100 = 3320 (mm)

- Chọn chiều cao cột trên HCT=3400 (mm)= 3.4 (m)

- Chiều cao cột dưới : HCD= Hr – hdcc – hR = 7500 – 600 – 200 = 6700 (mm)

Vậy chọn: HCT = 3.4m

HCD = 6.7m

- Chiều cao đầu dàn vì kèo: Chọn Hđd = 1.5 (m)

- Chiều cao dàn vì kèo tại giữa nhịp:

- Chiều cao cửa mái: Chọn HCM = 1.5 (m)

2 Xác định kích thước theo phương ngang

- Khoảng cách giữa 2 tim ray: Lk = 22.5 (m)

- Chiều cao tiết diện cột trên:

Chọn hCT = 400 (mm) = 40 (cm)

Chọn trục định vị trùng mép ngoài cột trên:

- Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị:

- Chiều cao tiết diện cột dưới:

Tim ray trùng với trục nhánh cầu trục cột dưới:

Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng của khung ngang, ta có:

Như vậy, trị số chiều cao tiết diện cột dưới đã chọn là đạt yêu cầu.

- Khoảng cách từ trục cột trên đến tim ray theo phương ngang:

- Chiều rộng chân cửa mái: LCM = 6(m)

Tải tiêu chuẩn

Tải tính toán(kN/m)Tải mái

nc Hệ số kết hợp đồng thời khi 2 cầu trục

đứng gần nhau (Chế độ làm việc nhẹ và trung bình)0.85

γn

Hệ số kể đến sự tăng áp lực của cầu

trục do đường ray và mối nối đường

ray không phẳng

1.1(Chế độ làm việc nhẹ và trung bình)

kd Hệ số kể đến ảnh hưởng của tải trọng

di động (Chế độ làm việc nhẹ và trung bình)1.0Tổng áp lực TC lớn nhất của bánh xe

CT nhân với tung độ ĐAH

Tổng áp lực TC nhỏ nhất của bánh xe

CT nhân với tung độ ĐAH

Công thức tính toán:

2. Theo phương ngang

1.1 Tải trọng cầu trục

Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục:

Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm xe con:

Lực hãm xe con, qua bánh xe cầu trục truyền lên dầm hãm vào cột:

1.2 Tải trọng gió

Stt Tên Kí hiệu Giá trị

3 Chiều cao dàn vì kèo

Cao trình trục thanh cánh dưới : H =10.1 m, địa hình A → k = 1.1824

Toàn bộ phần tải gió tác dụng từ đáy vì kèo lên đến đỉnh mái được qui về Wđ ,Wh,

Tải trọng tập trung của phần mái đặt tại trục thanh cánh dưới dàn:

+ Phía đón gió:

+ Phía hút gió:

Tải trọng gió phân bố lên cột:

+ Phía đón gió:

+ Phía hút gió:

PHƯƠNG ÁN

1

PHẦN 1

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG PHƯƠNG ÁN CỘT DÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN VỊ

I. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC – TỔ HỢP NỘI LỰC:

1.1.Quy ước về dấu :

- Momen (+) khi làm căng thớ bên dưới của xà và bên trong cột biên

1.2.Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang :

- Phương pháp tính: Giải nội lực bằng phương pháp chuyển vị (Cơ kết cấu)

- Do tính chất đối xứng của hệ khung, ta có các góc xoay:

- Phương trình chính tắc:

Với: r11: tổng phản lực momen ở các nút trên của khung khi xoay góc

r1p: tổng momen phản lực ở nút trên do tải trọng ngoài

Quy ước dấu: momen (+) và góc xoay (+) khi nút cột trái quay theo chiều kim đồng hồ, nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ

- Ảnh hưởng của sự lệch tâm (cột trên – cột dưới)

1.2.2. Hoạt tải sửa chữa :

1.3.Mô men cầu trục :

-5.470 5.470

- Độ lệch tâm e = hcd /2 = 0.75/2 = 0.375

- Momen lệch tâm do cầu trục:

- Biểu đồ momen do Mmax,Mmin trong hệ cơ bản Có thể dùng kết quả đã tính với Me ở mục 1.2.1 nhân với tỉ lệ:

- Giá trị momen trên hệ cơ bản

Momen Hệ cơ bản

Momen tại gối tựa cột trên

Momen tại gối tựa cột dưới

Momen tại gối tựa cột trên

Momen tại gối tựa cột dưới

- Giá trị momen cuối

Momen Hệ cơ bản

Momen tại gối tựa cột trên

Momen tại gối tựa cột dưới

Momen tại gối tựa cột trên

Momen tại gối tựa cột dưới

1.4.Lực hãm ngang :

- Lực T = 14.296 kN đặt cách vai cột trên 0.6

- Momen do chuyển vị nút :

Momen tại cao trình dầm hãm (trái) -0.0005 EI1

Lực ngang tại đầu cột (trái) -0.0053 EI1

Momen tại cao trình dầm hãm (phải) 0.0005 EI1

- Giá trị momen trên hệ cơ bản:

Với:

15.465 kNm-12.791 kNm18.05 kNm

- Bảng momen cuối:

Momen tại cao trình dầm hãm (trái) -12.2246 kN.m

Sơ đồ:

Mômen

1.5.Tính khung với tải trọng gió :

- Giá trị momen trên hệ cơ bản:

- Momen cuối:

Momen đầu cột (trái) 71.3439 kN.m

BẢNG NỘI LỰC

TT

tải Loại tải

Hệ số TH

Mmax(+

), N

Mmax(-) , N

+), N

), N

PHẦN 2 TÍNH TOÁN CỘT

1. TÍNH TOÁN CỘT – CHI TIẾT CỘT

I.1 Xác định nội lực tính toán :

1.1.2 Cột dưới:

Cột rỗng dưới có tiết diện không đối xứng (1C+ 1I), có hai cặp nội lực nguy hiểmcho hai nhánh, kết quả chọn từ bảng tổ hợp nội lực

- Nhánh cầu trục: Mmax= -309.6 kNm; Ntư= 424.6 kN

- Nhánh mái: Mmax= 498.2 kNm; Ntư= 243.4 kN

1.2 Xác định chiều dài tính toán :

- Tỉ số chiều cao cột trên và cột dưới:

1.3 Thiết kế tiết diện cột:

Chọn sơ bộ tiết diện cột:

Chọn

- Chiều dày bản cánh:

Chọn

Kiểm tra tiết diện cột trên:

Đặc trưng tiết diện hình học:

NHÓM 1h (mm) δb (mm) bc (mm) 27δc (mm) Ayc(cm2) chọn(cm2)A

1334.9

62.30

64.30

2.02

- Độ lệch tâm tương đối:

- Độ lệch tâm qui đổi:

Tra bảng có được hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện

- Kiểm tra bền:

Thỏa mãn điều kiện bền.

Ngoài mặt phẳng uốn:

- Cột làm việc như cột nén đúng tâm

- Momen đầu cột đối diện lấy từ bảng tổ hợp nội lực tương ứng tổ hợp tải

trọng của M2= -147.075 kNm (1+4+6+8) là

- Momen 1/3 đoạn cột:

- Giá trị tính toán :

- Độ lệch tâm tương đối:

Tra bảng được hệ số uốn dọc đối với trục y-y theo độ mảnh :

- Hệ số kể đến ảnh hưởng của momen uốn My và hình dạng tiết diện đối với

ổn định cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặt phẳng khung):

2.1 Chọn tiết diện cột dưới:

Cột rỗng dưới có tiết diện không đối xứng (1C+ 1I), có hai cặp nội lực nguy hiểm cho hai nhánh, kết quả chọn từ bảng tổ hợp nội lực

- Nhánh cầu trục: Mmax= -368.219 kNm; Ntư= 438.267 kN

- Nhánh mái: Mmax= 442.364 kNm; Ntư= 149.457 kN

• Cột dưới:

Giả thiết

Khoảng cách trục trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh cầu trục và nhánh máiLực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:

Thép

bản

b(cm) d(cm)26.000 0.800

- Thông số toàn tiết diện:

- Kiểm tra Icd/Ict = 6.9

A2 (cm2) Z0 (cm) Ix2 (cm4) ix2 (cm) Iy2 (cm4) ry2 (cm)

Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x -x:

1,2,3,5 84.737 463.539 360.706 8.302 Thỏa

,

, Kiểm tra theo trục ảo x-x:

Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x -x:

2.4 Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột:

- Chọn chiều cao đường hàn cả sống và mép là hh=6mm

- Cường độ tính toán của đường hàn góc

- Chiều dài đường hàn thanh xiên vào nhánh cột

• Chiều dài đường hàn sống: => chọn 6cm

• Chiều dài đường hàn mép: => chọn 5cm

- Chiều dài đường hàn thanh bụng ngang

• Chiều dài đường hàn sống: => chọn 5cm

• Chiều dài đường hán mép: => chọn 5cm

Que hàn

E42 fwf (kN/cm2)

fws (kN/cm2)

(f)mi

n =

ffwf15.000 19.000 10.500

Chiều cao đường hàn sóng và hàn mép hh(mm) 6.000

Chiều dài đường hàn thanh xiên vào nhánh

3 THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT

3.1 Mối nối hai phần cột:

- Dự kiến mối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 300mm Mối nối cánh ngoài, cánh trong và bụng cột trên tiến hành trên cùng một tiết diện

- Nội lực tại tiết diện trên vai cột:

- Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng:

• Chọn chiều cao đường hàn h bằng chiều dày thép cánh cột trên = 1 cm

• Chiều dài bằng bề rộng cánh côt trên lh (cm) = 20 cm

- Cánh trong được nối bằng bản nối K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều dày và chiều rộng bản cánh cột trên

Kiểm tra liên kết hàn ở cánh trong cột trên sh1(kN/cm2) 5.384 Thỏa

Kiểm tra liên kết hàn ở cánh ngoài cột trên sh2(kN/cm2) 4.074 Thỏa

Achọn(cm2)

với là cường độ đường hàn đối đầu

- Vì lực cắt ở cột trên khá bé, đường hàn đối đầu tại bụng cột lấy theo cấu tạo với chiều cao đường hàn đúng bằng chiều dày đúng bằng chiều dày thép bản bụng

3.2 Tính toán dầm vai:

Gdcc = 15 kN

Dầm vai tính toán như DĐG nhịp là l = hcd 0.75 m

=>chọn  dv = 6 mm

- Ta xem như chỉ có bản bụng dầm vai chịu lực, chiều cao dầm vai phải lớn hơn haybằng ½ chiều cao tiết diện cột dưới hdv ≥ 37.5 cm

=> Chọn hdv = 40 cm, chiều dày bản cánh dưới dầm vai 1cm

Kiểm tra điều kiện chống uốn của dầm vai:

• Có thể tính đơn giản ,thiên về an toàn theo quan niệm chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn.Tính moment chống uốn của bản bụng

• Kiểm tra điều kiện chịu chịu uốn của tiết diện chữ nhật

B (cm) L2 (cm) Abd (cm2)

- Ứng suất phân bố đều dưới bản đế:

 Kiểm tra sự cần thiết của sườn ngăn:

- Khi chưa có dầm ngăn chia thành các ô bản

• Ô bản 1: Dạng congxon, với phần nhịp vươn ra là:

(400-300 - 2x10)/ 2= 40 mm

Giá trị moment uốn lớn nhất = 9.16 kNcm/cm

• Ô bản 2 : Dạng ô bản kê 3 cạnh, kích thước theo phương cạnh tự do

(300 - 8 x2)=284 mm

Kích thước theo phương kia: (150/2 +(150/2- 50-8) = 92 mm

l2/l1 = 0.32 < 0.5 :bản thuộc loại dầm, tải trọng truyền theo phương cạnh ngắn

= 48.46 kNcm/cm

• Ô bản 3 : Dạng ô bản kê 3 cạnh, kích thước theo phương cạnh tự do là 300 mm

Kích thước theo phương kia (75-50-8) = 17mml2/l1 = 0.057 :bản thuộc loại dầm, tải trọng truyền theo phương cạnh ngắn

= 1.65 kNcm

- Kiểm tra bản đế đủ chịu lực: M max = 48.46 kNcm/cm

= 32.3 kN/cm2 > 22 kN/cm2 => phải có sườn ngănLúc này ta tính lại bản đế :

- Kiểm tra ứng suất trong đường hàn

=>đường hàn đủ khả năng chịu lực nếu bố trí thêm dầm đế

- Dầm đế chiụ tải trọng phân bố đều

- Tổng phản lực truyền lên dầm đế

- Ndd do 2 đường hàn dầm đế với sống và mép của thép góc C chịu

• Chọn chiều dày đường hàn sống hs = 6mm

• Chiều dày đường hàn mép hm = 6mm

Chiều dài cần thiết đường hàn:

lc 5.000 cmMoment uốn lớn nhất tại vị trí đường hàn sống M 175.3588 kNcm

, Sau đó tính sườn ngăn:

 Các đường hàn ngang:

- Đường hàn liên kết dầm đế với bản đế:

Chiều cao đường hàn = 0.67 cm

=>Chọn = 0.7 cm

- Đường hàn liên kết sườn ngăn với bản đế:

Chiều cao đường hàn = 0.818 cm

Thiết kế dầm đỡ, sườn đỡ bu long neo :

Sườn đỡ là công sôn ngàm tại liên kết hàn

Khả năng chịu lực của 2 đường hàn góc:

Cường độ đường hàn được kiểm tra theo công thức :

hf

cm

MmaxkNcm Qmax kN

lwcm

- Đường hàn liên kết dầm đế với bản đế:

Chiều cao đường hàn = 0.52 cm

=>Chọn = 0.7 cm

- Đường hàn liên kết sườn ngăn với bản đế:

Chiều cao đường hàn = 0.637 cm

 Cường độ đường hàn được kiểm tra theo công thức :



hf

cm

MmaxkNcm Qmax kN

lwcm

108 100

PHẦN 3

THIẾT KẾ DÀN

1 THIẾT KẾ DÀN MÁI

1.1 Cấu tạo dàn mái:

Chiều dài hình học của các thanh

 Mắt tại chân cửa trời:

 Mắt cửa trời gối lên:

1.2.2 Hoạt tải mái

• Mắt đầu dàn:

• Mắt trung gian:

Tải trọng Hệ số vượt

tải

Tải tiêuchuẩn(kN/m2)

B (m)

Tải tínhtoán(kN/m)

Thay thế momen đầu dàn bằng một cặp ngẫu lực

Hoạt tải mái (HTAIMAI):

Dmax trái (DMAXT):

Dmax phải (DMAXP):

Lực hãm T trái 1(TTRAI1):

Lực hãm T trái 2 (TTRAI2):

Lực hãm T phải 1 (TPHAI1):

Lực hãm T phải 2 (TPHAI2):

Tải trọng gió trái (GIOTR):

Tải trọng gió phải (GIOPH):

2 NỘI LỰC

Từ các tổ hợp nội lực xác định các nội lực nguy hiểm cho các thanh dàn

3 CHỌN CHI TIẾT DIỆN THANH DÀN

Chọn bề dày bản mắt của dàn theo độ lớn của nội lực trong thanh xiên đầu dàn

N = -106.9 kN  tbm = 6mm

• Xác định chiều dài tính toán của các thanh trong và ngoài mặt phẳng

Gọi: l là chiều dài hình học của thanh; l1 là chiều dài hình học thanh bị phân nhỏ

- Trong mặt phẳng:l x =  x l 1 (do có hệ dàn phân nhỏ)

+ Thanh cánh trên( c,d,e): x =1

+ Thanh cánh dưới(a,b): x =1+ Thanh xiên đầu dàn(1): x =1+ Thanh bụng còn lại(2,3,4,6,8):  x =0.8+ Thanh bụng phân nhỏ: l x =  x l( x =1)

-314.5

133.00

309.73

348.303

31.695 -27.863 383.5

-191.75

0

8 0.97

153.40

371.914

13.019 -13.019 383.5

-191.75

0

153.40

383.50

0

166.40

208.00

0

216.00

270.00Bụng phân

133.20

133.20

104.00

104.00

191.80

191.80

174.10

174.10

0 0

135.00

135.00

212.50

212.50

Cánh dưới

260.00

560.00-

260.00

560.00

300.00

600.00

y

x

ya

tbmVới các đặc trưng hình học khi ghép 2 thép góc như sau:

0 0 0 5 3 260.

• Kiểm tra tiết diện đã chọn

Kiểm tra:λmax ≤ [λ]

Với: [λ] được xác định theo tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005

Các thanh chịu nén:

+ Thanh cánh xiên: [λ] = 180 - 60α với α = N/(ϕAfγc)

+ Các thanh còn lại: [λ] = 210- 60α với α = N/(ϕAfγc)

Các thanh chịu kéo: [λ] =400

Kiểm tra: Thanh chịu kéo:

Thanh chịu nén:

Loại thanh Xiên đầu dàn

Bụng

Bụng phân nhỏ

Tiết diện các thanh

4 TÍNH TOÁN CHI TIẾT NÚT DÀN

Hình: sơ đồ nút dàn

- Chọn phương pháp hàn tay chiều dài cấu kiện mỏng nhất là: 7mm  hmin=5(mm)

Chọn h=5(mm)

Chiều dài đường hàn sống:

Chiều dài đường hàn mép:

Ta có bảng tổng hợp tính các đường hàn tại các nút như sau:

TB 8 6.81 5 5 4.5 1.9 40 40

Ghi chú:

TXĐG: Thanh xiên đầu giànTCT: Thanh cánh trênTCD: Thanh cánh dưới

- Chọn: bản mã 6x220x340

bản gối 10x160x340

Chọn 6 bulông, bố trí thành 3 hàng ngang,cách nhau 110mm

- Kiểm tra liên kết hàn giữa bản mã và bản gối :

e = 5.5 cm : khoảng cách từ trục thanh cánh dưới đến trọng tâm đường hàn

lh = 33 cm : đường hàn liên kết bản mã vào bản gối

Lực ngang đầu dàn :

Lực dọc đầu dàn : R = Ntxdg sin34.240 = 106.9x sin34.240 = 60.15 (kN)

Moment lệch tâm: Mlt = H.e = 98.05 x 5.5 = 539.3( kNcm)

Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bản mắt vào bản gối :

Chọn h h = 5 mm

- Bề dày bản gối :

Quan niệm bản gối như một bản ngàm ở hai cạnh là hai hàng bulông, chịu lực nhổ

H , làm bản tách ra khỏi thân cột trên

Với b 1 = 8 cm là khoảng cách giữa hai hàng bulông đứng,bề dày bản gối :

( thỏa)

- Bulong liên kết bản gối vào cánh trong cột trên :

Số bulong: 6, với l1 = 22cm , l2 = 11cm

( li : khoảng cách từ hàng bulông trên cùng đến hàng bulông thứ i)

z = 16.5cm : khoảng cách trục thanh cánh dưới đến hàng bulông trên cùng

Chọn bulông cấp 4.6

Lực lớn nhất xuất hiện trong bulông

Diện tích thu hẹp qua ren bulông cần thiết

Chọn bulông d24, có diện tích qua ren là

Kiểm tra khả năng chịu cắt của bu lông :

Khả năng chịu cắt của một bu lông

Nvb=fvb .γb.A.nv = 15 x 0.9 x 4.51 x1= 60.9( kN)Khả năng chịu ép mặt của bu lông

Ncb=fcb .γb.d.(Σt)min = 39.5 x 0.9 x 2.4 x 1 = 85.32 kN

Nkiểm tra = min(Nvb, Ncb) = 60.9 kN

Lực cắt tác dụng lên một bu lông : R/6 = 98.05/6 = 16.34 kN < 60.9 kN

1

17 l=5722

l=2805220

Số liệu: Ntct= 95.51 kN, hợp với phương ngang 6o

Ntb= 6.808 kN, hợp với phương ngang 25o

H=98.05 kN

- Chọn :Bản mắt: 6x240x220

Bản gối: 12x160x240

Bulông 4φ24

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

e = 3 cm : khoảng cách từ trục thanh cánh trên đến trọng tâm đường hàn

lh = 23 cm : đường hàn liên kết bản mã vào bản gối

Lực dọc đầu dàn :

R = Ntct sin60 + Ntb sin220 = 7.9(kN)

Moment lệch tâm: Mlt = H.e = 98.05x 3 = 294.15(kNcm)

Chiều cao đường hàn liên kết bản mắt vào bản gối :

Ta chọn : hh = 5 mm

- Tính bề dày bản gối :

Với b2 = 8 cm là khoảng cách giữa hai hàng bulông đứng