ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

- Khoảng cách giúp cầu trục khi hoạt động không chạm vào cột: Với H là chiều cao toàn cột: H =13,7 m - Thường thiết kế trục của nhánh trong cột dưới trùng với trục dầm cầu cầu trụcnên c

Vĩnh Long, tháng 7/2022

Chữ ký của giảng viên hướng dẫn

PHẦN I TÍNH TOÁN CHUNG

Kết cấu chịu lực của nhà xưởng là một khung ngang gồm cột và dàn Để đảmbảo độ cứng theo phương ngang nhà, liên kết giữa cột và dàn mái được thực hiện làliên kết cứng Liên kết giữa chân cột và móng bê tông cốt thép cũng là liên kếtngàm cứng.vẽ so do khung:

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung ngang nhà xưởng 1 nhịp, 1 tầng với các số liệu sau:

- Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I)

- Số lượng cầu trục: 2 cầu trục, 2 móc cẩu

- Mô đun đàn hồi E = 21x103 kN/cm2

- Vùng áp lực gió: II-A, địa hình C Có W0 = 83 daN/m2 = 0,83 kN/m2

- Hàn thủ công dùng que hàn N50

- Bê tông móng cấp độ bền B20, có Rb = 1,15 kN/cm2

- Kết cấu bao che, tường xây gạch, tấm tường BTCT

2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

2.1 Theo phương đứng:

Cốt mặt nền  0.000, ta có cao trình đỉnh ray H1 = 9,1 m, nhịp nhà L = 33m (theo đề đồ án) Tải trọng cầu trục Q = 500/100 kN, chế độ làm việc trung bình

  = 750 mm = 0,75 m (  là khoảng cách từ trục định vị đến tim ray)

Ta có: Nhịp khung là khoảng cách giữa 2 trục định vị được xác định theo công thức:

L = Lct + 2  Lct = L - 2 = 33 – 2 x 0,75 = 31,5 m

Tra bảng F5 Cataloge cầu trục, ta có các thông số về cầu trục:

Bc = 6650 mm; K = 5250 mm; Hct = 3150 mm; B1 = 300 mm;

Trong đó:

+ Bc: chiều rộng tiết diện cầu trục

+ B1: phần đưa ra của cầu trục phía ngoài ray

+ Lct: nhịp cầu trục

+ Hct: chiều cao dầm cầu trục

- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

H2 = Hct + 100 mm + fTrong đó:

+ Hc: kích thước gabarit của cầu trục, từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con.Tra trong catalo cầu trục

+ 100: khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

+ f: khe hở phụ, xét độ võng của kết cấu mang lực mái và việc bố trí thanh giằngcánh dưới Lấy bằng f = (200 ÷ 400) mm chọn f = 350 mm

Kích thước H2 lấy theo bội số 200 mm

 chiều cao mái Hm = H0 + h = 2,2 + 1,65 = 3,85 m

- Chiều cao toàn bộ cột: H= Ht + Hd = 4,8 + 8,9 = 13,7 m

2.2 Theo phương ngang:

lối đi qua bụng cột: 1000



Chọn ht = 500 (mm) = 0,5 m

+ Sức trục: Q = 500 kN  Trục định vị cách mép ngoài cột: a = 0,25 m

+ Khoảng hở an toàn giữa cầu trục và cột, D = 60 ÷ 75 mm Chọn D = 60 mm

- Khoảng cách giúp cầu trục khi hoạt động không chạm vào cột:

Với H là chiều cao toàn cột: H =13,7 m

- Thường thiết kế trục của nhánh trong cột dưới trùng với trục dầm cầu cầu trụcnên chiều cao tiết diện cột dưới:

2.4.1 Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên.

Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên có tác dụng bảo đảm ổn định cho cánhtrên chịu nén của giàn, được giằng theo phương ngang nhà tại vị trí hai dàn mái đầuhồi, đầu khối nhiệt độ và tại giữa nhà (cách nhau khoảng 50 ÷ 60 m)

Hình 1.2 Sơ đồ hệ giằng cánh trên.

2.4.2 Hệ giằng trong mặt phẳng cánh dưới:

Hệ giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại vị trí có giằng cánh trên, ởhai đầu khối nhiệt độ và khoảng giữa, cách 50 ÷ 60 m

- Cột tiết diện không đổi: bố trí trùng mặt phẳng trục cột.

- Cột có tiết diện thay đôỉ: Hệ giằng bố trí trùng với trục cột trên, giằng cột dướitrùng với trục của nhánh cầu chạy

PHẦN II TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

1 TẢI TÁC DỤNG TRONG LÊN KHUNG

1.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải):

- Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm: trọng lượng của mái,trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

1.1.1 Trọng lượng mái panel:

Dựa vào trọng lượng các lớp cấu tạo mái phân bố trên mặt nghiêng góc  (độdốc mái), khi tính qui về phân bố đều trên diện tích mặt bằng mái

Ta có bảng tải trọng sau:

Bảng 1.1 Tải trọng mái panel

Tải trọng do các lớp mái Tải trọng tiêu

chuẩn (daN/m 2 )

Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toán (daN/m 2 )

- Lớp cách nhiệt dày 12 cm bằng

1.1.2 Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng:

+ d =1,1+ L: nhịp dàn, m+ d: Hệ số TLBT dàn Lấy bằng 0,6 ÷ 0.9 (Chọn d = 0,8)

- Tải trọng thường xuyên:

1.2 Tải trọng tạm thời do thi công và sửa chữa mái (hoạt tải):

ht

hde

Hình 2.1 Khoảng cách lệch tâm giữa cột trên và dưới

+ Pmax, Pmin: Là áp lực lớn nhất và nhỏ nhất của bánh xe cầu trục Tra trong

cataloge cầu trục phụ thuộc chiều dài dầm cầu trục L = 19,5 m và chế độ làm việc nặng

 Pmax = 515 (kN)

 Pmin = 155 (kN)

xe cầu trục

+  : hệ số vượt tải lấy bằng 1,1

+ th : hệ số tổ hợp tải trọng , chế độ làm việc nặng lấy bằng 0,85 (mục 5.16

TCVN 2737-1995)

Hình 2.2 Sơ đồ cầu trục.

Xác định :

Lực Dmax và Dmin tác dụng vào vai cột ngay vị trí dầm cầu trục, nên lệch tâm so với trục

Lúc này tại vai cột sẽ phát sinh momen :

;

2.5 Tác dụng của tải trọng gió lên khung

Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm: gió thổi lên tường dọc truyền vào cộtdưới dạng tải trọng phân bố đều ở cả phía đón gió và phia khuất gió, gió thổi lênmái (tính từ cánh dưới dàn vì kèo đến điểm cao nhất của mái) được chuyển về dạnglực tập trung đặt ở cao trình cánh dưới vì kèo (cao trình xà ngang của sơ đồ tínhtoán của khung)

M ÐTN

Hình 2.3 Sơ đồ hệ số khí động.

+ c, c’: hệ số khí động phía đón gió và hút gió Tra Bảng 6 TCVN 2737-1995 bằng

phương pháp nội suy, phụ thuộc chiều cao nhà và chiều dài nhà

+ k: hệ số phụ thuộc độ cao tại điểm xét tính, dạng địa hình Tra bảng 5 TCVN

 ce2 = -0,4

 ce3 = -0,5

 ce = +0,8Trong đó :

+ h1: chiều cao nhà tính từ MĐTN đến đỉnh biên vì kèo

+ cei: tra bảng 6 TCVN 2737-1995 phụ thuộc độ dốc mái  và tỉ số h1/L gồm ce1

lấy dấu dương khi chiều gió tác dụng vào khung,lấy dấu âm khi chiều gió tác dụnghướng ra ngoài khung và ce2 mang dấu âm

- Gió đẩy: W =1,2×0,83×0,7358×[+0,8×2,2 +(-0,4973)×1,65]×9 = 6,196 kN

Hình 2.4 Sơ đồ tải trọng gió tác dụng vào khung.

3 TÍNH NỘI LỰC KHUNG

3.1 Các giả thiết tính khung tĩnh:

Khi tính khung có tải trọng không tác dụng trực tiếp lên rường ngang, biến dạng đàn hồi của rường ngang ảnh hưởng rất ít tới lực tính toán, điều này cho phép xem rường ngang tuyệt đối cứng (Id = )

Tính khung nhằm mục đích xác định các nội lực: Momen uốn, lực dọc, lực cắt trong các tiết diện khung Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như dàn, cột khá phức tạp, nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơn giản hóa, với các giả thiết sau:

- Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trìnhcánh dưới của dàn

- Khi tính khung với tải trọng không phải là tải trọng đứng tác dụng lên dàn thìxem dàn là cứng vô cùng

* Sơ đồ tính:

hde

- Tổ hợp cơ bản được phân thành tổ hợp cơ bản I và tổ hợp cơ bản II

“TCVN 2737 - 1995 : Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế” quy định hai tổhợp cơ bản sau:

- Tổ hợp cơ bản I gồm: Nội lực do tĩnh tải và nội lực của một loại hoạt tải

-Tổ hợp cơ bản II gồm: Nội lực do tĩnh tải và nội lực của hoạt tải, các hoạt tải nàyđược nhân với hệ số tổ hợp là 0,9 (Hệ số xét đến khả năng sử dụng không đồng thờicùng lúc các hoạt tải đó)

Ntu Qtu Mmax Ntu Qtu Mmin Nmax Qtu Mtu

TIẾT DIỆN

I-I

1+3+5 1+7

 Sử dụng phần mềm ETAB để giải tìm nội lực khung

Bảng 1.3 Bảng tổ hợp nội lực cho cột trên và cột dưới

Bảng 1.4 Bảng lọc nội lực cho cột trên và cột dưới

BẢNG CHỌN NỘI LỰC

Ghi chú: Chọn cột bên phải lọc nội lực

1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH CỘT

 Các thông số dùng để tính cột:

- Bề rộng cột trên: ht = 0,4 m

- Bề rộng cột dưới hd = 1m

- Chiều cao phần cột trên: Ht = 4,4m

- Chiều cao phần cột dưới: Hd = 7,7m

- Cặp nội lực nguy hiểm nhất ở cột trên:M= -280,31 kN.m; N = -418,18 kN.

- Cặp nội lưc nguy hiểm nhất ở cột dưới:M=592,219 kN.m; N= -645,31 kN.

2 LỰC NÉN N TRONG BẢNG NỘI LỰC CHƯA KỂ ĐẾN TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN CỘT, KHI TÍNH CỘT CẦN KỂ ĐẾN TẢI TRỌNG NÀY.

Trong đó:

+ N: là lực nén lớn nhất đối với mỗi đoạn cột.

 Cột trên: N = N2 + gct× Ht

 Cột dưới: N = N1 + gct× Ht + gcd× Hd

+ : là trọng lượng riêng của thép 78,5 (kN/m3).Tra bảng TCVN 5575 – 2012

+ f: cường độ tính toán của thép CCT38 Tra bảng TCVN 5575 – 2012

 f = 24,5 kN/cm2

+ k: hệ số kể đến ảnh hưởng momen làm tăng tiết diện cột.

 k = 0,4 ÷ 0,5 đối với cột dưới Chọn k = 0,5

 k = 0,25 ÷ 0,3 đối với cột trên Chọn k = 0,3

- Xác định lực nén tính toán:

o Cột trên:

o Cột dưới:

- Xác định chiều dài tính toán

*Chiều dài ngoài mặt phẳng:

- Cột trên:

- Cột dưới:

*Chiều dài trong mặt phẳng:

- Cột trên:

Khung 1 nhịp liên kết cứng ở đầu trên Khi mất ổn định cũng có khả năng mất

ổn định đồng thời ổn định cả 2 cột trường hợp này xét cả 1 đầu ngàm, 1 đầu ngàmtrượt

: tra bảng D3.TCVN 5575 – 2012 phụ thuộc  và 

- Tính :

;

 Cho cột đặc tổ hợp hàn tiết diện không giảm yếu: A n = A và W xn =W x

*Kiểm tra điều kiện cường độ:

(Thỏa)

 Vì tiết diện không giảm yếu, giá trị của moment uốn để tính toán về bền và ổn

định là như nhau, độ lệch tâm tính đổi me < 20 không cần phải kiểm tra.

hưởng tiết diện, tra bảng D.9 phụ lục D TCVN 5575-2012

2.1.2 Kiểm tra ổn định y – y:

Trong đó:

+ y: tra bảng D.8 phụ lục D (TCVN 5575- 2012) phụ thuộc độ mãnhy C là hệ sốảnh hưởng của Mx đến ổn định theo phương y, tra bảng phụ thuộc mx ( mục 7.4.2.5TCVN)

là độ lệch tâm tương đối

+ Mx: là M ở 1/3 giữa chiều cao cột nhưng không nhỏ hơn ½ Mmax cả đoạn cột

Ta có: y = 51,595 tra bảng D.8 nội suy  y = 0,842

Mx tại 2/3Hct = 2,9333333m có momen :

Hình 3.2 Momen tại 2/3 chiều cao cột trên.



Khi độ lệch tâm tương đối

Với ,  tra bảng 16 (TCVN-5575)  phụ thuộc y và c

Vậy cột đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

- Bố trí sườn ngang theo cấu tạo:

Khoảng cách sườn:

chọn 4 khoảng mỗi khoảng 0,9m.

- Chiều cao cột dưới: Hd = 7,7 m

- Cặp nội lưc nguy hiểm nhất ở cột dưới M= 592,219 kN.m; N= -645,31 kN.

- Cột dưới:

- Chiều dài ngoài mặt phẳng:

- Chiều dài trong mặt phẳng:

Xác định trục X-X trục đi qua trong tâm cách trục X3-X3 một đoạn yc :

Momen quán tính trung tâm:

Momen quán tính trung tâm:



 Cho cột đặc tổ hợp hàn tiết diện không giảm yếu: A n = A và W xn =W xtrái

*Kiểm tra điều kiện cường độ:

(Thỏa)

2.2.1 Kiểm tra ổn định x – x:

Trong đó:

+ : tra bảng D.10 phụ lục D TCVN 5575-2012 phụ thuộc : độ mãnh quy

ước và me độ lệch tâm tương đối.

và me = m; m = ; e =+ Wc : momen chống uốn thớ chịu nén lớn nhất Lấy bằng Wx ;  là hệ số ảnhhưởng tiết diện, tra bảng D.9 phụ lục D TCVN 5575-2012

Vậy cột đảm bảo điều kiện ổn định theo x-x.

là độ lệch tâm tương đối

+ Mx: là M ở 1/3 giữa chiều cao cột nhưng không nhỏ hơn ½ Mmax cả đoạn cột

Ta có: y = 68,873 ta bảng D.8 nội suy  y = 0,756

Mx tại 1/3Hcd = 2,5666667m có momen :

Hình 3.4 Momen tại 1/3 chiều cao cột trên.

Khi độ lệch tâm tương đối

Với ,  tra bảng 16 (TCVN-5575)  phụ thuộc y và c

 Bản bụng: ; Trong đó: tra bảng

Vậy cột đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

- Bố trí sườn ngang theo cấu tạo:

Khoảng cách sườn:

chọn 3 khoảng mỗi khoảng 2m.

Chiều dày sườn:

Chọn ts = 10 mm

3 THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT:

3.1 Nối phần cột trên với phần cột dưới

Mối nối hai phần cột được tiến hành tại hiện trường vị trí nối ở cùng cao trình với vai cột

Cánh ngoài cột trên được nối với cánh ngoài cột dưới bằng đường hàn đối đầu (hoặc đường hàn thông qua bản ốp)

Cánh trong cột trên được hàn vào bản thép (K) bằng đường hàn đối đầu (hoặc hàngóc), bản K là bản được xẻ rãnh lồng vào bụng dầm vai bằng 4 đường hàn góc

Bụng cột trên liên kết với dầm vai thông qua sườn lót và các đường hàn góc

3.2 Mối nối ở 2 phần cột

- Cặp nội lực tính toán ở tiết diện III – III:

;

- Trọng lượng bản thân cột trên theo Mmax:

- Trọng lượng bản thân cột trên theo Mmin:

- Nội lực tính toán cột trên:

- Khoảng cách trục 2 bản cánh của cột trên:

- Nội lực ở cánh ngoài cột trên:

- Nội lực ở cánh trong cột trên:

- Nối cánh bằng đường hàn đối đầu thẳng góc:

+ fwc : cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu nén fwc = f = 24,5 kN/cm2.

(Thỏa)

(Thỏa)Mối nối bụng cột, tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối Vì lực cắt ở cột trên khá bé,đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt, với chiều cao đường hàn đúng bằng chiều dày thép bản bụng

Hình 3.5 Sơ đồ tính Momen dầm vai.

- Tính 4 đường hàn góc liên kết bản “K” với bụng dầm để chịu Str:

- Bề cao của dầm vai phải đủ để chứa chiều dài 4 đường hàn góc liên kết nó vàonhánh cột Theo yêu cầu cấu tạo:

Từ

- Chọn chiều dày bản cánh dưới dầm vai:

- Chiều cao bản bụng dầm vai là:

- Kiểm tra cường độ chịu uốn của tiết diên chữ nhật :

(Thỏa)

3.4 Chân cột liên kết với móng

- Chân cột rỗng chịu nén lệch tâm ta tính toán mỗi nhánh như cột chịu nén đúngtâm Lực nén tính toán ở mỗi nhánh là lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột Cáccặp nội lực để tính toán là các cặp nội lực tại tiết diện I – I của cột

- Cặp nội lực nguy hiểm nhất ở tiết diện I – I chân cột làm nội lực tính toán (Cộngthêm trọng lượng bản thân cột trên và dưới):

- Khi xét đến trọng lượng bản thân cột trên và cột dưới:

Trong đó:

3.4.1 Tính bề rộng bản đế:

+ trong đó : = 40 cm =(1:1,4)cm Chọn =1cm = 10cm ( <= 10cm)

3.4.2 Chiều dài bản đế:

68,45 (cm)+ trong đó : =1,15 kN/cm2 ( Bê tông B20) =1,2 (giả thiết )

3 4

Hình 3.6 Chi tiết chân cột phải.

Chọn: L= 160 cm

= 10 cm = 20 cm = 30 cm

300 200

3 4

- Ô 3 bản kê 3 cạnh :

+ +

- Ô 4 bản kê 3 cạnh :

+ +

Chiều dày bản đế :

Vậy chọn chung chiều dày bản đế

3.4.4 Tính chiều cao dầm đế:

Mà :

Chọn = 52 (cm)

 Tính toán liên kết dầm đế vào nhánh cột:

- Chiều dài đường hàn:

Hàn thủ công

+

300 200

DẦ M ĐẾ

SƯỜ N A

Hình 3.8 Chi tiết dầm console B.

- Sườn cơng son B chịu tải trọng:

- Chọn trước chiều dày sườn:

- Chiều cao cần thiết do điều kiện uốn và cắt:

- Kiểm tra theo tiết diện 1:

- Chiều dài đường hàn:

- Đường hàn liên kết dầm đế vào bản đế :

+ Liên kết sườn ngăn A:

+ Liên kết sườn ngăn B:

Hình 3.9 Sơ đồ tính lực kéo bulong.

Trong đó :

a : khoảng cách từ trọng tâm vùng nén đến trọng tâm cột

y : khoảng cách từ trọng tâm vùng nén đến bulông neo

+ Diện tích thực của bulong neo:

= 2: số lượng bulông ở 1 phía

: Tra bảng 12-TCVN-5575-2012

Bu lông thường đường kính từ 33 – 60mm, làm từ mác thép 16MnSi :

Chọn bulong d = 36 (mm) có Abn = 8,16 (cm2)

- Nhánh mái: tính toán tương tự như nhánh cầu trục.

1 SƠ ĐỒ CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DÀN VÌ KÈO

Dàn hình thàn có độ dốc cánh trên là 1/10 Chiều cao đầu dàn là H0 = 2,2 m.Nhịp của dàn là khoảng cách 2 trục định vị 21 m Nhịp tính toán thực tế của dàn làkhoảng cách giữa 2 trọng tâm truyền phản lực gối tựa

Sơ đồ dàn vì kèo có dạng:

6000 4500 4500 6000

400 400

2 TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC CỦA DÀN VÌ KÈO

2.1 Tải trọng tác dụng lên dàn vì kèo

Tải trọng tác dụng lên dàn thường là những lực tập trung ở nút dàn, gồm có:

2.1.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

Bao gồm trọng lượng các lớp mái và trọng lượng các kết cấu mái:

+ d: khỏang cách giữa các mắc dàn theo phương nằm ngang

2.1.2 Hoạt tải sữa chữa mái

Hoạt tải sữa chữa mái có thể ở trên nữa trái, nữa phải hoặc trên cả dàn Theo

TCVN 2737 – 1995 trên diện tích mặt bắng mái có hoạt tải tiêu chuẩn:

ta tiến hành tổ hợp trước các cặp momen đầu dàn thành một số cặp và chỉ tính dànvới những cặp đó.

- Thường chọn những cặp momen đầu dàn sau:

;

- Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp momen sau:

- Từ cặp nội lực ta có tải trọng đầu dàn:

2.2 Xác định nội lực tính toán của hệ dàn

2.2.1 Tính toán nội lực:

TH1: Tĩnh tải toàn dàn.

TH2: Hoạt tải nữa dàn trái.

TH3: Hoạt tải nữa dàn phải.

TH4:.Hoạt tải toàn dàn.

TH5: Mmin đặt phía trái; Mtu đặt phía phải

TH6: Mmin đặt phía phải; Mtu đặt phía trái