ĐỒ án kết cấu THÉP xà ngang tiết diện thay đổi (chữ i) số lượng cầu trục 2 cầu trục, 2 móc cẩu sức nâng cầu trục q =500100 kn

TÍNH TOÁN CHUNGKết cấu chịu lực của nhà xưởng là một khung ngang gồm cột và dàn.. Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên.Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên có tác dụng bảo đảm ổn định cho cá

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.

- Hàn thủ công dùng que hàn N50.

- 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:

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

+ Hdc: chiều cao dầm cầu trục lấy bằng

- Chiều cao thực của đoạn cột dưới được tính từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết

 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:

- Bề rộng tiết diện cột trên:

+ 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:

- Thường thiết kế trục của nhánh trong cột dưới trùng với trục dầm cầu cầu trục

nên chiều cao tiết diện cột dưới:

0, 25 0,75 1

d

h  a     m

d = 1 m

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 dưới

trùng 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):

- Độ dốc mái i = 1/10  =5,710 cos = 0,995

- 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

m 2 )

Hệ số vư ợt tải

Tải trọng tính toán (daN/m 2 )

- Lớp cách nhiệt dày 12 cm

bằng bê tông xỉ dày 15 cm 120 1,2 144

- Bê tông chống thấm dày 4

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)

g  d 1,2 1,1 0,8 33 34,8    daN/m2 = 0,348 kN/m2

- Tải trọng thường xuyên: g = (g + g )×B = (5,448 + 0,348)×9 = 52,164 kN/mtt mtt d 2

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

Hình 2.1 Khoảng cách lệch tâm giữa cột trên và dưới

2.2 Do trọng lượng dầm cầu trục:

2 dct dct dct

G =  × LTrong đó:

+ dct: Hệ số TLBT dầm cầu trục, lấy bằng (24 ÷ 37) daN với Q < 750 kN, (35 ÷ 47) daN với cầu trục nặng hơn Chọn αdct = 37 daN

+ Ldct: Nhịp dầm cầu trục (chính là bước cột nhà)



2 dct

là tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các vị trí của bánh

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)

P P

7500

0,839000

2250

0, 259000

2 2

h d  

(hd là bề rộng tiết diện cột dưới)

Lúc này tại vai cột sẽ phát sinh momen :

; Mmin Dmine1

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)

Z1 = +10m Z2 = +12,7m

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

h

-01,65

 ce2 = -0,4

 ce3 = -0,5

 ce = +0,8Trong đó :

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

k k

k  

hệ số thay đổi áp lực gió trung bình lấy của đỉnh cột và đỉnh mái.+ cei: tra bảng 6 TCVN 2737-1995 phụ thuộc độ dốc mái  và tỉ số h1/L gồm ce1lấy 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

0, 7088 0, 7628

0,73582

tb

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

- Gió hút: W’ =1,2×0,83×0,7358×[(-0,5)×2,2 +(-0,4)×1,65]×9 = -11,608 kN

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

7 10

I

I   chọn

1 28

8 

- 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 đồngthời cùng lúc các hoạt tải đó)

TỔ HỢP CƠ BẢN II

Ntu Qtu Mmax Ntu Qtu Mmin Nmax Qtu Mtu

1 -865.23 111.5 792.751 -856.19 -7.54 -33.124 -2088.16 41.35 -161.711 2

3 -856.19 31.5 -127.024 -2088.16 41.35 -529.699 -2088.16 41.35 -529.699 4

5 -854.38 81.09 -127.989 -865.23 87.09 -314.045 -1005.5 68.4 -390.874 6

7 -856.19 52.44 -523.968 -867.04 81.09 -689.195 -1005.5 68.4 -687.899 8

1 -1223.53 162.257 1073.769 -1961.35 -16.411 -496.674 -2099.79 99.59 307.423 2

3 -856.19 31.5 -127.024 -2099.79 77.621 -488.257 -2099.79 77.621 -488.257 4

5 -850.945 54.491 -155.503 -995.089 93.101 -366.756 -1000.79 113.387 -368.971 6

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

DƯỚI -1223,53

162,257

1073,769TRÊN -280.31 62.03 -418.18

Ghi chú: Chọn cột bên phải lọc nội lực

1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH CỘT

 Các thông số dùng để tính cột:

- 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.

c

N g

kf  

   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

+ : hệ số cấu tạo cột, lấy 1,4 ÷ 1,8 Chọn  =1,4

+ 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

4

418,18 78,5 1,4

0,625 /0,3 24,5 10

t c

d c

- Xác định chiều dài tính toán

*Chiều dài ngoài mặt phẳng:



  

 (nếu > 3 lấy bằng 3)

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



tt tt

N N

4,4 0,0032

1,417,7 0,00034 1,55

Tra bảng D3 TCVN 5575 – 2012 1 2,19

17,26132,8

x x

l i

7203,07

7,365132,8

y y

2

3,8 10

51,5957,365

y y y

l i

 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:

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

2.1.1 Kiểm tra ổn định x – x:

c e

N f A



 Trong đó:

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

quy ước và m e độ lệch tâm tương đối

x

f 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

280,31 100

66,593420,93

N f

C A



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)

W

x x

x

M A m

N



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

y = 51,595 <

42,1 103,14 3,14 91,93

h t

Vậy cột đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

- Bố trí sườn ngang theo cấu tạo:



 chọn 4 khoảng mỗi khoảng 0,9m.

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

592, 219 652,518

y c = 12,52

x3

x3X

1 w1

72,615,50,83

4 1

2 2

66719062

0,83 1,8 100 2 175,653

y A Y

1 max1 1

248,5405 49,5405

16,17 100

40,874 39,561



x x

l i

7, 7 100

68,873 11,18



 y  y  

y

l i



2 max 2

3 max1

 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:

592, 219 100 652,518

N f A



 Trong đó:

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

ước và m e độ lệch tâm tương đối

x

f 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

4

24,5 40,874 1,396

 

592, 219 100

90,759 652,518

80

0, 445 1175,653

A

0,5

A  thì

(1,75 - 0,1 ) - 0,02(5 - ) (1,75 - 0,1 2,873) - 0, 02 (5 - 2,873) 1, 267 1, 409

A1

A  thì

(1,9 - 0,1 ) - 0, 02(6 - ) (1,9 - 0,1 2,873) - 0, 02 (6 - 2,873) 1, 267 1,533

m e m1,395 2,873 4,01 Tra bảng D.10 nội suy  e = 0,288

652,518

24,5 0,95

0, 288 328, 2356,903 / 23, 275 /

N f

x

M A m

N



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.



393,32 100 328, 235 1,91652,518 10369, 45

4 1

h t

Vậy cột đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

- Bố trí sườn ngang theo cấu tạo:

Khoảng cách sườn: a2,5h w 2,5 975,85 2439,625  mm

Chiều cao H d 7700 mm Số khoảng cách:

7700

3,162439,625  khoảng

 chọn 3 khoảng mỗi khoảng 2m.

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

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

max 83,666 353,91

- Trọng lượng bản thân cột trên theo Mmin:

40 /1,05

h 0,7 cm

h 1 cm1,2t 1,2 1, 2 1,44 cm

10,7

404,627 0, 4

161,8511

2 2 2

- 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):

max 592,129645,31

+ trong đó : R b=1,15 kN/cm2 ( Bê tông B20)

3 4

300 200

3 4

393,9 2 0,13310

+ b2 b f  tdd 40 1 39  cm

+

2

2 2

391,95 2 0,09920

30,11,003 2 0,11230

30,10,7525 2 0, 09340

dd dd

- Chiều dài đường hàn: lw 52 1 51 cm 

- Chọn chiều dày nhỏ nhất: tmin min t ; t f dd tdd 1 cm

- Chọn chiều cao đường hàn:

1M

wf

2 d

1v wf

3.4.5 Tính s ườn ngăn n ngăn

10,7

SƯỜN B DẦM ĐẾ SƯỜN ĐẾ

1000

300 400

300 200

DẦM ĐẾ

SƯỜN A

Hình 3.8 Chi tiết dầm console B.

- Sườn cơng son B chịu tải trọng:

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

B B

B B

- Kiểm tra theo tiết diện 1:

- Chiều dài đường hàn: lw 36 1 35 cm 

- Chọn chiều dày nhỏ nhất: tmin min t ; t B dd tdd 1 cm

- Chọn chiều cao đường hàn:

1M

wf

2 B

- Đường hàn liên kết dầm đế vào bản đế :

 

d f

w min c đ

max tu

Hình 3.9 Sơ đồ tính lực kéo bulong.

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:

- 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:

334,02 51,03

+ 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:

- Tải nút đầu dàn:

1 1

35,85 8,775

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:

maxtr , ph tu

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

min 0

1 0

280,31

1270

160,8

73,0 1

,4142,2

92,2

M

H M

H