Thuyết minh đồ án thép 2

Thuyết minh đồ án thép 2

II Xác định các kích thớc chính của khung ngang.

1 Lùa chän dÇm cÇu trôc, cÇu trôc, ray, líp lãt ray:

+ H H1H2H3   7 1,5 0 8,5   (m)

+ H t H2H dct H r  1,5 0,9 0, 2 2,6    (m)

+ Hd = H - Ht = 8,5 – 2,6 = 5,9 (m)

+Chọn trục định vị trùng với mép ngoài cột (a=0)  khoảng cách từ trục định

vị đến trục ray cầu trục:

I 1

I 1

5000 10000

I 2

+ 5,900 + 8,500

Cã khèi lîng cho trong b¶ng sau, ta dïng lo¹i cã chiÒu dµy 0.7mm

ghtkg/

m2

Nominalarea

-cm3

Sxbotom

-cm3

MakNm

Ix

cm

4

SxTop

-cm3

Sxbotom

-cm3

MakNm

Va

kN kNPa0.70 6.55 8.35 7.5

Gi¶ thiÕt kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c xµ gå trªn mÆt b»ng lµ a=1,5 m

 kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c xµ gå trªn mÆt ph¼ng m¸i:

51 1

Xà gồ Cee daN/m 6,28 1.05 6,59

1.2 Hoạt tải:

Tải trọng hoạt tải xác định theo TCVN 2737-1995

a Hoạt tải sửa chữa do ngời và vật liệu trên mái:

0 30

b Hoạt tải gió tác dụng lên mái:

Theo TCVN 2737 – 1995, do nhà có chiều cao < 40 m nên chỉ tính toán với thành phầntĩnh của gió

Giá trị tính toán của thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao Z so với mốc tiêu chuẩntác dụng lên 1m2 bề mặt thẳng đứng xác định theo công thức:

q = n.Wo.k.C Trong đó:

- W 0: Giá trị áp lực gió ở độ cao 10 m so với cốt chuẩn của mặt đất Công trình xâydựng thuộc vùng áp lực gió IV, nên: W 0 155 daN /m2

- k : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địahình áp dụng dạng địa hình C, hệ số k đợc xác định:

H

 C  e1 0, 23 C 2   0 4 C  e3 0,5

n: Hệ số vợt tải: n  1 2

4500 9000

27000

vị trí thay đổi tiết diện xà

I1

I1

4500 9000

I2

+ 5,400 + 7,700

- Tải trọng gió lên mái từ tráI sang phảii:

TảI trọng gió tác dụng lên tôn :

Do C e2  0, 4  C e1  0, 23 mà Ce1 và Ce2 cùng dấu âm nên gió mái phải lớn hơn giómái trái

+ Gió nửa phải:

1.3 Tải trọng tác dụng lên xà gồ giữa:

a.Tải trọng bản thân và gió tác dụn lên xà gồ theo phơng y:

M W

M

y y x

x td

Xà gồ đã chọn thoả mãn điều kiện bền

Kiểm tra độ võng xà gồ tại điểm giữa xà:

Theo phơng oy:

Sơ đồ tính xà gồ

f W

M

x

x td

Vậy xà gồ đã chọn đảm bảo điều kiện chịu lực và võng

1 Tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải):

- Tải trọng mái và xà gồ:

x x

y

y

Trên thực tế tải này truyền lên khung dới dạng lực tập trung tại điểm đặt các xà gồ,

số lợng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố

27

tc tc xgC xgC xgCee

27

tt tt xgC xgC xgCee

- Tải trọng xà gồ tờng và tấm tờng:

Chọn sơ bộ khoảng cách xà gồ tờng là a= 1,5m số xà gồ tờng ở 1 bên giữa 2

- Tải trọng bản thân dầm cầu trục và ray:

Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đa về tim cột dới dạng 1 lực tập trung và

945 daN/m524,48 daNm1381,54 daN/m

945 daN/m

524,48 daNm

Tải trọng tác dụng lên khung

(Cha kể tải trọng bản thân khung)

2 Hoạt tải mái:

Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái đợc lấy theo TCVN 2737-1995 đối với máikhông ngời qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn: ptc=30 daN /m2

- W 0: Giá trị áp lực gió ở độ cao 10 m so với cốt chuẩn của mặt đất Công trình xâydựng thuộc vùng áp lực gió IV, nên: W 0 155 daN /m2

- k : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địahình áp dụng dạng địa hình C, hệ số k đợc xác định:

I1

I1

4500 9000

I2

+ 5,400 + 7,700

- Tải trọng gió lên mái:

Trên thực tế tải này truyền lên khung dới dạng lực tập trung tại điểm đặt các xà gồ, sốlợng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố

+ Gió nửa trái:

Trên đây là trờng hợp gió thổi từ tráI sang phả, còn với trờng hợp gió thổi theo chiều

từ phải sang lại thì ngợc lại

4 Hoạt tải cầu trục:

a áp lực đứng của cầu trục:

áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo đờng ảnh hởngphản lực Ta có: P cmax  58kN, P cmin  26,3kN

Các tung độ yi của đờng ảnh hờng ứng với vị trí các lực tập trung PC

max xác định theotam giác đồng dạng:

b Lực hãm ngang cầu trục.

Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phơng chuyển

động Lực hãm ngang tiêu chuẩn do một bánh xe cầu trục đợc xác định theo công thức:

Nội lực trong khung ngang đợc xác định với từn trờng hợp chất tảI bằng phần mềm Sap

2000 Kết quả tính toán đợc thể hiện dới dạng các biểu đồ và bảng thống kê nội lực Dấu của nội lực lấy theo quy định chung trong sức bền vật liệu

1 Thiết kế tiết diện cột:

a) Xác định chiều dài tính toán

Chọn phơng án cột tiết diện không đổi Giả thiết tỉ số độ cứng giữa xà ngang

n n

- Theo phơng ngoài mặt phẳng khung (ly)

Chiều dài tính toán lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cộtchuyển vị theo phơng dọc nhà ( dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang…).Giả thiết bố trígiằng cột tại cao trình đỉnh cột ly 6,3 (m)

b) Chọn và kiểm tra tiết diện

Theo Iasinxki diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ là:

20,92(c )

98, 08 3127

y y

I

A I

111,57( ) 120 5,65

f

cm E

l

cm i

f

cm E

*Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

Với  x 1,64 và m e  21,69 tra bảng V.3 phụ lục, nội suy ta có e  0,069

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phơng ngoài mặt phẳng khung cần tính trị

số mômen ở 1/3 chiều cao cột trên kể từ phía có mômen lớn hơn Trị số của mômenuốn tại tiết diện trên vai cột tơng ứng do các trờng hợp tải trọng (1,4) gây ra là147,54kNm ;

Trị số mô men tại tiết diện cột chỗ gắn dầm hãm:

Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

* Kiểm tra ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng cột

o

t

b t b

Cột tiết diện chữ I có 0,8  x  1,64 4  nên

2,1.10 (0,36 0,1 ) (0,36 0,1.1,64) 16,56( )

2100

o

x f

w t

h t h

hw = h - 2.tf = 50 - 2.1,2 = 47,6 (cm) ; tw = 0,8 cm

47,6

59,5 2,3 72,73 0,8

t t do vậy bản bụng cột bị mất ổn định cục bộ, coi nh chỉ

có phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc Bề rộng của phần bụngcột này là:

 Không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể

* Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm Sap2000trong tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn là:

N W

Tra bảng phụ lục V.5 – với loại tiết diện số 5, ta có

0,5< 2.1, 2.25

0,79 0,8.47,6

f w

Độ lệch tâm tính đổi

1,15.11, 76 13,55 20

m m  Không cần kiểm tra bền

*Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

Với  x 1,64 và m e  13,55 tra bảng V.3 phụ lục, nội suy ta có e 0,1

*Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phơng ngoài mặt phẳng khung cần tính trị

số mômen ở 1/3 chiều cao cột dới kể từ phía có mômen lớn hơn Trị số của mômenuốn tại tiết diện chân cột và dới vai cột tơng ứng do các trờng hợp tải trọng(1,4,6,8,10) gây ra là 250,05 kNm ; -89,82 kNm

Trị số mômen tại 1/3 chiều cao cột dới, kể từ tiết diện vai cột:

0,154 0,55

Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

2 Thiết kế tiết diện xà ngang:

a) Đoạn xà 4,5m (tiết diện thay đổi)

Chiều dài tính toán: lx=

tw = 0,8 cm

yc x kt

Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt

Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà đợc xác định theo công thức

Ngoài ra , để dễ liên kết xà theo phơng ngang với

cấu kiện khác nh xà gồ chữ C và đảm bảo ổn định

tổng thể cho xà thì:

cm h

y y

I

A I

111,57( ) 120 5,65

f

cm E

l

cm i

f

cm E

Tiết diện đã chọn thoả mãn điều kiện bền

Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứngsuất tơng đơng tại chỗ tiếp xúc giữa bản bụng và bản cánh theo công thức:

c

 3 2 1 , 15

1 2



2 w

w

 Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dới tác dụng của ứng suất pháp nén(không phải đặt sờn dọc).

6 w

b) Đoạn xà 9m (tiết diện không đổi)

Chiều dài tính toán: lx=

Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện xà ngang

yc x kt

Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt

Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà đợc xác định theo công thức

* Kiểm tra lại tiết diện

Xác định các đặc trng hình học của tiết diện

f

cm E

2 x

Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứngsuất tơng đơng tại chỗ tiếp xúc giữa bản bụng và bản cánh theo công thức:

c

 3 2 1 , 15

1 2



2 w

VII Thiết kế chi tiết.

1 Vai cột:

Vai cột là 1 dầm côngson có tiết diện không đổi Vai cột chịu tác dụng của tải trọng

tĩnh của dầm cầu trục và tải trọng động của cầu trục Tải trọng tính toán tác dụng

lên vai cột là :

Gdct = 12740 (daN); Dmax = 16269 (daN)

Mômen uốn và lực cắt tại chỗ liên kết công-xon vai cột với bản cánh cột

cm

t dv

f  1 , 2 Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do

phản lực dầm cầu trục truyền vào theo công thức:

2 w



td  402,16 3.618,45 737,71(daN / cm ) 1,15f  c 1,15.2100.1 2415 (daN / cm )

 Vậy điều kiện bền đợc thoả mãn

* Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng dầm vai:

- Bản cánh

f

E t

b

f

5 , 0

6 0

* Tính toán liên kết vai cột :

Vai và cột liên kết với nhau bằng đờng hàn góc Theo cấu tạo, chọn chiều cao đờnghàn h f  0 , 6cm

Chiều dài tính toán của các đờng hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định

A 2.0,6.46,6 55,92 (cm )

Kiểm tra khả năng chịu lực của đờng hàn góc khi chịu đồng thời cả M và V.

Sử dụng que hàn N42 , hàn tay :

10 1 , 2

23 6 2

Cấu tạo vai cột nh hình vẽ

Cấu tạo vai cột

Bề rộng của bản đế

B  b 2.c 25 2.6 37(cm) Trong đó chọn c1 = 6cm

, b bd loc

, b bd bd

R B

M R

B

N R

B

N L







6 2

Bề dày của bản đế chân cột đợc xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứngsuất phản lực trong bêtông móng Xét các ô bản đế.

* Ô 1 ( bản kê 3 cạnh )

2 2

Theo cấu tạo,chọn chiều cao đờng hàn liên kết dầm đế vào cột là: hf = 1 cm

 chiều dài tính toán của 1 đờng hàn liên kết dầm đế vào cột là:

Chọn bề dày sờn ts = 1 cm Chiều cao xác định từ

điều kiện chịu uốn:

Kiểm tra theo ứng suất tơng đơng:

Chọn chiều cao đờng hàn liên kết sờn A vào bản bụng cột hf = 0,6cm Diện tích tiết

diện và mômen chống uốn của các đờng :

2 w

2

3 w

2

3 w

do tải trọng 1,4,6,8,10 gây ra.

Tổng lực kéo trong các thân bu lông neo ở 1 phía chân cột

Do T2 < T1 nên đờng kính bulông đã chọn là đạt yêu cầu

f) Tính toán các đờng hàn liên kết cột vào bản đế.

Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào:

yc f

Cấu tạo chân cột

3 Liên kết cột với xà ngang:

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bulông neo:

do tải trọng 1,4 gây ra

a) Tính toán bulông liên kết

Chọn bulông cờng độ cao cấp bền 8.8, đờng kính dự kiến d = 20 mm Bố trí thành 2dãy

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sờn gia cờng với mặt bích, với các kích thớc:

 N tb f Atb bn 4000.2,459800(daN)

Trong đó:

f tb : cờng độ tính toán chịu kéo của bu lông( tra bảng f tb = 4000 daN/cm2)

A bn: diện tích tiết diện thực của thân bu lông( tra bảng )

Khả năng chịu trợt của bu lông cờng độ cao:

fhb : cờng độ tính toán chịu kéo của vật liệu bu lông cờng độ cao trong liên kết ma sát

Mh N

i max

 2

1 2

Cấu tạo mối nối cột với xà ngang

c, Tính toán đờng hàn liên kết

Tổng chiều dài tính toán của các đờng hàn phía cánh ngoài

w

l 4.(11,6 1) 2.(10 1) 60,4 (cm)

Lục kéo trong bản cánh ngoài do mômen và lực dọc phân vào:

kN , ,

, N

10 92 328 2

, ).

, (

,

) f (

l

V h

c min w w

yc

1 18 7 0 1 6 45 2

52 639

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bulông tại

f tb : cờng độ tính toán chịu kéo của bu lông( tra bảng f tb = 40 kN/cm2)

A bn=2,49 cm2: diện tích tiết diện thực của thân bu lông( tra bảng )

Khả năng chịu trợt của bu lông cờng độ cao:



hb bn b1 f b

b2

0,25

1,7 Trong đó :

fhb : cờng độ tính toán chịu kéo của vật liệu bu lông cờng độ cao trong liên kết ma sát

f hb  0,7 f ub

fub : cờng độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bulông

Abn : diện tích tiết diện tính toán của thân bu lông

Lùc kÐo t¸c dông vµo mét bu l«ng ë d·y díi cïng vµ lùc däc ph©n vµo:

164,9(daN) N 2819,56.1(daN)8

140x90x8

1

1140

Tổng chiều dài tính toán của các đờng hàn phía cánh dới

12 12

Cấu tạo mối nối xà

6 Lliên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang:

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà Vmax = 69,93kN Chiều caocần thiết của đờng hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang :