Do an mon hoc ket cau thep 173533

Hệ giằng:a Hệ giằng mái: - Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặtphẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà, đợc bố trí ở 2 đầu nhà và ở khoảng giữanhà

đồ án thép

Phần mở đầu: Số liệu tính toán

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp theo các số liệu:

- áp lực gió tiêu chuẩn: W0= 65daN/m2

- Vật liệu thép: BCT3, hàn tay Que hàn N46 hoặc tơng đơng

I Sơ đồ khung ngang

1 Kích thớc theo phơng đứng:

- Chọn cốt nền nhà trùng với cốt 0,00 để tính các thông số chiều cao.±0,00 để tính các thông số chiều cao

- Khoảng cách từ mặt nền đến mặt ray cầu trục: H1= 10,5m

- Khoảng cách từ mặt ray đến cánh dới dàn: H2 = (Hc + 100) + f

trong đó Hc- kích thớc gabarit của cầu trục, tra catalo cầu trục ta có: Hc = 3150mm 100mm- khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

f- khe hở phụ xét tới độ võng của dàn vì kèo, ta chon: f = 350mm

Hr - chiều cao ray và các lớp đệm, lấy sơ bộ là 200mm

 Ht = 3600 + 700 + 200 = 4500 mm = 4,5m

- Kích thớc thực của cột dới tính từ mặt móng tới vai cột: Hd = H - Ht + H3

trong đó: H3- chiều sâu chôn cột dới cốt 0,00 theo đề bài H±0,00 để tính các thông số chiều cao 3 = 800mm

 Hd = 14100 – 4500 + 800 = 10400mm =10,4m

2 Kích thớc theo phơng ngang.

- Nhịp khung (khoảng cách giữa các trục định vị) L = 30m

- Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột biên a = 250mm

- Chiều cao tiết diện cột trên ht = 500mm

- Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị  = 750mm

- Nhịp của cầu trục (khoảng cách giữa 2 tim ray) Lc

- Chiều cao tiết diện cột dới: hd = a +  = 250 + 750 = 1000mm = 1m

Thoả mãn điều kiên về độ cứng: hd ≥

115ữ20 H

4 Hệ giằng:

a) Hệ giằng mái:

- Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặtphẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà, đợc bố trí ở 2 đầu nhà và ở khoảng giữanhà để bảo đảm ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kếtkhông cho chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn, thanh chống dọc nhà dùng để cố địnhnhững nút quan trọng: nút đỉnh nóc, nút đầu dàn

- Hệ giằng trong mặt phẳng cánh dới

* Hệ giằng ngang bố trí tại vị trí có giằng cánh trên để cùng với giằng cánh trên tạo nêncác khối cứng không gian bất biến hình, hệ giằng cánh dới tại đầu hồi nhà còn là gối tựacho cột hồi, chịu tải trọng gió tác dụng lên tờng đầu hồi

* Hệ giằng dọc bố trí ở 2 hàng cột biên đảm bảo sự làm việc cùng nhau của các khung,truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận

- Hệ giằng đứng nằm trong mặt phẳng các thanh đứng, đợc bố trí ở thanh giữa dàn

và 2 đầu gối tựa Cùng với hệ giằng cánh trên, cánh dới và 2 dàn lân cận, hệ giằng đứngtạo nên khối cứng bất biến hình làm điểm tựa cho các dàn khác

b) Hệ giằng cột

- Hệ giằng cột trên bố trí ở trục cột, đặt ở đầu hồi và ở khoảng giữa nhà (nơi có hệgiằng mái) để đảm bảo độ cứng dọc nhà và ổn định cho cột, hệ giằng cột trên ở đầu hồicòn có tác dụng nhận lực gió đầu hồi và lực hãm dọc của cầu trục

- Hệ giằng cột dới bố trí ở phần cột dới, đặt ở giữa nhà để nhận tải trọng từ hệgiằng cột trên truyền xuống, tránh cản trở sự biến dạng nhiệt độ

II T¶i träng t¸c

Hệ sốvợt tải

Tải trọngtính toán(daN/m2)

d) Trọng lợng cánh và bậu cửa trời

- trọng lợng bậu cửa trời 120 daN/m bậu, ta qui về tải tập trung

Lấy theo TCVN 2737 – 90, p’= 75 daN/m2 mặt bằng, với hệ số vợt tải n = 1,3

 Qui về phân bố đều tác dụng lên xà ngang

a) Do phản lực của dàn

- Do tĩnh tải A = gL/2 = 3217,74.30/2 = 48266 daN

- Do hoạt tải A’ = pL/2 = 600.30/2 = 9000 daN

b) Tải trọng do tác dụng của dầm cầu trục

- Trọng lợng dầm cầu trục theo công thức kinh nghiệm:

Gdct = n.dct L2

dct (daN) Trong đó dct - hệ số trọng lợng bản thân dầm cầu trục: dct = 32

Đờng ảnh hởng của phản lực gối tựa

-áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray, tra catalo Pc

trong đó: Q - trọng lợng vật cẩu nặng nhất: Q = 50 T

G - trọng lợng toàn bộ cầu trục, tra catalo G = 77 T

no - số bánh xe ở một bên ray cầu trục: no = 2

áp lực lớn nhất của cầu trục lên cột do các lực Pc

max, đợc xác định theo đờng ảnh hởngcủa phản lực tựa của 2 dầm cầu trục ở 2 bên cột

Coi Dmax, Dmin, Gdct đặt lệch tâm so với trục cột dới đoạn e xấp xỉ bằng e = hd/2

Mômen lệch tâm tại vai cột

Mmax = (Dmax + Gdct).e = (95,4383.103 + 1382,4).0,5 = 48410,35 daNm

Mmin = (Dmin + Gdct).e = (28,242.103 + 1382,4).0,5 = 14812,2 daNm

c) Tải trọng do lực hãm của xe con

Lực hãm của xe con qua các bánh xe cầu trục truyền lên dầm hãm và cột

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

T = n.nc. Tc

1.yi

= 1,2.0,85.1,7.(0,14286 + 1,000 + 0,76667) = 3,311T = 3245daN

d) Tải trọng gió tác dụng lên khung

Tải trọng gió phân bố không đều theo cao trình nhà, để đơn giản tính toán ta chia tảitrọng gió thành 2 phần

- Gió thổi lên mặt tờng dọc, chuyển về thành phân bố đều trên cột khung

q = n.Wo.k.c.B trong đó Wo = 65 daN/m2- áp lực tốc độ gió tiêu chuẩn

k- hệ số độ cao, ứng với cao trình đáy dàn +14,9m  k = 1,132

c- hệ số khí động

+ Phía đón gió c = 0,8  q = 1,2.65.1,132.0,8.6 = 423,82 daN/m

+ Phía hút gió c = 0,6  q = 1,2.65.1,132.0,6.6 = 317,87 daN/m

trong đó: k- trung bình cộng của giá trị k1 = 1,132 ứng với cao trình đáy dàn +14,9 m vàgiá trị k2 = 1,243 ứng với cao trình cao nhất của mái +22,12  k = 1,188

ci - các hệ số khí động, tra tiêu chuẩn c1 = - 0,543; c’1 = - 0,622; c2 = - 0,45

hi - chiều cao của từng đoạn tơng ứng với hệ số ci

+ Phía đón gió

W = 1,2 65.1,188.6.(0,8.2,72 + 0,7.3 – 0,543.0,875 – 0,622.0,6) = 1674,44 daN.+ Phía hút gió

W = 1,2 65.1,188.6.(0,6.2,272+ 0,5.0,875 + 0,6.3 + 0,45.0,6) = 2128,03 daN

III Xác định nội lực khung

1 Sơ đồ tính toán

Thay dàn bằng xà ngang đặc có độ cứng tơng đơng đặt tại cao trình thanh cánh dớicủa dàn Nếu tải trọng không đặt trực tiếp lên xà ngang thì có thể coi dàn có độ cứngbằng vô cùng (bỏ qua biến dạng của dàn)

Với cột bậc, trục cột dới đợc làm trùng với trục cột trên, nhịp tính toán là khoảngcách hai trục cột trên Nếu có thành phần tải trọng từ cột trên truyền xuống thì phải kể

đến mô men lệch tâm ở nơi thay đổi tiết diện cột

Cột ngàm với móng và coi nh ngàm ở mặt móng(cốt -0,8m), chiều cao tính toánkhung tính từ mặt móng đến mép cánh dới dàn vì kèo

a) Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang (tĩnh tải mái).

Dùng phơng pháp chuyển vị, bỏ qua chuyển vị ngang tại đỉnh cột, ta có phơng trìnhchính tắc r11 + r1p = 0

trong đó  - góc xoay ở 2 cột, vì khung đối xứng, chịu tải trọng đối xứng nên 1=2=

r11- tổng phản lực mômen ở các nút cứng của khung do  = 1 gây ra trong hệ cơ bản

r1p- tổng phản lực mômen ở các nút cứng của khung do tải trọng g gây ra trong hệ cơbản

* Biểu đồ mômen do g gây ra

+ Biểu đồ mômen do  = 1 gây ra trong hệ cơ bản

Mômen ở đầu xà ngang: M B xa=2 EJ d

MC= MB+ RB H2

= 0,0492EJ1 + 4,5.0,00581EJ1= 0,07535EJ1

Mômen tại tiết diện A

MA= MB+ RB H

= 0,0492EJ1 + 16,4.0,00581EJ1= 0,1445EJ1

+ Biểu đồ mômen do tải trọng gây ra trong hệ cơ bản

* Với hệ cơ bản này, ta còn dùng để tính nội lực khung do hoạt tải mái gây ra

b) Tính khung với tải trọng mômen cầu trục

= 0,00581EJ1 - 16,4.0,00129EJ1= -0,015346EJ1

+ Biểu đồ mômen do Mmax, Mmin gây ra trong hệ cơ bản

1: Néi lùc do tÜnh t¶i m¸i.

Theo kÕt qu¶ néi lùc ta cã

MB = -326,3 KNm MA = 417,64 KNm

MCt = -126,47 KNm QA = -44,41 KN

MCd = -44,19 KNm N = 502,43 KN

2: Néi lùc do ho¹t t¶i m¸i.

Theo kÕt qu¶ néi lùc ta cã

3: Nội lực do áp lực đứng của bánh xe cầu trục Dmax, Dmin.

Xét trờng hợp Dmax ở cột trái.

Theo kết quả nội lực ta có

58,53

A'

B A

4: Nội lực do lực hãm ngang.

Xét trờng hợp T đặt ở cột trái, chiều từ trái sang phải.

Theo kết quả nội lực ta có

5: Nội lực do tải trọng gió (từ trái sang phải).

Theo kết quả nội lực ta có

B A

Các kết quả giải khung đợc ghi vào bảng nội lực Với mỗi cột xét bốn tiết diện tiêu

biểu, tại mỗi tiết diện ghi trị số M, N do mỗi loại tải trọng gây ra, riêng tiết diện A sát

móng thì ghi thêm lợc cắt Q Các trị số M, N, Q của mỗi tải trọng ( trừ trọng lợng bản

thân) đợc ghi làm hai dòng: Dòng trên ghi trị số đúng, dòng cho tổ hợp cơ bản 1 ( hệ số

tổ hợp bằng 1); dòng dới ghi trị số nhân với 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản 2

Từ bảng nội lực, ta tiến hành tổ hợp tải trọng Đối với nhà công nghiệp xét hai loại tổ hợp tải trọng: Tổ hợp cơ bản 1 ( Gồm tải trọng thờng xuyên và một tải trọng tạm thời

gây bất lợi nhất); Tổ hợp cơ bản 2 ( Gồm tải trọng thờng xuyên và nhiều tải trọng tạm

thời gây bất lợi nhất với hệ số tổ hợp là 0,9)

Tại mỗi tiết diện cột, cần tìm tổ hợp tải trọng sau:

- Tổ hợp gây mô men dơng lớn nhất M+

N 502.43 502.43 1447.89 502.43 833.205 1353.34 1432.315 1432.315

Q ma

IV Thiết kế cột

* Lựa chọn vật liệu:

- Vật liệu thép BCT3ΚΠ2

+ Cờng độ tức thời tiêu chuẩn của thép cơ bản Rbc = 3450 daN/cm2

+ Cờng độ tính toán của thép cơ bản R = 2100 daN/cm2

+ Cờng độ tính toán chịu cắt của thép cơ bản Rc = 1200 daN/cm2

+ Cờng độ tính toán chịu ép mặt Rem = 3350 daN/cm2

+ Cờng độ tính toán của liên kết hàn Rgh = 1800 daN/cm2; Rgt = 1550 daN/cm2

- Que hàn N46, hàn tay

+ Hệ số đờng hàn góc h = 0,7; t = 1

1 Chiều dài tính toán

a) Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung

b) Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung (khoảng cách giữa các điểm cố định

cột, không cho cột chuyển vị theo phơng ngoài mặt phẳng)

Chọn tiết diện cột trên có dạng chữ H, tổ hợp từ 3 bản thép, đối xứng theo cả hai trục,chiều cao tiết diện ht = 50 cm

* Diện tích yêu cầu sơ bộ của tiết diện (công thức gần đúng)

A yc= N

Rγ x[η+(2,2ữ2,8 )x e

h t]

trong đó - hệ số điều kiện làm việc của cột;  = 1

- hệ số ảnh hởng hình dạng tiết diện; giả thiét  = 1,25

* Các thông số của tiết diện đã chọn

- Diện tích tiết diện A = 2x2x35 + 46x1 = 186 cm2

c) Kiểm tra tiết diện đã chọn

- Độ mảnh lớn nhất của cột max =53,67 < [] = 120  cột đảm bảo điều kiện về độmảnh

- Vì m1 < 20 và tiết diện không bị giảm yếu nên ta không phải kiểm tra điều kiện bền

- Điều kiện ổn định tổng thể của cột

+ ổn định trong mặt phẳng khung

Khả năng ổn định của cột chịu nén lệch tâm không chỉ phụ thuộc vào độ mảnh mà cònchịu ảnh hởng của hình dạng tiết diện và của mômen uốn ở một hoặc cả hai mặt phẳngchứa hai trục chính của tiết diện

Để kiểm tra điều kiện ổn định của cột ngoài mặt phẳng khung, ta phải xác định giá trịmômen qui ớc M’

Giá trị mômen lớn nhất ở đầu đoạn cột

M = 2(M1 – M2)/3 + M2

= 2(-547,997 + 87,716)/3 + (-87,716) = -394,57 KNm

M’ = max { M 1 /2=−547,997/2=−274KNm ¿ { M=−394,57KNm ¿¿¿¿

 M’ = -394,57 KNm

Từ y= 43,344 : tra bảng II.1 phụ lục II ta có hệ số uốn dọc đối với trục y-y y = 0,894

Để kiểm tra ổn định của cột ngoài mặt phẳng uốn ta phải xét đến ảnh hởng của mômenuốn Mx và hình dạng của tiết diện cột thông qua hệ số C

Độ lệch tâm tơng đối theo giá trị mômen qui ớc M’

Cột đảm bảo điều kiện ổn định cả trong và ngoài mặt phẳng uốn

- Điều kiện ổn định cục bộ

Chọn tiết diện cột dới có dạng rỗng, không đối xứng bao gồm 2 nhánh: nhánhngoài (nhánh mái) và nhánh trong (nhánh cầu trục) Ta chọn tiét diện cột xuất phát từ

điều kiện bền của từng nhánh riêng rẽ

a) Nội lực tính toán

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn

- Cặp nội lực gây nguy hiểm cho nhánh mái M2 = 1028,034 KNm; N2 = 1432,32 kN

- Cặp nội lực gây nguy hiểm cho nhánh cầu trục M1 = -339,97KNm; N1 = 1447,89 kN.Vì trong quá trình xác định nội lực ta cha kể đến trọng lợng bản thân của cột nên khi xétnội lực tính toán ta phải cộng thêm thành phần này Gc coi nh một lực tập trung đặt tạitrọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột, xác định theo công thức

Gc= gcxhc với gc là trọng lợng mỗi mét dài đoạn cột

gc=

∑N

KR ψγ

Với ∑ N là lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi cha kể đến trọng lợng bản thân

K – Hệ số kể đến ảnh hởng của mô men làm tăng tiết diện cột, lấy K=0,3 đối vớicột trên và 0,5 với cột dới

R - Cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột R= 2100 daN/cm2

ψ - Hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy ψ = 1,6

γ - Trọng lợng riêng của thép γ = 7850 daN/m3

Sơ bộ giả thiết khoảng cách giữa 2 trục nhánh C = hd = 100 cm

Giả thiết rằng diện tích nhánh tỉ lệ với lực dọc của nhánh, ta thành lập đợc phơng trìnhxác định vị trí trọng tâm tiết diện

Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

- Nhánh mái: Ayc2 =

N nh2

ϕ R =

2119,7.1020,8 x 2100 =126 ,2 cm2

Từ diện tích yêu cầu và các yêu cầu cấu tạo, ta chọn tiết diện nhánh cầu trục códạng chữ I tổ hợp từ 3 bản thép và tiết diện nhánh mái có dạng chữ C tổ hợp từ 1 bảnthép và 2 thép góc nh hình vẽ

* Các thông số của tiết diện đã chọn

+ Diện tích tiết diện A2 = 1,6.36 + 2.37,4 = 132,4 cm2

Khoảng cách từ mép đến trục trọng tâm tiết diện

- Diện tích toàn tiết diện A = A1 + A2 = 76,4 + 132,4 = 208,8 cm2

- Khoảng cách giữa 2 trục nhánh C = hd - Zo = 100 – 3,7321 = 96,268 cm

- Khoảng cách từ trục x1-x1 đến x-x: y1 =

A2

A C=

132,4 208,8.96,268 = 61,043 cm

Dùng hệ thanh bụng dạng thanh giằng, bố trí theo hệ tam giác có thanh ngang Trục củathanh giằng hội tụ ở trục của nhánh cầu trục và trục của nhánh mái

Chọn khoảng cách giữa các nút giằng a = 115 cm

S= √ a2 C2 √ 1152+96,268 2

- Góc giữa trục nhánh và trục thanh xiên

Lực cắt lớn nhất tại tiết diện chân cột Qmax = 90,544 kN

Thanh xiên chịu lực dọc do lực cắt lớn nhất Qmax

N tx= Q

2sin α=

90,544 1022.0, 6419 = 7052,9 daN

Chọn tiết diện thanh xiên dạng thép góc đều cạnh L75x8 có các đặc trng hình học

Kiểm tra tiết diện thanh xiên

= 15,772 kN = 1577,2 daN < Qtx  không cần tính lại thanh bụng xiên

Vì Qq nhỏ nên ta chọn tiết diện thanh bụng ngang dạng thép góc đều cạnh L50x5 có Atn

e) Kiểm tra ổn định toàn cột theo trục ảo x-x

Ta lần lợt kiểm tra với từng cặp nội lực

f) Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột

- Đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực Ntx = 7052,9 daN

Giả thiết chiều cao đờng hàn sống hs = 8mm, đờng hàn mép hm = 6mm

Chiều dài cần thiết của đờng hàn sống liên kết thép góc vào má cột

l hs= 0,7 N tx

h s ( βRR g)min γ+1

=

0,7.7052,9 0,8.0,7.1800.0,75 +1 = 7,53 cm

l hm= 0,3 N tx

h m ( βRR g)min γ+1 = 0,6.0,7.1800.0,75 0,3.7052,9 + 1 = 4,73 cm

- Đờng hàn liên kết thanh bụng ngang vào nhánh cột chịu lực Qq = 1577,2 daN Vì lựccắt bé nên ta chọn đờng hàn theo cấu tạo hs = hm = 6mm; chiều dài đờng hàn lh = 5cm.Vì bề rộng nhánh cột không đủ chứa các đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánhcột nên ta hàn thêm bản mã, dùng các bản mã có bề dầy bằng bề dầy cánh của tiết diệncột và liên kết với cánh của tiết diện cột bằng đờng hàn đối đầu

4 Thiết kế các chi tiết cột

4.1 Mối nối hai phần cột

a) Nội lực tính toán

Dự kiến mối nối khuyếch đại ở cao hơn mặt trên vai cột 500mm

Ta chọn 2 cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái và nhánh cầu trục ở tiết diện Ct

b) Cấu tạo mối nối

- Cánh ngoài cột trên nối với cánh ngoài cột dới bằng đờng hàn đối đầu, bề dày tínhtoán của đờng hàn h = 2cm (bằng bề rộng cánh cột trên), chiều dài thực tế của đờnghàn lh = 35 cm (bằng chiều dài bản cánh cột trên)

 chiều dài tính toán của đờng hàn : lh tt = lh - 2h = 35 – 2.2 = 31 cm

Đờng hàn chịu lực dọc trục Sng = 297,7 kN; điều kiện bền của đờng hàn

đầu, bề dày tính toán của đờng hàn h = 2cm, chiều dài thực tế của đờng hàn lh = 35 cm

 chiều dài tính toán của đờng hàn : lh tt = lh - 2h = 31 cm

Đờng hàn chịu lực dọc trục Str = 606,03 kN; điều kiện bền của đờng hàn

b) Cấu tạo dầm vai

- Bản bụng dầm vai thẳng đứng nối liền bản bụng nhánh mái và bản bụng nhánh cầutrục Bản bụng dầm vai kéo dài vợt quá bụng nhánh cầu trục 20cm (bụng nhánh cầu trục

xẻ rãnh để bụng dầm vai xuyên qua)

- Cánh trên dầm vai gồm có bản đậy trên mút nhánh cầu trục dầy 20mm và bản sờn lótgiữa bụng cột trên và bụng dầm vai, dầy 10mm

- Cánh dới dầm vai là bản thép nằm lọt giữa hai nhánh cột dới nối liền bản bụng hainhánh, dầy 10mm

c) Tính toán tiết diện dầm vai

- Vì dầm cầu trục đặt lên cột thông qua sờn đầu dầm tì vào dầm vai nên bề dầy bụng

Str = 606,03(kN)