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

- Khoảng cách giúp cầu trục khi hoạt động không chạm vào cột: - Bề rộng tiết diện cột dưới: H là chiều cao toàn cột Với H là chiều cao toàn cột: H =13,7 m - Thường thiết kế trục của nhá

Vĩnh Long, tháng 7/2022

Chữ ký của giảng viên hướng dẫn

bảo độ cứng theo phương ngang nhà, liên kết giữa cột và dàn mái được thực hiện là liên kết cứng Liên kết giữa chân cột và móng bê tông cốt thép cũng là liên kết ngàm 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 = 21x10 3 kN/cm 2

- Vùng áp lực gió: II-A, địa hình C Có W 0 = 83 daN/m 2 = 0,83 kN/m 2

- Hàn thủ công dùng que hàn N50.

- Bê tông móng cấp độ bền B20, có R b = 1,15 kN/cm 2

- 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 H 1 = 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:

B c = 6650 mm; K = 5250 mm; H ct = 3150 mm; B 1 = 300 mm;

Trong đó:

+ B c : chiều rộng tiết diện cầu trục.

+ B 1 : phần đưa ra của cầu trục phía ngoài ray.

+ L ct : nhịp cầu trục.

+ H ct : chiều cao dầm cầu trục.

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

H 2 = H ct + 100 mm + f Trong đó:

+ H c : 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 giằng cánh dưới Lấy bằng f = (200 ÷ 400) mm chọn f = 350 mm

Kích thước H 2 lấy theo bội số 200 mm.

 chiều cao mái H m = H 0 + h = 2,2 + 1,65 = 3,85 m

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

2.2 Theo phương ngang:

- Bề rộng tiết diện cột trên: Thường chọn h t = 500, 750, nếu có lối đi qua bụng cột: 1000.



Chọn h t = 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:

- Bề rộng tiết diện cột dưới: (H là chiều cao toàn 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 trục nên 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 cánh trên chịu nén của giàn, được giằng theo phương ngang nhà tại vị trí hai dàn mái đầu hồi, 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, ở hai 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  =  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  (độ dốc 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 cơng và sửa chữa mái (hoạt tải):

Tra bảng 3 (TCVN 2737 -1995):

, hệ số vượt tải n = 1,3.

 Tải trọng tính tốn:

2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỘT 2.1 Tải do phản lực của dàn:

TRỤC CỘ T TRÊ N TRỤC CỘ T DƯỚ I

h t

h d e

Hình 2.1 Khoảng cách lệch tâm giữa cột trên và dưới

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 D max và D min tác dụng vào vai cột ngay vị trí dầm cầu trục, nên lệch tâm so với trục

cột dưới 1 đoạn (h d là bề rộng tiết diện cột dưới).

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 cột dưới dạng tải trọng phân bố đều ở cả phía đón gió và phia khuất gió, gió thổi lên mái (tính từ cánh dưới dàn vì kèo đến điểm cao nhất của mái) được chuyển về dạng lực tập trung đặt ở cao trình cánh dưới vì kèo (cao trình xà ngang của sơ đồ tính toán 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

 c e2 = -0,4

 c e3 = -0,5

 c e = +0,8 Trong đó :

+ h 1 : chiều cao nhà tính từ MĐTN đến đỉnh biên vì kèo.

+ hệ số thay đổi áp lực gió trung bình lấy của đỉnh cột và đỉnh mái + c ei : tra bảng 6 TCVN 2737-1995 phụ thuộc độ dốc mái  và tỉ số h 1 /L gồm c e1

lấy dấu dương khi chiều gió tác dụng vào khung,lấy dấu âm khi chiều gió tác dụng hướng ra ngoài khung và c e2 mang dấu âm.

- 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

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 (I d = ).

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 trình cánh dưới của dàn.

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

* Sơ đồ tính:

h d e

- 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 tổ hợp 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 này được nhân với hệ số tổ hợp là 0,9 (Hệ số xét đến khả năng sử dụng không đồng thời cùng lúc các hoạt tải đó).

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

Ntu Qtu Mmax Ntu Qtu Mmin Nmax Qtu Mtu

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

II-II III-III IV-IV

TỔ HỢP CƠ BẢN 1 STT

1+8 1+7 1+3+5

TIẾT DIỆN

I-I

1+3+5 1+7

1+3+5 1+3+5 1+7 1+2 1+4+6 1+2

1+3+5+7 1+3+5+8 1+2+3+5+8 1+3+5+7 1+2+4+6+8 1+2+4+6+8

TỔ HỢP CƠ BẢN 2

1+2+4+6+8 1+3+5+7 1+2+3+5+8 1+7 1+3+5+8 1+2+3+5+8 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

- Chiều cao phần cột trên: H t = 4,4m.

- Chiều cao phần cột dưới: H d = 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 = N 2 + g ct × H t

 Cột dưới: N = N 1 + g ct × H t + g cd × H d

+  : là trọng lượng riêng của thép 78,5 (kN/m 3 ).Tra bảng TCVN 5575 – 2012.

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

 f = 24,5 kN/cm 2

+ 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 ngàm trượt.

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

- Tính :

;

*Kiểm tra điều kiện cường độ:

 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.

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 số ảnh hưởng của M x đến ổn định theo phương y, tra bảng phụ thuộc m x ( mục 7.4.2.5 TCVN).

là độ lệch tâm tương đối.

+ M x : là M ở 1/3 giữa chiều cao cột nhưng không nhỏ hơn ½ M max cả đoạn cột.

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

M x tại 2/3H ct = 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: H d = 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 m e độ lệch tâm tương đối.

và m e = m; m = ; e = + W c : momen chống uốn thớ chịu nén lớn nhất Lấy bằng W x ;  là hệ số ảnh hưởng 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.

+ M x : là M ở 1/3 giữa chiều cao cột nhưng không nhỏ hơn ½ M max cả đoạn cột.

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

M x tại 1/3H cd = 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 35; tra bảng 33 TCVN 5575-2012.

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 t s = 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 hàn góc), 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 M max :

- Trọng lượng bản thân cột trên theo M min :

- 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:

+ f wc : cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu nén f wc = f = 24,5 kN/cm 2

(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.

3.3 Tính toán dầm vai :

- Chiều dày bản bụng dầm vai:

Ta có : +

Chọn h f

- Ta có thép CCT42 Que hàn N50

Hình 3.5 Sơ đồ tính Momen dầm vai.

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

- Bề cao của dầm vai phải đủ để chứa chiều dài 4 đường hàn góc liên kết nó vào nhánh 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 đúng tâm Lực nén tính toán ở mỗi nhánh là lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột Các cặp 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 (Cộng thêm 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 đĩ : =1,15 kN/cm 2 ( Bê tơng B20) =1,2 (giả thiết )

3 4

SƯỜ N B

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:

(Thỏa)

3.4.5 Tính sườn ngăn

* Sườn ngăn A:

- Chọn t A = 10mm +

+ +

Hàn thủ công

+

Chọn = 0,8 cm

* Sườn cơng son B:

SƯỜ N B DẦ M ĐẾ SƯỜ N ĐẾ

1000

300 400

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:

Chọn h B = 36 (cm)

- 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 A bn = 8,16 (cm 2 ).

- 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 H 0 = 2,2 m Nhịp của dàn là khoảng cách 2 trục định vị 21 m Nhịp tính toán thực tế của dàn là khoảng cách giữa 2 trọng tâm truyền phản lực gối tựa

Sơ đồ dàn vì kèo có dạng: