THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG Yêu cầu thiết kế: Khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp. Các số liệu của nhà: + Nhà công nghiệp 1 tầng có nhịp L = 24m + Bước cột: B = 6m + Chiều dài nhà: 15B = 15 6 = 90m + Cao trình đỉnh ray: HR = 8.5m + Ap lực gió tiêu chuẩn: W0 = 70daNm2 + Chiều cao cửa mái: hcm = 2.3m + Chiều cao đầu dàn: h0 = 2.2m + Độ võng của dàn: f = Ta có cần trục 2 móc cẩu, chế độ làm việc trung bình, sức chịu tải Q =305(T) tra cataloge cầu trục ta được: + Loại ray thích hợp: KP70 + Cao trình từ đỉnh ray đến đỉnh xe con : H1 = 2.75m + Nhịp cầu trục: Lct = 22.5m + Bề rộng dầm cầu chạy: Bct = 6.3m + Khoảng cách tim ray đến mép ngoài: B1 = 0.3m + Khoảng cách hai bánh xe dầm cầu chạy: K = 5.1m + Khoảng cách an toàn từ cánh dưới của dàn đến vị trí cao nhất của xe con: c = 0,1m + Ap lực bánh xe lên cầu trục lớn nhất : Pmax = 31.5T + Ap lực bánh xe lên cầu trục bé nhất : Pmin = 9.5T + Trọng lượng xe con : Gxc = 12T + Số bánh xe : no = 2 + Trọng lượng dầm cầu trục : Gdcc = 52T + Chiều cao tiết diện ray : hr = 0.2m + Chiều sâu chôn móng : (hm) = 1.2m + Khoảng cách từ mép ngoài cột đến tâm trục định vị cột: a = 0.25m (a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục) + Khoảng cách từ trục định vị đến tâm ray: (LLct) = 0.5 (2422.5) = 0.75m Vật liệu: + Dùng thép CT34 có: f = 2100KGcm2, fv = 1500KGcm2, E = 2.1 106KGcm2 + Bulông cấp độ 5.8 có: ftb = 2100KGcm2, fvb = 1500KGcm2, fcb =3400KGcm2 + Que hàn N42 có: f = 2100KGcm2, fwf = 1800KGcm2 + Dùng phương pháp hàn tay nên + Trọng lượng riêng của thép: thép = 7.85Tm3 + Bê tông móng đá 1 2, cấp độ bền B20 có: Rb = 11.5MPa, Rbt = 9MPa I. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại khung nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp, chịu tải trọng cầu trục lớn do đó chọn sơ đồ khung có liên kết dàn, cột là liên kết cứng và dàn khung hình thang có mái dốc. II. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG NHÀ 1. Xác định kích thước theo phương đứng a. Cột dưới + Chiều cao dầm cầu chạy: hdcc=( ÷ ) B =( ÷ ) 6 = (0.5 ÷ 0.75)m chọn hdcc= 0.75m + Chiều cao cột dưới: Hd = (HR + (hm)) (hdcc + hr) = (8.5 + 1.2) (0.75 + 0.2) = 8.75m chọn Hd = 8.75m b. Cột trên + Chiều cao cột trên: Ht = hdcc + hr + H1 + f + c = 0.75 + 0.2 + 2.75 + 0.24 + 0.1 = 4.04m chọn Ht = 4m 2. Xác định kích thước theo phương ngang a. Chiều cao tiết diện cột trên ht = ( ÷ ) Ht =( ÷ ) 4 = (0.33 0.575) chọn ht = 0.5m Với Ht – Khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dưới của dàn vì kèo b. Chiều cao tiết diện cột dưới + Theo điều kiện cấu tạo ta chọn: hd = a +  = 0.25 + 0.75 = 1m + Kiểm tra theo điều kiện độ cứng của khung: thỏa điều kiện độ cứng Vậy chọn hd = 1m + Để đảm bảo an toàn a cần phải thỏa: a > ht + B1 + D  Với D = 60 mm Vậy a > 0.5 +0.3 + 0.06 – 0.75 = 0.11m (thỏa mãn) c. Nhịp cửa mái : Lcm = ( ÷ ) L = ( ÷ ) 24 = (4 12)m chọn Lcm = 12 m + Chọn độ dốc mái: i= ( ÷ ) = (0.083 0.125) chọn i = 0.1 = 10% III. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG Tải trọng tác dụng lên dàn 1. Tĩnh tải Gồm có trọng lương bản thân các lớp vật liệu lợp , kết cấu mái panel và hệ giằng được tính toán rồi lập thành bảng sau: Loại vật liệu Tải trọng tiêu chuẩn (KGm2) Hệ số vượt tải n Tải trọng tính toán (KGm2) 2 lớp gạch lá men 80 1.1 88 Lớp vữa xi măng lót 30 1.3 39 Lớp vữa láng làm phẳng và tạo dốc 100 1.3 130 Lớp bêtông xỉ cách nhiệt 60 1.2 72 Tấm panel BTCT 150 1.1 165 Trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực: vì kèo, dàn cửa mái, hệ giằng 40 1.1 44 Tổng cộng 460 538 + Tổng tải trọng tính toán : Gtt0 = 538 KGm2 = 5.38KNm2 + Độ dốc của mái: i = 10%  = arctg i = arctg 0.1 = 5.7 + Tải trọng tính toán quy đổi về tải trọng phân bố đều trên diện tích mặt bằng gtto = = = 5.407KNm2 + Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang Gttm = B gtto = 6 5.407 = 32.44KNm 2. Hoạt tải Đối với mái panel BTCT tra TCVN 27371995 có: + Tải trọng tạm thời Ptco = 0.75KNm2, hệ số vượt tải n = 1.2 + Hoạt tải tác dụng lên khung ngang (tải trọng tính toán quy đổi trên diện tích mặt bằng) Pttm = n B Pott = 1.2 6 0.75 = 5.4KNm 3. Tải trọng đứng lớn nhất (Dmax) và nhỏ nhất (Dmin) của cầu trục tác dụng lên vai cột + Ap lực của bánh xe cầu trục Ap lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Khi xe con chạy về một phía của cầu trục, lực truyền xuống phía đó là Dmax, còn đầu kia là Dmin. Để xác định tải trọng đứng của cầu trục truyền xuống cột ta tiến hành vẽ đường ảnh hưởng của phản lực tại vai cột + Tra phụ lục 13 ta có áp lực bánh xe cầu trục: Pmax =315kN ; Pmin = 95kN + Tính áp lực Dmax và Dmin Từ kích thước cầu trục tra catalogue Ta có: y1 = 1 y2 = y1 = 0.8 y3 = y1 = 0.15 = y1 + y2 + y3 = 1 + 0.8 + 0.15 = 1.95 Vậy: Dmax = n nc Pmax = 1.1 0.9 315 1.95 = 608.1KN Dmin = n nc Pmin = 1.1 0.9 95 1.95 = 183.4KN Với: n – Hệ số vượt tải, n = 1.1 nc – Hệ số làm việc cấu kiện, nc = 0.9 Tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh xe của cầu trục 4. Tải trọng xô ngang của cầu trục + Lực hãm xe con T = n nc Ttto Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy mà hãm lại tạo ra lực hãm ngang. Ap lực ngang trên 1 bánh xe. Ttto = Trong đó: no – Số bánh xe cầu trục một bên ray, no = 2 Gxc – Trọng lượng xe con, Gxc = 120KN (tra phụ lục 13) Ttto = =10.5KN Vậy: T = 1.1 0.9 10.5 1.95 = 21.72KN 5. Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang Vùng xây dựng ở Đồng Nai. Địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không quá 1.5m ta chọn dạng địa hình A. Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn Wo = 70daNm2 = 0.7KNm2 + Theo TCVN 2737 95. Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm: Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên cột khung. Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên, được chuyển về thành lực tập trung tại cao trình cánh dưới dàn vì kèo. a. Tải trọng gió phân bố đều lên cột + Tải trọng gió phân bố đều ở phía đón gió qdw = n Wo ko c B Trong đó: Cao trình đáy vì kèo: HA = Hd + Ht = 8.75 + 4 = 12.75m n = 1.3 c Hệ số khí động ở phía đón gió, c = +0.8 ko Hệ số kể đến áp lực gió theo độ cao và địa hình tra bảng lấy dạng địa hình A ứng với độ cao 15m, lấy ko1 = 1.213 qdw = 1.3 0.7 1.213 0.8 6 = 5.3KNm + Tải trọng gió phân bố đều ở phía hút gió qhw = n Wo ko c’ B Với: c’ Hệ số khí động ở phía hút gió, c = 0.5 qhw = 1.3 0.7 1.213 (0.5) 6 = 3.31KNm b. Lực tập trung gió tác dụng lên dàn + Tải trọng tập trung ở phía đón gió Wd = n Wo ktb B Cao trình đỉnh mái: HB = Hd + Ht + ho + (tg5.7 6) + hcm = 8.75 + 4 + 2.2 + 0.6 + 2.3 =17.85m tra bảng lấy dạng địa hình B ứng với độ cao 20m, lấy ko2 = 1.269 Trong khoảng từ cao độ cánh dưới dàn đến đỉnh mái, hệ số k được lấy trung bình của các giá trị nêu trên : ktb = = = 1.241 Wd = 1.3 0.7 1.241 6 (0.8 2.2 0.7 0.6 + 0.7 1.7 0.8 0.6) = 13.89KN + Tải trọng tập trung ở phía hút gió Wh = n Wo ktb B = 1.3 0.7 1.241 6 (0.5 2.2 0.6 0.6 0.6 1.7 0.6 0.6)= 19.24KN IV. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG 1. Các giả thiết đơn giản hoá khi giải khung Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung: mômem uốn, lực cắt, lực dọc trong các tiết diện khung. Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như giàn ,cột khá là phức tạp, nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơn giản hoá, với các giả thiết sau: Thay giàn vì kèo bằng dầm ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới dàn, thay cột dưới (rỗng) bằng thanh đặc có độ cứng tương đương. Chiều cao cột tính từ đế cột đến đáy giàn vì kèo. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục cột trên. Khi tính với các tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dầm ngang thì bỏ qua chuyển vị ngang ở đầu cột ( = 0) Khi tính với các tải trọng không đặt trực tiếp lên dầm ngang thì xem dầm ngang cứng vô cùng, tức là không có chuyển vị ngang ở

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

Yêu cầu thiết kế: Khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.

+ Ap lực gió tiêu chuẩn: W0 = 70daN/m2

+ Chiều cao cửa mái: hcm = 2.3m

+ Chiều cao đầu dàn: h0 = 2.2m

+ Khoảng cách tim ray đến mép ngoài: B1 = 0.3m

+ Khoảng cách hai bánh xe dầm cầu chạy: K = 5.1m

+ Khoảng cách an toàn từ cánh dưới của dàn đến vị trí cao nhất của xe con:

c = 0,1m

+ Ap lực bánh xe lên cầu trục lớn nhất : Pmax = 31.5T

+ Ap lực bánh xe lên cầu trục bé nhất : Pmin = 9.5T

+ Trọng lượng xe con : Gxc = 12T

+ Số bánh xe : no = 2

+ Trọng lượng dầm cầu trục : Gdcc = 52T

+ Chiều cao tiết diện ray : hr = 0.2m

+ Chiều sâu chôn móng : (hm) = 1.2m

+ Khoảng cách từ mép ngoài cột đến tâm trục định vị cột: a = 0.25m (a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục)

+ Khoảng cách từ trục định vị đến tâm ray:

+ Dùng phương pháp hàn tay nên βf 0.7;βs 1

+ Trọng lượng riêng của thép:  = 7.85T/m3

+ Bê tơng mĩng đá 12, cấp độ bền B20 cĩ: Rb = 11.5MPa, Rbt = 9MPa

I THÀNH LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU

Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại khung nhà cơng nghiệp 1 tầng, 1 nhịp, chịu tải trọng cầu trục lớn do đĩ chọn sơ đồ khung cĩ liên kết dàn, cột là liên kết cứng và dàn khung hình thang cĩ mái dốc

SƠ ĐỒ KHUNG 1 NHỊP

II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG NHÀ

1 Xác định kích thước theo phương đứng

2 Xác định kích thước theo phương ngang

a Chiều cao tiết diện cột trên

Với Ht – Khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dưới của dàn vì kèo

b Chiều cao tiết diện cột dưới

+ Theo điều kiện cấu tạo ta chọn:

hd = a +  = 0.25 + 0.75 = 1m+ Kiểm tra theo điều kiện độ cứng của khung:

Trọng lượng bản thân kết cấu chịu

+ Tổng tải trọng tính toán : Gtt = 538 KG/m2 = 5.38KN/m2

+ Độ dốc của mái: i = 10%   = arctg i = arctg 0.1 = 5.7

+ Tải trọng tính toán quy đổi về tải trọng phân bố đều trên diện tích mặt bằng

gtt

o =

tt oGcosα = 5.38 o

Ap lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột Khi

xe con chạy về một phía của cầu trục, lực truyền xuống phía đó là Dmax, còn đầu kia là

Dmin

Để xác định tải trọng đứng của cầu trục truyền xuống cột ta tiến hành vẽ

đường ảnh hưởng của phản lực tại vai cột

+ Tra phụ lục 13 ta có áp lực bánh xe cầu trục:

Pmax =315kN ; Pmin = 95kN+ Tính áp lực Dmax và Dmin

y = y1 + y2 + y3 = 1 + 0.8 + 0.15 = 1.95

Vậy:

Dmax = nnc Pmax 

i=1 i 3y

= 1.10.93151.95 = 608.1KN

Dmin = nnc Pmin 

i=1 i 3y

= 1.10.9951.95 = 183.4KNVới:

y - Tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh

Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy mà hãm lại tạo ra lực hãm ngang

Ap lực ngang trên 1 bánh xe

o

0.05 Q + Gn

Trong đó:

no – Số bánh xe cầu trục một bên ray, no = 2

Gxc – Trọng lượng xe con, Gxc = 120KN (tra phụ lục 13)

5 Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang

Vùng xây dựng ở Đồng Nai Địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không quá 1.5m  ta chọn dạng địa hình A Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn Wo = 70daN/m2 = 0.7KN/m2

+ Theo TCVN 2737 - 95 Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

- Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên cột khung

- Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên, được chuyển về thành lực tập trung tại cao trình cánh dưới dàn vì kèo

a Tải trọng gió phân bố đều lên cột

+ Tải trọng gió phân bố đều ở phía đón gió

qd

w = nWo ko cBTrong đó:

Cao trình đáy vì kèo: HA = Hd + Ht = 8.75 + 4 = 12.75m

qh

w = nWo ko c’BVới:

c’ - Hệ số khí động ở phía hút gió, c = -0.5

 qh

w = 1.30.71.213(-0.5)6 = -3.31KN/m

b Lực tập trung gió tác dụng lên dàn

+ Tải trọng tập trung ở phía đón gió

Wd = nWo ktb Bc hi i

Cao trình đỉnh mái: HB = Hd + Ht + ho + (tg5.76) + hcm

= 8.75 + 4 + 2.2 + 0.6 + 2.3 =17.85m

 tra bảng lấy dạng địa hình B ứng với độ cao  20m, lấy ko2 = 1.269

Trong khoảng từ cao độ cánh dưới dàn đến đỉnh mái, hệ số k được lấy trung bình của các giá trị nêu trên :

-IV XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG

1 Các giả thiết đơn giản hoá khi giải khung

Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung: mômem uốn, lực cắt, lực dọc trong các tiết diện khung Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như

giàn ,cột khá là phức tạp, nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khungbằng sơ đồ đơn giản hoá, với các giả thiết sau:

- Thay giàn vì kèo bằng dầm ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới dàn, thay cột dưới (rỗng) bằng thanh đặc có độ cứng tương đương

- Chiều cao cột tính từ đế cột đến đáy giàn vì kèo Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục cột trên

- Khi tính với các tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dầm ngang thì bỏ qua chuyển vị ngang ở đầu cột ( = 0)

- Khi tính với các tải trọng không đặt trực tiếp lên dầm ngang thì xem dầm ngang cứng vô cùng, tức là không có chuyển vị ngang ở nút khung (EJ3 =  

a Xác định nội lực biểu đồ (1-a)

Gọi K là tỷ số về độ cứng giữa dầm ngang và cột

2 tt m

B

LG12K

122.66

- Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M1

Q1 = Q(1-a) + Q(1-b) (KN)

N1 = N(1-a) + N(1-b) (KN)

- Gía trị của lực cắt (Q) bằng độ dốc của biểu đồ moment (M)

- Từ biểu đồ lực cắt (Q) suy ra biểu đồ lực dọc (N)

 Biểu đồ nội lực do tĩnh tải mái gây ra

3.Tính nội lực do hoạt tải mái

Tỷ số giữa hoạt tải và tĩnh tải mái:

m =

tt m tt m

Q2 = Q1 m (KN)

a Xác định nội lực trong biểu đồ M∆

+ Moment lệch tâm trong cột

Khoảng cách từ tâm cột dưới đến tâm dầm cầu chạy:

* Giá trị moment bên cột phải:

+ MA = KAMmin = 0.32991.7 = 30.17KNm+ MB = KBMmin = -0.16791.7 = -15.31KNm+ MC = KCMmin = -0.69891.7 = -64.01KNm+ MD = KDMmin = 0.30291.7 = 27.7KNm

c Lập phương trình chính tắc do chuyển vị ∆ gây ra

r11 + R1P = 0   = 1P

11

Rr

EJ

12.75Tra bảng Tab 1.2.3 ta có : K = 1.496'B

Ta có:

' B

max min

h

=  1.496 304.05 91.7   24.92KNm

12.75Vậy:

11

Rr

d Gía trị nội lực của biểu đồ M3 = M∆  ∆ + MoP

* Giá trị moment bên cột trái:

1

4342 0.00088EJ 27.7 31.5KNmEJ

 Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M3

M 3

(KNm) 216.06

60.2

143.06 12.86

31.5 88

5 Tính nội lực do tải trọng đứng cầu trục (D max bên phải ; D min bên trái)

- Tính nội lực trong biểu đồ M4: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M3 ta được giá trị và biểu đồ nội lực M4

216.06

4.75 61.34

-2.75 2.75

23.2 23.2

23.2 23.2

b Giá trị biểu đồ nội lực MoP

Tra bảng Tab 1.2.4 với x = Ht – hdcc = 4 – 0.7 = 3.25m

+ MC = KC(-T)h = 0.07(-20.27)12.75 = -18.1KNm + ME = KE(-T)h = 0.084(-20.27)12.75 = -21.71KNm

Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: K = -5.949'B

Ta có:

r11 = -2R = -2B ' 1

EJKh

EJ

12.75Tra bảng Tab 1.2.4 ta có: K = 0.762'B

Ta có:

R1P = -K'B  T K'BT = 0.762-20.27 = -15.45KNVậy:

11

Rr

d Gía trị nội lực của biểu đồ M5 M MoP

* Giá trị moment bên cột trái:

M 5

(KNm)

+ -

1.2 7.73

-1.2

-+ 12.54

7.73

7 Tính nội lực do tải trọng ngang của cầu trục đặt tại cột bên phải

- Tính nội lực trong biểu đồ M6: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M5 ta được giá trị và biểu đồ nội lực M6

0.11

25.13 15.73

94.03 70

2.37 3.5

1.2

8 Xác định nội lực do tải trọng gió thổi từ trái qua phải

+ Mc = KCq dw h = 0.0365.312.752 2 = 31.02KNm

* Giá trị moment bên cột phải:

+ MA = KAq hw h = -0.108(-3.31)12.752 2 = 58.11KNm + MB = KBq hw h = -0.055(-3.31)12.752 2 = 29.6KNm

+ Mc = KCq hw h = 0.036(-3.31)12.752 2 = -19.4KNm

12.75Tra bảng Tab 1.2.5 ta có: K = 0.447'B

d Gía trị nội lực của biểu đồ M7 M MoP

* Gía trị moment bên cột trái:

 Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M7

9 Xác định nội lực do tải trọng gió thổi từ phải qua trái

- Tính nội lực trong biểu đồ M8: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M7 ta được giá trị và biểu đồ nội lực M8

5.3KN/m 3.31KN/m

13.89KN/m 19.24KN/m

M 8

465.4 430.5

18.42 6.8

104.41 122.2

M 8

(KNm)

+ -

+ -

81.5 61.44

9.44 9.44

1 Xác định nội lực và chiều dài tính toán

a Xác định nội lực trong cột

Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán

+ Tại cột trên (tiết diện I) cặp nội lực |N|max - Mtư dùng thiết kế cột có giá trị:

b Xác định chiều dài tính toán

* Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung xác định riêng cho từng phần cột

- Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột trên và cột dưới (n)

* Chiều dài tính toán được xác định cho từng đoạn cột như sau:

- Chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung (theo phương x)

+ Cột dưới:

l1y = Hd = 8.75m+ Cột trên:

l2y = Ht - h = 4 - 0.6 = 3.4mdcc

2 Thiết kế tiết diện cột trên

a Chọn tiết diện cột trên

Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng Hình dạng này đơn giản cho chế tạo Tiết diện cột được ghép từ 3 bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước

t

Ta có: N = 458.44KN ; M = -374.49KNm

+ Độ lệch tâm của tải trọng

458.44N

Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện   và diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức gần đúng:

N - Lực dọc trong tiết diện cột trên

 - Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy  = 1.25

f - Cương độ tính toán của thép, f = 210MPa = 21 kN/cm2 c

 - Hệ số điều kiện làm việc của cột, lấy c = 1

2 y/c y/c

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện

+ Moment quán tính của tiết diện đối với trục x và y (J ,J ):x y

x

b c

b Kiểm tra tiết diện đã chọn

+ Kiểm tra độ bền của cột trên

phụ thuộc vào độ lệch tâm qui đổi m1 và độ mảnh qui ước  )

Do m1 < 20, cột bị phá hoại về ổn định Khả năng ổn định của cột nén lệch tâm không chỉ phụ thuộc vào độ mảnh mà còn chịu ảnh hưởng của hình dạng tiết diện và của moment uốn ở một hoặc cả hai mặt phẳng chứa hai trục chính của tiết diện cột

- Ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung của cột được kiểm tra theo công thức:

- Hệ số ảnh hưởng của moment

Với m = 4.76 < 5 nên hệ số kể đến ảnh hưởng của moment uốn và hình dạng tiết diện đối với ổn định của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung là C được xác định:

 19.18 KN/cm2 < 21KN/cm2  thỏa điều kiện

c Kiểm tra độ ổn định cục bộ của tiết diện

3 Thiết kế tiết diện cột dưới

Do cầu trục có sức trục lớn nên cần thiết phải mở rộng tiết diện cho phù hợp với kích thước cầu chạy, cho nên cột dưới sử dụng cột rỗng

Cột dưới của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp này có tiết diện không đối xứng, bao gồm hai nhánh: nhánh ngoài (nhánh mái) và nhánh trong (nhánh cầu trục).Nhánh ngoài dùng tổ hợp của 1 bản thép và 2 thép góc Nhánh trong dùng tiết diện tổ hợp

từ 3 bản thép

Do cột dưới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng Các thanh giằng

là thép góc bố trí theo hệ tam giác có thanh ngang Trục thanh giằng hội tụ ở trục nhánh cầu trục và ở trục của nhánh mái

a Tính toán, chọn tiết diện nhánh và xác định các đặc trưng hình học

Khi chịu uốn quanh trục rỗng x-x, cột rỗng làm việc như một dàn hai cánh songsong Việc chọn tiết diện xuất phát từ điều kiện bền của từng nhánh riêng rẽ Moment uốn

Mx và lực dọc N của cột gây ra lực dọc Nnh trong các nhánh cột Xác định Nnh cho từng nhánh riêng rẽ

Dựa vào bảng tổ hợp nội lực chọn ra được cặp nội lực nguy hiểm cho từng nhánh:

- Đối với nhánh cầu trục:

C = hd = 1m+ Khoảng cách giữa các mắt của hệ thanh bụng: l = a = 1 mox

+ Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục (x-x đến x1 -

- Chọn và bố trí tiết diện mỗi nhánh

Giả thiết hệ số ổn định  = 0.8 ta có diện tích tiết diện yêu cầu cho từng nhánh riêng rẽ

+ Diện tích tiết diện nhánh cầu trục:

 2  

ct x ct

ct y ct

r



2 y

r

- Chọn tiết diện nhánh mái:

Nhánh mái được tổ hợp từ hai thép góc đều cạnh và một thép bản

2 + 222.8(2.91 + 1.2) = 209.16cm3+ Khoảng cách từ trục x2 – x2 của cả nhánh mái đến mép ngoài:

t

81.84F

- Các đặc trưng hình học của nhánh mái

+ Mômen quán tính của nhánh mái đối với trục x2 – x2:

2 m

+ Bánkính quán tính của tiết diện:

m x m

m y m



2 oy

r

- Đối với toàn bộ tiết diện cột dưới

+ Diện tích tiết diện của cột dưới:

+ Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục (x – x1):

- Đặc trưng hình học toàn cột dưới

+ Moment quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x - x:

+ Độ mảnh:



2 x

Bố trí hệ thanh bụng xiên và ngang, khoảng cách giữa các nút giằng lox = a =1

m, thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

+ Chiều dài của thanh giằng xiên:

b Kiểm tra tiết diện đã chọn

+ Xác định lại lực dọc trong mỗi nhánh

+ Kiểm tra ổn định của nhánh mái:

* Kiểm tra ổn định của toàn cột dưới

- Kiểm tra ổn định của cột dưới trong mặt phẳng khung theo cặp nội gây nguy hiểm cho nhánh cầu trục:  





1 1

N 1005.73KN+ Độ lệch tâm tải trọng:

d t





2 2

+ Độ lệch tâm tương đối:

d t

* Kiểm tra tiết diện thanh giằng xiên:

Ta có chiều dài thanh xiên S = 139.62cm; Ftx = 9.35cm2

lt

NE

 11.06KN/cm2 < 21KN/cm2  thỏa điều kiện

Do lực cắt quy ước Qqu = 10.82KN nhỏ so với Qtt = 119.3KN nên thanh chịu lực bé, ta chọn tiết diện thanh giằng ngang theo cấu tạo là thép góc đều cạnh L 505 có chiều dài S = C = 97.44cm; Ftn = 4.8cm2

c Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột:

Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực: Ntx = 91.43KNVới các loại thép có f  4100KG/cmwun 2, dùng que hàn N42 có:

wf

f = 1800KG/cm2; f =0.45ws f = 0.453450 = 1552KG/cmu 2 Dùng phương pháp hàn tay nên  f 0.7;  s 1 và c = 1

Trong đó: fwmin minf wff ; fs ws 1260KG/cm2

- Đối với đường hàn góc cạnh lw 85 hf f=850.70.8=57.6cm

Vậy: lsw 10cm; lmw 5cm , các đường hàn góc cạnh đều thỏa mãn

Đường hàn thanh bụng ngang 2L 505 vào nhánh cột tính đủ chịu lực cắt

Qqu = 10.81KN, rất bé cho nên chọn theo cấu tạo với hf = 5mm; lw  5cm

 chọn lsw lmw 5cm

VI THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CỘT

1 Mối nối hai phần cột

Phần cột trên và cột dưới có tiết diện khác nhau do đó phải dùng mối nối Dựa vàobảng tổ hợp nội lực ta chọn ra được cặp nội lực nguy hiểm nhất

a Cánh ngoài của cột trên:

Nội lực để tính mối nối là nội lực ở ngay trên vai cột Nội lực nguy hiểm

nhất cho nhánh ngoài (tiết diện II - II):  





min tö

Tiết diện 2:

  

m nh

b Cánh trong của cột trên:

Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh trong (tiết diện II - II):

c Bản bụng cột trên:

Mối nối bản bụng tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối Vì lực cắt ở tiết diện này

là nhỏ nên đường hàn này hàn theo cấu tạo, hàn suốt, với chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép bản bụng

- lw hb 47cm

- hf  b 1.2cm

2 Tính toán dầm vai

Tính như dầm đơn giản có nhịp l = hd = 1m; D =608.1KN;max Gxe 120KN;

+ Dầm vai chịu uốn bởi lực S truyền từ cánh trong của cột trên Sơ đồ tính toán:tr

1000

- Chọn sơ bộ kính thước tiết diện:

+ Chiều dày bản đậy (nắp) trên đầu mút nhánh cầu trục:

bd = 2cm+ Bề rộng bản đậy:

bd = 35cm+ Chiều dày bản bụng dầm vai phải đủ chịu ép mặt do Dmax:

bd d

 chọn chiều dày dầm vai: dv 1cm

Bụng nhánh cầu trục cột dưới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn qua 2 bản bụng này liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc Chọn chiều cao đường hàn góc

hf = 10mm

Để đảm bảo độ cứng cho liên kết giữa 2 nhánh cột dưới :

hdv  0.5hd = 0.5100 = 50cm (1)

 chọn dầm vai theo điều kiện đảm bảo độ cứng hdv = 50cm

+ Chiều dày bản đậy phía dưới dầm vai: chọn theo cấu tạo cd = 1cm

3 Chân cột – Liên kết cột với móng

a Xác định kích thước bản đế

- Cột rỗng chịu nén lệch tâm có chân riêng rẽ cho từng nhánh do đó chân của mỗi nhánh được tính như chân cột nén đúng tâm Lực tính toán chân cột ở mỗi nhánh là lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột IV - IV tính riêng cho từng nhánh Dựa vào bảng tổ hợpnội lực ta có kết quả nội lực tại tiết diện IV - IV:

- Chọn bê tông móng cấp độ bền B20 có Rb = 11.5Mpa; Rbt = 0.9MPa

+ Lực nén lớn nhất phát sinh bên nhánh mái: