Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp

Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC Thuyết minh Đồ án môn học : Kết cấu thép Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.. Phần I : Tính toán c

Trang 1

Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC

Thuyết minh

Đồ án môn học : Kết cấu thép

Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.

Các số liệu của nhà :

- áp lực gió tiêu chuẩn: Wo = 95(daN/m2)

- Chiều cao dầm cầu trục :Hdct = 700(mm)

- Chiều sâu chôn cột : H3 = 800(mm)

- Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình

+ Lk=22,5m + H= 3,7m + B = 8,8m + Lt=4,4m + B1=0,4m

Vật liệu lớp mái:

-Bê tông xỉ dày 12cm(o = 500Kg/m3)

- 2 lớp lát dày 1,5cm/lớp (o = 500Kg/m3)

-2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp9o = 500Kg/m3)

- Hoạt tải mái pc = 75daN/m2

Phơng pháp hàn tay có h=0,7; t=1

Phần I : Tính toán chung A-các kích thớc chung I/Thành lập sơ đồ kết cấu:

Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại nhà xởng 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 Sơ đồ khung ngang có dạng nh hình vẽ dới:

sơ đồ khung 1 nhịp

II/ Xác định các kích thớc khung ngang:

II.1/ Các kích thớc theo phơng thẳng đứng:

a- Chiều cao dầm cầu chạy:

hdcc= 0.7m

b - Chiều cao từ mặt ray đến đáy cầu trục.

H2 = (Hc+f)+100

Hc: Kích thớc gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con tra phụ lục VI.2<138> ta có Hc=3,7m

100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

f: khe hở xét đến độ võng của kết cấu lấy 0,4m(theo sách thiết kế KC thép nhà CN )

H2=(3,7+0,4)+0,1= 4,2m

c - Chiều cao của cột trên:

Htr = hdcc+H2+hr

chiều cao là 0,15m; chiều cao của đệm là 0,05

 hr =0,2m

hdcc=0,7m đã tính ở trên

Htr=hdcc+H2+hr=0,7+4,2+0,2=5,1m

=12,7m

e- Chiều cao của cột dới:

Hd = H-Htr+H3

H3:Chiều sâu của phần cột chôn dới cốt mặt nền :H3 = 0,8m

Hd = H-Htr+hch= 12,7 - 5,1 + 0,8 = 8,4m

g - Chiều cao đầu dàn:

Với kích thớc là dàn hình thang lấy hđd=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN)

h- Chiều cao giữa dàn:

Chọn hgd=3,2m  Độ dốc mái là ộ dốc mái là i = (3,2 - 2,2)/12 = 1/12

II 2/ Các kích thớc theo phơng ngang:

Trang 2

a-Tính chiều cao tiết diện cột trên:

Chiều cao htr =(1/10  1/12) Htr

với Htr: khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dới của dàn vì kèo

Ta chọn htr = 0,5m

b- Chọn a:

a: khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục Do sức trục Q=75T nên

c- Chọn :

 : Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mép ngoài của cột dới

  B1 +(htr - a) + D=0,4+(0,5-0,25)+ 0,075=0,725m;

B1: Khoảng cách từ trục ray đến mép ngòai của cầu chạy lấy theo catalô cầu chạy, ta có B1=0,4m

D: Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép trong của cột trên lấy là 0,075m

 =750mm khi Q  75T

d - Tính chiều cao tiết diện cột dới h d :

hd: Theo độ cứng ta có hd =(1/15  1/20) Hd= (1/15  1/20)8,4m<=560mm

+0.00

+12.70

+8.50 +14.90

+19.45

III/lập mặt bằng lới cột, bố trí hệ giằng mái, cột :

III.1/Lập mặt bằng lới Cột :

Nhà xởng đợc thiết kế có chiều dài nhà là : 102m do đó khi bố trí mặt bằng lới Cột ta không phải để khe lún nhiệt độ Mặt bằng lới Cột đợc bố trí nh hình vẽ dới

a- Bố trí giằng trong mặt phẳng cánh trên :

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Các thanh giằng chữ thập đợc nên bố trí ở đầu khối nhiệt độ và bố trí thêm ở giữa khối Mặt bằng bố trí giằng cánh trên đợc thể hiện nh hình vẽ dới

b- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dới :

Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên nó cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng

không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dới tại đầu hồi nhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên t ờng Hồi nên còn gọi là dàn gió Do Xởng có Cỗu trục Q = 75tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố trí thêm Hệ giằng cánh dời theo phơng dọc nhà Hệ giằng nhà

đảm bảo cho sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận Mặt bằng

6000

6000 6000

500

b

6000 6000 6000 6000 6000

a

6000 6000 6000 6000 6000 6000

6000 6000 6000 500

Sơ đồ mặt bằng l ới cột, giằng mái trong mặt phẳng cánh trên và d ới

3 2

c- Bố trí hệ giằng đứng :

Hệ giằng đứng đặt trong các mặt phẳng thanh đứng , có tác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên các khối cứng bất biến hình, giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi lắp dựng Hệ giằng đứng đ ợc bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn và cách

2

Trang 3

nhau 12 - 15m theo phơng ngang nhà, theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tại những gian có giắng cánh trên và cánh dới Hệ giắng dứng đợc bố trí nh sau :

d- Bố trí hệ giằng Cột :

Trong mỗi trục dọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng các cột khác dựa vào tấm cứng bằng các thanh chống dọc Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục các thanh giằng và các thanh chéo chữ thập Các thanh giằng bó trí suốt chiều cao của 2 cột

đĩa cứng trong phạm vi đầu dàn – chính là hệ giằng đứng của mái : Lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa dới của dàn kèo Lớp dới bên dới dầm cầu trục cho đến chân cột Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục Cột Các thanh giằng lớp dới đặt trong mặt phẳng hai nhánh Tấm cứng đợc đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở khối nhiệt độ Trong các gian

đầu và cuối nhà bố trí giằng lớp trên giằng này làm tăng độ cứng dọc nhà, truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa cứng Việc bố trí giằng cột đợc thể hiện nh sau :

1

bố trí hệ giằng cột và giằng đứng

b- Tính toán khung ngang:

I-Tải trọng tác động lên khung ngang:

I.1-Tải trọng tác động lên dàn: đợc tính ra đơn vị daN/m2

a- Tải trọng mái :

Dựa vào cấu tạo của mái để tính trọng lợng từng lớp(đơn vị N/m2 mặt dốc mái) Độ dốc mái là ổi ra N/m2 mặt bằng bằng cách chia cho cos ,  là góc dốc của mái

Các lớp máI

Tải trọng tiêu chuẩn (daN/m 2 )

Hệ

số v-ợt tải

Tải trọng tính toán (daN/m 2 )

Vậy ta lấy gom = 488daN/m2

i=1/12 tg =1/12cos= 0.9965

Tính trên mặt bằng

gm= gom/cos=488/0.9965 = 489,7daN/m2

b- Trọng lợng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm)

gd = 1,1.1,2.d.L(daN/m2)

1,2: hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng

L: nhịp dàn 24m theo đầu bài

1,1 Hệ số vợt tải

gd= 1,1.1,2.0,65.24= 20,59daN/m2mặt bằng

c-Trọng lợng cửa mái : (lấy theo kinh nghiệm)

gcm=1,1.0.5.(12  18) daN/m2cửa trời

Ta lấy gcm=7 daN/m2cửa trời

d- Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa:

- Trọng lợng cửa kính: gk=n.gk..bk.B=1,1.35.1,5.6=346,5daN

gk=1,1.(35  40) daN/m2cửa

Ta lấy gk= 40 daN/m2

- Trọng lợng của bậu cửa:

gb=n.g.h.B=1,1.100.6= 660 daN của bậu cửa (trên + dới)

Ta lấygctbk=(2*g)/(L*B ) =(2*100,65) /(24*6 ) =100.65 daN/m2

Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải

G1=B (gm+gd).d/2= 6.(489,7 + 20,59).2,75/2 = 3.827,2 daN

G2 = B (gm+gd).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G3 = B (gm+gd).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G4 = B (gm+gd).d + (a.gk + gb + a.gcm).B

= 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 + 140 + 3.14)

= 9185+ 1594 = 10779daN

G5=B.(gm+gd+gcm).d/2=6.(489,7 + 20,59+14).3/2 = 4.593 daN

Trang 4

G2 G3 G4 G5 G4 G3 G2

Qui đổi về lực phân bố tác dụng lên dàn của tĩnh tải:

g=gi*B

g =( 489,7+20,59+7+23,06)*6

= 3281,01daN/m=>A=Gl/2=3281.01*24/2=39372,12 daN

g- Tải trọng tạm thời : Theo TCVN 2737-95 khi không có ngời trên mái thì Po = 75 daN/m2 với np =1,1 p =1,3.po .B =1,3.75.6=585 daN/m

h- Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của hoạt tải

P1= P.d/2=585.1,25 = 731,3daN

P2= d.P= 3.585 =1755daN

P3= d.P= 3.585 =1755daN

P4= d.P= 3.585 =1755daN

P5= d.P= 3.585 =1755daN

II.2/Tải trọng tác động lên cột:

a- Do phản lực đầu dàn (lực đợc đặt vào trục cột biên):

b- Do trọng lợng của dầm cầu chạy:

Theo công thức kinh nghiệm:

Gdcc=dcc.L2

dcc.1,1

Với Q=75T ta chọn dcc =37, Ldcc=6m

 Gdcc= 37.62.1,1= 1465,2daN

c- Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:

áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột Xác định do 2 cầu trục hoạt đông tại 2 nhịp liên tiếp

Độ dốc mái là ờng ảnh hởng của phản lực tại vai cột

Tra bảng VI-1,2 sách thiết kế KC thép nhà CN phụ lục cầu trục ta có :

Pc

1max = 35tấn = 350KN Pc

2max = 36tấn = 360KN

G: trọng lợng của toàn bộ cần trục G = GXC + GCT = 38 +115 = 153tấn = 1530KN

no: số bánh xe 1 bên ray no = 4 bánh

8400

1280840 4560 8401280

6000 6000

0,1

mô men đ ờng ảnh h ởng

1280 840 4560 840

1280

8400

Pc 1min=(Q+G)/no - P c

1max= (750+1530)/4 - 350 = 220KN

Pc 2min=(Q+G)/no - P c

2max= (750+1530)/4 - 360 = 210KN

áp lực lớn nhất lên vai cột D max :

Dmax = n.nc.( Pc

1max.yi + Pc

2max.yi) = 1,2.0,85.[350.0,1 + 360.(1 + 0,86

+ 0,5733 + 0,4333)] = 1088,32KN

nc:hệ số tổ hợp xét đến ảnh hởng của nhiều cầu trục 1 lúc nc=0,85

n:hệ số vợt tải n=1,2

áp lực nhỏ nhất phía bên kia là D min :

Dmin=n.nc.( Pc

1min.yi + Pc

2min.yi) = 1,2.0,85.[220.0,1 + 210.( 1 + 0,86

+ 0,5733 + 0,4333)] = 637KN

d-áp lực ngang của cầu chạy:

Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy, má hãm lại tạo ra lực hãm ngang áp lực ngang trên 1 bánh xe:

Tc= (Q+GXC).0,05/no

Tc

1 = (750 + 380).0,05/4 = 14,125KN

Các lực ngang Tc

lên vai cột ta có thể xác định đợc lực T nh sau(Tính theo phơng ngang):

T= n.nc Tc.yi=1,2.0.85.14,125.(0,1 + 0,86 + 1 + 0,5733 + 0,4333) = 42,74KN

Lực này chỉ có thể có một trong 2 cột

4

Trang 5

II.3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang :

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

- Gió thổi lên mặt bằng tờng dọc đợc chuyển thành lực phân bố trên cột khung

- Gió trong phạm vi mái từ cánh dới dàn vì kèo trở lên đợc chuyển thành lực tập trung nằm ngang đặt ở cao trình cánh dới vì kèo(đầu cột)

Trong phạm vi tờng dọc

Tra bảng tải trọng gió ta có qo= 95daN/m2

Phía đón gió : qd=n.qo.k.c.B (daN/m)

Phía trái gió : qtr=n.qo.k.c’.B (daN/m)

n:hệ số vợt tải n = 1,2

B:Bớc khung B = 6m

(Do B/L=102/24 >2 và h/L = (14,5 + 2,2)/24 = 0,6985)

Dạng địa hình B

h=10m có k = 1

h=20m có k = 1,19 => h = (13,5 + 2,2 + 0,75 + 4,5 + 0,6) = 21,05 m => k = 1,20

h= 30m có k = 1,32

Từ cao trình 0.00 đến cao trình 14,5m

qđ = n.qo.k.c.B = 1,2.95.1.0,8.6 1,04 = 569 daN/m

qh = n.qo.k.c’.B = 1,2.95.1.0,6.6.1,04 = 427 daN/m

l = 24m

0.00

sơ đồ tải trọng gió

W

0.75m

h o = 2.2m

W'

0,6m

-Trong phạm vi mái :Tải trọng gió qui về lực tập trung:

W=n.q0.k.B.Cihi

+Mặt truớc:

=90o,có h1=2,2mC1= 0,8

=90o,có h3= 3mC3=0,7

=30 có h4= 0,6mC4=- 0,8

+Mặt sau:Tơng ứng ta tra ra đợc hệ số c của mặt sau ứng với từng chiều cao h là :

C1 = - 0,6; C 2= -0,6; C3=-0,6; C4= - 0,6;

k:Trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đáy vì kèo và giá trị ở độ cao điểm cao nhất của mái k = (1,099 +1,204) /2 = 1,1515

W = 1,2.65.1,1515.6.[2,2.0,8 + 0,75.(-0,62) + 0,7.3 + (-0,8).0,6 + 2,2.0,6 + 0,75.0,6 + 0,6.3 + 0,6.0,6)] = 3.689 daN

III.Tổ hợp nội lực:

Ta tiến hành tổ hợp nội lực để tìm ra từng trờng hợp tải trọng bất lợi nhất để thiết kế khung Do nhà có t ờng tự mang nên lực dọc

ở cột chỉ có V, V’;ở cột dới có thêm Dmax;Gdcc(bỏ qua trọng lợng bản thân của cột) Các kết quả giải đợc ta đa vào bảng tổ hợp Với mỗi cột ta xét 4 tiết diện nguy hiểm nhất và tại mỗi tiết diện ghi trị số M,N,Q do mỗi loại tải trọng gây ra Riêng tiết diện A thì xét thêm lực cắt Q Các trị số trong bảng nội lực đợc ghi làm 2 dòng ; Dòng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hơp cơ bản I(hệ số tổ hợp bằng 1) Dòng dới ghi trị số nhân 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản II

Ta cần tìm tại mỗi tiết diện:

max; Nt

-max; Nt

+ Tổ hợp gây lực nén lớn nhất: Nmax; M+

t(M+

t)

Phần 2 :Thiết kế cột

Nội lực tính toán đợc xác định bởi 3 cặp từ bảng tổ hợp

Trang 6

I- Xác định chiều dài tính toán:

Với cột của nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng ta có chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung đợc xác định: Với cột dới l1x=1.Hd

Với cột trên l2x =2.Ht

Giá trị hệ số 1 phụ thuộc vào tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cột

k1=i2/i1=(J2/Ht) (Hd/J1)= (J2/ J1)(Hd/Ht) = (1/9).(8,4/5,1)= 0,183

Tỷ số lực nén m = Nd/Nt = 146.781/46.162 = 3,18

c1=(Hd/Ht)[(J1/ J2.m)1/2] =(5,1/8,4)(9/3,18)1/2=0,9

l2x= 2,46.5,1 = 12,55m Chiều dài tính toán ngòai mặt phẳng khung:

l1y = Hd=8,4m

l2y = Ht-hdcc = 5,1 – 0,7 = 4,4m(hdcc=0,7m theo tính toán phần I)

II-Thiết kế tiết diện cột:

II.1-Xác định lực tính toán của cột:

Vì khi tổ hợp nội lực ta cha kể đến tải trọng bản thân của cột nên ta cần tính thêm tải trọng bản thân của cột khi tính toán cột Ta coi tải trọng bản thân nh lực tập trung đặt tại tâm tiết diện cột ở trên đỉnh cột Ta tính toán theo công thức: Gc=gc.hc

a - Cột trên:

K : Hệ số kể đến ảnh hởng của mô men làm tăng tiết diện cột Cột trên chọn k = 0,3; Cột dới chọn k = 0,45

 : Hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy =1,6;

 gc = [46.162/(0,3.2,15.107)].1,6.7850 = 89,9 daN/m

hc:Chiều dài đoạn cột

Htt = Ht+hđd = 5,1 + 2,2 = 7,3m

Gc = 89,9.7,3 = 656daN

Lực dọc tính toán cho cột trên: Ntt = 46.162 + 656 = 46.818daN

b - Cột dới:

k = 0,45, R = 2,15.107daN/m2,  =1,6;  = 7850daN/m3

N = Ntmax = 146.781daN, Hd=9,4m

 gc = [146.781/(0,45.2,15.107)].1,6.7850= 190,5 daN/m

Vậy ta có lực dọc tính toán cho cột dới

N1tt= 146.781 + 656 + 1791 = 149.228 daN; M1= -50.322daNm

N2tt= 142.405 + 656 + 1791 = 144.852 daN; M2= 92.321daNm

II.2-Thiết kế tiết diện cột trên

a-Chọn tiết diện cột:

Diện tích yêu cầu sơ bộ:

Ayc = 46.818[1,25+2,4.87/50]/21,5.102 = 118cm2

b-Hình dạng và cấu tạo tiết diện cột:

- Chiều cao tiết diện cột trên bt=0,5m (theo phần I)

Ta có diện tích tiết diện:

16

468 16

500

c-Kiểm tra tiết diện đã chọn:

Tiết diện cột phải thoả mãn các điều kiện về bền về ổn định tổng thể và ổn định cục bộ

- Các đặc trng về hình học của tiết diện cột:

Diện tích tiết diện:

Jx = 1.46,83/12+2.(25.1,63/12+24,22.1,6.25) = 55.410 m4

Jy = 46,8.13/12+2.(1,6.253/12) = 4.171 cm4 Bán kính quán tính:

rx= (Jx/A)0,5= (55.410/126,8)0,5 = 20,9 cm

ry= (Jy/A)0,5 = (4.171/126,8)0,5= 5,74 cm

Mô men chống uốn:

Wx=2Jx/h = 2x55.410/50 = 2.216,40 cm3

- Độ mảnh và độ mảnh qui ớc của cột trên:

y = l2y/ry = 440/5,96 = 73,83 cm

y = y (R/E)0,5 = 73,83 (2150/2,1.106)0,5= 2,36 cm

x= l2x/rx= 1255/21,72 = 57,78 cm

6

Trang 7

x= x(R/E)0,5 = 57,78.(2150/2,1.106)0,5 = 1,85 cm với E=2,1.106daN/cm2

- Độ lệch tâm tơng đối m và độ lệch tâm tính đổi m 1 :

m = e.Ang/Wx = 87x126,8/2.216,40 = 4,58

Ang:Diện tích tiết diện nguyên

với x= 1,85cm; m = 4,58 và Ac/Ab = (25.1,6)/(46,8.1) = 0,85

Tra bảng II-4(trờng hợp 5) ta có

 = (1,9 - 0,1m) - 0,02(6 - m)x = (1,9 – 0,1.4,58) – 0,02(6 – 4,58).1,85 = 1,39

m1= 1,39.4,58 = 6,366 Vì m1<20, không có lối đi ở bụng cột Athực=Ang nên ta không cần kiểm tra điều kiện bền

- Kiểm tra ổn định tổng thể của cột:

+ Độ dốc mái là iều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:

x = N/(lt.Ang)  .R với m1 = 6,366; x= 1,85cm

Tra bảng phụ lục II.2 nội suy ta có lt=0,1972

x = 46.162/0,1972.117,44 = 1.993,25 daN/cm2 .R=2150daN/cm2 + Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung:

Tính mô men ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có

Mb= -40.718daNm

Mct= 6293daNm.(theo bảng tổ hợp nội lực) Mô men ở tiết diện phần ba cột là(phía M lớn)

M’=Mct + 2[Mb-Mct]/3 = 6293+ 2[-40.718 -( 6293)]/3 = -25.048 daNm

M’= -25.048 > Mb/2 = -40.718/2= -20.359 daNm(về trị số)

ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:

y=N/(c.y.Ang).R với y = 73,83 cm ;R=2150daN/cm2

Tra bảng phụ lục II.1 ta nội suy đợc y= 0,758

mx=e’/x=(M’/N)/(Wx/Ang)

mx = (25.048.102/46.162)/(2.216,4/117,44) = 2,875 có mx <= 5

C = /(1+.mx) Với 1 < mx<5 tra bảng phụ lục II-5 ta có:

với y= 73,83cm và c=3,14.(E/R)0,5 = 3,14(2,1.106/2150)0,5 = 98,1 =1

y = 46.162/(0,271.0,758.117,44) = 1.913,51 daN/cm2 < 2150daN/cm2

- Kiểm tra ổn định cục bộ của cột:

+ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo điều kiện : hb/b < [ho/b]

Theo bảng 3.4 ta có m = 4,24 > 1 ; x = 1,85cm > 0,8

 [ho/b] = (0,9+0,5 ).(E/R)0,5  3,1(E/R)0,5

[ho/b] = (0,9+0,5.1,85)(2,1.106/2150)0,5 = 57,04 < 3,1.(E/R)0,5 = 96,8

Vậy [ho/b]=57,04

Ta có hb/b = 46,8/1 = 46,8 < [ho/b] = 57,04Thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột trên

+ Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh : với  = 1,85cm thoả mãn 0,8< <4

Theo bảng 3.3:[bo/c] = (0,36+0,1 ).(E/R)0,5

[bo/c] = (0,36+0,1.1,85)(2,1.106/2150)0,5 = 17,03

Ta có : bo/c= (bc- bb)/2c = (25 - 1)/(2.1,6) = 7,5 < [bo/c] =17,03 Thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ bản cánh

II.3-Thiết kế cột dới (ta dùng cột rỗng):

II.3.1- Chọn tiết diện nhánh:

Các cặp nội lực: Nhánh ngoài cột dới : N2tt =144.852daN; M2tt= 92.321daNm;

Nhánh trong cột dới : N1tt =149.228daN; M1tt= -50.322daNm;

Thay các giá trị vào phơng trình:

y1-[(M1+M2)/(N1-N2)+c]y1+ M2.c/(N1-N2) = 0

y1-[(50.322+ 92.321)/(149.228 -144.852)+1]y1+ 92.321x1/(149.228 -144.852) =0

y 1 2 - 26,70 y 1 + 18,80 = 0

Giải phơng trình ta có y1 = 0,724m; y2 = c-y1= 1-0,724 = 0,276 m

Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy(tính sơ bộ)

Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,724/1 + 50.322/1 = 138.222,07 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

Nnh2= N2.y2/c+M2/c =144.852x0,276/1 + 92.321/1 = 122.268,15 daN Giả thiết độ ổn định =0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh

Nhánh cầu chạy:

Aycnh1= Nnh1/R = 138.222/(0,8.2150.1) = 80,36 cm2 Nhánh mái:

Aycnh2= Nnh2/R = 122.268/(0,8.2150.1) = 71,09 cm2 Theo yêu cầu độ cứng bề rộng cột:

b = 40cm (tỷ số b/Hd = 40/940 = 1/23,5)

a - Nhánh cầu chạy dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ 3 bản thép có các kích thớc tiết diện là :

Bản cánh:2.(200.16)Fc= 64cm2

Anh1= 93,44 cm2

Tính các đặc trng hình học của nhánh:

Jx1= 2.hb3/12 = 2.1,6.203/12 = 2.133 cm2

rx1= (Jx1/Anh1)0,5 = (2.133/93,44)0,5 = 4,78 cm

Jy1= 0,8.36,83/12+20.1,6.(40/2-1,6/2)2 = 15.119 cm4

ry1= (Jy1/Anh1)0,5 = (15.119/93,44)0,5= 12,72 cm

b - Nhánh mái là tiết diện tổ hợp : 1 thép bản 360x14F = 50,40 cm2 và 2 thép góc đều cạnh L100x8F = 31,2 cm2(A1g= 15,6cm2)

Trang 8

Anh2 = 50,4 + 31,2 = 81,6cm2

Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái:

zo=Ai zi /Ai = (50,4x0,7 + 2x15,6x2,75)/81,6 = 1,48 cm

Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện

với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái

Các đặc trng hình học của tiết diện Jx1= Jy1g= 147 cm4

Jx2=Jx+2bSx+b2F

Jx2 = 36.1,43/12 + 36.1,4(1,48 - 0,7)2+ 2.[147 + 15,6.(2,75- 1,48)2] =383,22 cm4

rx2= (Jx2/Anh2)0,5 = (383,22/81,6)0,5= 2,17 cm

Jy2 = Jy+2bSy+a2F=1,4.363/12 + 2.[147 + 15,6.(40/2 – 2,75)2] =15.021 cm4

ry2 = (Jx2/Anh2)0,5 = (15.021/81,6)0,5 =13,57 cm

Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh:

C = h - zo = 100 – 1,48 = 98,52 cm

Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái:

y1=Anh2.c/A = 81,6.98,52/(93,44+81,6) = 45,93 cm

y2= c- y1= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm

Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:

Jx = Jx +yi2.Anhi = Jx1+Jx2+ y1.Anh1+ y2.Anh2

= 2.133 + 383,22 + 93,44.45,932 + 81,6.52,592 = 426.861 cm4

rx = [Jx/(Anh2+ Anh2)]0,5 = [426.861/(93,44+81,6))]0,5 = 49,38 cm

II.3.2 - Xác định hệ thanh bụng:

a - Bố trí thanh bụng :

- Khoảng cách các nút giằng a= 96cm thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

- Chiều dài thanh xiên:

S = (a2+c2)0,5 = (962+98,522) 0,5= 137,56 cm

- :góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên

tg = 98,52/96 = 1,048085  sin = 0,716207

Ta giả thiết hệ thanh giằng xiên là hệ thép góc đều cạnh L75x7 có

Atx= 10,1 cm2, rmintx=1,48cm(=ryo)

b - Kiểm tra thanh bụng xiên - giằng cột:

Nội lực trong thanh xiên do lực cắt thực tế chân cột là: Q = 12.490daN

Kiểm tra độ mảnh của thanh bụng xiên

max = s/rmintx = 137,56/1,48 = 92,98 <[] = 150 Tra bảng II.1 phụ lục ta có  mintx = 0,65

Kiểm tra :  = Ntx/min.Atx. R

8.719,55/0,65x10,1x0,75 = 1770,92daN/cm2 < R=2150 daN/ cm2

Thanh xiên ổn định

c - Kiểm tra thanh bụng ngang:

Độ dốc mái là ộ mảnh các nhánh:

Độ dốc mái là ộ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x: x = lx1/rx = 1.861/49,38 = 37,69

với lx1=18,61 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dới đã tính

tđ = (x+k.A/Atx)0,5 = (37,692 + 28,5.175,04 /10,1) 0,5 = 43,75 < [] =120 với A = Anh1+Anh2 = 93,44 + 81,6 = 175,04 cm2

Theo tđ = 43,75 tra bảng II.1 đợc  = 0,89

= 7,15.10-6(2.330 - 2,1.106/2,1.103)149.228/0,89 = 1.622daN

Ta thấy Qq<Q vây ta không cần phải tính lại thanh bụng xiên và tđ

có  = s/rmin=100cm/1,25cm = 80<[]

d -Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:

Nhánh cầu chạy: y1 = ly1/ry1 = 940/12,72 = 73,90 = 1max

x1= lnh1/rx1= 100/4,78 = 20,92

x2 = lnh2/rx2 = 100/2,17 = 46,08

Từ 1max = 73,90 Tra bảng phụ lục II-1 đợc 1=0,758

y1 = Anh2.c/A = 81,6.98,52/(93,44 + 81,6) = 45,93 cm

y2= c- y1= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm

Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy

Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4593/0,9852 + 50.322/0,9852 = 100.204 daN Kiểm tra ứng suất:

 = Nnh1/1.Anh1 R

 = 100.204/0,758x93,44 = 1.415 daN/cm2  R = 2150daN/cm2

Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,5259/0,9852 + 92.321/0,9852 = 160.847 daN

2max = 69,27tra bảng 1=0,782

 = Nnh2/2.Anh2 = 160.847/0,782x81,6 = 2.521 daN/cm2 > R = 2150daN/cm2

Ta thấy không thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực của cột(nhánh mái) theo trục y-y Vì vậy cần chọn lại tiết diện trục nhánh bằng cách thay 2 thanh thép góc L100x100x8 và tấm 360x14 bằng 2 thanh thép góc L100x100x10 và tấm 360x16 Sau đó kiểm tra lại

điều kiện ổn định và chịu lực theo phơng y – y của cột

Nhánh mái sau khi điều chỉnh lại tiết diện tổ hợp bao gồm :

(A1g= 19,2cm2) Anh2 = 57,6 + 38,4 = 96cm2

Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái:

zo=Ai zi /Ai = (57,6x0,7 + 2x19,2x2,83)/96 = 1,55 cm

Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện

với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái

Các đặc trng hình học của tiết diện Jx1= Jy1g= 179 cm4

8

Trang 9

Jx2=Jx+2bSx+b2F

Jx2 = 36.1,63/12 + 36.1,6.(1,55 - 0,8)2+ 2.[179 + 19,2.(2,83 - 1,55)2]= 466cm4

rx2= (Jx2/Anh2)0,5 = (466/96)0,5= 2,2 cm

Jy2 = Jy+2bSy+a2F=1,6.363/12 + 2.[179 + 19,2.(40/2 – 2,83)2] = 17.899 cm4

ry2 = (Jx2/Anh2)0,5 = (17.899/96)0,5 = 13,65 cm

Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh:

C = h - zo = 100 – 1,55 = 98,45 cm

Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái:

y1=Anh2.c/A = 96.98,45/(93,44+96) = 49,89 cm

y2= c- y1= 98,45 - 49,89 = 48,56 cm

Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:

Jx = Jx +yi2.Anhi = Jx1+Jx2+ y1.Anh1+ y2.Anh2

= 2.133 + 466 + 93,44.49,892 + 96.48,562 = 461.547 cm4

rx = [Jx/(Anh2+ Anh2)]0,5 = [461.547 /(93,44+96))]0,5 = 49,36 cm

200

8

16 100

984.5

Độ dốc mái là ối với nhánh mái :

y2 = ly2/ry2 = 940/13,65 = 68,86 = 2max

x2 = lnh2/rx2 = 100/2,2 = 45,45 Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy

Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4989/0,9845 + 50.322/0,9845 = 126.736 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 92.321/0,9845 = 165.222 daN

2max = 68,86tra bảng 1=0,85

 = Nnh2/2.Anh2 = 155.032/(0,85x96) = 2.024 daN/cm2 < R = 2150daN/cm2

Vậy cột thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực theo trục y-y

e - Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:

Các cặp nội lực:

Nhánh cầu chạy: N1tt = 149.228daN; M1tt= 50.322daNm;

Cặp 1: e1 = M1/N1 = 50322/149.228 = 0,3372m = 33,72cm

độ lệch tâm tơng đối m = e1.A.y1/Jx = 33,72x189,44 x49,89/461.547 = 0,414

tđ = tđ (R/E)0,5 = 37,7.(2,15.103/2,1.106) 0,5 = 1,206 Với x = lx1/rx = 1.861/49,36 = 37,7

Tra bảng phụ lụcII-3 ta có lt= 0,751

ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện

N1/lt.A = 149.228/0,751x189,44 = 1.049 daN/cm2  R = 2150daN/cm2

Cặp 2: e2 = M2/N2 = 92.321/144.852 = 0,64 m = 64cm

Độ dốc mái là ộ lệch tâm tơng đối

m = e2.A.(y2+zo-1,6)/Jx = 64x189,44.(48,56+1,55-1,6)/461.547 = 1,135 1,6 : chiều dày của bản thép của tiết diện nhánh mái

Tra bảng phụ lụcII-3 ta có lt = 0,444

ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện

g - Tính liên kết các thanh giằng vào các nhánh cột:

Độ dốc mái là ờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột phải chịu đợc lực

Ntx = 8.883daN

Rgh=1.800daN/cm2, Rgt=0,45 RbtcdaN/cm2= 0,45x3.450=1.550daN/cm2

hàn tay có h=0,7; t=1;

t.Rgt = 1x1.550 =1.550 daN/cm2

h.Rgh = 0,7x1.880 = 1.260 daN/cm2 = (h Rg)min

Vậy ta có chiều dài cần thiết của từng loại đờng hàn để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là:

lhs = 0,7Ntx/hhs.(.Rgh) min. = 0,7x8.883/0,7x1.260x0,75 = 9,40 cm

lhm = 0,3Ntx/hhm.(.Rgt) min. = 0,3x8.883/0,6x1260x0,75 = 4,7 cm

với =0,75

Độ dốc mái là ờng hàn liên kết thanh bụng chịu lực cắt Qq rất bé do đó ta lấy đờng hàn theo cấu tạo

hhs = 6mm; hhm = 5mm; lh > 4cm;

II.4-Thiết kế các chi tiết cột:

II.4.1 - Nối phần cột trên và cột dới:

- Ta dùng liên kết hàn đối đầu để nối 2 phần cột trên và dới Mối nối sẽ ở vị trí cao hơn vai cột 1 khoảng là 500mm Nội lực dùng để tính toán là nội lực tại tiết diện Ct (tiết diện ngay sát vai cột) Từ bảng nội lực ta chọn ra 2 cặp nội lực nguy hiểm nhất cho từng nhánh tơng ứng

N2tt = 46.162daN; M2tt = -8.752daNm (1;2;7) Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu:

Sngoài = N1/2+M1/bt’ = 46.162/2 + 9.960/(0,4 - 0,016) = 42.482 daN Trong đó: bt’=( bt-c):khoảng cách trục 2 bản cánh cột trên

Ta có cột trên tiết diện chữ H :

Trang 10

Bản bụng: 46,8.1 = 46,8cm2, bản cánh: 2.(25.1,6) = 80cm2 ứng suất trong đờng hàn đối đầu nối với bản cánh ngoài là:

h = Sngoài/(hlh) = 42.482/1,6.(25 - 2.0,5) = 1.106 daN/cm2 <R = 2100daN/cm2

Chọn bản nối K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều rộng bản cánh của cột

Nội lực lớn nhất trong cánh trong cột trên:

Strong = 46.162/2 + 8.752/(0,4 -0,016) = 44.982 daN Dùng đờng hàn đối đầu thẳng góc ứng suất trong đờng hàn nối là:

h = Strong/(hlh) = 44.982/1,6.(25-2.0,5) = 1.171 daN/ cm2 < R=2100daN/cm2

Cánh trong và cánh ngoài của cột đều thoả mãn điều kiện ổn định

- Tính toán mối nối bụng: mối nối bụng đợc tính chịu lực cắt Vì lực cắt cột trên khá bé nên dùng đờng hàn đối đầu theo cấu

II.4.2 - Tính toán dầm vai:

S trong = 44.982daN đặt tại giữa nhịp

Phản lực gối tựa:

A = B = S trong/2 = 44.982/2 = 22.491daN =22,491T Mô men lớn nhất tại giữa nhịp:

Mmaxdv = S trong.l/4 = 44.982.1./4 = 44.982.1./4 = 11.246daN.m

Chiều dày dầm vai đợc xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung

Dmax+Gdct = 108.832 + 1.465,2 = 110.297 daN

Chiều dài truyền lực ép cục bộ : z = bs+2bđ = 30+2.2 = 34cm

a - Chiều dày cần thiết bản bụng dầm vai:

dv= (Dmax+Gdct)/z.Rem = 110.297/34x3.200 = 1,014cm Lấydv = 12mm

- Bản bụng của nhánh cầu trục của cột dới sẽ đợc xẻ rãnh cho bản bụng của dầm vai luồn qua Hai bản bụng này đợc liên kết với nhau bằng 4 đờng hàn góc Chiều cao của bản bụng trớc hết phải đủ để chứa 4 đờng hàn này Giả thiết chiều cao đờng hàn góc là 6

mm

chiều dài cần thiết 1 đờng hàn là:

lh1 = [Dmax+Gdct+B]/[4hh.(Rg)min] + 1 = (110.297 + 44.982/2)/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 43,90 cm

(Rg)min:lấy giá trị nhỏ hơn 2 giá trị tRgt và hRgh.Lấy(Rg)min = 0,7.1800

Chiều dài 1 đờng hàn cần thiết liên kết bản K vào bụng dầm vai

lh2 = S trong/[4hh.(Rg)min] + 1 = 44.982/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 14,87 cm

- Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai:

Độ dốc mái là ể việc tính toán đơn giản, thiên về an toàn ta coi chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn Mô men chống uốn của bản bụng dầm vai

là :

W =  dv .hbdv2/6 = 1,2.572/6 = 649,8cm3 ứng suất: h = Mdv

max/W = 11.246.102/649,8 = 1730,7 daN/ cm2 < R = 2100daN/cm2

Thoả mãn điều kiện chịu uốn

II.4.3 - Tính toán chân cột:

Chân cột rỗng chịu nén lệch tâm ta tính toán mỗi nhánh nh 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 vẫn là các cặp nội lực để tính toán chọn tiết diện tại A

Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy

Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4989/0,9845 + 50.322/0,9845 = 126736 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 92.321/0,9845 = 165.222 daN

a - Tính bản đế:

Diện tích yêu cầu của bản đế đợc xác định theo CT:

Abđ=N/Rncb

Giả thiết hệ số tăng cờng độ do nén cục bộ xuống mặt bê tông móng: mcb=(Am/Abđ)1/3 =1,2

Rncb = mcb.Rn = 1,2.90 = 108 daN/cm2 Diện tích yêu cầu của nhánh cầu trục là:

Anh1yc = N nh1/Rncb = 126.736 /108 = 984,06 cm2 Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái là :

Anh2yc = N nh2/Rncb = 165.222 /108 = 1.435,48 cm2 Chọn chiều rộng bản đế : B = bc+2dđ+2c = 40 + 2.1,4 + 2.3,6 = 50cm

Chiều dài L của bản đế tính đợc là:

L1bđyc = Anh1yc/B = 984,06/50 = 19,68 cm Lấy L1bđ = 24cm

L2bđyc = Anh2yc/B = 1.435,48/50 = 28,71 cm Lấy L2bđ = 34cm

ứng suất thực tế ngay dới bản đế:

nh1 = Nnh1yc/Anh1 = 126.736/(24.50) = 88,57 daN/cm2

nh2 = Nnh2yc/Anh2 = 165.222/(34.50) = 91,20 daN/cm2

-Tính chiều dày bản đế:

+Tính chiều dày bản đế nhánh mái:

Ta có : b/a = 230/170 = 1,35 tra bảng 3.6 ứng với bản kê 3 cạnh ta đợc  = 0,125

Mô2 = .nh2.a2 = 0,125.91,2.172 = 3.295 daNcm Ta chọn Mô2 để tính toán Chiều dày bản đế của nhánh mái là:

bđm = bđ2 = (6M/R.)1/2 = (6x3.295/2150x1)1/2= 3,03 cm;

Lấy bđ2 = 3,2cm

+Tính chiều dày bản đế nhánh cầu trục :

Kiểm tra : ta có b/a = 230/100 =2,3 Tra bảng III.6 nội suy có  = 0,133

Mô2 = .nh1.a2 = 0,133.88,57.112 = 1.178 kgcm

Vậy bđ1 = (6M/R.)1/2 = (6x1.178/2150.1)1/2 = 1,81 cm Chọn bđ1 = 2cm

b - Tính các bộ phận ở chân cột :

Toàn bộ lực từ cột truyền xuống thông qua 2 dầm đế và đôi sờn hàn vào bụng nhánh Vì vậy dầm đế chịu tác động của phần phản lực

nh thuộc diện truyền tải của nó

Tải trọng tác động lên dầm đế ở nhánh mái

10

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	559 KB