ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP

Cột dưới của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp này có tiết diện không đốixứng, bao gồm hai nhánh : Nhánh ngoài nhánh mái và nhánh trong nhánh cầu trục.. Tra bảng II.1, phụ lục 2 được hệ

+ Chiều dài nhà D = 120m và bước khung B = 6m.

+ Chiều cao đỉnh ray cầu trục H1 = 9,1m

II) Xác định kích thước khung ngang.

Với sức trục Q = 30T, chế độ làm việc trung bình Ta có bảng tra sau

Áplựcbánhxelênray

TrọnglượngMóc

ĐáyK

con

Toàncầutrục

j) Nhịp cầu trục : Lk = 19,5 m.

k) Sức trục Q = 30T.

l) Chọn a = 250 mm Là khoảng từ mép ngoài đến trục định vị.

m) Kích thước phần đầu cầu trục : B1 = 300 mm = 0,3m

n) Khe hở an toàn giữa mút cầu trục và mép trong cột trên : D = 75 mm.

 Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị : λ = L−L k

s) Vậy hd = 1m > (0,82 – 0,6m) thỏa mãn điều kiện

III) Tải trọng tác dụng lên khung.

- Tải trọng tiêu chuẩn gmc DaN/m2 mái: 479 daN/m2 mặt bằng

- Tải trọng tính toán gm daN/m2 mái: 534 daN/m2 mặt bằng

b) Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng.

Theo công thức kinh ngiệm : gdc =1.2αd.L Trong đó:

t) Chọn αd = 0,6 hệ số cấu tạo dàn lấy trong khoảng (0,6 -0,9)

- Tải trọng tạm thời: p = n.B.p’=1,3  6  75 = 585 daN/m

- Tải trọng thường xuyên: gm = 534 daN/m2Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên sườn ngang là:

Theo công thức kinh ngiệm : Gdct = n α dct.L dct2

w) Với α dct = 30 hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục (24 - 37)

Từ B = 6300 mm và K = 5100 mm, ta sắp xếp các bánh xe cầu trục như sau:

Ta có : giá trị tung độ của các đường ảnh hưởng là:

y1 = 1 ; y2 = 0,8 ; y3 = 0,15 Vậy : y = y1 + y2 + y3 = 1 + 0,15 + 0,8 = 1,95

Tải trọng do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực tựa của dầm xếp các

0,15

6000 6000

P

bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất Có n0 = 2 bánh xe Số bánh xe

aa)Lực hãm ngang của xe con.

Lực xô ngang tiêu chuẩn của một bánh xe

3) Tải gió tác dụng lên khung.

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 1995

Áp lực tốc độ gió ở vùng A, địa hình I : q0 = 55 daN/m2

bb) Tải trọng phân bố đều được tính bằng công thức.

Phía gió đẩy : q= n.q0.k.c.B daN/m2

Phía gió hút : q’ = n.q0.k.c’.B daN/m2

n : hệ số vượt tải lấy bằng 1,3

k : Tra bảng 5, hệ số kể đến sự thay đổi áp lực theo độ cao và dạng địa hình c,c’: hệ số khí động (Tra bảng 6 sơ đồ tải trọng gió theo TCVN 2737-1995).

Áp lực gió tại cao trình 10m.

q d ' = n.c.k q0.B = 1,3.0,8.1,18.55.6 = 405 (daN/m)

q h ' = n.c.k q0.B = 1,3.(-0,6).1,18.55.6 = - 304 (daN/m)

Ta có : Chiều cao cột < 15m nên α = 1,04

Áp lực gió tại cao trình < 12,25m.

PHẦN II TÍNH TOÁN NỘI LỰC KHUNG

I Các giả thiết khi giải khung:

1) Thay dàn vì kèo bằng một dầm ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánhdưới dàn

2) Thay cột dưới rỗng bằng cột đặc có độ cứng tương đương Chiều cao tính toán được tính

từ đế cột đến đáy dàn vì kèo

3) Chiều dài nhịp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục định vị của cột trên

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

Khi tính đối với các tải trọng không đặt trực tiếp lên dầm ngang thì xem dầm ngang cứng vô cùng.Chuyển vị góc xoay tại các nút khung bằng 0

EJ1 : độ cứng cột dưới

EJ2 : độ cứng cột trên

EJd : độ cứng thanh ngang

Giả thiết tỷ số: J1 : J2 : Jd = 10 : 1 : 30 và bề rộng tiết diện b = 1m

Tải cầu trục: Mmax = 44,75 Tm

Story Column Load Loc P(T) V2(T) M3(T.m) N nhánh

max = -21,769 T.m

N1 = -101,03 T

M2 max = 18,935 T.m

Từ K và C1 tra bảng II.6 phụ lục b ta được : 1 = 2,258

- hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy =1,25.R- cường độ tính toán của thép (R= 2100daN/ cm2)

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

Do tải trọng nhỏ nên thiết kế theo sát tải trọng thì các kích thước chênh lệch không hợp lý.

Ta chọn lại tb = 1,5 cm và tf = 2,5 cm

Vậy cột trên có kích thước như sau:

ht = 500mm; bc = 200mm; tb = 15 mm; tf = 25 mm

c) Kiểm tra tiết diện đã chọn :

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện :Momen quán tính của tiết diện :

Ang - là diện tích tiết diện nguyên

Wx - momen chống uốn của tiết diện theo trục x-x

Độ lệch tâm tỷ đối:

m1 =.m

c/Ab=25.2,5/1.45 = 1,11

Tra bảng II.4 phụ thuộc m và   = (1,9 - 0,1.m)-0,02.(6 - m).

δ c ≤[b0

δ c] [b0

δ c]: tra bảng 3.3 giáo trình thiết kế kết cấu thép:

e) Kiển tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn.

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 momen 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

Tra bảng II.2 – phụ lục II ta được lt = 0,273

Ang diện tích tiết diện nguyên của cột

σx= 41050

0,273.167 ,5 = 897,71<Rγ=2100daN /cm

2

Điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung của cột là thoả mãn

f) Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

Giá trị momen qui ước M’ dùng để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung:

M1 = 12,586 T.m

M2 = -1,8 T.mMomen tại 1/3 cột: M´ = M2 + (M1 – M2) = −1,8+(12,586+1,8)3 = 4,2 T

M’ = max(M1/2;M2/2; M )

= max(12,586/2;1,8/2; 4,2) = 6,284 T.m

Độ lệch tâm tương đối :

N - lực dọc tính toán ở tiết diện cột trên.

Ang - diện tích tiết diện nguyên của cột trên

Wx - momen chống uốn của tiết diện theo trục x-x

mx= 6284

41050 .

167 ,5

2714 =0,00945<1Với mx = 0,0096 < 5 nên hệ số kể đến ảnh hưởng của momen uốn (Mx) vàhình dạng tiết diện đối với ổn định của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung là C được xác định :

a Hình dạng và yêu cầu cấu tạo tiết diện.

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

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

Do cột dưới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng Các thanh giằng là thép dóc bố trí theo hệ tam giác có thanh ngang Trục thanh giằng hội tụ

ở trục nhánh cầu chạy và ở trục của nhánh mái

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

+ Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1.(cầu trục)

M1 = -21,769 T.m; N1 = -103,985 T.m+ Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 2 (Mái)

M2 = 18,935 T.m; N2 = -104,325 T.m Giả thiết khoảng cách hai trục nhánh C≈hd=1000mm Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh cầu trục (nhánh 1):

Diện tích toàn tiết diện:

A = Anh1 + Anh2 = 130,04 + 81,6 = 211,64 cm2 Tính khoảng cách giữa 2 nhánh cầu trục :

Trong đó : Anh2 - diện tích tiết diện nhánh 2

A - diện tích toàn tiết diện cột dưới

C - khoảng cách giữa hai trục nhánh

Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện tới nhánh 2 là:

Bố trí hệ thanh bụng xiên, khoảng cách giữa các nút giằng a = 100 cm Thanh

giằng hội tụ tại trục nhánh

Chiều dài thanh xiên

Sơ bộ chọn thanh xiên là : L80x8 có Atx = 12,8 cm2; rmin = 1,57 cm

Lực cắt lớn nhất tác dụng lên cột là Qmax = -4,52 T = 4520 daN

Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt gây ra là:

Tra bảng II.1, phụ lục 2 được hệ số mintx = 0,657 phụ thuộc vào λmax và R

Ứng suất trong thanh giằng xiên do lực cắt thực tế (ở tiết diện chân cột) gây rađược kiểm tra theo công thức :

min

tx tx

tx tx

N

R A



Trong đó :

Ntx - lực dọc trong thanh giằng xiên do lực cắt Q trên tiết diện gây ra

 - hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên, kể đến sự lệch tâm giữa trục thanh và trục liên kết khi tiết diện thép góc chỉ liên kết một bên cánh; =0,75

Atx - diện tích tiết diện thanh xiên

R - cường độ tính toán của thép

σtx= 3228 ,2 2.0,657.12,8.0,75 =256daN /cm

rx - bán kính quán tính toàn tiết diện cột dưới

K - hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng của thanh xiên và trục nhánh

Với  = 44026’ tra bảng 3.5 và nội suy được K = 28,444

N - Lực dọc lớn nhất trong N1, N2

 -hệ số uốn dọc phụ thuộc vào td.Với td = 36,42 tra bảng  = 0,915

Tính thanh bụng ngang theo lực cắt quy ước Qqư , do Qqư rất nhỏ nên chọn thanh giằng ngang theo độ mảnh giới hạn []=150 Dùng thép góc L 70x5 có rmin = 1,39 cm,

Điều kiện ứng suất ở nhánh 2 đảm bảo.

+ Trong toàn cột theo trục ảo x-x

+ Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1.(cầu trục)

M1

max = 21,769 T.m; N1=103895daN+ Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 2 (Mái)

Điều kiện ổn định toàn cột được đảm bảo.

3.2 Tính liên kết giằng vào các nhánh cột.

Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực :

Chọn lhs = 4 cm

l hm= 0,3 N tx

h m.(β R g)min γ+1=

0,3 3228 ,2 0,6 1260 0 , 75+1=2,7 cm

Chọn lhm = 3 cm

Đường hàn thanh bụng ngang L70x5 vào nhánh cột tính đủ chịu lực cắt

Qqư = 1084,24 daN, rất bé cho nên chọn theo cấu tạo với hs = 6 mm; hm = 4 mm,

Cánh ngoài cột trên nối với cánh ngoài cột dưới bằng đường hàn đối đầu.

Cánh trong cột trên hàn vào bản thép K bằng đường hàn đối đầu Bản K xẻ rãnh lồng vào bụng dầm vai và hàn với 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

Do mối nối cao hơn mặt dầm vai nên một phần bụng cột trên được hàn trước vào đỉnh cột dưới Mối nối cánh ngoài, cánh trong và bản bụng được thực hiện trên cùng một tiết diện

Dựa vào bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra được cặp nội lực nguy hiểm nhất

+ Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh trong :

M1 = 8824 daN.m; N1 = 47420 daN+ Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh ngoài :

M2 = 18935 daN.m; N2 = 61460 daNMối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 50 cm; mối nối cánh ngoài, cánh trong và bụng cột được thực hiện trên cùng một tiết diện

Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu

h - bề dày đường hàn; lấy h = 1,2 cm

lh - chiều dài đường hàn; lh = 20 - 2.0,5 = 19 cmDùng mối nối đối đầu thẳng , ứng suất trong đường hàn nối :

b) Tính dầm vai.

Dầm vai tính như dầm đơn giản có nhịp ldv = hd = 1 m

Dầm vai chịu uốn bởi lực Str truyền từ cánh trong của cột trên Sơ đồ tính toán :Phản lực gối tựa :

Rem- cường độ tính toán về ép mặt của thép

Bụng nhánh cầu trục của cột dưới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn qua Hai bản bụng này liên kết bởi 4 đường hàn góc

Chiều cao dầm vai đồng thời phải thoả mãn các điều kiện :

+ Yêu cầu về cấu tạo hdv  0,5.hd = 0,5.1 = 0,5 m+ Phải đủ chứa 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụng nhánh cầu trục và bản K Giả thiết đường hàn góc hh = 0,8 mm

Chiều dài 1 đường hàn liên kết với nhánh cầu trục:

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai

Dầm vai có tiết diện dạng I không đối xứng Cánh dưới dầm vai là bản thép nằm ngang nối bản bụng của hai nhánh cột dưới

Cánh trên dầm vai là hai bản thép (bản đậy mút nhánh cầu trục và bản sườn lót), kích thước hai bản thép này khác nhau nên tiết diện ngang của dầm vai về hai phía của lực Str cũng khác nhau

Để kiểm tra về uốn của dầm vai đủ chịu Mmaxdv cần phải tính momen chống uốn

của cả hai tiết diện này và phải tìm vị trí của trục trọng tâm x-x Khi điều kiện uốn thoả mãn, cần phải tính liên kết giữa cánh và bụng dầm tiết diện chữ I không đối xứng này, khi đó bài toán sẽ phức tạp

Để thiên về an toàn và đơn giản hoá bài toán, quan niệm chỉ có riêng bản bụng dầmvai chịu uốn Tính momen chống uốn của bản bụng

Momen kháng uốn của dầm vai

Abđ=

Nnhmax

mcb Rn

103985

963 108

2

104325

966 108

B = bc + 2.dđ + 2.cVới : bc- kích thước vuông góc với mặt phẳng uốn của tiết diện cột

chính là bề rộng cột dưới

dđ - chiều dày dầm đế, sơ bộ chọn dđ = 2 cm

c - phần nhô ra của côngxon bản đế, chọn 5 cm

B = 50 + 2.2 + 2.5 = 64 cmChiều dài L của bản đế từng nhánh

+ Nhánh cầu trục :

1 1

963

15, 05 64

1 2

966

15,09 64

σ nh=N nh

B L

+ Ở nhánh 1

+ Ở nhánh 2

Vậy ta lấy : Mmax = 2801 daN.cm

=>Chiều dày cần thiết của bản đế mỗi nhánh là:

- Dầm đế : Toàn bộ lực Nnh truyền từ nhánh cột xuống bản đế thông qua hai dầm đế

và đôi sườn hàn vào bụng của nhánh Vì vậy, dầm đế chịu tác dụng của phản lực nhthuộc diện truyền tải của nó

Tải trọng tác dụng lên dầm đế ở nhánh mái

q2dd = (5 + 0,5.25).40,7 = 712,25 daN/cmTổng phản lực truyền lên dầm đế

N2dd = q2dd.L2bđ = 712,25.50 = 35612,5daNLực N2dd này do hai đường hàn liên kết dầm đế với sống và với mép thép góc nhánhcột phải chịu

Giả thiết chiều cao đường hàn sống là: hs = 1,6 cm;

Chiều cao đường hàn mép là: hm = 1 cm

Chiều dài cần thiết của đường hàn sống

14 3 35612,5

1, 6 0, 7.1800 14

dd hs

35612,5 3

1 0,7.1800 14

g dd

hm

g

a N

q l

Chọn chiều dày sườn δ A=2 cm

Chiều cao sườn tính theo:

6 6.33916, 7

6,96 2.2100.1

A A

Kiểm tra hai đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột:

Chọn chiều cao đường hàn hh = 15 mm, hàn suốt

Sườn côngxon và đường hàn đủ khả năng chịu lực

-Tính chiều cao các đường hàn ngang:

Liên kết dầm đế với bản đế:

2 min

712, 25

0,17 2( ) 2.1800.0,7

dd h

A h

45472

10,8

2 .( ) 2.1800.0,7.1

dd hs

q l

QA = qA.l = 1160.20 = 23200 daNChọn chiều dày sườn 20 mm

Chiều cao sườn

6 6.232000

18, 2 2.2100.1

A A

+ Kiểm tra tiết diện sườn về uốn:

Momen kháng uốn của tiết diện

Kiểm tra khả năng chịu lực của 2 đường hàn liên kết sườn A với bụng cột

Chọn chiều cao đường hàn hh = 1,8mm, hàn suốt

A g

q

cm R

M, N - cặp nội lực ở tiết diện I-I gây kéo nhiều nhất cho nhánh

y - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện toàn cột đến trọng tâm nhánh đối diện với nhánh cần tính

C - khoảng cách giữa hai trục của hai nhánh cột

6, 4 1400

bl yc

Chọn hai bulông neo 48 diện tích thu hẹp A = 2.14,72 = 29,44 cm2

236825,6

26,3 1400

bl yc