Đồ Án Kết Cấu Thép 2

Kiểm tra lại xà gồ đã chọn: Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên... Ta có : y x *Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP

- Độ dốc mái: i = 8 % ⇒ α =4,57o (sinα =0,079; cosα =0,997)

- Sức nâng cầu trục: Q = 5 (Tấn), cần trục làm việc trung bình

- Cao trình đường ray: 6,7(m)

- Phân vùng gió IV.B (địa điểm xây dựng: TP Hà Tĩnh) có:

B THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

I THIẾT KẾ XÀ GỒ:

- Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings

Design Manual” Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ

- Tấm lợp mái : (single skin panels) hình dạng tấm lợp mái chọn như sau:

Có các thông số kỹ thuật :

Chiều dày

(mm)

Trọng lượng 1 tấm(kG/m2)

D.tích 1tấm(m2)

Tải trọng cho phép(kN/m2)

( Tra trang 172- Chương 8- Sách Pre-Engineered buildings)

60 1.75 20

- Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên

Wx(cm3)

Iy(cm4)

Wy(cm3)

Trọnglượng(kg/m)

Chiềudày(mm)

Diện tích(cm2)

Tải trọngcho phép(KN)

Iy(cm4)

Wy(cm3)

Trọnglượng(kg/m)

Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

L(mm)

⇒ Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là : 1,5 0 1,5

2 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn:

Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên

Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang một góc α = 4,57o (Độ dốc i = 8%)

ptc(kG/m2)

ptt(kG/m2)

x

180es20 180es20 180es20 180es20

Xà gồ tính toán theo 2 phương x-x là dầm đơn giản, xà gồ tính toán theo phương y-y là dầmliên tục 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp.

Ta có :

y x

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái δy

Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

b Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

M W

M

c y

y x

x y

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

- Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái δy.

Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

II THIẾT KẾ KHUNG NGANG

1.Xác định các kích thước chính của khung ngang.

Khoảngcách

Zmin(mm)

Bề rộnggabarit

Bk(mm)

Bề rộngđáy

Kk(mm)

T.lượngcầu trụcG(T)

T.lượng

xe con

Gxc(T)

Áplực

Pmax(kN)

Áplực

Pmin(kN)

- Dầm cầu trục: Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta chọn dầm tiết diện chữ I định hình

cao 40 cm có các thông số như sau:

Với: HK =0,81 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục)

bK =0, 2(m) khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang.

Chọn H2=1,0 (m)

Chiều cao của cột khung: (coi cao trình đáy cột ở cốt +0.00)

H H= 1+H2 +H3 =6,7 1,0 0 7,7(m)+ + =

Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray, H1= 6,7 m

H3 - Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt 0,000± ,( H3=0)

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột:

Hd = −H Ht =7,7 - 1,54 = 6,16 (m)

1.3 Theo phương ngang.

Coi trục định vị trùng với trục đường trục của cột Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Khe hở giữa cầu trục với mép cột:

z L= 1− =h 0,75 0,5 0,25m Z− = > min =0,16m (tra theo catalo)

1.3 Sơ đồ tính khung ngang.

2 Tải trọng tác dụng lên khung ngang

2.1 Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải):

- Tải trọng mái và xà gồ : trên thực tế tải này truyền lên khung dưới dạng lực tập trung tạiđiểm đặt các xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố (trên mặt bằng)

Với cột cao 7,7 m, nhưng do có 1,2m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kể đến, chỉtính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1,2m trở lên trên, tương ứng với chiềudài cột là 6,5m , giả thiết dùng 5 xà gồ 200Z17 dặt cách nhau 1,625 m , trọng lượng quy thànhlực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọngtrong nhà gây ra nên không xét đến

2.2 Hoạt tải mái:

Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là 0,3 kN/m2

Quy đổi thành lực phân bố đều trên xà ngang:

đó xác định được áp lực lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình hoặc nhẹ

Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin :

Các áp lực D ;D truyền vào vai cột và lệch tâm so với trục cột (trục định vị tâm cột) max min

W =1,55kN / m , hệ số vượt tải 1,2

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng của nhà và độ dốc của mái, ta có thể xác định các hệ số khí động của tải trọng gió theo chỉ dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN2737

460 20

Cột cao 7,7m < 10 m nên áp lực gió là không thay đổi

*Gió theo phương ngang nhà:

- Tải trọng gió tác dụng lên cột:

+ Phía đón gió: 1,2.1,55.1.0,8.6 = 8,928 (kN/m)

+ Phía khuất gió: 1,2.1,55.1.0,5.6 = 5,58 (kN/m)

- Tải trọng gió tác dụng lên mái:

+ Phía đón gió: 1,2.1,55.1.0,419.6 = 4,68 (kN/m)

+ Phía khuất gió:1,2.1,55.1.0,4.6 = 4,464 (kN/m)

3 Xác định sơ bộ tiết diện khung

3.1 Xác định sơ bộ tiết diện cột

Hình3.2: Cấu tạo khung Hình3.3: Tiết diện đoạn xà 2

tính toán, tiết diện và tải trọng

khai báo được tính toán sơ bộ

I2 I2

Hình 4.1: Sơ đồ tính khung ngang

Hình 4.1: Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải)

- Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái

21000 2.34 kN

Hình 4.2: Sơ đồ tính hoạt tải mái trái

- Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

21000

2.34 kN

Hình 4.3: Sơ đồ tính hoạt tải mái phải

- Phương án 4 : Hoạt tải cả mái

21000 2.34 kN

Hình 4.4: Sơ đồ tính hoạt tải cả mái

- Phương án 5 : Dmax trái

21000 52.264 kN

- Phương án 6 : Dmax phải

35.69 kNm 19.6295 kN

Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải

Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà

Giã ph¶i

8,928 kN/m 5,58kN/m

4,68 kN/m 4,464 kN/m

Hình 5.1: Số hiệu thanh và điểm trong SAP

Hình 5.5: Mômen do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.6: Lực dọc do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.7: Lực cắt do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.8: Mômen do hoạt tải chất nửa mái phải

Hình 5.9: Lưc dọc do hoạt tải chất nửa mái phải

Hình 5.10: Lực cắt do hoạt tải nửa mái phải

Hình 5.11: Mômen do hoạt tải chất cả mái

Hình 5.12: Lực dọc do hoạt tải chất cả mái

Hình 5.13: Lực cắt do hoạt tải chất cả mái

Hình 5.14: Mômen do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Hình 5.16: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Hình 5.19: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Hình 5.20: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột trái

Hình 5.21: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột trái

Hình 5.22: Lực cắt do lực hãm T +đặt lên cột trái

Hình 5.23: Mômen do lực hãm T- đặt lên cột trái

Hình 5.24: Lực dọc do lực hãm T- đặt lên cột trái

Hình 5.25: Lực cắt do lực hãm T - đặt lên cột trái

Hình 5.26: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.27: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.28: Lực cắt do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.29: Mômen do lực hãm T- đặt lên cột phải

Hình 5.30: Lực dọc do lực hãm T- đặt lên cột phải

Hình 5.31: Lực cắt do lực hãm T- đặt lên cột phải

Hình 5.32: Mômen do gió trái sang

Hình 5.33: Lực dọc do gió trái sang

Hình 5.34: Lực cắt do gió trái sang

Hình 5.35: Mômen do gió phải sang

Hình 5.36: Lực dọc do gió phải sang

Hình 5.37: Lực cắt do gió phải sang

Bảng thống kê nội lực của cột

Hoạt tải mái trái

Hoạt tải mái phải

Hoạt tải cả mái

Dmax ở cột trái

Dmax ở cột phải

Tmax ở cột trái

- Tmax ở cột trái

Tmax ở cột phải

- Tmax ở cột phải

Gió ngang trái

Gió ngang phải

Loại tải trọng

Tĩnh tải

Hoạt tải mái trái

Hoạt tải mái phải

Hoạt tải cả mái

Dmax ở cột trái

Dmax ở cột phải

Tmax ở cột trái

- Tmax ở cột trái

Tmax ở cột phải

- Tmax ở cột phải

6 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

6.1 Thiết kế tiết diện cột

1.1 Thiết kế tiết diện cột.

1.1.1 Xác định chiều dài tính toán:

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiêt làbằng nhau, ta có:

0,56 0,366 0,56 1,35

0,14 0,366 0,14

n n

xà ngang…) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình + 3.500 tức

là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến hãm, nên lấy ly = 350 (cm)

1.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện

Tiết diện cột khung và các đặc trưng hình học của tiết diện chọn như phần thiết kế sơ bộ

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất):

M = 210,23 kN.m

N = - 83,95 kN

V = 67,19 kN

Đây là cặp nội lực M max−N tu tại tiết diện dưới chân cột, trong tổ hợp nội lực do các trường

hợp tải trọng 4,12,16,24 gây ra

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng:

Tiết diện cột như sau:

+ Bản cánh: (2 20)(× cm)

+ Bản bụng: (1 46)(× cm)

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

cm h

( )

54218

20,74126

x x

y y

l i

l i

N W

Độ lệch tâm quy đổi: m e =η.m x

Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có:

A

1.2 Kiểm tra tiết diện cột đã chọn.

1.2.1 Kiểm tra bền.

Do m e =η.m x =1,1272.14,55 16, 4 20= < → Không phải kiểm tra bền

1.2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

* Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thứcsau

x c

e

N

.f.A

σ = < γϕ

Với λ =x 1,58 và me =16, 4, tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy ta có: ϕ =e 0,085 suy ra:

Trước hết ta cần tính trị số momen ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn

Vì cặp nội lực dùng tính toán cột là tại tiết diện chân cột và do trường hợp tải trọng 4,12,16,24gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là:

x f

w

t

h t

1.2.4 Kiểm tra chuyển vị ngang ở đỉnh cột.

Sử dụng phần mềm SAP để tính toán, chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợptĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là: ∆ =x 0,146 2,008− = −1,862(mm)

6.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

6.2.1 Đoạn xà 4m (tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực cho ta cặp nội lực tính toán:

N= -43 KNM= -152 KN.mV= -43,9 KNĐây là cặp nội lực Mmin;N tu tại tiết diện đầu xà trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng4,10,14,22 gây ra

6.2.2 Chọn tiết diện và kiểm tra theo yêu cầu cấu tạo.

- Mô men chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định:

( )

2

x c

=

≤

f

E t

b

f f

-Chọn bf =20cm; tf =2cm

0,5 20 1 4620.50

3 x

6.2.3 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền.

- Do mx = 20,54 > 20 ⇒→me = ηmx >20(η >1) nên tiết diện xà ngang đợc tính toán kiểm

tra theo điều kiện bền theo công thức sau đây:

→ Bản bụng khụng bị mất ổn định cục bộ dưới tỏc dụng của ứng suất phỏp và ứng suất tiếp→

khụng phải kiểm tra cỏc ụ bụng

 Như vậy tiết diện đó chọn thoả món cỏc điều kiện về ổn định cục bộ

6.2.5 Đoạn xà 6,5m (Tiết diện khụng đổi).

-Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toỏn:

N= -33,5 KN

V= 2,7 KN -Đây là cặp nội lực M max;N tu tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 4,10 gây ra.

6.2.6 Tiết diện và đặc trưng hình học

-Mô men chống uốn cần thiết cảu tiết diện xà ngang xác định:

0,5 20 1 3420.38

6.2.7 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền.

- Do mx = 22,31 > 20 →me = ηmx >20(η >1) nên tiết diện xà ngang được tính toán kiểm tra theo điều kiện bền

6.2.8 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng.

Do tiết diện xà được chọn có tiết diện nhỏ hơn đoạn xà 4m nên không cần kiểm tra ổn định cục

* Tiết diện dầm vai đã chọn được kiểm tra theo các điều kiện bền uốn, cắt và ứng suất

tương đương tại chỗ ngàm với bản cánh cột:

th¦êNG THÐP GI»NG U20

b

E 0,5 f

- Bản bụng:

dv w dv w

h

E 2,5 f

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết với dầm vai vào cột là hf = 0,8 cm

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định như sau:

- Phía trên cánh ( 2 đường hàn): lw = 20 - 1 = 19 cm

- Phía dưới cánh ( 4 đường hàn): lw = 0,5.(20 – 0,8) - 1= 8 cm

A A

75,0

2

Trong đó :

σ - ứng suất nén của bê tông móng bên dưới ô bản được suy ra từ giá trị σ maxvà σ min đã

tính ở trên và lấy giá trị lớn nhất tương ứng với mỗi ô để tính cho ô đó

di : nhịp tính toán của ô bản thứ i

i

α : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại ô bản

- Với bản kê 4 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b1/a1

a1 là cạnh ngắn của ô bản, d =a1

- - Với bản kê 3 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b2/a2

a2 là chiều dài biên tự do của ô bản, d = a2

b2 là chiều dài cạnh vuông góc với biên tự do của ô bản,

Căn cứ vào các kích thước như trên hình vẽ ta tính được các giá trị:

+ Chiều cao: hdd phụ huộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực

do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Ndd = (13 + 12,5).34.0,458 = 397,086 (kN)

Theo cấu tạo chọn chiều cao của đường hàn liên kết dầm đế vào cột là hf = 0,6 cm

Từ đó xác định được chiều dài tính toán của một đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

min

397,086

19,72( ) 2.0,7.18.0,8.1

dd w

-Sơ đồ tính là công xon ngàm vào bản bụng cột chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều do áplực dưới đáy móng :

-Chọn bề dày sườn ts= 1 cm Chiều cao

sườn được xác dịnh sơ bộ từ điều kiện

chịu uốn:

( )

21,11.21.1

Chọn bề dày sườn ts= 1 cm Chiều cao

sườn được xác dịnh sơ bộ từ điều kiện

chịu uốn:

(M) (V)

1292,4

215,4

q s=17,95

( )

19, 221.21.1

7.2.5.Tính bulông neo ở chân cột:

-Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực M max;N tu ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo:

Do T2 < T1 nênđường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu.

7.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế.

- Lực kéo trong bản cánh cột do mô men và lực dọc phân vào theo công thức:

(ở trên lấy dấu - vì N là lực nén)

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột (kể cả các đường hànliên kết dầm đế vào bản đế):

8.Liên kết cột với xà ngang:

Cặp nội lực dung để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diệnđỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được cặp M max;N tu

N = -56 (kN)

V = -34,78 (kN)

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 4,10,14,22 gây ra Trình

tự tính toán như sau:

8.1 Tính toán bu lông liên kết:

-Chọn bu lông cường độ cao cấp bề 10.9, đường kính bu lông dự kiến là: d = 20mm Bố trí

bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trong bảng I.13sách “THIẾT KẾ KHUNG THÉP”

25,0114,31107,02

n f - số lượng ma sát của liên kết, n f =1.

Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005 [ ]1 , trong trường hợp bu lông chịu cắt và kéo đồng thờithì kiểm tra các điều kiện chịu cắt và chịu kéo riêng biệt

Lực kéo tác dụng váo các bu lông ở dãy ngoài cùng do mô men và lực dọc phân vào (do mômen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trong cùng)

(Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén)

Do N bmax =77, 01( )kN <[ ]N tb =122,5( )kN nên các bu lông đủ khả năng chịu lực.

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bu lông theo:

8.3, Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích:

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả sườn)

V h