THUYET MINH THEP II

Trọn bộ thuyết minh đồ án kết cấu thép 2 năm 2016 Đại Học Kiến Trúc Hà Nội cả bản vẽ cad với bảng tổ hợp nội lực chạy bằng Excel ,bài làm cụ thể rễ hiều làm bài mẫu tốt bài thép gồm nhiều công thức tính toán cũng không khố chịu khó tìm hiểu là làm được phần chạy nội lục cũng rễ, chạy bằng phần mềm sap 2000 tải trên mạng về, và you tobe có phần hướng dẫn cụ thể cách chạy sap 2000( mình mất buổi sáng từ không biết gì thành chạy được ngon).

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II

I SỐ LIỆU ĐỀ BÀI.

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp với các số liệu sau Nhịp nhàL(m), bước cột B(m), sức trục Q (kN) cao trình đỉnh ray H1(m), độ dốc mái i(%), chiều dài nhà L(m)

Bê tông móng cấp độ bền B20

Tải trọng hoạt tải, hệ số vượt tải xác định theo TCVN 2737-1995

II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG.

Với: HK = 1,14m - Tra catalô cầu trục (Bảng II.3 Phụ lục);

bK = 0,3 (m) - Khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang (bK > 0,2m)

→ Chọn H2 = 1,5 (m)

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:

1.2 Theo phương ngang:

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0) → Khoảng cách từ trục định vịđến trục ray cầu trục:

Do sức nõng cầu trục khụng lớn nờn chọn phương ỏn cột tiết diện khụng đổi, tiết diệncột chọn sơ bộ I500x250x14x12(mm) Vỡ nhịp khung là 18(m) nờn chọn phương ỏn xà ngang

cú tiết diện thay đổi hỡnh nờm, dự kiến vị trớ thay đổi tiết diện cỏch đầu xà 5(m).chọn sơ bộtiết diện xà thay đổi I500x250x16x14 (mm), đoạn xà tiết diện thay đổi I650x250x16x14(mm)+ I500x250x16x14 (mm) (đoạn xà 1)

Do nhà cú cầu trục nờn chọn kiểu liờn kết giữa cột khung với múng là ngàm tại mặtmúng (cốt ±0.000) Liờn kết giữa cột với xà ngang và liờn kết tại đỉnh xà ngang là ngàm Trụccột khung lấy trựng với trục định vị để đơn giản hoỏ tớnh toỏn và thiờn về an toàn Sơ đồ tớnhkhung ngang như hỡnh dưới:

1

I3

vị trí thay đổi tiết diện xà

Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của kết cấu nhà, có các tác dụng:

+ Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của nhà

+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phơng dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nhgió lên tờng hồi, lực hãm của cầu trục

+ Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột

+ Làm cho lắp dựng an toàn, thuận tiện

2 Bố trí hệ giằng mái, giằng cột:

Chän s¬ bé chiÒu xµ gå ch÷ C m· hiÖu 7CS2,5x105khoảng cách giữa các xà gồ theomặt bằng nhà là 1,5m tra bảng II.1 phụ lục II cã c¸c th«ng sè sau :

q tc

(KN/m )

7CS2,5x105 180 64 2,7 22,5 8,77 413,73 47,87 1,94 0,0682

180x x

y64

2,7y

§é dèc m¸i i = 15% →α = 8,530 (sinα =0,148; cosα =0,988)

Bảng các tải trọng thường xuyên tác dụng lên xà gồ:

Tên vật liệu mái Đơn vị Tải trọng

tiêu chuẩn (g tc )

Hệ số vượt tải (n)

Tải trọng tính toán (g tt )

Xét tải trọng tác dụng lên xà gồ theo hệ trục tọa độ Oxy phân tải trọng theo hai phương

6,4 1,94

x x

y y

o

I

cm h

Vậy thỏa mãn điều kiện bền

* Điều kiện biến dạng:

IV TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG.

1 Tĩnh tải.

Độ dốc mái i = 15% → α = 8,530 (sinα = 0,148; cosα = 0,988);

Bảng các tĩnh tải tác dụng lên khung ngang:

Tên vật liệu mái Đơn vị Tải trọng

tiêu chuẩn (g tc )

Hệ số vượt tải (n)

Tải trọng tính toán (g tt )

n.g g

Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như mái là:

0,105 + 0,0716 = 0,177kN/m2 quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột:

1,1.0,177.6.11,5 = 13,43kNTrọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1KN/m Quy thành lực tập trung và

mô men lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

gct = 1,05.1.7,5 = 7,87 (kN);

Mct = gct.(L1 – 0,5.h) = 7,87.(1- 0,5.0,5) = 5,9 (kN.m)

Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung ngang như hình vẽ:

2,84KN/m

5,9KN.m

7,87KN

2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737 – 1995 [3], trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái(mái lợp tôn) là 0,3 KN/m2, hệ số vượt tải là 1,3

Quy về tải trọng phân bố đều trên xà ngang như hình vẽ

1,3 0,3 B cos × × × α = 1,3 0,3 6 cos × × × α = 2,36 kN / m

ho¹t t¶i nöa m¸i tr¸i

2,36kN/m

ho¹t t¶i nöa m¸i ph¶i

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang nhà gồm hai thành phần là gió tác dụng vào cột

và gió tác dụng trên mái Theo TCVN 2737-1995 [3], vùng gió IIA có áp lực gió tiêu chuẩn

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở xuống chân cột: k = k1 = 1,18

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở lên đỉnh mái hệ số k lấy trung bình:

Phía khuất gió: Q = 1,2.0,83.1,187.0,5.6 = 3,54(kN/m);

+ Tải trọng gió tác dụng trên mái:

2.4 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phụ lục, các thông số cầu tục sức nâng Q = 16 tấn như sau:

H K

(mm)

Khoảng cách

Z min

(mm)

Bề rộng gabarit

B K

(mm)

Bề rộng đáy

K K

(mm)

T.lượng cầu trục G

P max

(kN)

Áp lực

cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định các tung độ yi của đường ảnh hưởng, từ đóxác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của bánh xe cầu trục lên cột:

Trong đó : γp =1,1 hệ số vượt tải

T1 Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục: 0

1 0

T T n

3 Xác định nội lực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềmSAP 2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và các bảng thống kê nộilực Dấu của nội lực lấy theo quy định chung trong SAP 2000

Dưới đây thể hiện hình dạng biểu đồ nội lực cho nửa khung bên trái với các trường hợp chất tải (riêng nội lực do hoạt tải chất cả mái xác định bằng cách céng néi lùc 2 trêng hîpchÊt t¶i m¸i nöa tr¸i vµ nöa ph¶i.)

Tĩnh tải

M

N

Hoạt tải cả mái

M

N

V

Mái trái

M

N

V

Hoạt tải nửa mái phải

M

N

V

Gió trái

M

N

V

Gió phải

M

N

V

Hoạt tải do D trái

N

V

Lực hãm tác dụng lên cột trái

N

V

Lực hãm tác dụng lên cột phải

N

V

4 Thiết kế tiết diện cấu kiện

4.1 Thiết kế tiết diện cột

a) Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Giả thiết sơ bộ tỷ số độ cứng của xà và cột

56,0+

b) Chọn và kiểm tra tiết diện

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = 166,67 kN.m

N = -285,02 kN

V = -37,98 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện ch©n cét, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tảitrọng 1;4;7;9 gây ra

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

30, 212300

+ TiÕt diÖn cét chän nh sau:

x x

( ) ( )

41549.6

21.6 c88.8

4500.9

7.188.8

x x

y y

I

A I

y y y

l i

f E l

i

f E

f w

A A

ì

ì

Tra bảng phụ lục IV.5 - trang 98 (Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

- Trờng Đại học Kiến trúc Hà nội) Với loại tiết diện số 5 ta có:

⇒Không phải kiểm tra bền.

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột:

+ Theo phơng trong mặt phẳng khung:

Kiểm tra theo công thức: x c

e

N f A

σx =

e

N.A

φ =

2 c

285,02

Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số

mô men ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có mô men lớn hơn Vì cặp nội lực dùng đểtính toán cột là tại tiết diện ch©n cét và do các trường hợp tải trọng (1;4;7;9) gây ra nên trị sốcủa mô men uốn tại tiết diện dưới vai cét tương ứng là:

43,73 + (28,33 + 6,79 + 46,63)*0,9 = -117,3 (kN.m)Vậy trị số của mô men tại 1/3 chiều cao cột dưới, kể từ tiết diện vai cột:

ϕc, ϕy: hệ số tương ứng với λc, λy tra theo bảng IV.2 (phụ lục)

Với λy = 95,7 tra bảng phụ lục IV.2 trang 93, nội suy có:

285,02

12,01 23 / cm 0, 45 0,594 88,8

F

23

→ Không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể

Vậy tiết diện cột đã chọn đạt yêu cầu

4.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

a) Đoạn xà 3,5m (tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = -155,208 kN.m

N = -43,06 kN

V = -50,98 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng(1;4;8;9) gây ra

Mô men chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang được xác định như sau:

Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu, với bề dàybản bụng xà chọn sơ bộ là 14mm:

h = k

yc x w

Sf = (20.1).(40 – 1)/2 = 390 (cm3)

σtd = 16, 42+ ×3 1,712 = 17,8 (kN/cm2)

1,15f.γc = 1,15.23.1 = 26,45 (kN/cm2)

Vậy: σtd = 17,8 < 1,15f.γc = 26,45 kN/cm2)

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:

Do tiết diện xà đã chon có kích thước nhỏ hơn 4m nên không cần kiểm tra ổn định cục

bộ của bản cách và bản bụng

Vậy tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chỗ tiếp giápvới cột) và cột đã chọn phù hợp với giả thiết ban đầu

b) Đoạn xà 5,5m (tiết diện không đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = 89,86 kN.m

N = -35,5 kN

V = 2,08 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng(1,4,7,9) gây ra

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

Do m x =23,54 20> →m e =ηm x >20 (doη >1) vì vậy tiết diện xà ngang được tính

toán theo điều kiện bền:

2 x

1 x

0,38(b 2t ).f.γ (25 2.1).23.1 cm

→ Chọn twdv = 0,8mmChiều cao của dầm vai xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịucắt, suy ra từ công thức (2.65):

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bụng dầm vai :

0 dv f

Phía trên cánh (2 đường hàn): lw = 25 -1 = 24cm

Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw = 0,5.(25-0,8) - 1 ≈11,1 cm.

Cấu tạo vai cột.

(ở trên giả thiết bê tông móng mác 200 có Rb = 1,15KN/cm2 và hệ số tăng cường độ φ =1,16

Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết

c2 =12 cm và bề dày của dầm đế là 12 cm:

Lbd = h + 2tdd + 2c2 = 50 + 2.1+ 2.12 = 76 (cm) Tính lại ứng suất phản lực của bê tông móng phía dưới bản đế:

3

4 8

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 :

dd

N =(17,6 12,5).41.0,588 725,65+ = (kN)

Theo cấu tạo, chọn chiều cao của đường hàn liên kết dầm đế vào cột hf =0,8 cm Từ

đó xác định được chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

( )

s s

( )

s s

Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế hf = 1,0cm Diện tích tiết diện

và mômen chống uốn của các đường hàn này là:

e) Tính toán bu lông neo:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn các cặp nội lực sau để tính cho các bu lông neo:

- Cặp1:

M = -206,2 kN.m

N = -110,99 kN

V = -60,5 kNĐây là cặp nội lực để tính toán chân cột, do các tải trọng (1, 4, 8, 9) gây ra Chiều dài bêtông vùng chịu nén dưới bản đế là c = 58,6 cm Chọn khoảng cách từ mép biªn bản đế châncột đến tâm bu lông neo là 6 cm, xác định được:

f) Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế:

Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm mô men

và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chịu.Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tínhtoán các bulông neo Các cặp khác không nguy hiểm bằng

Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phần vào theo (2.76):

( )

2 k

yc f

4

8

1120

CẤU TẠO CHÂN CỘT

3.3.Liên kết cột với xà ngang:

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiếtdiện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được :

M = 155,208 kN.m

N = -70,23 kN

V = -35,02 kNĐây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1;4;8;9 gây ra

a) Tính toán bu lông liên kết:

Chọn bulông thường cấp bền 10.9, đường kính bu lông dự kiến là d = 20mm (lỗ loạiC) Bố trí bu lông thành 4 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trongbảng I.13 phụ lục

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấynhư sau:

Bề dày: ts ≥tw → chọn ts =1cm

Bề rộng ( phụ thuộc vào kích thước của mặt bích) → chọn ls = 10 cm

Chiều cao: hs =1,5ls =1,5.10 15 cm= ( ) → chọn hs = 15cm

10 480 10 500

480

45 100 78 78 78 78 78

h f = 6mm

1 2 22

23

5525

20 20

500 25 90

BỐ TRÍ BU LÔNG TRONG LIÊN KẾT CỘT VỚI XÀ NGANG

Khả năng chịu kéo của một bu lông:

fub - Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn cña vật liệu bu lông, fub = 110kN/cm2

A - Diện tích tiết diện của thân bu lông,

Lực kéo tác dụng vào một 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 bulông phía trong cùng):

Do Nb max = 79,6 (kN) < [ ]N td =98 kN( ) nên các bu lông đủ khả năng chịu lực;

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bu lông :

c)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 ở sườn)

Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà(đỉnh mái):

8 bul«ng Ø20

50 100 50 200

8 bul«ng Ø20

CẤU TẠO MỐI NỐI ĐỈNH XÀ

3.5 Mối nối xà (ở nhịp):

Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà là hoàn toàn tương tự trên Do tiết diện xà ngangtại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toánkiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết như hình 21

20

90

19090

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà Vmax = 136,18 kN Chiều cao cần thiếtcủa đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức:

yc max f f

Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf = 0,6cm

Tiến hành tương tự, chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là hf = 0,6cm