ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP

TRONG BÀI SỬ DỤNG CÁC KÍ HIỆU SAUA: diện tích tiết diện nguyên An: diện tích tiết diện thực Af: diện tích tiết diện cánh Aw: diện tích tiết diện bản bụng Abh: diện tích tiết diện thực củ

TRONG BÀI SỬ DỤNG CÁC KÍ HIỆU SAU

A: diện tích tiết diện nguyên

An: diện tích tiết diện thực

Af: diện tích tiết diện cánh

Aw: diện tích tiết diện bản bụng

Abh: diện tích tiết diện thực của bulông

b: chiều rộng

bf: chiều rộng cánh

b0: chiều rộng phần nhô ra của cánh

bs: chiều rộng của sườn ngang

h: chiều cao của tiết diện

hw: chiều cao của bản bụng

hf: chiều cao của đường hàn gốc

hfk: khoảng cách giữa trục của các cánh dầm

i: bán kính quán tính của tiết diện

ix, iy: bán kính quán tính của tiết diện đối với các trục tương ứng x-x,y-y

If: momen quán tính của tiết diện nhánh

It: momen quán tính xoắn

Ix, Iy: các momen quán tính của tiết diện nguyên đối với các trục tương ứng x-x, y-y

Inx, Iny: các momen quán tính của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x, y-y

L: chiều cao của thanh đứng, cột hoặc chiều dài nhịp dầm

l: chiều dài nhịp

l0: chiều dài tính toán của cấu kiện chịu nén

lx, ly: chiều dài tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông gốc với các trục tương ứng x-x,y-y

lw: chiều dài tính toán của đường hàn

S: momen tĩnh

t: chiều dày

tf, tw: chiều dày của bản cánh và bản bụng

Wnmin: momen chống uốn nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán

Wx, Wy: momen chống uốn của tiết diện nguyên đối với trục tương ứng x-x, y-y

f: cường độ tính toán của thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy

fv: cường độ tính toán chịu cắt của thép

fc: cường độ tính toán của thép khi ép mặt theo mặt phẳng tì đầu

fub: cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulông

ftb: cường độ tính toán chịu kéo của bulông

fvb: cường độ tính toán chịu cắt của bulông

fcb: cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông

fba: cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo

fhb: cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao

fw: cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu kéo, nén, uốn, theo hạn chảy

fwv: cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu cắt

fwf: cường độ tính toán của đường hàn gốc theo kim loại mối hàn

fws: cường độ tính toán của đường hàn gốc theo kim loại biên nóng chảy

fwun: cường độ tiêu chuẩn của kim loại đường hàn theo sức bền kéo đứt

σ: ứng suất pháp

σc: ứng suất pháp cục bộ

σx, σy: các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y

σct, σc,ct: các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn

τ: ứng suất tiếp

τct: ứng suất tiếp tới hạn

e: độ lệch tâm của lực

m: độ lệch tâm tương đối

me: độ lệch tâm tương đối tính đổi

nv: số lượng các mặt cắt tính toán

βf, βs: các hệ số tính toán đường hàn gốc theo kim loại đường hàn và ở biên nóng chảy của thép

cơ bản

γc: hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

γb: hệ số điều kiện làm việc của liên kết bu lông

γg, γp: hệ số độ tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải)

nc: hệ số tổ hợp nội lực

η: hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện

λ: độ mãnh của cấu kiện

 độ mãnh quy ước của bản bụng

λx, λy: độ mãnh tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng

x-x, y-y

μ: hệ số chiều dài tính toán của cột

φ: hệ số uốn dọc

φb: hệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định dạng uốn xoắn

φc: hệ số cường độ tính toán khi nén lệch tâm, nén uốn

Ψ: hệ số để xác định hệ số φb khi tính toán ổn định của dầm

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP

I SỐ LIỆU LIỆU THIẾT KẾ.

Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với các số liệu cho trước như sau:

- Sức nâng cầu trục: Q = 32T, cần trục làm việc trung bình

(chọn loại cầu trục 2 dầm kiểu ZLK, tải trọng 32000 kg GM 5125 H6 FEM 2m, V =

0.8/5m/phút)

- Cao trình đường ray: 6m

- Phân vùng gió II-A (địa điểm xây dựng: Thành phố Cần Thơ) có: áp lực gió

2 2

II THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

1 Xác định các kích thước chính của khung ngang.

Hk = 1.7m - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục)

bk = 0,3m - khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang, lấy không nhỏ hơn 200mm;

Hr - chiều cao của ray và đệm, lấy sơ bộ 0,2m

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

Hd = H – Ht = 8,2 – 2.8 = 5.4 m

1.2 Theo phương ngang.

Coi trục định vị trùng với mép ngoài cột Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: 1

Lk = 31m - nhịp cầu trục, lấy theo catalo cầu trục.

Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:

+0,00 +9,7

Hình 1.2: Các kích thước chính của khung

2 Tải trọng tác dụng lên khung ngang.

2.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải).

Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt, xà gồ mái (theo kinh nghiệm khoảng 0.1

2.2 Hoạt tải mái.

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái là 0.3 kN/m2, hệ số vượt tải γb = 1.3

Quy đổi thành lực phân bố đều trên xà ngang:

7.8 kN

10.3 kN 7.8 kN

Hoạt tải mái

-Tải trọng gió tác dụng lên

b gió phải sang

2.4 Hoạt tải cầu trục.

Các thông s c u tr c nâng 25 t n tra theo ph l c nh sau: ố cầu trục nâng 25 tấn tra theo phụ lục như sau: ầu trục nâng 25 tấn tra theo phụ lục như sau: ục nâng 25 tấn tra theo phụ lục như sau: ấn tra theo phụ lục như sau: ục nâng 25 tấn tra theo phụ lục như sau: ục nâng 25 tấn tra theo phụ lục như sau: ư sau:

Kh.cách

min

Bề rộngGabitaBk(mm)

Bề rộngđáy

Kk (mm)

T.lượngcầu trụcG(T)

T.lượng

xe con)

(T

G XC

Áp lựcmax

P (kN)

Áp lựcmin

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

Dmax = n.γp.∑Pmax.yi = 0.85*1.1*232*2,73 = 557 kN

Dmin = n.γp.∑Pmin.yi = 0.85*1.1*73.7*2,73 =188 kN

Trong đó:

∑yi = 1 + 0,5167+ 0,8367 + 0.353= 2,7

y1: tung độ đường ảnh hưởng

γp: hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục γp = 1.1

nc: hệ số tổ hợp, lấy bằng 0.85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình, 0.9 – với hai cầu trục chế độ làm việc nặng.

Pmax: áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray, tra catalo cầu trục

Pmin: áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ở phía cột bên kia, tra catalo cầu trục

Các lực Dmax và Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là e = L1 – 0.5h = 0,55m Trị số của các momen lệch tâm ương ứng:

Mmax = Dmaxe = 142*0,55 = 278 (kNm)

Mmin = Dmine = 41*0,55 = 94(kNm)

Hình 2.4.1.1 Đường ảnh hưởng để xác định D max , D min

Hình 2.4.1.2 Sơ đồ D max lên cột trái

Hình 2.4.1.3 Sơ đồ D max lên cột phải

2.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục.

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

1

0

0.05*( ) 0.05*(320 2.7)

8.32

n0: số bánh xe cầu trục ở một bên ray

Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm

a Sơ đồ lực hãm lên cột phải

+0,00

+5.4 +8,3

7500 7500

7500 7500

34000

e.Sơ đồ xà ngang

Các trường hợp tải trọng

-TT : Tĩnh tải (tải trọng thường xuyên)

-HT : Hoạt tải (hoạt tải chất đầy cả mái)

20.9 kN

-GT : Gió trái sang

-GP : Gió phải sang

-ALCT : Áp lực lên cột trái -ALCP : Áp lực lên cột phải -LHCT : Lực hãm lên cột trái -LHCP : Lực hãm lên cột phải

Tĩnh tải

Hoạt tải mái

Áp lực đứng cầu trục trái

Áp lực đứng cầu trục phải

Lực ngang cầu trục trái

Lực ngang cầu trục phải

Gió trái

Gió phải

M

V

N

Hình 3.1: Nội lực do tĩnh tải

M

V

N

Hình 3.2 Nội lực do hoạt tải chất cả mái

M

V

N

Hình 3.5 Nội lực do gió trái

M

V

N

Hình 3.6 Nội lực do gió phải

M

V

N

Hình 3.7 Nội lực do áp lực đứng của cầu trục lên cột trái

M

V

N

Hình 3.8 Nội lực do áp lực đứng của cầu trục lên cột phải

M

V

N

Hình 3.9 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái

M

V

BẢNG THỐNG KÊ NỘI LỰC CỦA CỘT

tiết diện phần tử chiều

dưới vai 1 5.4 COMB5 -91.627 -113.006 127.3347

BẢNG THỐNG KÊ NỘI LỰC CỦA XÀ NGANG

xà ngan tiết diện phần tử chiều dài tổ hợp N Q M

17 8.54239 COMB2 -61.387 -16.178 -61.543

17 8.54239 COMB2 -61.387 -16.178 -61.543

17 8.54239 COMB3 -61.928 -21.587 78.856 cuối xà 17 8.54239 COMB3 -61.928 -21.587 78.856

17 8.54239 COMB10 -136.082 -31.362 -70.6926

17 8.54239 COMB11 -144.701 -31.005 111.8645 đoọn xà 8.5024 17 8.54239 COMB11 -144.701 -31.005 111.8645 thay đổi tiết diện 17 8.54239 COMBBAO -61.387 -16.178 111.8645

17 8.54239 COMBBAO -61.387 -16.178 111.8645

17 8.54239 COMBBAO -144.701 -37.068 -70.6926

17 8.54239 COMBBAO -144.701 -37.068 -70.6926

17 17.08479 COMB1 -98.447 9.845 115.2359

IV THIẾT KẾ TIẾT DIỆN.

4.1 Thiết kế tiết diện cột.

4.1.1 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 thiết là bằng nhau ta có:

Ixà, Icột – momen quán tính của tiết diện xà và cột.

Trường hợp liên kết cột khung với móng và ngàm:

1.42

n n

Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định:

lx = μ*H = 1.42*8.2 = 11.644 (m)Trong đó:

μ - hệ số chiều dài tính toán

H - Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dằm cầu trục, giằng nhà, xà ngang ) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +3.50m nên ly = 3.5m

4.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện cột

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán:

M = -677.2 kN.m

V = -165.4 kN

N = - 978.1 kN Đây là cặp nội lực dưới chân cột, trong tổ hợp nội lực trường hợp combobao gây ra

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

A = 1*67.6 + 2*(1.2*34) = 151.6 cm2

] 12

* ) (

* 5 0 [ 2 12

3 3

w w f f

x

h t b h

x x

I W h

125155.3

128.7151.6

x x

I i A

8580.6

7.5151.6

y y

I i A

211.64*10

40.5 [ ] 12028.7

x x x

l i

23.5*10

47 [ ] 1207.5

y y y

l i

Với 35*1.2 0.6

67.6*1

f w

N

c e

21

E f

Với λy = 47 tra bảng IV.2 TKKT, nội suy có y = 0.88

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo công thức: y . c. 0.49*0.88*151.6978.1 14.9 1*21 21

Tiết diện cột

4.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

4.2.1 Đoạn xà 8.54239m (tiết diện thay đổi).

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

M= -517.6 kN.mV= -104.356 kNN= -151.43 kNĐây là cặp nội lực đầu xà, trong tổ hợp bao nội lực gây ra

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

Momen chống uốn cần thiết của tiết diện đầu xà được xác định theo công thức sau:

2465

y x c

M W

k: hệ số cấu tạo lấy bằng 1.15 ÷ 1.2 với tiết diện tổ hợp hàn

tw: bề dày bản bụng, chọn sơ bộ khoảng 0.6 ÷ 1.2cmKiểm tra lại bề dày bản bụng từ điều kiện cắt:

t f   t  f t w; => chọn tf = 1.2cm b f (1/ 2 1/ 5) h(12 30) cm

) 18

; 10 / 1 ( h cm

x x

I W h

2517.6*10 141.6



Trong đó:

2 1

517.6*10 57.6

w x

h M

4.2.2 Đoạn xà 8.54239m (tiết diện không đổi).

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

M = 111.864kN.m

V = 16.178 kN

N = -61.387kNĐây là cặp nội lực cuối xà, trong tổ hợp nội lực bao gây ra

Momen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang:

2111.864*10

329

yc x

c

M W

x x

I W h

2111.864*10 70.6



Trong đó:

2 1

111.864*10 22.6

w x

h M

Tiết diện xà 5.2762 không thay đổi tiết diện

4.3 Thiết kế các chi tiết.

3575.970

dv x

306.6*10 57.6

dv w dv

x dv

h M

Chi tiết vai cột

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

- Theo cấu tạo:

=> chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột hf = 0.6cm

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 = 35 – 1.2 = 33.8 cm

- Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw = 0.5*(35 – 1) – 1 = 16 cm

A

V W

2 22

Do đường hàn tay nên β = 0.7

Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau:

Đây là cặp nội lực chân cột, trong tổ hợp nội lực bao gây ra

Căn cứ vào kích thước tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp có vùng kéo trong bêtông móng với 4 bulông neo ở một phía chân cột Từ đó xác địnhđược bề rộng của bản đế:

Bbd = b + 2c1 = 20 +2*10 = 35 cmTrong đó:

=> chọn sơ bộ c1 = 5 ÷ 10 cmChiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chiu ép cục bộ của bêtông móng:

loc b bd

loc b bd

loc b bd

bd

R B

M R

B

N R

B

N L

, 2

φb: hệ số tăng cường độ của bêtông khi nén cục bộ.

5 1

+ Chiều cao: hdd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bêtông móng.

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

Ndd = (127.1 + 17.5)*55*0.75 = 1225.125 kN

Theo cấu tạo, chọn chiều cao của đường hàn liên kết dầm đế vào cột là

hf = 0.8cm Từ đó xác định chiều dài tính toán của một đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

f w c

N l

q l

Vs = qs*ls = 8* 16.5= 132 kNChọn bề dày sườn ts = 1 cm Chiều cao của sườn được xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

17.6

s s

s c

M h

t f 

   cm => chọn hs = 25cmKiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương:

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn

A vào bản bụng cột hf = 0.6cm Diện tích tiết diện và

momen chống uốn của các đường hàn này là:

Aw = 2*0.6*(25-1)= 28.8 cm2

20.6*(25 1)

6

w

Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm

tra ra theo công thức:

w

s w

s

A

V W

Do đường hàn tay nên β = 0.7

q l

Vs = qs*ls = 18.8*11.2 = 188.2 kNChọn bề dày sườn ts = 1cm Chiều cao của sườn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

6 6*1179 18.4

s s

s c

M h

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết

sườn B vào bản bụng cột hf = 0.6cm Diện tích tiết diện và

momen chống uốn của các đường hàn này là:

Aw = 2*0.6*(25-1)= 28.8 cm2

20.6*(25 1)

s

A

V W

Do đường hàn tay nên β = 0.7

4.3.2.5 Tính toán bulông neo.

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bulông neo:

M = -263.454 kN.m

V = -79.513 kN

Chọn thép bulông neo mác 09Mn2Si, tra bảng 12 TCXDVN 338:2005

Ta có fba = 19 kN/cm2 Diện tích tiết diện cần thiết của một bulông neo:

1 1

357.6

4.7

yc ba

ba

T A

Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén Do T2< T1 nên đường kính neo đã chọn là đạt yêu cầu

4.3.2.6 Tính toán các đường kính hàn liên kết vào bản đế.

Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm momen và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn ở bụng chịu Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp lực chính là cặp đã dùng để tính toán các bulông neo Các cặp khác không nguy hiểm bằng

Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc phân vào:

2263.454*10 357.222

Ở trên lấy dấu trừ 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 hàn liên kết dầm đế vào bản đế)

Trong đó:

fw = 0.85*f = 17.85 kN/cm2

Do đường hàn tay nên β = 0.7

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột:

4.3.3 Liên kết cột với xà ngang.

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bulông tại tiết diệnđỉnh cột Từ bảng tổ hợp ta chọn được:

M = 209.844 kN.m

V = -23.316 kN

N = -17.724 kN

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do trường hợp bao gây ra Trình tự tính toán như sau:

4.3.3.1 Tính toán bulông liên kết.

Chọn bulông cường độ cao cấp độ bền 10.9, đường kính bulông dự kiến là:

ftb: cường độ tính toán chịu kéo của bulông tra bảng I.9 TKKT, ftb = 50kN/cm2

Abn: diện tích tiết diện thực của bulông tra bảng I.11 TKKT, Abn = 2.45cm2

Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao:

- A: diện tích tiết diện của thân bulông, A  *d2 / 4  3 14cm2

- γbl: hệ số điều kiện làm việc của liên kết

+ γbl = 1 do số bu lông trong liên kết n = 14 >10-μ, γb2: hệ số ma sát và hệ số tin cậy của liên kết

+ Với giả thiết là không gia công bề mặt cấu kiện nên theo (*) + μ = 0.25; γb2 = 1.7;

- nf: số lượng mặt ma sát của liên kết, nf = 1

Theo TCXDVN 338:2005, trong trường hợp bu lông chịu cắt và kéo đồng thời thì cần kiểmtra các điều kiện chịu cắt và chịu kéo riêng biệt