Đồ án kết cấu thếp II nhịp nhà l = 30 (m) sức trục q = 305 (tấn) cao trình đỉnh ray hr = 10(m) ap lực gió tiêu chuẩn wo = 80 (danm2) bước cột b = 6(m) số lượng bước cột 15

- Nhịp tính toán của khung là khoảng cách giữa hai trục trọng tâm phần cột trên.. - Khi tính với các tải trọng đứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang như p,g thì chuyển vị ngang rất nhỏ có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH



Giảng viên hướng dẫn :Ths LÊ ĐỨC TUẤN

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN THỊNH

Lớp : L10_XD04

MSSV : LT81000446

PHẦN I

Các s ố li ệ u đề bài :

- Số lượng bước cột: 15

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA KHUNG NGANG:

1

Các số liệu tra bảng:

- Từ sức chịu tải của cầu trục Q=30 T và nhịp của nhà công nghiệp 1 tầng tra

cataloge cầu trục ta được :

Loại ray : KP70

Chiều cao gabarit của cầu trục : Hk = 2750 mm

Bề rộng cầu trục : Bk = 6300mm

Nhịp cầu trục : Lk =Lct = 28500 mm

Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục : K = 5100mm

Khoảng cách từ tim ray đến mép ngoài : B1 = 300 mm

2 Xác định kích thước theo phương đứng :

Cao trình đỉnh ray : Hr = 10 m = 10000 mm

Chiều cao ray và đệm : hr = 200 mm

Chiều cao dầm cầu chạy :

hdcc == 6000

8

1 10

Cột đặt ngay tại nền hoàn thiện hm = 0

Chiều cao gabarit cầu trục Hk=2750 mm

Độ võng của dàn mái : f= L

Xác định kích thước theo phương ngang nhà:

Khe hở an toàn giữa đầu mút của cầu trục và mép trong cột trên: D = 60 mm

Chiều cao cột trên Ht=4000 mm

Chiều cao cột dưới Hd=9200 mm

Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị :

1 10

1

11

1 10

 Vậy trị số chiều cao tiết diên cột dưới đã chọn là đạt yêu cầu

3

1 2

Bậu cửa dưới lấy chiều cao 600mm, bậu cửa trên cao 400 mm, phần cánh cửa lật cao

1200 mm

II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:

 Tải trọng thường xuyên:

Gtt

m= 453 daN/m2 = 4.53 kN/m2

- Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng

+ Giá trị tiêu chuẩn: g1tc 30 daN/m2

+ Hệ số vượt tải: 1,2

+ Giá trị tính toán: g1tt 36daN/m2

- Trọng lượng kết cấu cửa mái

+ Giá trị tiêu chuẩn: g tc2 15 daN/m2

+ Hệ số vượt tải: 1,2

+ Giá trị tính toán: g2tt 18 daN/m2

 Tải trọng sửa chữa mái

Theo TCVN-1995 tải trọng sửa chữa mái lợp panen BTCT được lấy=75 daN/m2 mặt bằng nhà , n=1.3 Giả sử mặt bằng mái nghiêng 12ä0

-> Giá trị sữa chữa mái đưa vào tính toán :

68 99 3 1 12 cos

Hệ sốvượttải(n)

Tải trọngtính toán(daN/m2)

Tổng trọng lượng cần trục : G = 620 kN , no = 2

- Giá trị Pmin được tính :

115 345 2

620 300

max

n

G Q P

0 6

1 5 6

8 0 8

0 8

0 6

2 1 6

3 1

3

1 2

y

y y

y

y

Vì y4 < 0 => chọn y4 = 0

kN y

P n n

D

y y y y

y

i c

i

666 95 1 345 9 0 1 1

95 1 0 15 0 8 0 1

max max

4 3 2 1

kN y

P n n

Dmin   c  min i  1 1  0 9  115  1 95  222

 L ự c xô ngang c ủ a c ầ u tr ụ c:

- Ta có : Gxe = 120 kN

- Cần trục sử dụng móc mềm : f ms = 0.1

=> Tổng lực hãm ngang tác dụng lên cầu trục là :

n

G Q

xe ms xe

4

120 300 )

T= nn1T1y i  1 , 1  0 , 9  10 , 5  1 , 95  20 27 kN

* Tải trọng gió :

- Áp lực gió tiêu chuẩn q0 = 80 kgt/m2

- Hệ số khí động c như hình vẽ :

-0.5 +0.8

-0.6

-0.6 -0.6 -0.8

+0.7

Wh

- Công trình được xây dựng tại vùng ngoại ô TP.HCM vùng gió II, địa hình B

Ta có : + Hệ số vượt tải n = 1.3

+ Hệ số độ cao và địa hình K :

* Tại độ cao h=10 m ta có k1 = 1

* Tại độ cao h = 13.2 m cánh dưới của dàn vì kèo K2 = 1.05

* Tại độ cao h = 20.8 m đỉnh mái K3 = 1.14

- Trong khoảng từ cao độ cánh dưới dàn đến đỉnh mái, hệ số K được lấy trung bình của giá trị K2 va K3 :

1 1 2

14 1

24 5 99

3 10

2 3 12 5 10 99

28 3 12

3 10

2 3 ) 2 3 ( 10 ) 12 3

 

h c B K n q

I TĨNH TẢI.

1) Sơ đồ tính toán khung ngang và các giả thiết :

Dùng sơ đồ đơn giản hoá bằng cách :

- Thay dàn bằng xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt ở cánh dưới dàn

Chiều cao tính toán của khung lấy từ đế cột đến đáy vì kèo

- Nhịp tính toán của khung là khoảng cách giữa hai trục trọng tâm phần cột trên

- Khi tính với các tải trọng đứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang (như p,g) thì

chuyển vị ngang rất nhỏ có thể bỏ qua, lúc đó chỉ còn ẩn số là góc xoay ở mắt

liên cột và dàn

- Khi tính với các tài trọng không phải tải trọng đứng tác dụng trực tiếp lên xà

ngang thì xem xà ngang là cứng vô cùng , lúc đó chỉ còn ẩn số là chuyển vị

ngang Khi giải khung ta tìm nội lực tại 4 tiết diện I-I,II-II,III-III và IV-IV

- Có thể giả thiết tỷ lệ các độ cứng như sau :

4000





a : chiều cao cột trên a= 4,0 m

h : chiều cao cột h=h1+ h2 = 9,2 + 4,0 =13,2m

2.Tính nội lực do tĩnh tải mái gây ra:

Tĩnh tải tác dụng lên mái phân bố đều và có giá trị tính toán được xác định như như sau:

x qxL

453 kNMômen lệch tâm đặt tại vai cột

kết cấu thép – Ngô Vi Long ta được :

KB = -0.698 và KB’= 1.438



h

EJ x h

EJ x K

EJ x K

h

EJ x h

EJ x xh

Q M

B B

+ -

cd

M B

R B

J ct

J cd

4.Xác định các hệ số r11 và R1P

- Tách nút B từ M1 ta được:

EJ M

P

EJ

h x EJ

h r

R

36 310 298

7

0 36

310

h xM

cd d

310 698

0

B

EJ

h h

EJ M

624 216 2265 )

6 , 6 ( 36

EJ

h M

xM

cd

q BC BC

- Gía trị momen ở giữa dàn :

876 3180 624

216 8

30 2 , 30 8

2 2

BT2 là hệ đối xứng chịu tải đối xứng và tải trọng không tác dụng trực tiếp lên xà ngang

Dựa vào phụ lục 16 sách hướng dẫn đồ án kết cấu thép – Ngô Vi Long ta được :

303 0 2 9 4

t

H H

) 25 113 ( 484 1

Biểu đồ mômen tổng của hệ ban đầu :

2 Tính nội lực do hoạt tải gây ra

Nội lực do hoạt tải gây ra xác định tương tự như tĩnh tải Ta dựa vào kết quả tính trongtrường hợp tĩnh tải bằng cách nhân các tung độ của biểu đồ mômen do tĩnh tải với tỷ số

41.698 kNm

22.54 kNm

3.45 kNm 39.126 kNm 633.581 kNm

M p

2.Aùp lực đứng của cầu trục D max ; D min lên vai cột:

-Lực Dmax , Dmin đặt tại nhánh của cột dưới (tức nhánh cầu trục) khi đưa về trục cột dướisẽ xuất hiện mômen lệch tâm đặt tại vai cột

-Sơ đồ tính:

M max M min

Dmax Dmin Dmax Dmin

-Các giá trị tính toán:

+ Dmax= 666 kN

+Dmin = 222 kN

+Mômen lệch tâm:

Mmin = Dmin e=222.0.25= 55.5 kNm

-Với BT1 với các cột được nắn trục thẳng lại , các lực Dmax , Dmin đặt tại trục cột nên chỉ gây ra lực dọc chứ không gây ra mômen (với giả thiết bỏ qua biến dạng dọc trục của thanh) nên không xét BT1.

*Giải bài toán 2:

1 Hệ cơ bản:

Biểu đồ mômen M1 :

+

+

+

+

47.742 kNm 118.776

- Dùng một mặt cắt cắt bao quanh thanh xà ngang và xét cân bằng lực theo phương

P

M

18.716

R1P6.24

c c

h M

kNm

kNm kNm

kNm

5) Aùp lực xô ngang T của xe con

-Ta có lực xô ngang của cầu trục : T=20.27 kN

-hdcc=600 mm = 0.6 m -> lực xô ngang T của xe con tác dụng cách vai cột 0.6 m

1 Hệ cơ bản

Vì tải trọng không đặt trực tiếp lên xà ngang nên xem xà ngang có độ cứng EJ  d Tồn tại chuyển vị ngang đầu cột chứ không có chuyển vị xoay   0 ; 1  2    0

6 0 4

, 13 27 , 20 ) 9483 , 0

28.392 kNm

25.018 25.37

M 0 p

+ -

kNm kNm

- Dùng một mặt cắt cắt bao quanh thanh xà ngang và xét cân bằng lực theo phương

EJ x r

3 11

34,11

82,14

B

EJ

h h

EJ M

6) Tải trọng gió

1 Hệ cơ bản

- Các số liệu : Wđ= 2.57 kN, Wh= -22.24 kN, qđ= 5.02 kN/m, qh= -3.14 kN/m

- Độ cứng của xà ngang EJ d   :

- Sơ đồ tác dụng của tải gió lên khung :

Q B  B'  

Giá trị mômen và phản lực tại cột bên trái với qđ=5.02 kN/m

04 45 2

13 02 5 0515

2 13 02 5 2 13 96 28 04 45 2

4 02 5 4 96 28 04 45 2

Giá trị mômen và phản lực tại cột bên phải với qh= 3.14 kN/m

18 28 2

13 14 3 0515

2 13 14 3 2 13 11 18 18 28 2

2 2

' '

M

14 19 2

4 14 3 4 11 18 18 28 2

2 2

' '

M 0 p

kNm

kNm kNm

4 Xác định r11 ; R1p :

- Dùng một mặt cắt cắt bao quanh thanh xà ngang và xét cân bằng lực theo phương

5.67 EJ cd

h3

r115.67 EJ cd

- Dùng một mặt cắt cắt bao quanh thanh xà ngang và xét cân bằng lực theo phương

22.24 KN

5 Xác định 

=

cd cd

p

EJ

h EJ

h r

11

1

339 6 34

11

88 71

4.31kNm 7.19 kNm

M p

+

* TỔ HỢP TẢI TRỌNG

TỔ HỢP CƠ BẢN 1

 Mmax N tu

TỔ HỢP CƠ BẢN 2

III THIẾT KẾ CỘT

I Thiết kế Td cột trên :

* Cặp nội lực tính toán : - Phần cột trên : M= -391.905 (kNm); Ntu= 533.74 (kN)

1/ Xác định chiều dài tính toán :

Trong mặt phẳng khung :

- xác định các thông số cần thiết :

2875 0 4

2 9 8

t d

d t

t

H

H J

J H

J H

d

N

m

844 0 1 123 2

8 2

, 9

J H

H

C

t

d d

94 1

2/ Chọn sơ bộ tiết diện :

 Xác định diện tích của cột trên :

74 533

905 391

4 73 3 2 25 1 21

74 533 )

8 2 2 , 2 ( 25 ,

t

h

e R

N

Trong đó : R là cường độ tính toán thép Chọn thép CT3 có R = 2100 kg/cm2

Bề dày bản bụng :

) 67 16 10 ( 500 ) 50

1 30

1 ( )

* ) 15

1 12

1 ( )

1 20

1 ( )

b Kiểm tra tiết diện đã chọn :

- Các đặc trưng hình học của tiết diện :

64 , 140 ) 4 , 1 2 50 ( 2 , 1 ) 30 4

12

4 1 30 3 24 4 1 30 ( 2 12

) 2 47

6307 12

2 1 2 47 12

30 4

.

1

2

3 3

+ Bán kính quán tính:

Quanh trục x : 20 677

64 140

6 919

21 475

64 140 4 73

.

47

4 1 30

6 ( 02 0 ) 1 0 9

Từ  2x và m1 tra bảng phụ lục 4 ta được lt  0 3323

+ Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn

42 11 64 140 3323 0

74 533

- Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

Từ 2y  50 769 tra bảng phụ lục 3 ta được 2y  0 863

Cặp nội lực nguy hiểm chúng ta đang xét là tổ hợp nội lực của các tải trọng 1+2+4+6+8,

ta xác định được mômem tương ướng ở đầu cột kia ( trong cùng tổ hợp như trên ) là -116.613

Mômen tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là mômen lớn nhất tại tiết diện ở phần ba cột

Xác định theo công thức :

.116905

.3913

)(

Giá trị mômem đưa vào tính toán là giá trị lớn nhất trong các trị số 12 giá trị tuyệt đối của mômem ở 2 đầu thanh và M

141 300 141

300

; 2

613 116

; 2

905 391

74 533 / 1 30014 /

/ '

N M

1 1

74 533

Kiểm tra ổn định cục bộ của tiết diện :

+ Đối với bản cánh :

429 21

21000 )

406 1 1 0 36 0 ( 2 )

1 0 36

x c

b

 =31.661 => Thỏa điều kiện

- Đối với bản bụng :

Do khả năng chịu tải của cột được quyết định bởi đk ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng uốn, nên tỷ số giới hạn h b / b được xác định như sau :

Với 2x  1 406  0 8 và mx=3.288 > 1 nên ta có :

33 39

21000 1

3 691 50 21

21000 )

406 1 5 0 9 0 ( )

5 0 9

x b

II Thiết kế tiết diện cột dưới :

- Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục : M1=-514.528 kNm ; Ntu1= 1133.14 kN

- Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái : M2= 785.587 kNm ; Ntu2= 733.54 kN

-a.Chọn sơ bộ tiết diện cột :

Giả thiết diện tích của mỗi nhánh tỷ lệ với lực dọc lớn nhất trong nhánh, chúng ta xác định sơ bộ khoảng cách y1 từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của Td như sau :

528 514 1

436 0 14 1133

1 2 1

C

M C

y

N

303 1199 1

587 785 1

564 0 54 733

2 1 2

C

M C

049 494

303 1199

1

Chọn b = 400 mm

*Nhánh cầu trục : dùng tiết diện dạng chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại bản bụng có kích thước 18 x 360 mm ; bản cánh có kích thước 20 x 260 mm Nhánh mái có dạng chữ C tổ hợp, gồm 1 bản thép lưng 18 x 360 mm và 2 thép góc L100 x 14

- Các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn :

+ Đối với nhánh cầu trục :

Diện tích tiết diện nhánh :

8 168 26 2 2 36

* Tính các đặc trưng hình học :

Mômen quán tính của nhánh đối với trục x :

163 5876 12

26 2 2 12

2 26 19 26 2 2 12

163 5876

920

95 16 9 5

8 1 36

294 810 ) 463 2 8 1 99 2 ( 3 26 237 ( 2 ) 2

8 1 643 2 ( 36 8 1 12

26 3 ( 20 2 99 ) 237 22691 689 2

294 810

117

689 22691

920

07 38 627 2

97 8 168

42 57 2 286

y F J

J

698717 42

57 4 117 58

42 2 168 294 810 163

.

5876

) ( )

(

2 2

2 2 2

2 1 1 2 1

8 1784

- Chọn góc thanh giằng xiên = thép U16, thanh giằng ngang = U8 Tra bảng diện tích Td

thép U10 là Fu=10.9 cm2 Khoảng cách các điểm giằng 1m Góc nghiên của thanh giằngxiên  artg 100  2 643/ 100  44 0 13 ' Từ  tra bảng ta có k= 28.47

- Độ mảnh quy ước :

634 36 9 10 2

62 28 47 28 12

td

F

F k





* Kiểm tra tiết diện đã chọn :

- Xác định lại lực dọc trong mỗi nhánh :

1197 97357

0

528 514 97357

0

5742 0 14 1134

1 2 1

C

M C

y

N

587 785 4258 0 54

733 

y M

N

* Đối với nhánh cầu trục :

 ; y1  56 62 ; max  56 62 tra bảng ta có :   0 843

- Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung theo công thức :

41 8 8 168 843 0

 Đối với nhánh mái :

x2  38 07 ; y2  66 17 ; max  66 17 tra bảng ta có   0 802

-Kiểm tra ổn định nhánh mái ngoài mp khung :

4 117 802 0

- Kiểm tra ổn định của cột dưới trong mặt phẳng khung :

Trong mặt phẳng khung cột dưới làm việc như một thanh tiết diện rỗng chịu nén lệch tâm Kiểm tra theo hai cặp nội lực nguy hiểm

-Cặp thứ nhất (nhánh cầu trục)

M1 = -514.528 kNm ; N1 = 1133.14 kN

cm m

N

M

14 1133

528 514

1

1

791 0 698717

58 42 2 286 5 45

1 1

e

m



158 1 21000

21 634

Với m = 0.791 ;   1 158 tra phụ lục 5 ta được lt  0 5275

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung :

5 7 2 286 5275 0

14 1133

N

M

54 733

587 785

2

2

519 2 698717

42 57 2 286 1 107

2 2

e

m



158 1 21000

21 634

Với m = 2.519 ;   1 158 tra phụ lục 5 ta được lt  0 2865

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung :

946 8 2 286 2865 0

54 733

- Kiểm tra thanh bụng đã chọn :

chiều dài thanh xiên : 100 2 97 357 2 139 56

Lực cắt quy ước trong cột dưới bằng :

894 11 906 0

14 1133 )

21

21000 2330

( 10 15 7 ) 2330 ( 10

523 96 sin

1

56 139

Tra bảng phụ lục 3 ta được tx  0 5791

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên   0 75do sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thực của thanh xiên

Điều kiện ổn định của thanh xiên :

617 14 9 10 5791 0 75 0

2 69

54.7332

max 1

  50 1.4 577.15

528.5142

14.11332

min 2

h

M N

15 577

Bề dày bản bụng dầm vai :

  30 2 3 32 0.69

15 666 2

R b

h dv  0 5  d  0 5  1000  500 để đảm bảo độ cứng cho lk giữa 2 nhánh cột dưới mặt khác dầm vai phải đủ khả năng chịu lực

Chiều cao bản bụng dầm vai :

bb bb

M h



6

Trong đó M là mômen trong dầm vai khi quan niệm dầm vai như một dầm đơn giản gối lên hai nhánh cột dưới chịu tải Nnh2 từ cánh trong cột trên (qua bản K) truyền xuống

14429 4

100 15 577 4

14429 6

- Đuờng hàn liên kết bản bụng dầm vai vào bản lưng nhánh mái cần đủ khả năng chịu

Chiều cao đường hàn cần thiết :

55 0 15 50 7 0 2

15 577 2

nh

h

R l

N

h

Vậy ta chọn hh theo điều kiện chống rỉ, hh = 4 mm

- Đường hàn liên kết bản K với bản bụng dầm vai (4 đường hàn) sẽ chịu lực Dmax+Gdcc

cùng với phản lực từ dầm vai do Nnh2 gây ra

Chiều cao đường hàn cần thiết :

36 0 15 50 7 0 4

15 666 289 4

dcc nh

h

R l

G D

min  

14

97

01 41 54 733 59

97

587 785

1 max

C

y N C

M

85 324 59

97

528 514 59

97

01 41 587 785

1 max



C

M C

y N

97

01 41 14 1133 59

97

528 514

1 min

C

y N C

M

=> N nho  max470 90 ; 324 85  470 9 kN

2.1.Xác định kích thước bản đế :

Diện tích bản đế cần thiết được xác định theo công thức :

Trong đó : Rnen.cb là cường độ chịu nén cục bộ của bêtông

Do xung quanh diện tích chịu nén trực tiếp dưới, bản đế cũng tham gia vào chịu lực, nên khả năng chịu nén của bê tông được tăng cường Hệ số tăng cường độ do nén cục bộ củabê tông được xác định theo công thức :

2 1

 Fm : Diện tích mặt móng chịu nén do bản đế

Fbd : Diện tích bản đế

- Do ta không tính móng nên giả định   1 2

Vậy cương độ chịu nén cục bộ của bê tông là :

Rnen.cb = 1.2x1.15 = 1.38 kN/cm2

4 235 38

.

1

85

324





Chọn kích thước bản đế 300 x 500 mm

Như vậy với 2 dầm đế song song theo 2 phương mp khung & thêm 1 sườn ngăn ở giữa như hình vẽ …

- Khoảng cách từ trọng tâm tác dụng nhánh mái đến mép ngoài bản thép bên trái của nhánh mái là : z0=2.41 cm = 24.1 mm Dựa vào hình vẽ ta có các ô bản sau :

ô bản 1 : dạng côngsôn với phần nhịp vươn ra là :

(500-400-2x10)/2 = 40 mm

2

10 2

kích thước theo phương kia là :

85 324