đồ án thép cong trình

MỤC LỤC A. Số liệu thiết kế 3 I. Các số liệu thiết kế 3 II. Vật liệu 3 B. Tính toán 3 I. Kích thước chính của khung ngang 3 1. Theo phương đứng 3 2. Theo phương ngang 4 II. Hệ giằng trong nhà công nghiệp 5 1. Hệ giằng mái 5 2. Hệ giằng cột 5 3. Thiết kế xà gồ mái 5 III. Tải trọng tác dụng lên khung ngang 7 1. Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) 7 2. Hoạt tải mái 8 3. Tải trọng gió (Theo TCVN 27371995) 9 4. Hoạt tải cầu trục 11 4.1. Áp lực đứng của cầu trục 11 4.2. Lực hãm ngang của cầu trục 13 IV. NỘI LỰC KHUNG NGANG 13 1. Chọn sơ bộ tiết diện 13 1.1. Tiết diện cột 13 1.2. Tiết diện xà 13 2. Các trường hợp nhập tải vào mô hình tính 14 V. Kiểm tra tiết diện cấu kiện 15 1. Kiểm tra tiết diện cột 15 1.1. Xác định chiều dài tính toán 15 1.2. Kiểm tra tiết diện 16 2. Kiểm tra tiết diện xà ngang 20 2.1 Đoạn xà tiết diện thay đổi (6,067 m) 20 2.2. Đoạn xà tiết diện không đổi (6,067m) 22 VI. Thiết kế các chi tiết 23 1. Vai cột 23 2. Chân cột 27 2.1. Tính toán bản đế 28 2.2. Tính toán dầm đế 30 2.3. Tính toán sườn A 30 2.4. Tính toán sườn B 31 2.5. Tính toán bu lông neo 32 3. Liên kết cột với xà ngang 27 4. Mối nối đỉnh xà 37 5. Mối nối xà 39 6. Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang 40   A. Số liệu thiết kế và nhiệm vụ thiết kế II. Các số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp cầu trục. Có các số liệu thiết kế STT: 43 Nhịp nhà : L = 30 m Bước cột : B = 7 m Chiều dài nhà : 49 m Sức trục : Q = 12.5 T Chiều cao đỉnh cột : H = 9 m Độ dốc mái : i = 10% Hai cầu trục, chế độ làm việc bình thường Chiều cao dầm cầu trục , Chiều cao ray : Vùng áp lực gió : IIIA Dạng địa hình xây dựng : B Kết cấu bao che : phía trên dùng tôn II. Vật liệu Thép CCT38. Que hàn N50 , hàn tự động, kiểm tra bằng phương pháp vật lý. Bê tông móng cấp độ bền B20. Các vật liệu khác tự chọn. B. Tính toán I. Kích thước chính của khung ngang 1. Theo phương đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang : Với tra catalo cầu trục, khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang Chọn Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột 2. Theo phương ngang Coi trục định vị

MỤC LỤC

A Số liệu thiết kế và nhiệm vụ thiết kế

II Các số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp cầu trục Có các số liệu thiết kế

Hai cầu trục, chế độ làm việc bình thường

Chiều cao dầm cầu trục

2 Theo phương ngang

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0), khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cẩu

trục Vậy nhịp khung ngang ta chọn

Chiều dày (mm)

Diện tích(cm2)8CS2,5x065 356,71 35,07 30,93 6,72 4,55 1,7 5,85

Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái,tải trọng bản thân xà gồ tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái :

Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là a=1.2m

Vậy khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là :

0

1, 2

1, 206 cos(5,71 ) = mHoạt tải : hoạt tải sữa chữa lấy ptc = 0.3 kN/m2 với hệ số vượt tải n= 1,3

Kiểm tra lại xà gồ đã chọn :

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

Ta phân loại tải trọng tác dụng lên xà gồ C tác dụng theo 2 phương trục x-x tạo với phương ngang một góc α = 5,71 o:

Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y

c

M M

ly

q tt x

tt l

32

qx 2y

Vậy đảm bảo điều kiện bền

Độ võng: Xà gồ có độ võng theo cả hai phương, tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái nhỏ

nên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái

y

∆,với

3

1

5.10200

x

q B EI

x

q B EI

B

Vậy xà gồ đảm bảo được điều kiện độ võng

III Tải trọng tác dụng lên khung ngang

1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )

Trọng lượng của tôn tường và xà gồ tường lấy sơ bộ 0,15 kN/m2 quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột

tt

2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái ( mái lợp tôn ) là

3 Tải trọng gió (Theo TCVN 2737-1995)

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo

công thức :

W W= o× ×k c

Trong đó : Wo giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4

k – hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao lấy theo bảng 5

c – hệ số khí động lấy theo bảng 6

Vùng gió IIIA , có áp lực gió tiêu chuẩn wo = 125-15=110 daN/m2 , hệ số vượt tải là 1,2

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động được nội suy trong bảng6

Wtc 1, 2 1,1 1,0625 0.5 7 4,91 /

4 Hoạt tải cầu trục

Tra catalo sức nâng cầu trục 12,5T có các thông số sau:

áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

4.2 Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang toàn bộ cầu trục

0, 05(125 8,33)

2

IV NỘI LỰC KHUNG NGANG

Nội lực khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP 2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảng thống kê nội lực

2 Các trường hợp nhập tải vào mô hình tính

DL: Trọng lượng bản thân của các cấu kiện cột, xà được phần mềm SAP2000 tự động tính toán.DL: Trọng lượng các tấm lợp và xà gồ

LLm: Hoạt tải mái chất đầy

LLmL: Hoạt tải mái nửa trái

LLmR: Hoạt tải mái nửa phải

WL: Gió trái

WR: Gió phải

DmaxL: Áp lực đứng của cầu trục lên cột trái

DmaxR: Áp lực đứng cầu của trục lên cột phải

TL: Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái

TR: Lực hãm ngang của cần trục lên cột phải

Tổ hợp tải trọng

Theo TCVN 2737 – 1995, tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt

Tổ hợp cơ bản gồm có tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn

Tổ hợp đặc biệt gồm có tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tổ trọng đặc biệt

Tổ hợp cơ bản có từ 2 tải trọng tạm thời trở lên thì phải nhân với hệ số tổ hợp 0.9

BIỂU ĐỒ BAO MOMENT

BIỂU ĐỒ BAO LỰC CẮT

FrameEle

m ElemStationDưới

V Kiểm tra tiết diện cấu kiện

1 Kiểm tra tiết diện cột

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 giả thiết bằng nhau, ta có :

Ta có :

0,56 0, 227 0,56

1, 4640,14 0, 227 0,14

y

l = m

1.2 Kiểm tra tiết diện

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

N= -329,168 kN

M= -319,514 kNm

V= -112,081kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột, trong tổ hợp nội lực do trường hợp COMB14 gây ra và có

diện tích yêu cầu Ayc lớn nhất

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện cột

Diện tích tiêt diện :

24117,6

l l

Kiểm tra điều kiện bền :

Độ lệch tâm quy đổi của cột

N

f A

ϕ

×

Để kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số moment ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn Giá trị moment uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là :

=+

Vậy cột thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh và bảng bụng cột

2,1 10(1,3 0,15 ) (1,3 0,15 1,51 ) 49,62

Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000 do gió tiêu

Vậy tiết diện cột đã chọn là đạt yêu cầu

2 Kiểm tra tiết diện xà ngang

2.1 Đoạn xà tiết diện thay đổi

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

M= - 409,293 kNm

N= - 124,501 kN

Q= - 79,585 kN

Các đặt trưng hình học của tiết diện xà ngang

Diện tích tiêt diện :

Kiểm tra tiết diện

Độ lệch tâm tương đối :

Vậy xà bảo đảm điều kiện độ bền

Tại tiết diện đầu xà có moment uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đươngtại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng:

2 1

4 w

2.2 Đoạn xà tiết diện không đổi

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực bất lợi nhất để tính toán U1

M = -54,317 kNm

N = - 119,577 kN

Q = -45,105 kN

Các đặt trưng hình học của tiết diện xà ngang

Diện tích tiêt diện :

Kiểm tra tiết diện

Độ lệch tâm tương đối :

Vậy xà bảo đảm điều kiện độ bền

Tại tiết diện đầu xà có moment uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đươngtại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng:

2 1

w

45,105 582

0,97( / )27018,6 1

4 w

Vậy tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu

VI Thiết kế các chi tiết

Sơ đồ tính của vai cột là 1 dầm công-xôn có tiết diện không đổi

Sơ bộ tiết diện:

Bề rộng bản cánh dầm vai chọn

25

dv f

Chiều cao của dầm vai xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt :

Các đặt trưng hình học của tiết diện dầm vai:

Diện tích tiêt diện :

2

w w 2 f f 1 47,6 2 1, 2 25 107, 6( )

A t h= + t b = × + × × = cm

Moment quán tính của tiết diện lấy đối với trục x-x :

f

c v dv

1

99,3 100 47, 6 5, 28 ( / )

dv dv

248,5 595

3,3( / )44716,31 1

4 w

w

2,1 10 47,6 3, 2 3, 2 96,69

Tính toán đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột.

Chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột:

0,6

f

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

Phía trên cánh (2 đường hàn):

Theo tiết diện đi qua biên nóng chảy của thép cơ bản:

2 w

f s =0, 45f u =0, 45 38 17,1× = kN cm/

Dùng phương pháp hàn tự động: βf = 0,9; βs = 1,05

Ta có:

2 w

2

0,9 21,5 19,35 /1.05 17,1 17,955 /

s

→ Chọn

Đoạn đưa ra của công-xôn bản đế: c1 = 5 cm

Chiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:

Mác bê tông móng không vượt quá B25: α =1

Hệ số tăng cường độ của bê tông khi nén cục bộ:

1,15

b

ϕ =Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông, chiều dài của bản đế với giả thiết c2 = 11,3 cm và bề dày

Bề dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực trong bê tông móng

Mmax = max(M1;M2) = max(36,126 ; 13,46) = 36,126 kNcm

Bề dày của bản đế xác định theo công thức:

max

3,15 0,95 23

Tính toán đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột

Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột là hf = 0,6 cm

Diện tích tiết diện đường hàn:

Chọn bề dày sườn ts =1cm Chiều cao của sườn xác định từ điều kiện chịu uốn:

Tính toán đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế

Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế là hf = 0,6 cm

Diện tích tiết diện đường hàn:

2.5 Tính toán bu lông neo

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo (Tổhợp U6):

M = 240,69 kNm

Q = 66,21 kN

N = -6,55 kN

Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c = 42,7 cm

Khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6 cm

Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trọng tâm tiết diện cột:

Khoảng cách giữa 2 dãy bu lông neo ở hai biên của bản đế: Lb = 85 - 2×6 = 73 cm

Chọn thép bu lông neo mác 09Mn2Si có fba = 19 kN/cm2 Diện tích tiết diện cần thiết của bu lông neo:

2 max

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 moment và lực dọc docác 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 tính toán các bu lông neo

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

CHI TIẾT CHÂN CỘT

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 tiết diện đỉnh cột, từ bảng tổ hợp ta chọn (U29)

N= -50,92 kN

Q= -48,44 kNm

M= -200,26 kN

Tính toán bu lông liên kết:

Chọn bu cường độ cao, cấp độ bền 8.8 Đường kính bu lông dự kiến là d=20 mm, bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông như hình vẽ

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

[ ]N tb =ftb A bn =40 2, 45 98(× = kN)Trong đó:

: số lượng mặt ma sát của liên kết

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân vào (do moment códấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trong cùng):

Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn:

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):

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh

Chọn bu lông cường độ cao, cấp độ bền 8.8 Đường kính dự kiến là d= 20 mm, bố trí bu lông thành

2 hàng với khoảng cách giữa các bu lông như hình vẽ

Phía cánh ngoài của 2 bản cánh xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích có kích thước như sau:

Tính toán đường hàn liên kết tiết diện xà ngang với mặt bích

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

Chiều cao cần thiết của đường hàn này:

6 Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang tại tiết diện đầu xà là Qmax = -50,7 (KN) chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang:

max min

50,77 705,6

0,0183 cm

2 ( ) 2 57420, 29 1,05 17,1 0,95

f yc

f

Q S h

×

Kết hợp cấu tạo,chon chiều cao đường hàn hf= 0.6 cm

Lực cắt lớn nhất trong cột là tại tiết diện chân cột Qmax = 66,209 (kN), chiều cao cần thiết của đườnghàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng cột là:

max min

66, 209 705,6

0,024 cm

2 ( ) 2 57420, 29 1,05 17,1 0,95

f yc

f

Q S h

×

Kết hợp cấu tạo,chon chiều cao đường hàn hf= 0.6 cm

BIỂU ĐỒ BAO MOMENT

BIỂU ĐỒ BAO LỰC CẮT

BIỂU ĐỒ BAO LỰC DỌC