Đồ án Kết cấu thép Thiết kế nhà công nghiệp

Chiều dài các đường hàn ngắn nhất là 40mm và chiều cao các đường hàn thấp nhất là 4mm. Với thanh bụng đường hàn nên kéo trùm sang đầu mút thanh 20mm. Khoảng hở thanh bụng và thanh cánh ở nút có bản mã không nhỏ hơn a = 6tbm – 20mm hoặc 40 ÷ 50mm và không lớn hơn 80mm. Bản mã nên chọn hình đơn giản ( nên có 2 cạnh song song, góc vuông), nếu có thể thí hình chữ nhật hoặc hình thang. Góc giữa cạnh bản mã và trục thanh bụng không nhỏ hơn 15o để đảm bảo sự truyền lực từ thanh vào bản mã. Nối các thanh dàn bằng thép góc hoặc bản ghép, thép góc chỉ được dung khi nối các thanh cùng bề dày, nối tại tâm nút. Nếu nối bản ghép thì tâm nút cách khoảng 300 – 500mm về thanh có nội lực nhỏ và khe hở hai thanh dàn nối nhau phải lớn hơn bằng 50mm.

Lời nói đầu.

Môn học kết cấu thép là một môn học quan trong của ngành xây dựng Vì vậy đồ

án kết cấu thép 2 là một trong những đồ án lớn và khó của sinh viên khoa xây dựng.Trong quá trình làm đồ án là thời gian sinh viên học hỏi được nhiều kiến thức từnhững lý thuyết sách vở cho đến những kiến thức thực tế, những kiến thức đó đượctruyền đạt từ giảng viên thông qua đồ án đề sinh viên có thể thiết kế công trình phùhợp với thực tiễn Việc làm đồ án giúp sinh viên hiểu hơn về lý thuyết và rèn luyệnthem các kỹ năng cho bản thân như làm thuyết minh, hiểu và dựng bản vẽ và kỹ năngbảo vệ đồ án trước giảng viên

Trong đồ án kết cấu thép 2 này, em được giao thiết kế một nhà công nghiệp gần vớithực tế Với những kiến thức cơ bản và cũng có những hạn chế do chưa hiểu thấu đáohết nội dung nên đồ án không thể tránh khỏi các sai sót Những sai sót trong bài vànhững chi tiết chưa phù hợp với thực tiễn mong nhận được sự góp ý và hướng dẫn củagiảng viên để em có thể đúc kết them kiến thức cho chính bản thân mình

Trong quá trình làm đồ án em chân thánh cảm ơn sự nhiệt tình hướng dẫn của thầyHoàng Bắc An là giảng viên phụ trách lớp học phần đã hướng dẫn và giải đáp các thắcmắc của em trong chính đố án này Chân thành cảm ơn thầy

Sinh viên thực hiện

Lý Văn Vinh

Mục lục

Lời nói đầu 1

Mục lục 2

CHƯƠNG MỞ ĐẦU: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 6

0.1 Mục đích yêu cầu của đồ án: 6

0.2 Nội dung và khối lượng yêu cầu: 6

0.2.1 Đề tài và số liệu: 6

0.2.2 Khối lượng yêu cầu: 7

CHƯƠNG 1: CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU 8

1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu của một nhà công nhiệp: 8

1.1.1 Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp 1 tầng: 8

1.1.2 Sơ đồ khung ngang 8

1.2 Kích thước chính của khung ngang: 8

1.2.1 Kích thước cột: 8

1.2.2 Kích thước dàn: 9

1.3 Hệ giằng: 12

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG 13

2.1 Tính toán tải trọng tác dụng lên khung: 13

2.1.1 Tải trọng tác dụng lên dàn: 13

2.1.2 Tải trọng tác dụng lên cột: 13

2.1.2.1 Do phản lực của dàn: 13

2.1.2.2 Do trọng lượng dầm cầu chạy: 13

2.1.2.3 Do áp lực đứng của bánh xe cầu chạy: 13

2.1.2.4: Do lực hãm của xe con: 14

2.1.2.5: Tải trọng hệ giằng cột, tole tường: 15

2.1.3 Tải trọng gió lên khung: 15

2.2 Tính nội lực khung: 16

2.2.1 Sơ đồ tính của khung: 16

2.2.2 Biểu đồ nội lực cột trục A: 18

2.2.2.1: Tĩnh tải: 18

2.2.2.2: Hoạt tải: 19

2.2.2.7 Tính khung với tải trọng gió trái: 20

2.2.2.8 Tính khung với tải trọng gió phải: 21

2.2.2.3 Tính khung với momen cầu chạy trái: 22

2.2.2.4 Tính khung với momen cầu chạy phải: 23

2.2.2.5 Tính khung với lực hãm trái: 23

2.2.2.6 Tính khung với lực hãm phải: 24

2.3 Xác định nội lực tính toán: 25

2.3.1 Nguyên tắc tổ hợp nội lực: 25

2.3.2 Bảng tổ hợp nội lực: 26

2.3.2.1 Nội lực của cột trục A: 26

2.3.2.2 Tổ hợp nội lực: 27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỘT 29

3.1 Xác định chiều dài tính toán của cột: 29

3.1.1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung: 29

3.1.2 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung: 29

3.2 Thiết kế tiết diện cột: 29

3.2.1 Tiết diện cột trên: 29

3.2.1.1 Dạng tiết diện: 30

3.2.1.2 Chọn tiết diện: 30

3.2.1.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: 31

3.2.2 Tiết diện cột dưới: 39

3.2.2.1 Cấu tạo cột: 39

3.2.2.2 Chọn tiết diện: 40

3.2.2.3 Kiểm tra tiết diện từng nhánh cột tại chân cột: 42

3.2.2.4 Kiểm tra ổn định toàn cột phương trục ảo với ngẫu lực do lực dọc hai nhánh gây ra: 44

3.3 Thiết kế các chi tiết cột: 47

3.3.1 Nối cột trên với phần cột dưới – vai cột: 47

3.3.1.1 Mối nối hai phần cột: 48

3.3.1.2 Cấu tạo và tính toán vai cột: 48

3.3.2 Chân cột – liên kết cột với móng: 50

3.3.2.1 Cấu tạo chân cột: 50

3.3.2.2 Tính toán chân cột cho từng nhánh cột: 50

3.3.2.3 Tính toán liên kết chân cột với móng – Bu lông neo 57

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO 59

4.1 Sơ đồ và kích thước chính của dàn: 59

4.2 Tải trọng và nội lực của dàn: 59

4.2.1 Tải trọng tác dụng lên dàn: 59

4.2.2 Nội lực tính toán các thanh dàn: 60

4.2.3 Tổ hợp nội lực thanh dàn: 61

4.3 Xác định tiết diện các thanh dàn: 64

4.3.1 Chiều dài tính toán các thanh dàn: 64

4.3.2 Cấu tạo thanh và nút: 64

4.3.2.1 Những yêu cầu cấu tạo chung của dàn: 64

4.3.2.2 Các dạng tiết diện thanh dàn: 64

4.3.3 Thiết kế tiết diện thanh dàn: 65

4.3.3.1 Thiết kế thanh dàn chịu nén đúng tâm: 65

4.3.3.2 Kiểm tra thanh dàn đã chọn chịu kéo: 66

4.3.4 Kết quả thiết kế tiết diện thanh dàn: 67

4.4 Tính toán các chi tiết của dàn: 68

4.4.1 Yêu cầu chung: 68

4.4.2 Nút không có nối thanh cánh: 69

4.4.2.1 Chi tiết 3: 69

4.4.2.2 Chi tiết 4: 70

4.4.2.3 Chi tiết 5: 71

4.4.3 Nút có nối thanh cánh: 73

4.4.3.1 Chi tiết 6: 73

4.4.3.2 Chi tiết 7: 74

4.4.4 Nút nối ở công trường: 75

4.4.4.1 Chi tiết 8: 75

4.4.4.2 Chi tiết 9: 77

4.4.4.3 Chi tiết 10: 79

4.4.5 Nút liên kết dàn với cột: 80

4.4.5.1 Chi tiết 11: 80

4.4.5.2 Chi tiết 12: 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

CHƯƠNG MỞ ĐẦU: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

0 1 Mục đích yêu cầu của đồ án:

Đồ án kết cấu thép 2 là đồ án thứ tư của sinh viên khoa xây dựng Thông qua kiếnthức đã được học trên lớp và những hiểu biết được bổ sung them thông qua quá trìnhlàm đồ án đã hỗ trợ them cho sinh viên ở một số mặt như:

- Giúp sinh viên ôn lại kiến thức đã được học ở học phần kết cấu thép 1 và biếtcách vận dụng các kiến thức đó vào một công trình thực tế

- Biết thêm về cấu tạo của một công trình thép gồm những bộ phận và cấu trúc rasao

- Giúp sinh viên làm quen với một cách làm một đồ án khác so với các đồ án đãđược học trước đây

0.2 Nội dung và khối lượng yêu cầu:

+ Hệ số điều kiện làm việc: γc = 0,9

+ Module đàn hồi của thép E = 21000 (kN/cm2)

+ Bê tông B20 có: Rb = 1,15 kN/cm2, Rbt = 0,09 kN/cm2

+ Que hàn N42 có: fwf = 18 kN/cm2, fws = 16,65 kN/cm2

+ Bu lông 5.6 có: fvb = 19 kN/cm2, ftb = 21kN/cm2

+ Vùng gió II địa hình A có: qo = 0,95 kN/m2

+ Liên kết dàn với cột là liên kết cứng

0.2.2 Khối lượng yêu cầu:

- Thiết kế sơ đồ kết cấu khung ngang cho nhà công nghiệp một tầng – hai nhịp, xácđịnh hệ giằng

- Tính toán tải trọng tác dụng lên khung ngang

- Dựng mô hình tính toán bằng phần mềm, xuất kết quả nội lực và tổ hợp nội lựccho cột trục A hoặc B và dàn mái

- Tính toán thiết kế cột trục A hoặc B và thiết kế dàn mái

- Thiết kế các chi tiết cột và chi tiết nút dàn

- Thể hiện bản vẽ khung ngang, các cột – dàn và các chi tiết thiết kế trên 2 bản vẽA1

CHƯƠNG 1: CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU

1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu của một nhà công nhiệp:

1.1.1 Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp 1 tầng:

- Nhà công nghiệp một tầng là kết cấu được cấu tạo từ các khung ngang liên kết vớinhau thông qua các hệ chống dọc lớp trên và hệ giằng dọc lớp dưới Hệ khung liên kếtvới nhau được gia cố tang độ cứng cho toàn bộ công trình bằng các hệ giằng cột vàcác hệ giằng ngang lớp trên và lớp dưới tạo thành một hệ bất biến hình và chịu các tảitrọng cục bộ

- Các nhà công nghiệp còn có cấu tạo các cửa mái để lấy gió, các cửa mái cũngđược bố trí hệ giằng như hệ giằng mái

- Với các nhà công nghiệp có chiều dài lớn thì được bố trí các khu nhiệt độ, khi đócông trình được chia thành các khối riêng biệt và cấu tạo như một nhà

- Ở các vị trí đầu và cuối một khối nhà các bước cột được bố trí lùi vào một đoạnkhoảng 500mm cho việc lắp đặt hệ sườn tường chắn gió Các hệ sườn tường này cũng

có thể được sử dụng ở giữa các bước khung để chịu tải trọng gió giảm tải trọng tácdụng lên khung ngang

1.1.2 Sơ đồ khung ngang.

- Khung ngang được cấu tạo bằng các côt và hệ dàn mái Các cột của nhịp chính làcác cột bậc với cột trên là cột đặc và cột dưới là cột rỗng bản giằng do nhà có hệ cầutrục tải trọng 30T (với nhà công nghiệp tải cầu trục dưới 30T sử dụng cột đặc, từ 30-75T nên sử dụng cột rỗng bản giằng và trên 75T thì sử dụng cột rỗng thanh giằng).Cột của nhịp phụ không có cầu trục thì sử dụng cột đặc

- Hệ dàn mái là hệ dàn cánh song song đỡ các tấm lợp là tole Hệ cửa mái dọc nhàvới chiều cao sơ bộ là 1,5m và bề rộng là 6m do ngày nay việc lấy gió tự nhiên làmmát bị hạn chế chủ yếu sử dụng thông gió cưỡng bức nên bề rộng cửa mái không lấylớn như các công thức sơ bộ

1.2 Kích thước chính của khung ngang:

1.2.1 Kích thước cột:

- Chọn chiều cao mặt ray tới đỉnh cầu trục Hc dựa theo nhịp của cầu trục:

Lk = L1 - 2λ = 25,5 (m)

tra catalo cầu trục ta được: Hc = 2,75 (m)

- Chiều cao mặt ray đến mép dười vì kèo: H2 = Hc + 0,1 + f = 2,75 + 0,1 + 0,15 =3(m)

với: 0,1 (m) là khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo

f là kích thước xét đến độ võng của dàn vì kèo thường chọn 0,15 (m).

- Chiều cao sử dụng: H = H1 + H2 = 18,5 (m)

- Chiều cao thực của cột trên từ vai đỡ dầm cầu trục đến mép dàn:

Ht = H2 + Hdc + Hr = 3 + 0,7 + 0,2 = 3,9m

với: chiều cao dầm cầu trục Hdc = (1/8 : 1/10)B = 0,6 : 0,75 (m)

chiều cao của ray Hr thường lấy 0,2 (m)

- Chiều cao thực cột dưới từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết diện:

Hd = H – Ht + H3 = 18,5 – 3,9 + 0,9 = 15,5 (m)

với: H3 là phần cột chôn dưới cao trình thường chọn 0,6 – 1 (m)

- Vì sức cần trục Q = 30T nên ta chọn:

+ Khoảng cách từ trục định vị đến mép cột; a = 0mm

+ Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị: λ = 750mm

- Chiều cao tiết diện cột trên: t t

12 10

theo bội số của 250mm => chọn ht = 500mm

- Chiều cao tiết diện cột dưới: hd = a + λ = 750 (mm)

- Chiều cao cửa mái chọn 1,5m và bề rộng 6m

- Chiều cao dầm mái nhịp BC chọn hBC = 500mm

- Chiều cao thực cột trục C:

HC = (H + 0,9) + hdan – Hk – L2*i – hBC =(18,5 + 0,9) + 1,8 – 4 – 15x0,1 – 0,5 =15,2m

- Yêu cầu kỹ thuật: Khoảng cách nút dàn cánh dưới thường từ 3–6m, ta chọnkhoảng cách nút dàn cánh dưới là 3m do mái sử dụng tôn lợp nên khoảng cách xà gồthiết kế cách nhau 1,5m nên khoảng cách thanh bụng đứng chọn 3m Góc giữa thanhxiên và thanh cánh dưới thiết kế từ 35–55o

Hình 1.2: Mô hình dàn mái

1.3 Hệ giằng:

- Hệ giằng mái cánh trên: gồm thanh chống dọc (xà gồ) và giằng xiên Thanh chốngdọc liên kết các dàn vì kèo thành một khối và được bố trí theo khoảng cách lắp ghép cáctấm tôn, nên khoảng cách xà gồ được chọn là 1,5m Giằng xiên là các thanh chéo chữthập được bố trí ở hai khoang đầu của mái, khoảng cách các hệ giằng xiên từ 50–60m;nhà công nghiệp thiết kế có chiều dài 144m nên được thiết kế bốn hệ giằng xiên vớikhoảng cách các hệ giằng xiên lần lượt là 48–42–48m

- Hệ giằng mái cánh dưới: gồm thanh chống dọc, giằng ngang và giằng dọc Thanhchống dọc cánh dưới bố trí cho 3 vị trí là hai mép dàn là giữa dàn để tạo liên kết các dàn

vì kéo Giằng ngang được bố trí theo vị trí của hệ giằng xiên cánh trên Giằng dọc được

bố trí cho nhà có cần trục làm việc nhằm chịu lực hãm của cần trục, khoảng cách củagiằng dọc là 60m với cần trục có chế độ làm việc nặng; công trình còa nhịp chính 27mnên bố trí giằng dọc ở hai khoang đầu theo phương ngang

- Hệ giằng đứng: được bố trí theo vị trí hệ giằng ngang, vì nhà không có cầu trục treonên không cần bố trí giằng đứng dọc suốt nhà Theo phương ngang thì khoảng cách giằngđứng là 12-15m, nhịp chính 27m nên được bố trí ba vị trí giằng đứng là ở hai đầu gối tựadàn và giữa dàn

- Hệ giằng cột: cũng được bố trí tại vị trí có giằng mái đảm bảo khoảng cách của giằngcột là 75m từ đầu khối đến giằng cột dưới đầu và 50m giữa các hệ giằng cột Giằng cộtgồm giằng trên và giằng dưới; ở gian đầu và cuối của một khối ta sẽ không bố trí hệgiằng dưới Góc giữa các thanh giằng theo phương ngang là 35-55o do không phù hợpvới điều kiện này nên cột dưới được bố trí thêm thanh chống phụ ở giữa chiều cao cột

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

2.1 Tính toán tải trọng tác dụng lên khung:

2.1.1 Tải trọng tác dụng lên dàn:

- Tĩnh tải:

+ Trọng lượng bản thân dàn: sử dụng phần mềm SAP2000 sẽ tự tính trọng lượng bảnthân

+ Trọng lượng mái: gồm tole và xà gồ

• Tải tiêu chuẩn của mái lấy gtc

mái = 0,3*1,3 = 0,39 kN/m2+ Tải tác dụng lên khung ngang: qmái = 0,39*6 = 2,34 kN/m

Đáy K(m)

Áp lực bánh xe lênray Pmax (T)

Trọng lượng

xe con (T)

Trọng lượng toàncầu trục (T)

- Áp lực lớn nhất và áp lực bé nhất của cần trục tác dụng lên vai cột.

Dmax = n.nc.Pmax.Σyi = 1,2x0,9x33x1,933 = 68,9 (T) = 689 (kN)

Dmin = n.nc.Pmin.Σyi = 1,2x0,9x10,25x1,933 = 21,4 (T) = 214 (kN)

với: n là hệ số vượt tải lấy 1,2

nc là hệ số tổ hợp lấy 0,9 đối với hai cần trục có chế độ làm việc nặng

Σyi là tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các vị trí bánh xecần trục

=

To là lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục:

,

xc xc o

f là hệ số ma sát lấy 0,1 đối với móc mềm và 0,2 với móc cứng

nxc tổng số bánh xe của xe con, n’xc là số bánh xe hãm thường '

2.1.2.5: Tải trọng hệ giằng cột, tole tường:

- Tải tiêu chuẩn của tường lấy gtc

tường = 0,15 kN/m2

- Tải tính toán của tường: gtt

tường = 0,15*1,1 = 0,165 kN/m2

- Tải tường tác dụng lên cột: gtường = 0,165xB = 0,132*6 = 0,99 kN/m

2.1.3 Tải trọng gió lên khung:

- Tải trọng gió: được tính toán theo tiêu chuẩn 2737:1995

- Yêu cầu đề tài: vùng gió II có Wo = 95 daN/m2 và địa hình A

- Áp lực gió phân theo độ cao: W = n.c.k.Wo.B

với: n là hệ số vượt tải lấy 1,2

c là hệ số khí động được xác định theo mục 14 Bảng 6 tiêu chuẩn 2737:1995

k là hệ số độ cao tra theo Bảng 5 tiêu chuẩn 2737:1995

B là bước khung 6m

Hình 2.1 Hệ số khí động

- Áp lực gió tác dụng khi gió thổi từ trái sang phải:

Điểm Cao độ (m) Hệ số khí động c Hệ số độ cao k Áp lực gió q (daN/m)

- Áp lực gió tác dụng khi gió thổi từ phải sang trái:

Điểm Cao độ (m) Hệ số khí động c Hệ số độ cao k Áp lực gió q (daN/m)

2.2.1 Sơ đồ tính của khung:

- Khung được giao thiết kế là khung một tầng – hai nhịp nên mô hình được dựng là mộttầng – hai nhịp

- Hệ dàn mái được mô phỏng theo hệ dàn mái thiết kế cho công trình, không có sự quyđổi hệ dàn thành thanh tương đương Các thanh trong hệ dàn được giải phóng liên kếtkhớp như các lý thuyết tính và những gì đã học

- Cột chính trong khung (trục A & B) là cột bậc được mô hình theo tính toán trọng tâmtiết diện từng cấu kiện Với cột rỗng được mô phỏng thành hai nhánh cột làm việc tươngquan với hệ bản giằng là các thanh nối có tiết diện theo tiết diện bản giằng

- Các cấu kiện nhịp phụ là các cấu kiện đặc mô phỏng bằng từng tim trục

- Liên kết gối của cột là liên kết ngàm của toàn cột và đất Tuy nhiên với cột rỗng đó làliên kết gối cố định của từng nhánh cột với đất Cột rỗng được cấu tạo hai nhánh liên kếtvới nhau bằng bản giằng thành một cấu kiện chung (giống một hệ dàn) với hai liên kếtgối cố định sẽ ngăn cản chuyển vị xoay chân cột rỗng, lúc đó mỗi nhánh cột chủ yếu làlực dọc nhưng xét toàn cột sẽ xuất hiện momen trong mặt phẳng làm việc của cột (mộtngẫu lực hình thành từ lực dọc hai nhánh)

Hình 2.1 Sơ đồ mô phỏng khung trong phần mềm SAP2000.

2.2.2 Biểu đồ nội lực cột trục A:

2.2.2.1: Tĩnh tải:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.2: Hoạt tải:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.7 Tính khung với tải trọng gió trái:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.8 Tính khung với tải trọng gió phải:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.3 Tính khung với momen cầu chạy trái:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.4 Tính khung với momen cầu chạy phải:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.5 Tính khung với lực hãm trái:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.2.2.6 Tính khung với lực hãm phải:

Lực dọc N (kN) Lực cắt Q (kN) Momen M (kNm)

2.3 Xác định nội lực tính toán:

2.3.1 Nguyên tắc tổ hợp nội lực:

- Tổ hợp cơ bản 1: là tổ hợp của một tĩnh tải và một hoạt tải với hệ số tổ hợp là 1.

- Tổ hợp cơ bản 2: là tổ hợp của một tĩnh tải hệ số 1 và nhiều hoạt tải với hệ số 0,9

- Các tổ hợp nội lực chủ yếu tìm ra các tổ hợp nội lực có thể xảy ra trong thực tế vớiviệc các nội lực đạt tới giá trị lớn nhất gồm Nmax , Mmax− , Mmax+

- Khi tổ hợp tải trọng chú ý nguyện tắc sau:

+ Tĩnh tải luôn được liệt kê trong tất cả trường hợp tải trọng

+ Không xét cùng lúc tải trọng cầu trục và tải trọng gió của hai phía trái phải trongcùng một tổ hợp; nếu đã xét loại tải trọng đó bên trái thì không kể thêm bên phải vào

và ngược lại

+ Khi đã xét lực ngang của cầu trục thì phải kể them tải trọng cầu trục để phù hợp vớithực tế làm việc Lực ngang của cầu trục không nhất thiết phải cùng phía với tải trọngcầu trục lớn nhất vì lực ngang có hai trường hợp “+” và “-” tương ứng với lực hãm vàlực tang tốc nên có thể tác dụng ngược phía với tải trọng cầu trục lớn nhất

2.3.2 Bảng tổ hợp nội lực:

- Thiết kế cột trục A gồm: cột trên và cột dưới

- Kí hiệu tên tải trọng:

Kí hiệu Loại tải trọngTINH TAI Tĩnh tảiHOAT TAI Hoạt tảiGIO TRAI Gió từ trái sang phảiGIO PHAI Gió từ phải sang trái

CT TRAI Tải trọng cầu trục lớn bên

trái

CT PHAI Tải trọng cầu trục lớn bên

phải

T (-) TRAI Lực hãm bên trái

T (+) TRAI Lực tang tốc bên trái

T (-) PHAI Lực hãm bên phải

T (+) PHAI Lực tang tốc bên phải

2.3.2.1 Nội lực của cột trục A:

- Nội lực cột trên trục A:

CT TRAI 5 -230.38 -5.36 0.00 -77.60 -4.65 5.11

CT PHAI 6 -157.81 -4.35 0.00 -32.73 -4.08 3.97T(-) TRAI 7 323.93 12.37 0.00 -32.56 14.10 -14.18T(+) TRAI 8 -323.93 -12.37 0.00 32.56 -14.10 14.18T(-) PHAI 9 -253.11 -7.72 0.00 -29.38 -7.52 6.71T(+) PHAI 10 253.11 7.72 0.00 29.38 7.52 -6.71

CT TRAI 5 -457.43 -4.67 0.00 -610.20 -5.38 5.74

CT PHAI 6 -57.26 -3.80 0.00 -182.34 -4.07 3.91T(-) TRAI 7 -322.32 10.84 0.00 34.16 9.11 -8.30T(+) TRAI 8 322.32 -10.84 0.00 -34.16 -9.11 8.30T(-) PHAI 9 251.12 -6.77 0.00 27.38 -6.97 6.13T(+) PHAI 10 -251.12 6.77 0.00 -27.38 6.97 -6.13

CT TRAI 5 1.20 -10.03 -63.45 0.85 -13.52 -24.34

CT PHAI 6 -1.07 -8.15 -22.32 -1.07 -8.15 9.45T(-) TRAI 7 1.60 -20.78 -94.04 1.60 -20.78 -12.99T(+) TRAI 8 -1.60 20.78 94.04 -1.60 20.78 12.99T(-) PHAI 9 -1.99 -14.49 -13.52 1.78 23.88 42.99T(+) PHAI 10 1.99 14.49 13.52 -1.78 -23.88 -42.99

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỘT

3.1 Xác định chiều dài tính toán của cột:

3.1.1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:

- Chọn tỉ số momen quán tính trong mặt phẳng của cột dưới và cột trên là 1

2

I4

I =

- Tỉ số lực nén lớn nhất của cột dưới với cột trên là:

1 2

0, 27 0,6

H 0,9 14,6N

3.1.2 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:

- Chiều dài tính toán ngoài phẳng của các đoạn cột lấy theo đúng kích thước thựccủa cột nằm giữa các điểm cố kết của cột

- Chiều dài tính toán ngoài phẳng của cột trên: ly2 = Ht – hdc = 3,9 – 0,7 = 3,2 (m)

- Chiều dài tính toán ngoài phẳng của cột dưới do có bố trí hệ thanh chống dọc cộtchia cột dưới ra làm 2 đoạn nên ly1 = 7,3 (m)

3.2 Thiết kế tiết diện cột:

3.2.1 Tiết diện cột trên:

3.2.1.1 Dạng tiết diện:

- Cột trên chịu lực dọc và momen theo phương mặt phẳng khung Nên khi thiết kế

chọn tiết diện có momen quán tính trong phương mặt phẳng khung lớn hơn phương

còn lại Tiết diện phù hợp là những tiết diện chữ I hoặc chữ nhật là những tiết diện đối

xứng và có momen quán tính một phương lớn hơn phương còn lại

- Trong kết cấu thép thì tiết diện thường được chọn là tiết diện chữ I vì phù hợp với

phương chịu tải trọng và sẽ tiết kiệm thép hơn so với tiết diện chữ nhật

3.2.1.2 Chọn tiết diện:

- Chọn cặp nội lực thiết kế tiết diện cột Dựa theo 3 tổ hợp tải trọng được lựa chọn

để thiết kế gồm Nmax , Mmax− , Mmax+ và tiết diện cột được chọn là tiết diện chữ I đối

xứng Cột trên có chiều cao tiết diện được chọn trước là 500mm, ta xác định tải trọng

tác dụng lên các nhánh như sau:

nh

t

N MN

- Nội lực thiết kế: giá trị tuyệt đối

- Độ lệch tâm của nội lực: e M 13,93(m) 1393(cm)

N

- Chọn sơ bộ tiết diện:

2 yc

- Chiều cao tiết diện đã chọn ht = 500 (mm)

- Chiều rộng bản cánh của tiết diện theo điều kiện ổn định ngoài phẳng:

bt = (0,3 ÷ 0,5)*ht = 150 ÷ 250 (mm) → chọn bt = 200 (mm)

N (kN) Q (kN) M (kNm)16,03 5,97 223,26

- Chọn bề dày bản bụng:

t wt

- Tiết diện được lựa chọn chữ I: 500x200x10x8

- Diện tích tiết diện đã chọn:

A = 2*bt*tft + twt*(ht – 2*tft) = 2*20*1 + 0,8*(50 – 2*1) = 78,4 (cm2) > Ayc

Hình 3.1 Tiết diện cột trên trục A

3.2.1.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

0,8 * 48 1* 20

y y

l

77, 48i

Vì m = 87 >> 20 nên me > 20 nên không cần kiểm tra ổn định trong mặt phẳng mà

ta sẽ kiểm tra bền của tiết diện

1) Kiểm tra bền cho tiết diện:

Tiết diện thỏa điều kiện bền

2) Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng:

1c

1 m

+ϕ

với: φy là hệ số uốn dọc đối với trục y-y phụ thuộc vào λy

Tiết diện thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

- Các đặc trưng tiết diện hình học như trên đã tính.

- Độ lệch tâm tương đối:

- Độ lệch tâm tương đối tính đổi: me = η.m = 1,154*10,93 = 12,61 ≤ 20

- Vì me ≤ 20 nên không cần kiểm tra bền nhưng sẽ kiểm tra ổn định trong mặtphẳng

1) Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng:

- Ứng suất kiểm tra ổn định ngoài phẳng:

e

N.A

σ =ϕ

với φe tra bảng D10 phụ lục D TCVN 5575 – 2012 phụ thuộc me = 12,61 và λx

Tiết diện thỏa điều kiện ổn định trong mặt phẳng

2) Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng:

1c

1 m

+ϕ

Vì tiết diện như đã chọn ở trên nên các giá trị φy và φb phụ thuộc vào tiết diện sẽkhông thay đổi → φy = 0,74 và φb = 1

x b

Tiết diện thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

Do tại chân cột tổ hợp Nmax có lực dọc tương đương với tổ hợp Mmax+ nhưng momenlại nhỏ nên sau khi kiểm tra tiết diện với hai tổ hợp của momen ta không kiểm tra với

tổ hợp của lực dọc Tại vị trí đỉnh cột ta nhận thấy có một tổ hợp của Mmax− có giá trịlực cặt lớn nên ta sẽ kiểm tra với tổ hợp này

- Các đặc trưng tiết diện hình học như trên đã tính

- Độ lệch tâm tương đối:

Vì m = 78,68 >> 20 nên me > 20 nên không cần kiểm tra ổn định trong mặt phẳng

mà ta sẽ kiểm tra bền của tiết diện

1) Kiểm tra bền cho tiết diện:

2) Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng:

1c

1 m

+ϕ

Vì tiết diện như đã chọn ở trên nên các giá trị φy và φb phụ thuộc vào tiết diện sẽkhông thay đổi → φy = 0,74 và φb = 1

x b

Tiết diện thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.

3.2.2 Tiết diện cột dưới:

3.2.2.1 Cấu tạo cột:

- Cột dưới là cột rỗng bản giằng do nhà có hệ cầu trục tải trọng 30T Cột rỗng sửdụng hai nhánh cột là thép tổ hợp chữ C cho nhánh mái và chữ I cho nhánh cầu trục.Hai nhánh cột được liên kết với nhau bằng các bản giằng, các bản giằng liên kết vàonhánh bằng liên kết hàn một đoạn 50mm Các bản giằng thường chọn cách nhau 800 –1000mm, trong thiết kế cột này ta chọn khoảng cách bản giằng là 800mm, trong suốt

chiều dài cột ta bố trí thêm các vách cứng đi theo các bản giằng cách nhau 3,2m (tính

từ bản cánh dưới của dầm vai)

3.2.2.2 Chọn tiết diện:

- Cột rỗng bản giằng gồm hai nhánh với các bản giằng khi tính toán cột được xemnhư chịu hệ dàn và các nhánh chủ yếu chịu nén Sau khi phân tích bằng phần mềmSAP2000 ta nhận thấy được tại chân cột chỉ có lực dọc và momen bằng không Nênhai nhánh cột được thiết kế theo cột đặc chịu nén đúng tâm

với φ là hệ số giả thiết thường khoảng 0,7 ÷ 0,9 trong bài này ta chọn φ = 0,8

• Chọn sơ bộ tiết diện nhánh mái chữ C:

với φ là hệ số giả thiết thường khoảng 0,7 ÷ 0,9 trong bài này ta chọn φ = 0,8

• Chọn sơ bộ tiết diện nhánh mái chữ C: