Đồ án kết cấu thép 2

SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: Nhịp khung: L = 20 m. Bước khung: B = 7 m; toàn bộ nhà dài 15B = 105 m. Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m. Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB + Dạng địa hình xây dựng công trình: B Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 35mm) hoặc tương đương. Bê tông móng cấp độ bền B20. Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế Thuyết minh tính toán: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. + Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. + Thiết kế xà gồ. + Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. + Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang. + Hệ giằng mái, giằng cột. + Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. + Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. + Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc  = 100 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35  0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 1,5m và chiều rộng cửa mái là 3m. Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng Chiều cao cột dưới: Hd Trong đó: H1 = 9 m là cao trình đỉnh ray hdct = 0,6 m là chiều cao dầm cầu trục hr = 0,15 m là chiều cao ray hch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột Hd = 9 – (0,6 + 0,15) + 1 = 9,25 (m) Chiều cao cột trên: Htr Trong đó: K1 = 1,09 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục. 0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. Htr = (0,6 + 0,15) ¬¬+ 1,09 + 0,5 = 2,34 (m) Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,25+2,34 = 11,59 (m) 1.2. Kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 20m Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 180 mm. Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a. Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: Chiều cao tiết diện: h = (110  115)H, bề rộng b = (0,30,5)h và b = (120 130)H. Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (170  1100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (128  135)b. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng: tw = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh: tf = 1,4 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: Trong đó: L: là nhịp nhà. h: là chiều cao tiết diện cột S: là nhịp cầu trục Z = 0,5(20 – 20,6 – 18) = 0,4 (m) Z = 0,4m  Zmin = 0,18m. Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: Chiều cao tiết diện nách khung: h1 = ; bề rộng b = (0,2  0,5)h1 và b  180mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5  2)b Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (170  1100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. Chiều dày bản cánh tf = . Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h1 = 60 cm + Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng xà: tw = 0,8 cm + Chiều dày bản cánh xà: tf = 1,0 cm Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35  0,4 chiều dài nửa xà) Ltđ = 4m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 0,8 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm 1.3. Hệ giằng Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) và hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai). Do cột nhà cao nên phải chia đôi và dùng thêm thanh chống phụ. Hệ giằng cột được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q =12,5 tấn, thanh giằng bằng thép tròn 20. Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện. Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng 20, được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm.

SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Số liệu thiết kế

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục Các sốliệu thiết kế:

- Nhịp khung: L = 20 m

- Bước khung: B = 7 m; toàn bộ nhà dài 15B = 105 m

- Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làmviệc trung bình

- Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m

- Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m

- Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB

+ Dạng địa hình xây dựng công trình: B

- Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 3÷5mm) hoặc tươngđương Bê tông móng cấp độ bền B20

- Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên

2 Nhiệm vụ thiết kế

- Thuyết minh tính toán:

+ Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằnglưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột

+ Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầutrục, tải trọng gió

+ Thiết kế xà gồ

+ Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợptải trọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diệnđặc trưng của cột và xà mái

+ Thiết kế khung ngang gồm cột và xà Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột,liên kết xà với cột, mối nối xà

- Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1

+ Sơ đồ khung ngang

+ Hệ giằng mái, giằng cột

+ Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột

+ Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà

+ Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1 Sơ đồ kết cấu khung ngang

Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện không đổiliên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn

xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 ( tương đương i = 17%) Do tính chất làm việccủa khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thườngnội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữanhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cộtmột đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà Tiết diện còn lại lấy không đổi

Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọnchiều cao cửa mái là 1,5m và chiều rộng cửa mái là 3m

Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang

1.1 Kích thước theo phương đứng

- Chiều cao cột dưới: Hd

hr = 0,15 m là chiều cao ray

hch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột

K1 = 1,09 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con

Giá trị này được tra trong catalo cầu trục

0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang

Htr = (0,6 + 0,15) + 1,09 + 0,5 = 2,34 (m)

- Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,25+2,34 = 11,59 (m)

1.2 Kích thước theo phương ngang

- Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 20m

Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến méptrong cột: Zmin = 180 mm

- Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang:

a Tiết diện cột

Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:

- Chiều cao tiết diện: h = (1/10 ÷ 1/15)H, bề rộng b = (0,3÷0,5)h và b = (1/20

÷1/30)H

- Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiệnchống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm

- Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28 ÷ 1/35)b

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột:

+ Chiều cao tiết diện: h = 60 cm

L: là nhịp nhà.

h: là chiều cao tiết diện cộtS: là nhịp cầu trục

Z = 0,5*(20 – 2*0,6 – 18) = 0,4 (m)

Z = 0,4m ≥ Zmin = 0,18m Thỏa mãn điều kiện an toàn

b Tiết diện xà mái

Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:

- Chiều cao tiết diện nách khung: h1 = 1 L

40 ; bề rộng b = (0,2 ÷ 0,5)h1 và b ≥ 180mm,thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm khôngđổi h2 = (1,5 ÷ 2)b

- Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h Để đảm bảo điều kiệnchống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm

- Chiều dày bản cánh tf = 1 b

30 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm:

+ Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h1 = 60 cm

+ Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h2 = 35 cm

c Tiết diện vai cột

Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áplực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầmhãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lựctập trung đến mép cột) Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai:

+ Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm

+ Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm

+ Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 0,8 cm

+ Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm

1.3 Hệ giằng

Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấukhông gian Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịucác tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gióthổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanhdàn, cột Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thicông Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằngcột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) và hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầmvai) Do cột nhà cao nên phải chia đôi và dùng thêm thanh chống phụ Hệ giằng cộtđược bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khốigần kề hai đầu nhà (hình 1.2) Sức trục Q =12,5 tấn, thanh giằng bằng thép tròn φ20.Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện

Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng φ20, được bố trí ở haigian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trílệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xàchịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằngcác thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ) Tiết diện thanh chống không nhỏ hơnL50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm

Hình 1.4 Chi tiết thanh chống xà gồ

2 Xác định tải trọng tác dụng lên khung

2.1 Tải trọng thường xuyên

- Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái

- Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1,1

- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:

α = 30 72 = 1470 daN

- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm:

Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm)

Bảng 2.1 Tĩnh tải mái

tiêuchuẩn

Hệ sốvượt tải Tải trọngtính toán Bước

khung Tổng tảitrọng(daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m)

- Sơ đồ tải trọng thường xuyên được thể hiện trong hình vẽ minh họa.

2.2 Hoạt tải sửa chữa mái

- Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3

- Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng

ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m2 mặt bằng nhà do đó hoạt tảisửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau:

ptc = 30 B và ptt = np 30 B

- Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cosα

Bảng 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái

t chuẩn

Hệ sốvượt tải

Tải trọngtính toán khungBước Tổng tảitrọng(daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m)

- Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái được thể hiện trong hình vẽ minh họa.

2.3 Tải trọng gió

Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995

q = n W0 k C B (daN/m)Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung

W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng II có W0 = 95 daN/m2

n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

k: là hệ số phụ thuộc vào độ caoC: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu

B: là bước khung

a, Trường hợp gió thổi ngang nhà:

Hình 2.1 Mặt bằng khung chịu gió a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà

- Xác định hệ số khí động Ce:

Hình 2.2 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ:

Ce1 = - 0,8 Ce2 = -0,44 Ce3 = -0,53 Ce4 = -0,51

- Xác định hệ số k:

Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình Công trình ở khuvực thuộc dạng địa hình B Chiều cao cột 10,59m lấy gần đúng hệ số k =1 đối với giátrị tải trọng gió phân bố trên thân cột và k = 1,038 (ứng với độ cao trung bình của máiHtb = 12,4m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái

Bảng 2.3 Tải trọng gió theo phương ngang nhà

STT Loại tải Tải trọngt.chuẩn Hệ sốk Hệ sốc vượt tảiHệ số khungBước Tổng tảitrọng

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.

b, Trường hợp gió thổi dọc nhà:

- Xác định hệ số khí động Ce:

Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/ΣB Công trình có L/ΣB<1 và H/ΣB<0,5 nên Ce3 =-0,4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột

Hình 2.3 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà

Bảng 2.4 Tải trọng gió theo phương dọc nhà

STT Loại tải Tải trọngt.chuẩn Hệ sốk Hệ sốc vượt tảiHệ số khungBước Tổng tảitrọng

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.

2.4 Hoạt tải cầu trục

a, Áp lực đứng:

- Thông số cầu trục: Cầu trục ABUS; Sức trục : Q = 12,5 tấn; Nhịp cầu trục: S = 18mTra trong catalo cầu trục có:

+ Bề rộng cầu trục: Bct = 3830 mm

+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 2900 mm

+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: c

max

P = 8110 daN+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pminc = 1900 daN

nc = 0,85 Hệ số tổ hợp; khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình

Σyi – Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ

ở gối bằng 1

Bảng 2.5 Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

p p

Trong đó: c

m

g _ trọng lượng mái tôn;

pc _ hoạt tải sửa chữa mái;

d_ khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang, d = 1,2m;

- Tải trọng tính toán theo phương x và phương y:

qx= q sinα ⇒ qx= 71,05 sin100 = 12,34 daN/m

qy= q cosα⇒ qy= 71,05 cos100 = 69,97 daN/m

- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y:

c x

q = qc sinα ⇒ c

x

q = 71,05 sin100 = 12,34 daN/m

c y

a, Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:

- Tải trọng gió tính toán:

108,5.7

8

Kết luận: dùng xà gồ C12, vít bắt tôn: 6~8 chiếc /m2

3.2 Thiết kế xà gồ dùng thép dập nguội

Từ giá trị tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) qgió = 1,085 kN/m, nhịp

7000 mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng S200 sẽ được số hiệu xà gồ

Z20024 (xem phụ lục 3- sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp”).

4 Tính nội lực khung:

4.1 Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000.

a, Sơ đồ kết cấu

- Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng

- Trục tính toán khung lấy qua trọng tâm tiết diện; trục dầm lấy qua trọng tâm phầnkhông đổi

- Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kếtcứng

- Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm2; E = 2,1.106 daN/cm2; D = 7850 daN/m3

Hình 4.1 Sơ đồ khung ngang

Hình 4.2 Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán

b, Sơ đồ chất tải trọng

Hình 4.3 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.4 Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung

Hình 4.5 Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa phải khung

Hình 4.6 Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.7 Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.8 Sơ đồ tải trọng gió ngang

Hình 4.9 Sơ đồ tải trọng gió dọc

4.2 Nội lực và tổ hợp nội lực

a, Nội lực:

Sử dụng phần mềm Sap2000 phân tích kết cấu khung, cho kết quả là giá trị nội lực của cấu kiện cột, xà theo các trường hợp tải trọng riêng biệt Lấy kết quả nội lực tạicác tiết diện đặc biệt của khung:

- Tại cột: tiết diện chân cột (ký hiệu là tiết diện A), đỉnh cột (ký hiệu là tiết diện B), tiếtdiện phía trên vai cột (ký hiệu là tiết diện Ctr) và dưới vai cột (ký hiệu là Cd)

- Tại xà: tiết diện hai đầu và giữa xà, tiết diện thay đổi

b, Tổ hợp nội lực:

Có hai loại tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2 Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực dotải trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp nc =1) Tổ hợp cơ bản 2 gồm nộilực do tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp nc= 0,9) Tạimỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực:

- Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất Mmax và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư;

- Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất Mmin và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư;

- Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmax và mô men, lực cắt tương ứng Mtư, Vtư;

Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng sau:

Hình 4.10 Biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.11 Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung

Hình 4.12 Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa phải khung

Hình 4.13 Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.14 Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.15 Biểu đồ mômen do tải trọng gió ngang

Hình 4.16 Biểu đồ mômen do tải trọng gió dọc

Bảng nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

Cấu

kiện diệnTiết Nội lực

Loại tải trọng Tải

trọng thường xuyên

Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Hoạt tải cả mái D max ở cột trái D max ở cột phải T max ở cột trái T max ở cột phải Gió ngang Gió dọc

Bảng nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm)

Cấu

kiện diệnTiết Nội lực

Loại tải trọng Tải

trọng thường xuyên

Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Hoạt tải cả mái D max ở cột trái D max ở cột phải T max ở cột trái T max ở cột phải Gió ngang Gió dọc

Bảng tổ hợp nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

CÊu kiÖn TiÕt diÖn Néi lùc

M + max

N tu ;V tu

M max

Bảng tổ hợp nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm)

CÊu kiÖn TiÕt diÖn Néi lùc

M + max

N tu ;V tu

M max

5 Kiểm tra tiết diện cột, xà

5.1 Kiểm tra tiết diện cột:

- Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.1 Kích thước hình học tiết diện

h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)

- Chiều dài tính toán cột:

Trong mặt phẳng khung lx :

lx=µ.H với hệ số chiều dài tính toán µ ( Bảng 5.2), phụ thuộc vào tham số:

c T

xà

b.I

G =H.I

Trong đó b, H - chiều dài nửa xà, chiều cao cột; Ιc, Ιxà mô men quán tính của cột và xà(lấy ở tiết diện cách nút khung 0,4b)

lx=µ.H = 1,23 11,59 = 14,26 (m)

- Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn ly lấy bằng khoảng cách hai điểm ngăncản chuyển vị cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn Chiều dài ly được lấy bằngkhoảng cách từ chân cột (mặt móng) đến trục của thanh chống dọc:

Ly = 5 (m)

- Đặc trưng hình học tiết diện cột:

Bảng 5.3 Đặc trưng hình học tiết diện

Max (λx; λy) = λy = 88,97 ⇒ Max (λx; λy) < [ λ ] (Thoả mãn)

c, Kiểm tra điều kiện cường độ

Nf

.A≤ γϕ

Trong đó: ϕe – tra theo bảng II.2 phụ lục II (sách Kết cấu Thép I), phụ thuộc độ

mảnh qui ước λx và độ lệch tâm tính đổi me của cột

- Độ mảnh qui ước của cột:

f.E

c .A

ϕTrong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx và hình dáng tiết diệnđến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặtphẳng uốn) c phụ thuộc vào mx:

mφ1φ

=+

Hệ số uốn dọc ϕy đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng tra bảng, phụthuộc độ mảnh λy= ly/iy; λy=143,5⇒ϕy = 0,664

Tính ϕb (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm

 =

 

 

5.2 Kiểm tra tiết diện xà:

* Kiểm tra tiết diện tại nách khung

- Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.4 Kích thước hình học tiết diện

h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)

- Chiều dài tính toán xà:

Trong mặt phẳng khung: lx = 20 m

Ngoài mặt phẳng khung: ly là khoảng cách hai điểm giằng mái; ly = 5 m

- Đặc trưng hình học tiết diện xà:

Bảng 5.5 Đặc trưng hình học tiết diện

(cm4) (cm3) (cm4) (cm3) (cm2) (cm3) (cm3)

b, Kiểm tra điều kiện cường độ

Nhận thấy lực dọc trong xà không lớn (N = 500 daN) nên chỉ cần kiểm tra bền:

Trong đó: An- diện tích tiết diện thực của xà;

Wxn- mô men chống uốn của tiết diện thực

Hình 5.2 Tiết diện xà tại nách khung