Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp

Mục đích yêu cầu của đồ án

Đồ án kết cấu thép 2 là đồ án thứ tư mà sinh viên khoa xây dựng phải thực hiện Qua việc áp dụng kiến thức học được trên lớp và những hiểu biết bổ sung trong quá trình thực hiện đồ án, sinh viên đã nhận được nhiều hỗ trợ quý giá cho việc phát triển kỹ năng và kiến thức chuyên môn.

Giúp sinh viên củng cố kiến thức từ học phần kết cấu thép 1 và hướng dẫn cách áp dụng những kiến thức đó vào các công trình thực tế.

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

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

Nội dung và khối lượng yêu cầu

Đề tài và số liệu

- Thiết kế nhà công nghiệp một tầng 2 nhịp gồm: một nhịp chính có cầu trục và một nhịp phụ không cầu trục.

Hình 0.1: Sơ đồ nhà công nghiệp một tầng – hai nhịp.

+ Bề rộng nhịp chính AB: L1 = 27m.

+ Bề rộng nhịp phụ BC: L2 = 15m.

+ Sức nâng cầu trục và chế độ làm việc: Q = 30/5 (T) – Nặng.

+ Chiều cao chênh lệch 2 khung: Hk = 4m.

+ Mái lộp tôn: độ dốc 10%

+ Kết cấu mái: nhịp chính – dàn cánh song song. nhịp phụ - dầm thép.

+ Cường độ thép CT34 có: fu = 34 kN/cm 2 , f = 21 kN/cm 2 , fv = 12,2 kN/cm 2 , fc 30,9 kN/cm 2

+ Hệ số điều kiện làm việc: γc = 0,9

+ Module đàn hồi của thép E = 21000 (kN/cm 2 )

+ Bê tông B20 có: Rb = 1,15 kN/cm 2 , Rbt = 0,09 kN/cm 2

+ Que hàn N42 có: fwf = 18 kN/cm 2 , fws = 16,65 kN/cm 2

+ Bu lông 5.6 có: fvb = 19 kN/cm 2 , ftb = 21kN/cm 2

+ Vùng gió II địa hình A có: qo = 0,95 kN/m 2

+ Liên kết dàn với cột là liên kết cứng.

Khối lượng yêu cầu

- Thiết kế sơ đồ kết cấu khung ngang cho nhà công nghiệp một tầng – hai nhịp, xác định 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 lực cho 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.

CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU

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 được xây dựng từ các khung ngang liên kết, với hệ chống dọc lớp trên và giằng dọc lớp dưới, tạo nên một cấu trúc vững chắc Hệ khung này được gia cố độ cứng nhờ các giằng cột và giằng ngang ở cả lớp trên và lớp dưới, giúp công trình chịu được các tải trọng cục bộ một cách hiệu quả.

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

Các nhà công nghiệp có chiều dài lớn thường được thiết kế với các khu nhiệt độ riêng biệt, giúp chia công trình thành các khối độc lập và có cấu trúc giống như một ngôi nhà.

Tại các vị trí đầu và cuối của một khối nhà, các bước cột được lùi vào khoảng 500mm để thuận tiện cho việc lắp đặt hệ sườn tường chắn gió Hệ sườn tường này cũng có khả năng được sử dụng giữa các bước khung nhằm chịu tải trọng gió, giúp giảm tải trọng tác động lên khung ngang.

Khung ngang được hình thành từ các cột và hệ dàn mái, trong đó cột của nhịp chính bao gồm cột bậc với cột trên là cột đặc và cột dưới là cột rỗng bản giằng, phù hợp cho nhà có hệ cầu trục tải trọng 30T Đối với nhà công nghiệp có tải cầu trục dưới 30T, cột đặc được sử dụng, trong khi từ 30-75T, cột rỗng bản giằng là lựa chọn thích hợp, và đối với tải trọng trên 75T, cột rỗng thanh giằng được khuyến nghị Đối với nhịp phụ không có cầu trục, cột đặc là lựa chọn duy nhất.

Hệ dàn mái là cấu trúc dàn cánh song song hỗ trợ các tấm lợp tole, với chiều cao sơ bộ 1,5m và bề rộng 6m Do hạn chế trong việc lấy gió tự nhiên để làm mát, hiện nay chủ yếu sử dụng thông gió cưỡng bức, nên bề rộng cửa mái không cần lớn như các công thức sơ bộ đã đề xuất.

Kích thước chính của khung ngang

- 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 được tính theo công thức H2 = Hc + 0,1 + f, với Hc = 2,75 m, khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo là 0,1 m, và kích thước xét đến độ võng của dàn vì kèo thường chọn là 0,15 m Do đó, chiều cao tổng cộng đạt 3 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

 �  � và ht thường chọn theo bội số của 250mm => chọn ht = 500mm

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

- Độ dốc dàn: i = 10% tương ứng nghiêng một góc 5 o 43’

- 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:

Khoảng cách giữa các nút dàn cánh dưới thường dao động từ 3 đến 6 mét Trong trường hợp này, khoảng cách được chọn là 3 mét, phù hợp với việc sử dụng mái tôn lợp Bên cạnh đó, xà gồ được thiết kế cách nhau 1,5 mét, dẫn đến việc chọn khoảng cách thanh bụng đứng cũng là 3 mét Góc giữa thanh xiên và thanh cánh dưới được thiết kế trong khoảng từ 35 đến 55 độ.

Hình 1.1: Kích thước khung ngang.

Hình 1.2: Mô hình dàn mái

Hệ giằng

Hệ giằng mái cánh trên bao gồm thanh chống dọc (xà gồ) và giằng xiên, trong đó thanh chống dọc liên kết các dàn vì kèo thành một khối và được bố trí theo khoảng cách lắp ghép các tấm tôn, với khoảng cách xà gồ là 1,5m Giằng xiên là các thanh chéo chữ thập, được bố trí ở hai khoang đầu của mái với khoảng cách từ 50–60m Đối với nhà công nghiệp có chiều dài 144m, thiết kế yêu cầu bốn hệ giằng xiên với khoảng cách lần lượt là 48–42–48m.

Hệ giằng mái cánh dưới bao gồm thanh chống dọc, giằng ngang và giằng dọc, với thanh chống dọc được bố trí tại ba vị trí: hai mép dàn và giữa dàn để tạo liên kết cho các dàn vì kéo Giằng ngang được sắp xếp theo vị trí của hệ giằng xiên cánh trên, trong khi giằng dọc được bố trí cho nhà có cần trục làm việc nhằm chịu lực hãm của cần trục Khoảng cách giữa các giằng dọc là 60m cho cần trục có chế độ làm việc nặng, và do công trình có nhịp chính 27m, giằng dọc được bố trí ở hai khoang đầu theo phương ngang.

Hệ giằng đứng được bố trí tại vị trí hệ giằng ngang, không cần thiết phải có giằng đứng dọc suốt nhà do không có cầu trục treo Khoảng cách giữa các giằng đứng theo phương ngang là từ 12-15m, với nhịp chính dài 27m, do đó, ba vị trí giằng đứng được thiết kế tại hai đầu gối tựa dàn và ở giữa dàn.

Hệ giằng cột được thiết kế tại vị trí có giằng mái, với khoảng cách tối đa 75m từ đầu khối đến giằng cột dưới đầu và 50m giữa các hệ giằng cột Hệ giằng cột bao gồm giằng trên và giằng dưới, trong đó không bố trí giằng dưới ở gian đầu và cuối của khối Góc giữa các thanh giằng theo phương ngang dao động từ 35-55 độ; do điều kiện không phù hợp, cột dưới cần được bổ sung thanh chống phụ ở giữa chiều cao cột.

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

Tính toán tải trọng tác dụng lên khung

2.1.1 Tải trọng tác dụng lên dàn:

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

+ Trọng lượng mái: gồm tole và xà gồ

• Tải tiêu chuẩn của mái lấy g tc mái = 0,12 kN/m 2

• Tải tính toán của mái: g tt mái = 0,12*1,1 = 0,132 kN/m 2

• Tải mái tác dụng lên khung ngang: gmái = 0,132xB = 0,132*6 = 0,792 kN/m

+ Tải trọng mái là tải trọng sửa chữa được lấy theo tiêu chuẩn q tc mái = 0,3 kN/m 2 + Hoạt tải mái tính toán: q tt mái = 0,3*1,3 = 0,39 kN/m 2

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

2.1.2 Tải trọng tác dụng lên cột:

2.1.2.1 Do phản lực của dàn:

Phản lực từ dàn sau khi máy phân tích tính toán sẽ được truyền vào cột, tuy nhiên, do không tách riêng từng dàn nên phản lực này không được xem xét.

2.1.2.2 Do trọng lượng dầm cầu chạy:

Công thức Gdcc = αdctL²dct daN được áp dụng với hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục từ 24 đến 37 cho tải trọng Q từ 20 đến 75T Đối với cần trục công trình có sức trục 30T, hệ số αdct được chọn là 27.

Ldct là bước cột trong nhà (m).

2.1.2.3 Do áp lực đứng của bánh xe cầu chạy:

Bề rộng B (m) Đáy K (m) Áp lực bánh xe lên ray Pmax (T)

Trọng lượng toàn cầu trục (T)

- Áp lực nhỏ nhất: min max

= - = - - Vị trí bất lợi của tải trọng cầu trục: sử dụng lý thuyết đường đàn hồi khi các xe di chuyển trên dầm cầu trục.

- 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 = 1,2 x 0,9 x 10,25 x 1,933 = 21,4 (T) = 214 (kN), trong đó n là hệ số vượt tải được lấy là 1,2, nc là hệ số tổ hợp được lấy là 0,9 cho hai cần trục có chế độ làm việc nặng, và Σyi là tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các vị trí bánh xe của cần trục.

2.1.2.4: Do lực hãm của xe con:

- Sử dụng công thức: T = n.nc.T1.Σyi với: T1 là lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe 1 o o

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

Hệ số ma sát cho các móc mềm là 0,1 và cho các móc cứng là 0,2 Tổng số bánh xe của xe con được ký hiệu là nxc, trong khi số bánh xe hãm thường được ký hiệu là n’xc Số bánh xe ở một bên cầu trục cũng cần được tính toán để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

- Lực hãm của xe con: T = 1,2*0,9*2,1*1,933 = 4,4 (T) = 44 (kN).

2.1.2.5: Tải trọng hệ giằng cột, tole tường:

- Tải tiêu chuẩn của tường lấy g tc tường = 0,15 kN/m 2

- Tải tính toán của tường: g tt tường = 0,15*1,1 = 0,165 kN/m 2

- 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/m 2 và địa hình A

Áp lực gió thay đổi theo độ cao được tính bằng công thức W = n.c.k.Wo.B, trong đó n là hệ số vượt tải (1,2), c là hệ số khí động được xác định từ mục 14 Bảng 6 tiêu chuẩn 2737:1995, và k là hệ số độ cao tra cứu từ Bảng 5 tiêu chuẩn 2737:1995.

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)

- Khi gán tải trọng gió lên mái khi gán là gán vuông góc với mái nên phải nhân theo chiều dài nhận gió ở phương nghiêng.

Tính nội lực khung

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 một tầng – hai nhịp.

Hệ dàn mái được thiết kế mô phỏng theo cấu trúc công trình mà không chuyển đổi hệ dàn thành các thanh tương đương Các thanh trong hệ dàn được giải phóng liên kết khớp, phù hợp với các lý thuyết tính toán và kiến thức đã học.

Cột chính trong khung (trục A & B) được thiết kế dựa trên tính toán trọng tâm của tiết diện từng cấu kiện Đối với cột rỗng, mô hình hóa được thực hiện bằng cách chia thành hai nhánh cột, tương tác với hệ bản giằng thông qua các thanh nối có tiết diện tương ứng với bản giằng.

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

Liên kết gối của cột đóng vai trò là liên kết ngàm giữa cột và đất, trong khi cột rỗng có liên kết gối cố định cho từng nhánh cột với đất Cột rỗng được cấu tạo từ hai nhánh liên kết bằng bản giằng, tạo thành một cấu kiện chung tương tự như hệ dàn Hai liên kết gối cố định này ngăn cản chuyển vị xoay của chân cột rỗng, khiến mỗi nhánh cột chủ yếu chịu lực dọc Tuy nhiên, khi xem xét toàn cột, một momen sẽ xuất hiện trong mặt phẳng làm việc do ngẫu lực hình thành từ lực dọc của hai nhánh.

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

2.2.2 Biểu đồ nội lực cột trục A:

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

2.2.2.7 Tính khung với tải trọng gió trái:

2.2.2.8 Tính khung với tải trọng gió phải:

2.2.2.3 Tính khung với momen cầu chạy trái:

2.2.2.4 Tính khung với momen cầu chạy phải:

2.2.2.5 Tính khung với lực hãm trái:

2.2.2.6 Tính khung với lực hãm phải:

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 xác định các giá trị tối đa của nội lực có thể xảy ra trong thực tế, bao gồm Nmax, Mmax  và 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 nên xem xét đồng thời tải trọng cầu trục và tải trọng gió từ hai phía trái và phải trong cùng một tổ hợp Nếu đã tính toán tải trọng bên trái, thì không cần tính thêm tải trọng bên phải và ngược lại.

Khi xem xét lực ngang của cầu trục, cần tính đến tải trọng thực tế của cầu trục Lực ngang không nhất thiết phải cùng chiều với tải trọng lớn nhất, vì nó có thể xuất hiện dưới hai dạng: lực hãm và lực tăng tốc, dẫn đến khả năng tác động ngược chiều với tải trọng 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 trọng TINH TAI Tĩnh tải HOAT TAI Hoạt tải GIO TRAI Gió từ trái sang phải GIO PHAI Gió từ phải sang trái

CT TRAI Tải trọng cầu trục lớn bên

CT PHAI tráiTải trọng cầu trục lớn bên

T (-) TRAI phảiLực 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:

- Nội lực cột dưới trục A:

N Q M N Q M kN kN kNm kNm kN kN

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

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

TINH TAI 1 -30.64 -2.19 19.58 -21.52 15.62 28.12 HOAT TAI 2 -36.71 -4.64 34.77 -33.36 29.37 52.87 GIO TRAI 3 49.05 26.61 -112.32 40.72 -84.89 -164.15 GIO PHAI 4 48.89 -17.37 -14.52 49.70 7.61 20.79

- Tổ hợp nội lực cột trên trục A:

N max M max M min N max M max M min N max M max M min

- Tổ hợp nội lực cột dưới trục A:

N max M max M min N max M max M min N max M max M min

THIẾT KẾ CỘT

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

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

- Tỉ số chiều dài của cột trên và cột dưới là t d

- Theo tiêu chuẩn 5575 – 2012 với các điều kiện: t d 1 2

I  và khung nhiều nhịp – dàn liên kết cứng với cột

- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng của các đoạn cột:

+ Cột dưới là cột rỗng bản giằng nờn: lx1 = à1*a = 1,2a (với a là khoảng cỏch của 2 bản giằng)

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 thực của 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 cột chia cột dưới ra làm 2 đoạn nên ly1 = 7,3 (m).

Thiết kế tiết diện cột

Cột trên chịu lực dọc và momen theo phương mặt phẳng khung, do đó khi thiết kế, cần chọn tiết diện có momen quán tính trong phương mặt phẳng khung lớn hơn phương còn lại Các tiết diện phù hợp bao gồm tiết diện chữ I hoặc chữ nhật, vì đây là những tiết diện đối xứng và có momen quán tính một phương lớn hơn phương còn lại.

Trong kết cấu thép, tiết diện chữ I thường được ưa chuộng do khả năng chịu tải tốt và tính tiết kiệm vật liệu, so với tiết diện chữ nhật.

Chọn cặp nội lực thiết kế cho tiết diện cột dựa trên ba tổ hợp tải trọng Nmax, Mmax- và Mmax+ với tiết diện cột là chữ I đối xứng Cột có chiều cao tiết diện 500mm, từ đó xác định tải trọng tác dụng lên các nhánh.

- Trong các cặp nội lực trên ta thấy cặp nội lực gây ra lực nhánh lớn nhất là tổ hợp

- Ta dung cặp nội lực này đi thiết kế tiết diện cột và sử dụng tiết diện đó đi kiểm tra cho các cặp nội lực khác.

- Nội lực thiết kế: giá trị tuyệt đối

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

- Chọn sơ bộ tiết diện:

- 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).

- Chọn bề dày bản bụng: t wt wt t h 5 7,14(mm)

- Chọn bề dày bản cánh theo điều kiện ổn định bản cánh: t ft t b 5,6 10(mm)

- 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 (cm 2 ) > Ayc.

Hình 3.1 Tiết diện cột trên trục A.

3.2.1.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

- Kiểm tra với cặp nội lực tại chân cột của tổ hợp M max  :

- Chiều dài tính toán của cột: x y l 780cm l 320cm

- Đặc trưng tiết diện hình học:

- Độ lệch tâm tương đối: x e.A 1393*78, 4 m 87

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:

- Momen ở chân cột là M2 = - 223,26 (kNm)

- Momen ở đầu cột trong cùng tổ hợp là M1 = - 153, 21 (kNm)

- Lấy giá trị tuyệt đối của M1 , M2 , M để xét M’

- Độ lệch tâm tương đối: x x

- Nên hệ số kể đến ảnh hưởng của momen uốn là: y x b c 1

  với: φy là hệ số uốn dọc đối với trục y-y phụ thuộc vào λy vì 0   x 2, 45 2,5� nên y y y

Hệ số ổn định tổng thể của dầm, ký hiệu là φb, được xác định khi có từ 2 điểm cố kết trở lên, theo phụ lục E của TCVN 5575-2012 Giá trị của φb phụ thuộc vào các thông số φ1, ψ và α.

- Ứng suất kiểm tra ổn định ngoài phẳng:

Tiết diện thỏa ổn định ngoài phẳng.

3) Kiểm tra ổn định cục bộ:

- Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

+ Ta có : 0,8�  y 2, 45 4� nên theo Bảng 35 – TCVN 5575 – 2012.

Theo tiết diện đã chọn ta có: 0 0 f f b 200 8 b t 2*10 9,6 t

� �Tiết diện thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

- Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

+ Ổn định cục bộ bản bụng phụ thuộc vào ứng suất kéo – nén tại hai đầu mép bản bụng thông qua hệ số α

+ Ứng suất tại hai mép biên của bản bụng: w 2 x h

� � trong đó: β là hệ số có xét đến sự ảnh hưởng của lực cắt

Theo tiết diện đã chọn ta có: w w w w h 500 2*10 h

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

- Kiểm tra với cặp nội lực tại chân cột của tổ hợp Mmax  :

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

- Độ lệch tâm tương đối: x e.A 175*78, 4 m 10,93

- Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện η tra theo Bảng D9 phụ lục D – TCVN 5575

- 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 mặt phẳng.

1) Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng:

- Ứng suất kiểm tra ổn định ngoài phẳng: e

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

Tiết diện thỏa điều kiện ổn định trong mặt phẳng.

- Momen ở chân cột là M2 = 115,42 (kNm)

- Momen ở đầu cột trong cùng tổ hợp là M1 = 95,9 (kNm)

- Lấy giá trị tuyệt đối của M1 , M2 , M để xét M’

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

� � Tiết diện thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

Tại chân cột tổ hợp Nmax, lực dọc tương đương với tổ hợp M max  nhưng momen nhỏ, do đó không cần kiểm tra với tổ hợp lực dọc Tuy nhiên, ở vị trí đỉnh cột, tổ hợp M max  có giá trị lực cặt lớn, nên cần thực hiện kiểm tra với tổ hợp này.

- Kiểm tra với cặp nội lực tại đỉnh cột của tổ hợp Mmax  :

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

- Độ lệch tâm tương đối: x e.A 1260*78,4 m 78,68

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:

Tiết diện thỏa điều kiện bền.

- Momen ở chân cột là M2 = -126,46 (kNm)

- Momen ở đầu cột trong cùng tổ hợp là M1 = -180,21 (kNm)

- Lấy giá trị tuyệt đối của M1 , M2 , M để xét M’ →

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

� �Tiết diện thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh.

Cột dưới là cột rỗng bản giằng phục vụ cho hệ cầu trục có tải trọng 30T, sử dụng hai nhánh cột là thép tổ hợp chữ C cho nhánh mái và chữ I cho nhánh cầu trục Hai nhánh cột được kết nối qua các bản giằng, được hàn với chiều dài 50mm, với khoảng cách giữa các bản giằng là 800mm Trong thiết kế này, các vách cứng được bố trí dọc theo các bản giằng với khoảng cách 3,2m tính từ bản cánh dưới của dầm vai.

Cột rỗng bản giằng có hai nhánh, trong đó các bản giằng được tính toán như chịu hệ dàn và các nhánh chính chịu nén Phân tích bằng phần mềm SAP2000 cho thấy chân cột chỉ chịu lực dọc và không có momen, do đó hai nhánh cột được thiết kế như cột đặc chịu nén đúng tâm.

- Chọn tiết diện nhánh cột:

+ Bề rộng cột rỗng: cột rỗng có chiều cao sơ bộ ban đầu là hd = 750mm bd = (0,3 ÷ 0,5)hd = 225 ÷ 375 (mm) chọn bd = 360 (mm)

 Diện tích yêu cầu: yc 1 2

 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: f w h 360mm b 180mm t 15mm t 10mm

 Diện tích yêu cầu: yc 2 2

 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: f w h 360mm b 200mm t 18mm t 12mm

Hình 3.2 Tiết diện cột dưới trục A.

- Chọn tiết diện bản giằng và kiểm tra bản giằng:

+ Bản giằng được chọn theo kinh nghiệm với tiết diện: 570x270x10

+ Khoảng cách các bản giằng là: a = 800mm

+ Diện tích mặt cắt bản giằng: Abg = 27*1 = 27 (cm 2 )

+ Momen quán tính của bản giằng là:

 12  + Lực cắt của cột ta lấy theo tổ hợp 1,3,5,7 của hai nhánh được tổng lực cắt hai nhánh lớn hơn: 1

+ Lực cắt quy ước trên mỗi mặt rỗng của cột với cột hai nhánh là: Vs = 0,5*Vf 54,085 (kN)

+ Momen uốn lớn nhất trong bản giằng: s bg

+ Lực cắt lớn nhất trong bản giằng: bg s

+ Ứng suất uốn trong bản giằng là:

+ Ứng suất cắt trong bản giằng là:

Vậy tiết diện bản giằng thỏa điều kiện bền.

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

Tại chân nhánh cột được kiểm tra theo cột đặc chịu nén đúng tâm

Chúng ta có các ký hiệu A, h, b, tw, tf, lx, ly, trong đó A đại diện cho diện tích tiết diện Các ký hiệu h, b, tw, tf thể hiện kích thước của các bộ phận trong tiết diện Khoảng cách giữa các bản giằng được ký hiệu là lx, khi xem thanh rỗng như một hệ dàn Cuối cùng, ly là khoảng cách giữa các điểm cố kết ngoài mặt phẳng, đặc biệt chú ý đến các thanh giằng dọc cột.

- Xác định đặc trưng hình học: Ix , Iy , ix , iy , λx , λy ,  x ,  y

    � →  max Với [λ] = 120 cho cột chính theo Bảng 25 TCVN 5575 – 2012:

- Xác định hệ số uốn dọc φmin tra bảng D8 phụ lục D TCVN 5575 – 2012 theo λ hoặc được tính từ  :

- Kiểm tra ổn định tổng thể của thanh: od n c min

- Kiểm tra ổn định cục bộ của thanh:

+ Ổn định cục bộ bản cánh: o o f f b b t t

� � với bo là phần bản cánh vươn ra.

 Khi  0,8 lấy  0,8và khi  4 lấy  4

+ Ổn định cục bộ bản bụng: w w w w h h t t

Dựa trên lý thuyết tính toán đã trình bày và quy trình tính toán với số liệu tải trọng được tổ hợp ở mục 2.3.2.2, chúng tôi đã tính toán và thu được kết quả như trong bảng tổng hợp dưới đây Kết quả này sẽ được đánh giá để xác định xem có đáp ứng được các yêu cầu đề ra hay không.

Nhánh mái Nhánh cầu trục Kết quả

- ly (cm) 730 730 Đặc trưng hình học

Kiểm tra ổn định tổng thể

Kiểm tra ổn định cục bộ

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

- Ta xét hai trường hợp tải trọng là:

Trường hợp 1 đề cập đến lực dọc nhánh mái lớn nhất tương ứng với lực dọc nhánh cầu trục, trong khi trường hợp 2 tập trung vào lực dọc nhánh cầu trục lớn nhất và lực dọc nhánh mái tương ứng.

- Nội lực trong hai trường hợp:

+ Trường hợp 1: tổ hợp 1, 2, 4, 5, 8. mai ct

+ Trường hợp 2: tổ hợp 1, 3, 5, 7. mai ct

- Tiến hành kiểm tra ổn định toàn cột với trục ảo:

+ Tính momen quán tính toàn cột trục ảo: Ix Ix,mai A xmai 1 2 Ix,ct A xct 2 2

Hình 3.3 Cách xác định momen quán tính toàn cột.

+ Diện tích toàn cột: A = Amai + Act

+ Xác định nội lực toàn cột: mai ct mai 1 ct 2

+ Độ lệch tâm nội lực: M e N

+ Độ lệch tâm tương đối: x,min m e.A

 W với Wx,min là momen chống uốn với nhánh chịu nén.

Bán kính quán tính trục ảo x-x được xác định bằng công thức x I x i = A Chiều dài tính toán lx được tính bằng a1a, trong đó a1 là hệ số chiều dài tính toán của cột dưới, và a là khoảng cách bản giằng Do cột rỗng trong hệ dàn, chiều dài cột tương ứng với khoảng cách giữa các “nút”.

+ Độ mãnh của cột theo phương trục ảo x-x: x x x l

  i + Độ mảnh lớn nhất của hai nhánh theo phương trục ảo: λ1 = max(λx,mai , λx,ct) với: x,mai x,mai a

+ Tỷ số độ cứng đơn vị lớn nhất: yo bg n I C

 I a với: Iyo là momen quán tính của từng nhánh với trục bản thân lớn nhất.

C là khoảng cách trục trọng tâm hai nhánh.

Ibg là momen quán tính bản giằng (đã tính ở mục 3.2.2.2).

+ Độ mảnh tương đương toàn cột: do là cột rỗng bản giằng hai nhánh nên

 � với [λ] = 120 như đã được nêu ở mục 3.2.2.3.

+ Độ mảnh quy ước tương đương: td td f

   E + Hệ số uốn dọc tỉ lệ φtl được tra theo bảng D.11 phụ lục D TCVN 5575 – 2012.

+ Ứng suất chịu nén toàn cột: c tl

Dựa trên lý thuyết tính toán đã trình bày và quy trình tính toán với số liệu tải trọng được tổ hợp ở mục 2.3.2.2, chúng ta đã thực hiện tính toán và thu được kết quả như trong bảng tổng hợp dưới đây Tiếp theo, chúng ta sẽ đánh giá xem kết quả này có đáp ứng các yêu cầu đã đề ra hay không.

Trường hợp 1 Trường hợp 2 Kết quả Đặc trưng hình học từng nhánh

Kiểm tra ổn định trục ảo

Thiết kế các chi tiết cột

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

- Khi tính toán mối nối giữa các phần cột với nhau hay vai cột thì sẽ sử dụng hai cặp nội lực:

- Các cặp nội lực được sử dụng tính toán các lực nén cho hai bản cánh cột trên tác dụng lên cột dưới và vai cột.

- Lực nén cánh ngoài: max

3.3.1.1 Mối nối hai phần cột:

- Nhánh ngoài cột trên thiết kế hàn đối đầu với nhánh mái cột dưới, đường hàn đối đầu này được thiết kế với lực Sng:

- Chọn chiều dày đường hàn t = 10mm, chiều dài đường hàn l = 200mm (hàn hết bề rộng cột trên) → chiều dài tính toán của đường hàn lw = l – 2t = 180mm

- Kiểm tra ứng suất đường hàn: wc ng 2 2 w c w

Nhánh trong cột trên được liên kết với cột dưới qua bản K bằng hai đường hàn góc Bản K có bề dày 10mm, tương ứng với bề dày của bản cánh cột trên.

+ Chiều cao đường hàn: hf ,min 5mm h� �f hf ,max 12mm

+ Cường độ giới hạn của mối hàn trong hai tiết diện:

+ Tổng chiều dài đường hàn thực tế: tr f f c

+ Chiều dài phần trên bản K liên kết với cột trên: l1 = ∑l /2 = 22(cm).

3.3.1.2 Cấu tạo và tính toán vai cột:

- Cấu tạo dầm vai bao gồm: cánh trên, bản bụng và cánh dưới.

Cánh trên của cầu trục bao gồm bản đậy dày từ 20 đến 30mm và bản sườn lót giữa bụng cột trên và bụng dầm vai Hai bản thép này được đặt nằm ngang và ở hai phía của bản K.

+ Cánh dưới là bản thép nằm ngang giữa hai nhánh cột nối bản bụng hai nhánh.Cánh dưới được coi như như vách cứng của cột rỗng.

+ Bản bụng nằm giữa hai bản cánh và bề dày phải chịu được lực cắt do ( Dmax + Gdcc

Dmax và Gdcc là hai yếu tố quan trọng nhất trong việc xác định áp lực của cầu trục, trong khi tải trọng do trọng lượng dầm cầu chạy được tính toán theo mục 2.1.2 Bề rộng sườn gối dầm cầu chạy thường được chọn trong khoảng 20 đến 30 cm, và bề dày bản cánh cũng là một yếu tố cần xem xét.

- Dầm vai có 2 gối tựa là hai nhánh của cột dưới và có sơ đồ chịu lực như Hình 3.4.

- Phản lực tại hai gối tựa: tr

Hình 3.4 Sơ đồ chịu lực và biểu đồ nội lực của dầm vai.

- Momen uốn lớn nhất dầm vai chịu là M = 77,3 (kNm).

+ Yêu cầu cấu tạo: hdv �0,5hd 0,5*750 375mm

+ Chiều cao bản bụng phải đủ chịu bốn đường hàn liên kết với bản K, chọn hf 10mm do bề dày nhỏ nhất giữa hai bản thép là 10mm:

Chiều cao của bản bụng cần đủ để chịu lực từ bốn đường hàn kết nối với nhánh cột cầu trục, với lựa chọn hf = 10mm, vì bề dày tối thiểu giữa hai bản thép là 10mm.

→ Chọn chiều cao bản bụng là 460mm và các bản cánh là 20mm.

- Kiểm tra bền dầm vai:

+ Coi dầm vai là dầm tiết diện I với bề rộng cánh là khoảng thông bên trong cột rỗng 330mm → I 500x330x20x10.

Sx  33* 2 1* 23 * 20,77 1848,53(cm )  + Kiểm tra ứng suất pháp:

+ Kiểm tra ứng suất tiếp:

- Các đường hàn ngang giữa bản bụng và bản cánh lấy theo cấu tạo là hf = 10mm.

3.3.2 Chân cột – liên kết cột với móng:

- Chân cột bao gồm các bộ phận: bản đế, đầm đế, sườn đế, bản neo và bu lông neo.

Cột dưới rỗng cần sử dụng chân cột rời cho hai nhánh cột, trong đó dầm đế và sườn đế có vai trò phân phối tải trọng đều lên bản đế Tải trọng này phải nhỏ hơn khả năng chịu nén của nền bê tông B20 Đồng thời, chân đế và sườn đế cũng là gối tựa cho bản đế, giúp xác định nội lực của nó Dầm và sườn đế được hàn chặt vào bản đế để đảm bảo tính ổn định.

- Bản đế do chịu nhiều đường hàn nên bề dày bản đề thường từ 20 ÷ 40mm.

- Bản neo thường được kê trên dầm và sườn đế dùng để liên kết bu lông neo của chân móng xuống nền.

Để đảm bảo tính ổn định trong quá trình vận chuyển, chân móng hai nhánh cột rời cần được bổ sung một thép hình liên kết giữa hai chân móng, nhằm ngăn chặn sự xô lệch và thay đổi khoảng cách giữa chúng.

3.3.2.2 Tính toán chân cột cho từng nhánh cột:

- Nội lực tính toán: mai ct

- Chọn chiều rộng bản đế: B = b + 2tdd + 2C1

Với: blà kích thước cột vuông góc mặt phẳng chịu uốn. tdd là bề dày dầm đế

C1 là khoảng nhô ra công-xôn của bản đế.

- Diện tích yêu cầu của bản đế: yc cb bt

m R với: mcb là hệ số tang cường độ chịu nén cục bộ, chọn sơ bộ mcb = 1,2

Rb là cường độ nén của bê tông.

- Chiều dài bản đế: A yc

 45  → chọn L1 = 25 cm + Nhánh cầu trục: 2 1201,1

- Ứng suất thực tế của bê tông móng lên bản đế: N

Hình 3.5 Cấu tạo chân móng.

- Chọn chiều dày bản đế: dựa vào momen uốn trong các ô bản đế với gối là các dầm và sườn là: M = α.σ.d 2

Trong đó: α hệ số phụ thuộc loại ô bản tham khảo Bảng 3.6 và Bảng 3.7 sách

“Thiết kế kết cấu thép” của GS Đào Định Kiến

+ Nhánh mái: momen lớn nhất các ô bản đế:

+ Nhánh cầu trục: momen lớn nhất các ô bản đế:

+ Momen lớn nhất trong các ô bản đế là: M max bd 15,3(kNcm)

+ Chiều dày bản đế: max bd bd c

Kiểm tra dầm đế là quá trình xem xét dầm đế như một dầm đơn giản có đầu thừa, với gối tựa được xác định bởi khoảng cách giữa hai đường hàn đứng liên kết dầm đế vào nhánh cột Việc lựa chọn bề dày của dầm đế (tdd) là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực của cấu trúc.

+ Nhánh mái: σ1 = 1,14 kN/cm 2 , bề rộng truyền lực αd1 = 12,5cm

→ Tải trọng phân bố đều trên đầm đế: qd1 = σ1.αd1 = 14,25 (kN/cm).

Chiều dài dầm đế liên kết với bản đế là ld1 = 45cm.

→ Phản lực gối và cũng là tổng lực dọc đường hàn: Nd1 = qd1.ld1 = 641,25 (kN). Chọn chiều cao đường hàn giữa dầm đế và cột là hf = 10mm

Chiều dài đường hàn giữa cột và dầm đế: d1 d1 f f wf c

Hình 3.6 Momen của dầm đế nhánh mái Chiều cao dầm đế theo điều kiện ổn định: max d1 d1 dd c h 6.M 26, 2(cm) t f.

Từ ld1 và hd1 ta chọn hd1 = 30cm.

+ Nhánh cầu trục: σ2 = 1,23 kN/cm 2 , bề rộng truyền lực αd2 = 9,7cm

→ Tải trọng phân bố đều trên đầm đế: qd2 = σ2.αd2 = 11,93 (kN/cm).

Chiều dài dầm đế liên kết với bản đế là ld2 = 45cm.

→ Phản lực gối và cũng là tổng lực dọc đường hàn: Nd2 = qd2.ld2 = 536,85 (kN).

Chọn chiều cao đường hàn giữa dầm đế và cột là hf = 10mm

Chiều dài đường hàn giữa cột và dầm đế: d2 d2 f f wf c

Hình 3.7 Momen của dầm đế nhánh cầu trục Chiều cao dầm đế theo điều kiện ổn định: max d 2 d 2 dd c h 6.M 24,1(cm) t f.

Từ ld2 và hd2 ta chọn hd2 = 30cm.

Kiểm tra sườn đế là quá trình đánh giá dầm đế như dầm đơn giản hoặc công-xôn, với gối tựa được xác định bởi khoảng cách giữa hai đường hàn đứng liên kết sườn đế vào nhánh cột hoặc dầm đế Để đảm bảo tính bền vững, bề dày sườn đế được chọn là tsd = 10mm.

Sườn đế A: σ1 = 1,14 kN/cm 2 , bề rộng truyền lực αs1 = 17cm.

→ Tải trọng phân bố đều trên đầm đế: qs1 = σ1.αs1 = 19,38 (kN/cm).

Chiều dài sườn đế liên kết với bản đế là ls1 = 17cm.

→ Nội lực trong sườn đế:

��Chiều cao sườn đế theo điều kiện ổn định: s1 s1 sd c h 6.M 14,91(cm) t f.

Chiều dài đường hàn là lf = hs1 – 1 = 15cm.

Chọn chiều cao đường hàn là 10mm Đặc trưng hình học của đường hàn:

� Kiểm tra độ bền đường hàn:

Sườn đế B: σ1 = 1,14 kN/cm 2 , bề rộng truyền lực αs2 = 9,5cm.

Chiều dài sườn đế liên kết với bản đế là ls2 = 4,5cm.

�� Chiều cao sườn đế theo điều kiện ổn định: s2 s2 sd c h 6.M 5,9(cm) t f.

Sườn đế C: σ2 = 1,23 kN/cm 2 , bề rộng truyền lực αs3 = 10,5cm.

Chiều dài sườn đế liên kết với bản đế là ls2 = 4,5cm.

�� Chiều cao sườn đế theo điều kiện ổn định: s3 s3 sd c h 6.M 6, 44(cm) t f.

Chiều cao của sườn đế B và C được thiết kế bằng chiều cao của dầm đế, tạo thành ba gối đỡ cho bản neo bu lông nhờ vào cấu tạo đỡ bản neo bu lông.

- Kiểm tra các đường hàn ngang:

Dầm đế + bản đế: f d1 f wf q 14,25 h 0,6(cm)

Sườn đế + bản đế: f s1 f wf q 19,38 h 0,77(cm)

Dầm đế + bản đế: f d 2 f wf q 11,93 h 0, 47(cm)

Sườn đế + bản đế: f s3 f wf q 12,92 h 0,51(cm)

→ Chọn chiều cao tất cả đường hàn ngang là hf = 10mm.

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

Để tính toán bu lông neo cho các nhánh cột, cần dựa vào hai trường hợp nội lực đã đề cập trong mục 3.2.2.4, cùng với momen ngẫu lực do lực dọc tác động lên hai nhánh.

+ Trường hợp 1: tổ hợp 1, 2, 4, 5, 8. mai ct

� + Trường hợp 2: tổ hợp 1, 3, 5, 7. mai ct

+ Lực kéo các bu lông neo nhánh cầu trục:

Với: ho là khoảng cách trục trọng tâm bản thân của hai nhánh. y là khoảng cách trục trọng tâm toàn tiết diện đến trọng tâm nhánh tính bu lông.

+ Tổng diện tích bu lông neo: bl 2 bl tb

→ chọn 4 bu lông d42 có ∑A = 4*11,2 = 44,8 (cm 2 )

+ Lực kéo các bu lông neo nhánh mái:

+ Tổng diện tích bu lông neo: bl 2 bl tb

→ chọn 4 bu lông d42 có ∑A = 4*11,2 = 44,8 (cm 2 )

- Chiều dài neo của bu lông.

+ Lấy lực dọc trong bu lông trường hợp 2 lớn hơn trong trường hợp 1 là ∑Nbl 918,11 kN.

+ Lực dọc trong một bu lông là : Nbl = ∑Nbl/4 = 229,53 (kN).

+ Chiều dài neo của bu lông: bl neo bt c

THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

Sơ đồ và kích thước chính của dàn

- Dàn vì kèo thiết kế là dàn cánh song song.

- Chiều cao dàn: hdan = 1800mm

- Chiều cao cửa mái là hcửa mái = 1500mm

Hình 4.1: Kích thước dàn và số thứ tự thanh dàn.

Tải trọng và nội lực của dàn

4.2.1 Tải trọng tác dụng lên dàn:

- Như đã trình bày trong mục 2.1.1 tải trọng tác dụng lên dàn gồm tĩnh tải (xà gồ, tole), hoạt tải mái và tải trọng gió.

- Tại các nút dàn khi được tách nút ngoài các lực dọc còn có các lực tập trung là tĩnh tải và hoạt tải:

+ Tĩnh tải: gmái = 0,792 kN/m+ Hoạt tải: qmái = 2,34 kN/m

4.2.2 Nội lực tính toán các thanh dàn:

Thanh THANH CÁNH DƯỚI THANH BỤNG ĐỨNG

TINH TAI -17.909 12.092 36.357 54.125 56.761 22.369 -11.805 -1.609 -1.568 -1.335 -0.859 1.73 HOAT TAI -34.179 21.595 66.623 99.895 105.289 40.556 -22.763 -3.51 -3.51 -2.93 -1.76 2.681 GIO TRAI 85.131 5.008 -67.204 -130.397 -157.946 -57.076 34.487 2.693 2.693 2.251 4.773 -0.102 GIO PHAI -8.3 -79.81 -130.357 -158.322 -143.084 -49.83 31.366 6.742 6.742 5.627 4.09 0.069

TINH TAI 23.29 -23.504 19.251 -18.386 14.501 -13.01 9.62 6.291 -7.902 -13.8 10.19 HOAT TAI 43.186 -43.91 35.512 -34.323 26.809 -24.735 18.105 11.145 -14.471 -25.984 18.828 GIO TRAI -60.823 64.404 -55.131 57.048 -48.454 49.693 -41.776 -1.083 0.983 42.137 -25.343 GIO PHAI -56.532 55.032 -41.602 36.616 -24.883 18.2 -8.164 -33.844 30.726 35.516 -21.182

CT PHAI 0.332 -0.368 0.334 -0.368 0.334 -0.368 0.334 -1.564 1.42 1.301 -1.179T(-) TRAI -4.491 4.982 -4.523 4.982 -4.523 4.982 -4.523 0.049 -0.045 5.365 -4.864T(+) TRAI 4.491 -4.982 4.523 -4.982 4.523 -4.982 4.523 -0.049 0.045 -5.365 4.864T(-) PHAI 0.701 -0.777 0.706 -0.777 0.706 -0.777 0.706 -5.108 4.638 4.71 -4.27T(+) PHAI -0.701 0.777 -0.706 0.777 -0.706 0.777 -0.706 5.108 -4.638 -4.71 4.27

TINH TAI 0.06 0.061 -27.349 -27.345 -48.409 -48.409 -62.88 -53.59 -44.392 0.013 -16.923 HOAT TAI 0.664 0.664 -50.242 -50.242 -89.393 -89.393 -116.786 -99.208 -82.602 0 -31.629 GIO TRAI -57.276 -57.056 19.93 20.193 88.159 88.423 147.369 118.996 117.668 0.467 48.819 GIO PHAI 53.574 54.124 116.623 117.283 157.199 157.859 175.192 151.495 109.993 0.4 41.034

4.2.3 Tổ hợp nội lực thanh dàn:

Thanh THANH CÁNH DƯỚI THANH BỤNG ĐỨNG

Xác định tiết diện các thanh dàn

4.3.1 Chiều dài tính toán các thanh dàn:

Khi tính toán chịu lực của các thanh dàn, cần xem xét hai phương: chiều dài tính toán trong mặt phẳng lx và chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng ly.

- Chiều dài tính toán của các thanh dàn được lấy theo mục 7.5 TCVN 5575 – 2012.

- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng của các thanh dàn:

+ Thanh cánh: lx = l + Thanh xiên đầu dàn: lx = l + Thanh bụng khác: lx = 0,8l

- Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của các thanh dàn:

+ Thanh cánh: khoảng cách các thanh giằng + Thanh xiên đầu dàn: ly = l

4.3.2 Cấu tạo thanh và nút:

4.3.2.1 Những yêu cầu cấu tạo chung của dàn:

Khi chiều dài dàn có nhịp từ 24m đến 36m, cần điều chỉnh tiết diện thanh cánh Thép góc tối thiểu sử dụng là L50x50 với độ dày tối thiểu 5mm Thông thường, một dàn sẽ lựa chọn khoảng 6 đến 8 loại tiết diện thép khác nhau.

Khi các thanh dàn được tạo thành từ thép góc ghép lại, cần bổ sung các miếng đệm dọc theo chiều dài thanh Các miếng đệm này có độ dày tương đương với bề dày của bản mã, bề rộng từ 60 đến 100mm, và chiều dài không nhỏ hơn bề rộng của bản cánh thép góc cộng thêm 20 đến 30mm Khoảng cách giữa các miếng đệm không được vượt quá 40r1 đối với thanh nén và 80r1 đối với thanh kéo, trong đó r1 là bán kính quán tính của thép góc tính từ trục trọng tâm song song với mặt phẳng dàn.

- Bề dày bản mã được chọn dựa theo nội lực của thanh xiên đầu dàn.

4.3.2.2 Các dạng tiết diện thanh dàn:

- Thanh dàn thường được ghép bằng hai thép góc L với nhau, các loại tiết diện thường gặp:

Hình 4.2: Các loại tiết diện thanh dàn thông dụng.

Dạng a là loại phổ biến, thích hợp cho các thanh dàn có lx = ly Dạng b thường được sử dụng cho các thanh cánh với ly = 2lx Dạng c phù hợp khi ly = lx hoặc có uốn cục bộ, nhưng có thể giảm độ cứng của dàn ngoài mặt phẳng khi lắp ráp Dạng d được sử dụng cho thanh đứng giữa dàn, thuận tiện cho việc liên kết hệ giằng đứng trung tâm.

4.3.3 Thiết kế tiết diện thanh dàn:

- Lực chọn bề dày bản mã: thanh xiên đầu dàn có nội lực lớn nhất là 66,5kN

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	3,07 MB