Đồ án kết cấu thép 2

Nhịp khung ngang : L = 24 m Bước khung : B = 7,0 m Sức nâng cầu trục : Q = 16 T Cao trình đỉnh ray : H1 = + 6,9 m Độ dốc mái : i = 15% Chiều dài nhà : L = 105 m Phân vùng gió : IIA Địa hình : A Số bước cột : 15 Mác thép CCT38s có cường độ: f= 23kNcm¬¬2 fv= 13,0 kNcm¬¬2 Loại que hàn N42, khi tính toán coi như hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường. Số lượng cầu trục nct= 2 cái. Bu lông liên kết và bu lông neo tự chọn. Bê tông móng cấp độ bền B20.

Trang 1

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: PGS TS VŨ QUỐC ANH

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

- Loại que hàn N42, khi tính toán coi như hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường

- Số lượng cầu trục nct= 2 cái

- Bu lông liên kết và bu lông neo tự chọn

- Bê tông móng cấp độ bền B20

II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

1 Lựa chọn dầm cầu trục, cầu trục, ray, lớp lót ray

a Cầu trục

- Với nhịp nhà L= 24 m, sức trục Q = 16T < 30T thì khoảng cách từ mépngoài cột đến trục định vị a = 0mm Ta chọn cần trục có các thông số sau:

Bảng các số liệu cầu trục Sức

Trang 2

2 Xác định kích thước chính khung ngang

H3 – phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt ±0,000 (H3=0)

- Chiều cao phần cột trên tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

H t H2 H dctH r  1,5+0,8 + 0,2 = 2,5 m.

- Chiều cao phần cột dưới tính từ mặt móng đến vai cột:

H d  H H t  8,4-2,5=5,9 m.

 Theo phương ngang:

- Chiều cao tiết diên cột chọn theo yêu cầu về độ cứng:

� khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Trang 3

III THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI

Vật liệu Đơn vị Tải trọng

tiêu chuẩn

Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toán

Trang 4

y

2 8

qb

x

2 32 y

8,5 3°

Trang 5

=> Đảm bảo điều kiện chịu lực và độ võng.

IV XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG

- Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m

=> Tổng tỉnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

p =tt 1,1 x 0,15 x 7 +1,05 x 1=2,22

b Tải trọng xà gồ tường và tôn tường:

Tải trọng xà gồ tường và tôn tường lấy tương tự như với mái là 0,15 kN/m2

đưa về thành lực tập trung G tác dụng ở đỉnh cột và bỏ qua mômen gây ra bởi độ lệch tâm

tt

G =1,1.0,15.7.8,4=9,7 (kN)

c Tải trọng bản thân dầm cầu trục:

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m Quy thành tải tập trung và mômen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

+ Lực tập trung vai cột: 1,05.1.7 = 7,35 (kN)

+ Mômen vai cột: 7,35.(L1 - 0,5.h) = 7,35.(0,75 – 0,5.0,5) = 3,675(kNm)

Trang 6

2 Hoạt tải

a Hoạt tải sửa chữa

Theo TCVN 2737- 1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữamái (mái lợp tôn) là 0,3 kN/m2, hệ số vượt tải là 1,3

24000

a)

Trang 7

Áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo đườngảnh hưởng phản lực

Bảng các số liệu cầu trục Sức

P P

Trang 8

D max lên cột trái

D max lên cột phải

c Hoạt tải do lực hãm ngang cầu trục

Theo bảng thông số về cầu trục:

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

xc 1

Trang 9

W0 : Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn, W 0  0,95 0,12 0,83   kN/m2 (Gió II-A)

k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạngđịa hình; áp dụng dạng địa hình A, hệ số k được xác định:

Trên thực tế tải này truyền lên khung ở dạng lực tập trung tại điểm đặt các xà

gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố

+ Phía gió đẩy: q =n.k c W a=1,2.1,14.0,8.0,83.7=6,361tt 1 d 0 kN/m

+ Phía gió hút: q =n.k c W a=1,2.1,14.0,5.0,83.7=3,97tt2 1 h 0 kN/m

+ Gió nửa trái: q =n.k c W a=1,2.1,16.0,3347.0,83.7=2,71tt e1 0 kN/m

+ Gió nửa phải: tt W 2 0 1, 2.1,16.0, 4.0,83.7 3, 24

Trang 10

V XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG, TỔ HỢP NỘI LỰC

Trang 11

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THẫP 2 GVHD: PGS TS VŨ QUỐC ANH

- Do sức nõng cầu trục khụng lớn lắm nờn chọn phương ỏn tiết diện cột khụngđổi Vỡ nhịp khung là 27 m nờn chọn phương ỏn xà ngang cú tiết diện thay đổi hỡnh nờm, dự kiến vị trớ thay đổi tiết diện cỏch đầu xà 4,5 m Do nhà cú cầu trục nờn chọn kiểu liờn kết giữa cột khung và múng là ngàm tại mặt

múng Liờn kết giữa cột với xà ngang và liờn kết tại đỉnh xà ngang là cứng Trục cột khung lấy trựng với trục định vị để đơn giản hoỏ tớnh toỏn và thiờn

về an toàn

Sơ đồ tớnh khung ngang như hỡnh vẽ:

- Giả thiết cột cú kớch thước như sau:

Tại mỗi tiết diện cú cỏc trị số M, N, V

Đoạn xà 1 Đoạn xà 2vi tri thay đổitiet diện xà

+ 0.00

Trang 12

Ta xét 2 loại tổ hợp

Tổ hợp cơ bản 1: gồm tĩnh tải và 1 hoạt tải.

Tổ hợp cơ bản 2: gồm tĩnh tải và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9.

Kết quả cụ thể được ghi trong bảng tổ hợp

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phầnmềm SAP2000

Kết quả tính toán được thể hiện dưới các biểu đồ

Trang 13

Momen, lực dọc, lực cắt do tĩnh tải

Trang 14

Momen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải cả mái

Trang 15

Momen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải mái nửa trái

Trang 16

Momen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải mái nửa phải

Trang 17

Momen, lực dọc, lực cắt do gió trái

Trang 18

Momen, lực dọc, lực cắt do gió phải

Trang 19

Momen, lực dọc, lực cắt do áp lực đứng của cầu trục lên cột trái

Trang 20

Momen, lực dọc, lực cắt do áp lực đứng của cầu trục lên cột phải

Trang 21

Momen, lực dọc, lực cắt do lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái

Trang 22

Momen, lực dọc, lực cắt do lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải.

Trang 23

Bảng thống kê nội lực

Trang 24

M 67.1939 -10.1796 67.1939 -18.47731 51.37151

VI THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

6.1 Thiết kế tiết diện cột

Xác định chiều dài tính toán:

Trang 25

Chọn phương án tiết diện cột không đổi

Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết là xa

cot

I 1

Ly=Hd/2=5,9/2=2,95m

Chọn và kiểm tra tiết diện:

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

Trang 27

Ứng với Af/Aw �1 thì   1, 4 0, 2    x 1,038

Vậy với: Af/Aw= 0,744 nội suy ta được:   1,147

Từ đó: me =.mx =1,147.3,28=3,76 < 20

 Không cần kiểm tra bền

Với   x 1,81 và me = 3,76 tra bảng phụ lục IV.3 ta có   e 0,232

* Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:

x

e

N 328, 24

17,14 A 0, 229.83,6

 (kN/cm2) < fc =23 (kN/cm2)

* Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung:

Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung tínhtrị số mômen ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn Vì cặp nộilực dùng để tính toán cột là tiết diện dưới vai cột và do các trường hợp tải trọng(1,4,7,9) gây ra nên trị số của mômen uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là:

Với y = 55,56 tra bảng phụ lục IV.2, nội suy ta có: y 0,634

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng:

Trang 28

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung.

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

h t

Vậy không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể

Kiểm tra chuyển vị:

- Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP2000

trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là:

Trang 29

∆= 0, 009816 0,036568 0 1 0, 003333

 Vậy tiết diện cột đã chọn là phù hợp.

6.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

6.2.1 Đoạn xà 4,045 m (đoạn xà tiết diện thay đổi)

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

x c

Trang 30

Các đặc trưng hình học:

A=0,7.48+2.(25.1)= 83,6 (cm2);

Ix= 36467,87 (cm4); Wx= 1458,71 (cm3);

2 x

w 1

x

h M

14, 04

W h

   (kN/cm2)

f 1

x w

VS 1,19 t

Trang 31

4 w

w

68,57 5,5 5,5 166, 2

 Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất nén

(không phải đặt sườn dọc )

4 w

Vậy tiết diện xà ngang chọn là đạt yêu cầu

6.2.2 Đoạn xà 8,089 m (tiết diện không đổi)

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

M = 67,19 kNm

N = -43,37 kN

V = -6,48 kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trường hợp tải trọng 1,4 THCB 1 gây ra

Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang:

2 yc

Trang 32

=

3 2

x

7 6

Trang 33

Qy kn

1

VII THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT

Giả thiết bề rộng sườn gối của dầm cầu trục bdct=25 (cm)

Chọn sơ bộ bề dày bản cánh dầm vai là dv

f

t  cm 1

Từ đó bề dày bản bụng dầm vai được xác định

từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

73, 20.10 38

0,743 7487,9 50

dv w dv

h M

Vậy ứng suất tương đương tại chỗ tiếp giáp bản cánh cột và bản bụng dầm vai là:

Trang 34

Bản cánh:

dv f

Chọn đường hàn liên kết dầm vai vào cột hf= 6 mm

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh của cột:

Phía trên cánh (2 đường hàn): lw= 25-1=24 cm

Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw =0,5.(25-0,8) -1= 11,1 cm => Chọn lw= 12 cm

w

c w

Trang 35

Cấu tạo vai cột như hình vẽ:

bd b,loc bd b,loc bd b,loc

Trang 36

135, 734 2.37.0,75.1,33 2.37.0,75.1,33 37.0,75.1,33

Trang 37

Vậy bề dày của bản đế xác định theo công thức:

Trang 38

n w

Trang 39

Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế hf=0,8 cm

Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn này là :

7.2.5 Tính toán bulông neo

Từ tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất (momen lớn nhất)cho các bulông neo:

Trang 40

Chọn loại bu lông chế tạo từ thép mác 09Mn2Si, có fba = 190N/mm2 = 19 kN/cm2

Diện tích cần thiết của một bu lông neo:

Lb = 62cm là khoảng cách giữa bulông ở 2 dãy biên

Do T1 > T2 nên đường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu

7.2.6 Tính toán 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 mômen

và lực dọc do các đường hàn bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn bản bụngchịu Nội lực tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp dùng

để tính toán các bulông neo

Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào theo:

2 k

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột (kể cả các

đường hàn liên kết dầm đế, sườn đế vào bản đế):

Trang 41

12 26

7.3.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 tạitiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được:

Trang 42

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4,8,10 gâyra.

7.3.1 Tính toán bu lông liên kết:

Chọn cặp bu lông có cường độ cao cấp bền 8,8 đường kính bu lông dự kiến là d = 22

mm Bố trí thành 2 dãy với khoảng cách các lỗ bulông tuân thủ theo quy định

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

f tb – cường độ tính toán chịu kéo của bulông : f tb =400N/mm 2 = 40 (kN/cm 2 );

A bn - diện tích tiết diện thực của thân bulông d =22mm: A bn =3,03 cm 2 (tra bảng)

Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao:

A – diện tích tiết diện của thân bu lông, A = d 2 /4 = 3,8 cm 2 ;

b1 hệ số điều kiện làm việc trong liên kết, 1b = 1 do số bulông trong liên kết n = 16 > 10.

, b2 – hệ số ma sát và hệ số độ tin cậy của liên kết Với giả thiết là không gia công bề mặt cấu kiện nên  = 0,25;  b2 = 1,7;

n f – số lượng mặt ma sát trong liên kết , n f = 1.

Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005, trong trưòng hợp bulông chịu cắt và kéo đồngthời thì cần kiểm tra các điều kiện chịu cắt và kéo riêng biệt

Trang 43

Ta có lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy ngoài cùng do mômen và lực dọc phânvào (do mômen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía ngoài cùng):

2 1

(ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén)

Do Nbmax= 87,46 kN < [N]tb = 121,2 kN nên các bu lông có đủ khả năng chịu lực

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bulông:

V 56, 78 3,55

n  16  (kN) < [N]bc=43,04 (kN) thỏa mãn

545615

45

60 60 60 60 60

615

60 120 180 240 300 360 480

Trang 44

7.3.3 Tính toán đường hàn liên kết cột (xà ngang) với mặt bích:

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

213,3 1 5

0 0

615

60 120 180 240 300 360 480

Trang 45

Trang 47

Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy dưới cùng do mômen và lực dọc phânvào (do mômen có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía trên cùng)

do đó:

b max 12

i

M.h N cos V.sin N

� =

Trang 48

Vậy chiều cao cần thiết của các đường hàn này là:

N

3 N

N 2

bmax N

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

Lực cắt lớn nhất trong cột là tiết diện đầu xà Vmax = 56,78kN

Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang:

Kết hợp với cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf = 0,6 (cm)

Tương tự, chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là: hf = 0,6 (cm)

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	4,98 MB