Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân SVTH: Lâm Vũ Phong MSSV: 1080600 Trang 42 CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT I.VAI CỘT: Với chiều cao tiết diện cột là h = 60cm, ta xác định được mômen uốn và lực cắt tại chỗ liên kết consol giữa vai cột với bản cánh cột: m kG x h L G D Mdct. 23567 5 , 0 1 630 46504 . 1 ma x ; kG G D Q dct47134 630 46504 ma x . Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng cánh cột cm b dv f25 . Giả thuyết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục cm b dct20 . Chọn sơ bộ bề dày của các bản cánh dầm vai cm tdv f2 , 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 sau : cm x x x ftb G D tc dv fdctdctdv w 85 , 0 95 , 0 2100 2 , 1 2 20 47134 . . 2 ma x Chọn cm tdv w 1 Chiều cao của dầm vai xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt, suy ra từ công thức sau: cm x x x x ftQ h c v dv w dv w 8 , 43 95 , 0 1200 1 2 47134 3 . . 2 3 Chọn cm x th h cm h dv fdv w dv dv w 50 2 , 1 2 6 , 47 2 6 , 47 Các đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai: 4 3 3 3 3 44716 12 6 , 47 1 25 5 , 0 2 12 50 25 12 5 , 0 . 2 12 cm x x h tb h b Idv w dv w dv fdv fdv x 3 1789 50 44716 2 2 cm x h IWdv x dv x 3 732 2 2 , 1 50 2 , 1 25 2 cm x x th tb Sdv fdv fdv fdv fTrị số ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng của dầm vai: 2 2 1 / 1254 50 1789 6 , 47 10 23567 cm kG x x x h h WMdv dv w dv x 2 1 / 772 1 44716 732 47134 . . cm kG x x tISQ dv w dv x dv f
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 43
2222
21
21
/25,229495,0210015,1/183377231254
15,13
cmkG x xcmkG x
f ctđ
Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng dầm vai: Bản cánh của dầm vai:
Ta có:
8,152100
101,2
2
1
2
110
2,1
1255,0 60
x
f
E x
t
bdv f
Bản bụng của dầm vai:
Ta có: 792100
101,25,25,26,47
1
6,47 6
x
f
E
t
hdvw
dvw
Kiểm tra các đường hàn trong liên kết hàn:
Đường hàn liên kết giữa dầm vai và cột chọn theo cấu tạo là cmh f 6.0 .Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột được xác
định như sau:
Phía trên cánh: có 2 đường hàn cml w 24125 .
Phía dưới cánh: có 4 đường hàn cml w 1111255,0 .
Ở bản bụng: có 2 đường hàn cml w 4716,47 .
Từ đó, tiết diện và mômen kháng uốn của các đường hàn trong liên kết, xem lực cắtchỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu:
256476,02 cm x x Aw
33
23
23
174450
2
12
476,0246,0112
12
6,0112256,024
12
6,0242 cm x
x x x x
x x x x
xW w
Khả năng chịu lực của các đường hàn trong liên kết được kiểm tra theo công thức
sau:
2222
min
22
/119795,0)18007,0(/84256
47134
1744
23567
.
cmkG x xcmkG
f
A
Q
W
M cw
ww
td
Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau:
Chiều cao: cmhh dvw s 6,47 ;
Bề rộng: mmb s 9,554030
476Chọn cmb s 8 ;
Bề dày: cm x
x x E
f bt
s s
5,0101,2
2100822
6
Chọn cmt s
8,0
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 44
1
1MAËT CAÉT 1-1
250
1 2
4 7 6
1 2
5 0 0
5 0 0
600 500 1501100
200
F
80 80
10
8
Hình VI.1: Cấu tạo chi tiết vai cột
II. CHÂN CỘT:1. Tính toán bản đế:Từ bản tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột:
kGT Q
kGT N
mkGmT M
tu
tu
666066,6
1283083,12
.26640.64,26max
Căn cứ vào kích thước tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cộtcho trường hợp có vùng kéo trong bê tông móng với 4 bulông neo ở một phía chân cột. Từđó xác định được bề rộng của bản đế:
cm xcb Bbđ 3972252 1 , chọn c1=7cm.
Chiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:
bđ bđ locbbđ locbbđ bđ R B
M
R B
N
R B
N L .
6
.2..2
2
,,
Giả thiết bêtông móng B20 có: R b= 115 kG/cm2 và chọn sơ bộ hệ số tăng cường độ2,1b - tương ứng với kích thước mặt móng là (50x90)cm. Từ đó xác định được cường
độ tính toán chịu nén cục bộ của bê tông móng:2
, /1381152,11.. cmkG x x R R bblocb
Với : + 1 khi mác bêtông móng không quá B25.
cm
x x
x x
x x x x x x
Lbđ 53,64
13875,039
10266406
13875,0392
12830
13875,0392
12830 22
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 46
44,02,22
8,9;8,9;2,22
2
2222
a
bcmbcmd a
Tra bảng 2.4 trang 36 - Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS.
Phạm Minh Hà và TS. Đoàn Tuyết Ngọc, ta có: 06,0b cmkG x xd M b .16262,225506,0.. 22
222
Vậy: Bề dày của bản đế xác định theo công thức sau :
cm x
x
f
M t
cbd 5,2
95,02100
218966 max
Chọn cmt bđ 5,2 .
2. Tính toán dầm đế:Kích thước của dầm đế chọn như sau:
Bề dày (đã chọn): cmt dđ 1 ;
Bề rộng: cm Bb dđ dđ 39 ;
Chiều cao: dđ h phụ thuộc vào đường hàn lên kết dầm đế vào cột phải đủ khảnăng truyền lực do ứng suất phản lực của bêtông móng sinh ra do ứng suất cục bộ.
Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bêtông móng:
kG x x N dđ 365635,37395,125,12
Theo cấu tạo, chọn chiều cao của đường hàn liên kết dầm đế vào cột là cmh f 6,0 . Từ
đó xác định được chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột :
cm
x x x x f h
N l
cw f
dđ w 2,251
95,018007,06.02
36563
....2min
Chọn chiều cao của dầm đế: cmhdđ 28 .
3. Tính toán sườn A:Sơ đồ tính sườn A là dầm consol ngàm vào bản bụng cột bằng 2 đường hàn liên kết.
190
Q
Ms
s
Hình VI.3: Sơ đồ tính sườn
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 48
22
22
221
21
/25,229495,0210015,115,1/1334
201
109143
201
6275363
cmkG x x f cmkG
x x
x
x
c
td
Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào bản bụng cột h f =0,8cm.Diện tích tiết diện và mômen kháng uốn của các đường hàn này là:
32
2
3,966
1208,02
4,30)120(8,02
cm x
xW
cm x x A
w
w
Khả năng chịu lực của các đường hàn liên kết này được kiểm tra theo công thức:
2min
2
2222
/12601)18007,0(/744
4,30
10914
3,96
62753
cmkG x x f cmkG
A
Q
W
M
cw
w
s
w
std
5. Tính toán bulông neo:Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông
neo:
kGT Q
kGT N
mkGmT M
tu
tu
666066,6
1283083,12
.26640.64,26max
Đây là cặp nội lực đã dùng để tính toán chân cột. Chiều dài vùng bê tông chịu néndưới bản đế là c = 39,3cm như hình VI.2. Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cộtđến tâm bu lông neo là 6cm. Ta xác định được:
cmc
L ycmc L
a bđ bđ 9,556
3
3,39756
3;4,24
3
3,39
2
75
32
1
c=393
c/3=131
Troïng taâm vuøng
beâtoâng chòu neùn
a=244
y=559Lb
T
M
N
Q
2 5
2 0 0 2 8
0
Hình VI.4: Tính toán bu lông neo
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 49
Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột:
kG x x
y
NaM T 42056
9,55
4,24128301026640 2
1
Chọn thép cho bu lông neo mác 09Mn2Si, tra bảng I.10 phục lục trang 79 - Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS. Phạm Minh Hà và TS. Đoàn Tuyết
Ngọc có f ba = 190N/mm2 =1900kG/cm2.
Diện tích tiết diện cần thiết của một bu lông neo:
2
1
1 54,519004
42056cm
x f n
T A
ba
ycba
Chọn bulông 30 có A bn = 5,6cm2 , tra bảng II.2 phục lục trang 86 - Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS. Phạm Minh Hà và TS. Đoàn Tuyết Ngọc .
Tính lại tổng lực kéo trong thân các bulông neo ở một phía chân cột:
kG x N
L
M T
b
264372
12830
63
1022640
2
2
2
Trong đó: L b = 2x(y-a) = 2x(55,9 – 24,4) = 63cm, khoảng cách giữa 2 dãy bulông neoở 2 biên của bản đế.
Ở trên lấy dấu trừ trong công thức T2 vì N là lực nén mang dấu âm.
Suy ra: T2 < T1 nên đường kính bulông 30 đã chọn là đạt yêu cầu.
6. Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế:
Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niêm mômenvà lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn ở bụng chịu.
Nội lực tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp nội lực đã dùngđể tính toán các bulông neo. Các cặp khác không nguy hiểm bằng.
Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào theo:
kG x N
h
M N k 34340
2
12830
50
1026640
2
2
(lấy dấu trừ vì N là lực nén).
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 vào bản đế):
cm x x xl w 701
2
253921
2
12521
2
13921
Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản cánh cột:
cm
x x x f l
N h
cww
k yc f 39,0
95,018007,070
34340
min1
Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột:
cm
x x x x f l
Qh
cww
yc f 06,0
95,018007,0)16,47(2
6660
min2
Kết hợp cấu tạo chọn hf = 0,8 cm. Cấu tạo chân cột thể hiện như hình:
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 51
I.13 phục lục trang 80 - Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS. Phạm Minh Hà và TS. Đoàn Tuyết Ngọc. Và bố trí như hình VI.8.
Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước
lấy như sau: Bề dày: ts tw =1cmchọn ts = 1cm; Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước của mặt bích) chọn ls = 9cm; Chiều cao: hs = 1,5ls = 1,5x9 = 13,5 cm chọn hs = 15cm.
90
1 2 0
1 0
1 2 0
63
126
189
252
315
378484
45 106 63X6=378 61 25
6 0
1 3 0
6 0
2 5 0
615
Hình VI.6: Bố trí bulông trong liên kết cột với xà ngang Khả năng chịu kéo của một bulông:
kG x A f N bntbtb 980045,24000
Trong đó:
f tb cường độ tính toán chịu kéo của bulông tra bảng I.9 phục lục trang 79 -Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS. Phạm Minh Hà và TS.
Đoàn Tuyết Ngọc, ta được: f tb = 400N/mm2 = 4000kG/cm2;
A bn diện tích tiết diện thực của thân bulông tra bảng I.11 phục lục trang 80 -
Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS. Phạm Minh Hà và TS. Đoàn Tuyết Ngọc, ta được: A bn = 2,45cm2.
Khả năng chịu trượt của một bulông cường độ cao:
kG x x x x xn A f N f b
bhbb 355617,1
25,0114,3110007,0
21
Trong đó:
f hb cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bulông cường độ cao trong liênkết ma sát, f hb = 0,7f ub;
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 52
f ub cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bulông tra bảng I.12 phục lụctrang 80 - Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – TS. Phạm Minh Hàvà TS. Đoàn Tuyết Ngọc f ub = 1100 N/mm2 = 11000 kG/cm2 (với mác thép 40Cr);
A: diện tích tiết diện của thân bulông: 222 14,342
4cmd A ;
1b hệ số điều kiện làm việc của liên kết, 11 b do số bulông trong liên kết n= 16 > 10;
2, b 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 theo 1 7,1;25,0 2 b ;
nf số lượng mặt ma sát của liên kết, nf = 1;
Theo điều 6.2.5 TCVN 338-2005 1 , trong trường hợp bulông chịu cắt và kéo đồng
thời thì cần kiểm tra các điều kiện chịu cắt và chịu kéo riêng biệt.Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy ngoài cùng do mômen và lực dọc phân vào(do mômen có dấu âm nên xem tâm quay trùng với dãy bulông phía trong cùng) theo côngthức:
kG
x
x x
n
N
h
Mh N
ib
4771
16
870
)4,488,375,312,259,186,123,6(2
4,48106250
2
2222222
2
21
max
(lấy dấu âm vì Nlà lực nén)Do: N bmax = 4771kG < kG N tb 9800 nên các bulông đủ khả năng chịu lực.
Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt của các bulông:
kG x N kGn
Qcb 355613556.3150
16
3150
=>Vậy bulông đã chọn đủ khả năng chịu lực.
2. Tính toán mặt bích:Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn:
cm
x x
x x x
f hb
N bt
cm x
x x
f bb
N bt
i
b
35,1
21001,48254,48
)4,488,375,312,259,186,123,6(4771131,11,1
97,021001325
4771131,11,1
1
1
1
max1
Chọn t = 2cm.
3. Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích:
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 53
Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài kể cả sườn:(4 xl w 12 – 1) + 2x(9 – 1) = 60cm
Lực kéo trong bản cánh ngoài do moment và lực dọc phân vào theo:
kG x N k 120652
87050
106250 2
Chiều cao cần thiết của đường hàn này là:
cm
x x x f l
N h
cww
k yc f 31,0
95,018007,060
12065
min
Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích (xem cácđường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực):
cm
x x x x f l
Qh
cww
yc f 02,0
95,018007,0)16,47(2
3150
min
Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn là hf = 0,6cm.
Hình VI.7: Chi tiết cấu tạo mối nối cột và xà ngang
IV. THIẾT KẾ MỐI NỐI ĐỈNH XÀ NGANG: Trong bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bulông tại đỉnh
xà ( đỉnh mái):
kGT Q
kGT N
mkGmT M
tu
tu
40040,0
333033,3
.2440.44,2max
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 54
Tương tự trên, chọn bulông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bulông dự kiến là d=20mm. Bố trí bulông thành 2 hàng. Ở phía ngoài của 2 bản cánh xà ngang bố trí 2 cặpsườn gia cường cho mặt bích như hình, có kích thước như sau:
Bề dày: ts = 1cm; Chiều cao: hs = 9cm;
Bề rộng: ls = 1,5hs = 1,5x9 = 13,5 Chọn ls = 15 cm.
4 5
1 1 5
1 6 0
1 1 5
4 5
4 8 0
120 10 120
60 130 60
250
1 1 5
2 7 5
3 9 0
Hình VI.8: Bố trí bulông trong liên kết đỉnh xà
Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dãy dưới cùng do mômen và lực dọc phân vào (do
mômen có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía trên cùng) theo côngthức:
kG x A f N kG
x x
x
x x
n
Q
n
N
h
Mh N
bntbtb
ib
980045,240001567
8
'506sin400
8
'506cos3330
)395,275,11(2
39102440
sincos
200
222
2
21
max
Khả năng chịu cắt của các bulông được kiểm tra theo công thức:
kG N kG
x x
n
Q N
cb 3556998
'506cos400'506sin3330cossin 00
Với :
kG x x x x xn A f N f b
bhbb 355617,1
25,0114,3110007,0
21
Bề dày của mặt bích xác định từ các điều kiện sau:
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 56
V. THIẾT KẾ LIÊN KẾT CỦA THANH CĂNG:Mối nối của thanh căng ngang được cấu tạo như hình vẽ bên dưới và tiến hành kiểm
tra khả năng chịu lực của các liên kết: liên kết của bản mã vào xà ngang, liên kết của thanh
căng vào bản mã, liên kết ở giữa thanh căng. Các mối nối chịu lực kéo là chủ yếu, nội lựctính toán dựa vào biểu đồ lực dọc của BAO1. Ngược lại thanh căng đứng không chịu lựcnên chọn theo cấu tạo và bố trí như hình vẽ sau:
Hình VI.10: Chi tiết liên kết thanh căng vào khung
1. Kiểm tra liên kết bulông giữa thanh căng với khung nhà:
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com
Đồ án Kết cấu thép - CN352 CBHD: Ths. Cao Tấn Ngọc Thân
SVTH: Lâm Vũ Phong
MSSV: 1080600 Trang 57
Dùng nội lực N=2640kG để thiết kế cho mối nối giữa thanh căng với khung nhà.Mối nối này được liên kết bằng bulông, về bản chất thì bulông chịu lực cắt và ép mặt.Chọn bulông thường có đường kính dự kiến là d=16mm và có cấp độ bền 5.8.
Khả năng chịu lực của một bulông theo điều kiện chịu cắt và ép mặt: Liên kết bulông giữa thanh căng ngang với bản mã ở phía đầu cột:
kG N
kG x x xn A R N cbcbl cbl 13202
2640
28040201,212000...
kG N
kG x x xd R N bembl embl 13202
1280026,114000... min
Liên kết bulông giữa thanh căng đứng với bản mã ở phía đỉnh xà:
kG N kG x x xn A R N cbcbl cbl 26404020101,212000...
kG N kG x x xd R N bembl embl 26401280026,114000... min
Vậy: Liên kết bulông này đủ khả năng chịu lực khi làm việc.
2. Kiểm tra liên kết bulông ở giữa của thanh căng ngang:Tương tự trên, dùng nội lực N=2640kG để thiết kế mối nối này. Về bản chất thì
bulông chỉ chịu kéo. Chọn bulông thường có đường kính d=16mm và có cấp độ bền 5.8. Khả năng chịu lực của một bulông theo điều kiện chịu kéo:
kG N
kG A R N bkbl kbl 6604
2640
4402001.212000...
Vậy: Liên kết bulông này đủ khả năng chịu lực khi làm việc.
3. Tính toán liên kết hàn bản mã vào xà ngang ở một phía:
Tính toán đường hàn:
Chọn sơ bộ chiều cao đường hàn: mmh f 8,0 .
5/7/2018 Chương VI Thiet ke cac chi tiet - slidepdf.com