Tm Da Thep 2chuan

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: VŨ QUỐC ANH

Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với số liệu cho trước như sau - Nhịp khung ngang : L= 33m- Bước khung : B= 6m- Sức nâng cầu trục: Q= 5T- Cao trình ray : H1= +6,8m - Độ dốc của mái : i = 10%- Chiều dài nhà : 90m- Phân vùng gió : I-A- Vật liệu thép mác CCT34s có cường độ : f =21 KN/cm2

fv=12 KN/cm2

fc=32 KN/cm2

- Hàn tay, dùng que hàn N42.- Bê tông móng cấp bền 20.- Hệ số tin cậy của hoạt tải mái np=1,2- Số lượng cầu trục nct=2

SVTH : NGUYỄN ĐỨC THẮNG LỚP CT09X2 - 1 -




1. Thiết kế xà gồ

1.1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ:

Dộ dốc mái là i=0,1% ; Chọn tấm mái tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng bằng 0,074

kN/m2

Chọn sơ bộ chiều xà gồ chữ C mã hiệu 7CS2,5 059 có các thông số sau:

SH thépD B Xo Ix Sx Iy Sy A qtc

cm cm cm cm4 cm3 cm4 cm3 cm2 kN/m7CS2,5x059 18 6,4 1,87 236,84 26,71 26,93 6,04 4,92 0,0384

Chọn khoảng cách bố trí giữa các xà gồ là axg= 1,5 m

Hoạt tải tác dụng được xác định theo TCVN 2737-1995: kN/m2;

Như vậy tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ:

1.2 Sơ đồ tính xà gồ

Mặt cắt xà gồPhân tải trọng theo 2 phương ; ;

;Do đó ta có sơ đồ tính và biểu đồ mômen :


yq

x

yq

x

x

y


1.3 Kiểm tra điều kiện về cường độ:

Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn.

1.4 Kiểm tra độ võng

Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương y(tức là do qx gây ra)

Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép.2. Xác định các kích thước chính của khung ngang2.1. Theo phương đứng- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

Với Hk=0,92m (tra catalo cầu trục – bảng II.3 phụ lục) bk=0,3m: khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang chọn H2=1,3m- Chiều cao của cột khung tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:


M =

qtt

6000

m

x

tt

qb

y

2

8

x

M =

qtt

6000

m

y

tt

qb

x

2

32

y


Với H1=6,8m: chiều cao đỉnh ray H3=0: Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt 0.00- Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

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

2.2. Theo phương ngang:- Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

- Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng;

Chọn h=0,45m=45cm- Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

2.3. Sơ đồ tính khung ngang Do sức nâng của cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cột không đổi, với

độ cứng là I1. Vì nhịp của khung L= 30 (m) nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến cách 5 (m) thay đổi tiết diện 1 lần. Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột và móng là ngàm tại mặt móng (cốt 0.000). Liên kết giữa cột và xà ngang và liên kết đỉnh xà ngang là ngàm.Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn.



Sơ bộ chọn độ cứng của xà và cột theo tỉ lệ:

Sơ bộ chọn tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng:Chọn chiều cao tiết diện cột:

chọn h=450mm

Chiều dày bản bụng được chọn như sau:

chọn tw=6mm

Bề rộng cánh:

chọn bf=200mm

Chiều dày bản cánh ta chọn theo điều kiện:

chọn tf=10mm

Thoả mãn điều kiện:

+ Giả thiết kích thước cột:

H=8100mm; b=200mm; h=450mm; tw=6mm; tf=10mm

+ Giả thiết kích thước xà:

Đầu xà:

Đỉnh xà:

Giữa xà:

Sơ bộ tính khung ngang như hình vẽ:



3. Tải trọng tác dụng lên khung ngang 3.1.Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

Dộ dốc mái là i=0,1% ; Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm: trọng lượng

của các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục.

Tải trọng mái và xà gồ được truyền xuống xà ngang dưới dạng lực tập trung đặt tại đầu các xà gồ nhưng do số lượng xà gồ > 5 nên có thể quy về tải phân bố

Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1 kN/m. Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang :

Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như mái. Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột :

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

3.2.Hoạt tải máiTheo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái

(mái lợp tôn) là 0,3 (kN/m2 ), hệ số vượt tải là 1,3. Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang:



SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG VỚI HOẠT TẢI MÁI .

3.3. Tải trọng gió:Giá trị tính toán của thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao Z so với mốc tiêu

chuẩn tác dụng lên 1m2 bề mặt thẳng đứng xác định theo công thức:

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và

gió tác dụng trên mái. Theo TCVN 2737 - 1995 [2], phân vùng gió IA có áp lực gió tiêu

chuẩn W0 =0,65-0,1=0,55 kN/m2, hệ số vượt tải 1,2.

k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địa hình. áp dụng dạng địa hình B, hệ số k được xác định theo bảng 5 TCVN 2737 - 1995 (để

đơn giản xác định k theo cao trình các mức đỉnh cột và đỉnh xà, không kể thêm chiều dày các kết cấu lợp mái mái vì sai khác là rất nhỏ) :

+ Mức đỉnh cột, cao trình 8,1m



+ Mức đỉnh xà giữa, cao trình 9,75m

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động có thể

xác định theo sơ đồ trong bảng III - 3 phụ lục sách Thiết Kế Khung Thép Nhà Công Nghiệp

Một Tầng, Một Nhịp (TS. Phạm Minh Hà chủ biên).

Với Nội suy ta có:

Tải trọng gió tác dụng lên cột: + Phía đón gió: + Phía khuất gió: Tải trọng gió tác dụng lên mái :+ Phía đón gió : + Phía khuất gió :



SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG VỚI TẢI TRỌNG GIÓ3.4.Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phụ lục sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, các thông số cầu trục sức nâng 5T như sau :

NhịpLk

(m)

Ch.caoGabarit

HK

(mm)

Khoảng cáchZmin

(mm)

Bề rộng

gabaritBK

(mm)

Bề rộng đáyKK

(mm)

T.lượng cầu trục

G(T)

T.lượng xe con

Gxe

(T)

áp lực

Pmax

(kN)

áp lực

Pmin

(kN)

31 920 180 5930 5100 15,98 0,495 70,9 44,6Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang,

xác định như sau :3.4.1. Áp lực đứng của cầu trục :

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất (hình vẽ), xác định được các tung độ y i của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột :



ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐỂ XÁC ĐỊNH DMAX, DMIN

Các lực Dmax và Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là: e = L1 – 0,5h =1 – 0,5x0,45 = 0,775(m). Trị số của các mômen lệch tâm tương ứng:

Mmax = Dmax e = 149,41x0,775 =115,79(kNm) Mmin = Dmine = 93,991x0,775 = 72,84(kNm)



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

Lực hãm ngang của toàn cầu trục lên cột đặt vào cao trình dầm hãm (giả thiết cách vai cột 0,7m):

4. Xác định nội lực trong khung ngang và tổ hợp nội lực:Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần

mềm SAP2000. Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảng thống kê nội lực. Dấu của nội lực lấy theo quy định chung trong sức bền vật liệu:s


n+

n+

m+

m+

v+

v+

xµ ngang


m+

m+n+

v+

n+

v+

cét

QUY ƯỚC CHIỀU DƯƠNG CỦA NỘI LỰC THEO SỨC BỀN VẬT LIỆU



NỘI LỰC DO TĨNH TẢI



NỘI LỰC DO HOẠT TẢI NỬA MÁI TRÁI

NỘI LỰC DO HOẠT TẢI NỬA MÁI PHẢI



NỘI LỰC DO HOẠT TẢI CẢ MÁI



NỘI LỰC DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI



NỘI LỰC DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI



NỘI LỰC DO LỰC HÃM NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI



NỘI LỰC DO LỰC HÃM NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI



NỘI LỰC DO GIÓ TRÁI



NỘI LỰC DO GIÓ PHẢI



5.Thiết kế tiết diện cấu kiện 5.1.Thiết kế tiết diện cột5.1.1. Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án tiết diện cột không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết là bằng nhau, ta có :

Theo công thức tính ta có :

Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức :

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng khoảng

cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầm cầu trục,

giằng cột, xà ngang …). Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao

trình + 3,5 tức là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm cầu hãm, nên ly =3,5m.

5.1.2. Chọn và kiểm tra tiết diệnTừ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực tính toán : N = -261,72 kN M = -208,62kNm V = -82,78kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu cột, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải

trọng 1,4,7,9 gây ra .Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng : h = (1/151/20)H = ( 0,405 0,54) m Chọn h = 50cm.Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng : bf = (0,30,5)h = (1525) cm ; bf = (1/201/30)ly = (1218) cm Chọn bf =22cm.

Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức sau :

Bề dày bản bụng : tw =(1/701/100)h ≥ 0,6cm Chọn tw = 0,7cm ≥ 0,6cmTiết diện cột chọn như hình sau : Bản cánh (1,522)cm , Bản bụng (0,747)cm



Tiết diện cộtTính đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn : A = 0,7x47+2x(1,5x22)= 98,90cm2 ;

Tra bảng phụ lục IV.5 sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp” ta có :

>1



Do đó:

Từ đó: Không cần kiểm tra bền.Với và me=6,153 tra bảng IV.3 sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp

một tầng, một nhịp, nội suy ta có :Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công

thức :

(kN/cm2)< fc =21 (kN/cm2).

Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung tính trị số mômen ở 1/3 chiều cao của cột kể từ phía có mômen lớn hơn. Vì cặp nội lực dùng để tính toán cột là tiết diện là tại 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 dưới chân cột tương ứng là: 43,50 (kN.m)

Trị số mômen tại 1/3 chiều cao cột kể từ tiết diện đầu cột

Do đó :

Độ lệch tâm tương đối theo M’:

Do mx<5 nên ta có

Tra bảng 2.1 sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp” =1

Với tra bảng IV.2 phụ lục

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn được

kiểm tra theo công thức:



thoả mãn điều kiện ổn định tổng thể

Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cột theo các công thức sau :

Với bản cánh cột :

độ mảnh giới hạn của bản cánh cột, xác định như sau với cột tiết diện chữ I có :

Với bản bụng cột: do và khả năng chịu lực của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn (x > y) nên theo bảng 2.2 sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp” ta có :

Mặt khác : <

< Không phải đặt vách cứng.

Nhưng do điều kiện : , do vậy bản bụng bị mất ổn định cục

bộ, coi như chỉ phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc. Bề rộng của phần bụng cột này là :

Diện tích tiết diện cột,không kể đến phần bụng cột bị mất ổn định cục bộ: Không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể



Kiểm tra chuyển vị lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là :

x= 3,94-1,43=2,51(cm).

Do đó :

Vậy tiết diện cột đã chọn là đạt yêu cầu.5.2. Thiết kế tiết diện xà ngang5.2.1. Đoạn xà D1 (đoạn xà tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán : N = -89,13kN M = -307,42kNm V = -55,25kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải

trọng 1,4,8,10 gây ra .Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức:

Chiều cao tiết diện xà được xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu, với bề dày bản bụng xà chọn sơ bộ là 0,7cm:

Chọn chiều cao h= 50(cm)Kiểm tra lại bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt:

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức :

Theo các yêu cầu về cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn là : tf=1,5(cm); bf = 25(cm)



Tiết diện xà ngang D1 Các đặc trưng hình học :A=0,7x47+2x(25x1,5)= 107,9(cm2);

Không cần kiểm tra bềnTại tiết diện đầu xà có mômen và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất

tương đương giữa bản cánh và bản bụng theo công thức :

ở trên Sf là mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hòa x-x



Thỏa mãn điều kiện.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng :

độ mảnh giới hạn của bản cánh cột, xác định như sau với cột tiết diện chữ I có :

Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suet pháp nén (nên không phải đặt sườn dọc )

Bản bụng không bị mất ổn định dưới tác dụng của ứng suất tiếp (không phải đặt sườn cứng ngang )

Bản bụng không bị mất ổn định dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng ).

Vậy tiết diện xà ngang chọn là đạt yêu cầu .Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chỗ tiếp giáp với cột ) và cột đã chọn là phù hợp với giả thiết ban đầu là bằng nhau.5.2.2. Đọan xà D2 (tiết diện không đổi )

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán : N = -71,25kN M = 106,5kNm V = -7,13 kN



Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4 gây ra.

Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang:

Chọn sơ bộ bề dày bản bụng là 0,7cm.Chiều cao của tiết diện xà ngang được xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu:

Chọn h = 25cm Chọn sơ bộ chiều dày bản cánh xà t f =1,5 cm. Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang là:

Theo các điều kiện cấu tạo và ổn định cục bộ,kích thước tiết diện của bản cánh được chọn là tf=1 cm; bf=30 cm.

Các đặc trưng hình học của tiết diện : A=0,6.14+2.(1.30)= 68,4 (cm2);

Ix= (cm4)

Wx= 3517.2/16=439,625 (cm3)

mx= .

Cấu tạo xà ngang D2

Do mx =23,26 >20 nên xác định me=.mx >20 vì vậy tiết diện xà ngang vẫn phải kiểm tra theo điều kiện bền :

(kN/cm2)>fc=21(kN/cm2)

Tương tự trên cần kiểm tra ứng suất tương đương giữa bản cánh và bản bụng xà ngang.

Ta có :

(cm3);

(kN/cm2);

(kN/cm2);



Vậy : (kN/cm2)<1,15f=24,15 (kN/cm2).

Do tiết diện xà ngang đã chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn xà ngang D1 nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng.6.Thiết kế các chi tiết6.1.Vai cột

Với chiều cao tiết diện cột là h = 40cm, ta đi xác định mômen uốn và lực cắt tại chỗ liên kết côngson vai cột với bản cánh cột :

(kNm);

(kN).

Bề rộng cánh dầm được chọn bằng bề rộng cánh cột (cm). Giả thiết bề rộng sườn gối của dầm cầu trục bdct=20 (cm).Chọn sơ bộ bề dày của các bản cánh dầm vai là

cm. 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:

(cm);

Chọn (cm).Chiều cao dầm vai được xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng

chịu cắt : (cm) Chọn (cm)

Các đặt trưng hình học của tiết diện dầm vai :

Ix= (cm4);

(cm3); (cm3).Trị số của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

dầm vai :

(kN/cm2);

(kN/cm2);

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

Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng dầm vai : Bản cánh :

.



Bản bụng :

.

Theo cấu tạo chọn đường hàn liên kết dầm vai vào cột h f=0,6 cm.Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh của cột xác định như sau:

Phía trên cánh (2 đường hàn): lw= 30-1=29 cm. Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw =0,5.(30-0,8) -1=13,6 cm. ở bản bụng (2 đường hàn): lw =38-1=37 cm.Từ đó xác định được diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn

trong liên kết (coi lực cắt chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu): Aw=2.0,6.37=44,4 (cm2);

= 1504,153 (cm3).Khả năng chịu lực của đường hàn trong liên kết được kiểm tra theo công thức:

(kN/cm2)<(fw)minc=(0,7.18.1)=12,6 kN/cm2).

Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau : Chiều cao: hs= cm.

Bề rộng: bs= =43,3 (mm)Chọn bs=5 (cm).

Bề dày : (cm) chọn ts=0,6 cm.Cấu tạo vai cột như hình vẽ :



6.2. Chân cột 6.2.1. Tính toán bản đế

Từ bản tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột: N = -139,19 (kN);

M = 293,56 (kNm); V = -79,09 (kN).

Căn cứ vào tiết diện đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp có vùng chịu kéo của bê tông móng với 4 bu lông neo ở một phiá chân cột .Từ đó xác định được bề rộng của bản đế :

Bbd=b+2c1= 30+ 2.7= 44 (chọn c1= 7 cm).Chiều dày bản đế được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng :

= (cm)

(ở trên giả thiết bê tông móng có B200 có Rb,loc= 1,33 kN/cm2 Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bulông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết

c2=9,2 cm và bề dày của dầm đế là 0,8 cm; Lbd= h+2tdd+2c2= 40+2.0,8+2.9,2= 60 (cm) > 51,12 (cm).Tính lại ứng suất phản lực của bê tông móng phía dưới bản đế :



= 0,929 (kN/cm2) < Rb,loc = 0,75. 1,33=0,9975 (kN/cm2);

= - 0,835 (kN/cm2)

Bề dày của bản đế được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực của bê tông móng chịu. Xét các ô bản đế :

Ô1 (bản kê 3 cạnh): a2= d1=19,6 (cm); b2= 21,7 (cm); b2/a2=21,7/19,6= 1,107 Tra bảng 2.4 sách “thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp” nội

suy có b= 0,116 M1=b1d1

2=0,116. 0,635.19,62=28,297 (kNcm)Ô2 (bản kê 2 cạnh): a2= d1= 23,5 (cm); b2=8,50 (cm); b2/a2=8,5/23,5= 0,36 Tra bảng 2.4 sách “thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng ,

một nhịp” nội suy có b= 0,06 M1=b1d1

2=0,06.0,929.23,52=30,78 (kNcm)Vậy bề dày của bản đế xác định theo:

(cm) Chọn tbd= 3 cm.

6.2.2. Tính toán dầm đế



Kích thước của dầm đế chọn như sau : Bề dày (đã chọn) : tdd=0,8 cm. Bề rộng : bdd=Bdd= 44cm. Chiều cao : h dd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải

đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bê tông móng .

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng :

Ndd=(9,2+0,8+ ).44.0,635= 558,8 (kN).

Theo cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm đế vào cột là h f=0,6 cm. Từ đó xác định chiều cao tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

(cm)

Chọn chiều cao của dầm đế hdd= 38 cm.6.2.3. Tính toán sườn A

Sơ đồ tính là dầm công-xôn ngàm vào bản bụng cột bằng 2 đường hàn liên kết

Ta có :qs= 0,341.(2.10)= 6,82 (kN/cm) Ms=qs.ls

2/2=6,82.21,72/2= 1605,73 (kNcm); Vs =qs.ls= 6,82.21,7 = 147,994(kN).Chọn bề dày sườn ts=0,8 cm. Chiều cao của sườn được

xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

(cm) Chọn hs= 26 cm. Sơ đồ tính sườn

Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương:

=19,15 (kN/cm2) <1,15fc=1,15.21.1=24,15 (kN/cm2).Theo cấu tạo,chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột h f = 0,6

cm.Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn này là : Aw=2.0,6.(28-1)= 32,4 (cm2);

Ww=2. (cm3).

Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức :

= 11,92 (kN/cm2)<(fw)minc=(0,7.18.1)=12,6 (kN/cm2).6.2.4. Tính toán sườn B



Tương tự như trên, với bề rộng diện truyền tải vào sườn là 1,5ls=1,5.9,2= 13,8(cm) từ đó: qs= 0,635.13,8= 8,763 (kN/cm);

Ms= qsls2/2= 8,763.9,22/2= 370,85 (kNcm);

Vs= qsls = 147,994(kN).Chọn bề dày ts=0,8 cm. Chiều cao của sườn được xác địng sơ bộ từ điều kiện chịu

uốn: (cm) Chọn hs= 16 cm.

Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương :

=22,78 (kN/cm2) < 1,15f.c=1,15.21.1=24,15 (kN/cm2).Chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào dầm đế hf=0,6 cm.Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn này là : Aw=2.0,6.(16-1)=18 (cm2);

Ww= (cm3).

Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức :

= 11,64 (kN/cm2)<(fw)minc=(0,7.18.1)=12,6 (kN/cm2).6.2.5. Tính toán bulông neo

Từ tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bulông neo N = - 156,75 kN M = 43,5 kNm V = 1,57 kN.Đây là cặp nội lực trong tổ hợp tải nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4,8,10 gây

ra. Trong tổ hợp lực này lực dọc có dấu âm (lực gây nén ) nên tổng lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột được xác định theo công thức :

(kN)

Chọn loại bu lông chế tạo từ thép hợp kim thấp mác 0,9Mn2Si, tra bảng 1.10 phụ lục “sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp” có fba=190 N/mm=19 kN/cm2. Diện tích cần thiết của một bu lông neo:

(cm2)

Chọn bu lông 30 có Abn= 5,6 (cm2)Tính toán lại tổng lực kéo trong thân bu lông neo theo điều kiện cân bằng lực dọc .

Trước hết,xác định hệ số theo công thức :



0,119

Tổng lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột : T1=LbdBbdRb-N=0,119.60.44.1,15+123,59 =484,87 (kN).Do vậy trị số này nhỏ hơn trị số đã tính toán ở trên nên đường kính bu lông neo đã

chọn là đạt yêu cầu.6.2.6. 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 bụng chịu. Nội lực tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp dùng để 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 :

(kN)

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).

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản cánh cột :

(cm).

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột :

(cm).

Kết hợp với yêu cầu về cấu tạo chọn hf = 0,6 cm.

Cấu tạo chân cột:



Cấu tạo chân cột

6.3.Liên kết cột với xà ngangCặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại

tiết diện đỉnh cột.Từ bảng tổ hợp chọn được : N = -65,46 kN; M = -254,93 kNm; V = -67,16 kN;Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4 gây ra.

6.3.1. Tính toán bu lông liên kết Chọn cặp bu lông có cường độ cao cấp bền 10.9 đường kinh bu lông dự kiến là d = 22 mm (lỗ loại C). 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 Bề dày : ts ≥ tw chọn ts= tf =1 cm.Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước của mặt bích) chọn ls = 10,5 cm .Chiều cao : hs = 1,5ls =1,5.10,5 =15,75 (cm) chọn hs=16 cm.Khả năng chịu kéo của một bu lông : [N]tb = ftbAbn = 50.3,03=151,5 (kN)



ftb – cường độ tính toán chịu kéo của bulông : ftb =500N/mm2 = 50 (kN/cm2);Abn - diện tích tiết diện thực của thân bulông : Abn=3,03 cm2

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

[N]b = (kN)

ở trên :fhb – cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bulông cường độ cao trong

liên kết ma sát, fhb=0,7fub

fub - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bulông,fub=1100 N/mm2=110 kN/cm2 (với mác thép 40Cr);

A – diện tích tiết diện của thân bu lông, A=d2/4 =3,80 cm2;b1 – hệ số điều kiện làm việc trong liên kết, 1b=1 do số bulông trong liên

kết n > 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;nf – số lượng mặt ma sát trong liên kết , nf =1.

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

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

(kN)

(ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén)Do Nbmax=137,743 kN<[N]tb=151,5 kN nên các bu lông có đủ khả năng chịu lực.Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bulông:

(kN) < [N]bc=43,03 (kN)

6.3.2. Tính toán mặt bíchLực kéo tác dụng lên bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào là

Bề dày của mặt bích được xác định từ điều kiện chịu uốn:

(cm);

chọn t = 2,5 cm6.6.3. 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)

(cm).



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

(kN);

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

(cm).

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích (coi các đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực):

(cm).

Kết hợp với cấu tạo chọn chiều cao đường hàn trong liên kết là hf= 0,6 cm

Cấu tạo mối nối cột với xà ngang6.4.Mối nối đỉnh xà

Trong tổ hợp nội lực chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bulông tại tiết diện đỉnh xà (đỉnh mái):

N = -66,82 kN; M = 102,01 kNm; V = 6,68 kN.Đây là cặp nội lực trong tổ hợp tải trọng 1,4

gây ra. Tương tự trên chọn bulông cường độ cao cấp bền 10.9, đường kính bulông dự kiến là d=22mm (lỗ loại C). Bố trí bulông thành 2 hàng, ở



phí ngoài của 2 bản cánh xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước như sau :

Bề dày : ts= 1 cm Chiều cao: hs=10,5 cm Bềrộng: ls=1,5hs=1,5.10,5=15,75 (cm) chọn ls=16 (cm).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) do đó:

=

=103,63 kN < [N]tb=151,5 kNKhả năng chịu cắt của một bulông được kiểm tra theo công thức:

(kN)< [N]b.c=43,03 (kN)

Tương tự bề dày của mặt bích được tính toán từ điều kiện sau: Lực kéo tác dụng lên bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào là

Bề dày của mặt bích được xác định từ điều kiện chịu uốn:

(cm);

chọn t =1,7 cmTổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn) xác định

tương tự trên là lw= 75,4 cm. Lực kéo trong bản cánh dưới do mômen, lực dọc và lực cắt gây ra:

= (kN).

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

(cm)



(cm)

Kết hợp với cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn trong liên kết hf= 0,6 cm.

6.5.Mối nối xà (ở nhịp)Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà hoàn toàn tương tự như trên. Do tiết diện xà

ngang tại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toán và kiểm tra mối nối. Cấu tạo liên kết như hình vẽ:

Cấu tạo mối nối xà6.6. Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tiết diện đầu xà Vmax=54,04 kN. Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức:

(cm).

Kết hợp với cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf= 0,6 (cm).Tiến hành tương tự , chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là:

hf=0,6 (cm).


Tm Da Thep 2chuan

Documents