Đồ án Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng,1 nhịp (khung zamil)

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THÉP 2 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG ,1 NHỊP ( KHUNG ZAMIL) A. THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI: Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ. Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings Design Manual “. Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ. - Tấm lợp mái : (single skin panels) hình dạng tấm lợp mái chọn như sau: Có các thông số kỹ thuật : Chiều dày (mm) Trọng lượng 1 tấm (kG/m2) D.tích 1tấm (m2) Tải trọng cho phép (kN/m2) 0,7 6,59 8,39 1,96 - Lớp cách nhiệt: - Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái. Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ “ Z “ * Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ được chế tạo từ thép cán nguội). Tiết diện Ix (cm4) Wx (cm3) Iy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) Tải trọng cho phép (KN) 200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44 Xà gồ chữ Z(200Z17). Xà gồ chữ C(180ES20). Tiết diện Jx (cm4) Wx (cm3) Jy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) L (mm) 180ES20 491,7 49,17 73,73 12,12 6,11 2,0 7,8 20 1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ : Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái. Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1,5 m Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là :. (Độ dốc i = 15% a = 8,53o). a.Tĩnh tải : Vật liệu mái Hệ số vượt tải Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m2) Tải trọng tính toán (kG/m2) 1 lớp tôn lợp mái 1,05 6,59 6,92 Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,98 Xà gồ mái 180ES20 1,05 6,11 6,416 Bọt thuỷ tinh cách nhiệt 1,2 10 12 b . Hoạt tải: Hoạt tải sử dụng lấy ptc = 30 kG/m2 với hệ số vượt tải n = 1,3 Þ ptt = 30.1,3 = 39 kG/m2. Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17: qtc = (6,59 + 10 + 30). + 4,74 = 75,56 (kG/m). qtt = (6,92 + 12 + 39). + 4,74.1,05 = 93,01(kG/m). 2 . Kiểm tra lại xà gồ đã chọn : Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên. Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang một góc a = 8,53o (Độ dốc i = 15%). y y x y x x y a q.sin a q.cos a q q.cos a q q.sin a x a. Kiểm tra với xà gồ chữ “Z” Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là . . . . *Theo điều kiện bền: gc = 1 hệ số điều kiện làm việc. =2150 kG/cm2 : cường độ của thép xà gồ Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : kG.cm kG.cm. Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y: *Kiểm tra theo điều kiện biến dạng: Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái Công thức kiểm tra : Ta có : Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. b. Kiểm tra với xà gồ chữ “C” *Tải trọng tác dụng: Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20: qtc = (6,59+ 10 + 30). + 6,11 = 41,52 (kG/m). qtt = (6,92 + 12 + 39). + 6,11.1,05 = 50,44(kG/m). Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là : . . . . *Theo điều kiện bền : gc = 1 hệ số điều kiện làm việc. =2150 kG/cm2 : cường độ của thép xà gồ Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : kG.cm kG.cm. Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y: *Kiểm tra theo điều kiện biến dạng: Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái . Công thức kiểm tra : Ta có : Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. B.CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG. 1.Các thông số của cầu trục: Với sức trục Q = 10 tấn, chế độ làm việc trung bình ,chọn trục định vị trùng với mép ngoài của cột và l = 750 mm. Các thông số kỹ thuật Sức trục Q(T) Nhịp cầu trục (m) Kích thước gabarit chính (mm) áp lực bánh xe lên ray (T) Trọng lượng (T) B K Hct B1 Pmaxc Xe con Toàn cầu trục 10 19,5 6300 4400 1900 260 13,5 4 24 2.Ray cầu trục: Loại ray Khối lượng 1m dài, kg Kích thước (mm) H B b KP-70 52,83 120 120 70 Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau: Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm). 3.Dầm cầu trục: Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta chọn dầm tiết diện chữ I định hình cao 50 cm có các thông số như sau: 4.Kích thước của khung ngang: Xác định chiều cao cột và vai cột: Sơ đồ cấu tạo khung nhà Ta có : H1 = 6,5 m. H2 = Hk + 100+f = 1900 + 100 +200 = 2200 mm = 2,2 m. Ht = H2 + HDCT + Hr = 2,2+0,5+0,14 = 2,84 m. Hd = H1 + H2 - Hk = 6,5 +2,2- 2,84 = 5,86 m. Hc = Ht + Hd = 2,84+5,86 = 8,7 m. C. TÁC DỤNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ HỆ GIẰNG MÁI , GIẰNG CỘT * Tác dụng của hệ giằng : - Bảo đảm tính bất biến hình và độ cứng không gian của hệ khung . - Bảo đảm ổn định tổng thể cho một số cấu kiện chịu nén . - Chịu các tải trọng dọc nhà . - Bảo đảm cho việc thi công dựng lắp được an toàn và thuận tiện. a.Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái - Tác dụng + Bảo đảm ổn định cho dàn theo phương ngoài mặt phẳng uốn . + Dàn gió chịu tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc nhà . + Hệ giằng dọc theo đầu cột chịu lực hãm theo phương dọc nhà . *Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1. bTác dụng và cách bố trí hệ giằng cột - Tác dụng : + Bảo đảm sự bất biến hình học . + Bảo đảm độ cứng của toàn nhà theo phương dọc . + Chịu tác dụng của các tải trọng dọc nhà và đảm bảo ổn định cho cột . *Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1. D. THIẾT KẾ KHUNG NGANG I. Xác định tải trọng : 1.Tĩnh tải: - Tải trọng mái và xà gồ : trên thực tế tải này truyền lên khung dưới 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 (trên mặt bằng). grtt -Tải trọng bản thân khung ngang : Chương trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết diện cột và rường ngang . - Tải trọng do xà gồ tường tôn đặt tại các cao trình của xà gồ tường: Với cột cao 8,7 m, nhưng do có 1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kể đến, chỉ tính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1m trở lên trên, tương ứng với chiều dài cột là 7,7m , giả thiết dùng 5 xà gồ 200Z17 dặt cách nhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến . + 4,98.5.6 = 481,6 kG Vậy tĩnh tải tác dụng lên rường ngang là : gr = 140,8 kG/m Tĩnh tải tác dụng lên đỉnh cột : Gc = 481,6 kG -Tĩnh tải cầu trục: Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đệm :Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men. Gtc=(gct +g ).l = (76,1+ 71,23).6 = 883,98 kG Gtt = 1,05 .Gtc = 1,05 .883,98= 928,18 kG Mtc = Gtc .e = 883,98 . 0,55 = 486,2 kGm Mtt = Gtt .e = 928,18 . 0,55 = 510,5 kGm 2.Hoạt tải: Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn: ptc=30kG/m2. ptt =1,3.30.6 = 234 (kG/m) 3.Hoạt tải do cầu trục: a. Hoạt tải đứng cầu trục: 13,5T Áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực. Dmax = n.nc.( P tc max. ) Dmin = n.nc.( P tc min. ) Trong đó : n = 1,1 nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình hoặc nhẹ . Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin : Dmax = n.nc.( P tc max. ) = 1,1.0,85.13,5.( y1 + y2 + y3) = 1,1.0,85.13,5.( 1 + 0,267 + 0,683) Dmax = 24,61 T Dmin = n.nc.( P tc min. ) =1,1.0,85. 3,5.( y1 + y2 + y3) = 1,1.0,85. 3,5.( 1 + 0,267 + 0,683) Dmax = 6,38 T Điểm đặt của Dmax , Dmin trùng với điểm đặt của dầm cầu trục . Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men. Mmax= Dmax. e = 24,61,0,55 = 13,536 Tm Mmin= Dmin. e = 6,38. 0,55 = 3,509 Tm 22,37 . 0,55 = 12,3 Tm 5,8 .0,55 = 3,19 Tm b.Lực hãm ngang T : Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trường hợp móc mềm xác định theo công thức : Với T1 : lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray. T1 = To : lực hãm tác dụng lên toàn bộ cầu trục Đối với móc mềm f = 0,1 T Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,64m ; cách đỉnh cột một đoạn y = 8,7 - 6,5 = 2,2 m . 4.Tải trọng gió: Tải trọng gió gồm hai thành phần : phần tĩnh và phần động.ở đây chiều cao nhà < 36m và tỉ số chiều cao nhịp < 1,5 nên bỏ qua thành phần động của gió. Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm: Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển thành phân bố trên cột khung. Gió thổi trong phạm vi mái được tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân bố lên khung. Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió II-B, áp lực phân bố là: Wo=95 (kG/m2). Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m2 bề mặt thẳng đứng của công trình là: q=(n.Wo.k.c). Trong đó: Wo là áp lực ở độ cao 10m. - k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình. k xác định ở hai mức, mức đỉnh cột và mức đỉnh mái. - Mức đỉnh cột ở cao trình 8,7 (m) có k1= 0,9688 (nội suy). - Mức đỉnh mái ở cao trình 10,275 (m) có k2= 1,0044 (nội suy). - C là hệ số khí động: c = +0,8 với phía gió đẩy. Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình : . à Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang được tính như sau: q=( n.W o.k.C.B) (Với B là bước cột). Trong đó : + n = 1,2 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió + c : Hệ số khí động , được tra bảng với sơ đồ sau đây: có => Nội suy tuyến tính được Ce1 = -0,4115 ; Ce2 = -0,4 ; Ce3 = -0,5 :Hệ số qui đổi xét đến sự phân bố áp lực gió ; H =8,7 m < 10m lấy =1 q1 = 1,2.95.0,9688.0,8.6.1 = 530,13 (kG/m). q2= 1,2.95.0,9866.(- 0,4115).6.1 = - 277,69 (kG/m). q3 = 1,2.95.0,9866.(- 0,4).6 = - 269,93 (kG/m). q4 = 1,2.95.0,9688.(- 0,5).6 = - 331,33 (kG/m). II.Tính nội lực khung: 1.Sơ đồ tính kết cấu: Qui ước chiều dương của nội lực Giả thiết cột có kích thước như sau: H = 8700mm , b = 220 mm , h = 400 mm , , Rường ngang có kích thước : Đầu rường : h = 350mm , b = 220 mm , , Đỉnh rường : h = 250mm , b = 220 mm , , 2.Xác định nội lực khung : Sử dụng phần mềm SAP2000 Version 9.03 xác định nội lực. *Các phương án chất tải và biểu đồ nội lực : Phương án 1 : Tĩnh tải - Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái - Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải - Phương án 4 : Hoạt tải cả mái - Phương án 5 : Dmax trái Phương án 6 : Dmax phải - Phương án 7 : T trái + - Phương án 8 : T trái - - Phương án 9 : T phải + Phương án 10 : T phải - Phương án 11 : Gió trái Phương án 12 : Gió phải * Biểu đồ nội lực của các phương án chất tải: - Phương án 1 : Tĩnh tải M Q N Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái M Q N Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải M Q N Phương án 4 : Hoạt tải cả mái M Q N Phương án 5 : Dmax trái M Q N Phương án 6 : Dmax phải M Q N Phương án 7 : T trái + M Q N Phương án 8 : T trái - M Q N Phương án 9 : T phải + M Q N Phương án 10 : T phải - M Q N Phương án 11 : Gió trái M Q N Phương án 12 : Gió phải M Q N III. TỔ HỢP NỘI LỰC: Từ kết quả tính toán nội lực như trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm ra trường hợp nội lực bất lợi nhất để tính toán tiết diện khung. Ta xét 2 loại tổ hợp, tổ hợp cơ bản 1, tổ hợp cơ bản 2. Tổ hợp Cơ Bản 1: gồm Tĩnh tải và một hoạt tải . Tổ hợp Cơ Bản 2 : gồm Tĩnh tải và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9. IV.Tính toán tiết diện cột : Thiết kế cột tiết diện không đổi từ trên xuống dưới : Chọn 2 cặp nội lực nguy hiểm để tính toán : Kí hiệu Kí hiệu trong bảng tổ hợp M (kG.m) N( kG ) Q ( kG ) e= 1 Cd-19 13166 -28031 -3869 46,97 2 A-18 -19882 -10108 -5109 196,7 Ta tính cho cặp nội lực 1 rồi kiểm tra lại với cặp 2. 1.Tính tiết diện cột với cặp 1 : a.Chiều dài tính toán cột theo 2 phương : - Theo phương trong mặt phẳng uốn : Giả thiết tỉ số độ cứng giữa rường ngang và cột : 0,276 Tra bảng nội suy ta được :1,424 Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng uốn := 1,424 . 8,7 = 12,389m - Theo phương ngoài mặt phẳng uốn : Theo phương y thì các cột liên kết với nhau bởi các xà gồ tường và dầm cầu trục, vì liên kết xà gồ với cột không đủ cứng nên chiều dài tính toán lấy theo sơ đồ 2 đầu khớp tại vị trí dầm cầu trục và chân cột. Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn : 5,86 m . b.Xác định diện tích cần thiết Ayc ; chọn h = 400mm Theo Iasinxki: . Theo cấu tạo : Điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng : .Chọn sơ bộ chiều dày bản bụng là tw = 8mm. tf : đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng ,không gây ứng suất phụ phát sinh lớn : tw , chọn tf = 12mm. *Chiều rộng bf chọn thoả mãn : Yêu cầu độ cứng ngoài mặt phẳng uốn : Điều kiện ổn định cục bộ : - Ngoài ra để dễ liên kết dầm theo phương ngang với cấu kiện khác ( như xà gồ tường, giằng tường ...) và đảm bảo ổn định tổng thể cho cột. + bf. + bf. Chọn bf = 220 mm. Diện tích toàn tiết diện : c.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện: +Mômen quán tính của tiết diện: + Bán kính quán tính: + Mômen chống uốn: + Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện: + Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi: Độ lệch tâm tương đối : + Từ mx = 3,32 , và Af/Aw=26,4/30,08 = 0,88 < 1 mx =3,32 < 5 tra bảng II.4 ta có : = (1,9-0,1.3,32)-0,02.(6-3,32).2,36= 1,442 Độ lệch tâm tính đổi < 20 ; không cần kiểm tra bền . d.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn : Kiểm tra theo công thức : Với 2,36 ; m1 = 4,787 ; tra bảng II.2 phụ lục II được = 0,2161 e.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng: - Kiểm tra theo công thức : +115,56; tra bảng II.1 phụ lục II được 0,4899. C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung. +Có độ lệch tâm tương đối mx = 3,32 Ta có công thức xác định C như sau : + Vớitra bảng II.1 phụ lục II được hệ số c =0,597 tra bảng II.5 : ; Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung. f.Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng: Điều kiện kiểm tra : hw = h - 2.tf = 40 - 2.1,2 = 37,6 cm ; tw = 0,8 cm. . Do rường ngang có khả năng chịu lực được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn nên tỉ số được xác định theo (hệ số đặc trưng phân bố ứng suất pháp trên bản bụng) với được xác định như sau : Vì nên : : ứng suất tiếp trung bình ở tiết diện đang khảo sát : Vì nên lấy =118,76 để so sánh . Vậy Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. g.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh : Điều kiện kiểm tra : tra bảng 35 trang 51 của (3) với ; ta được : Chiều rộng tính toán của phần bản cánh nhô ra : Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. 2.Kiểm tra tiết diện cột với cặp số 2: + Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi: Độ lệch tâm tương đối : + Từ mx = 13,92 , và Af/Aw=26,4/30,08 = 0,88 < 1 5 < mx =13,92 < 20 tra bảng II.4 ta có := 1,4 - 0,02.2,36= 1,353 Độ lệch tâm tính đổi : < 20 ; không cần kiểm tra bền . a.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn : Kiểm tra theo công thức : Với 2,36 ; m1 = 18,83 ,tra bảng II.2 phụ lục II được = 0,06996 b.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn : - Kiểm tra theo công thức : +115,56; tra bảng II.1 phụ lục II được 0,4899. +C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung. +Có độ lệch tâm tương đối mx = 13,92 > 10 + Với tra bảng II.1 phụ lục II được hệ số c =0,597 + Tính được xác định như đối với dầm : phụ thuộc vào , ; lấy phụ thuộc vào Do nên tính như sau : 1,543 > 0,85 , do đó lấy =1 Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung. V . Tính toán thiết kế rường ngang : Ứng với mỗi tiết diện ta có nội lực tương ứng , và ta sẽ chọn tiết diện đúng theo nội lực đó.Dự định thay đổi tiết diện tại tiết diện 1/6 L . Chọn 3 cặp nội lực nguy hiểm: Tên tiết diện M(kGm) N(kG) Q(kG) e (cm) Đầu rường -13830 -4267 -3988 324,12 1/6 L 4530 -1790 -80 253,1 Đỉnh rường 7343 -2541 381 288,98 I. Chọn tiết diện đầu rường: 1. Chiều dài tính toán: - Trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của rường lr = 10,6175m Liên kết 2 đầu rường coi là ngàm : - Ngoài mặt phẳng uốn : ly bằng khoảng cách giữa các điểm cố kết ngăn cản chuyển vị ( khoảng cách giữa các xà gồ ) 2. Sơ bộ chọn tiết diện đầu rường: a. Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện đầu rường : Chọn tw = 0,8 cm. h = k. Trong đó : + k : hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện xà , vì ta thiết kế dầm tổ hợp hàn có tiết diện thay đổi nên lấy k=1,15. + chiều dày bản bụng xà, chọn sơ bộ = 8 mm. k = 1,15. = 32,6 cm. Chọn sơ bộ hr = 35 cm. b. Kiểm tra tw: Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt . c. Xác định các kích thước của tiết diện cánh rường : Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà được xác định theo công thức Ayc= = = 53,94 (cm2). Ngoài ra bf,tf cần phải thoả mãn các điều kiện sau: + Chiều dày bản cánh cần hàn phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng xà, không gây những ứng suất phụ phát sinh lớn. Để thoả mãn những yêu cầu này thì Chọn 10mm + Chiều rộng cánh dầm hàn bf được xác định từ điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ cho bản cánh nén : Ngoài ra , để dễ liên kết xà theo phương ngang với cấu kiện khác như xà gồ chữ Zvà đảm bảo ổn định tổng thể cho xà thì : b=().hr = ().35 =(717,5 ) cm. b. b. Từ các điều kiện trên ta chọn bf=22 cm , =1 cm. Diện tích tiết diện là : A = hwtw + 2. bftf = 33.0,8 + 2. 22.1 = 70,4cm2 3. Kiểm tra lại tiết diện vừa chọn : a.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện: +Mômen quán tính của tiết diện: + Bán kính quán tính: + Mômen chống uốn: + Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện: + Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi: Độ lệch tâm tương đối : + mx = 26,42 > 20 , b.Kiểm tra điều kiện bền của tiết diện : c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn : - Kiểm tra theo công thức : +30,26; tra bảng II.1 phụ lục II được 0,936 . +C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung. +Có độ lệch tâm tương đối mx = 26,42> 10 + Tính được xác định như đối với dầm : phụ thuộc vào , ; lấy phụ thuộc vào Do nên tính như sau : 14,25> 0,85 ; do đó lấy = 1 Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung . d. Kiểm tra bền theo điều kiện chịu nén uốn : . . do đó kích thước đã chọn thoả mãn. e. Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng: hw = h - 2.tf = 35 - 2.1 = 33 cm ; tw = 0,8 cm. . Do rường ngang có khả năng chịu lực được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn nên tỉ số được xác định theo với được xác định như sau : Vì nên : : ứng suất tiếp trung bình ở tiết diện đang khảo sát : Nên lấy để so sánh : Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ . f.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh rường : Điều kiện kiểm tra: b0 = . tf = 1 cm . Với ta có : = (0,36 + 0,1.). = 14,88. . Cánh rường thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ . *Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng rường dưới tác dụng của ứng suất tiếp : Ở những vùng rường gần nút khung (Vị trí liên kết ngàm cột với rường), có lực cắt lớn, khi đó bản bụng rường có thể bị méo do tác dụng của ứng suất tiếp và phồng ra ngoài mặt phẳng bụng thành sóng nghiêng 450. Vì bản bụng rường không có sườn gia cường, ứng suất tiếp tới hạn xét tới sự ngàm bản bụng với bản cánh được xác định theo công thức: Từ điều kiện hợp lý, là mất ổn định của bản bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất tiếp xảy ra đồng thời với mất khả năng chịu lực về độ bền của bản bụng rường do lực cắt, tức cho , ta có độ mảnh quy ước giới hạn của bản bụng rường là: . Điều kiện kiểm tra xác định theo công thức: Vậy bụng rường ổn định dưới tác dụng của ứng suất tiếp. *. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng rường dưới tác dụng của ứng suất pháp Điều kiện kiểm tra: Vậy bụng rường ổn định dưới tác dụng của ứng suất pháp. *. Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng rường dưới tác dụng của ứng suất tiếp và ứng suất pháp Ta có: Vì vậy bản bụng dầm ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp . II. Chọn tiết diện ở đỉnh rường : 1. Chiều dài tính toán: - Trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của rường lr = 10,6175m Liên kết 2 đầu rường coi là ngàm : - Ngoài mặt phẳng uốn : ly bằng khoảng cách giữa các điểm cố kết ngăn cản chuyển vị ( khoảng cách giữa các xà gồ ) 2. Sơ bộ chọn tiết diện đỉnh rường: a. Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện đầu xà : Chọn tw = 0,8 cm. h = k. Trong đó : + k : hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện xà , vì ta thiết kế dầm tổ hợp hàn có tiết diện thay đổi nên lấy k=1,15. + chiều dày bản bụng xà, chọn sơ bộ = 8 mm. k = 1,15. = 23,76 cm ; Chọn sơ bộ h= 25 cm. b. Kiểm tra tw: Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt . c. Xác định các kích thước của tiết diện cánh rường : Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà được xác định theo công thức Ayc= = = 39,73 (cm2). Ngoài ra bf,tf cần phải thoả mãn các điều kiện sau: + Chiều dày bản cánh cần hàn phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng xà, không gây những ứng suất phụ phát sinh lớn. Để thoả mãn những yêu cầu này thì Chọn 10mm + Chiều rộng cánh dầm hàn bf được xác định từ điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ cho bản cánh nén : Ngoài ra , để dễ liên kết xà theo phương ngang với cấu kiện khác như xà gồ chữ Zvà đảm bảo ổn định tổng thể cho xà thì : b=().hr = ().25 =(512,5) cm. b. b. Từ các điều kiện trên ta chọn bf=22 cm , =1 cm. Diện tích tiết diện : A = hwtw + 2. bftf = 23.0,8 + 2. 22.1 = 62,4 cm2 3. Kiểm tra lại tiết diện vừa chọn : a.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện: +Mômen quán tính của tiết diện: + Bán kính quán tính: + Mômen chống uốn: + Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện: + Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi: Độ lệch tâm tương đối : + mx = 31,52> 20 , ; b.Kiểm tra điều kiện bền của tiết diện : c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn : - Kiểm tra theo công thức : +28,49 ; tra bảng II.1 phụ lục II được 0,941 . +C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung. +Có độ lệch tâm tương đối mx = 31,52> 10 + Tính được xác định như đối với dầm : phụ thuộc vào , ; lấy phụ thuộc vào Do nên tính như sau : 16,71> 0,85 ; do đó lấy = 1 Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung . d. Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng: hw = h - 2.tf = 25 - 2.1 = 23 cm ; tw = 0,8 cm. . Do rường ngang có khả năng chịu lực được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn nên tỉ số được xác định theo với được xác định như sau : Vì nên : : ứng suất tiếp trung bình ở tiết diện đang khảo sát : Nên lấy để so sánh : Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ . f.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh rường : Điều kiện kiểm tra: b0 = . tf = 1 cm . Với ta có : = (0,36 + 0,1.). = 16,22. . Cánh rường thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ . *Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng rường dưới tác dụng của ứng suất tiếp : Ở những vùng rường gần nút khung (Vị trí liên kết ngàm cột với rường), có lực cắt lớn, khi đó bản bụng rường có thể bị méo do tác dụng của ứng suất tiếp và phồng ra ngoài mặt phẳng bụng thành sóng nghiêng 450. Vì bản bụng rường không có sườn gia cường, ứng suất tiếp tới hạn xét tới sự ngàm bản bụng với bản cánh được xác định theo công thức: Từ điều kiện hợp lý, là mất ổn định của bản bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất tiếp xảy ra đồng thời với mất khả năng chịu lực về độ bền của bản bụng rường do lực cắt, tức cho , ta có độ mảnh quy ước giới hạn của bản bụng rường là: . Điều kiện kiểm tra xác định theo công thức: Vậy bụng rường ổn định dưới tác dụng của ứng suất tiếp. *. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng rường dưới tác dụng của ứng suất pháp Điều kiện kiểm tra: Vậy bụng rường ổn định dưới tác dụng của ứng suất pháp. *. Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng rường dưới tác dụng của ứng suất tiếp và ứng suất pháp Ta có: Vì vậy bản bụng dầm ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp . III. Chọn tiết diện tại vị trí 1/6L : Tiết diện rường ngang từ vị trí thay đổi tiết diện đến đỉnh không đổi mà nội lực tại đỉnh rường lớn hơn tại vị trí thay đổi tiết diện nên tiết diện tính cho đỉnh rường sẽ thoả mãn cho cả ở vị trí thay đổi tiết diện . D. Thiết kế tính toán các chi tiết liên kết I- Tính liên kết hàn bản cánh với bản bụng : 1. Tính liên kết hàn bản cánh cột với bản bụng cột: Từ bảng tổ hợp nội lực ta thấy tiết diện có Qmax = 5109 kG. Khi đó chiều cao đường hàn liên kết hàn bản cánh cột với bản bụng cột biên được tính theo công thức : hf Liên kết sử dụng que hàn , hàn tay fwf=1800 kG/cm2, Rws=1550 kG/cm2 . Trong đó: Qmax= 5109 kG Sc : mômen tĩnh của cánh cột đối với trục trung hoà của tiết diện cột. Sc=1,2.22.= 512,16 cm3 Ix= 23422 cm4 hf= Chiều cao đường hàn này nhỏ , vì vậy ta lấy theo đường hàn cấu tạo : . Và . (Bảng 2.2 KCT-I) Þ Chọn hf = 6 mm 2. Tính liên kết hàn bản cánh với bản bụng rường: Khi đó chiều cao đường hàn liên kết hàn bản cánh cột với bản bụng rường được tính theo công thức : hf Liên kết sử dụng que hàn , hàn tay fwf=1800 kG/cm2, Rws=1550 kG/cm2 . Trong đó: Qmax= 4267 kG Sc : mômen tĩnh của cánh cột đối với trục trung hoà của tiết diện rường. Sc=1.22.= 371,8 cm3 Ix= 15115 cm4 hf= Chiều cao đường hàn này nhỏ , vì vậy ta lấy theo đường hàn cấu tạo : . Và . (Bảng 2.2 KCT-I) Þ Chọn hf = 6 mm II.Thiết kế và tính toán chi tiết cột: 1.Chi tiết chân cột : a.Xác định kích thước bản đế : Nội lực để tính chân cột là cặp nội lực nguy hiểm nhất ở tiết diện A giá trị này được lấy ở bảng tổ hợp nội lực . Cặp này có giá trị : Cặp nội lực M(kGm) N(kG) Q(kG) e(cm) A-18 -19882 -10108 -5109 196,7 Kích thước dài rộng LxB của bản đế được xác định do điều kiện cường độ của vật liệu làm móng. - Chiều rộng B của bản đế ( cạnh vuông góc với mặt phẳng uốn ) được cấu tạo trước theo các kích thước của tiết diện cột: B = b + 2.t dđ + 2.c1 Trong đó: b - bề rộng của tiết diện phần cột dưới( kích thước vuông góc với mặt phẳng uốn của tiết diện cột ). tdđ - Chiều dày dầm đế ( lấy sơ bộ tdđ = 10 mm). c1 - phần nhô ra của conxon bản đế lấy c1 = 50 mm. B = 220 + 2.10 + 2. 50 = 340 (mm) - Chiều dài L của bản đế được tính theo công thức: Trong đó : mcb - hệ số tăng Rn khi chịu nén cục bộ: Chọn trước mcb = 1,2 Bêtông móng mác 250 # Rn = 110 kG/cm2 Rn . mcb = 110.1,2 = 132 kG/cm2 Chọn chiều dài bản đế : L = 60 cm. *Tính ứng suất tại mép bản đế theo phương pháp mặt phẳng uốn : Ta cấu tạo cho trục giữa của bản đế trùng với trục cột dưới, thân cột và các sườn chia bản đế thành các ô bản có các điều kiện biên khác nhau. Mô men uốn lớn nhất ở mỗi ô này tính cho dải rộng 1 đơn vị. Trong đó : - ứng suất nén của bê tông móng bên dưới ô bản được suy ra từ giá trị max và min đã tính ở trên và lấy giá trị lớn nhất tương ứng với mỗi ô để tính cho ô đó. di : nhịp tính toán của ô bản thứ i : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại ô bản Với bản kê 4 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b1/a1. a1 là cạnh ngắn của ô bản, d =a1 - Với bản kê 3 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b2/a2. a2 là chiều dài biên tự do của ô bản, d = a2 b2 là chiều dài cạnh vuông góc với biên tự do của ô bản, Căn cứ vào các kích thước như trên hình vẽ ta tính được các giá trị: ; + Tại ô 1 : d = a2 = 10,5 cm ; b2 = 10 cm Tra bảng được : 0,1096 M1 = 0,1096 . 102,4. 10,52 = 1237,4 kGcm + Tại ô 2 : d = a1 = 10,5 cm b1 = 37,6 cm >2 Tra bảng được : 0,125 M2 = 0,125 . 65,98. 10,52 = 909,3 kGcm + Tại ô 3 : Ta tính như dầm công xon , cắt dải bản 1 cm để tính : *Mmax = M3 = 1280 kGcm. Vậy ta lấy trị số mômen này để tính chiều dày bản đế cột . , chọn t = 2 cm b. Tính các bộ phận ở chân cột : *Tính dầm đế chân cột và sườn : Theo cách bố trí dầm sườn như hình vẽ thì diện chịu tải của dầm < sườn không đáng kể ta tính chúng cùng chịu tải (theo dầm) chịu tải phân bố đều : Sơ đồ tính là công xon ngàm vào bản cánh cột chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều do áp lực dưới đáy móng : kG/cm Toàn bộ lực Nnh truyền từ nhánh cột xuống bản đế thông qua hai dầm đế và sườn hàn vào cánh của cột có 4 đường hàn. Vì vậy dầm đế chịu tác dụng của phần phản lực qqđ thuộc tiết diện truyền tải của nó. Chiều cao dầm đế được xác định từ điều kiện đường hàn liên kết cột với đầm đế đủ dài để chịu lực Nnh truyền từ cột sang dầm. kGcm Giả thiết chiều cao đường hàn hf = 8mm, Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức : Chiều cao dầm đế : hdđ = Chọn hdđ = 30cm. Mômen : Mdđ = (kGcm) Lực cắt : Qdđ = qds. ldđ = 1228,8. 10 = 12288 kG Bề dày dầm đế cần thiết cho điều kiện chịu uốn: Bề dày dầm đế cần thiết cho điều kiện chịu uốn : Bề dày dầm đế cần thiết cho điều kiện chịu cắt : Vậy chiều dày dầm đế đã chọn tdđ = 10mm là thoả mãn . Ta chọn tiết diện sườn bằng tiết diện dầm ( 300x10 mm). *Kiểm tra đường hàn : kG/cm2 kG/cm2 kG/cm2 Các đường hàn ngang liên kết dầm đế, sườn với bản đế chọn như nhau và bằng hf=6mm. Thoả mãn điều kiện: c.Tính bulông neo ở chân cột: Tìm ra tổ hợp mômen uốn lớn nhất và lực dọc nhỏ nhất : Tĩnh tải và gió trái Tải trọng thường xuyên , thường làm giảm lực kéo trong bulông neo nên khi tính bulông neo , hệ số vượt tải của tải trọng thường xuyên lấy bằng 0,9 . Nội lực dùng để tính bulông neo là : Từ điều kiện cân bằng mô men ta có tổng lực kéo mà các bu lông phải chịu là: Z : khoảng cách từ bulông neo chịu kéo đến mép biên chịu nén của tiết diện . : chiều dài vùng chịu nén của bêtông móng . b : khoảng cách từ bulông chịu kéo đến lực nén N . Mỗi bên sử dụng 2 bulông có cường độ neo: . Diện tích cần thiết của mỗi bulông : Chọn mỗi bên 2 bulông đường kính ngoài D = 24 mm, Có diện tích giảm yếu là : Abn = 3,52 cm2 > Ayc *Sườn đỡ bulông neo được tính như dầm 1 nhịp: Mômen : Mômen chống uốn yêu cầu: Chọn sườn đỡ là 1 thép hình chữ L có số hiệu là : L 90x7 có = 94,3 cm3 ; zo = 2,47cm Có Wx = Sườn được hàn vào dầm đế bằng đường hàn 1 bên với: hf = 6mm. * Kiểm tra lại tiết diện dầm đế theo tác dụng của lực bulông: Với tác dụng của bulông thì dầm đế chịu lực Ns Lực cắt : kG Ứng suất của dầm đế do lực cắt gây ra : *Kiểm tra đường hàn theo lực bulông ; Vậy chiều cao đường hàn hf = 6mm thoả mãn. 2.Thiết kế chi tiết vai cột: Vai cột là 1 dầm côngxon có tiết diện không đổi. Vai cột chịu tác dụng của tải trọng tĩnh của dầm cầu trục và tải trọng động của cầu trục. Tải trọng tính toán tác dụng lên vai cột là : Gdct = 928,18 kG ; Dmax = 24610 kG Vậy lực tác dụng lên vai cột là : D = Dmax + Gct = 24610 + 928,18= 25538,18 kG Giả thiết chiều dày bản bụng : Chiều cao kinh tế của tiết diện : Chọn h = 42 cm, bf = 18 cm, tf = 1cm. Þ Vậy tiết diện có kích thước như hình vẽ : *Tính toán đặc trưng hình học của tiết diện: - Mômen quán tính của tiết diện: Ix= == 21532 cm4 - Mômen chống uốn : Wx= == 1025 cm3 > Wyc= 415,7 cm3 *Kiểm tra lại chiều dày bản bụng theo điều kiện chịu lực cắt : Þ Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt. *Kiểm tra bền cho tiết diện : Trong đó: . . Với : . . Þ Vậy điều kiện bền được thoả mãn. *Kiểm tra ổn định cục bộ cánh nén dầm : ÞVậy điều kiện ổn định được thoả mãn. *Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm : ÞVậy bản bụng ổn định. *Kiểm tra ổn định bản bụng dưới tác dụng của ứng suất pháp : Þ Vậy bản bụng ổn định. *Kiểm tra ổn định bản bụng dưới tác dụng đồng thời của ứng suất pháp và ứng suất tiếp Có Þ Vậy bản bụng ổn định dưới tác dụng đồng thời của ứng suất pháp và ứng suất tiếp . *Tính toán liên kết vai cột : Vai và cột liên kết với nhau bằng đường hàn góc. Chọn chiều cao đường hàn : Đường hàn liên kết giữa vai và cánh cột chịu mô men uốn M và lực cắt Q. Kiểm tra khả năng chịu lực của đường hàn góc khi chịu đồng thời cả M và Q, khi sử dụng que hàn , hàn tay : fwf = 1800 kG/cm2 , fws= 1550 KG/cm2, ; Þ . Vậy phải kiểm tra tiết diện vật liệu đường hàn ( tiết diện 1 ) theo công thức : Trong đó : lw1 = (18 - 1) + (18 - 1 - 1,2 - 2.0,8 ) = 31,2 cm lw2 = 2.(40 - 2.0,8 -1) = 74,8 cm Þ Þ Þ Vậy chọn chiều cao đường hàn là : hf=8mm. III-Thiết kế tính toán liên kết nối rường ngang và cột : 1. Xác định sơ bộ kích thước, cấu tạo mặt bích : Ta dùng bu lông cường độ cao, cấp bền 8.8. Có cường độ tiêu chuẩn tức thời : Rbtc = 11000 (kG/cm2) Để các bulông làm việc hợp lý ta bố trí bulông theo 2 dãy với khoảng cách giữa các bulông theo điều kiện làm việc thực tế và theo cấu tạo : - Chọn bulông 20, giả thiết ban đầu chiều dày mặt bích liên kết là : = 2cm. Khoảng cách từ tâm 2 bu lông gần nhau theo mọi hướng: + Nhỏ nhất là 2,5d = 2,5.2= 5 (mm) + Lớn nhất : - Khoảng cách từ tâm bu lông đến mép sườn : + Nhỏ nhất : 1,3d = 26(mm). + Lớn nhất : Từ các thông số cơ bản như trên ta chọn sơ bộ 10 bulông và cấu tạo cho nút liên kết như hình vẽ : 3, Tính toán và kiểm tra mặt bích: a, Chọn cặp nội lực tính toán: Để tính toán bulông ta chọn các cặp nội lực như sau trong bảng tổ hợp : Cặp 17-B của đỉnh cột : có ; Cặp 18-B của đỉnh cột: có Cặp nội lực B-17 gây kéo phần ngoài của liên kết, cặp B-18 gây kéo phần trong của liên kết. Ta bố trí bu lông tính toán với cặp B-17 sau đó kiểm tra lại với cặp B-18. b, Kiểm tra bề dày mặt bích: * Cặp B-17: - Cặp B- 17 : có Chiều dài và chiều rộng của mặt bích lấy theo cấu tạo như trên, còn chiều dày mặt bích phải đảm bảo làm việc như bản dầm chịu uốn có liên kết ngàm tại các hàng bulông. Sơ đồ tính chiều dày mặt bích như sau : Þ Trong đó : + B1 = 100(mm) = 10 (cm) là khoảng cách 2 dãy bulông. + ls = 520 (mm) = 52(cm) là chiều dài mặt bích. + f = 2150 (kG/cm2) cường độ thép mặt bích. + ( N : là lực nén ). Þ . Vậy như giả thiết thoả mãn chịu lực với cặp B-17. * Cặp 18: - Cặp 18 : có Chiều dài và chiều rộng của mặt bích lấy theo cấu tạo như trên, còn chiều dày phải đảm bảo mặt bích làm việc như bản dầm chịu uốn có liên kết ngàm tại các hàng bulông. Sơ đồ tính chiều dày mặt bích như sau : Þ Trong đó : + B1 = 100(mm) = 10(cm) là khoảng cách 2 dãy bu lông. + ls = 520 (mm) = 52(cm) là chiều dài mặt bích. + R = 2150 (kG/cm2) cường độ thép làm mặt bích. + ( N : là lực nén ) Þ . Vậy như giả thiết thoả mãn chịu lực với cặp B-18. 4. Xác định khả năng chịu lực của liên kết bu lông: a, Xác định khả năng chịu lực của liên kết bulông cho cặp B-17: *Tính khả năng chịu kéo của bulông cường độ cao : = 4400. 2,45 = 10780 ( kG) *Tính khả năng chịu trượt của bulông cường độ cao: Trong đó: + fhb= 0,7.11000 = 7700 (kG/cm2) : cường độ chịu kéo của bulông cường độ cao . + Với bulông f20 tra bảng được Abn = 2,45 (cm2). + : hệ số điều kiện làm việc của liên kết phụ thuộc vào số bulông + : hệ số độ tin cậy + : hệ số ma sát . + nf : số mặt phẳng ma sát tính toán nf = 1 Þ *Tính toán bulông liên kết : Hình vẽ: - Lực kéo trong các bulông ở các hàng: Dưới tác dụng của mômen uốn M lực kéo trong bu lông hàng 1,2,3,4 như sau : Trong đó : hi : là khoảng cách từ hàng bulông thứ i đến trục trung hoà ( đi qua hàng bulông trong cùng chịu kéo ít hơn do chiều mômen tác dụng). M : là mômen tính toán . ; ; - Lực kéo trong 1 bu lông hàng ngoài cùng duới tác dụng của cả lực dọc và mômen là : Với : N là lực dọc do là lực nén nên bỏ qua. n=10 là số lượng bulông. => - Điều kiện bền: Nk= 9220 kG < Ntb = 10780 kG. Vậy bulông thoả mãn khả năng chịu lực vói cặp B-17. b,Xác định khả năng chịu lực của liên kết bulông cho cặp B-18: *Tính khả năng chịu kéo của bulông cường độ cao: = 4400. 2,45 = 10780 ( kG) *Tính khả năng chịu trượt của bulông cường độ cao: *Tính toán bulông liên kết : - Lực kéo trong các bulông ở các hàng: Dới tác dụng của mômen uốn M lực kéo trong bu lông hàng 1,2,3,4 như sau : Trong đó : hi : là khoảng cách từ hàng bulông thứ i đến trục trung hoà ( đi qua hàng bulông ngoài cùng chịu kéo ít hơn do chiều mômen tác dụng). M : là mômen tính toán ; ; - Lực kéo trong 1 bu lông hàng ngoài cùng dới tác dụng của cả lực dọc và mômen là : Với : N là lực dọc do là lực nén nên bỏ qua. n=10 là số lượng bulông. => - Điều kiện bền : Nk= 4992,65 kG < Ntb = 10780 kG. Vậy bulông thoả mãn khả năng chịu lực với cặp B-18. 5. Tính toán đường hàn nối cột vào mặt bích: Đường hàn liên kết bản bụng và bản cánh tiết diện rường vào sườn nối được tính toán chịu lực M,N,Q . ta tính toán kiểm tra cho cặp B-17 . Liên kết hàn trong nhà máy dùng máy hàn tự động dây hàn C B-08A nên có ; Chiều cao đường hàn phải thoả mãn điều kiện cấu tạo : Chọn sơ bộ chiều cao đường hàn : hf = 8 (mm). Kiểm tra liên kết hàn chịu M,Q : Chiều dài tính toán của đường hàn lấy như sau : + Ở phía trên cánh : lh = 22 -1 = 21 (cm). + Ở phía dưới cánh : lh = 22 - 0,8 - 2.0,8 - 1 = 18,6 (cm). + Theo chiều cao bản bụng : lh = 40 - 2.1,2 - 2.0,8 = 36 (cm). + Diện tích mối hàn : + Mômen quán tính của mối hàn đối với trục x-x: + Mômen kháng uốn của mối hàn : Với . . Vậy chiều cao đường hàn hh = 8 (mm) đủ khả năng chịu lực M,Q IV. Tính toán liên kết đỉnh rường ngang: 1.Tính toán liên kết mặt bích : Ta dùng bu lông cường độ cao 8.8 có cường độ tiều chuẩn tức thời Rbtc = 11000 (kG/cm2). để tính toán bulông ta chọn cặp nội lực như sau trong bảng tổ hợp : cặp có ; ta đưa về trục toạ độ vuông góc nằm trong mặt phẳng tiết diện đỉnh rường : Để các bulông làm việc hợp lý ta bố trí bulông theo 2 dãy với khoảng cách giữa các bulông theo điều kiện làm việc thực tế và theo cấu tạo : - Chọn bulông 20, giả thiết ban đầu chiều dày mặt bích liên kết là : = 2cm. Khoảng cách từ tâm 2 bu lông gần nhau theo mọi hướng: + Nhỏ nhất là 2,5d = 2,5.2= 5 (mm) + Lớn nhất : - Khoảng cách từ tâm bu lông đến mép mặt bích : + Nhỏ nhất : 1,3d = 26(mm). + Lớn nhất : Từ các thông số cơ bản như trên ta chọn sơ bộ 8 bulông và cấu tạo cho nút liên kết như hình vẽ : - Chiều dài và chiều rộng của mặt bích lấy theo cấu tạo như trên, còn chiều dày mặt bích phải đảm bảo mặt bích làm việc như bản dầm chịu uốn có liên kết ngàm tại các hàng bulông. Sơ đồ tính chiều dày mặt bích như sau : Þ Trong đó : + B1 = 100(mm) = 10(cm) là khoảng cách 2 dãy bu lông. + ls = 410 (mm) = 41(cm) là chiều dài mặt bích + R = 2150 (kG/cm2) cường độ thép làm mặt bích. + Þ . Vậy như giả thiết thoả mãn chịu lực . 4. Xác định khả năng chịu lực của liên kết bu lông: *Tính khả năng chịu kéo của bulông cường độ cao: = 4400. 2,45 = 10780 ( kG) * Xác định khả năng chịu trượt của bulông cường độ cao: ( vì 5 < nbl = 8 < 10 ) Tính toán với cặp nội lực trên : Dưới tác dụng của mômen uốn M lực kéo trong bu lông hàng 1,2,3 như sau : Trong đó : hi : là khoảng cách từ hàng bulông thứ i đến trục trung hoà ( đi qua hàng bulông ngoài cùng chịu kéo ít hơn do chiều mômen tác dụng). M : là mômen tính toán . Lực kéo trong 1 bu lông hàng 4 dưới tác dụng của cả lực dọc và mômen là : ( Vì N là lực nén nên bỏ qua ) Lực cắt trong một bu lông phải chịu : Þ Lực kéo lớn nhất trong bu lông hàng 1 phải chịu do tác dụng đồng thời của lực cắt và mômen là - Kiểm tra : Nk= 7052,4 kG < Ntb = 10780 kG. *Tính toán đường hàn liên kết rường vào mặt bích : Liên kết hàn trong nhà máy dùng máy hàn tự động dây hàn C B-08A nên có ; Chiều cao đường hàn phải thoả mãn điều kiện cấu tạo : Chọn sơ bộ chiều cao đường hàn : hf = 8 (mm). Kiểm tra liên kết hàn chịu M,Q : Chiều dài tính toán của đường hàn lấy như sau : + Ở phía trên cánh : lh = 22 -1 = 21 (cm). + Ở phía dưới cánh : lh = 22 - 0,8 - 2.0,8 - 1 = 18,6 (cm). + Theo chiều cao bản bụng : lh = 25 - 2.1 - 2.0,8 = 21,4 (cm). + Diện tích mối hàn : + Mômen quán tính của mối hàn đối với trục x-x : + Mômen kháng uốn của mối hàn : Với . . Vậy chiều cao đường hàn hf = 8 (mm) đủ khả năng chịu lực M,Q V. Tính toán liên kết tiết diện 1/6L( vị trí ta thay đổi tiết diện rường) : *Tính toán bản liên kết mặt bích: Ta dùng bu lông cường độ cao 8.8 có cường độ tiêu chuẩn tức thời Rbtc = 11000 (kG/cm2). để tính toán bulông ta chọn cặp nội lực như sau trong bảng tổ hợp : cặp có Để các bulông làm việc hợp lý ta bố trí bulông theo 2 dãy với khoảng cách giữa các bulông theo điều kiện làm việc thực tế và theo cấu tạo : - Chọn bulông 20, giả thiết ban đầu chiều dày mặt bích liên kết là : = 2cm. -Khoảng cách từ tâm 2 bu lông gần nhau theo mọi hướng: + Nhỏ nhất là 2,5d = 2,5.2= 5 (mm) + Lớn nhất : - Khoảng cách từ tâm bu lông đến mặt bích: + Nhỏ nhất : 1,3d = 26(mm). + Lớn nhất : Từ các thông số cơ bản như trên ta chọn sơ bộ 8 bulông và cấu tạo cho nút liên kết như hình vẽ : - Chiều dài và chiều rộng của mặt bích lấy theo cấu tạo như trên, còn chiều dày mặt bích phải đảm bảo mặt bích làm việc như bản dầm chịu uốn có liên kết ngàm tại các hàng bulông. Sơ đồ tính chiều dày mặt bích như sau : Þ Trong đó : + B1 = 100(mm) = 10(cm) là khoảng cách 2 dãy bu lông. + ls = 410 (mm) = 41(cm) là chiều dài mặt bích. + R = 2150 (kG/cm2) cường độ thép làm mặt bích . + Þ . Vậy như giả thiết thoả mãn chịu lực . 4. Xác định khả năng chịu lực của liên kết bu lông: a, Xác định khả năng chịu lực của liên kết bulông cho cặp trên: Tính khả năng chịu kéo của bulông cường độ cao: Công thức xác định : Trong đó:+ fhb = 0,7.11000 = 7700 (kG/cm2) : cường độ chịu kéo của bulông cường độ cao + Với bulông f20 tra bảng được Abn = 2,45 (cm2). + : hệ số điều kiện làm việc của liên kết phụ thuộc vào số bulông ( 5<n< 10) + : hệ số độ tin cậy + : hệ số ma sát . + nf = 1 : số mặt phẳng ma sát tính toán Þ Tính toán với cặp nội lực trên : Dưới tác dụng của mômen uốn M lực kéo trong bu lông hàng 1,2,3 như sau : Trong đó : hi : là khoảng cách từ hàng bulông thứ i đến trục trung hoà ( đi qua hàng bulông ngoài cùng chịu kéo ít hơn do chiều mômen tác dụng). M : là mômen tính toán . Lực kéo trong 1 bu lông hàng 4 dưới tác dụng của cả lực dọc và mômen là : Lực cắt trong một bu lông phải chịu : Þ Lực kéo lớn nhất trong bu lông hàng 1 phải chịu do tác dụng đồng thời của lực cắt và mômen là : < = 9654,4 (kG) *Tính toán đường hàn liên kết rường vào mặt bích: Liên kết hàn trong nhà máy dùng máy hàn tự động dây hàn C B-08A nên có ; Chiều cao đường hàn phải thoả mãn điều kiện cấu tạo : Chọn sơ bộ chiều cao đường hàn : hf = 8 (mm). Kiểm tra liên kết hàn chịu M,Q : Chiều dài tính toán của đường hàn lấy như sau : + Ở phía trên cánh : lh = 22 -1 = 21 (cm). + Ở phía dưới cánh : lh = 22 - 0,8 - 2.0,8 - 1 = 18,6 (cm). + Theo chiều cao bản bụng : lh = 25 - 2.1 - 2.0,8 = 21,4 (cm). + Diện tích mối hàn : + Mômen quán tính của mối hàn đối với trục x-x : + Mômen kháng uốn của mối hàn : Với . . Vậy chiều cao đường hàn hf = 8 (mm) đủ khả năng chịu lực M,Q E . TÀI LIỆU THAM KHẢO : 1. KẾT CẤU THÉP 2 : CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - TS .Phạm Văn Hội ( Chủ biên ) ( Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật -1998) . 2 . Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp – GS . Đoàn Định Kiến ( Chủ biên ) – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 1995 ) . 3. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam : TCXDVN 338 : 2005 KẾT CẤU THÉP – TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ ( Nhà xuất bản Xây Dựng – 2005 )