Đồ án Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

MỤC ỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO TS .Phạm Văn Hội (1999), Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật , Hà Nội, 1998. Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp – GS . Đoàn Định Kiến ( Chủ biên ) – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 1995. "Thiết kế khung thép nhà công nghiệp" - Phạm Minh Hà (Chủ biên) Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam : TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế. Trần Thị Thôn(2010), Thiết kế kết cấu thép, Nhà xất bảng Đại học Quốc Gia TPHCM, HCM, 2003 THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP SỐ LIỆU LIỆU THIẾT KẾ. Đề S (mm) B (mm) h (mm) L (mm) Q (tấn) 58 27500 8000 7400 64000 17 STT Mã SV Họ và tên Sinh viên Lớp Mã đề 58 1151160066 Lê Vũ Linh XC11A 58 i = 15%. Đầu hồi có 4 khoảng bằng nhau. Tự chọn phương pháp đường hàn. Vùng gió TPHCM. Cường độ thép: Fy =235 MPa Fx = 400 Mpa. => Cường độ tính toán : Theo giới hạn chảy : Theo giới hạn bền : Ngày nhận đề: 13/10/2015. .2005 Ngày nộp bài và bảo vệ (dự kiến): 17/1/2015. / GVHD ThS Nguyễn Tam Hùng XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA NHÀ THÉP CẦU TRỤC Các thông số của cầu trục Sức trục Q(T) Nhịp cầu trục (m) Kích thước gabarit chính (mm) Áp lực bánh xe lên ray (T) Trọng lượng (T) Bk Kk Hk Zmin Pmaxc Pminc Xe con Toàn cầu trục 20 25.5 4630 3800 1330 180 13.8 3.92 1.236 15.44 Ray cầu trục Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau: Loại ray Khối lượng 1m dài (kG/m) Kích thước (mm) H B b KP-70 52.83 120 120 70 Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 80 = 200 (mm). 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 hình bên. Chọn Hdct = 0.8 (m) Kích thước khung ngang theo phương thẳng đứng Bao gồm chiều cao cột dưới Hd, chiều cao cột trên Ht, chiều cao toàn cột H. Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: Trong đó: Hc = HK = 1.33 m - chiều cao gabarit cầu trục. bk khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang, lấy không nhỏ hơn 200mm. Chiều cao của cột khung (tính từ mặt móng): Trong đó: H1 =7.4 (m) - cao trình đỉnh ray. H3 = 0.1 (m) – Phần cột chôn dưới cốt mặt nền, lấy sơ bộ khoảng 0÷1m. Chiều cao của cột trên: 1.65 + 0.8 + 0.2 = 2.65(m) Trong đó: Hdct = 0.8 (m) - chiều cao dầm cầu trục. - chiều cao của ray và đệm, lấy sơ bộ 0.2m. Chiều cao của cột dưới: 9.15– 2.65= 6.5(m) KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG THEO PHƯƠNG NGANG Chọn trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0). Chiều cao tiết diện cột (chọn cột không thay đổi tiết diện): Theo yêu cầu về độ cứng: . Chọn h = 0.55 (m). Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: = 0.26 + (0.55 – 0) + 0.07 = 0.88 (m) Trong đó: B1 = 0.26 (m) – Phần đầu của cầu trục bên ngoài ray, tra bảng cầu trục. D = 0.07 (m) – Khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột, lấy từ 0.06 – 0.075 (m) Chọn λ = 1 (m) Nhịp của cầu trục Lc (khoảng cách 2 tim ray): Lc = L - 2λ = 27.5 – 2 ´ 1 = 25.5 (m) THIẾT KẾ XÀ GỒ XÀ GỒ MÁI Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ Độ dốc mái: i=15%, suy ra: α= 8.53o, sinα= 0.148, cosα= 0.989. Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, trọng lượng bản thân xà gồ và xà gồ được chọn trước, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ. Tấm lợp mái: Chiều dày (mm) Trọng lượng 1 tấm (KG/m2) Diện tích 1 tấm (m2) Tải trọng cho phép (KN/m2) 0.7 6.59 8.39 1.96 Xà gồ: ta chọn xà gồ chữ “Z” ở bên trong và xà gồ chữ “C” ở ngoài biên nhắm tăng ổn định cho mái.Từ catolog thép hình chữ Z của công ty Ngô Long SJC ta chọn: Tiết diện Ix (cm4) Wx (cm3) Iy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) Z200x62x68 379.5 37.317 48.723 7.405 4.95 1.8 6.3 Tiết diện Jx (cm4) Wx (cm3) Jy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) C20015 353 34.7 39.6 7.17 4.44 15 5.55 Tải trọng tác dụng lên xà gồ Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái và gió. 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). Tĩnh tải Vật liệu mái Kí hiệu Hệ số vượt tải Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính toán 1 lớp tôn lợp mái g2 1.05 6.59 kG/m2 6.92 kG/m2 Xà gồ mái Z200x62x68 g1z 1.05 4.95 kG/m 5.5 kG/m Xà gồ mái C20015 g1c 1.05 4.44 kG/m 4.66 kG/m Hoạt tải Hoạt tải sử dụng lấy ptc = 30 kG/m2 với hệ số vượt tải n = 1.3 Þ p1tt = 30´1.3 = 39 kG/m2. Hoạt tải gió : Dựa vào tỉ số : và góc α= 8.53o tra bảng 6 TCVN 2737-1995 ta được hệ số khí động như hình vẽ. Ta chọn trường hợp gió bốc mái hướng gió thổi từ đầu hồi ( φ=90o). Trong đó : k= 1 tra bảng 5; TCVN 2737-1995. c=0.7 qo= 83 daN/m2 (áp lực gió TPHCM vùng IIA ). Kiểm tra lại xà gồ đã chọn Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa và gió 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 Kiểm tra với xà gồ chữ “Z” Sơ đồ tính Xà gồ có chập đôi tại vị trí gối tựa và có thanh giằng ( sag rod ) ở giữa nhịp xà gồ, ta xem là sơ đồ dầm liên tục nhiều nhịp : lx =8m Tải trọng Tổng tải trọng tác dụng lên xà gồ Z200x62x68: Tổ hợp 1 : hoạt tải + tỉnh tải. Tổ hợp 2 : Gió bốc + tỉnh tải. Chọn kết quả tải trọng từ tổ hợp 2 để tính xà gồ. Nội lực xà gồ : mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Kiểm tra tiết diện đã chọn : Theo điều kiện bền: (gc = 1 hệ số điều kiện làm việc). 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 .mặt phẳng Công thức kiểm tra : Ta có : giải từ phần mểm Sap200 ta được chuyển vị lớn nhất => =>Vậy xà gồ giữa Z200x62x68 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. Kiểm tra với xà gồ chữ “C” Sơ đồ tính Xà gồ gối tựa lên thanh xà ngang và, ta xem là sơ đồ dầm đơn giản : lx =8m và Tổng tải trọng tác dụng lên xà gồ C20015: Tổ hợp 1 : hoạt tải + tỉnh tải. Tổ hợp 2 : Gió bốc + tỉnh tải. Chọn kết quả tải trọng từ tổ hợp 2 để tính xà gồ. Nội lực xà gồ : mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Kiểm tra tiết diện đã chọn : Theo điều kiện bền: (gc = 1 hệ số điều kiện làm việc). 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 .mặt phẳng Công thức kiểm tra : Ta có : => Vậy xà gồ giữa C20015 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. XÀ GỒ TƯỜNG DỌC NHÀ. Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm bao che, trọng lượng bản thân xà gồ và xà gồ được chọn trước, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ. Tấm tường : chọn là tôn của mái để bao che. Chiều dày (mm) Trọng lượng 1 tấm (KG/m2) Diện tích 1 tấm (m2) Tải trọng cho phép (KN/m2) 0.7 6.59 8.39 1.96 Xà gồ: ta chọn xà gồ chữ “Z” Tiết diện Ix (cm4) Wx (cm3) Iy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) Z250x72x78 774.907 61.126 79.810 10.533 6.59 2 8.4 Tải trọng tác dụng lên xà gồ Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn tường, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải gió. Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1.5 m Tĩnh tải : Vật liệu mái Kí hiệu Hệ số vượt tải Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính toán 1 lớp tôn lợp mái g2 1.05 6.59 kG/m2 6.92 kG/m2 Xà gồ mái Z250x72x78 g1z 1.05 6.59 kG/m 6.92 kG/m Hoạt tải : Hoạt tải gió : tương tự như phần xà gồ mái ta chọn trường hợp gió thổi ngang nhà. Trong đó : k= 1 tra bảng 5; TCVN 2737-1995. c=0. qo= 83 daN/m2 (áp lực gió TPHCM vùng IIA ). Tổng tải trọng tác dụng lên xà gồ Z250x72x78: Tổ hợp 1 : Tỉnh tải (tải theo phương đứng). Tổ hợp 2 : Gió đẩy (tải theo phương ngang). Chọn kết quả tải trọng từ tổ hợp 2 để tính xà gồ. Sơ đồ tính Xà gồ có chập đôi tại vị trí gối tựa, ta xem là sơ đồ dầm liên tục nhiều nhịp : lx =8m và Kiểm tra lại xà gồ đã chọn Nội lực xà gồ : mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Theo điều kiện bền: (gc = 1 hệ số điều kiện làm việc). 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 .mặt phẳng Công thức kiểm tra : Ta có : giải từ phần mểm Sap200 ta được chuyển vị lớn nhất theo : Phương x : Phương y : => => =>Vậy xà gồ giữa Z250x72x78 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. XÀ GỒ TƯỜNG KHUNG DẦU HỒI. Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ Tiết diện Ix (cm4) Wx (cm3) Iy (cm4) Wy (cm3) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm2) Z250x72x78 698.485 55.097 71.764 10.533 5.93 1.8 7.56 Tải trọng tác dụng lên xà gồ Tương tự như xà gồ dọc nhà. Kiểm tra lại xà gồ đã chọn Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp tường (theo phương đứng) và hoạt tải gió (theo phương ngang) được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên. Tương tự như xà gồ tường dọc : tổ hộp nội lực. Nội lực xà gồ : mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Theo điều kiện bền: (gc = 1 hệ số điều kiện làm việc). Kiểm tra theo điều kiện biến dạng: Công thức kiểm tra : Ta có : giải từ phần mểm Sap200 ta được chuyển vị lớn nhất theo : Phương x : Phương y : => => =>Vậy xà gồ giữa Z250x72x78 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KHUNG NGANG. TĨNH TẢI Khung chính Tải trọng mái và xà gồ Lấy 15 daN/m2 = > 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 : Cột cao 9.15m Xà gồ tường dùng 6 thanh Z250x72x78, trọng lượng quy thành lực 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: => Tĩnh tải tác dụng lên đỉnh cột : Gtường = 839 (kG) Tĩnh tải cầu trục: TLBT dầm cầu trục: Chọn sơ bộ gdct = 1.5 (kN/m). 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= (gdct+gray)´ B= (150 + 52.83)´8 = 1622.7(KG) Gtt = 1.05 ´Gtc = 1.05 ´ 1622.7 = 1703.8 (KG) Khung đầu hồi Khung đầu hồi: Giá trị tải trọng bằng một nửa giá trị tải trọng khung chính. Tĩnh tải cầu trục: TLBT dầm cầu trục: Chọn sơ bộ gdct = 1.5 (kN/m). 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= (gdct+gray)´ B= (150 + 52.83)´4 = 811.3.(kG) Gtt = 1.05 ´Gtc = 1.05 ´ 811.3 = 852 (KG) Cột giữa khung đầu hồi: Đối với 3 cột giữa, lấy cột giữa (có chiều dài lớn nhất) để tính toán : Tải tường tính lại như sau: Trọng lượng bản thân cột giữa (lấy cột giữa dài nhất để tính toán). HOẠT TẢI Hoạt tải mái 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. Khung chính ptt =1.3´30´8 = 312 (KG/m) Khung đầu hồi ptt =1.3´30´4 = 156 (KG/m) Hoạt tải do cầu trục Thông số cầu trục sức nâng 20 tấn như sau : Sức trục Q(T) Nhịp cầu trục (m) Kích thước gabarit chính (mm) Áp lực bánh xe lên ray (T) Trọng lượng (T) Bk Kk Hk Zmin Pmaxc Pminc Xe con Toàn cầu trục 20 25.5 4630 3800 1330 180 13.8 3.92 1.236 15.44 Áp lực đứng cầu trục 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 nhẹ hoặc trung bình. Khoảng cách từ tâm bánh xe cầu trục tới điểm nhô ra : Khoảng cách giữa 2 tâm bánh xe cầu trục : 2b = 830mm Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin : Khung chính : Dmax = n.nc.( P tc max. ) = 1.1´0.85´13.8´(1 + 0.896 + 0.422+0.525) = 36.68(T) Dmin = n.nc.( P tc min. ) = 1.1´0.85´3.92´(1 + 0.896 + 0.422+0.525) = 10.42(T) Khung đầu hồi : Dmax = n.nc.( P tc max. ) = 1.1´0.85´13.8´(0.948 + 0.473+0.370) = 23.11(T) Dmin = n.nc.( P tc min. ) = 1.1´0.85´3.92´(0.948 + 0.473+0.370) = 6.57(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 : Khung chính : Mmax= Dmax. e = 36.68´0.725 = 26.6 (T.m) Mmin= Dmin. e = 10.42´0.725 = 7.6 (T.m) Khung đầu hồi : Mmax= Dmax. e = 23.11´0.825 = 19 (T.m) Mmin= Dmin. e = 6.57´0.825 = 5.42 (T.m) Lực hãm ngang T Lực hãm ngang của toàn cầu trục 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. To : lực hãm tác dụng lên toàn bộ cầu trục. f = 0,1 – đối với móc mềm. Khung chính : Khung đầu hồi : + Tải trọng gió Khung chính Khung chính chịu tải gió theo 2 phương, gió theo phương dọc nhà và gió phương ngang nhà. 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-A, áp lực phân bố là: Wo=83 (kG/m2). Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang được tính như sau: q =( n´W o´k´c´B) 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 9.05 (m) có k1= 0.98 (nội suy). Mức đỉnh mái ở cao trình 12.1 (m) có k2= 1.03 (nội suy). Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình : B : bước cột. n = 1.3 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió c : Hệ số khí động , được tra bảng với sơ đồ sau đây: Gió ngang nhà : q1 = 1.3´83´0.98´0.8´8 = 677 (kG/m). q2 = 1.3´83´1.01´(-0.31)´8= -270.3 (kG/m). q3 = 1.3´83´1.01´(-0.4)´8= -348.7 (kG/m). q4 = 1.3´83´0.98´(-0.5)´8= -423 (kG/m). Gió dọc nhà : q1 = 1.3´83´0.98´(-0.4)´8 = -339 (kG/m). q2 = 1.3´83´1.01´(-0.7)´8= -610 (kG/m). q3 = 1.3´83´1.01´(-0.7)´8= -610 (kG/m). q4 = 1.3´83´0.98´(-0.4)´8= -339 (kG/m). Khung đầu hồi Khung đầu hồi chịu tải gió theo 2 phương, gió theo phương dọc nhà và gió phương ngang nhà. Áp lực gió phương ngang nhà và dọc nhà có giá trị bằng một nửa tải gió khung chính. Gió thổi phương dọc nhà, khung đầu hồi chịu áp lực gió đẩy có c=+0.8 và gió hút có c=-0.6. Gió theo phương ngang nhà cũng gây ra gió hút tại khung đầu hồi nhưng trị số nhỏ hơn gió dọc nhà nên ta không xét đến. Vậy ta lấy giá trị áp lực gió lớn nhất có c=+0.8 để tính toán cột giữa khung đầu hồi. Sơ đồ tính cột giữa khung đầu hồi: Tải gió tác dụng lên cột : Tải gió : q = ( n´W o´k´c´B).α = (1.3´83´0.98´(+0.8)´6.875)´1.04 = +605 (kG/m). TÍNH NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ KHUNG KHUNG CHÍNH Sơ đồ tính Qui ước chiều dương của nội lực Giả thiết cột (cột khung chính, cột khung đầu hồi, cột giữa khung đầu hồi)có kích thước như sau: H = 9150 mm , b = 300 mm , h = 550 mm , , Rường ngang có kích thước : Đầu rường : h = 550mm , b = 200 mm , , Đỉnh rường : h = 300mm , b = 200 mm , , Các trường hợp tải 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 ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 12: Gió phải ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 13: Gió dọc nhà Nội lực 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 ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 12: Gió phải ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 13: Gió dọc nhà Biểu đồ bao: Bảng tổng hợp moment Cấu kiện Tiết diện Nội lực Phương án chất tải Tĩnh tải HT mái trái HT mái phải HT cả mái Gió trái Gió phải Gió dọc Dmax trái Dmax phải T trái + T phải + T trái - T phải - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) Cột Chân cột M -96.08 -45.51 -106.57 -152.08 378.29 -49.86 242.02 33.67 -107.90 -42.37 -21.72 42.37 21.72 N -60.06 -34.11 -8.41 -42.51 40.51 42.96 82.25 -358.08 -103.81 -0.32 -0.32 0.32 0.32 V -23.27 -17.77 -17.77 -35.54 92.52 -7.72 46.42 -19.90 -19.90 -8.64 -2.56 8.64 2.56 Dưới vai M 55.18 69.98 8.92 78.90 -82.85 -87.31 -129.92 162.99 21.41 13.78 -5.08 -13.78 5.08 N -53.82 -34.11 -8.41 -42.51 40.51 42.96 82.25 -358.08 -103.81 -0.32 -0.32 0.32 0.32 V -23.27 -17.77 -17.77 -35.54 49.37 19.24 68.03 -19.90 -19.90 -8.64 -2.56 8.64 2.56 Trên vai M 43.07 69.98 8.92 78.90 -82.85 -87.31 -129.92 -97.87 -53.12 13.78 -5.08 -13.78 5.08 N -37.11 -34.11 -8.41 -42.51 40.51 42.96 82.25 1.63 -1.63 -0.32 -0.32 0.32 0.32 V -23.27 -17.77 -17.77 -35.54 49.37 19.24 68.03 -19.90 -19.90 2.56 -2.56 -2.56 2.56 Đỉnh cột M 104.74 117.06 56.00 173.06 -190.36 -152.87 -321.86 -45.15 -0.40 6.99 1.71 -6.99 -1.71 N -34.57 -34.11 -8.41 -42.51 40.51 42.96 82.25 1.63 -1.63 -0.32 -0.32 0.32 0.32 V -23.27 -17.77 -17.77 -35.54 31.77 30.24 76.84 -19.90 -19.90 2.56 -2.56 -2.56 2.56 Xà 3.5m Đầu xà M -104.74 -117.06 -56.00 -173.06 190.36 152.87 321.86 45.15 0.40 -6.99 -1.71 6.99 1.71 N -26.82 -22.49 -18.79 -41.29 37.27 36.10 87.88 -19.45 -19.92 2.49 -2.58 -2.49 2.58 V -22.72 -31.19 -5.76 -36.96 35.51 38.16 70.34 4.47 1.25 -0.68 0.06 0.68 -0.06 Cuối xà M -37.22 -26.43 -35.83 -62.27 82.30 40.27 112.32 29.49 -3.99 -4.61 -1.90 4.61 1.90 N -25.84 -20.95 -18.79 -39.74 37.27 36.10 87.88 -19.45 -19.92 2.49 -2.58 -2.49 2.58 V -15.95 -20.60 -5.76 -26.36 26.24 26.19 49.40 4.47 1.25 -0.68 0.06 0.68 -0.06 Xà 10.4m Đầu xà M -37.22 -26.43 -35.83 -62.27 82.30 40.27 112.32 29.49 -3.99 -4.61 -1.90 4.61 1.90 N -25.84 -20.95 -18.79 -39.74 37.27 36.10 87.88 -19.45 -19.92 2.49 -2.58 -2.49 2.58 V -15.95 -20.60 -5.76 -26.36 26.24 26.19 49.40 4.47 1.25 -0.68 0.06 0.68 -0.06 Cuối xà M 28.28 24.07 24.07 48.14 -47.22 -47.22 -77.99 -17.02 -17.02 2.48 -2.48 -2.48 2.48 N -23.03 -16.37 -18.79 -35.17 37.27 36.10 87.88 -19.45 -19.92 2.49 -2.58 -2.49 2.58 V 3.35 10.88 -5.76 5.12 -1.32 -9.36 -12.78 4.47 1.25 -0.68 0.06 0.68 -0.06 Thiết kế tiết diện cột. Xác định chiều dài tính toán Với tiết diện tính toán như trên ta tính moment quán tính của cột và xà ngang: Cột: Xà ngang: Chọn phương án cột tiết diện không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột ta có: Trong đó: Ixà,Icột – momen quán tính của tiết diện xà và cột. Trường hợp liên kết cột khung với móng và ngàm: Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức: lx = μ×H = 1.45×9,15 = 13.26 (m) Trong đó: μ – hệ số chiều dài tính toán. H - Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột. 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. Cố định theo phương dọc nhà gồm có xà gồ tường và dầm cầu trục. Liên kết xà gồ với cột không đủ cứng nên chiều dái tính toán ngoài mặt phằng lấy từ chân cốt tới dầm cầu trục là 6.5m nên ly = 6.5m. Chọn tổ hợp tải Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất): Trường hợp 1: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(8)+(10)} => Trường hợp 2: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(6)+(9)+(10)} => Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Nmax Như tiết diện sơ bộ đã chọn : H = 9150 mm , b = 300 mm , h = 550 mm , ,. Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Độ lệch tâm tương đối: Độ lệch tâm quy đổi: Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có: Với nội suy có η = 1.415 Suy ra: Kiểm tra bền: Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau: Với và me =4.25 , Tra bảng IV.3 Phục lục Thiết kế khung thép [3,tr 94], nội suy φe = 0.254 Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức (TCXDVN : 338:2005 [4, Điều 5.4.2.5]) : Trước hết ta cần tính trị số momen ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn. Vì cặp nội lực dùng tính toán cột là tại tiết diên dưới vai cột và do trường hợp tải trọng (1)+0.9{(4)+(8)+(10)} gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là: Mômen tưng ứng với trường hợp tải đó tại đỉnh cột: Momen tại tiết diện 1/3 cột từ phia co momen lớn hơn: là mômen tại 1/3 đoạn cột: M’= max() = max() = 143.95 (kN.m) Độ lệch tâm tương đối theo M’: Do nên ta có Trong đó: Theo bảng 2.1 [3] ta có: vì Từ đó: Với λy = 98.8 tra bảng IV.2 [3], nội suy có jy = 0.607 Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo công thức: Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra theo các công thức Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: do và nên: Ta có: => Bảng bụng và bảng cánh không bị mất ổn định. Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Mmax Độ lệch tâm tương đối: Độ lệch tâm quy đổi: Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có: Với nội suy có η = 0.719 Suy ra: Kiểm tra bền: Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau: Với và me =10.24 , Tra bảng IV.3 Phục lục Thiết kế khung thép [3,tr 94], nội suy φe = 0.124 Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức (TCXDVN : 338:2005 [4, Điều 5.4.2.5]) : Trước hết ta cần tính trị số momen ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn. Vì cặp nội lực dùng tính toán cột là tại tiết diên dưới vai cột và do trường hợp tải trọng (1)+0.9{(4)+(6)+(9)+(10)} gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là: Mômen tưng ứng với trường hợp tải đó tại đỉnh cột: Momen tại tiết diện 1/3 cột từ phia co momen lớn hơn: là mômen tại 1/3 đoạn cột: M’= max() = max() = 246 (kN.m) Độ lệch tâm tương đối theo M’: Do nên: : Trong đó: Theo bảng 2.1 [3] ta có: vì Từ đó: : Với xác định như theo Sách Thiết Kế Kết Cấu Thép [5]: Trong đó: : momen quán tính chống xoắn của tiết diện cột. lo: chiều dài tính toán ở ngoài mặt phẳng cột lo=1.5m. = > Theo bảng 3.4 [5]: = > = > 0.97 Từ đó: = > Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo công thức: Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra theo các công thức Kiềm tra tương tự với tổ hợp 1. Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng cột Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng. Lực cắt lớn nhất: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(6)+(9)+(10)} => Chọn đường hàn có hf = 6 mm, N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Chọn Thiết kế tiết diện xà ngang đoạn 3.5m. Chọn tổ hợp tải Trường hợp 1: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(8)+(11)} => Trường hợp 2: : Tổ hợp: (1)+(4) => Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Mmax Như tiết diện sơ bộ đã chọn: b = 200 mm , h = 500 mm , ,. Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Độ lệch tâm tương đối: Kiềm tra điều kiện bền Do (vì ) nên tiết diện xà ngang phải kiểm tra bền. Tại tiết diện Mmax: Tại tiết diện đầu xà vừa có M và V: Trong đó: = > Kiểm tra ổn định tổng thể Với xác định như theo Sách Thiết Kế Kết Cấu Thép [5]: Trong đó: lo: chiều dài tính toán ở ngoài mặt phẳng cột lo=1.5m. Theo bảng 3.4 [5]: = > = > = > Vậy tiết diện thỏa điểu kiện ổn định tổng thể Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. = > Tiết diện đã chọn đảm bảo yêu cầu. Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Nmax Độ lệch tâm tương đối: Kiềm tra điều kiện bền Tại tiết diện Mmax: Tại tiết diện đầu xà vừa có M và V: Trong đó: = > Kiểm tra ổn định tổng thể Với xác định như theo Sách Thiết Kế Kết Cấu Thép [5]: Trong đó: lo: chiều dài tính toán ở ngoài mặt phẳng cột lo=1.5m. Theo bảng 3.4 [5]: = > = > = > Vậy tiết diện thỏa điểu kiện ổn định tổng thể Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang Tương tự như với 4.1.5.2.c Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng. Lực cắt lớn nhất: Tổ hợp: (1)+(4) Chọn đường hàn có hf = 6(mm), N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Chọn Thiết kế tiết diện xà ngang đoạn 10.4m. Chọn tổ hợp tải Trường hợp 1: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(9)+(11)} => Trường hợp 2: : Tổ hợp: (1)+ 0.9{(4)+(9)+(10)} => Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Nmax Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Như tiết diện sơ bộ đã chọn: b = 200 mm , h = 300 mm , ,. Độ lệch tâm tương đối: Kiềm tra điều kiện bền Tại tiết diện Mmax: Tại tiết diện đầu xà vừa có M và V: Trong đó: = > Kiểm tra ổn định tổng thể Với xác định như theo Sách Thiết Kế Kết Cấu Thép [5]: Trong đó: lo: chiều dài tính toán ở ngoài mặt phẳng cột lo=1.5m. Theo bảng 3.4 [5]: = > = > = > Vậy tiết diện thỏa điểu kiện ổn định tổng thể Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. = > Tiết diện đã chọn đảm bảo yêu cầu. Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng. Lực cắt lớn nhất: Tổ hợp: (1)+(4) Chọn đường hàn có hf = 6(mm), N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Chọn KHUNG ĐẦU HỒI Sơ đồ tính Qui ước chiều dương của nội lực Giả thiết cột (cột khung chính, cột khung đầu hồi, cột giữa khung đầu hồi)có kích thước như sau: H = 9150 mm , b = 200 mm , h = 350 mm , , Rường ngang có kích thước : Đầu rường : h = 250mm , b = 120 mm , , Các trường hợp tải 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 ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 12: Gió phải ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 13: Gió dọc nhà Nội lực 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 ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 12: Gió phải ( gió theo phương ngang nhà ). Phương án 13: Gió dọc nhà Biểu đồ bao: Bảng tổng hợp moment Cấu kiện Tiết diện Nội lực Phương án chất tải Tĩnh tải HT mái trái HT mái phải HT cả mái Gió trái Gió phải Gió dọc Dmax trái Dmax phải T trái + T phải + T trái - T phải - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) Cột Chân cột M -4.02 -0.10 -2.29 -2.40 100.34 -83.32 -11.68 -4.42 -79.49 -26.65 17.15 26.65 -17.15 N -25.98 -4.86 -0.34 -5.20 7.64 1.82 11.61 -224.32 -70.52 -0.26 1.49 0.26 -1.49 V -1.53 -0.43 -0.36 -0.79 28.60 -20.17 -7.60 -18.02 -16.62 -5.83 2.52 5.83 -2.52 Dưới vai M 5.90 2.70 0.07 2.76 -15.34 3.85 2.49 112.69 28.55 11.22 0.77 -11.22 -0.77 N -22.08 -4.86 -0.34 -5.20 7.64 1.82 11.61 -224.32 -70.52 -0.26 1.49 0.26 -1.49 V -1.53 -0.43 -0.36 -0.79 6.99 -6.65 3.24 -18.02 -16.62 -5.83 2.52 5.83 -2.52 Trên vai M -0.99 2.70 0.07 2.76 -15.34 3.85 2.49 -73.64 -24.60 11.22 0.77 -11.22 -0.77 N -13.72 -4.86 -0.34 -5.20 7.64 1.82 11.61 2.31 -6.09 -0.26 1.49 0.26 -1.49 V -1.53 -0.43 -0.36 -0.79 6.99 -6.65 3.24 -18.02 -16.62 2.90 2.52 -2.90 -2.52 Đỉnh cột M 3.05 3.84 1.03 4.87 -22.20 14.19 -11.95 -25.89 19.45 3.54 -5.90 -3.54 5.90 N -12.13 -4.86 -0.34 -5.20 7.64 1.82 11.61 2.31 -6.09 -0.26 1.49 0.26 -1.49 V -1.53 -0.43 -0.36 -0.79 -1.82 -1.15 7.66 -18.02 -16.62 2.90 2.52 -2.90 -2.52 Cột tường Chân cột M 0.00 -0.19 0.19 0.00 -2.02 2.02 0.00 -1.81 1.81 0.52 -0.52 -0.52 0.52 N -19.94 -5.13 -5.13 -10.26 10.02 9.99 17.05 5.46 5.46 -0.65 -0.65 0.65 0.65 V 0.00 -0.05 0.05 0.00 -0.36 0.35 0.00 -0.31 0.31 0.09 -0.09 -0.09 0.09 Đỉnh cột M 0.00 0.32 -0.32 0.00 1.93 -1.93 0.00 1.66 -1.66 -0.49 0.49 0.49 -0.49 N -15.39 -5.13 -5.13 -10.26 10.02 9.99 17.05 5.46 5.46 -0.65 -0.65 0.65 0.65 V 0.00 -0.05 0.05 0.00 -0.36 0.35 0.00 -0.31 0.31 0.09 -0.09 -0.09 0.09 Xà 10.4m Đầu xà M -3.05 -3.84 -1.03 -4.87 22.20 -14.19 11.95 25.89 -19.45 -3.54 5.90 3.54 -5.90 N -2.02 -1.13 -0.41 -1.54 -0.70 -0.87 9.25 -17.50 -17.33 2.83 2.71 -2.83 -2.71 V -3.29 -4.75 -0.28 -5.03 7.82 1.96 10.38 4.88 -3.63 -0.67 1.11 0.67 -1.11 Cuối xà M -3.89 -3.13 -2.81 -5.94 4.90 6.81 12.07 -0.38 1.29 0.41 -0.08 -0.41 0.08 N -1.04 0.26 -0.30 -0.04 0.68 0.95 12.27 -17.74 -17.29 2.79 2.68 -2.79 -2.68 V 3.41 4.66 0.54 5.19 -4.92 -5.41 -10.40 -0.67 0.25 0.00 -0.14 0.00 0.14 Thiết kế tiết diện cột khung Xác định chiều dài tính toán Với tiết diện tính toán như trên ta tính moment quán tính của cột và xà ngang: Cột: Xà ngang: Chọn phương án cột tiết diện không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột ta có: Trong đó: Ixà,Icột – momen quán tính của tiết diện xà và cột. Trường hợp liên kết cột khung với móng và ngàm: Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức: lx = μ×H = 1.72×9.15 = 15.7 (m) Trong đó: μ – hệ số chiều dài tính toán. H - Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột. 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. Cố định theo phương dọc nhà gồm có xà gồ tường và dầm cầu trục. Liên kết xà gồ với cột không đủ cứng nên chiều dái tính toán ngoài mặt phằng lấy từ chân cốt tới dầm cầu trục là 6.5m và liên kết 1 đầu ngàm 1 đầu khớp nên ly = 0.7×6.5=4.55m. Chọn tổ hợp tải Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất): Trường hợp 1: : Tổ hợp: (1)+(8) => Trường hợp 2: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(6)+(9)} => Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Nmax Như tiết diện sơ bộ đã chọn : H = 9150 mm , b = 200 mm , h = 400 mm , ,. Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Độ lệch tâm tương đối: Độ lệch tâm quy đổi: Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có: Với nội suy có η = 1.423 Suy ra: Kiểm tra bền: Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức sau: Với và me = 0.378 , Tra bảng IV.3 Phục lục Thiết kế khung thép [3,tr 94], nội suy φe = 0.52 Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức (TCXDVN : 338:2005 [4, Điều 5.4.2.5]) : Trước hết ta cần tính trị số momen ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn. Vì cặp nội lực dùng tính toán cột là tại tiết diên dưới vai cột và do trường hợp tải trọng (1)+0.9{(4)+(8)+(10)} gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là: Mômen tưng ứng với trường hợp tải đó tại đỉnh cột: Momen tại tiết diện 1/3 cột từ phia co momen lớn hơn: là mômen tại 1/3 đoạn cột: M’= max() = max() = 76.2 (kN.m) Độ lệch tâm tương đối theo M’: Do nên ta có Trong đó: Theo bảng 2.1 [3] ta có: vì Từ đó: Với λy = 110 tra bảng IV.2 [3], nội suy có jy = 0.537 Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo công thức: Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra theo các công thức Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: do và nên: Ta có: => Bảng bụng và bảng cánh không bị mất ổn định. Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng. Lực cắt lớn nhất: tổ hộp : 1+0.9{4+7+8+10} Chọn đường hàn có hf = 6mm, N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Chọn Thiết kế tiết diện cột tường Xác định chiều dài tính toán Sơ đồ tính của cột tường là 1 đầu ngàm và 1 đầu khớp Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức: lx = μ×H = 0.7×11.5 = 8.05 (m) ly = 0.7×1.5= 1.05 (m) Trong đó: μ – hệ số chiều dài tính toán. H - Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột. Chọn tổ hợp tải Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất): Trường hợp 1: : Tổ hợp: (1)+0.9{(1)+(4)+(8)} => Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Nmax Ta nhận thấy lực dọc lớn rất nhiều so với moment nên tính toán cột tường theo cấu kiện chịu nén đúng tâm. Như tiết diện sơ bộ đã chọn : b = 150 mm , h = 250 mm , ,. Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Kiểm tra bền: Với tra bảng phục lục IV.2 [3] ứng với Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra theo các công thức Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: nên: Ta có: => Bảng bụng và bảng cánh không bị mất ổn định. Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng. Lực cắt lớn nhất Chọn đường hàn có hf = 6(mm), N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Chọn Thiết kế tiết diện xà ngang. Chọn tổ hợp tải Trường hợp 1: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(6)+(8)+(12)} => Trường hợp 2: : Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(6)+(9)+(13)} => Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp Mmax Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: Như tiết diện sơ bộ đã chọn: b = 120 mm , h = 250 mm , ,. Độ lệch tâm tương đối: Kiềm tra điều kiện bền Tại tiết diện Mmax: Tại tiết diện đầu xà vừa có M và V: Trong đó: = > Kiểm tra ổn định tổng thể Với xác định như theo Sách Thiết Kế Kết Cấu Thép [5]: Trong đó: lo: chiều dài tính toán ở ngoài mặt phẳng cột lo=1.5m. Theo bảng 3.4 [5]: = > = > = > Vậy tiết diện thỏa điểu kiện ổn định tổng thể Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. = > Tiết diện đã chọn đảm bảo yêu cầu. Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng. Lực cắt lớn nhất: tổ hộp : 1+0.9{4+9+13} Chọn đường hàn có hf = 6mm, N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Chọn THIẾT KẾ CHI TIẾT KHUNG CHI TIẾT VAI CỘT Nội lực và sơ đồ tính 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 = 852 (kG) ; Dmax = 36680 (kG) Vai cột là 1 dầm côngxon có tiết diện không đổi, moment và lực cắt tại vị trí liên kết công xôn vai cột với bản cánh cột : Sơ bộ tiết diện Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng cánh cột . Giả thiết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục . Chọn sơ bộ bề dày các bản cánh dầm vai . Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào : => chọn Chiều cao của dầm vai xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt (bỏ qua chịu cắt của cánh ) : => chọn Trong đó : Tính đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai: Kiểm tra tiết diện đã chọn Tại tiết diện có ứng suất pháp lớn: Tại tiết diện có ứng suất cắt lớn: Tại tiết diện tiếp xúc của bảng cánh và bảng bụng: Trong đó: Þ Vậy điều kiện bền được thoả mãn. Kiểm tra ổn định cục bộ cánh nén dầm : Với bản cánh cột: Với bản bụng cột: = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp. = > Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. = > Tiết diện đã chọn đảm bảo yêu cầu. ÞVậy điều kiện ổn định được thoả mãn. Tính toán liên kết hàn vai - cột Vai và cột liên kết với nhau bằng đường hàn góc. Chọn chiều cao đường hàn : = > chọn Đường hàn liên kết giữa vai và cánh cột chịu mô men uốn M và lực cắt Q. Chọn đường N42 có: Cường độ chịu cắt của đường hàn:. Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: Dùng phương pháp hàn tay nên: Kiểm tra đường hàn theo tiết diện 1 Chiều dày đường hàn : = > = > Vậy đường hàn thỏa. Kiểm tra đường hàn theo tiết diện 2 Chiều dày đường hàn : = > = > Vậy đường hàn thỏa. CHI TIẾT CHÂN CỘT Tính toán bản đế Nội lực Nội lực để tính chân cột ta lấy nội lực thiết kế cột: Kích thướt bản đế 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 = 300 + 2×10 + 2×50 = 420 (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 B25, Rn = 14.5 (MPa) = 145 (kG/cm2) Chọn chiều dài bản đế : L = 800 (mm). Kiểm tra bảng đế 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 như hình vẽ: 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 Tại ô 1(bản kê 2 cạnh liền kề): a2 = 23.5 cm ; b2 = 10 cm, => = > Tại ô 2 (bản kê 3 canh): a2 = 18.2 cm ; b2 = 20.5 cm, => = > = > Mmax = M2 = 3214 (kG.cm) Vậy ta lấy trị số mômen này để tính chiều dày bản đế cột . , chọn t = 3 cm Tính dầm đế Bề dày( đã chọn): Bề rộng dầm đế bố trí hết chiều rộng bản đế như hình vẽ: Lực truyền xuống vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng: Giả thiết chiều cao đường hàn hf = 8mm. Tổng chiều dài đường hàn tính theo công thức : Chiều cao dầm đế : hdđ = Chọn chiều cao dầm đế hdđ = 34 (cm). Tính sườn A 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: Tính chiều cao dầm đế từ điều kiện bền của cấu kiện chịu uốn: => chọn hdđ = 18 (cm) Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương: = > Thõa điều kiện Kiểm tra tiết diện đường hàn: Giả thiết chiều cao đường hàn hf = 8(mm). Kiểm tra ứng suất đường hàn: Vậy chọn hdđ=18 (cm) Tính sườn B 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: Bề rộng truyền tải vào sườn là: Sơ bộ chọn chiều dày dầm đế . Tính chiều cao sườn từ điều kiện bền của cấu kiện chịu uốn: => chọn hdđ = 18 (cm) Kiểm tra lại tiết diện sườn đã chọn theo ứng suất tương đương: = > Thõa điều kiện Kiểm tra tiết diện đường hàn: Giả thiết chiều cao đường hàn hf = 8(mm). Kiểm tra ứng suất đường hàn: Vậy chọn hdđ=18 (cm) Tính bulông neo ở chân cột: Từ bảng chọn tổ hợp nội lực chân cột gây kéo nhiều nhất ho các bu lông neo: Chiều cao vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là . Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến trọng tâm nhóm bu lông neo là 12.6 (cm). Trục tung hòa ngay vị trí có ứng suất bằng 0. Ta xác định được: Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện cột đến trọng tâm vùng chịu nén: Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trọng tâm nhóm bu lông chịu kéo : Xét tổng momen tại trọng tâm vùng nén ta có phương trình: = > Tổng lực kéo trong thân các con bu lông neo ở phía chân cột: Chọn bu lông có cấp độ bền la 5.6 có: Diện tích cần thiết của 1 bu lông neo: Chọn bu lông có Vậy bố trí 8 con bu lông có . LIÊN KẾT CỘT VỚI XÀ NGANG Tính bu lông liên kêt Từ bảng tổ hợp nội lực chọn tổ hợp nội lực gây kéo bu lông nhiều nhất, chọn tổ hợp (1)+(7) có moment tương đối lớn và lực dọc là lực gây kéo: Chọn bu lông cường có cấp độ bền 5.6 và bố trí như hình vẽ: Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, vơi kích thước lấy như sau: Bề dày: Bề rộng: Chiều cao: Ta có tâm quay của mặt bích tại trọng tâm cánh nén tiết diện cột. Chuyển nội lực về trục quay(cánh nén tiết diện cột): Lực tác dụng lên 1 bu lông ngoài cùng do momen và lực dọc tác dụng vào: = > Đường kính bu lông từ điều kiện chịu kéo: = > Chọn Kiểm tra bu lông chịu lực cắt: Vậy bu lông đủ khả năng chịu cắt. Kiểm tra điề kiện ép mặt của bu lông: Vậy thép đủ khả năng chịu ép mặt. Tính mặt bích Xác định từ điều kiện cân bằng giới hạn khi uốn: Và = > chọn t = 1.8cm. Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột với mặt bích Chiều dài đường hàn cánh Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài(kể cả sườn): Lực kéo trong bản cánh ngoài do momen và lực dọc: Vậy chiều cao đường hàn cần thiết: Chiều dài đường hàn bụng: Vậy ta chọn cho cả bụng và cánh. MỐI NỐI ĐỊNH XÀ Tính bu lông liên kêt Từ bảng tổ hợp nội lực chọn tổ hợp nội lực gây kéo bu lông nhiều nhất, chọn tổ hợp (1)+(7) có moment tương đối lớn và lực dọc là lực gây kéo: Chọn bu lông cường có cấp độ bền 5.6 và bố trí như hình vẽ: hình Phía cánh ngoài của xà bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, vơi kích thước lấy như sau: Bề dày: Bề rộng: Chiều cao: Ta có tâm quay của mặt bích tại trọng tâm cánh nén tiết diện cột. Chuyển nội lực về trục quay(cánh nén tiết diện cột): Lực tác dụng lên 1 bu lông ngoài cùng do momen và lực dọc tác dụng vào: = > Đường kính bu lông từ điều kiện chịu kéo: = > Chọn Kiểm tra bu lông chịu lực cắt: Vậy bu lông đủ khả năng chịu cắt. Kiểm tra điề kiện ép mặt của bu lông: Vậy thép đủ khả năng chịu ép mặt. Tính mặt bích Xác định từ điều kiện cân bằng giới hạn khi uốn: Và = > chọn t = 1.6 (cm). Tính toán đường hàn liên kết tiết diện xà với mặt bích Chiều dài đường hàn cánh Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài(kể cả sườn): Lực kéo trong bản cánh ngoài do momen và lực dọc: Vậy chiều cao đường hàn cần thiết: Chiều dài đường hàn bụng: Vậy ta chọn cho cả bụng và cánh. MỐI NỐI XÀ( Ở NHỊP) Tính bu lông liên kêt Từ bảng tổ hợp nội lực chọn tổ hợp nội lực gây kéo bu lông nhiều nhất, chọn tổ hợp (1)+(7) có moment tương đối lớn và lực dọc là lực gây kéo: Chọn bu lông cường có cấp độ bền 5.6 và bố trí như hình vẽ: Hình Phía cánh ngoài của xà bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, vơi kích thước lấy như sau: Bề dày: Bề rộng: Chiều cao: Ta có tâm quay của mặt bích tại trọng tâm cánh nén tiết diện cột. Chuyển nội lực về trục quay(hàng bu long đầu tiên): Lực tác dụng lên 1 bu lông ngoài cùng do momen và lực dọc tác dụng vào: = > Đường kính bu lông từ điều kiện chịu kéo: = > Chọn Kiểm tra bu lông chịu lực cắt: Vậy bu lông đủ khả năng chịu cắt. Kiểm tra điề kiện ép mặt của bu lông: Vậy thép đủ khả năng chịu ép mặt. Tính mặt bích Xác định từ điều kiện cân bằng giới hạn khi uốn: Và = > chọn t = 1.4 (cm). Tính toán đường hàn liên kết tiết diện xà với mặt bích Chiều dài đường hàn cánh Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài(kể cả sườn): Lực kéo trong bản cánh ngoài do momen và lực dọc: Vậy chiều cao đường hàn cần thiết: Chiều dài đường hàn bụng: Vậy ta chọn cho cả bụng và cánh. THIẾT KẾ DẦM CẦU TRỤC: Chọn dầm cầu trục chữ I có các kích thước như sau: h = 800 mm, b = 300 mm, tf = 14 mm, tw = 10 mm. Dầm cầu trục sử dụng có sức tải Q = 20(T), nên chọn tiết diện dầm hãm chính là cánh trên của dầm cầu trục. Dầm cầu trục làm việc như dầm đơn giản gối tại các vai cột. Liên kết cánh trên của dầm cầu trục với cánh cột bằng thép L90x9 và bản thép tiết diện 360x120x10. Sơ đồ tính và nội lực Lực dọc cầu trục Sơ đồ kiểm tra ứng suất tiết diện dầm cầu trục theo giả thiết đơn giản. Nội lực tính toán do áp lực thẳng đứng P gây ra: Với dầm đơn giản, nội lực tính toán được xác định dựa theo nguyên tắc Vinke, tức là momen Mmax sẽ xuất hiện nếu như hợp lực R của tất cả các lực tác dụng lên dầm đối xứng qua điểm giữa dầm với một lực P gần R nhất, thì tại tiết diện đặt lực P đó sẽ có giá trị Mmax. Theo đó ta xác định được vi trí tải trọng nguy hiểm như sau: Hình vẽ: Ta tính được phản lực gối: Dựa vào sơ đồ tải trọng ta tính được momen lớn nhất trong dầm là: Trong đó: P = k1.n.nc.Pmax k1 : hệ số động lực, với dầm cầu trục làm việc trung bình k1 = 1. n = 1.1: Hệ số vượt tải. nc : Hệ số tổ hợp, khi tính với hai dầm cầu trục làm việc trung bình thì nc = 0,85. Pmax = 13.8 (T). = > Lực cắt lớn nhất Qmax trong dầm đơn giản sẽ xuất hiện khi một trong các lực tác dụng đặt trực tiếp lên gối, các lực còn lại đặt gần gối nhất: Ta tính được phản lực gối: Dựa vào sơ đồ nên tính được lực cắt lớn nhất trong dầm là: Trọng lượng bản thân dầm cầu trục và hoạt tải sữa chữa chưa trên dầm chưa kể đến bằng cách nhân Mmax và Qmax với hệ số α. α = 1,03; 1,05; 1,08 ứng với nhịp dầm = 6m, 12m, 18m. Chọn α = 1,05 Lực hãm T Vì điểm đặt lực ngang T cùng vị trí với áp lực thẳng đứng P nên mô men uốn tính toán My và lực cắt tính toán Qy do lực hãm ngang T gây ra cũng được xác định như khi tính Mmax và Qmax: Kiểm tra tiết diện đã chọn Do dầm cầu trục có tiết diện đối xứng nên ứng xuất pháp lớn nhất tại điểm A ở cánh trên dầm cầu trục chịu uốn đồng thời Mx và My: Các đặc trưng hình học: Điều kiện bền: Ứng xuất tiếp ở bụng dầm cầu trục kiểm tra theo lực cắt lớn nhất Qx: Trong đó: Ix : momen quán tính của tiết diện dầm cầu trục. Sx : momen tĩnh của một nữa tiết diện dầm cầu trục đối với trục x-x Kiểm tra ổn định cánh trên dầm cầu trục theo phương ngoài mặt phẳng dầm: Trong đó: (ddh chiều cao dầm hãm). (d =1m khoảng cách hai tâm nút dàn.) : tiết diện cánh trên: : momen chống uốn bản cánh trên lấy với trục y thẳng đứng: : hệ số uốn dọc của tiết diện cánh trên lấy với trục y: => Chiều dài tính toán la khoảng cách d giữa 2 nút giằn: d=1m. Tra bảng 4.4 [5,tr 311] => Kiểm tra ứng suất cục bộ ở bản bụng dầm, chỗ tiếp giáp với bản cánh do tác dụng trực tiếp của áp lực bánh xe : Trong đó: Ip – Tổng momen quán tính bản thân cánh dầm cầu trục và ray C = 3,25 đối với dầm tổ hợp hàn. Bỏ qua momen quán tính của ray: Kiểm tra ứng suất tương đương tại vị trí tiếp giáp giữa bản bụng và bản cánh dầm cầu trục: Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng dầm cầu trục: + Bản cánh dầm cầu trục: → thõa. + bản bụng dầm cầu trục: Bản bụng không thõa ổn định, Kiểm tra điều kiện độ võng: Mô hình kết quả tính toán trong phần mềm SAP2000, độ võng của dầm cầu trục: Độ võng giới hạn: →Độ võng dầm cầu trục thõa mãn. Liên kết bản cánh với bản bụng: Liên kết sử dụng que hàn , hàn tay fwf=1800 kG/cm2, Rws=1550 kG/cm2 Chọn hf = 6 (mm).