Thuyết minh đồ án thép

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP ---------------&&&--------------- I. SỐ LIỆU CHO TRƯỚC: 1.1. Mã đề 1312 ứng với các số liệu sau: Nhịp nhà: L=18m Chiều dài nhà: D=17B=17.6=102m Cao trình ray: H1=7,5m Sức trục: Q=16T Áp lực gió tiêu chuẩn W0 lấy theo TCVN 2737 lấy tại Nghệ An, chiều cao dầm cầu chạy tự chọn Độ dốc mái i=10% 1.2. Vật liệu sử dụng: - Kết cấu khung: thép CCT34 có cường độ f=2100daN/cm2, que hàn N42 hoặc tương đương - Kết cấu bao che: mái tôn, tường xây gạch, móng bêtông cốt thép cấp độ bền B20 1.3. Liên kết sử dụng: Hàn và bulông II. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CỦA KHUNG: 2.1. Theo phương ngang nhà: Vì nhà có cầu trục với sức trục nâng Q=16T<30T nên khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị a=0m (trục định vị trùng với mép ngoài của cột) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: Trong đó: + L=18m nhịp nhà + LK nhịp cầu trục LK=16,5m Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu về độ cứng: chọn h=0,5m Khoảng cách từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong của cột: z= L1-h=0,75-0,5=0,25m=25cm > zmin=18cm 2.2. Theo phương thẳng đứng: - Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H2=Hk+bk=1,14+0,3=1,44m => chọn H2=1,5m Trong đó: + HK-chiều cao gabarit của cầu trục, là khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của cầu trục HK=1,14m +bK-khe hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang, lấy không nhỏ hơn 20cm chọn bK=0,3m - Chiều cao cột tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: H=H1+H2+H3=7,5+1,5+0=9,0m trong đó: + H1-là cao trình đỉnh ray +H3-là phần cột chôn dưới nền, xem mặt móng tại cốt nên H3=0 Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang(phần cột trên): Ht=H2+Hdct+Hr Trong đó: +Hdct- là chiều cao dầm cầu trục, được chọn sơ bộ theo công thức chọn Hdct=0,7m +Hr- là chiều cao của ray và đệm, chon sơ bộ Hr=0,2m Vậy Ht=1,5+0,7+0,2=2,4m - Chiều cao của phần cột dưới: Hd=H-Ht=9,0-2,4=6,6m Ghi chú: - Các giá trị HK ; bK và zMin tra bảng II.3 số liệu cầu trục/Sức nâng 5-32 tấn, chế độ làm việc trung bình - Thiết kế khung thép nhà Công nghiệp một tầng một nhịp-tác giả Phạm Minh Hà ứng với sức trục Q=16T  2.3.Sơ đồ tính toán khung ngang : Chọn tiết diện cột không đổi với độ cứng cột là I1. Nhịp nhà 18m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 3m. Với đoạn xà dài 3m độ cứng ở đầu xà và cuối xà là (giả thiết độ cứng của xà và cột tại chổ liên kết xà-cột là như nhau) I1 và I2. Giải thiết tỷ số độ cứng « theo Thiết Kế Khung Thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tác giải Phạm Minh Hà-trang 16 » Do nhà công nghiệp có cầu trục nên chọn liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm tại mặt móng tức cốt . Liên kết giữa cột với xà ngang cũng là liên kết ngàm (liên kết cứng) nhằm mục đích tăng độ cứng và giảm độ biển dạng của khung SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG III. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG : 3.1. Tải trọng thường xuyên(tỉnh tải : Độ dốc mái nên Tải trọng tỉnh tải tác dụng lên khung bao gồm: Trọng lượng của các tấm lợp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục. - Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái 0,15kN/m2. Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m. Tải trọng tỉnh tải tác dụng lên xà ngang : Trong đó: + n1 và n2 các hệ số vượt tải của mái tôn và xà ngang. chọn n1=1,1 và n2=1,05 + g1= 0,15kN/m2 và g2=1kN/m + B=6m là bước cột. - Trọng lượng bản thân tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự với mái là 0,15kN/m2 (từ cốt đến cốt xây tường gạch, phần còn lại dùng tấm tôn để lợp và khi tính toán ta bỏ qua phần tường xây cao 1,5m) và quy về thành lực tập trung đặt ở đỉnh cột: Trong đó: H=9,0m là chiều cao cột - Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m. Quy thành tải tập trung và mômen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột :  ; SƠ ĐỒ TỈNH TẢI 3.2. Hoạt tải mái : Tra bảng 3-tải trọng phân bố đều trên sàn và cầu thang theo cuốn TCVN2737-1995 có trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái thi công hoặc sữa chữa mái (mái tôn) là 0,3kN/m2. Quy đổi về tải phân bố đều tác dụng lên xà ngang : SƠ ĐỒ HOẠT TẢI MÁI NỬA TRÁI SƠ ĐỒ HOẠT TẢI MÁI NỬA PHẢI 3.3. Tải trọng gió : Tra bảng phụ lục E-phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính và bảng bảng 4- giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng gió áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam ứng với dịa hình thành phố vinh ta có: W0=1,25kN/m2. Hệ số vượt tải chọn n=1,2 Tải trọng gió tác dụng vào khung gồm 2 thành phần: gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái. Căn cứ vào dạng mặt bằng và độ dốc mái, các hệ số khí động có thể xác định theo sơ đồ trong bảng 6-bảng chỉ dẫn xác định hệ số khí động-TCVN 2737-1995 kết hợp với nội suy ta được : Ce1=-0,543; Ce2=-0,4; Ce3=-0,4; Ce=+0,8(ứng với phía gió đẩy) SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG Tra bảng 5-Bảng hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình-TC2737-1995 và nội suy ta có: k=0,976 Tải trọng gió tác dụng lên cột: Phía đón gió: Phía khuất gió: Tải trọng tác dụng lên mái : Phía đón gió: Phía khuất gió: GIÓ TRÁI SANG GIÓ PHẢI SANG 3.4. Hoạt tải cầu trục : Tra bảng II.3 Sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tâng, một nhịp-Tác giả Phạm Minh Hà ta có : Bảng các thông số cần trục sức nâng Q=16T Nhịp LK(m) Ch.Cao Gabarit HK (mm) K.Cách ZMin (mm) B.rộng Gabarit BK (mm) Bề Rộng đáy KK(mm) T.Lượng cần trục G(T) T.Lượng xe con Gxc(T) Áp lực PMax (kN) Áp lực PMin(kN) 16,5 1140 180 3860 2900 7,72 1,19 97,7 20,9 Áp lực đứng của cầu trục tải trọng thảng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách bằng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định được các tung độ yi 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 : ở trên : 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: Trị số của các mômen lệch tâm tương ứng:  ; ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐỂ XÁC ĐỊNH DMax VÀ DMin Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục DMax LÊN CỘT TRÁI DMax LÊN CỘT PHẢI Lực hãm ngang của cầu trục: Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục : T0=0,5Kf(Q+Gxc)=0,5.0,1.(160+11,9)=8,595kN Trong đó: + Kf-Hệ số ma sát chọn kf=0,1 + Sức nâng thiết kế của cầu trục: Q=16T=160kN + Gxc=11,9kN là trọng lượng bản thân xe con Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray: Trong đó: + n0=2 là số bánh xe cầu trục ở một bên ray Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục LỰC HÃM CỘT TRÁI LỰC HÃM CỘT PHẢI IV. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC : Lựa chọn sơ bộ tiết diện của các cấu kiện: - Kích thước cột: chiều cao cột h=50cm; bề rộng bản cách bf=(0,3÷0,5)h=(15÷25)=> chọn bf=20cm. Chiều dày bản bụng chọn tw=0,8cm; bề dày bản cách tf=1cm - Kích thước tiết diện xà ngang: Đối với Xà 3M: h=35cm; bf=20cm; tw=0,8cm và tf=1cm Đối với Xà 6M: h=25cm; bf=20cm; tw=0,8cm và tf=1cm Ghi chú: kích thước tiết diện khai báo trong chương trình Sap2000 để chạy nội lực chính là tiết diện lựa chọn sơ bộ như trên Nội lực trong khung ngang được xác định cho từng trường hợp tải bằng phần mềm SAP 2000. Cấu Kiện Tiết Diện Nội Lực Tổ Hợp Cơ Bản 1 Tổ Hợp Cơ Bản 2 Mmax; Ntư Mmin; Ntư Nmax; Mtư Mmax; Ntư Mmin; Ntư Nmax; Mtư CỘT Chân Cột 1;5 1;6 1;7;9 1;5;7;11 1;4;6;8;12 1;4;7;9 M 227.631 -120.810 -67.431 240.216 -222.211 -99.337 N 12.405 -2.007 -279.164 -212.552 -74.543 -273.607 V 67.410 -27.540 -27.939 56.586 -48.850 -36.335 Dưới Vai 1;7;9 1;5 1;7;9 1;4;7;9 1;4;7;9 M 116.970 -64.162 116.970 140.477 140.477 N -279.164 12.405 -279.164 -273.607 -273.607 V -27.939 21.012 -27.939 -36.335 -36.335 Trên Vai 1;4 1;5 1;4 1;5;;7;11 1;4;8;12 M 65.113 -67.312 65.113 -110.160 47.714 N -47.248 18.705 -47.248 16.876 -47.763 V -21.579 21.012 -21.579 14.827 -33.324 Đỉnh Cột 1;4 1;5 1;4 1;4;8;12 1;4;8;12 M 116.902 -97.495 116.902 127.690 127.690 N -47.248 18.705 -47.248 -47.763 -47.763 V -21.579 4.140 -21.579 -33.324 -33.324 Xà 3M Đầu Xà 1;5 1;4 1;8;12 1;5;7;11 1;4;8;12 1;4;8;12 M 97.495 -116.902 -73.273 112.795 -127.690 -127.690 N 6.722 -25.432 -26.608 -7.705 -37.170 -37.170 V 25.614 -37.453 -18.922 25.218 -36.797 -36.797 Cuối Xà 1;5 1;8;12 1;8;12 1;5;7;11 1;4;8;12 1;4;8;12 M 32.572 -25.494 -25.494 46.908 -35.586 -35.586 N 5.906 -25.993 -25.993 -8.378 -35.920 -35.920 V 17.454 -12.772 -12.772 18.489 -24.302 -24.302 Xà 6M Đầu Xà 1;5 1;8;12 1;8;12 1;5;7;11 1;4;8;12 1;4;8;12 M 32.572 -25.494 -25.494 46.908 -35.586 -35.586 N 5.906 -25.993 -25.993 -8.378 -35.920 -35.920 V 17.454 -12.772 -12.772 18.489 -24.302 -24.302 Cuối Xà 1;4 1;6 1;8;12 1;4 1;6;8;12 1;4;8;12 M 42.766 -23.467 14.438 40.473 -24.003 35.606 N -21.472 3.965 -24.763 -20.349 -10.528 -33.421 V 2.147 -1.957 -0.472 2.035 -3.005 0.688 Chèn bảng xuất nội lực và tổ hợp nội lực vào V. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT : 5.1. Xác định chiều dài tính toán : Lựa chọn phương án tiết diện cột không đổi. Tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết của cột và xà là I1/I1=1 (I1-là độ cứng của cột cũng là độ cứng của tiết diện đầu xà 3m). Tỷ số độ cứng đứng vị của xà và cột là: Trong đó : - H là chiều cao cột tính từ cốt ±0.00 đến đỉnh cột (H=9,0m) - L là nhịp nhà (L=18m) Vì cột liên kết với móng là liên kết ngàm nên hệ số chiều dài tính toán: Vậy chiều dài tính trong mặt phẳng khung của tiết diện cột không đổi được xác định: Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung ly lấy bằng các điểm khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà. Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ Z với khoảng cách 2,2m, nên . 5.2. Chọn và kiểm tra tiết diện: 5.2.1 Lựa chọn tiết diện cột: Diện tích tiết diện cột chọn sơ bộ như trên. TIẾT DIỆN CỘT 5.2.2. Kiểm tra tiết diện cột: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực bất lợi nhất dùng để tính toán đó là cặp sau: M=116,97kNm; N=-279,164kN; V=-27,939kN Dây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai cột, trong bảng tổ hợp nội lực do trường hợp tải trọng 1,7,9 gây ra Các đặc trương hình học của tiết diện cột đã chọn như trên: Diện tích tiết diện: A=0,8.48+2.(1.20)=78,4cm2 Mô men quán tính theo phương x: Moomen quán tính theo phương y:  ; ; Độ lệch tâm tương đối: Tra bảng phụ lục IV.5 hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết diện ứng với loại tiết diện 5 “Trang 98-Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhị, tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta có: + Khi thì + Khi thì Nội suy ta được: Vậy độ lệch tâm quy đổi: 5.2.2.1.Kiểm tra bền: Vì không cần kiểm tra bền 5.2.2.2.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể: Với và , tra “bảng IV.3 hệ số để kiểm tra ổn định của cấu kiện tiết diện đặc, chịu nén lệch tâm(nén uốn), mặt phẳng tác dụng của Moomen trùng với mặt phẳng đối xứng-trang 94, Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp, tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” và nội suy ta có: - Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm theo công thức: thõa mãn điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn - Điều tkiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức: 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 1,7,9 gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là: Vậy trị số Mômen tại 1/3 chiều cao cột dưới tính từ tiết diện vai cột: Vậy trị số Mômen quy ước được tính: Độ lệch tâm tương đối theo M’: Vì mx<5 nên hệ số xét đến ảnh hưởng của Mômen uốn và hình dạng của tiết diện đến khả năng ổn định ngoài mặt phẳng của cột tính theo công thức: Ta có: ứng với mx=1,3cm; nên tra “bảng 2.1 Hệ số đối với tiết diện chữ I hoặc chữ T-trang 26- Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp- tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta được: và Nên Với Tra “Bảng phụ lục IV.2.Hệ số uốn dọc cấu kiện nén đúng tâm- trang 93- Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp- tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” và nội suy ta có: Vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra: thỏa mãn Vậy tiết diện cột lựa chọn thõa mãn điều kiện ổn định tổng thể. 5.2.2.3.Kiểm tra điều ổn định cục bộ: - Với bản cánh: Bề rộng tính toán của cột Vì,nên Vậy điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh kiểm tra theo công thức: Tiết diện bản cánh thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ - Với bản bụng: Ôn định cục bộ của bản bụng cột được kiểm tra theo công thức sau: Với tra “Bảng 2.2. Giá trị giới hạn với tiết diện cột chữ I-trang 28- Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp- tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta có Vậy do vậy bản bụng cột bị mất ổn định cục bộ, coi như chỉ có phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc. Bề rộng của phần bụng này là: Diện tích cột không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộnên không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể. Kiểm tra chuyển vị ngang ở đỉnh cột: VI. THIẾT KẾ XÀ NGANG: 6.1.Thiết kế tiết diện Xà 3M (đoạn xà có tiết diện thay đổi): Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực tính toán: N=-37,170kN M=-127,690kNm V=36,797kN Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong bảng tổ hợp nội lực do các trường hợp tải 1,4,8,12 6.1.1 Lựa chọn tiết diện: Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà có thể xác định theo công thức: Bề dày bản bụng xác định từ kiện chịu cắt. và chọn Chiều cao tiết diện xác định theo chi phí tối ưu về chi phí vật liệu: thiên về an toàn chọn h=35cm Diện tích cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức: Theo yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước bản cánh được chọn như sau: ; Chọn bf=20cm và tf=1cm TIẾT DIỆN XÀ 3M 6.1.2. Kiểm tra tiết diện: Các đặc trưng hình học tiết diện xà - Diện tích tiết diện: A=0,8.33+2.(1.20)=66,4cm2 Mô men quán tính theo phương x: Độ lệch tâm tương đối: 6.1.2.1.Kiểm tra bền: Vì mx=28,58cm>20cm; mà (vì )nên tiết diện xà được tính toán và kiểm tra bền theo công thức: Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chổ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo công thức: trong đó: Ở trên :- mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: Vậy tiết diện xà thão mãn điều kiện bền 6.1.2.1.Kiểm tra điều kiện ổn định cánh và bản bụng: Chiều dài tính toán Vậy bản bụng không mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén (không phải đặt sườn dọc). Vậy bản bụng không mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp (không phải đặt sườn ngang). Vậy bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng) Kết luận: Tiết diện xà đã chọn đạt yêu cầu. Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chổ tiếp giáp với cột) và cột đã chọn phù hợp với giả thiết ban đầu là bằng nhau 6.2.Thiết kế tiết diện Xà 6M (đoạn xà có tiết diện không thay đổi): Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực tính tính toán: M=42,766kNm N=-21,472kN V=2,147kN Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong bảng tổ hợp nội lực do các trường hợp tải 1,4 gây ra 6.2.1.Lựa chọn tiết diện: Mômen kháng uốn cần thiết của tiết diện xà ngang: Chọn sơ bộ chiều dày bản bụng là 0,8cm. Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu: => chọn h=25cm (thiên về an toàn) Chiều dày bản bụng được xác định từ điều kiện lực cắt Theo điều kiện cấu tạo thì tw>0,6cm=> chọn tw=0,8cm=> thỏa mãn với giả thiết trên. Diện tích cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức: Theo yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước bản cánh được chọn như sau: ; Chọn bf=20cm và tf=1cm TIẾT DIỆN XÀ 6M 6.2.1.Kiểm tra tiết diện: Các đặc trưng hình học tiết diện xà - Diện tích tiết diện: A=0,8.23+2.(1.20)=58,4cm2 - Mô men quán tính theo phương x: Độ lệch tâm tương đối: 6.2.1.1.Kiểm tra theo điều kiện bền: Vì mx=22,1cm>20cm; mà (vì )nên tiết diện xà được tính toán và kiểm tra bền theo công thức: tương tự trên, cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức: trong đó: Ở trên :- mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: Vậy tiết diện xà thão mãn điều kiện bền 6.2.1.1.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ: Vì tiết diện xà đã chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn xà 4m nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng. VII.THIẾT KẾ XÀ GỒ: 7.1.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 lấy sơ bộ 0,15 và hoạt tải mái sửa chữa lấy theo tiêu chuẩn 0,3 Chọn khoảng cách bố trí xà gồ trên mặt bằng là 1m. Khoảng cách bố trí xà gồ trên mặt phẳng mái là: - Tĩnh tải. - Hoạt tải. Vậy: 7.2.Chọn tiết diện xà gồ: Chọn xà gồ gồ thép hình chữ C cuốn nguội có số hiệu 6CS2,5x059 Tra “bảng phụ lục II.1-Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg Phạm Minh Hà và Đoàn Tuyết Ngọc” ta có các thông số sau: ; ; ; ; ; Các đặc trưng hình học: TIẾT DIỆN XÀ GỒ Xà gồ dưới tác dụng của tĩnh tải mái và hoạt tải sữa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên. Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ theo 2 phương với trục x-x và trục y-y. Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y: Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x là dầm liên tục có nhịp B/2=3m vì ở giữa xà theo phương x-x có bố trí giằng, theo phương y-y sơ đồ tính là dầm đơn giản có nhịp B=6m kê lên 2 gối tựa là các xà ngang. Mômen: Hình 3.2 7.3.Kiểm tra tiết diện: 7.3.1.Kiểm tra điều kiện bền: Điều kiện bền được kiểm tra theo công thức sau: 7.3.2.Kiểm tra điều kiện biến dạng: Xà gồ biến dạng theo 2 phương, tuy nhiên biến dạng theo phương x-x là không đáng kể nên ta chỉ xét biến dạng theo phương y-y. Theo TCXDVN 338 : 2005, độ võng cho phép của xà gồ mái là B/200. Ta có: Như vậy tiết diện xà gồ đã chọn thoả mãn điều kiện chịu lực và điều kiện biến dạng. VIII. THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT: 8.1.Vai cột: Mômen uốn và lực cắt tại chổ liên kết công xôn vai cột với bản cánh cột: Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng bản cánh cột . Giả thiết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục là bdct=20cm. chọn sơ bộ bản cánh dầm vai Bề dày bản dầm vai dầm vai được xác định theo điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào: chọn Chiều cao dầm vai được xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt theo công thức: Chọn Các đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai: Trị số ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại chổ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng dầm vai : ` CẤU TẠO VAI CỘT 8.2.Kiểm tra tiết diện vai cột : 8.2.1.Kiểm tra điều kiện bền : Điều kiện bền: Tiết diện đã chọn thõa mãn điều kiện bền 8.2.2.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng : - Với bản cánh : bản cánh không mất ổn định cục bộ - Với bản bụng : bản bụng không mất ổn định cục bộ Theo điều kiện cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vào vai cột hf=0,8cm Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai vào bản cánh của cột được xác định như sau: Phía trên cánh(dùng 2 đường hàn góc): lw=20-1=19cm Phía dưới cánh (dùng 4 đường hàn góc): Với bản bụng (dùng 2 đường hàn góc): lw=48-1=47cm Vậy diện tích 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): Khả năng chịu lực của các đường hàn trong liên kết được kiểm tra theo công thức: Vậy khả năng chịu lực của đường hàn đảm bảo Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau: + Chiều cao: + Bề rộng: chọn bs=6cm + Bề dày: chọn ts=0,8cm 8.2.Chân cột: 8.2.1.Tính toán bản đế: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại chân cột: M=240,216kNm N=-212,552kN V=56,586kN Căn cứ vào kích thước tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột cho trường hợp có vùng kéo trong bêtông móng với 4 bulông neo ở một phía chân cột. Chiều dài bản đế: Bề rộng bản đế: Trong 2 công thức trên: + h chiều cao tiết diện cột, b bề rộng bản cánh + Các kích thước c1;c2 và tddchọn sơ bộ như sau: ; ; Mặt khác chiều dài bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bêtông móng: ở trên ứng với móng bêtông cốt thép cấp độ bền B20 có Rb=1,15kN/cm2 và hệ số tăng cường độ - tương ứng kích thước mặt móng là (0,4x0,8)m2 từ đó Rb,loc=1.1,16.1,15=1,33kN/cm2 vậy chọn Lbd=72cm kiểm tra kích thước bản đế theo ứng suất phản lực tại đế móng phía dưới bản đế: Kích thước bản đế chọn thỏa mãn điều kiện áp lực tại đế móng Bề dày bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực trong bêtông móng. Trong đó: + MMax là giá trị mômen uốn lớn nhất trong các ô bản đế được tính với di-là nhịp tính toán của ô bẻn đế thứ i; -ứng suất phản lực của bêtông móng trong ô bản thứ i; -hế số tra bảng. Để tính toán ta sử dụng tam giác đồng dạng và xác định được các như trên hình vẽ. Xét ô bản 1(bản kê 3 cạnh): Có d1=a2=246+4=250mm; b2=96+80=176mm; tỷ số b2/a2=176/250=0,7040,7. Tra bảng 2.4-Hệ số với bản kê 3 cạnh hoặc hai cạnh liền kề-Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg Phạm Minh Hà và Đoàn Tuyết Ngọc” ta được: với ứng suất phản lực dưới đế móng xác định theo công thức Vậy: Xét ô bản 2(bản kê 2 cạnh liền kề): Có ; ; tỷ số b2/a2=88/2030,43. Tra bảng 2.4-Hệ số với bản kê 3 cạnh hoặc hai cạnh liền kề-Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg Phạm Minh Hà và Đoàn Tuyết Ngọc” ta được: với ứng suất phản lực dưới đế móng xác định theo công thức Vậy: và bề dày bản đế chọn trong khoảng , không nhỏ hơn 1,2cm. Vậy chọn t=3cm 8.2.2.Tính toán dầm đế: Kích thước dầm đế lựa chọn: + Bề dày: tdd=0,8cm + Bề rộng: bdd=Bdd=36cm + Chiều cao hdd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đảm bảo đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lự của bêtông móng. Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bêtông móng: Theo điều kiện cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm đé vào cột là hf=0,8cm. Vậy chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột: Vậy chọn chiều cao dầm đế là hdd=28cm 8.2.3.Tính toán sườn A: Sơ tính sườn là dầm công xôn ngàm vào bản bụng của cột bằng 2 đường hàn liên kết. Chiều dài tính toán ls=17,6cm. Tải trọng tác dụng lên sườn: Mômen và lực cắt tại tiết diện ngàm: SƠ ĐỒ TÍNH SƯỜN NGANG Chọn sơ bộ chiều dày sườn ts=0,8cm. Chiều cao sườn xác định theo điều kiện chịu uốn: Chọn hs=24cm. Kiểm tra điều kiện bền tiết diện sườn: Theo điều kiện cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột là hf=0,8cm=tw. Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn này sẽ là: Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo điều kiện: Vậy đường hàn đủ bền. 8.2.4.Tính toán sườn B: Với bề rộng diện truyền tải vào sườn B sẽ là: Tính toán sườn B như dầm công xôn gàm vào dầm đế, chiều dài tính toán ls=10,2cm vậy: Tải trọng tác dụng lên sườn: Mômen và lực cắt tại tiết diện ngàm: SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN SƯỜN B Chiều dày sườn chọn ts=0,8cm.Chiều cao sườn xác định theo điều kiện chịu uốn: Chọn hs=26cm. Kiểm tra điều kiện bền tiết diện sườn: Vậy tiết diện sườn đã chọn thoả mãn điều kiện bền Theo điều kiện cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào bản cách cột là hf=0,8cm=tw. Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đường hàn này sẽ là: Khả năng chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo điều kiện: Vậy đường hàn đủ bền. 8.2.5.Tính toán bu lông neo: Bu lông neo được tính toán với cặp nội lực gây kéo lớn nhất ở chân cột. từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực gây kéo nhiều nhất là: M=240,216kNm N=-212,552kN V=56,586kN Đây là cặp nội lực dùng để tính toán chân cột, do các trường hợp tải 1;5;7;11 gây ra. Chiều dài vùng bêtông chịu nén dưới bán để là: c=38,7cm. Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6cm. Nên ta xác định được: - Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trọng tâm tiết diện cột là: - Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trục bu lông neo chịu kéo phía đối diện: y=Lbd-c/3-6=72-38,7/3-6=53,1cm Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột tính theo công thức: Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở một phía chân cột: Với Tmax=T1 Tra “tra bảng phụ lục I.9 và I.10-trang 79-Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tgPhạm Mạnh Hà và Đoàn Tuyết Ngọc” chọn bu lông với cấp độ bền 5.8 có fvb=200N/mm2. Diện tích cần thiết của bu lông neo: “Tra bảng phụ lục II.2 –trang 86-Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg Phạm Mạnh Hà và Đoàn Tuyết Ngọc” Chọn bu lông có Abn=4,67cm2. 8.2.5.Tính toán đường hàn liên kết cột vào bản đế: Các đường hàn liên kết cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm mômen và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chịu. Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tính toán bu lông neo. Lực kéo trong bản cánh cột do mô men và lực dọc phân vào tính theo công thức: Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột (kể cả các đường hàn liên kết bản đế vào dầm đế): Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản cánh cột: Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột theo: Kết hợp với điều kiện cấu tạo chọn hf=0,8cm. Cấu tạo chân cột thể hiện như hình vẽ. Chèn hình vào 8.3. Tính toán liên kết cột với xà ngang: Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh cột. Từ bảng tổ hợp chọn được: M=-127,69kNm N=-37,170kN V=-36,797kN Đây là cặp nội lực trong bảng tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1;4;8;12 gây ra. 8.3.1. Tính toán bu lông liên kết: Chọn bu lông cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính bu lông dự kiến d=20mm. Bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách bu lông tuân thủ theo yêu cầu bố trí bu lông. + Khoảng cách từ mép ngoài đến tâm dãy bu lông đầu tiên => chọn =45mm + Khoảng cách 2 bu lông cạnh nhau trong cùng 1 hàng => chọn =4d=4.20=80mm + Khoảng cách 2 hàng bu lông => chọn =5d=100mm Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước chọn như sau: Bề dày: chọn ts=0,8cm Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước mặt bích. Chọn ls=9cm Chiều cao: hs=1,5ls=1,5.9=13,5cmchọn hs=15cm BỐ TRÍ BU LÔNG LIÊN KẾT CỘT VỚI XÀ NGANG Khả năng chịu kéo của một bu lông: Trong đó: + ftb-Cường độ tính toán chịu kéo của bu lông tra “bảng phụ lục I.9-cường độ tính toán chịu cắt và chịu kéo của bu lông –trang 79- Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta có ftb=40kN/cm2 + Abn-diện tích tiết diện thực của thân bu lông tra “bảng phụ lục I.11-diệ tích tiết diện của bu lông–trang 79- Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta có Abn=2,45cm2 Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao: Trong đó: +fhb-Cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bu lông cường độ cao trong liên kết ma sát, fhb=0,7fub +fub-Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bu lông tra “bảng phụ lục I.12-Đặc trưng cơ học của bu lông cường độ cao –trang 80- Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp-tg phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta có fub=1100N/mm2=110kN/cm2 +A-Diện tích thực của thân bu lông +-Hệ số điều kiện làm việc của liên kết, do số bu lông trong liên kết n=14>10 +-Hệ số ma sát và hệ số độ tin cậy và độ tin cậy của liên kết. Với giả thiết là không gia công bề mặt cấu kiện nên +nf-Số lượng ma sát của liên kết, nf=1 Vì trường hợp bu lông chịu cắt và kéo đồng thời nên theo TCXDVN338:2005 thì cần kiểm tra điều kiện chịu cắt và chịu kéo rieng. Kiểm tra khả năng chịu kéo của bu lông: Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do mô men và lực dọc phân vào tính theo công thức: (lấy dấu trừ vì N là lực nén) Vì các bu lông đủ khả năng chịu lực Kiểm tra khả năng chịu cắt của bu lông: Vậy các bu lông đủ khả năng chịu cắt 8.3.2. Tính toán mặt bích: Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: và Trong các công thức trên: + b1-khoảng cách tính từ tâm của 2 hàng bu lông liên kết +b-bề rộng mặt bích lấy b=bề rộng bản cánh cột=20cm +hi-khoảng cách cho trên hình vẽ bố trí liên kết bu lông giữa cột với xà ngang Bề dày bản bích chọn trong khoảng và Chọn tmb=2cm 8.3.3. Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích: Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía cạnh ngoài (kể cả ở sườn) là: Lực kéo trong bản cánh ngoài do mômen và lực dọc phân vào tính theo công thức: Chiều cao cần thiết của các đường hàn này là: Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích (coi các đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cộtxacs định từ bảng tổ hợp nội lực) Kết hợp với điều kiện cấu tạo chọ hf=0,8cm 8.4. Tính toán mỗi nối đỉnh xà: 8.4.1. Tính toán liên kết bu lông: Từ bảng tổ hợp nội lực chon ra cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà M=42,766kNm N=-21,472kN V=2,147kN Đây là cặp nội lực trong tổ hợp do cá trường hợp tải trọng 1,4 gây ra. Chọn bu lông cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính bu lông d=20cm. Bố trí bu lông thành 2 hàng. Ở phía ngoài cùng của 2 bản cánh xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích. Kích thước mặt bích lựa chọn như sau: + Bề dày: ts=0,8cm + Chiều cao: hs=9cm + Chiều rộng: ls=1,5hs=1,5.9=13,5cm => Chọn ls=15cm BỐ TRÍ BU LÔNG LIÊN KẾT TẠI ĐỈNH XÀ Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy dưới cùng do mô men và lực dọc phân vào (do mô men có dấu dương nên xem tâm quay trùng với dãy bu lông phía trên cùng) tính toán theo công thức: Vậy bu lông đủ khả năng chịu lực kéo(hoặc nén) Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bu lông: Khả năng chịu cắt của các bu lông kiểm tra theo công thức vậy các bu lông đủ khả năng chịu cắt. 8.4.2. Tính toán mặt bích: Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: và Trong các công thức trên: + b1-khoảng cách tính từ tâm của 2 hàng bu lông liên kết +b-bề rộng mặt bích lấy b=bề rộng bản cánh cột=20cm +hi-khoảng cách cho trên hình vẽ bố trí liên kết bu lông tại vị trí đỉnh xà Bề dày bản bích chọn trong khoảng và Chọn tmb=2cm Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía cánh dưới (kể cả ở sườn) là: Lực kéo trong bản cánh dưới do mômen và lực dọc gây ra: Chiều cao cần thiết của các đường hàn này là: Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích: Kết hợp điều kiện cấu tạo chọn hf=0,6cm 8.5. Tính toán mỗi nối xà: Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống như tiết diện tại đỉnh xà và nội lực tại vị trí nối xà bé hơn nên không cần tính toán và kiểm tra mối nối. Cấu tạo giống với vị trí đỉnh xà 8.6. Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang: Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà có Vmax=24,302kN. Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang tính toán theo công thức: Kết hợp điều kiện cấu tạo chọn hf=0,6cm Lực cắt lớn nhất trong cột là tại tiết diện Vmax=67,41kN. Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng cột tính toán theo công thức: Kết hợp điều kiện cấu tạo chọn hf=0,6cm ở trên: - là mômen tĩnh của một cánh cột đối với trục trung hoà x-x: