Thuyết minh đồ án kết cấu thép II i
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (815.09 KB, 77 trang )
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Thuyết minh đồ án kết cấu thép ii
* Số liệu thiết kế :
Nhịp khung L = 30m
Bớc khung B = 6m
Chiều dài nhà 17B
Sức trục Q = 75T
Số cầu trục làm việc trong xởng là 2 , chế độ làm việc trung bình
Cao trình đỉnh ray H1 = 8.3m
Địa điểm xây dng : vùng B
Vật liệu thép BCT3, hàn tay que hàn N46
Tấm mái panen sờn 1.5x6m
Bêtông móng mac M200# , tờng gạch tự mang
Xác định các kích thớc cơ bản của khung
ngang nh :
A.Xác định kích thớc theo phơng ngang nhà:
I.Theo phơng đứng:
Chọn cốt nền nhà trùng với cốt +0.00 để tính các thông số chiều cao.Ta có cao
trình đỉnh ray là chiều cao từ mặt nền đến mặt ray cầu trục H1= 8,3cm (theo đề bài).
Kích thớc cơ bản là nhịp khung L = 30m . Mặt khác, do tải trọng cầu trục:
Q=75T nên trục định vị trùng với mép ngoài cột một khoảng : a= 250 mm.Trong
trờng hợp này, để cho cầu trục khi chuyển động không chạm vào cột, khoảng cách
từ trục ray đến trục định vị phải đảm bảo đủ lớn B1 + (ht a ) + D . lấy chẵn
250mm , ta chọn =750 mm khi cầu trục Q =75T .
Suy ra nhịp của cầu trục là khoảng cách giữa 2 tim ray:
LC = L- 2. = 30-2.0,75 = 28,5(m)
Tra phụ lục VI.2 ta có thông số về cầu trục với sức trục bằng 75T :
= 8800
mm
B
= 4400
mm
K
= 400
mm
B1
mm
HC = 4000
Chiều cao từ cao trình đỉnh ray tới cánh dới của dàn vì kèo:
H2=(HC+100)+
Trong đó : HC=4000mm.
100 mm là khe hở an toàn giữa cầu trục và dàn vì kèo
: là khe hở phụ xét tới độ võng của dàn vì kèo và việc bố trí hệ giằng
thanh dới , ta chọn =300mm.
1
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Thay số ta có : H2=(4000+100)+300=4400(mm)
Chiều cao thông thuỷ của xởng, từ nền nhà tới đáy của dàn vì kèo :
H=H1+H2=8300+4400=12700(mm).
Kích thớc thực cột trên từ vai cột tới đáy dàn vì kèo ( chiều cao đoạn cột trên ):
HT=H2+HDCT+HR
Trong đó : HDCT - chiều cao dầm cầu trục cho trọng đề bài HDCT = 0,7m
HR - chiều cao ray và các lớp đệm, chọn sơ bộ HR=0,2m
Suy ra : HT=4,4+0,7+0,2=5,3(m).
Chiều cao cột dới tính từ mặt móng tới vai cột:
HD=H-HT+H3
Trong đó : H3 - chiều sâu chôn cột , cho trong đề bài H3= 0,8m
Suy ra : HD=12.7-5,3+0,8=8,2(m).
II.Theo phơng ngang:
Chọn bề rộng cột trên (tức chiều cao tiết diện cột trên) :
ht = (
1 1
1 1
ữ ) H t => ht = ( ữ ) * 5300 = 530 ữ 442 mm , chọn ht=500mm.
10 12
10 12
Suy ra , bề rộng cột dới :
hd=a+=250+750=1000 mm.
Lúc này khe hở giữa cầu trục và mặt trong cột trên:
D =-B1-ht+a=750- 400- 500+250 = 100 mm.
Ht = 5300
Nh vậy D = 100 mm > 60 ữ75mm, bảo đảm sự an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột
trên .
Q = 75T
hd=1000
H3 = 800
L = 30000
Hd = 8200
ht = 500
2
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
III.Lựa chọn dàn mái:
Chọn dàn mái dạng hình thang, liên kết cứng với cột .Chiều cao đầu dàn
hdd=2,2m, chọn độ dốc là 10%. Suy ra chiều cao giữa dàn là: hgd=3,7m
1 1
Lct = ( ữ ) L = 15 ữ 6m , lấy nhịp cửa trời bằng 12m. Theo yêu cầu về kiến trúc và
2 5
chiếu sáng ta chọn cửa trời chạy suốt theo chiều dài nhà .Chọn kích thớc :
+ Chiều cao cánh cửa là hk = 1500 phù hợp với cánh cửa tiêu chuẩn
+ Chiều cao bậu cửa trên và bậu cửa dới hb = 1000
=> Chiều cao cửa trời là 2.5m. Bề rộng cửa trời 12m, độ dốc mái cửa trời 10%
Cửa trời đợc bố trí một tầng cửa kính 1500mm
i=1/10
Hdd=2200
Hct=2500
Lct = 12000
L = 30000
IV.Mặt bằng lới cột và bố trí hệ giằng:
1.Giằng trong mặt phẳng cánh trên :
Gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc
nhà .Chiều dài nhà 17B = 102m < 200m với khung nhà toàn thép, không cần bố trí khe
nhiệt độ. Giằng trong mặt phẳng cánh trên đợc bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ và ở
quãng giữa khối để khoảng cách < 60m.
Hdd=2200
3000 3000
Thanh chống dọc
6000
6000
30000
6000
6000
B
A
5500
1
6000
2
6000
3
6000
4
6000
5
6000
6
6000
7
6000
8
6000
9
6000
10
6000
11
6000
12
6000
13
6000
14
6000
15
6000
16
5500
17
18
2.Giằng trong mặt phẳng cánh dới:
Đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên. Với nhà xởng có Q = 75T, để tăng độ
cứng cho nhà cầncó thêm hệ giằng cánh dới theo phơng dọc nhà .Bề rộng của hệ
giằng lấy bằng chiềudài khoang đầu tiên của cánh dới dàn.
3
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Hdd=2200
6000
6000
6000
30000
6000
6000
B
A
5500
1
6000
2
6000
3
6000
4
6000
6000
5
6000
6000
7
6
8
6000
9
6000
10
6000
11
6000
12
6000
13
6000
6000
14
15
6000
5500
17
16
18
3.Hệ giằng đứng:
Nằm trong mặt phẳng thanh đứng của nhà. Theo phơng dọc nhà đợc bố trí ở
những chỗ có hệ giằng cánh dới và hệ giằng cánh trên, theo phơng ngang nhà
khoảng cách giữa các hệ giằng đứng cách nhau 12 ữ15m
Biểu diễn hệ giằng đứng giữa dàn :
6000
5500
2
6000
3
6000
4
6000
5
6000
6000
7
6
6000
8
6000
9
10
6000
11
6000
12
6000
13
6000
14
6000
15
6000
5500
17
16
18
Hdd=2200
1
6000
L = 30000
Hđd= 2200
4.Hệ giằng cột:
Hệ giằng cột trên đợc bố trí theo phơng dọc nhà ở hai đầu khối nhiệt độ và ở
giữa nhà. Hệ giằng cột dới đặt ở giữa khối nhiệt độ . Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ
giằng cột dới là 6x8 = 48m < 75m .Với B =6m, Hd = 8,2m chỉ cần bố trí một khoang .
Ht = 5300
H.g. đúng mái
H.g. cột trên
Hd = 8200
Dầm cầu trục
H.g. cột duới
6000
5500
1
2
6000
3
6000
4
6000
5
6000
6
6000
7
6000
8
6000
9
6000
10
4
6000
11
6000
12
6000
13
6000
14
6000
15
6000
16
5500
17
18
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
B.Tính toán khung ngang nhà:
I.Tải trọng tác dụng lên khung ngang nhà:
1.Tải trọng tác dụng lên dàn:
Tải trọng tác dụng lên dàn bao gồm trọng lợng bản thân của mái, của cửa trời,
của bản thân kết cấu và hoạt tải.Các tải trọng này đợc tính ra N/m2 mặt bằng nhà, sau
đó quy về phân bố đều trên dàn .
a.Tĩnh tải:
*Trọng lợng mái :
Theo cấu tạo của các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái nh sau:
Tải trọng tính toán
Tải trọng do các lớp Tải trọng tiêu chuẩn
Hệ số vợt tải n
c
2
gm(daN/m2)
mái
gm (daN/m )
Tấm mái Panel sờn
150
1,1
165
BTCT 1,5 x 6m ,
cao 30cm
Betong chống thấm
100
1,2
120
dày 4cm
Betong xỉ dày 12cm
2 lớp vữa lát dày
1,5cm/lớp
Hai lớp gạch lá nem
dày 1,5cm/lớp
Tổng cộng
60
1,2
72
54
1,2
64,8
60
1,1
66
334
487,8
Đây là tải trọng phân bố theo diện tích mặt bằng mái ,ta qui về lực phân bố
theo diện tích mặt bằng nhà:
334
334
=
= 335,68(daN / m 2 )
cos 0,995
487,8 487,8
=
=
= 490,25(daN / m 2 )
cos 0,995
tc
g mai
=
tt
g mai
*Tải trọng do trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng :
Theo công thức kinh nghiệm :
gdtc=1,2.d.L (daN/m2).
Trong đó :
L- nhịp dàn L=30m
d - hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn d =0,65.
1,2 - hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng
Suy ra :
gdtc=1,2.0,65.30=23,4(daN/m2)
gdtt=n. gdtc=1,1.23,4=25,74(daN/m2)
5
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
*Tải trọng do trọng lợng kết cấu cửa trời :
Theo công thức kinh nghiệm :
gtcct=ct .lct (daN/m2)
Trong đó :
ct = 0,5
Lct - nhịp cửa trời ( m)
Cũng có thể dùng trị số 12-18 daN/cm2 cửa trời ở đây lấy : gtcct=18 daN/m2
gcttt =1,1.18=19,8 daN/m2
*Tải trọng do trọng lợng cánh cửa và bậu cửa trời :
Trọng lợng cánh cửa (Kính + Khung)
gtck=40 daN/m2 => gttk=1,1 . 40 = 44 daN/m2
Trọng lợng bậu trên và bậu dới
gtcb=150 daN/m => gttb=1,1 . 150 = 165 daN/m
Các tải trọng này tập trung ở chân cửa trời, để tiện tính khung ta quy đổi thành phân bố
trên mặt bằng nhà .Lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là :
gkb=(44.2,5.6) + (165.6) = 1650 daN
=> Lực tơng đơng phân bố đều trên bề mặt bằng nhà gct
g ct' =
g ct .l ct .B + 2 g kb 19,8.12.6 + 2.1650
=
= 26,38daN / m 2
30.6.0,995
L.B.Cos
b.Hoạt tải mái :
Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động 2737-95, hoạt tải mái áp dụng cho trờng
hợp mái bằng mái dốc bằng bê tông cốt thép không có ngời đi lại ,chỉ có ngời đi lại
sửa chữa cha kể các thiết bị điện nớc nếu có đợc lấy bằng 75 daN/m2 mặt bằng nhà,
với hệ số vợt tải n=1,3.
Ptt=1,3.75=97,5 (daN/m2)
c.Tải trọng phân bố đều trên dàn :
*Tải trọng thờng xuyên :
g = B g i = (490,25 + 25,74 + 26,38).6 = 3254,22(daN / m)
*Hoạt tải :
p=B.ptt=6.97,5=585(daN/m)
2.Tải trọng tác dụng lên cột :
a.Do phản lực dàn :
*Do tải trọng thờng xuyên:
A=
g .L 3254,22.30
=
= 48813,3(daN )
2
2
*Do hoạt tải :
A' =
p.L 585.30
=
= 8775(daN )
2
2
6
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
b.Do trọng lợng dầm cầu trục :
Theo công thức kinh nghiệm : Gdct=1,2.L2dct.dct
Trong đó :
dct - hệ số trọng lợng bản thân chọn dct=36
Ldct - nhịp dầm cầu trục Ldct=6 m
Suy ra :
Gdct=1,2.62.35=1555 (daN)
c.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :
Với sức trục Q=75T và Lc=28,5m, tra bảng ta có :
T
Pc1max = 38
c
P 2max = 39
T
= 135 T
GCT
Gxe con = 38
T
Số bánh xe trên mỗi ray là 4 bánh. áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do
các lực Pc2max, Pc1max đợc xác định theo lý thuyết đờng ảnh hởng của phản lực tựa
của hai dầm cầu trục ở hai bên cột khi bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi
nhất, xe con mang vật ở vào vị trí sát nhất với cột phía đó .
Dựa vào tam giác đồng dạng ta tính đợc các giá trị sau :
y1 =
600
.1 = 0.1
6000
y2 =
600 + 4560
.1 = 0.86
6000
y4 =
840 + 2600
.1 = 0.573
6000
y5 =
2600
.1 = 0.433
6000
600
K = 4560
P1
840
P2
840
2560
P2
6000
P2
2600
P2
6000
y1=0.1
y5=0.433
y4=0.573
y2=0.86
y3=1
Với vị trí bất lợi nh trên hình vẽ , Dmax kể thêm hệ số vợt tải n=1,2 và hệ số tổ hợp nc
xét xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của nhiều cầu trục ta có:
7
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Dmax = n.nc.( Pc1max. y+ Pc2max . y)
= 1,2.0,85.[38.(0,1+0,433+,0573)+39(0,86+1)]
= 116,86(T) = 116860 daN
Khi đó phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất của bánh xe :
Pc1min =
Q+G
75 + 135
Pc1max =
38 = 14,5(T ) = 14500(daN )
n0
4
Pc2min =
Q+G
75 + 135
Pc2max =
39 = 13,5(T ) = 13500(daN )
n0
4
Tơng ứng phía bên kia có áp lực
Dmin = n.nc.( Pc1min. y+ Pc2min . y)
= 1,2.0,85.[14500.(0,1+0,433+0,573)+13500(0,86+1)]
= 41970(daN)
ở đây do Dmax,Dminđặt vào trục nhánh cầu trục, nên lệch tâm so với trục cột dới một
khoảng xấp xỉ bằng bd/2. Mô men lệch tâm tại vai cột :
Mmax=Dmax.e = 116860 .1,0/2 = 58430(daNm)
Mmin=Dmin.e = 41970.1,0/2 = 20985(daNm)
Mdct=Gdct.e = 1555.1,0/2 = 777,5(daNm)
d.Do lực hãm của một bánh xe con :
Khi xe con hãm , phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phơng chuyển
động. Lực hãm của xe con qua các bánh xe cầu trục , truyền lên dầm hãm và vào cầu
trục . Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm :
T1C =
0,05(Q + G xc ) 0,05(75 + 38)
=
= 1,413(T )
4
4
T = n.nc. T1c .y
= 1,2.0,85.1413.(0,1+0,86+1,0+0,437+,0567)
= 4272 (daN)
3.Tải trọng gió:
áp lực gió tiêu chuẩn :
W0 = 155(daN/m2)
Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :
- Gió thổi lên mặt tờng dọc đợc chuyển về thành lực phân bố trên cột khung.
- Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dới dàn vì kèo trở lên, đợc chuyển về
thành lực tập trung tại cao trình cánh dới dàn vì kèo.
Tải trọng gió phân bố lên cột đợc tính bằng công thức:
*Phía đón gió: q = n.w0.k.c.B
*Phía hút gió: q= n.w0.k.c.B
Với : k - hệ số độ cao tra theo H trong TCVN2737-95
8
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
C - hệ số khí động học
n - hệ số vợt tải của tải trọng gió = 1,2
w0- áp lực gió tiêu chuẩn , theo đề bài thuộc vùng B
B - bớc khung
* Tính toán hệ số khí động theo sơ đồ 8. Hệ số ce1, ce2, ce3, ce4 tra theo bảng sơ
đồ 2 trong TCVN 2737-95.
Do mái nhà có độ dốc i = 10% nên = 5.710
+ Tính hệ số ce4
h2 = 8,2+5,3+2,2 = 15,7m
l = 30m
h/l
0.5
1
0
20
-0.6
-0.4
-0.7
-0.7
h2 15,7
=
= 0,5233
l
30
ce4 = 0.546
+ Tính hệ số ce3
b = 17B = 17.6 = 102m
h
b 102
=
= 34; 2 = 0.5233
30
l
l
ce3 = 0.505
+ Tính hệ số ce1
h1 = 15,7+0,9+2,5 = 19,1m
h1 19,1
=
= 0,6367
30
l
ce1 = 0.586
+ Tính hệ số ce2
h1
b
= 0,6367; = 34
l
l
ce2 = 0.427
Để tiện tính toán, có thể đổi tải trọng này thành phân bố đều suốt chiều cao cột .
H<15m lấy = 1,04 . Từ đó có tải trọng phân bố đều lên cột là :
q = 1,2.155.1.0,8.6.1,04 = 928,5 (daN/m)
q = 1,2.155.1.0,505.6.1,04 = 586,1 (daN/m)
Ta có hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tra trong
bảng 5 sách hớng dẫn :
H<10m -> k = 1
9
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
H=15m -> k = 1,08 từ đó nội suy H = 13,5m -> k = 1,056
Trong phạm vi mái, hệ số k có thể lấy không đổi, là trung bình cộng của giá trị ứng
với cao độ đáy dàn vì kèo và giá trị ở độ cao lớn nhất của mái.
*Với độ cao h=13,5 m, nội suy đợc k=1,056
*Với độ cao h=19,7 m, nội suy đợc k=1,127
Vậy trong khoảng từ độ cao đáy dàn vì kèo lên điểm cao nhất của mái nhà :
k td =
1,056 + 1,127
= 1,0915
2
Xác định hệ số khí động học đợc tra theo sơ đồ 8 trang 27 sách hớng dẫn:
-0.586
-0.5
L = 30000
15700
7400
800
+0.8
-0.505
5300
2200
-0.6
+0.7
-0.546
-0.427
Lực tập trung tại cánh dới dàn vì kèo:
W = n.W0 .k .B. ci .hi
W=1,2.155.1,0915.6 ( 0,8.2,2 - 0,546.0,9 + 0,7.2,5 - 0,586.0,6 + 0,427.0,6 +2,5.0,6
+0,5.0,9 + 0,505.2,2) = 7290 (daN)
II.Tổ hợp nội lực và xác định nội lực tính toán:
+ Sau khi tính toán xong nội lực khung ( tính đợc M , N , Q tại các tiết diện) với
từng loại tải trọng , sẽ tiến hành tổ hợp các tải trọng bất lợi nhất đấic định đợc các nội
lực tính toán để chọn tiết diện khung .
+ Lực dọc N trong cột đợc xácđịnh nh là khi dàn liên kết khớp với cột ( có thể
xác định đợc N dựa vào biểu đồ Q nhng mất khá nhiều công mà kết quả sai khác
không quá 1% ) Nh vậy để xác định N chỉ cần dồn tải trọng đứng về cột một cách
bình thờng .
10
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
1>Nội lực do tĩnh tải mái :
MB = -344.41 KNm
Mct = -49.69 KNm
Mcd = 55.98 KNm
MA = 511.96 KNm
QA = -55.61 KN
N = 500.32 KN
MB
MCt
MB
MCd
MCd
MA
MCt
MA
2>Nội lực do hoạt tải mái :
MB
MCt
MB = -62.13 KNm
Mct = -9.30 KNm
Mcd = 10.88 KNm
MA = 92.61 KNm
QA = -9.97 KN
N = 87.75 KN
MB
MCd
MCd
MA
MCt
MA
3>Nội lực do áp lực đứng của bánh xe cầu trục ( DMax tại cột trái ) :
MB = -45.29 KNm
Mct = 102.63 KNm
Mcd = -332.43 KNm
MA = -103.58 KNm
QA = -27.91 KN
N = 1160.15 KN
MB
MCt
MCd
MA
4>Nội lực do áp lực đứng của bánh xe cầu trục ( DMax tại cột phải ) :
11
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
MB
MCd
MB =
Mct =
Mcd =
MA =
QA =
N =
-77.18 KNm
70.74 KNm
-89.95 KNm
138.90 KNm
27.91 KN
428.5 KN
MCt
MA
5>Nội lực do lực hãm ngang T ( đặt tại cột trái ) :
MB = -14.54 KNm
Mct = 17.47 KNm
Mcd = 17.47 KNm
MA =-237.20 KNm
QA = 31.06 KN
MB
MCd
MCt
MA
6>Nội lực do lực hãm ngang T ( đặt tại cột phải ) :
MB = -40.13 KNm
Mct = 21.80 KNm
Mcd = 21.80 KNm
MA =117.61 KNm
QA = 11.68 KN
MB
MCd
MCt
MA
12
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
7>Nội lực do tải trọng gió ( từ trái sang ) :
W=59.51
MB
MCd
MB =
160.33
MCt =
-79.95
MCd =
-79.95
MA
= -967.21
QA
= 146.39
KNm
KNm
KNm
KNm
KN
MCt
MA
Q=9.31
Q=6.02
8>Nội lực do tải trọng gió ( từ phải sang ) :
MB
MCt
MCd
MA
QA
MB
MCt
= -191.26 KNm
=
99.27 KNm
=
99.27 KNm
= 882.14 KNm
= 120.17 KN
W=59.51
MCd
MA
Q=6.02
Q=9.31
+ Kết quả nội lực khung đợc ghi trong bảng tổ hợp . Với mỗi cột , xét 4 tiết diện
tiêu biểu , tại mỗi tiết diện có ghi trị số M , N do từng loại tải gây ra, riêng tiết diện
chân cột thi ghi thêm lực cắt Q để tính móng
+ Tổ hợp cơ bản 1 :Bao gồm các nội lực do tải trọng tĩnh ,do các hoạt tải dài hạn
và do một hoạt tải tạm thời gây ra giá trị nội lực lớn nhất . Khi tổ hợp thì các tải trọng
này lấy hệ số tổ hợp c = 1
+ Tổ hợp cơ bản 2 :Gồm nội lực do tĩnh tải và do các hoạt tải với hệ số tổ hợp 0.9
+ Tại mỗi tiết diện ta cần tìm 3 tổ hợp tải trọng sau :
- Tổ hợp gây momen dơng lớn nhất và lực nén tơng ứng
- Tổ hợp gây momen âm lớn nhất và lực nén tơng ứng
13
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
-
Tổ hợp gây lực nén lớn nhất và trị số M tơng ứng . Nhiều tải trọng không gây
thêm N nhng gây M ( gió , lực hãm ) thì cũng kể vào sao cho cùng với Nmax
có đợc M tơng ứng lớn nhất .
+ Nguyên tắc tổ hợp nh sau :
- Tĩnh tải luôn đợc kể đến trong mọi trờng hợp
- Không thể lấyđồng thời nội lực do DMax bên cột phải và DMax bên cột trái , gió
trái và gió phải , TMax bên cột phải và TMax bên cột trái
- Khi đã kể đến nội lực do TMax thì phỉa kể đến DMax DMin
Tiến hành tổ hợp nội lực đợc kết quả ghi trong bảng sau :
14
Bảng nội lực
Thứ tự
tải
trọng
Loại tải trọng
1
2
1
Tải trọng
thờng xuyên
Hệ
số tổ
hợp
3
MB
Tải trọng tạm
thời trên mái
Tiết diện B
Tiết diện Ct
Tiết diện Cd
Tiết diện A
M
N
M
N
M
N
M
N
Q
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
-344.41
500.32
-49.69
500.32
55.98
500.32
511.96
500.32
-55.61
1
-62.13
87.75
-9.3
87.75
10.88
87.75
92.61
87.75
-9.97
0.9
-55.917
78.975
-8.37
78.975
9.792
78.975
83.349
78.975
-8.973
1
-45.29
0
102.63
0
-332.43
1160.15
-103.58
1160.15
-27.91
0.9
-40.761
0
92.367
0
-299.19
1044.14
-93.222
1044.14
-25.119
1
-77.18
0
70.74
0
-89.95
428.5
138.9
428.5
27.91
0.9
-69.462
0
63.666
0
-80.955
385.65
125.01
385.65
25.119
1
14.54
0
17.47
0
17.47
0
237.2
0
31.06
0.9
13.086
0
15.723
0
15.723
0
213.48
0
27.954
1
40.13
0
21.8
0
21.8
0
117.61
0
11.68
0.9
36.117
0
19.62
0
19.62
0
105.85
0
10.512
1
160.33
0
-79.95
0
-79.95
0
-967.21
0
146.39
0.9
144.297
0
-71.955
0
-71.955
0
-870.49
0
131.751
1
-191.26
0
99.27
0
99.27
0
882.14
0
120.17
0.9
-172.13
0
89.343
0
89.343
0
793.926
0
108.153
MB
MCt
MCd
MCd
MA
MCt
MA
MB
2
Cột dới
Cột trên
MB
MCt
MCd
MCd
MA
MCt
MA
MB
3
4
Momen cầu
trục(móc trục
bên trái)
Momen cầu
trục(móc trục
bên phải)
MCt
MCd
MA
MB
MCt
MCd
MA
MB
5
Lực hãm lên
cột bên trái
MCt
MCd
MA
MB
6
Lực hãm lên
cột bên phải
MCt
MCd
MA
W=59.51
7
MCd
Gió trái
MB
MCt
MA
Q=9.31
MB
MCt
8
Q=6.02
W=59.51
MCd
Gió phải
MA
Q=6.02
Q=9.31
B¶ng tæ hîp néi lùc
TiÕt diÖn
Néi lùc
Tæ hîp c¬ b¶n 1
M+Max ,N
M-Max ,N
Tæ hîp c¬ b¶n 2
NMax ,M
M+
1,8
B
M
_
N
Ct
Cd
A
-535.67
M-
M+Max ,N
1,2
_
-406.54
M-Max ,N
NMax ,M
M+
1,2,4,6,8
_
-678.04
M1,2,4,6,8
_
500.32
588.07
1,3,6
1,7
1,2
1,3,6,8
1,2,7
1,2,3,6,8
1,2,7
M
74.74
-129.64
-58.99
151.642
-130.015
143.27
-130.015
N
500.32
500.32
588.07
500.32
579.3
579.3
579.3
1,8
1,3,6
1,3,6
1,2,8
1,3,6,7
M
155.25
-298.25
-289.25
155.115
--334.785
N
500.32
1660.47
1660.47
579.295
1544.46
1,8
1,7
1,3,5
1,2,4,5,8
1,3,5,7
1,2,3,5,8
1,2,3,5,7
M
1394.1
-455.25
645.58
1727.725
-665.231
1509.493
-581.882
N
500.32
500.32
1660.47
964.945
1544.46
1623.435
1623.475
Qmax
1,3,5
-114.58
1,2,3,5
-117.656
1,4,5,7
129.214
_
_
_
579.3
-678.04
579.3
1,2,3,6,7
_
-325
1623.435
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Thiết kế cột:
I.Xác định chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:
1.Trớc hết ta sơ bộ tính trọng lợng bản thân của cột trên và cột dới.
*Trọng lợng bản thân cột dới:
duoi
g cot
=
N
166047
. . =
.7,850.1,8 = 0,2793(T / m)
K .R
0,4.2100.10 4
Trong công thức trên:
- N là lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp của đoạn cột dới, ở đây là lực dọc Tại
tiết diện A.
- K là hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột, K=0,4.
- R là cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột, R=2100 daN/cm2.
-
là hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột, =1,8.
- là trọng lợng riêng của thép , =7850.10-6daN/cm3.
Suy ra :
duoi
duoi
Gcot
= g cot
.H d = 0,2793.8,2 = 2,29 (T ).
*Trọng lợng bản thân cột trên:
tren
g cot
=
N
58807
. . =
.1,8.7,85 = 0,1583(T / m).
K .R
0,25.2100.10 4
Trong công thức trên:
- N là lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp tại tiết diện CT.
- K là hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột, K=0,25.
- R là cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột, R=2100 daN/cm2.
-
là hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột, =1,8.
- là trọng lợng riêng của thép , =7850.10-6daN/cm3.
Suy ra :
tren
tren
Gcot
= g cot
.( H t ) = 0,1583.5,3 = 0,839(T ).
2.Từ bảng nội lực ta chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm dùng để tính toán.
Đối với tính toán phần cột trên ta dùng cặp nội lực :
M = 678,04 KNm.
.
N = 579,3KN .
Đối với tính toán phần cột dới ta dùng 2 cặp nội lực :
Nhánh mái:
M = 1509,493KNm.
N = 1623,435KN .
Nhánh cầu trục:
M = 665,231KNm.
N = 1544,46 KN .
Kết hợp ở trên ta có:
- 17 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
N11=1623,435+ Gtrencot +Gduoicot+GDCT=1623,435+ 0,839 +2,29 +15.55= 1642.125KN
N12=1544,46+ Gtrencot +Gduoicot+GDCT = 1544,46+ 0,839 +2,29 +15.55 = 1563,15KN
N2=579,3 + Gtrencot= 579,3 + 0,839 = 580,14KN
m=
N 1 1642,125
=
= 2,83
N2
580,14
K1 =
i2 J 2 H d
8,2
=
.
=
= 0,221
i1 J 1 H t 7.5,3
C1 =
Ht
J1
5,3
7
.
=
.
= 1,016
H d J 2 .m 8,2 2,83
Tính các hệ số :
Tra bảng II.6b ta có :
1=2 2=1/c1=2 / 1,016=1,968
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:
Lx1=1.Hd=2.8,2 = 16,4m.
Lx2=2.Ht=1,968.5,3 = 10,43m.
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:
LY1=Hd=8,2m.
LY2=Ht-HDCT=5,3-0,7=4,6m.
II.Thiết kế phần cột trên:
Cặp nội lực thiết kế:
M = 678,04 KNm.
N = 580,14 KN .
Tiết diện cột trên là cột tổ hợp cấu tạo từ 3 bản thép ,đối xứng.Chọn chiều cao tiết diện
ht=500 mm.
Tính độ lệch tâm:
e=
M 678,04
=
= 1,1687 m.
N 580,14
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hởng hình dạng tiết diện là =1,25.Ta tính diện tích tiết diện
yêu cầu sơ bộ theo công thức:
e
1
,
25
+
(
2
,
2
ữ
2
,
8
).
h
580,14
1,1687
=
1,25 + 2,2.
= 176,6 cm 2 .
21
0,5
AY/C =
1.Với yêu cầu sơ bộ nh vậy ta chọn tiết diện nh sau:
250
16
452
250
AY/C
N2
R.
24
24
500
- 18 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Chiều dày bản bụng:
b
= 16
= 24
c
= 250
bc
mm
mm
mm
2.Tính các thông số chuẩn bị kiểm tra:
Tính các đặc trng hình học của tiết diện vừa chọn :
- Diện tích bản bụng: Ab=2.(50-2,4.2)=72,32 cm2.
- Diện tích bản cánh: Ac=25.2,4=60 cm2.
- Diện tích tiết diện: A=2.Ac+Ab=2.60+72,32=192,32 cm2.
- Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục x-x:
Jx =
1
1
.45,2 3.1,6 + 2. .2,4 3.25 + 25.2,4.23,8 2 = 80343,121cm 4 .
12
12
rx =
-
Jx
80343,121
=
= 20,439cm.
A
192,32
Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục y-y:
1
1
.25 3.2,4 + .45,2.1,6 3 = 6265,4cm 4 .
12
12
Jy
6265,4
ry =
=
= 5,708cm.
A
192,32
J y = 2.
-
Độ mảnh và độ mảnh quy ớc của cột trên:
x =
y =
lx
1043
=
= 51,0
rx 20,439
ly
ry
x = x .
-
=
460
= 80,6
5,708
R
2100
= 51,0.
= 1,61
E
2,1.10 6
Độ lệch tâm tơng đối và độ lệch tâm tính đổi:
Jx
2.80343,121
=
= 3213,7cm 3 .
h/2
50
e. A 116,88.192,32
m=
=
= 6,994
Wx
3213,7
Wx =
x = 1,61 < 5
m = 6,994 > 5
tra bả ng II.4 ta có :
Ac
60
=
= 0,83
Ab 72,32
Khi
Ac
= 1 = 1,4 0,02 x = 1,368
Ab
- 19 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
A
Khi c = 0,5 = 1,25
Ab
= 1,328 m1 = .m = 1,328.6,994 = 9,288
3.Kiểm tra tiết diện vừa chọn:
Cột kiểm tra theo trờng hợp cột tổ hợp chữ H, tiết diện đối xứng chịu nén lệch tâm.
a.Kiểm tra bền:
Do cột không có tiết diện bị giản yếu, độ lệch tâm tính đổi m1< 20 và giá trị của các
mômen uốn dùng để kiểm tra bền và ổn định là nh nhau cho nên theo quy phạm điều
5.24 ta không cần kiểm tra bền.
b.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn trùng mặt phẳng đối xứng:
m1 = 9,288
tra bả ng II.2 ta có lt = 0,1418 :
x = 1,61
N
58014
2000 =
=
= 2128daN / cm 2 .R = 2100daN / cm 2 .
lt . Ang 0,1418.192,32
Vậy cột đã chọn bảo đảm ổn định trong mặt phẳng uốn.
c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :
ở ngoài mặt phẳng uốn cột đợc kiểm tra nh cột chịu nén đúng tâm có kể tới ảnh
hởng của mômen trong mặt phẳng uốn (trùng với mặt phẳng đối xứng).
Công thức kiểm tra:
=
N
R.
C. y . Ang
Trong đó: Y là hệ số uốn dọc theo phơng ngoài mặt phẳng uốn đợc tính
bằng cách tra bảng II.1: y = 80,6
=> Y = 0,718
Mô men trong mặt phẳng uốn ảnh hởng tới ngoài mặt phẳng uốn đợc lấy :
M x = max{M1 / 2, M 2 / 2, M }
Trong đó :
M là mômen lớn nhất trong 1/3 đoạn giữa của đoạn cột đang xét
M1 , M2 là mômen ở hai đầu đoạn cột đang xét lấy theo cùng một tổ hợp tt
ở đây M1= -678,04 KNm (tổ hợp 1,2,4,6,8).
M2=114,569 KNm
M1 M 2
678,04 114,569
.2 = 114,569 +
.2 = 413,837 KNm.
3
3
M
M
= max 1 = 339,02, 2 = 57,28, M = 413,837 = 413,837 KNm
2
2
M = M2 +
MX
Vậy độ lệch tâm tuyệt đối, độ lệch tâm tơng đối và hệ số C:
, xác định theo bảng II.5 phụ lục II :
- 20 -
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
M
41383,7.10 2
e' = X =
= 71,334m.
N
58014
e'.Ang 71,334.192,32
m' x =
=
= 4,269 < 5 .
WX
3213,7
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
* C = /(1 + .m x )
= 0,65 + 0,005m x = 0,65 + 0,005.4,269 = 0,671
E
2,1.10 6
= 3,14
= 99,3 > y = 1
R
2100
1
C = /(1 + .m x ) = 1.
= 0,259
1 + 0,672.4,269
c = 3,14
Điều kiện ổn định ở ngoài mặt phẳng khung:
1600 Y =
58014
= 1625daN / cm 2 .R = 2100daN / cm 2
0,259.0,718.192,32
Vậy đảm bảo điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung.
d.Kiểm tra ổn định cục bộ:
b
o
c c
bo
b0
C
E
2,1.10 6
=
(
0
,
36
+
0
,
1
.
).
=
(
0
,
36
+
0
,
1
.
1
,
61
).
= 16,5
x
R
2100
*Kiểm tra ổn định bản cánh:
Công thức kiểm tra:
Vì 0,8 < x = 1,61 < 4
b0
C
=
bC b 25 1,6
=
= 4,88
2. C
2.2,4
b
= 4,88 0 = 16,5.
C
C
b0
*Kiểm tra ổn định bản bụng:
ổn định cục bộ của bản bụng cột chịu nén lệch tâm không chỉ phụ thuộc vào độ
mảnh của cột , vật liệu cột , hình dáng tiết diện cột mà còn phụ thuộc vào độ lệch tâm
tơng đối m và hệ số đặc trng phân số ứng suất pháp trên bản bụng .
Khi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung quyết định khả năng chịu lực
của cột thì điều kiện ổn định theo tỉ số :
b
o
b
bo
Khi không thoả mãn điều kiện tức là bản bụng quá mỏng cần đợc gia cờng bằng các
cặp sờn dọc đặt vào giữa bản bụng .
h0 h 2. c 50 2.2,4
=
=
= 28,25
b
b
1,6
- 21 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
2,1.10 6
2,1.10 6
E
h0
= (0,9 + 0,5. X ). R = (0,9 + 0,5.1,61). 2100 = 53,98 3,1. 2100 = 98,03.
(do m1 = 9,288 > 1)
h
= 28,25 0 = 53,98
b
h0
=> Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng thoả mãn .
Ngoài ra khi
bo
b
2,2.
E
= 2,2. 1000 = 69,57 nên không phải đặt các sờn ngang để
R
gia cờng cho bụng cột khi bị mất ổn định cục bộ dới tác dụng của ứng suất tiếp .
Kết luận : Cột đã chọn thoả mãn các yêu cầu về chịu lực và ổn định.
III.Thiết kế phần cột dới:
1.Chọn cặp nội lực tính toán:
Cột dới đợc thiết kế rỗng gồm hai nhánh , liên kết với nhau bằng các thanh nối
Đối với tính toán phần cột dới ta dùng 2 cặp nội lực :
Nhánh mái:
M 2 = 1509,493KNm
N = 1642,125 KN
Nhánh cầu trục:
M 1 = 665,231KNm
N = 1563,15 KN
2.Chọn tiết diện nhánh cột :
Sơ bộ giả thiết khoảng cách giữa hai trục nhánh C=hd=100 cm. Trục trung hoà
của tiết diện nằm vào khoảng giữa hai nhánh của cột . Nhận thấy cặp nội lực gây nén
cho nhánh mái lớn hơn cặp nội lực gây nén cho nhánh cầu trục nên vị trí trục trung hoà
sẽ lệch về phía nhánh mái .Giả thiết diện tích nhánh tỉ lệ với lực dọc của nhánh , thành
lập đợc phơng trình xác định vị trí trọng tâm tiết diện :
y12 (
M1 + M 2
M 2C
+ C ). y1 +
=0
N1 N 2
N1 N 2
y12 + 26,573. y1 19,114 = 0
y1 0,7
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:
Y1=0,7.C = 70 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh mái:
Y2=0,3.C = 30 cm.
Dựa vào khoảng cách đã giả thiết , ta tính gần đúng lực nén gây cho nhánh cột và sơ bộ
lựa chọn kích thớc tiết diện theo cấu kiện nén lệch tâm .
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:
N nh1 = N 1 .
y2 M 1
0,3 665,231
+
= 1563,15.
+
= 1134 KN
C
C
1
1
- 22 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:
N nh 2 = N 2 .
y1 M 2
0,7 1509,493
+
= 1642,125.
+
= 2659 KN
C
C
1
1
Giả thiết = 0,9, diện tích yêu cầu của các nhánh là:
N nh1
113400
=
= 60cm 2 .
.R. 0,9.2100
N
265900
= nh 2 =
= 140,7cm 2 .
.R. 0,9.2100
Aycnh1 =
Aycnh 2
Chọn thép tổ hợp ở nhánh cầu trục với các thông số chọn nh sau:
b
=
=
=
=
c
bc
hb
8
10
180
400
mm
mm
mm
mm
Tính các đặc trng hình học của tiết diện vừa chọn:
Diện tích bản bụng: Ab=0,8.(40-2.1)=30,4 cm2.
Diện tích bản cánh: Ac=18.1=18 cm2.
Diện tích tiết diện: A=2.Ac+Ab=2.18+30,4=66,4cm2.
Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục y-y:
Jy =
1
1
.38 3.0,8 + 2. .13.18 + 18.1.(20 0.5) 2 = 17350 cm 4 .
12
12
ry =
Jy
A
=
17350
= 16,2m.
66,4
Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục x-x:
1
1
.18 3.1 + .38.0,8 3 = 974m 4 .
12
12
Jx
974
rx =
=
= 3,8cm.
A
66,4
J x = 2.
- 23 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Các thông số chuẩn bị kiểm tra:
Nhánh cầu trục:
= 66,4
cm2
Anh1
cm4
= 974
Jx1
rx1
= 3,8
cm
JY1
= 17350 cm4
rY1
= 16,2
cm
Nhánh mái đợc tổ hợp hàn từ 1 thép bản 340x24mm và hai thép góc đều cạnh
L160x12mm, có các thông số sau:
Atg
z g0
Jx
=
=
=
37,4
4.39
913
cm2
cm
cm4
Xác định trục trung hoà của tiết diện nhánh mái :
Gọi z 0 là khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện đến mép mgoài của bản bụng có
phơng trình sau :
z0 =
A .Z
A
i
i
i
81,6.2,4 / 2 + 2.37,4.(4,39 + 2,4)
= 3,87cm
156,4
1
J x 2 = .2,4 3.34 + 2,4.34.(3,87 1,2) 2 + 913 + 37,4.(4,39 + 2,4 3,87) 2 = 1854cm 4 .
12
J x2
1854
rx 2 =
=
= 3,44cm.
156,4
Anh2
z0 =
[
[
]
]
1
.34 3.2,4 + 2. 913 + 37,4(20 4,39) 2 = 27913cm 4 .
12
J y2
27913
ry 2 =
=
= 13,36cm.
Anh2
156,4
J y2 =
- 24 -
Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47th2
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép
Khoảng cách thực tế giữa hai trục nhánh :
C=h-z0=100-3,87 = 96,13 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:
y1 =
Anh 2
156,4
.96,13 = 67,48cm.
.C =
A
156,4 + 81,6
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh mái:
y2=C-y1=96,13- 67,48 =28,65 cm.
Mômen quán tính của toàn tiết diện đối với trục ảo x-x:
J x = J xi + Anhi . y i2 = 974 + 1854 + 66,4.67,48 2 + 156,4.28,65 2 = 433528,37cm 4 .
rx =
Jx
433528,37
=
= 44,1cm.
A
156,4 + 66,4
Tiết diện đợc thiết kế :
4.Xác định hệ thanh bụng:
Chiều dài phần cột dới chia làm 8 đoạn có kích thớc nh hình vẽ , chiều dài
mỗi đoạn bằng 950mm ->Hd = 950x7+900+650 = 8200 mm .
*Bố trí hệ thanh bụng nh hình vẽ, các thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.
Chọn khoảng cách các nút giằng là a =95 cm .Vậy chiều dài thanh xiên
S = a 2 + C 2 = 95 2 + 96,13 2 = 136cm.
Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:
C 96,13
=
= 1,012 = 45,34 0
a
95
Sin = 0,7113
tg =
Sơ bộ chọn thanh giằng xiên L80x6 mm. Có các thông số sau:
- Diện tích tiết diện :
A=9,38 cm2.
- Bán kính quán tính nhỏ nhất xét cho tất cả các trục: rmin tx =1,58
- Vậy độ mảnh lớn nhất của thanh xiên là :
max tx =
S
rmin
=
136
= 86,08 < [ ] = 150. min = 0,68
1,58
- 25 -
