Đồ án Thép khung nhà công nghiệp một tầng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.24 MB, 55 trang )
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP
KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
Yêu cầu thiết kế: Khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.
Các số liệu của nhà:
+ Nhà công nghiệp 1 tầng có nhịp L = 24m
+ Bước cột: B = 6m
+ Chiều dài nhà: 15B = 15 6 = 90m
+ Cao trình đỉnh ray: HR = 8.5m
+ Ap lực gió tiêu chuẩn: W0 = 70daN/m2
+ Chiều cao cửa mái: hcm = 2.3m
+ Chiều cao đầu dàn: h0 = 2.2m
+ Độ võng của dàn: f =
1
1
L =
24 0.24m
100
100
* Ta có cần trục 2 móc cẩu, chế độ làm việc trung bình, sức chịu tải Q =30/5(T) tra
cataloge cầu trục ta được:
+ Loại ray thích hợp: KP70
+ Cao trình từ đỉnh ray đến đỉnh xe con : H1 = 2.75m
+ Nhịp cầu trục: Lct = 22.5m
+ Bề rộng dầm cầu chạy: Bct = 6.3m
+ Khoảng cách tim ray đến mép ngoài: B1 = 0.3m
+ Khoảng cách hai bánh xe dầm cầu chạy: K = 5.1m
+ Khoảng cách an toàn từ cánh dưới của dàn đến vị trí cao nhất của xe con:
c = 0,1m
+ Ap lực bánh xe lên cầu trục lớn nhất : Pmax = 31.5T
+ Ap lực bánh xe lên cầu trục bé nhất : Pmin = 9.5T
+ Trọng lượng xe con : Gxc = 12T
+ Số bánh xe : no = 2
+ Trọng lượng dầm cầu trục : Gdcc = 52T
+ Chiều cao tiết diện ray : hr = 0.2m
+ Chiều sâu chôn móng : (hm) = 1.2m
+ Khoảng cách từ mép ngoài cột đến tâm trục định vị cột: a = 0.25m (a phụ thuộc
vào chế độ làm việc của cầu trục)
+ Khoảng cách từ trục định vị đến tâm ray:
(L-Lct) = 0.5 (24-22.5) = 0.75m
Vật liệu:
+ Dùng thép CT34 có: f = 2100KG/cm2, fv = 1500KG/cm2, E = 2.1 106KG/cm2
+ Bulông cấp độ 5.8 có: ftb = 2100KG/cm2, fvb = 1500KG/cm2, fcb =3400KG/cm2
+ Que hàn N42 có: f = 2100KG/cm2, fwf = 1800KG/cm2
+ Dùng phương pháp hàn tay nên βf 0.7;βs 1
+ Trọng lượng riêng của thép: thép = 7.85T/m3
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 1
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
+ Bê tông móng đá 1 2, cấp độ bền B20 có: Rb = 11.5MPa, Rbt = 9MPa
I. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU
Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại khung nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp, chịu tải
trọng cầu trục lớn do đó chọn sơ đồ khung có liên kết dàn, cột là liên kết cứng và dàn
khung hình thang có mái dốc.
SÔ ÑOÀKHUNG 1 NHÒP
II. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG NHÀ
1. Xác định kích thước theo phương đứng
a. Cột dưới
+ Chiều cao dầm cầu chạy:
1 1
1 1
) B =( ÷ ) 6 = (0.5 ÷ 0.75)m
8 12
8 12
hdcc=( ÷
chọn hdcc= 0.75m
+ Chiều cao cột dưới:
Hd = (HR + (hm)) - (hdcc + hr)
= (8.5 + 1.2) - (0.75 + 0.2) = 8.75m
chọn Hd = 8.75m
b. Cột trên
+ Chiều cao cột trên:
Ht = hdcc + hr + H1 + f + c
= 0.75 + 0.2 + 2.75 + 0.24 + 0.1 = 4.04m
chọn Ht = 4m
2. Xác định kích thước theo phương ngang
a. Chiều cao tiết diện cột trên
1 1
1 1
) Ht =( ÷ ) 4 = (0.33 0.575)
8 12
8 12
ht = ( ÷
chọn ht = 0.5m
Với Ht – Khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dưới của dàn vì kèo
b. Chiều cao tiết diện cột dưới
+ Theo điều kiện cấu tạo ta chọn:
hd = a + = 0.25 + 0.75 = 1m
+ Kiểm tra theo điều kiện độ cứng của khung:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 2
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
1
8.75
hd 11 H d 11 0.795m
thỏa điều kiện độ cứng
h 1 H H 4 8.75 0.6375m
t
d
d 20
20
Vậy chọn hd = 1m
+ Để đảm bảo an toàn a cần phải thỏa:
a > ht + B1 + D -
Với D = 60 mm
Vậy a > 0.5 +0.3 + 0.06 – 0.75 = 0.11m (thỏa mãn)
c. Nhịp cửa mái :
Lcm = (
1 1
1 1
÷ ) L = ( ÷ ) 24 = (4 12)m
2 6
2 6
chọn Lcm = 12 m
1 1
) = (0.083 0.125)
8 12
+ Chọn độ dốc mái: i= ( ÷
chọn i = 0.1 = 10%
i =10%
3600 2200
500
2300
12000
1000
9250
Q=20/5(T)
30000
B
A
III. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
* Tải trọng tác dụng lên dàn
1. Tĩnh tải
Gồm có trọng lương bản thân các lớp vật liệu lợp , kết cấu mái panel và hệ
giằng được tính toán rồi lập thành bảng sau:
Loại vật liệu
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Tải trọng
tiêu chuẩn
Hệ số vượt
tải n
Tải trọng
tính toán
Trang 3
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
(KG/m2)
(KG/m2)
2 lớp gạch lá men
Lớp vữa xi măng lót
Lớp vữa láng làm phẳng và tạo dốc
Lớp bêtông xỉ cách nhiệt
Tấm panel BTCT
80
30
100
60
150
1.1
1.3
1.3
1.2
1.1
88
39
130
72
165
Trọng lượng bản thân kết cấu chịu
lực: vì kèo, dàn cửa mái, hệ giằng
40
1.1
44
Tổng cộng
460
538
+ Tổng tải trọng tính toán : Gtt0 = 538 KG/m2 = 5.38KN/m2
+ Độ dốc của mái: i = 10% = arctg i = arctg 0.1 = 5.7
+ Tải trọng tính toán quy đổi về tải trọng phân bố đều trên diện tích mặt bằng
G ott
5.38
g o=
=
= 5.407KN/m2
cos 5.7o
cosα
tt
+ Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang
Gttm = B gtto = 6 5.407 = 32.44KN/m
2. Hoạt tải
Đối với mái panel BTCT tra TCVN 2737-1995 có:
+ Tải trọng tạm thời Ptco = 0.75KN/m2, hệ số vượt tải n = 1.2
+ Hoạt tải tác dụng lên khung ngang (tải trọng tính toán quy đổi trên diện tích mặt
bằng)
Pttm = n B Pott = 1.2 6 0.75 = 5.4KN/m
3. Tải trọng đứng lớn nhất (Dmax) và nhỏ nhất (Dmin) của cầu trục tác dụng
lên vai cột
+ Ap lực của bánh xe cầu trục
Ap lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Khi
xe con chạy về một phía của cầu trục, lực truyền xuống phía đó là Dmax, còn đầu kia là
Dmin.
Để xác định tải trọng đứng của cầu trục truyền xuống cột ta tiến hành vẽ
đường ảnh hưởng của phản lực tại vai cột
+ Tra phụ lục 13 ta có áp lực bánh xe cầu trục:
Pmax =315kN ; Pmin = 95kN
+ Tính áp lực Dmax và Dmin
900
5100
1200
6000
5100
6000
y 3 = 0.15
y 2 = 0.8
y1 = 1
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 4
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
Bct 6.3m
K = 5.1m
Từ kích thước cầu trục tra catalogue
Ta có:
y1 = 1
6000 1200
y1 = 0.8
6000
6000 5100
y1 = 0.15
y3 =
6000
y2 =
i=1
y
i
= y1 + y2 + y3 = 1 + 0.8 + 0.15 = 1.95
3
Vậy:
i=1
y
Dmax = n nc Pmax
i
3
= 1.1 0.9 315 1.95 = 608.1KN
Dmin = n nc Pmin
i=1
y
i
3
= 1.1 0.9 95 1.95 = 183.4KN
Với:
n – Hệ số vượt tải, n = 1.1
nc – Hệ số làm việc cấu kiện, nc = 0.9
i=1
y
i
- Tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh
3
xe của cầu trục
4. Tải trọng xô ngang của cầu trục
+ Lực hãm xe con
i=1
T = n nc Ttto y i
3
Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy mà hãm lại tạo ra lực hãm
Ap lực ngang trên 1 bánh xe.
Ttto =
ngang.
0.05 Q + Gxc
no
Trong đó:
no – Số bánh xe cầu trục một bên ray, no = 2
Gxc – Trọng lượng xe con, Gxc = 120KN (tra phụ lục 13)
Ttto =
0.05 300 + 120
2
=10.5KN
Vậy:
T = 1.1 0.9 10.5 1.95 = 21.72KN
5. Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang
Vùng xây dựng ở Đồng Nai. Địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản
thưa thớt cao không quá 1.5m ta chọn dạng địa hình A. Giá trị áp lực gió tiêu
chuẩn Wo = 70daN/m2 = 0.7KN/m2
+ Theo TCVN 2737 - 95. Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:
- Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên cột khung.
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 5
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
- Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên, được chuyển về
thành lực tập trung tại cao trình cánh dưới dàn vì kèo.
9600
-0.8
-0.7
+0.7
-0.6
+0.8
-0.6
w h = 20.05KN
q dw = 3.31KN/m
-0.5
q dw = 5.3KN/m
8750
4000 2200
w d = 15.54KN
-0.6
24000
a. Tải trọng gió phân bố đều lên cột
+ Tải trọng gió phân bố đều ở phía đón gió
qdw = n Wo ko c B
Trong đó:
Cao trình đáy vì kèo: HA = Hd + Ht = 8.75 + 4 = 12.75m
n = 1.3
c - Hệ số khí động ở phía đón gió, c = +0.8
ko - Hệ số kể đến áp lực gió theo độ cao và địa hình tra bảng lấy dạng
địa hình A ứng với độ cao 15m, lấy ko1 = 1.213
qdw = 1.3 0.7 1.213 0.8 6 = 5.3KN/m
+ Tải trọng gió phân bố đều ở phía hút gió
qhw = n Wo ko c’ B
Với:
c’ - Hệ số khí động ở phía hút gió, c = -0.5
qhw = 1.3 0.7 1.213 (-0.5) 6 = -3.31KN/m
b. Lực tập trung gió tác dụng lên dàn
+ Tải trọng tập trung ở phía đón gió
Wd = n Wo ktb B ci hi
Cao trình đỉnh mái: HB = Hd + Ht + ho + (tg5.7 6) + hcm
= 8.75 + 4 + 2.2 + 0.6 + 2.3 =17.85m
tra bảng lấy dạng địa hình B ứng với độ cao 20m, lấy ko2 = 1.269
Trong khoảng từ cao độ cánh dưới dàn đến đỉnh mái, hệ số k được lấy trung
bình của các giá trị nêu trên :
ktb =
k o1 k o2
1.213 1.269
=
= 1.241
2
2
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 6
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
W = 1.3 0.7 1.241 6 (0.8 2.2 - 0.7 0.6 + 0.7 1.7 - 0.8 0.6) =
13.89KN
+ Tải trọng tập trung ở phía hút gió
Wh = n Wo ktb B c,i hi
= 1.3 0.7 1.241 6 (-0.5 2.2 - 0.6 0.6 - 0.6 1.7 - 0.6 0.6)= 19.24KN
d
IV. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG
1. Các giả thiết đơn giản hoá khi giải khung
Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung: mômem uốn, lực cắt, lực
dọc trong các tiết diện khung. Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như giàn
,cột khá là phức tạp, nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng
sơ đồ đơn giản hoá, với các giả thiết sau:
- Thay giàn vì kèo bằng dầm ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao
trình cánh dưới dàn, thay cột dưới (rỗng) bằng thanh đặc có độ cứng tương đương.
- Chiều cao cột tính từ đế cột đến đáy giàn vì kèo. Nhịp tính toán là khoảng
cách giữa hai trục cột trên.
- Khi tính với các tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dầm ngang thì bỏ qua
chuyển vị ngang ở đầu cột ( = 0)
- Khi tính với các tải trọng không đặt trực tiếp lên dầm ngang thì xem dầm
ngang cứng vô cùng, tức là không có chuyển vị ngang ở nút khung (EJ3 =
=0)
J
J
J
- Tính khung giả thiết 1 6 ; 3 30 ; 3 5
J2
J1
J2
2. Xác định nội lực do tĩnh tải mái
tt
4000
J2
8750
Gm= 32.44KN/m
J1
J3
M1
24000
- Để giải tìm nội lực trong biểu đồ M1 ta phân tích thành: M1 = (1-a)+(1-b)
+ Lực dọc trong cột :
L
24
Nd = Gttm 32.44
389.28KN
2
2
+ Momen lệch tâm trong sơ đồ (1-b):
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 7
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
hd ht 1 0.5
0.25m
2
2
M = Nd e = 389.28 0.25 = 97.32KNm
a. Xác định nội lực biểu đồ (1-a)
Gọi K là tỷ số về độ cứng giữa dầm ngang và cột
J
J
Ta có: 1 6 ; h= Hd + Ht = 8.75 + 4 = 12.75m ; 3 5
J2
J1
e=
K=
J3 / L
J
h
12.75
= 3 = 5
= 2.66
J1 / h
J1 L
24
L2
G
12
+ MB =
K
2
1
KB
tt
m
K 0.837
Tra bảng Tab 1.2.1 ta có: A
K B 0.891
242
32.44
12 = -223.38KNm
MB =
2.66
2
1
0.891
MA =
KA
0.837
MB
(223.38) 209.84KNm
KB
(0.891)
+ Ta có: MC = MD = M B - Ht
MA MB
Hd Ht
209.84 223.38
= 223.38 - 4
87.47 KNm
8.75 4
tt
2
G L
32.44 242
MB
223.38 2112.3KNm
+ Giữa nhịp: Mnhịp = m
8
8
b. Xác định nội lực biểu đồ (1-b)
K A 0.329
K 0.167
Tra bảng Tab 1.2.3 ta có: B
K C 0.698
K 0.302
D
Do đó:
+ MA = KA (-M) = 0,329 (-97.32)= -32.02 KNm
+ MB = KB (-M) = -0.167 (-97.32) = 16.25KNm
+ MC = KC (-M) = -0.698 (-97.32) = 67.93KNm
+ MD = KD (-M) = 0.302 (-97.32) = -29.39KNm
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 8
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
223.38
16.25
67.93
2112.3
29.39
(1 - a)
KNm
(1 - b)
KNm
32.02
209.84
c. Xác định nội lực biểu đồ M1
M1 = M(1-a) + M(1-b)
+ MA = 209.84 - 32.02 = 177.82KNm
+ MB = -223.38 + 16.25 = -207.13KNm
+ MC = -87.47 + 67.93 = -19.54KNm
+ MD = -87.47 - 29.39 = -116.86KNm
- Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M1
Q1 = Q(1-a) + Q(1-b) ( KN)
N1 = N(1-a) + N(1-b) (KN)
- Gía trị của lực cắt (Q) bằng độ dốc của biểu đồ moment (M)
- Từ biểu đồ lực cắt (Q) suy ra biểu đồ lực dọc (N)
Biểu đồ nội lực do tĩnh tải mái gây ra
207.13
389.3
+
19.54
116.86
2128.55
-
+
M1
(KNm)
Q1
(KN)
177.82
22.56
22.56
-
-
-
N1
(KN)
389.3
3.Tính nội lực do hoạt tải mái
Tỷ số giữa hoạt tải và tĩnh tải mái:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 9
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
Hoaït taû
i Pmtt 5.4
0.17
Tónh taû
i Gttm 32.44
(Nội lực của hoạt tải mái bằng 0.17 lần nội lực của tĩnh tải mái)
m=
tt
8750
4000
Pm= 5.4KN/m
M2
24000
* Nội lực trong sơ đồ M2
M2 = M1 m
+ MA = 177.82 0.17 = 30.23KNm
+ MB = -207.13 0.17 = -35.21KNm
+ MC = -19.54 0.17 = -3.32KNm
+ MD = -116.86 0.17 = -19.87KNm
Tương tự ta có lực cắt và lực dọc trong sơ đồ M2
Q2 = Q1 m (KN)
N2 = N1 m (KN)
35.21
66.18
+
3.32
19.87
361.85
-
+
M2
Q2
(KNm)
(KN)
30.23
3.84
3.84
-
-
-
N2
(KN)
66.18
4. Tính nội lực do tải trọng đứng cầu trục (Dmax bên trái ; Dmin bên phải)
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 10
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
Dmax= 608.1KN
Dmin = 183.4KN
M3
MB = 0.0106EJ1
50.78
15.31
M min
M max
M C = MD
91.82
212.23
27.7
64.01
O
M
MP
(KNm)
M A = 0.026EJ1
100.03
30.17
a. Xác định nội lực trong biểu đồ M∆
+ Moment lệch tâm trong cột
Khoảng cách từ tâm cột dưới đến tâm dầm cầu chạy:
h
1
e = d = = 0.5m
2
2
D 608.1KN
Ta có: max
D min 183.4KN
Mmax = Dmax e = 608.1 0.5 = 304.05KNm
Mmin= Dmin e = 183.4 0.5 = 91.7KNm
K 4.221
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: A
K B 1.728
EJ
EJ1
0.026EJ1
+ M A K A 21 4.221
h
12.752
EJ
EJ1
0.0106EJ1
+ M B K B 21 1.728
h
12.752
b. Xác định biểu đồ nội lực M oP
K A 0.329
K 0.167
Tra bảng Tab 1.2.3 ta có: B
K C 0.698
K 0.302
D
* Giá trị moment bên cột trái:
+ MA = KA Mmax = 0.329 304.05 = 100.03KNm
+ MB = KB Mmax = -0.167 304.05 = -50.78KNm
+ MC = KC Mmax = -0.698 304.05 = -212.23KNm
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 11
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
+ MD = KD Mmax = 0.302 304.05 = 91.82KNm
* Giá trị moment bên cột phải:
+ MA = KA Mmin = 0.329 91.7 = 30.17KNm
+ MB = KB Mmin = -0.167 91.7 = -15.31KNm
+ MC = KC Mmin = -0.698 91.7 = -64.01KNm
+ MD = KD Mmin = 0.302 91.7 = 27.7KNm
c. Lập phương trình chính tắc do chuyển vị ∆ gây ra
R
r11 + R1P = 0 = 1P
r11
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: K 'B = -5.949
Ta có:
EJ
r11 = -2 RB = -2 K 'B 31
h
EJ1
= -2 5.949
0.00574EJ1
3
12.75
'
Tra bảng Tab 1.2.3 ta có : K B = 1.496
Ta có:
K'
R1P = B M max M min
h
1.496
=
304.05 91.7 24.92KNm
12.75
Vậy:
R
24.92
4342
= 1P =
r11
0.00574EJ1
EJ1
d. Gía trị nội lực của biểu đồ M3 = M∆ ∆ + M oP
* Giá trị moment bên cột trái:
4342
+ MA =
0.026EJ1 100.03 12.86KNm
EJ1
+ MB =
4342
0.0106EJ1 50.78 4.75KNm
EJ1
+ MC =
4342
0.00088EJ1 212.23 216.06KNm
EJ1
+ MD =
4342
0.00088EJ1 91.82 88KNm
EJ1
Với:
M MB
M C M D M B Ht A
Hd H t
0.026EJ1 0.0106EJ1
0.00088EJ1
= 0.0106EJ1 4
12.75
* Giá trị moment bên cột phải:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 12
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
+ MA =
4342
0.026EJ1 30.17 143.06KNm
EJ1
+ MB =
4342
0.0106EJ1 15.31 61.34KNm
EJ1
+ MC =
4342
0.00088EJ1 64.01 60.2KNm
EJ1
4342
0.00088EJ1 27.7 31.5KNm
EJ1
Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M3
+ MD =
4.75
61.34
2.75
-
88
60.2
31.5
216.06
-
Q3
M3
(KN)
(KNm)
143.06
12.86
+
23.2
23.2
23.2
23.2
-
-
+
N3
(KN)
2.75
2.75
5. Tính nội lực do tải trọng đứng cầu trục (Dmax bên phải ; Dmin bên trái)
- Tính nội lực trong biểu đồ M4: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M3 ta được giá
trị và biểu đồ nội lực M4
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 13
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
4.75
61.34
Dmax= 608.1KN
Dmin = 183.4KN
88
31.5
60.2
216.06
M4
M4
(KNm)
143.06
12.86
2.75
23.2
+
23.2
-
-
-
+
+
Q4
N4
(KN)
(KN)
23.2
2.75
23.2
2.75
750 3250
T = 20.27KN
8750
4000
6. Tính nội lực do tải trọng ngang của cầu trục đặt tại cột bên trái
+ Sơ đồ tải trọng:
M5
38.43
MB = 0.0106EJ1
21.71
18.1
M
O
MP
(KNm)
M A = 0.026EJ1
24.04
a. Giá trị nội lực của biểu đồ M∆
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 14
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
K 4.221
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: A
K B 1.728
EJ
EJ1
0.026EJ1
+ MA = K A 21 4.221
h
12.752
EJ
EJ1
0.0106EJ1
+ MB = K B 21 1.728
h
12.752
b. Giá trị biểu đồ nội lực M oP
Tra bảng Tab 1.2.4 với x = Ht – hdcc = 4 – 0.7 = 3.25m
K A 0.093
K 0.11
Ta có: B
K C 0.07
K 0.084
E
Vậy:
+ MA = KA (-T) h = -0.093 (-20.27) 12.75 = 24.04KNm
+ MB = KB (-T) h = -0.11 (-20.27) 12.75 = 28.43KNm
+ MC = KC (-T) h = 0.07 (-20.27) 12.75 = -18.1KNm
+ ME = KE (-T) h = 0.084 (-20.27) 12.75 = -21.71KNm
c. Hệ số chuyển vị ∆
* Lập phương trình chính tắc:
R
r11 + R1P = 0 = 1P
r11
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: K 'B = -5.949
Ta có:
EJ
r11 = -2 RB = -2 K 'B 31
h
EJ1
= -2 5.949
0.00574EJ1
12.753
Tra bảng Tab 1.2.4 ta có: K 'B = 0.762
Ta có:
R1P = -K 'B T K 'B T
= 0.762 -20.27 = -15.45KN
Vậy:
R
15.45
2692
= 1P =
r11
0.00574EJ1
EJ1
d. Gía trị nội lực của biểu đồ M 5 M M oP
* Giá trị moment bên cột trái:
2692
0.026EJ1 24.04 94.03KNm
+ MA =
EJ1
+ MB =
2692
0.0106EJ1 28.43 0.11KNm
EJ1
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 15
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
+ MC =
2692
0.00088EJ1 18.1 15.73KNm
EJ1
+ MD =
2692
0.0013EJ1 21.71 25.13KNm
EJ1
Ta có:
M MA
+ ME = M B H t hdcc B
h
0.0106EJ1 0.026EJ1
= 0.0106EJ1 4 0.75
0.0013EJ1
12.75
* Giá trị moment bên cột phải:
2692
+ MA =
0.026EJ1 70KNm
EJ1
+ MB =
2692
0.0106EJ1 28.54KNm
EJ1
+ MC =
2692
0.00088EJ1 2.37KNm
EJ1
2692
0.0013EJ1 3.5KNm
EJ1
Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M5
+ MD =
0.11
28.54
3.5
2.37
15.73
25.13
M5
(KNm)
94.03
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
70
Trang 16
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
1.2
7.73
+
+
-
12.54
+
7.7
-
-
+
-
Q5
N5
(KN)
(KN)
12.54
1.2
7.73
1.2
7. Tính nội lực do tải trọng ngang của cầu trục đặt tại cột bên phải
- Tính nội lực trong biểu đồ M6: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M5 ta được
giá trị và biểu đồ nội lực M6
0.11
750 3250
T = 20.27KN
3.5
2.37
8750
4000
38.54
15.73
25.13
M6
(KNm)
M6
70
1.2
94.03
7.73
-
+
-
7.7
+
12.54
-
+
+
Q6
N6
(KN)
(KN)
7.73
1.2
12.54
1.2
8. Xác định nội lực do tải trọng gió thổi từ trái qua phải
13.89KN/m
19.24KN/m
5.3KN/m
3.31KN/m
M7
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 17
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
MB = 0.0106EJ1
47.39
29.6
31.02
M
19.4
O
MP
(KNm)
M A = 0.026EJ1
93.05
58.11
a. Giá trị nội lực của biểu đồ M
K 4.221
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: A
K B 1.728
EJ
EJ1
0.026EJ1
+ MA = K A 21 4.221
h
12.752
EJ
EJ1
0.0106EJ1
+ MB = K B 21 1.728
h
12.752
b. Giá trị biểu đồ nội lực M oP
K A 0.108
Tra bảng Tab 1.2.5 ta có: K B 0.055
K 0.036
C
* Giá trị moment bên cột trái:
+ MA = KA qdw h2 = -0.108 5.3 12.752 = -93.05KNm
+ MB = KB qdw h2 = -0.055 5.3 12.752 = -47.39KNm
+ Mc = KC qdw h2 = 0.036 5.3 12.752 = 31.02KNm
* Giá trị moment bên cột phải:
+ MA = KA qwh h2 = -0.108 (-3.31) 12.752 = 58.11KNm
+ MB = KB qwh h2 = -0.055 (-3.31) 12.752 = 29.6KNm
+ Mc = KC qwh h2 = 0.036 (-3.31) 12.752 = -19.4KNm
c. Xác định hệ số chuyển vị
* Lập phương trình chính tắc:
R
r11 + R1P = 0 = 1P
r11
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có: K 'B = -5.949
Ta có:
EJ
r11 = -2 RB = -2 K 'B 31
h
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 18
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
EJ1
= -2 5.949
0.00574EJ1
12.753
Tra bảng Tab 1.2.5 ta có: K 'B = 0.447
Ta có:
R1P = K 'B h qdw qwh Wd Wh
= 0.447 12.75 5.3 3.31 13.89 19.24 82.2KN
Vậy:
=
R1P
82.2
14321
=
r11
0.00574EJ1
EJ1
d. Gía trị nội lực của biểu đồ M 7 M M oP
* Gía trị moment bên cột trái:
14321
+ MA =
0.026EJ1 93.05 465.4KNm
EJ1
+ MB =
14321
0.0106EJ1 47.39 104.41KNm
EJ1
14321
0.00088EJ1 31.02 18.42KNm
EJ1
* Gía trị moment bên cột phải:
14321
+ MA =
0.026EJ1 58.11 430.5KNm
EJ1
+ MC =
+ MB =
14321
0.0106EJ1 29.6 122.2KNm
EJ1
14321
0.00088EJ1 19.4 6.8KNm
EJ1
Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M 7
+ MC =
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 19
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
104.41
122.2
18.42
6.8
M7
(KNm)
430.5
465.4
19.24
9.44
81.5
+
-
13.89
-
+
+
-
+
Q7
N7
(KN)
(KN)
81.5
61.44
9.44
61.44
9.44
9. Xác định nội lực do tải trọng gió thổi từ phải qua trái
- Tính nội lực trong biểu đồ M8: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M7 ta được
giá trị và biểu đồ nội lực M8
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 20
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
19.24KN/m
13.89KN/m
104.41
122.2
6.8
18.42
5.3KN/m
3.31KN/m
M8
M8
(KNm)
430.5
465.4
9.44
61.44
-
13.89 61.44
19.24
-
81.5
+
+
-
-
+
Q8
N8
(KN)
(KN)
81.5
9.44
9.44
V. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT
- Chiều dài hình học các cột: H d 8.75m , hd 1m ; H t 4m , ht 0.5m
- Liên kết khung nhà, cột liên kết với móng ở đầu dưới và với tường ngang (dàn
hoặc dầm) ở đầu trên. Các liên kết này là liên kết ngàm.
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 21
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
1. Xác định nội lực và chiều dài tính toán
a. Xác định nội lực trong cột
Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán.
+ Tại cột trên (tiết diện I) cặp nội lực |N|max - Mtư dùng thiết kế cột có giá trị:
M = -374.49KNm ; N = 458.44KN
+ Tại cột dưới (tiết diện IV)
- Nhánh cầu trục (Nnhct ): |N|max - Mtư
M = 665.54 KNm ; N = 1005.73 KN
- Nhánh mái (Nnhm ): |M|max - Ntư
M = 778.65 KNm ; N = 563.94KN
b. Xác định chiều dài tính toán
* Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung xác định riêng cho từng phần
cột
- Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột trên và cột dưới (n)
J / H t J2 H d 1 8.75
0.365
n= 2
J1 / H d J1 H t
6 4
- Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất của phần cột trên và cột dưới
=
N1 1005.73
=
= 2.194
458.44
N2
- Tính hệ số:
1=
Ht
J1
4
6
0.755
Hd
J2 8.75
2.197
Với 1 = 0.755 và n = 0.365 tra phụ lục 8/134 ta có: 1 = 1.892
1.892
2.51
2 =
0.755
* Chiều dài tính toán được xác định cho từng đoạn cột như sau:
- Chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung (theo phương x).
+ Cột dưới:
l1x = Hd = 1.892 8.75 = 16.56m
+ Cột trên:
l2x = Ht = 2.51 4 = 10.04m
- Chiều dài tính toán của các phần cột ngoai mặt phẳng khung xác định bằng
khoảng cách các điểm cố kết dọc ngăn cản không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà
(theo phương y).
+ Cột dưới:
l1y = Hd = 8.75m
+ Cột trên:
l2y = Ht - hdcc = 4 - 0.6 = 3.4m
2. Thiết kế tiết diện cột trên
a. Chọn tiết diện cột trên
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng. Hình dạng này đơn giản cho chế
tạo. Tiết diện cột được ghép từ 3 bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước
ht 0.5m
Ta có: N = 458.44KN ; M = -374.49KNm
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 22
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
+ Độ lệch tâm của tải trọng
M 374.49
e=
0.82m
N 458.44
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện
cầu của tiết diện tính theo công thức gần đúng:
N
e
A y/c Fy/c
f c
ht
và diện tích yêu
Trong đó:
N - Lực dọc trong tiết diện cột trên
- Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy = 1.25
f - Cương độ tính toán của thép, f = 210MPa = 21 kN/cm2
c - Hệ số điều kiện làm việc của cột, lấy c = 1
458.44
82
1.25 2.5 116.8cm2
21 1
50
* Chọn sơ bộ tiết diện cột trên:
+ Bề rộng bản cánh:
1 1
1 1
bc H t 4000 = (266.67 333.3)mm
15 12
15 12
Chọn bc = 300mm
+ Bề dày bản cánh:
1 1
1 1
c = bc 300 10 15 mm
30 20
30 20
A y/c Fy/c
15
470
300
144 12 144
chọn c = 15mm
+ Bề dày bản bụng:
1
1
1
1
b = ht 500 10 16.67 mm
50 30
50 30
chọn b = 12mm
+ Chiều cao bản bụng:
hb = ht – 2 c = 500 - 2 15 = 470mm
chọn hb = 470mm
+ Diện tích thực của tiết diện ngang cột trên:
Fth = hb b + 2bc c = 47 1.2 + 2 30 1.5 = 146.4cm2 > Fy/c = 116.8cm2
15
500
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 23
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
* Kiểm tra tiết diện cột trên đã chọn
Tính các đặc trưng hình học của tiết diện
+ Moment quán tính của tiết diện đối với trục x và y ( Jx ,Jy ):
2
3c bc
h3b b
hb c
Jx
2
c bc
12
2
12
2
1.53 30
47 1.5
473 1.2
4
2
1.5 30
63324.8cm
12
12
2
303 1.5 1.23 47
b3 3 h
6756.77cm4
Jy 2 c c b b = 2
12
12
12
12
+ Moment kháng uốn theo phương x:
Jx
63324.8
Wx
2532.99cm4
hb
47
1.5
c
2
2
+ Bán kính quán tính của tiết diện:
rx
ry
Jx
63324.8
20.8cm
Fth
146.4
Jy
Fth
6756.77
6.8cm
146.4
+ Độ mảnh:
l
10.04 102
x 2x
48.27
rx
20.8
3.4 102
y
50
ry
6.8
l 2y
Chọn min = min(x, y) = y = 48.27
+ Độ mảnh quy ước:
f
2100
48.27
1.53
E
2.1 106
Với E = 2.1 106KG/cm2
b. Kiểm tra tiết diện đã chọn
+ Kiểm tra độ bền của cột trên
N M
458.44 374.49 102
f c
21 1
Fth Wx
146.4
2532.99
17.93 KN/cm2 < 21KN/cm2 thỏa điều kiện
+ Kiểm tra ổn định của cột trong mặt phẳng tác dụng của moment uốn
- Độ lệch tâm tương đối:
F
146.4
m=e th 0.823 102
4.76
Wx
2532.99
min
- Hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện :
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 24
ĐỒ ÁN THÉP
NGUYỄN DUY PHÍCH
Fc bc c 30 1.5
0.798
Fb b hb 1.2 47
Với m = 4.76; = 1.53;
Fc
= 0.798 tra phụ lục 6/133 sách HDĐA của
Fb
Ngô Vi Long ta có:
m 0.02 5 m
1.75 0.1 4.76 0.02 5 4.76 1.53 1.27
- Độ lệch tâm quy đổi:
m1 = m = 1.27 4.76 = 6.05
Với m1 = 6.05; = 1.53 tra phụ lục 4/131 sách HDĐA của Ngô Vi Long
204.97
ta có: lt
0.20497 ( lt - Hệ số uốn dọc cua cấu kiện đặc chịu nén lệch tâm,
1000
phụ thuộc vào độ lệch tâm qui đổi m1 và độ mảnh qui ước )
Do m1 < 20, cột bị phá hoại về ổn định. Khả năng ổn định của cột nén lệch tâm
không chỉ phụ thuộc vào độ mảnh mà còn chịu ảnh hưởng của hình dạng tiết diện và của
moment uốn ở một hoặc cả hai mặt phẳng chứa hai trục chính của tiết diện cột.
- Ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung của cột được kiểm tra theo công
thức:
N
458.44
f c
21 1
lt F th
0.20497 146.4
15.28KN/cm2 < 21KN/cm2 thỏa điều kiện
+ Kiểm tra độ ổn định của cột ngoài mặt phẳng tác dụng của moment
Với y = 50 và f = 21kN/cm2 tra phụ lục 3/130 sách HDĐA của Ngô Vi
Long ta có: y = 0.864
E
c
99.35
f
Ta thấy y = 50 < c = 99.35 = 1 (tra phụ lục 7/133 sách HDĐA của Ngô
Vi Long)
Với m1 = 6.05 > 5 = 0.9 (tra phụ lục 7/133 sách HDĐA của Ngô Vi
Long)
- Hệ số ảnh hưởng của moment
Với m = 4.76 < 5 nên hệ số kể đến ảnh hưởng của moment uốn và hình dạng
tiết diện đối với ổn định của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung là C được
xác định:
1
C=
0.189
1 m 1 4.76 0.9
- Điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung
N
458.44
f c
21 1
C y F th
0.189 0.864 146.4
19.18 KN/cm2 < 21KN/cm2 thỏa điều kiện
c. Kiểm tra độ ổn định cục bộ của tiết diện
+ Đối với bản cánh
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC
Trang 25
