thuyet minh thep 2 nha cong nghiep 1 tang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.18 MB, 98 trang )
Thuyết minh tính toán
Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp
**********************************************
Đ1. xác định kích thớc khung ngang
I. Kích thớc chính của khung ngang
1) Kích thớc theo phơng ngang
Khung ngang đợc thiết kế là khung 1 tầng 1 nhịp. Nhịp khung: L = 30 m (theo đề bài).
Do cầu trục có sức trục: Q = 75 T nên ở cột biên, trục định vị cách mép ngoài cột biên một khoảng: a
= 250 mm. Đồng thời, cũng do Q = 75 T nên khoảng cách từ trục ray đến trục định vị là: = 750 mm.
Suy ra nhịp của cầu trục:
Lk = L 2 . = 30 2 . 0,75 = 28,5 (m).
Tra phụ lục VI.2 (tr138 - Giáo trình thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp), với cầu trục điện thông
dụng, sức trục Q = 75 T, chế độ làm việc trung bình, nhịp Lk = 28,5 m, ta có các thông số nh sau:
Bảng 1.1. Các thông số chính của cầu trục
áp lực xe
lên ray
Tấn
75
m
28,5
H
B1
F
Lt
T
J
B
Toàn
Xe con
cầu
Gxc
trục
P1 P2
mm
4000
mm
400
mm
250
mm
4400
mm
4560
mm
4400
mm
8800
Tấn
Tấn
38 39 38
KP-100
135
Sơ bộ chọn bề rộng phần cột trên (tức chiều cao tiết diện cột trên): ht = 500 mm.
Do ở phần cột dới, trục của nhánh cột đỡ dầm cầu trục thờng trùng với trục dầm cầu trục (trục ray)
nên khi đó bề rộng phần cột dới là: hd = a + = 250 + 750 (mm). Hay hd = 1000 mm.
Lúc này khe hở giữa cầu trục và mặt trong cột trên:
D = B1 (ht a) = 750 400 (500 250) = 100 (mm).
Nh vậy: D = 100 mm > (60 ữ 75) mm, đảm bảo khoảng an toàn khi cầu trục chuyển động không
chạm vào má trong cột trên.
2) Kích thớc theo phơng đứng
-
-
Chọn cốt nền nhà trùng với cốt 0,00 để tính toán các thông số chiều cao.
Theo số liệu đề bài đã cho, ta có cao trình đỉnh ray: H1 = 10 m.
Chiều cao từ cao trình đỉnh ray tới cánh dới (đáy) của dàn vì kèo: H2 = (Hc + 100) + f
Trong đó: +) Hc = 4000 mm : Chiều cao cầu trục (lấy theo gabarit chính của cầu trục).
+) 100 mm : Khe hở an toàn giữa xe con và đáy của dàn vì kèo.
+) : Khe hở phụ xét tới độ võng của dàn vì kèo & việc bố trí hệ giằng thanh cánh dới, f
= 200 ữ 400 mm. Do nhịp nhà tơng đối lớn (L = 30 m) nên chọn f = 300 mm.
Thay số ta có: H2 = (4000 + 100) + 300 = 4400 (mm) - thoả mãn chẵn 200 mm.
Vậy: H2 = 4,4 m.
Chiều cao của xởng, từ nền nhà tới đáy vì kèo: H = H1 + H2 = 10,0 + 4,4 = 14,4 (m).
Vậy: H = 14,4m.
Kích thớc thực của phần cột trên (từ vai cột tới đáy dàn vì kèo): Ht = H2 + Hdct + Hr
Trong đó: +) Hdct : Chiều cao dầm cầu trục. Theo số liệu đề bài ta có: Hdct = 700 mm.
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 1
+) Hr : Chiều cao ray và các lớp đệm. Với loại ray KP-100, tra phụ lục IV.7 (tr130 Giáo trình thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp), ta có Hr = 200 mm. (tính cả lớp
đệm)
Thay số ta có: Ht = 4000 + 700 + 200 = 4900 (mm). Hay: Ht = 4,9 m.
- Chiều cao phần cột dới (tính từ mặt móng tới vai cột): Hd = H Ht + H3
Trong đó H3 là chiều sâu chôn cột dới cốt mặt nền (cốt 0,00), theo đề bài ta có: H3 = 800 mm.
Suy ra: Hd = 14,4 4,9 + 0,8 = 10,3 (m). Vậy: Hd = 10,3 m.
Kiểm tra lại:
+) Chiều cao tiết diện phần cột trên: ht = 500 mm. Thoả mãn: ht > (1 / 12) . Ht = 408 (mm).
+) Chiều cao tiết dịên phần cột dới: hd = 1000 mm. Thoả mãn: hd > (1 / 20) . Hd = 515 (mm).
II. Kích thớc dàn mái & cửa trời
1) Dàn mái
Chọn dàn mái dạng hình thang, đầu dàn liên kết cứng với cột. Các thông số kích thớc nh sau:
- Chiều cao đầu dàn: h0 = 2200 mm.
- Độ dốc mái là 10% (i = 1 / 10).
- Chiều dài nhịp dàn theo đề bài đã cho: L = 30 m.
- Chiều cao giữa dàn: hgd = 2200 + (1 / 10) . (30000 / 2) = 3700 (mm). Hay: hgd = 3,7 m.
2) Cửa trời
Theo yêu cầu về kiến trúc và chiếu sáng ta chọn cửa trời chạy suốt theo chiều dài nhà (trừ 2 khoang
đầu hồi) với các thông số nh sau:
- Bề rộng cửa trời: lctr = (1/2 ữ 1/5) L.
Chọn: lctr = 12 (m).
- Chiều cao cửa trời: hctr = hbậu + a. Trong đó:
+) Chiều cao bậu cửa: hbậu = hbậu trên + hbậu dới = 0,2 + (0,6 ữ 0,8) (m) = 0,2 + 0,8 = 1,0 (m).
+) Chiều cao cửa kính: a (1/15) L = (1/15) . 30 = 2 (m).
Suy ra: hctr = 1,0 + 2 = 3.0 (m). Vậy: hctr = 3 m.
- Độ dốc mái cửa trời lấy bằng độ dốc mái của dàn (10%): i = 1 / 10.
Đ2. mặt bằng lới cột, Sơ đồ khung & hệ giằng
I. Mặt bằng lới cột
Tổng chiều dài phơng dọc nhà là: 17 . B = 17 . 6 = 102 (m) ; theo phơng ngang nhà là: L = 30 m.
Nhận thấy 102 < 200 (m) & 30 < 120 (m) nên không cần phải bố trí khe nhiệt độ.
Ta có sơ đồ mặt bằng bố trí lới cột nh sau:
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 2
30000
b
a
500
500
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
102000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Hình 2.1. Mặt bằng lới cột
II. Sơ đồ khung ngang nhà
Từ các thông số kích thớc đợc xác định ở Đ1, ta có sơ đồ khung ngang nhà nh sau:
Hình 2.2. Mặt cắt khung ngang nhà
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 3
6000
Ghi chú:
- Mặt cắt khung ngang điển hình đợc thiết kế (hình vẽ trên) là khung từ trục 2 đến trục 17. Các
khung tại trục 1 & trục 18 không có cửa trời vì không bố trí cửa mái ở 2 khoang đầu hồi.
- Cốt nền nhà (cốt 0,00) cao hơn cốt tự nhiên là 0,45 m (xây bậc tam cấp). Cốt mặt móng
(chân cột) đặt dới cốt tự nhiên một đoạn 0,35 m.
- Các lớp mái dày 0,52 m. Tờng gạch tự mang xây cao hơn đầu dàn một đoạn 0,7 m.
III. Bố trí hệ giằng
1) Hệ giằng mái
a. Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên
Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các
thanh chống dọc nhà. Các thanh giằng chữ thập đợc bố trí ở 2 khoang đầu hồi và 1 khoang ở giữa.
Khoảng cách giữa hai khoang bố trí giằng chữ thập là 54 m (thuộc khoảng 50 ữ 60 m). Các thanh
chống đợc bố trí dọc theo các nút đỉnh nóc & nút đầu dàn.
Tác dụng chính của các thanh giằng chữ thập là đảm bảo ổn định theo phơng ngoài mặt phẳng
khung cho thanh cánh trên chịu nén của dàn. Các thanh chống dọc nhà dùng để cố định những nút
quan trọng của nhà (nút đỉnh nóc, nút đầu dàn, nút dới chân cửa trời); đồng thời còn đảm bảo cho độ
mảnh của cánh trên không vợt quá 220 trong quá trình dựng lắp.
Sơ đồ nh sau:
Hình 2.3. Hệ giằng thanh cánh trên
b. Hệ giằng trong mặt phẳng cánh dới
Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, nghĩa là ở hai khoang
đầu hồi & ở khoang giữa, cách nhau 54 m. Giằng cánh dới cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối
cứng không gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột chống gió
đầu hồi, chịu tải trọng gió thổi lên tờng hồi nên còn gọi là hệ dàn gió.
Đồng thời, do nhà xởng có cầu trục với sức trục yêu cầu Q = 75 T ( > 10 T ) nên cần phải bố trí
thêm hệ giằng cánh dới theo phơng dọc nhà. Hệ giằng này bảo đảm sự làm việc cùng nhau của các
khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận.
Sơ đồ nh sau:
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 4
Hình 2.4. Hệ giằng thanh cánh dới
c. Hệ giằng đứng
Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng. Có tác dụng cùng với các giằng nầm tạo nên
khối cứng bất biến hình; giữ vị trí & cố định cho dàn vì kèo khi dựng lắp; đồng thời đảm bảo an toàn
khi thi công.
Khoảng cách giữa các giằng đứng theo phơng ngang là 13,5 m (thuộc khoảng 12 ữ 15 m). Nh vậy
có 3 giằng đứng theo phơng ngang nhà (hai giằng đứng bố trí ở đầu dàn và một bố trí ở giữa dàn).
Theo phơng dọc nhà, hệ giằng đứng đợc đặt tại những khoang có hệ giằng mái đặt ở cánh trên và cánh
dới.
Sơ đồ nh sau:
1
3
2
500
500
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
102000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Hình 2.5. Hệ giằng đứng
1 - Giằng cánh trên ; 2 - Giằng cánh dới ; 3 - Thanh chống
2) Hệ giằng cửa mái
Hệ giằng của kết cấu cửa mái (cửa trời) đợc bố trí tơng tự hệ giằng cánh trên & hệ giằng đứng của
dàn mái: 2 khoang ở đầu & 1 khoang giữa.
Sơ đồ nh sau:
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 5
b
2
30000
1
2
a
500
500
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
102000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Hình 2.6. Hệ giằng cửa mái
1 - Thanh chống đỉnh nóc ; 2 - Thanh chống đầu cửa mái
3) Hệ giằng cột
Hệ giằng ở cột kết hợp với hệ giằng đứng của mái (còn gọi là giằng cột đầu dàn) có tác dụng bảo
đảm độ bất biến hình & độ cứng của toàn nhà theo phơng dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà (lực
hãm dọc cầu trục, gió đầu hồi) & đảm bảo sự ổn định của cột theo phơng ngoài mặt phẳng khung. Hệ
giằng cột bao gồm giằng cột lớp trên & giằng cột lớp dới.
Sơ đồ nh sau:
1
3
2
4
2
500
500
6000
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
102000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Hình 2.7. Hệ giằng cột
1 - Giằng cột lớp trên ; 2 - Giằng cột lớp dới
3 - Dầm cầu chạy ; 4 - Thanh chống dọc
Giằng cột lớp trên đợc bố trí tại 2 khoang đầu hồi & 1 khoang ở giữa (khoảng cách giữa chúng là
54 m < 75 m). Do các thanh giằng lớp trên tơng đối mảnh nên có thể bố trí ở 2 khoang đầu hồi mà
không gây ra ứng suất nhiệt độ đáng kể. Các thanh giằng cột trên đợc bố trí trong mặt phẳng trục cột.
Giằng cột lớp dới chỉ bố trí ở khoang giữa nhà (không bố trí ở 2 khoang đầu hồi với lý do tránh
ứng suất phụ xuất hiện do nhiệt độ). Các thanh giằng cột dới đợc bố trí ở 2 nhánh cột. Đồng thời, do
đoạn cột dới có Hd = 10,9 m > 9 m nên giằng cột lớp dới đợc chia đôi bằng các thanh chống dọc.
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 6
Đ3. xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang
I. Tải trọng tác dụng lên dàn
1) Tĩnh tải
Tĩnh tải tác dụng lên dàn gồm: trọng lợng các lớp mái; trọng lợng bản thân dàn & hệ giằng (giằng
mái & giằng cửa mái); trọng lợng kết cấu cửa trời, bậu cửa & các lớp kính.
a. Trọng lợng các lớp mái
Dựa vào cấu tạo các lớp mái theo số liệu đề cho, ta có bảng tổng hợp sau:
Bảng 3.1. Trọng lợng các lớp mái
STT
Tải trọng do các lớp mái
Tải
trọng
tiêu
chuẩn Hệ
vợt
g mc
(n)
(daN/m2 mái)
Tải
trọng
số tính
toán
tải
t
gm
(daN/m2 mái)
1
Hai lớp gạch lá nem, dày 1,5cm / lớp.
60,0
Trọng lợng: 0 = 2000 daN/m3.
1,1
66,0
2
Hai lớp vữa lát, dày 1,5 cm / lớp.
54,0
Trọng lợng: 0 = 1800 daN/m3.
1,2
64,8
3
Bêtông xỉ chống nóng, dày 12 cm.
60,0
Trọng lợng: 0 = 500 daN/m3.
1,2
72,0
4
Bêtông chống thấm, dày 4 cm.
100,0
Trọng lợng: 0 = 2500 daN/m3.
1,2
120,0
5
Panen sờn BTCT 1,5 x 6 m.
150,0
Dày 30 cm, gc = 150 daN/m2.
1,1
165,0
-
487,8
Cộng:
424,0
Đây là tải trọng phân bố theo diện tích mặt dốc mái. Ta qui về lực phân bố theo diện tích mặt bằng
nhà bằng cách chia cho cos , là góc dốc.
Với độ dốc mái i = 1 / 10, ta có: cos = 0,995. Suy ra:
424,0 424,0
=
= 426,1 (daN/m 2 mặt bằng)
cos 0,995
487,8 487,8
g tm =
=
= 490,3 (daN/m 2 mặt bằng)
cos 0,995
g cm =
b. Trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng
Theo công thức kinh nghiệm:
g dc = 1,2 . d . L , daN/m2 mặt bằng
Trong đó:
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 7
+) L = 30 m : Nhịp dàn.
+) d = 0,68 : Hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn, d = 0,6 ữ 0,9 với L = 24 36 m.
+) 1,2 : Hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng.
c
Suy ra: g d = 1,2 . 0,68 . 30 22,0 (daN/m2 mặt bằng)
g dt = n . g dc = 1,1 . 22,0 24,2 (daN/m2 mặt bằng)
c. Trọng lợng kết cấu cửa trời (gồm cả hệ giằng cửa trời)
Theo công thức kinh nghiệm:
g ctc = ct . lct , daN/m2 mặt bằng
Trong đó:
+) ct = 0,5 : Hệ số kể tới trọng lợng cửa trời.
+) lct = 9 m : Nhịp của cửa trời.
Suy ra:
g ctc = 0,5 . 9 = 4,5 (daN/m2 mặt bằng)
g ctt = n . g ctc = 1,1 . 4,5 5,0 (daN/m2 mặt bằng)
Khi muốn tính chính xác hơn tải trọng nút dàn, cũng có thể dùng trị số: 12 ữ 18 daN/m2 cửa trời.
Lấy trị số: 15 daN/m2 mặt bằng cửa trời, ta có: g ctc = 15 (daN/m2 mặt bằng cửa trời)
g ctt = n . g ctc = 1,1 . 15 = 16,5 (daN/m2 mặt bằng cửa trời)
d. Trọng lợng cánh cửa kính và bậu cửa trời
Trọng lợng cánh cửa (khung + kính): 35 ữ 40 daN/m2 cánh cửa.
Lấy trị số: 39 daN/m2 cánh cửa, ta có:
Gkc = 39 . a . B = 39 . 1,8 . 6 = 421,2 (daN)
(a = 1,8 m - chiều cao phần khung kính cửa trời)
Trọng lợng bậu trên và bậu dới: 100 ữ 150 daN/m bậu cửa.
Lấy trị số: 133 daN/m bậu cửa, ta có:
Gbc = 133 . B = 133 . 6 = 798,0 (daN)
Vậy lực tập trung ở nút dàn chân cửa trời do cánh cửa kính và bậu cửa trời (tính cho 1 bên):
G kbt = n . (Gkc + Gbc) = 1,1 . (421,2 + 798,0) = 1341,1 (daN)
Tổng hợp trọng lợng cửa trời:
Do tải trọng g ctt phân bố đều trên mặt bằng cửa trời, G kbt đặt tập trung ở nút chân cửa trời. Nên để
tiện tính toán khung, ta quy đổi chúng về lực tơng đơng phân bố đều trên mặt bằng nhà - gct* :
g t . l . B + 2 . G tkb 16,5 . 9 . 6 + 2 . 1341,1
=
22,1 (daN/m 2 mặt bằng)
gct* = ct ct
L .B
27 . 6
2) Hoạt tải mái
Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 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:
p c = 75 (daN/m2 mặt bằng nhà)
Với hệ số vợt tải n = 1,3 ta có:
p t = n . p c = 1,3 . 75 = 97,5 (daN/m2 mặt bằng nhà)
3) Tải trọng phân bố đều trên dàn (theo chiều dài dàn)
- Tĩnh tải:
g = B . g i = 6 . (490,3 + 24,2 + 22,1) = 3219,6 (daN/m)
- Hoạt tải:
p = B . p t = 6 . 97,5 = 585,0 (daN/m)
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 8
II. Tải trọng tác dụng lên cột
1) Tĩnh tải
a. Do phản lực của dàn (phần tĩnh tải)
g . L 3219,6 . 27
=
= 43464,6 (daN ) 434,65 (kN)
2
2
b. Trọng lợng dầm cầu trục
Theo công thức kinh nghiệm:
G cdct = dct . L2dct , daN
Trong đó:
+) dct = 37 : Hệ số trọng lợng bản thân, dct = 24 ữ 37 với sức trục Q = 50 T < 75 T.
+) Ldct = 6 m : Nhịp dầm cầu trục, Ldct = B = 6 m.
Suy ra:
G cdct = 37 . 6 2 = 1332 (daN )
Ag =
G tdct = n . G cdct = 1,1 . 1332 = 1465,2 (daN ) 14,65 (kN)
2) Hoạt tải
a. Do phản lực của dàn (phần hoạt tải)
p . L 585,0 . 27
=
= 7897,5 (daN ) 78,98 (kN)
2
2
b. áp lực đứng của bánh xe cầu trục
Với sức trục Q = 50 T và Lk = 25,5 m, xem Bảng 1.1. Các thông số chính của cầu trục ở Đ1, ta có:
- Bề rộng cầu trục:
B = 6650 mm.
- Khoảng cách giữa 2 bánh xe: K = 5250 mm.
c
- áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray: Pmax
= 48,0 T = 480 kN.
- Trọng lợng của xe con:
Gxc = 18,0 T.
- Trọng lợng toàn bộ cầu trục: G = 72,0 T.
c
áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục (có 2 cầu trục) tác dụng lên vai cột do các lực Pmax
ở mỗi bánh
xe đợc xác định theo đờng ảnh hởng của phản lực gối tựa của hai dầm cầu trục ở hai bên cột.
Sơ đồ tính nh sau:
Ap =
B = 6650
700
B = 6650
K = 5250
c
P max
750
700 700
c
P max
5250
V
K = 5250
c
P max
1400
6000
700
c
P max
4600
6000
Đ.a.h V
y2 = 0,125
y1 = 1
y3 = 0,767
Hình 3.1. Sơ đồ xác định áp lực đứng của cầu trục
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 9
Các tung độ của đờng ảnh hởng tơng ứng với vị trí của các bánh xe:
y1 = 1 ; y2 = 1 . (750 / 6000) = 0,125 ; y3 = 1 . (4600 / 6000) = 0,767 ; y4 = 0.
Với vị trí bất lợi nhất của các cầu trục nh trên hình vẽ, ta có:
c
Dmax = n . nc . Pmax
. yi
= 1,2 . 0,85 . 480 . (1 + 0,125 + 0,767) = 926,32 (kN). Vậy Dmax = 926,32 kN
Trong đó:
+) n = 1,2 : Hệ số vợt tải.
+) nc = 0,85 : Hệ số tổ hợp, xét đến xác xuất xảy ra trờng hợp 2 cầu trục với sức trục tối
đa làm việc cạnh nhau; áp dụng cho cầu trục có chế độ làm việc trung bình.
Ta có áp lực nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục lên phía ray bên kia:
Q+G
c
c
Pmin
=
Pmax
n0
Trong đó:
+) Q = 50 T : Sức trục của cầu trục.
+) G = 72 T : Trọng lợng toàn bộ cầu trục.
+) n0 = 2 : Số bánh xe ở một bên ray.
c
Với Pmax = 48,0 T , thay số vào ta đợc:
50 + 72
c
Pmin
=
48 = 13,0 (T ) = 130 ( kN )
2
Tơng ứng phía ray bên kia ta có áp lực nhỏ nhất của cầu trục tác dụng lên vai cột:
c
Dmin = n . nc . Pmin
. yi
= 1,2 . 0,85 . 130 . (1 + 0,125 + 0,767) = 250,88 (kN). Vậy Dmin = 250,88 kN
Lu ý :
Do Dmax & Dmin đặt vào trục của nhánh cầu trục, nên lệch tâm so với trục cột dới một
khoảng e. Sơ bộ lấy: e = (0,45 ữ 0,55) hd 0,5 . 1000 = 500 (mm) = 0,5 (m).
Khi đó, mômen lệch tâm đặt tại vai cột:
Mmax = Dmax . e = 926,32 . 0,5 = 463,16 (kN.m)
Mmin = Dmin . e = 250,88 . 0,5 = 125,44 (kN.m)
c. Do lực hãm ngang của xe con
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục tác dụng lên ray:
0,05 . (Q + G xc )
T1c =
n0
Trong đó:
+) Q = 50 T : Sức trục của cầu trục.
+) Gxc = 18 T : Trọng lợng của xe con.
+) n0 = 2 : Số bánh xe ở một bên ray cầu trục.
Thay số vào ta đợc:
0,05 . (50 + 18)
T1c =
= 1,7 (T ) = 17 ( kN )
2
Các lực ngang T1c truyền lên cột thành lực hãm ngang T đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu
chạy. Giá trị của lực T cũng đợc xác định bằng cách xếp các bánh xe trên đờng ảnh hởng tơng tự nh
khi xác định Dmax , Dmin .
Công thức nh sau:
T = n . nc . T1c . yi = 1,2 . 0,85 . 17 . (1 + 0,125 + 0,767) = 32,81 (kN)
Vậy T = 32,81 kN
(Các hệ số n, nc có ý nghĩa tơng tự nh các công thức bên trên)
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 10
III. Tải trọng gió tác dụng lên khung
áp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10 m theo đề bài đã cho:
W0 = 65 daN/m2 = 0,65kN/m2
-0,5
-0,6
+0,8
qđẩy
w2
720
-0,6
+0,7
C1= -0,56
2900
3000
-0,6
-0,8
w1
600
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
nằm ngang đặt tại cao trình cánh dới dàn vì kèo.
Để xác định hệ số khí động trên phạm vi mái, đồng thời xác định tải trọng gió tác dụng lên khung,
ta có sơ đồ nh sau:
qhút
0,00
- 0,45
30000
a
b
Hình 3.2. Sơ đồ xác định hệ số khí động C và tải trọng gió
Với độ dốc mái i = 1/10, ta có góc dốc: = arctg(1/10) = 5042.
Từ phụ lục V.5 (tr133 - Giáo trình thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp), tra theo tiêu chuẩn tải
trọng gió TCVN 2737 - 1995 ta có các hệ số khí động nh sau:
- Giá trị C1 : Nội suy với tỷ số H/L = (14,60 + 2,77)/30 = 0,64 ta đợc C1 = - 0,588.
- Giá trị C2 : Do góc nghiêng mái < 200 nên đối với mặt đón gió của cửa trời ta có C2 = - 0,8.
- Giá trị C3 : Nội suy với tỷ số H/L = (14,60 + 2,77 + 0,90 + 2,80) / 27 = 0,78 ta có C3 = - 0,456.
Với các hệ số khí động & sơ đồ tính nh trên, ta tiến hành tính toán tải trọng gió cụ thể nh sau:
1) Gió thổi từ trái sang
a. Tải trọng phân bố trên cột khung
Tải trọng gió phân bố lên cột khung chỉ đợc coi là đều trong phạm vi độ cao dới 10 m, phân bố
tuyến tính trong mỗi khoảng độ cao lớn hơn 10 m. Vì vậy, để tiện tính toán, ta quy đổi tải trọng này
thành phân bố đều suốt chiều cao cột bằng cách nhân giá trị ở độ cao dới 10 m với hệ số = 1,04 (do
H = 14,6 m < 15 m).
Khi đó, tải trọng gió phân bố lên cột khung đợc tính bằng công thức:
Phía đón gió:
qđẩy = n . W0 . k . Cđẩy . B . = 1,2 . 0,65 . 1,07 . (+ 0,8) . 6 . 1,04 = 5,91 (kN/m)
Vậy qđẩy = 5,91 kN/m
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 11
- Phía hút gió:
qhút = n . W0 . k . Chút . B . = 1,2 . 0,65 . 1,07 . (- 0,6) . 6 . 1,04 = - 4,03 (kN/m)
Vậy qhút = - 4,03 kN/m
Trong đó:
+) n : Hệ số vợt tải, n = 1,2.
+) k : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình.
Tra tại phụ lục V.4 (tr132 - Giáo trình thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp), tra
theo tiêu chuẩn tải trọng gió TCVN 2737 - 1995, áp dụng cho dạng địa hình B. Hệ
số k đợc xác định tơng ứng ở hai mức:
o Mức đỉnh cột, cao trình +14,60 m. Nội suy ta có: k = 1,07.
o Mức đỉnh mái, cao trình +21,52 m. Nội suy ta có: k = 1,14.
+) C : Hệ số khí động, C = + 0,8 đối với phía gió đẩy và C = 0,6 đối với phía gió hút.
+) B : Chiều dài bớc khung, B = 6 m.
b. Tải trọng tập trung đặt tại cánh dới dàn vì kèo
Trong phạm vi mái, hệ số k coi nh không đổi, lấy gần đúng bằng trung bình cộng của giá trị ứng
với độ cao đáy dàn vì kèo và giá trị ở độ cao lớn nhất của mái. Ta có:
ktb = (1,07 + 1,14) / 2 = 1,105
Khi đó, tải trọng gió trên toàn bộ phạm vi mái đợc chuyển thành một lực tập trung W đặt tại cánh
dới dàn vì kèo:
W = n . k . W0 . B . ( Ci . hi )
= 1,2 . 1,105 . 0,65 . 6 . [ 0,8 . 2,77 0,588 . 0,9 + 0,7 . 2,8 0,8 . 0,45 +
+ 0,456 . 0,45 + 0,6 . 2,8 + 0,5 . 0,9 + 0,6 . 2,77 ]
36,57 (kN)
Vậy W = 36,57 kN
2) Gió thổi từ phải sang
Xác định tơng tự nh trờng hợp gió thổi từ trái sang, chiều của các lực tác dụng quay ngợc lại.
Đ4. xác định nội lực trong khung ngang
I. Xác định nội lực
Nội lực đề bài đã cho sẵn, tơng ứng với các loại tải trọng đã tính toán đợc nh ở trên.
II. Dựng biểu đồ nội lực
Quy ớc dấu của nội lực:
- Mômen căng thớ trong khung là dơng (mang dấu +), căng thớ ngoài khung là âm (dấu ).
- Quy định lực dọc nén mang dấu dơng (+), lực dọc kéo mang dấu âm ().
- Lực cắt (tiết diện có mặt thoáng hớng lên) hớng sang phải là dơng (+), sang trái là âm ().
Đồng thời, khi tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dàn
(áp lực đứng của cầu trục, lực hãm ngang của xe con, tải trọng gió, ), ta có thể bỏ qua các biến
dạng của dàn (coi dàn là cứng vô cùng: Jd = + ) nếu thoả mãn hệ thức:
6
J d J1
J
; = 1 1
, với: = :
L H
J2
1 + 1,1.
Trong đó:
+) L , H : Nhịp dàn & chiều dài cột (từ mặt móng tới cánh dới của dàn).
+) J1 , J2 : Mômen quán tính (độ cứng) tiết diện của đoạn cột dới & đoạn cột trên.
+) Jd : Mômen quán tính (độ cứng) tiết diện của dàn.
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 12
Đ5. lập bảng thống kê & tổ hợp nội lực
I. Lập bảng thống kê nội lực
Từ các biểu đồ nội lực đã vẽ ở trên, ta có bảng thống kê nội lực nh sau: Xem Bảng 5.1 - tr.19.
II. Tổ hợp nội lực
Khi tổ hợp tải trọng, cần lu ý tuân theo các nguyên tắc:
- Tải trọng thờng xuyên luôn đợc kể đến trong mọi trờng hợp, không kể dấu thế nào.
- Không thể đồng thời lấy cả hai tải trọng 3 và 4 (hoặc 5 và 6, hoặc 7 và 8) cùng một lúc. Vì đã có
Dmax ở bên trái tất không thể đồng thời có D max ở bên phải; đã có gió trái thì thôi gió phải. Chỉ đợc
chọn một trong hai dòng 3 hoặc 4 (5 hoặc 6, 7 hoặc 8).
- Khi đã kể lực hãm T, tất phải kể lực đứng D max , Dmin . Do theo điều kiện làm việc thực tế của cầu
trục, lực hãm T có thể coi là đặt vào cột này hay cột kia cho dù trên cột có D max hay Dmin , chứ
không phải T chỉ đặt vào cột có Dmax nh thờng quan niệm. Lực T có thể thay đổi chiều nên các trị số
nội lực sẽ mang dấu (). Do tính chất này mà khi xét tải trọng cầu trục D, ta phải luôn luôn cộng
thêm tải trọng T vì trị số mômen sẽ luôn tăng thêm.
Ta có kết quả bảng tổ hợp nội lực nh sau: Xem Bảng 5.2 - tr.21.
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 13
Bảng 5.1. Bảng thống kê nội lực
(Các giá trị nội lực đợc ghi xác định cho cột bên trái)
BảNG THốNG KÊ NộI LựC - cột bên trái
Thứ b
tự c t
tải c d
trọng
Hệ
số
tổ
hợp
Loại
tải
trọng
Tiết diện C t
Tiết diện C d
Tiết diện A
M
N
M
N
M
N
M
N
Q
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
-313.00 487.74 -87.02 487.74 19.33
503.29
441.43
503.29
-42.64
1
-56.11
87.75
-15.95 87.75
4.23
87.75
79.24
87.75
-7.58
0.9
-50.50
78.98
-14.36 78.98
3.81
78.98
71.32
78.98
-6.82
1
-39.51
0.00
102.81 0.00
-332.25 1,160.15 -66.42
1,160.15 -26.85
0.9
-35.56
0.00
92.53
-299.03 1,044.14 -59.78
1,044.14 -24.17
b
1
2
3
1
Tải
thờng
xuyên
trọng
Cột dới
Tiết diện B
a
a
Cột trên
g
Tải m trọng
tạm p
thời
trên mái
2
a
b
m
a
b
Mômen
m max
m min
cầu
trục
(móc m trục
3
a
b
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
0.00
Trang 14
Mômen
m
cầu max trục
m
(móc
trục
m min
4
a
5
b
Lực
hãmngang
lêncột trái
T
1
-77.10
0.00
65.21
0.00
-95.48
428.50
170.36
428.50
26.85
0.9
-69.39
0.00
58.69
0.00
-85.93
385.65
153.32
385.65
24.17
1
-14.68
0.00
26.43
0.00
26.43
0.00
-264.04 0.00
29.34
0.9
-13.21
0.00
23.79
0.00
23.79
0.00
-237.64 0.00
26.41
1
-49.47
0.00
21.56
0.00
21.56
0.00
154.23
0.00
13.40
0.9
-44.52
0.00
19.40
0.00
19.40
0.00
138.81
0.00
12.06
1
75.78
0.00
-21.43 0.00
-21.43
0.00
-504.53 0.00
68.64
0.9
68.20
0.00
-19.29 0.00
-19.29
0.00
-454.08 0.00
61.78
1
-91.82
0.00
32.38
0.00
32.38
0.00
462.88
0.00
56.54
0.9
-82.64
0.00
29.14
0.00
29.14
0.00
416.59
0.00
50.89
m
a
b
Lực
hãm
ngang
lên T
cột phải
6
m
a
7
q trái
b
Gió
thổi
từ
bên
trái sang
m
a
b
Gió
thổi
từ
bên
phải sang
8
q phải
m
a
b
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 15
Bảng 5.2. Bảng tổ hợp nội lực
Ghi chú: Trong bảng trên, đơn vị của M là (kN.m), đơn vị của N & Q là (kN).
Tiết
diện
Nội
lực
B
Tổ hợp cơ bản 1
M+max
Nt
Tổ hợp cơ bản 2
M
Nt
max
M+max
Nt
Nmax , Mt
M+
M-
M
Nt
max
Nmax , Mt
M+
M-
-
1, 8
-
1, 2
-
1, 2, 4, 6, 8
-
1, 2, 4, 6, 8
M
-
-404.82
-
-369.11
-
-560.05
-
-560.05
N
-
487.74
-
575.49
-
566.72
-
566.72
1, 3, 5
1, 2
-
1, 2
1, 3, 5, 8
-
-
-
M
86.98
-102.97
-
-102.97
58.44
-
-
-
N
487.74
575.49
-
575.49
487.74
-
-
-
-
1, 3, 5
-
1, 3, 5
-
1, 2, 3, 5
-
1, 2, 3, 5
M
-
-339.35
-
-339.35
-
-299.68
-
-299.68
N
-
1,663.44
-
1,663.44
-
1,626.40
-
1,626.40
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
904.31
-63.10
639.05
-
1,320.30
-310.06
1,107.20
-238.75
N
503.29
503.29
1,663.44
-
967.92
1,547.43
1,626.40
1,626.40
Q
13.90
26.00
-98.83
-
-0.82
21.38
-49.15
14.56
Ct
Cd
A
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 16
Đ6. thiết kế cột
I. Xác định nội lực tính toán của cột
1) Xác định cặp nội lực nguy hiểm (M, N) dùng để tính toán từ bảng tổ hợp nội lực
a. Với đoạn cột trên (có tiết diện đối xứng)
Cặp nội lực (M, N) nguy hiểm nhất là cặp nội lực tổ hợp có mômen uốn (M) với trị số tuyệt đối
lớn nhất (dấu âm hoặc dấu dơng) & lực dọc (N) tơng ứng, sao cho:
N nh = ( M ) / h 0 + ( N t ư / 2) Max
Trong công thức trên:
+) Nnh : Lực dọc nguy hiểm trong mỗi nhánh.
+) M , Nt : Cặp nội lực có mômen dơng (âm) lớn nhất & lực dọc tơng ứng.
+) h0 : Khoảng cách trọng tâm của hai nhánh, gần đúng lấy: h0 h t = 500 (mm).
Cặp nội lực này đợc xác định tại đỉnh cột (tiết diện B).
Từ bảng tổ hợp nội lực (Bảng 5.2 - tr.21), ta có cặp nội lực nguy hiểm của đoạn cột trên là:
M max = - 560,5 kN .m
N t - = 566,72 kN
b. Với đoạn cột dới (có tiết diện không đối xứng)
Cặp nội lực (M, N) nguy hiểm nhất đợc xác định cho từng nhánh cột. Nh vậy, ta cần chọn 2 cặp
nội lực nguy hiểm, mỗi cặp cho một nhánh theo công thức:
N nh . ph ả i = ( M ) / h 0 + ( N t ư / 2) Max
N nh . tr á i = ( M + ) / h 0 + ( N t ư / 2) Max
Trong công thức trên:
+) Nnh.phải , Nnh.trái : Lực dọc nguy hiểm trong nhánh phải & nhánh trái.
+) M , Nt : Cặp nội lực có mômen âm lớn nhất & lực dọc tơng ứng.
+) M +, Nt : Cặp nội lực có mômen dơng lớn nhất & lực dọc tơng ứng.
+) h0 : Khoảng cách trọng tâm của hai nhánh, gần đúng lấy: h0 hd = 1000 (mm).
Các cặp nội lực này đợc xác định tại chân cột (tiết diện A).
Từ bảng tổ hợp nội lực (Bảng 5.2 - tr.21), ta có các cặp nội lực nguy hiểm của đoạn cột dới là:
M max = - 310,06 kN .m
+) Đối với nhánh cầu trục (nhánh phải):
N t - = 1547,43 kN
+) Đối với nhánh mái (nhánh trái):
+
M max = 1104,20 kN .m
N t - = 1626,40 kN
+) Lực cắt lớn nhất tại chân cột (tiết diện A): Q = 49,15 kN
2) Sơ bộ xác định trọng lợng bản thân của cột
a. Trọng lợng bản thân cột trên
Ta có trọng lợng mỗi mét dài của đoạn cột trên:
N
513,41
g tc =
.. =
. 1,2 . 7850 0,7677 (kN/m)
K .R
0,3 . 2100 . 10 4
Trong công thức trên:
+) N : Lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp tại tiết diện C t, có: N = 513,41 kN.
+) K : Hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột, với cột trên: K = 0,3.
+) R : Cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột, thép BCT3 có: R = 2100 daN/cm2.
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 17
+) : Hệ số cấu tạo, trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột, = 1,2.
+) : Trọng lợng riêng của thép, có: = 7850 (daN/m3 ).
Suy ra trọng lợng bản thân đoạn cột trên:
G tc = g tc . H t = 0,7677 . 4,5 3,46 (kN)
b. Trọng lợng bản thân cột dới
Ta có trọng lợng mỗi mét dài của đoạn cột dới:
N
1375,29
g dc =
.. =
. 1,6 . 7850 2,0564 (kN/m)
K .R
0,4 . 2100 . 10 4
Trong công thức trên:
+) N : Lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp tại tiết diện A, có: N = 1.375,29 kN.
+) K : Hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột, với cột dới: K = 0,4.
+) R : Cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột, thép BCT3 có: R = 2100 daN/cm2.
+) : Hệ số cấu tạo, trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột, = 1,6.
+) : Trọng lợng riêng của thép, có: = 7850 (daN/m3 ).
Suy ra trọng lợng bản thân đoạn cột dới:
G dc = g dc . H d = 2,0564 . 10,9 22,42 (kN)
Kết hợp với mục 1), ta có:
- ở đoạn cột trên:
N = Nt = 505,51 (kN). (Tại tiết diện B cha có trọng lợng bản thân)
- ở đoạn cột dới (tại tiết diện A):
+) Nhánh cầu trục: N1 = 1282,67 + G tc + G dc = 1282,67 + 3,46 + 22,42 = 1308,55 (kN).
+) Nhánh mái:
N2 = 1353,75 + G tc + G dc = 1353,75 + 3,46 + 22,42 = 1379,63 (kN).
II. Xác định chiều dài tính toán của cột
Trớc hết, ta tính toán xác định các tham số:
- Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột:
i
J
J
J H
1 10,9
K1 = 2 = 2 : 1 = 2 . d = .
0,35
i1 H t H d J 1 H t 7 4,5
(Giả thiết trớc tỷ số mômen quán tính của phần cột trên & cột dới: J2 / J1 = 1 / 7)
- Tỷ số lực nén lớn nhất của phần cột dới & phần cột trên:
N
1379,63
m= d =
2,73
Nt
505,51
- Tính hệ số:
H
J1
4,5
7
C1 = t .
=
.
0,66
Hd
J 2 . m 10,9
2,73
Với sơ đồ tính của khung một nhịp, có đỉnh cột liên kết cứng với dàn vì kèo (dạng ngàm tr ợt) &
chân cột liên kết ngàm với móng. Từ bảng phụ lục II.6b (Giáo trình thiết kế KC thép nhà công
nghiệp), nội suy ta ta đợc: à1 = 1,865 à2 = à1 / C1 = 1,865 / 0,66 2,826. (à2 3 - chấp nhận)
1) Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung
- Cho phần cột dới: lx1 = à1 . Hd = 1,865 . 1090 = 2032,9 (cm).
- Cho phần cột trên: lx2 = à2 . H t = 2,826 . 450 = 1271,7 (cm).
2) Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung
- Cho phần cột dới: ly1 = Hd = 1090,0 (cm).
- Cho phần cột trên: ly2 = H t Hdct = 450 70 = 380,0 (cm).
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 18
III.Thiết kế phần cột trên
3) Các số liệu thiết kế
Từ phần I. ta có cặp nội lực dùng để tính toán TK cho phần cột trên là:
M max = - 560,5 kN .m
N t - = 566,72 kN
Theo số liệu đề bài đã cho, ta có:
- Vật liệu thép BCT3: +) Cờng độ tính toán: R = 2100 daN/cm2.
+) Cờng độ bền t/c: R cb = 3450 daN/cm2.
+) Môđun đàn hồi:
E = 2,1.10 6 daN/cm2.
- Hàn tay, que hàn N46 hoặc tơng đơng, có:
+) Rgh = 1800 daN/cm2.
+) Rgt = 0,45 . R cb = 0,45 . 3450 1552 daN/cm2.
+) h = 0,7 ; t = 1,0.
- Hệ số điều kiện làm việc của cột: = 1.
4) Chọn tiết diện
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, đợc cấu tạo tổ hợp từ 3 bản thép.
Chiều cao tiết diện phần cột trên đợc chọn trớc: h t = 500 mm.
M 481,02 . 10 2
=
95,2 ( cm).
Tính độ lệch tâm: e =
N
505,51
Diện tích tiết diện yêu cầu sơ bộ tính theo công thức:
N
e 50551
95,2
A yc =
1,25 + (2,2 ữ 2,8) . =
1,25 + 2,5 .
144,6 (cm2)
R.
h 2100 . 1
50
Chọn chiều dày bản bụng: b = 10 mm. Tỷ số: ht / b = 500 / 10 = 50,0.
Từ giá trị c (chọn ở dới) hb = ht 2 . c = 500 2 . 20 = 460 (mm).
Chọn chiều dày bản cánh: c = 20 mm ; chiều rộng bản cánh: bc = 220 mm.
Tỷ số: bc / c = 220 / 20 = 10 ; tỷ số: Ht / bc = 4500 / 220 = 18,0.
Tiết diện cột trên nh sau:
x
120
y
y
460x10
250
10
10
120
250x20
250x20
x
20
460
20
500
Hình 6.1. Tiết diện cột trên
Diện tích của tiết diện vừa chọn (Hình 6.1) là:
+) Bản bụng: Ab = 46,0 . 1,0 = 46,0 (cm2).
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 19
+) Bản cánh: Ac = 25,0 . 2,0 = 50,0 (cm2).
Suy ra: A = Ang = Ab + 2 . Ac = 46,0 + 2 . 50,0 = 146,0 (cm2).
Tính các thông số chuẩn bị kiểm tra
a. Tính các đặc trng hình học của tiết diện
25,0 . 2,0 3
1,0 . 46,0 3
Jx =
+2.
+ (25,0 1,0) 2 . 25,0 . 2,0 65744,7 (cm 4 ) ;
12
12
2,0 . 25,0 3 46,0 .1,0 3
+
5212,2 (cm 4 ) ;
12
12
r x = J x / A = 65744,7 / 146,0 21,22 (cm) ;
Jy = 2.
r y = J y / A = 5212,2 / 146,0 5,97 (cm) ;
Wx = J x / ( h t / 2) = 2 . 65744,7 / 50,0 2629,8 (cm 3 ) .
b. Độ mảnh và độ mảnh quy ớc của cột trên
y = ly2 / r y = 380,0 / 5,97 = 63,60 ;
x = lx2 / r x = 1271,7 / 21,22 = 59,93 = max < [] = 120 ;
x = x . R / E = 59,93 . 2100 / 2,1.10 6 = 1,895 .
c. Độ lệch tâm tơng đối m, và độ lệch tâm tính đổi m1
m=
e . A ng 95,2 . 146,0
e
e
=
=
=
= 5,28
x Wx / A ng
Wx
2629,8
Với: 0 < x = 1,895 < 5 ; 5 < m = 5,28 < 20 ; A c / Ab = 50,0 / 46,0 = 1,08 1,0. Tra Bảng II.4,
phụ lục II (Giáo trình thiết kế KC thép nhà công nghiệp), áp dụng cho loại tiết diện số 5, ta có hệ số
ảnh hởng của hình dạng tiết diện () là:
= 1,4 0,02 . x = 1,4 0,02 . 1,895 = 1,362.
Suy ra: m1 = . m = 1,362 . 5,28 7,20.
5) Kiểm tra tiết diện đã chọn
a. Kiểm tra bền
Do tiết diện đã chọn có: m1 = 7,20 < 20 và Ath = Ang (cột không có tiết diện giảm yếu) nên ta
không cần kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền.
b. Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn
Cột đợc kiểm tra theo trờng hợp cột tổ hợp chữ H, tiết diện đối xứng, chịu nén lệch tâm.
Với x = 1,895 và m1 = 7,20. Tra Bảng II.2, phụ lục II (Giáo trình thiết kế KC thép nhà công
nghiệp), nội suy ta đợc hệ số uốn dọc đối với trục x x của tiết diện (nén lệch tâm): lt = 0,169.
Điều kiện ổn định:
N
505,51 . 100
x =
=
= 2048,8 (daN/cm2) < . R = 1 . 2100 = 2100 (daN/cm2)
lt . A ng 0,169 . 146,0
Vậy tiết diện cột trên đã chọn bảo đảm điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn.
c. Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn
Trớc hết, ta xác định giá trị mômen quy ớc (M ) dùng để tính toán kiểm tra ổn định ngoài mặt
phẳng khung (tính toán theo trục y y).
Với tổ hợp tải trọng (1, 2, 4, 6, 8), cặp nội lực nguy hiểm nhất tại tiết diện B (đầu đoạn cột trên)
đợc dùng để tính toán có mômen lớn nhất là: M 2 = MB = 481,02 (kN.m). Từ bảng thống kê nội
lực (Bảng 5.1), tơng ứng ta có giá trị mômen M1 tại tiết diện C t (đầu còn lại của đoạn cột trên) là:
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 20
M1 = ( 100,53) + ( 16,69) + 32,09 + (+ 10,13) + 13,55 = 61,45 (kN.m)
Mômen M là mômen có giá trị lớn hơn trong hai giá trị mômen ở 1/3 đoạn cột. Ta có:
M M2
61,45 + 481,02
M = M2 + 1
= 481,02 +
341,16 ( kNm)
3
3
M1
M2
,
, M = Max { 30,73 ; 240,51 ; 341,16 } = 341,16 ( kN.m)
Suy ra: Max
2
2
Giá trị mômen quy ớc (M ) dùng để tính toán kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là giá trị
lớn nhất trong 3 trị số: (M1 / 2) , (M2 / 2) và M . Vậy: M = 341,16 kN.m
Độ lệch tâm tơng đối:
e'
M' / N
M ' A ng 341,16 . 100 146,0
mx =
=
=
.
=
.
= 3,75
x Wx / A ng
N Wx
505,51
2629,8
Tra Bảng II.5, phụ lục II (Giáo trình thiết kế KC thép nhà công nghiệp), ta đợc các hệ số , xác
định nh sau:
+) Với: 1 < mx = 3,75 5 = 0,65 + 0,005 . mx = 0,65 + 0,005 . 3,75 = 0,669 ;
+) Có: c = 3,14 . E / R = 3,14 . 2,1.10 6 / 2100 99,30 > y = 63,60 = 1.
Từ các hệ số , ở trên, ta tính đợc hệ số (C) kể đến ảnh hởng của mômen uốn (Mx) và hình
dạng tiết diện đối với ổn định của cột theo phơng vuông góc với mặt phẳng uốn (phơng ngoài mặt
phẳng khung) theo công thức sau:
C = / (1 + . mx ) = 1 / (1 + 0,669 . 3,75) 0,285.
ở ngoài mặt phẳng uốn, phần cột trên đợc kiểm tra nh cột chịu nén đúng tâm, có kể tới ảnh hởng
của mômen trong mặt phẳng uốn (mặt phẳng khung) và hình dạng tiết diện.
Với y = 63,60 tra Bảng II.1, phụ lục II (Giáo trình thiết kế KC thép nhà công nghiệp), nội suy ta
đợc hệ số uốn dọc y đối với trục y y của tiết diện cột (chịu nén đúng tâm): y = 0,811.
Điều kiện ổn định:
N
505,51 . 100
y =
=
1498,0 (daN/cm2).
C . y . A ng 0,285 . 0,811 . 146,0
Nhận thấy: y < . R = 1 . 2100 = 2100 (daN/cm2)
Vậy tiết diện cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung.
d. Kiểm tra ổn định cục bộ
- Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh:
b
b0
0 . Trong đó:
c
c
b 0 (b c b ) / 2 (250 10) / 2 120
=
=
=
= 6,00
+)
c
c
20
20
Công thức kiểm tra:
+) Với: 0,8 = x = 1,895 4 , tra Bảng 3.3 (Giáo trình TKKC thép NCN) ta có:
b0
E
2,1.10 6
=
(
0
,
36
+
0
,
1
.
)
.
=
(
0
,
36
+
0
,
1
.
1
,
895
)
.
= 17,38
R
2100
c
Nhận thấy: 6,00 < 17,38 nên điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh đợc đảm bảo.
- Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng:
Công thức kiểm tra:
hb h0
. Trong đó:
b
b
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 21
h b h t 2 . c 500 2 . 20 460
=
=
=
= 46,00
b
10
10
+) b
+) Với bản bụng của cột, vì khả năng chịu lực của cột đợc xác định theo điều kiện ổn định tổng thể
trong mặt phẳng khung nên theo Bảng 3.4 (Giáo trình thiết kế KC thép nhà công nghiệp), ứng với m =
5,28 > 1 và = x = 1,895 > 0,8 ta có:
h0
E
2,1.10 6
=
(
0
,
9
+
0
,
5
.
)
.
=
(
0
,
9
+
0
,
5
.
1
,
895
)
.
= 58,42
R
2100
b
h0
E
2,1.10 6
=
58
,
42
<
3
,
1
.
=
3
,
1
.
= 98,03
b
R
2100
Đồng thời:
Nhận thấy: 46,00 < 58,42 nên điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng đợc đảm bảo.
Kết luận:
- Tiết diện phần cột trên đã chọn (Hình 6.1) thoã mãn các yêu cầu về chịu lực và ổn định.
- Liên kết hàn bản cánh với bản bụng lấy theo cấu tạo hh = 8 mm, hàn cả hai bên bản bụng.
(Tiết diện có: max = c = 20 (mm), với hàn tay ta có hh min = 7 mm < 8 mm - thoả mãn)
III. Thiết kế phần cột dới
1) Các số liệu thiết kế
Từ phần I. ta có các cặp nội lực dùng để tính toán thiết kế cho phần cột dới là:
M max =
+) Đối với nhánh cầu trục - 1 (nhánh phải):
Nt- =
+
M max =
+) Đối với nhánh mái - 2 (nhánh trái):
Nt- =
+) Lực cắt lớn nhất tại chân cột (tiết diện A):
- 310,06 kN .m
1547,43 kN
1104,20 kN .m
1626,40 kN
Q = 49,15 kN
Theo số liệu đề bài đã cho, ta có:
- Vật liệu thép BCT3: +) Cờng độ tính toán: R = 2100 daN/cm2.
+) Cờng độ bền t/c: R cb = 3450 daN/cm2.
+) Môđun đàn hồi:
E = 2,1.10 6 daN/cm2.
- Hàn tay, que hàn N46 hoặc tơng đơng, có:
+) Rgh = 1800 daN/cm2.
+) Rgt = 0,45 . R cb = 0,45 . 3450 1552 daN/cm2.
+) h = 0,7 ; t = 1,0.
- Hệ số điều kiện làm việc của cột: = 1.
2) Chọn tiết diện
Phần cột dới có chiều cao khá lớn (Hd = 10,9 m) ; đồng thời, tải trọng tác dụng lên 2 nhánh cột
(nhánh cầu trục & nhánh mái) cũng tơng đối lớn. Do đó, ta thiết kế tiết diện phần cột dới là tiết diện
cột rỗng không đối xứng.
Tiết diện phần cột dới dự kiến thiết kế gồm 2 nhánh:
+) Nhánh 1 (nhánh cầu trục) có tiết diện dạng chữ I, đợc thiết kế tổ hợp từ ba tấm thép bản.
+) Nhánh 2 (nhánh mái) có tiết diện dạng chữ C, thiết kế tổ hợp từ một thép bản & hai thép góc.
(Ghi chú: Dùng tiết diện là thép hình đơn giản cho chế tạo nhng khó điều chỉnh kích thớc để có
đợc tiết diện ổn định đều theo cả hai phơng trong & ngoài mặt phẳng khung).
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 22
Chiều cao tiết diện phần cột dới đợc chọn trớc: h d = 1000 mm.
Chiều rộng tiết diện cột (chiều cao của tiết diện nhánh): bd = (1 / 20 ữ 1 / 30) Hd .
Chọn bd = 400 mm. Có: Hd / bd = 10900 / 400 = 27,25. (thoả mãn)
Sơ đồ tiết diện cột dới nh sau:
x2
x
x1
Thanh giằng
z og
bd
y
Nhánh 2
y
Nhánh 1
z og
x2
y2
z0
bd
Thanh giằng
x
y1
x1
C
hd
Hình 6.2. Sơ đồ hình dạng tiết diện cột dới rỗng
Giả thiết rằng diện tích mỗi nhánh tỷ lệ với lực dọc của nhánh (N nh ), ta có phơng trình xác định vị
trí trọng tâm tiết diện:
M + M2
M2 . C
y 12 ( 1
+ C) . y1 +
= 0 (*)
N1 N 2
N1 N 2
Ban đầu, sơ bộ giả thiết gần đúng khoảng cách giữa hai trục nhánh:
C = hd z0 hd 4,0 (cm) = 100,0 4,0 = 96,0 (cm).
Thay giá trị M1 , N1 , M2 , N2 & C để xác định các hệ số, ta có phơng trình (*) tơng đơng với:
y 12 + 23,58 . y 1 15,14 = 0
Giải PT trên, ta đợc: y1 0,626 (m) = 62,6 (cm) y2 = C y1 = 96,0 62,6 = 33,4 (cm).
Lực nén lớn nhất trong nhánh 1 (nhánh cầu trục):
y
M
33,4
622,78 . 10 2
N nh1 = N 1 . 2 + 1 = 1308,55 .
+
= 1104,00 ( kN )
C
C
96,0
96,0
Lực nén lớn nhất trong nhánh 2 (nhánh mái):
y
M
62,6
1121,20 . 10 2
N nh 2 = N 2 . 1 + 2 = 1379,63 .
+
= 2067,55 ( kN )
C
C
96,0
96,0
Giả thiết sơ bộ ban đầu: gt = 0,80 Diện tích yêu cầu của các nhánh là:
N nh1
1104,00 . 10 2
=
= 65,7 (cm 2 ) ;
+) Nhánh 1: A yc _ nh1 =
gt . R .
0,80 . 2100 . 1
+) Nhánh 2: A yc _ nh 2
N nh 2
2067,55 . 10 2
=
=
134,9 (cm 2 ) .
gt . R .
0,80 . 2100 . 1
a. Chọn tiết diện nhánh 1
Nhánh 1 dùng tiết diện dạng chữ I, thiết kế tổ hợp từ ba bản thép. Kích thớc cụ thể nh sau:
+) Chọn chiều dày bản cánh: c = 10 mm ; chiều rộng bản cánh: bc = 170 mm.
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 23
+) Chọn chiều dày bản bụng: b = 9 mm. Suy ra chiều dài bản bụng:
hb = bd 2 . c = 400 2 . 10 = 380 (mm).
Diện tích của tiết diện nhánh 1 là:
+) Bản bụng: Ab = 38,0 . 0,9 = 34,2 (cm2).
+) Bản cánh: Ac = 17,0 . 1,0 = 17,0 (cm2).
Suy ra: Anh1 = Ab + 2 . Ac = 34,2 + 2 . 17,0 (cm2). Hay: Anh1 = 68,2 cm2.
Tiết diện nhánh 1 nh sau:
10
x1
170x10
y
y
400
380
380x9
9
170x10
10
x1
170
Hình 6.3. Tiết diện nhánh 1 (nhánh cầu trục)
Tính các đặc trng hình học của tiết diện nhánh 1:
1,0 . 17,0 3 38,0 . 0,9 3
+
821,1 (cm 4 ) ;
12
12
= J x1 / A nh1 = 821,1 / 68,2 3,47 (cm) ;
J x1 = 2 .
r x1
J y1 =
17,0 . 1,0 3
0,9 . 38,0 3
+2.
+ (20,0 0,5) 2 . 17,0 . 1,0 17046,7 (cm 4 ) ;
12
12
r y1 = J y1 / A nh1 = 17046,7 / 68,2 15,81 (cm) .
b. Chọn tiết diện nhánh 2
Nhánh 2 dùng tiết diện dạng chữ C, tổ hợp từ một thép bản & hai thép góc đều cạnh:
+) Thép bản 320x20, với: = 20 mm ; b = 320 mm.
+) Hai thép góc đều cạnh L160x12 có: Ag = 37,4 cm2 ; Jxg = 913,0 cm4 ; zog = 4,39 cm.
Tiết diện nhánh 2 nh sau:
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 24
20
160
40
x2
L160x12
xg
y
y
400
320
320x20
40
z og = 43,9
x2
xg
L160x12
zo = 39,0
Hình 6.4. Tiết diện nhánh 2 (nhánh mái)
Diện tích của tiết diện nhánh 2 là:
+) Thép bản: Ab = 32,0 . 2,0 = 64,0 (cm2).
+) Thép góc: A g = 37,4 (cm2).
Suy ra: Anh2 = Ab + 2 . Ag = 64,0 + 2 . 37,4 (cm2). Hay: Anh2 = 138,8 cm2.
Khoảng cách từ mép trái của tiết diện (mép ngoài bản thép) đến trục trọng tâm (x 2) của tiết diện
nhánh mái là z0 :
z0 =
A .z
A
i
i
i
=
64,0 . 1,0 + 2 . 37,4 . (4,39 + 2,0)
(cm). Hay: z0 = 3,90 cm.
138,8
Tính các đặc trng hình học của tiết diện nhánh 2:
[
r x2
J y2
r y2
]
32,0 . 2,0 3
+ 64,0 . (3,9 1,0) 2 + 2 . 913,0 + 37,4 . (4,39 + 2,0 3,9) 2 2849,3 ( cm 4 ) ;
12
= J x 2 / A nh 2 = 2849,3 / 138,8 4,53 (cm) ;
J x2 =
[
]
2,0 . 32,0 3
=
+ 2 . 913,0 + 37,4 . (20,0 4,39) 2 25514,0 (cm 4 ) ;
12
= J y 2 / A nh 2 = 25514,0 / 138,8 13,56 (cm) .
Tính toán chính xác lại các thông số giả thiết trớc:
- Khoảng cách giữa hai trục nhánh (C): C = hd z0 = 100,0 3,9 = 96,1 (cm).
(Giá trị giả thiết: C = 96,0 cm)
- Diện tích toàn tiết diện là: A = Anh1 + Anh2 = 68,2 + 138,8 = 207,0 (cm2).
- Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện tới trục nhánh 1 là (y1):
A
138,8
y 1 = nh 2 . C =
. 96,1 64,4 (cm)
A
207,0
(Giá trị giả thiết: y1 = 62,6 cm)
- Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện tới trục nhánh 2 là (y2):
y2 = C y1 = 96,1 64,4 = 31,7 (cm)
(Giá trị giả thiết: y2 = 33,4 cm)
Thuyết minh đồ án kc nhà thép
Trang 25
