thuyet minh do an khung thep nha cn 1 4484

Đồ án kết cấu thép 2

PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP

SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế:

- Nhịp khung: L = 20 m.

- Bước khung: B = 7 m; toàn bộ nhà dài 15B = 105 m. - Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm

việc trung bình.

- Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m.

- Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. - Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB

+ Dạng địa hình xây dựng công trình: B

- Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 35mm) hoặc tương đương. Bê tông móng cấp độ bền B20.

- Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên.

2. Nhiệm vụ thiết kế - Thuyết minh tính toán:

+ Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột.

+ Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió.

+ Thiết kế xà gồ. + Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp

tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái.

+ Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà.

- Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1

+ Sơ đồ khung ngang. + Hệ giằng mái, giằng cột.

+ Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. + Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà.

+ Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết.


Vũ Văn Hiệp 2

q

A B

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi

liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc = 100 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi.

Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 1,5m và chiều rộng cửa mái là 3m.

Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang

1.1. Kích thước theo phương đứng

- Chiều cao cột dưới: Hd

d 1 dct r chH H ( h h ) h

Trong đó:

H1 = 9 m là cao trình đỉnh ray



hdct = 0,6 m là chiều cao dầm cầu trục

hr = 0,15 m là chiều cao ray

hch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột Hd = 9 – (0,6 + 0,15) + 1 = 9,25 (m)

- Chiều cao cột trên: Htr

tr dct r 1H ( h h ) K 0,5

Trong đó:

K1 = 1,09 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con.

Giá trị này được tra trong catalo cầu trục. 0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang.

Htr = (0,6 + 0,15) + 1,09 + 0,5 = 2,34 (m)

- Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9,25+2,34 = 11,59 (m)

1.2. Kích thước theo phương ngang

- Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 20m

Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 180 mm. - Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang:

a. Tiết diện cột

Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:

- Chiều cao tiết diện: h = (1/10 1/15)H, bề rộng b = (0,30,5)h và b = (1/20 1/30)H.

- Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. - Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28 1/35)b.

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột:

+ Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 26 cm

+ Chiều dày bản bụng: tw = 1,0 cm

+ Chiều dày bản cánh: tf = 1,4 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột:

1Z (L 2.h S)

2

Trong đó:


Vũ Văn Hiệp 4

L: là nhịp nhà.

h: là chiều cao tiết diện cột

S: là nhịp cầu trục Z = 0,5*(20 – 2*0,6 – 18) = 0,4 (m)

Z = 0,4m Zmin = 0,18m. Thỏa mãn điều kiện an toàn.

b. Tiết diện xà mái

Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:

- Chiều cao tiết diện nách khung: h1 = 1 L40

; bề rộng b = (0,2 0,5)h1 và b 180mm,

thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 2)b

- Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm.

- Chiều dày bản cánh tf =1 b

30.

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm:

+ Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h1 = 60 cm

+ Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h2 = 35 cm

+ Bề rộng tiết diện: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng xà: tw = 0,8 cm

+ Chiều dày bản cánh xà: tf = 1,0 cm

- Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35 0,4 chiều dài nửa xà) Ltđ = 4m.

c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai:

+ Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm

+ Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 0,8 cm

+ Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1,0 cm

1.3. Hệ giằng



Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) và hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai). Do cột nhà cao nên phải chia đôi và dùng thêm thanh chống phụ. Hệ giằng cột được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q =12,5 tấn, thanh giằng bằng thép tròn 20. Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện.

Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng 20, được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm.

§ØNH RAY

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột

a

b

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái


Vũ Văn Hiệp 6

Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ



2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung

2.1. Tải trọng thường xuyên

- Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái - Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1,1

- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:

qtc = gtc . B = 15 . 7 = 105 daN/m qtt = ng . gtc . B = 1,1 . 15 . 7 = 115,5 daN/m

- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục:

Gdct = 2dctdct L. = 30 . 72 = 1470 daN

- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm:

Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) Bảng 2.1. Tĩnh tải mái

STT Loại tải Tải trọng tiêu

chuẩn

Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toán Bước

khung Tổng tải

trọng (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) 1 Tôn lợp mái 8 1,1 8,8 7 61,62 Xà gồ 7 1,1 7,7 7 53,93 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 115,5

- Sơ đồ tải trọng thường xuyên được thể hiện trong hình vẽ minh họa.

2.2. Hoạt tải sửa chữa mái

- Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m2 mặt bằng nhà do đó hoạt tải sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau:

ptc = 30 . B và ptt = np . 30 . B

- Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cos.

Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái

STT Loại tải Tải trọng t. chuẩn


Tải trọng tính toán

Bước khung

Tổng tải trọng

(daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) 1 Sửa chữa mái 30 1,3 39 7 273,0 2 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 268,9

- Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái được thể hiện trong hình vẽ minh họa.


Vũ Văn Hiệp 8

2.3. Tải trọng gió

Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995.

q = n . W0 . k . C . B (daN/m) Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.

W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng II có W0 = 95 daN/m2.

n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao

C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu.

B: là bước khung.

a, Trường hợp gió thổi ngang nhà:

Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió

a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà - Xác định hệ số khí động Ce:

Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà



Kích thước chính của sơ đồ:

+ Nhịp: L = 20m

+ Chiều cao: H1 = 10,59 m hm1 = 1,9 m

hm2 = 1,5 m

hm3 = 0,3 m Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 được giá trị Ce

Ce1 = - 0,8 Ce2 = -0,44 Ce3 = -0,53 Ce4 = -0,51 - Xác định hệ số k:

Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu vực thuộc dạng địa hình B. Chiều cao cột 10,59m lấy gần đúng hệ số k =1 đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên thân cột và k = 1,038 (ứng với độ cao trung bình của mái Htb = 12,4m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái. Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà

STT Loại tải Tải trọng t.chuẩn

Hệ số k

Hệ số c


Bước khung


(daN/m2) (m) (daN/m) 1 Cột đón gió 95 1 0,80 1,2 7 638,4 2 Mái đón gió 95 1,038 -0,51 1,2 7 -422,4 3 Cột cửa mái đón gió 95 1,038 0,70 1,2 7 579,8 4 Cửa mái đón gió 95 1,038 -0,80 1,2 7 -662,7 5 Cửa mái hút gió 95 1,038 -0,44 1,2 7 -364,5 6 Cột cửa mái hút gió 95 1,038 -0,60 1,2 7 -497,0 7 Mái hút gió 95 1,038 -0,50 1,2 7 -414,2 8 Cột hút gió 95 1 -0,53 1,2 7 -422,9

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. b, Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce:

Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/B (B- chiều dài toàn nhà) và H/B. Công trình có L/B1 và H/B0,5 nên Ce3 =-0,4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột.


Vũ Văn Hiệp 10

Hình 2.3. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà

Bảng 2.4. Tải trọng gió theo phương dọc nhà

STT Loại tải Tải trọng t.chuẩn

Hệ số k

Hệ số c


Bước khung


(daN/m2) (m) (daN/m) 1 Cột khung 95 1 -0,40 1,2 7 -319,22 Mái 95 1 -0,70 1,2 7 -558,63 Cột cửa mái 95 1 -0,40 1,2 7 -319,24 Cửa mái 95 1 -0,70 1,2 7 -558,6

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.

2.4. Hoạt tải cầu trục

a, Áp lực đứng: - Thông số cầu trục: Cầu trục ABUS; Sức trục : Q = 12,5 tấn; Nhịp cầu trục: S = 18m

Tra trong catalo cầu trục có:

+ Bề rộng cầu trục: Bct = 3830 mm

+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 2900 mm

+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: cmaxP = 8110 daN

+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: cminP = 1900 daN

- Áp lực đứng lên vai cột:

max c max iD n.n .P . y ; min c min iD n.n .P . y

Trong đó: n = 1,1- Hệ số độ tin cậy;

nc = 0,85 Hệ số tổ hợp; khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình.

yi – Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ ở gối bằng 1.



Bảng 2.5. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

STT Loại tải yi n nc Tổng (daN) 1 Dmax 2,906 1,1 0,85 22034 2 Dmin 2,906 1,1 0,85 5162

ppp p

Hình 2.4. Đường ảnh hưởng phản lực gối

b, Áp lực ngang( lực hãm ngang): Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động: tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn c

1T , các lực

này cũng di động như lực thắng đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột. Cách tính giá trị T cũng xếp bánh xe trên đ.a.h. Lực T truyền lên cột qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục (hoặc mặt dầm hãm), có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột.

c xecon1

o

0,05.(Q G )Tn

;

trong đó: Gxecon – trọng lượng xe con. c

c. 1 iT n.n .T . y

Bảng 2.6. Lực hãm ngang

STT Loại tải yi n nc Tổng (daN) 1 T 2,906 1,1 0,85 904


Vũ Văn Hiệp 12

3. Thiết kế xà gồ:

3.1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng

- Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện U. Sơ đồ giằng xà gồ:

Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ

- Chọn xà gồ loại: U12 có đặc trưng hình học tiết diện

Loại hxg bxg Ix Iy Wx Wy G

tiết diện (mm) (mm) (cm4) (cm4) (cm3) (cm3) (daN/m) C12 140 58 491 45,4 70,2 11 12,3

a, Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân xà gồ:

cc cm

p xago gg .nq (p .n ).d g .ncosα

( Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái được chia cho hệ số cos)



Trong đó: cmg _ trọng lượng mái tôn;

pc _ hoạt tải sửa chữa mái; d_ khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang, d = 1,2m;

cxagog _ trọng lượng bản thân xà gồ;

ng; np_hệ số độ tin cậy, ng = 1,1 và np = 1,3

- Tải trọng tính toán: 8.1,1q (30.1,3 ).1,2 12,3.1,1 71,05cos10

daN/m

- Tải trọng tiêu chuẩn: c 8q (30 ) 12,3 58,05cos10

daN/m

- Tải trọng tính toán theo phương x và phương y:

qx= q. sin qx= 71,05. sin100 = 12,34 daN/m

qy= q. cos qy= 71,05. cos100 = 69,97 daN/m

- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y: cxq = qc. sin c

xq = 71,05. sin100 = 12,34 daN/m cyq = qc. cos c

yq = 71,05. cos100 = 69,97 daN/m

- Sử dụng một thanh giằng 18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ. Mômen lớn nhất theo hai phương:

2y

x

q .BM 428,6daN.m

8 ;

2x

yq .BM 18,9daN.m

32

* Kiểm tra bền theo công thức:

= x+ y = yxc

x y

MM f.γW W

= 2 2

2428,6.10 18,9.10 782,3 2100daN / cm70,2 11

(Thỏa mãn)

* Kiểm tra độ võng: 22

yxΔΔΔ Δ

B B B B

Trong đó:


Vũ Văn Hiệp 14

c 3

x x

y

Δ 5.q .BB 384.E.I

và c 3

y y

x

Δ 5.q .BB 384.E.I

là độ võng tương đối theo phương x và phương

y do cxq và c

yq gây ra; Δ 1B 200

là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái

tôn. Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó x = 0, chỉ có y lớn nhất) và tại điểm cách

đầu xà gồ một khoảng z = 0,421.B/2 = 0,21B (tại đây có x lớn nhất): c 3

x x

y

Δ q .BB 2954.E.I

và độ võng y bằng: c 3

y y

x

Δ 3,1.q .BB 384.E.I

- Độ võng tại giữa nhịp: c 3 3

y y6

x

Δ 5.q .B 5.0,6997.700 1 1B 384.E.I 384.2,1.10 .491 404 200

(Thỏa mãn)

- Độ võng tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0,21B: c 3 3

6x x6

y

Δ q .B 0,1234.700 123.10B 2954.E.I 2954.2,1.10 .45, 4

;

c 3 3y y 6

6x

Δ 3,1.q .B 3,1.0,6997.700 1535.10B 384.E.I 384.2,1.10 .491

6 2 6 2Δ 1 1(123.10 ) (1535.10 )B 649 200

(Thỏa mãn)

a, Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:

- Tải trọng gió tính toán:

c cgió e o m xago

dq C .W .k.n. 0,9. g .d g .cos αcosα

0gió 0

1, 2q 0,7.125.1,038.1,2. 0,9. 8, 28.1, 2 12,3 .cos10 108,5daN / mcos10

- Tải trọng gió tiêu chuẩn:

c 0gió 0

1, 2q 0,7.125.1,038. 0,9. 8, 28.1, 2 12,3 .cos10 87, 2daN / mcos10

* Kiểm tra bền theo công thức: 2

gió108,5.7M 664,8

8 daNm ;



66480σ 947491

daN/cm2 2100.1 daN/cm2 (Thỏa mãn)

* Kiểm tra độ võng: c 3 3

y y6

x

Δ 3,1.q .B 3,1.0,872.700 1 1B 384.E.I 384.2,1.10 .491 265 200

(Thỏa mãn)

Kết luận: dùng xà gồ C12, vít bắt tôn: 6~8 chiếc /m2.

3.2. Thiết kế xà gồ dùng thép dập nguội

Từ giá trị tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) qgió = 1,085 kN/m, nhịp 7000 mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng S200 sẽ được số hiệu xà gồ Z20024 (xem phụ lục 3- sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp”).


Vũ Văn Hiệp 16

4. Tính nội lực khung:

4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000.

a, Sơ đồ kết cấu - Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng. - Trục tính toán khung lấy qua trọng tâm tiết diện; trục dầm lấy qua trọng tâm phần không đổi. - Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng.

- Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm2; E = 2,1.106 daN/cm2; D = 7850 daN/m3

Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang

Hình 4.2. Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán



b, Sơ đồ chất tải trọng

Hình 4.3. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.4. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung


Vũ Văn Hiệp 18

Hình 4.5. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa phải khung

Hình 4.6. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái



Hình 4.7. Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.8. Sơ đồ tải trọng gió ngang


Vũ Văn Hiệp 20

Hình 4.9. Sơ đồ tải trọng gió dọc

4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực

a, Nội lực: Sử dụng phần mềm Sap2000 phân tích kết cấu khung, cho kết quả là giá trị nội

lực của cấu kiện cột, xà theo các trường hợp tải trọng riêng biệt. Lấy kết quả nội lực tại các tiết diện đặc biệt của khung: - Tại cột: tiết diện chân cột (ký hiệu là tiết diện A), đỉnh cột (ký hiệu là tiết diện B), tiết diện phía trên vai cột (ký hiệu là tiết diện Ctr) và dưới vai cột (ký hiệu là Cd).

- Tại xà: tiết diện hai đầu và giữa xà, tiết diện thay đổi.

b, Tổ hợp nội lực: Có hai loại tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2. Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp nc =1). Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp nc= 0,9). Tại mỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực: - Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất Mmax và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư; - Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất Mmin và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư; - Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmax và mô men, lực cắt tương ứng Mtư, Vtư; Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng sau:



Hình 4.10. Biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.11. Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung


Vũ Văn Hiệp 22

Hình 4.12. Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa phải khung

Hình 4.13. Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái



Hình 4.14. Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.15. Biểu đồ mômen do tải trọng gió ngang


Vũ Văn Hiệp 24

Hình 4.16. Biểu đồ mômen do tải trọng gió dọc



Bảng nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

Loại tải trọng

Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Hoạt tải cả mái Dmax ở cột trái Dmax ở cột phải Tmax ở cột trái Tmax ở cột phải Gió ngang Gió dọc Cấu kiện

Tiết diện Nội lực Tải

trọng thường xuyên nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

M -44,01 -17,81 -16,03 -39,41 -35,47 -57,22 -51,50 3,81 3,42 -66,96 -60,27 41,68 37,51 28,54 25,69 489,82 440,84 48,54 43,69

N -53,61 -21,69 -19,52 -6,04 -5,43 -27,73 -24,96 -213,76 -192,38 -52,94 -47,65 0,95 0,85 0,95 0,85 55,10 49,59 55,92 50,32 A

V 9,55 5,99 5,39 5,99 5,39 11,98 10,78 9,52 8,57 9,52 8,57 5,93 5,34 2,93 2,64 -91,44 -82,30 -1,69 -1,52

M 44,37 37,58 33,83 15,98 14,39 53,57 48,21 91,85 82,66 21,08 18,97 13,20 11,88 1,42 1,28 -142,78 -128,50 -73,88 -66,49

N -43,80 -21,69 -19,52 -6,04 -5,43 -27,73 -24,96 -213,76 -192,38 -52,94 -47,65 0,95 0,85 0,95 0,85 55,10 49,59 55,92 50,32 Cd

V 9,55 5,99 5,39 5,99 5,39 11,98 10,78 9,52 8,57 9,52 8,57 5,93 5,34 2,93 2,64 -39,75 -35,77 -27,58 -24,82

M 33,06 37,58 33,83 15,98 14,39 53,57 48,21 -59,41 -53,47 -14,36 -12,92 13,20 11,88 1,42 1,28 -142,78 -128,50 -73,88 -66,49

N -22,44 -21,69 -19,52 -6,04 -5,43 -27,73 -24,96 2,32 2,09 -2,32 -2,09 0,95 0,85 0,95 0,85 55,10 49,59 55,92 50,32 Ct

V 9,55 5,99 5,39 5,99 5,39 11,98 10,78 9,52 8,57 9,52 8,57 5,93 5,34 2,93 2,64 -39,75 -35,77 -27,58 -24,82

M 59,77 54,32 48,89 32,72 29,45 87,04 78,34 -32,81 -29,53 12,24 11,02 11,61 10,45 6,78 6,10 -229,39 -206,45 -163,21

-146,89

N -19,48 -21,69 -19,52 -6,04 -5,43 -27,73 -24,96 2,32 2,09 -2,32 -2,09 0,95 0,85 0,95 0,85 55,10 49,59 55,92 50,32

Cột

B

V 9,55 5,99 5,39 5,99 5,39 11,98 10,78 9,52 8,57 9,52 8,57 2,93 2,64 2,93 2,64 -22,23 -20,01 -36,35 -32,71


Vũ Văn Hiệp 26

Bảng nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm)

Loại tải trọng

Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Hoạt tải cả mái Dmax ở cột trái Dmax ở cột phải Tmax ở cột trái Tmax ở cột phải Gió ngang Gió dọc Cấu kiện

Tiết diện Nội lực Tải

trọng thường xuyên nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9 nc=1 nc=0,9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

M -59,77 -54,32 -48,89 -32,72 -29,45 -87,04 -78,34 32,81 29,53 -19,03 -17,12 11,62 10,46 6,78 6,10 229,39 206,45 163,21 146,89

N -12,79 -9,66 -8,70 -6,95 -6,25 -16,61 -14,95 -8,97 -8,07 -12,83 -11,55 2,73 2,45 3,05 2,75 31,46 28,32 45,51 40,96 1-1

V -17,52 -20,32 -18,29 -4,90 -4,41 -25,23 -22,71 3,94 3,55 -1,06 -0,95 1,44 1,30 0,42 0,38 50,41 45,37 48,75 43,88

M -4,84 5,88 5,29 -13,10 -11,79 -7,22 -6,50 17,05 15,35 -14,79 -13,31 5,84 5,26 5,08 4,57 61,11 55,00 12,05 10,85

N -11,47 -7,80 -7,02 -6,95 -6,25 -14,75 -13,28 -8,97 -8,07 -12,83 -11,55 2,73 2,45 3,05 2,75 31,46 28,32 45,51 40,96

Đoạn 1

2-2

V -10,04 -9,78 -8,80 -4,90 -4,41 -14,68 -13,21 3,94 3,55 -1,06 -0,95 1,44 1,30 0,42 0,38 33,74 30,36 26,83 24,14

M -4,84 5,88 5,29 -13,10 -11,79 -7,22 -6,50 17,05 15,35 -14,79 -13,31 5,84 5,26 5,08 4,57 61,11 55,00 12,05 10,85

N -11,47 -7,80 -7,02 -6,95 -6,25 -14,75 -13,28 -8,97 -8,07 -12,83 -11,55 2,73 2,45 3,05 2,75 31,46 28,32 45,51 40,96 1-1

V -10,04 -9,78 -8,80 -4,90 -4,41 -14,68 -13,21 3,94 3,55 -1,06 -0,95 1,44 1,30 0,42 0,38 33,74 30,36 26,83 24,14

M 17,02 12,03 10,83 12,03 10,83 24,07 21,66 -5,39 -4,85 -7,70 -6,93 2,31 2,08 2,31 2,08 -40,92 -36,83 -34,05 -30,64

N -6,53 -2,79 -2,51 -4,54 -4,09 -7,33 -6,60 -9,45 -8,51 -13,52 -12,17 2,96 2,66 3,27 2,95 13,72 12,35 39,08 35,17

Đoạn 2

2-2

V 1,15 5,61 5,05 -4,32 -3,89 1,29 1,16 3,97 3,57 -0,86 -0,78 1,46 1,32 0,36 0,33 5,60 5,04 -6,89 -6,20



Bảng tổ hợp nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

Tæ hîp c¬ b¶n 1 Tæ hîp c¬ b¶n 2

Nmax Nmax CÊu kiÖn TiÕt diÖn Néi lùc M+max

Ntu;Vtu

M-max

Ntu;Vtu M+;Vtu M-;Vtu

M+max

Ntu;Vtu

M-max


T¶i träng 4,19 4,13,17 4,11,15 4,12,16,20 4,10,14,18 4,10,12,16

M 445,81 -139,51 -81,88 437,76 -181,46 -54,57

N 1,50 -107,50 -266,41 -197,25 -127,06 -271,80 A

V -81,89 22,00 25,01 -69,52 31,54 23,56

T¶i träng 4,11,15 4,19 4,11,15 4,10,12,16 4,20 4,10,12,16

M 149,42 -98,41 149,42 187,12 -84,13 163,36

N -256,61 11,31 -256,61 -260,28 5,80 -261,99 Cd

V 25,01 -30,19 25,01 34,24 59,15 23,56

T¶i träng 4,9 4,19 4,9 4,10 4,12,16,20 4,10,14,18

M 86,63 -109,72 86,63 81,27 -160,79 67,08

N -50,17 32,66 -50,17 -47,40 28,39 -50,34 Ct

V 21,53 -30,19 21,53 20,33 62,38 31,54

T¶i träng 4,9 4,19 4,9 4,10,14,18 4,12,16,20 4,10,14,18

M 146,81 -169,62 146,81 155,22 -186,66 155,22

N -47,21 35,63 -47,21 -47,38 31,35 -47,38

Cét

B

V 21,53 -12,68 21,53 31,54 70,35 31,54


Vũ Văn Hiệp 28

Bảng tổ hợp nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm)

Tæ hîp c¬ b¶n 1 Tæ hîp c¬ b¶n 2

Nmax Nmax CÊu kiÖn TiÕt diÖn Néi lùc M+max

Ntu;Vtu

M-max


M+max

Ntu;Vtu

M-max


T¶i träng 4,19 4,9 4,9 4,12,16,20 4,10,14,18 4,10,14,18

M 169,62 -146,81 -146,81 186,67 -161,33 -161,33

N 18,67 -29,40 -29,40 5,00 -42,04 -42,04 1-1

V 32,88 -42,75 -42,75 32,69 -41,56 -41,56

T¶i träng 4,19 4,13,17 4,13,17 4,6,12,16,20 4,8,14,18 4,10,14,18

M 56,26 -24,71 -24,71 76,05 -34,52 -29,23

N 19,99 -27,36 -27,36 -0,71 -32,02 -39,04

Đoạn 1

2-2

V 23,69 -11,52 -11,52 16,37 -15,79 -24,59

T¶i träng 4,19 4,13,17 4,13,17 4,6,12,16,20 4,8,14,18 4,10,14,18

M 56,26 -24,71 -24,71 76,05 -34,52 -29,23

N 19,99 -27,36 -27,36 -0,71 -32,02 -39,04 1-1

V 23,69 -11,52 -11,52 16,37 -15,79 -24,59

T¶i träng 4,9 4,19 4,13,17 4,10 4,14,18,20 4,10,14,18

M 41,09 -23,90 7,01 38,68 -28,81 29,67

N -13,86 7,20 -23,32 -13,12 -9,29 -28,24

Đoạn 2

2-2

V 2,44 6,75 -0,07 2,31 12,40 1,21



5. Kiểm tra tiết diện cột, xà

5.1. Kiểm tra tiết diện cột:

a, Thông số chung - Nội lực tính toán:

M = 44000 daN.m

N = 20000 daN V = 7000 daN

- Vật liệu: Thép CCT34

F = 2100 daN/cm2 E = 2,1.106 daN/cm2

- Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.1. Kích thước hình học tiết diện

C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)

600 260 14 572 10 260 14 - Chiều dài tính toán cột:

Trong mặt phẳng khung lx :

lx=.H với hệ số chiều dài tính toán ( Bảng 5.2), phụ thuộc vào tham số:

cT

xà

b.IG =H.I

Trong đó b, H - chiều dài nửa xà, chiều cao cột; c, xà mô men quán tính của cột và xà (lấy ở tiết diện cách nút khung 0,4b)

T10.78106G = 1,50

11,59.38590

Bảng 5.2. Hệ số theo GT

Tra bảng 5.2 được = 1,23

Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng uốn:

GT 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0

1,00 1,10 1,15 1,23 1,30 1,35 1,40 1,47

GT 5,0 6,0 8,0 10 15 20 30 50

1,50 1,60 1,70 1,75 1,83 1,90 1,95 2,00

Hình 5.1. Tiết diện cột


Vũ Văn Hiệp 30

lx=.H = 1,23 . 11,59 = 14,26 (m)

- Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn ly lấy bằng khoảng cách hai điểm ngăn cản chuyển vị cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn. Chiều dài ly được lấy bằng khoảng cách từ chân cột (mặt móng) đến trục của thanh chống dọc:

Ly = 5 (m)

- Đặc trưng hình học tiết diện cột: Bảng 5.3. Đặc trưng hình học tiết diện

Jx Wx rx Jy Wy ry A (cm4) (cm3) (cm) (cm4) (cm3) (cm) (cm2) 78106 2604 24,51 4105,83 315,83 5,62 130,00

b, Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh - Độ mảnh cột:

l=r

XX

X

142658,16

24,51;

l=

r y

yy

50088,97

5,62

- Độ mảnh giới hạn của cột:

[ ] = 180 – 60. Với e

N=c

Min( ;0,5).A.f.

[ ] = 150

Max (x; y) = y = 88,97 Max (x; y) < [ ] (Thoả mãn)

c, Kiểm tra điều kiện cường độ

cn X

N M f.A W

2

c20000 44000.10 1844 f . 2100130 2604

(daN/cm2) (Thoả mãn)

d, Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

ce

N f..A

Trong đó: e – tra theo bảng II.2 phụ lục II (sách Kết cấu Thép I), phụ thuộc độ

mảnh qui ước x và độ lệch tâm tính đổi me của cột

- Độ mảnh qui ước của cột:

x xf.E

x 6

210058,16. 1,842,1.e



- Độ lệch tâm tính đổi:

ex

e M Am . . .N W

4

e44000.10 130m 1,28. . 14,07

20000 2604

Từ x 1,84 và me = 14,07 tra theo bảng II.2 phụ lục II (sách Kết cấu Thép) được:

e = 0,095

ce

N 20000 1615 f . 2100.A 0,095.130


e, Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

cy

N f.c. .A

Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx và hình dáng tiết diện đến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặt phẳng uốn). c phụ thuộc vào mx:

xM Wm . 10,99N A

> 10 x y

b

1c m φ1

φ

Hệ số uốn dọc y đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng tra bảng, phụ thuộc độ mảnh y= ly/iy; =y 143,5 y = 0,664

Tính b (phụ thuộc hệ số và hệ số như trong dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên) :

- tính hệ số 2 3

o f w3

fk f f f

l .t a.tα 8. . 1h .b b .t

; với lo = 5 m (khoảng cách hai điểm giằng

dọc cột); hfk – khoảng cách trọng tâm hai bản cánh: hfk = 58,6 cm; a =0,5hfk = 29,3 cm;

2 3

3

500.1, 4 29,3.1α 8 . 1 3,04858,6.26 26.1, 4

từ 0,1 40, tra bảng E.1 (TCXDVN 338:2005):

= 2,25+0,07. = 2,25 + 0,07 . 3,048 = 2,463

Tính hệ số 2 2 6

y1

x o

Ι h E 4105,8 60 2,1.10φ ψ. . . 2, 463. . . 1,865Ι l f 78106 500 2100

Vậy b = 0,68+0,21.1 1; b = 0,68+0,21.1,865 = 1,07. Lấy b=1

Do đó: 1c 0,120,6641 10,99.1


Vũ Văn Hiệp 32

c20000 1922 f . 2100

0,12.0,664.130 (daN/cm2) (Thoả mãn)

f, Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh cột

0f 0

f

b b[ ]t t

; 0f

f

b 125 8,9t 14

Tra bảng 4.4 (sách Kết cấu Thép) được độ mảnh giới hạn của phần bản cánh nhô ra của cột:

0b[ ]=17t

0f 0

f

b b8,9 [ ]=17t t

(Thoả mãn)

g, Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng cột

w w

w w

h ht t

; w

w

h 572 57, 2t 10

Do ổn định tổng thể của cột được quyết định theo điều kiện ngoài mặt phẳng khung nên giá trị giới hạn của hw/tw phụ thuộc vào giá trị của thông số =(-1)/ (ứng suất pháp kéo và nén tại biên bản bụng không kể hệ số e) và ứng suất tiếp trung bình :

1x

N Mσ .yA Ι

; 1 2x

N Mσ .yA Ι

; w w

Vτt .h

.

Trong đó y1, y2 là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ chịu kéo và chịu nén của bản bụng, với tiết diện đối xứng thì y1 = y2 = hw/2.

1x

N Mσ .y 1765A Ι

daN/cm2; 2x

N Mσ .y 1457A Ι

daN/cm2; w w

Vτ 122t .h

daN/cm2.

1765 ( 1457)α 1,826 11765

w

2 2w

h (2.α 1).E E4,35. 3,8.t fσ. 2 α α 4.β

; với τβ 1,4. 2.α 1 .

σ

6 6w

32 2w

h (2.1,826 1).2,1.10 2,1.104,35. 3,8.t 2,1.101765. 2 1,826 1,826 4.0,257

w

w

h 120,2t

w w

w w

h h57, 2 120,2t t

Bản bụng không mất ổn định cục bộ.



5.2. Kiểm tra tiết diện xà:

* Kiểm tra tiết diện tại nách khung a, Thông số chung - Nội lực tính toán:

M = 19000 daN.m

N = 500 daN

V = 3500 daN


F = 2100 daN/cm2

E = 2,1.106 daN/cm2 - Kích thước hình học tiết diện:

Bảng 5.4. Kích thước hình học tiết diện


600 260 10 580 8 260 10 - Chiều dài tính toán xà:

Trong mặt phẳng khung: lx = 20 m

Ngoài mặt phẳng khung: ly là khoảng cách hai điểm giằng mái; ly = 5 m.

- Đặc trưng hình học tiết diện xà: Bảng 5.5. Đặc trưng hình học tiết diện

Jx Wx Jy Wy A S S1 (cm4) (cm3) (cm4) (cm3) (cm2) (cm3) (cm3) 58265 1942 2932 226 98 1103 767

b, Kiểm tra điều kiện cường độ Nhận thấy lực dọc trong xà không lớn (N = 500 daN) nên chỉ cần kiểm tra bền:

cn xn

N Mσ f .γA W

Trong đó: An- diện tích tiết diện thực của xà;

Wxn- mô men chống uốn của tiết diện thực. Vì khi tính nội lực khung, trục xà được lấy theo trục tiết diện nhỏ của xà nên tại

các tiết diện lớn gần đầu cột, lực dọc N sẽ có lệch tâm so với trọng tâm tiết diện. Khi

Hình 5.2. Tiết diện xà tại nách khung


Vũ Văn Hiệp 34

kiểm tra bền thì phải kể thêm mô men lệch tâm: MN=M N.e (lấy dấu cộng hay trừ tùy thuộc lực N làm tăng hay giảm mô men).

MN = 19000 – 500.0,125 = 18937,5 (daN.m)

c500 1893750σ 980 f.γ 210098,4 1942


c, Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh xà

0f

f

b E0,5t f

; 0f

f

b 126 E12,6 0,5 15,8t 10 f

(Thoả mãn)

d, Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng xà

w

w

h E3, 2.t f

; w

w

h 580 E72,5 3, 2. 101,2t 8 f

(Thoả mãn)

e, Kiểm tra ổn định tổng thể của xà:

o f f f

f f f fk

l b b b E0, 41 0,0032. 0,73 0,016. . .b t t h f

Vế trái bằng: 500 19, 226

Vế phải bằng: 6

3

26 26 26 2,1.100, 41 0,0032. 0,73 0,016. . . 201 1 59 2,1.10

Kết luận: Vế trái < Vế phải; Xà ổn định tổng thể.

* Kiểm tra tiết diện nhỏ a, Thông số chung - Nội lực tính toán:

M = 7600 daN.m

N = 700 daN V = 1650 daN


F = 2100 daN/cm2 E = 2,1.106 daN/cm2

- Kích thước hình học tiết diện: Bảng 5.6. Kích thước hình học tiết diện


350 260 10 330 8 260 10

Hình 5.3. Tiết diện xà không đổi



- Đặc trưng hình học tiết diện xà:

Bảng 5.7. Đặc trưng hình học tiết diện


b, Kiểm tra điều kiện cường độ Nhận thấy lực dọc trong xà không lớn (N = 700 daN) nên chỉ cần kiểm tra bền:

cn xn

N Mσ f .γA W

c700 760000σ 772 f .γ 210078 996

(daN/cm2)

c, Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh xà

0f

f

b E0,5t f

; 0f

f

b 126 E12,6 0,5 15,8t 10 f

(Thoả mãn)

d, Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng xà

w

w

h E3, 2.t f

; w

w

h 320 E40 3, 2. 101, 2t 8 f

(Thoả mãn)

5.3. Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột 1

H 300

V

Trong đó: - là chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cột do tổ hợp nguy hiểm nhất của tải trọng tiêu chuẩn gây ra và H - là chiều cao cột.

- Giá trị tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió:

= 53,0 mm 53,0 1 1H 11590 218 300

V (Không đạt)

- Giá trị tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục:

= 14,1 mm 14,1 1 1H 11590 882 300

V (Thoả mãn)

- Giá trị tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió và tải trọng cầu trục:

= 41,7 mm 41,7 1 1H 11590 278 300

V (Không đạt)

Nhận thấy chuyển vị ngang đỉnh cột vượt quá giá trị cho phép. Để giảm chuyển vị ngang đỉnh cột, đề xuất phương án: tăng tiết diện cột. Cụ thể tăng chiều cao tiết diện từ h = 600mm lên 700mm, chiều dày bản cánh và bản bụng giữ nguyên. Đặc trưng hình học tiết diện cột mới lớn hơn đặc trưng tiết diện cột ban đầu nên không cần kiểm tra lại tiết diện cột. Tính lại chuyển vị đỉnh cột:


Vũ Văn Hiệp 36

a, Giá trị tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió:

= 38,14 mm 38,14 1 1H 11590 303 300

V (Thoả mãn)

b, Giá trị tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục:

= 10,6 mm 10,6 1 1H 11590 1093 300

V (Thoả mãn)

c, Giá trị tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió và tải trọng cầu trục:

= 30 mm 30 1 1H 11590 386 300

V (Thoả mãn)

Hình 5.4. Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải và tải trọng gió

(Tiết diện cột I600)



Hình 5.5. Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải và tải trọng cầu trục


Hình 5.6. Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió và tải trọng cầu trục



Vũ Văn Hiệp 38

Hình 5.7. Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải và tải trọng gió


Hình 5.8. Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải và tải trọng cầu trục




Hình 5.9. Sơ đồ chuyển vị do tĩnh tải; 0,5 tải trọng gió và tải trọng cầu trục


6. Tính các chi tiết

6.1. Chân cột ngàm với móng

n

Hình 6.1. Chi tiết chân cột


Vũ Văn Hiệp 40

* Tính bản đế:

- Chọn chiều dài bản đế: L = hc + 2.100 = 700 + 2.100 = 900 mm

- Chiều rộng bản đế: 2b,loc b,loc

N 6.MBψ.R .L ψ.R .L

Trong đó: Rb,loc - là cường độ chịu nén tính toán cục bộ của bê tông móng:

Rb,loc = .b.Rb

ở đây:

- hệ số phụ thuộc vào cấp bê tông: = 1 đối với bê tông có cấp thấp hơn B25;

3

bd

mb A

A 1,5 ; (Am diện tích mặt móng). Tạm lấy b =1,2

Rb,loc = .b.Rb = 1.1,3.115 = 138 daN/cm2

- Hệ số phụ thuộc đặc điểm phân bố tải trọng; phân bố không đều = 0,75

2

20000 6.4400000B 27,4 (cm)0,75.138.90 0,75.138.90

chọn B = 40 cm

- Ứng suất dưới bản đế:

max 2

N 6.Mσ 87B.L B.L

daN/cm2 ; min 2

N 6.Mσ 76B.L B.L

daN/cm2

Như vậy ứng suất dưới bản đế có hai thành phần ứng suất nén và và ứng suất kéo. Từ phương trình đồng dạng giữa biến dạng của bu lông và biến dạng của bê tông móng có:

bl

b

ε L y cε y

; với c – khoảng cách từ tâm bu lông tới mép ngoài của bản đế.

bl và b lần lượt là biến dạng của bu lông và của bê tông (khi bản đế biến dạng):

babl

fεE

, b,locb

b

Rε

E .

Chiều dài vùng ứng suất nén dưới bản đế.

b,loc

ba b,loc

n.ψ.R .(L c) 7,78.0,75.138.(90 12)y 21f n.R 1920 7,78.138

(cm)

- Chiều dày bản đế:

Mômen uốn bản đế:

2 3

b b,loc b,locx xM ψ.R . ψ.R .2 6.y

; Với x = 0,5.(L-0,95.h) = 11,35



2 3

b11,35 11,35M 0,75.138. 0,75.138. 5465

2 6.21 (daN.cm/cm)

Chiều dày bản đế: maxbđ

c

6.M 6.5465t 3,95f .γ 2100

(cm) Chọn tbđ = 4,0 cm

* Tính sườn: Sườn làm việc như công sôn ngàm tại bản bụng hoặc bản cánh cột, chịu lực tác dụng là phản lực dưới bản đế. Nhịp sườn: Ls = 10 cm; áp lực phân bố đều theo chiều dài sườn: q = .B = 87.40 = 3480 (daN/cm)

Mômen uốn: 2 2sq.L 3480.10M 174000

2 2 (daN.cm)

Lực cắt: V = q.Ls = 3480.10 = 34800 (daN)

Chiều cao sườn: s34800h 1 14,8

2.1260.1 (cm) Chọn hs = 15 cm

Chiều dày sườn: s 2 2c

6.M 6.174000t 0,98h .f .γ 15 .2100

(cm) Chọn ts = 10mm

* Tính bulông:

Lực tính bu lông neo: N = 150 daN; M = 44500 daNm.

Hợp lực biểu đồ ứng suất nén: R = 0,5.40.22,7.0,75.138 = 46989 daN. Lực kéo bu lông: T = 46989 - 150 = 46839 daN.

Diện tích bu lông yêu cầu: Abl = 46839 :1920 = 24,39 cm2.

Chọn 4 bu lông đường kính 36 (Abl = 4.8,2 = 32,8 cm2 24,39 cm2).

Bố trí chân cột như hình 6.1

6.2. Tính vai cột * Lựa chọn tiết diện dầm vai: - Mô men uốn và lực cắt tại tiết diện ngàm:

M = (Dmax + Gdct).e ; M = (220,3+15).30 = 7059 kN.cm V = (Dmax + Gdct ) ; V = 220,3+15 = kN

- Sơ bộ chọn tf = 10mm, tính chiều dày cần thiết bản bụng dầm vai:

max dctw dct

f f c c

D G 23530t 0, 243(b 2.t ).f .γ (26 2.1).3460.1

cm ; chọn tw = 8 mm.


Vũ Văn Hiệp 42

- Chọn chiều cao dầm vai tại điểm đặt Dmax: h=30 cm. Chọn góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang =200 thì chiều cao dầm vai tại tiết diện ngàm: hdv= 30+ 30.tg200 = 41 cm. Chọn hdv = 42 cm e=30 cm.

- Diện tích yêu cầu của bản cánh:

yc w dvf

c dv

t .hM 705900 0,6.42A 7,58f .γ .h 6 2100.1.42 6

cm2.

- Chọn bản cánh dầm vai: bf x tf = 26.0,8 cm; Af = 20,8 cm2 7,58 cm2.

a

a-a

a

a

Hình 6.2. Vai cột

* Kiểm tra tiết diện vừa chọn: (bỏ qua trọng lượng bản thân dầm vai): - Tiết diện ngàm

Bảng 6.1. Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai tại ngàm Jx Wx Jy Wy A S S1

(cm4) (cm3) (cm4) (cm3) (cm2) (cm3) (cm3) 26124 1244 2931 225 84 693 533

705900σ 5681244

daN/cm2 2100.1 daN/cm2

23530.693τ 780, 226124.0,8

daN/cm2 1200.1 daN/cm2.

- Kiểm tra ứng suất tương đương:

140σ 568. 54142

daN/cm2 ; 23530.533τ 60026124.0,8

daN/cm2;



2 2tđσ 541 3.600 1171,7 daN/cm2 1,15.2100.1=2415 daN/cm2.

- Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện bé: Bảng 6.2. Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai tại vị trí dầm cầu trục


23530.455τ 1079, 212401.0,8


- Kiểm tra ổn định cục bộ:

+ Bản cánh: 6

f

f

b 26 2,1.1026 31,6t 1,0 2100

; bản cánh ổn định cục bộ.

+ Bản bụng: 6

w

w

h 40 2,1.1050 2,2. 69,6t 0,8 2100

; bản bụng ổn định.

- Chiều cao đường hàn cánh – bụng

f23530.377h 0,284

2.1260.12401.1 cm. Chọn hf = 5mm

* Tính liên kết hàn giữa dầm vai và cánh cột - Chọn chiều cao đường hàn hf = 5 mm. - Chiều dài tính toán của các đường hàn theo hình 6.2, ta có:

wA 2.0,7.0,5.(25 20 38) 58,1 cm2; 3

2 2w

0,5.38Ι 2.0,7.(25.0,5.21, 2 20.0,5.19,8 ) 16554,612

cm4;

w16554,6W 780,9

21, 2 cm3;

2 2

hl705900 23530τ 991780,9 58,1

daN/cm2 1800.1 daN/cm2.

* Kiểm tra ứng suất tương đương ở bản bụng cột: Trong bản bụng cột, chỗ liên kết với cánh của dầm vai, sẽ chịu thêm lực ngang (do mô men dầm vai chia thành lực H = Mdv/hdv) nên xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp. Do đó phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau:

2 2tđ cσ σ 3.τ 1,15.f.γ

ở đây: cot cot

M NσW A

; b

(V H)τA

; M, N, V - là nội lực cột tại vị trí chân cột

trên; Wcot – mô men chống uốn của tiết diện cột; Acot, Ab- lần lượt là diện tích tiết diện cột và bụng cột.


Vũ Văn Hiệp 44

Lực ngang do dầm vai tác dụng vào cột:

705900H 16807,242

daN;

1607900 300σ 6192604 130

daN/cm2 ; 6238 16807, 2τ 177,3130

daN/cm2;

2 2tđσ 619 3.177,3 691,6 daN/cm2 1,15.2100.1 = 2415 daN/cm2.

* Kích thước sườn: - Gia cường cho dầm vai: Chiều cao hs = 30cm; bề rộng bs = 12 cm;

Chiều dày s 6

2100t 2.12. 0,762,1.10

; và s 6

30 2100t . 0,432,2 2,1.10

Chọn ts = 0,8 cm. - Gia cường cho bụng cột: Chiều cao hs = 67,2 cm; bề rộng bs = 12 cm;

Chiều dày s 6

2100t 2.12. 0,762,1.10

; và s 6

67, 2 2100t . 0,663,2 2,1.10

Chiều dày ts= 0,8 cm. 6.3. Chi tiết liên kết xà với cột

n

Hình 6.3. Chi tiết liên kết xà với cột



Nội lực đỉnh cột: M = 18700 daN.m

N = 4700 daN

V = 3100 daN Tính toán liên kết theo Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC

* Tính bu lông: - Phương trình hình chiếu các lực lên phương đứng:

w nn f n

t .y.σσ .A N 3.Z 02

nn

1.y.σ34,6.σ 47 3.Z 02

Rút gọn:

n n34,6.σ 0,5.σ .y 3.Z 47 (1)

- Phương trình cân bằng mô men với trọng tâm vùng ứng suất nén:

w wf n f n

t hy p y y3.Z. h t σ .A . M N .3 2 3 2 2 3

ny 10 y 1, 4 70 y3.Z. 70 1 34,6.σ . 18700 47.3 2 3 2 2 3

Rút gọn sẽ được phương trình:

n nZ.(192 y) 11,54.σ .y 24, 22.σ 17055 15,67.y (2)

- Phương trình biến dạng:

bl

n

ε Cε y

n

bl

σZ (65 y).2.A .E E y

;

trong đó: 70 cm là khoảng cách từ hàng bu lông thứ 2 đến hàng bu lông ngoài cùng phía bản cánh chịu nén.

Chọn bu lông đường kính 20 loại 6.6 có: Diện tích thực của bu lông Abn = 2,45 cm2; diện tích nguyên của bu lông Abl= 3,14 cm2; cường độ tính toán chịu kéo của bu lông là ftb = 2500 daN/cm2.

nn

σZ 409,5. 6,3.σy

(3)

- Thay (3) vào (1) được (4)

2n n n0,5.σ .y 53,5.σ .y 1228,5.σ 47.y n 2

47.yσ0,5.y 53,5.y 1228,5

(4)

- Thay (3) vào (2):


Vũ Văn Hiệp 46

nn n n

σ(409,5. 6,3.σ ).(192 y) 11,54.σ .y 24,22.σ 17055 15,67.yy

- Sau khi biến đổi và rút gọn được (5) 2

n 2

15,67.y 17055.yσ17,84.y 1594,88.y 17624

(5)

- Cân bằng (4) và (5) có phương trình bậc 3 với y: 3 27,835.y 8527,4.y 968151,3.y 29235348,5 0 (6)

- Dễ dàng giải (6) được y = 24,7 cm

Do đó ứng suất nén trong bản cánh:

n 2

47.24,7σ 2,920,5.24,7 53,5.24,7 1228,5

kN/cm2 < 2100.1 daN/cm2

- Lực kéo tại hàng bu lông thứ hai:

nn

σZ 409,5. 6,3.σy

22,92Z Z 409,5. 6,3.2,92 3024,7

kN

- Lực kéo lớn nhất tại hàng bu lông ngoài cùng:

1(80 24,7)Z 30. 36,6(70 24,7)

kN; mỗi bu lông chịu 18,3 kN

Z1 [N]tb .c = 61,25 kN

- Lực kéo tại hàng bu lông thứ ba:

3 1Z 2.Z Z 2.15 18,3 11,7 kN

- Kiểm tra bu lông chịu cắt:

Lực cắt tác dụng lên một bu lông: Nvb = 3100 25912

daN

Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 3,14.0,9.2300 6499 daN 259 daN.

* Tính bản bích: Lực trong bu lông các hàng được phân phối cho bản cánh, bản bụng cột (hoặc sườn gia cường). Gọi L1, L2 là khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bản bụng (hoặc sườn) và đến trục bản cánh cột thì lực trong bản bụng (P1) và bản cánh cột (P2) do lực kéo của bu lông là:

1 3

1

2

ZPL1L

và 2 3

2

1

ZPL1L

- Phân phối Z1 cho sườn và cánh:



+ Cho sườn: 318,3 5, 4

6,715

kN

+ Cho cánh: 318,3 12,9

516,7

kN

- Phân phối Z2 cho bụng và cánh cột:

+ Cho cánh: 315 12,983,616,7

kN

+ Cho bụng: 315 2,026,713,6

kN

- Vì bu lông ở hàng thứ ba tương đối xa bản cánh nên coi toàn bộ lực của bu lông phân cho bản bụng, bằng 11,7 kN

- Tính mô men uốn bản bích: + Do tải truyền vào bản cánh:

12,9.(5,7 0, 25.2)M 33,542

kN.cm

hoặc 12,98.(4,3 0, 25.2)M 24,672

kN.cm

Chiều dày bản bích: bb6.3354t 0,85

13.2100.1 cm

- Do tải truyền vào sườn: 5,4.(7 0,25.2)M 16,74

2

kN.cm

bb6.1674t 0,6

9.2100.1 cm

- Do tải truyền vào bụng:

11,7.(7 0, 25.2)M 38,12

kN.cm

bb6.3810t 1,04

10.2100.1 cm

- Dùng bản bích có chiều dày tbb =1,6 cm.


Vũ Văn Hiệp 48

* Kiểm tra ứng suất trong các bộ phận do lực kéo của bu lông truyền vào:

- Bản sườn: 2.5400σ 20009.0,6


- Bản cánh: 1290 1298σ 14213.1,4

daN/cm2

- Bản bụng: 2.202σ 47(3,6 5).1

daN/cm2 và 2.1170σ 23410.1

daN/cm2

6.3. Chi tiết nối xà

n

Hình 6.3. Chi tiết nối xà

Cấu tạo và tính toán tương tự liên kết xà với cột. Chi tiết thể hiện trong bản vẽ.

thuyet minh do an khung thep nha cn 1 4484

Documents