Đồ án thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

Thuyết minh Đồ án môn học : Kết cấu thép Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp. Các số liệu của nhà : - Nhịp khung : L = 24(m) - Sức trục : Q = 75(Tấn) - Cao trình đỉnh ray: H1 = 9,5(m) - áp lực gió tiêu chuẩn: Wo = 65(daN/m2) - Bước khung : B = 6(m) - Chiều dài nhà : 17B = 17x6 = 102(m) - Chiều cao dầm cầu trục : Hdct = 700(mm) - Có 2 cần trục làm việc trong xưởng ở chế độ trung bình. + Lk=22,5m + H= 3,7m + B = 8,3m + L1=4,4m + B1=0,4m. + Loại ray KP100 tra bảng ta có Hr=150mm (theo bảng VI.7). Vật liệu lớp mái: Mái sườn BTCT 1,5mx6m(gTC = 150(daN/m2). Bê tông chống thấm dày 4 cm(go = 2500Kg/m3) Bê tông xỉ dày 12cm(go = 500Kg/m3) 2 lớp lát dày 1,5cm/lớp(go = 500Kg/m3) 2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp9go = 500Kg/m3) Hoạt tải mái pc = 75daN/m2 Que hàn N46 có Rgh=1800daN/cm2. Rgt=1650daN/cm2. Phương pháp hàn tay có bh=0,7; bt=1; Phần I : Tính toán chung A-các kích thước chung I/Thành lập sơ đồ kết cấu: Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại nhà xưởng 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. Sơ đồ khung ngang có dạng như hình vẽ dưới: II/ Xác định các kích thước khung ngang: II.1/ Các kích thước theo phương thẳng đứng: a- Chiều cao dầm cầu chạy: hdcc= 0.7m b - Chiều cao từ mặt ray đến đáy cầu trục. H2 = (Hc+f)+100 Hc: Kích thước gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con tra phụ lục VI.2 ta có Hc=3,7m. 100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu. f: khe hở xét đến độ võng của kết cấu lấy 0,4m(theo sách thiết kế KC thép nhà CN ). đH2=(3,7+0,4)+0,1= 4,2m c - Chiều cao của cột trên: Htr = hdcc+H2+hr hr : Chiều cao của ray và đệm. Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kế KC thép nhà CN ứng với lọai ray KP100 ta có chiều cao là 0,15m , chiều cao của đệm là 0,05 đ hr =0,2m hdcc=0,7m đã tính ở trên. đHtr=hdcc+H2+hr=0,7+4,2+0,2=5,1m d - Chiều cao thông thuỷ của nhà tính từ cốt 0,00 đến trục của thanh cánh dưới dàn vì kèo. H=H1+H2=9,5 + 4,2 =13,7m. e- Chiều cao của cột dưới: Hd = H-Htr+H3 H3:Chiều sâu của phần cột chôn dưới cốt mặt nền :H3 = 0,8m Hd = H-Htr+hch= 13,7 - 5,1 + 0,8 = 9,4m g - Chiều cao đầu dàn: Với kích thước là dàn hình thang lấy hđd=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN). h- Chiều cao giữa dàn: Chọn hgd=3,2m đ Độ dốc mái là i = (3,2 - 2,2)/12 = 1/12 II .2/ Các kích thước theo phương ngang: a-Tính chiều cao tiết diện cột trên: Chiều cao htr =(1/10 á 1/12) Htr với Htr:khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dưới của dàn vì kèo. Ta chọn htr = 0,5m b- Chọn a: a:khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục. Do sức trục Q=75T nên ta chọn a=250mm. c- Chọn l: l : Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mép ngoài của cột dưới. l ³ B1 +(htr - a) + D=0,4+(0,5-0,25)+ 0,075=0,725m; B1:Khoảng cách từ trục ray đến mép ngòai của cầu chạy lấy theo catalô cầu chạy, ta có B1=0,4m. D:Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép trong của cột trên lấy là 0,075m ị l=750mm khi Q Ê 75T d - Tính chiều dài cột dưới hd: hd:Theo độ cứng ta có hd =(1/15 á 1/20) H= (1/15 á 1/20)13,7m Theo điều kiện cấu tạo ta chọn hd = l+a=750+250 = 1000mm; III/lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, cột : III.1/Lập mặt bằng lưới Cột : Nhà xưởng được thiết kế có chiều dài nhà là : 102m do đó khi bố trí mặt bằng lưới Cột ta không phải để khe lún nhiệt độ . Mặt bằng lưới Cột được bố trí như hình vẽ dưới. a- Bố trí 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. Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn. Các thanh giằng chữ thập được nên bố trí ở đầu khối nhiệt độ và bố trí thêm ở giữa khối. Mặt bằng bố trí giằng cánh trên được thể hiện như hình vẽ dưới. b- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dưới : Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên . nó cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tường Hồi nên còn gọi là dàn gió. Do Xưởng có Cỗu trục Q = 75tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố trí thêm Hệ giằng cánh dười theo phương dọc nhà. Hệ giằng nhà đảm bảo cho sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận. Mặt bằng bố trí như hình vẽ dưới. c- Bố trí hệ giằng đứng : Hệ giằng đứng đặt trong các mặt phẳng thanh đứng , cótác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên các khối cứng bất biến hình, giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi lắp dựng. Hệ giằng đứng được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn và cách nhau 12 - 15m theo phương ngang nhà, theo phương dọc nhà chúng được đặt tại những gian có giắng cánh trên và cánh dưới. Hệ giắng dứng được bố trí như sau : d- Bố trí hệ giằng Cột : Trong mỗi trục dọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng các cột khác dựa vào tấm cứng bằng các thanh chống dọc . Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục các thanh giằng và các thanh chéo chữ thập. Các thanh giằng bó trí suốt chiều cao của 2 cột đĩa cứng trong phạm vi đầu dàn – chính là hệ giằng đứng của mái : Lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa dưới của dàn kèo. Lớp dưới bên dưới dầm cầu trục cho đến chân cột. Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục Cột. Các thanh giằng lớp dưới đặt trong mặt phẳng hai nhánh. Tấm cứng được đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở khối nhiệt độ. Trong các gian đầu và cuối nhà bố trí giằng lớp trên giằng này làm tăng độ cứng dọc nhà, truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa cứng. Việc bố trí giằng cột được thể hiện như sau : b- Tính toán khung ngang: I-Tải trọng tác động lên khung ngang: I.1-Tải trọng tác động lên dàn: được tính ra đơn vị daN/m2. a- Tải trọng mái: Dựa vào cấu tạo của mái để tính trọng lượng từng lớp(đơn vị N/m2 mặt dốc mái) Đổi ra N/m2 mặt bằng bằng cách chia cho cosa , a là góc dốc của mái Các lớp máI Tải trọng tiêu chuẩn (daN/m2) Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán (daN/m2) - Hai lớp gạch lá nem g = 2000daN/m3. Dày 3cm 60 1,1 66 - 2 Lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp g = 1800 daN/m3. Dày 3 cm 54 1.2 64,8 - Bê tông xỉ cách nhiệt g = 500daN/m3. Dày 12 cm. 60 1,2 72 - Lớp bê tông chống thấm g = 2500daN/m3. Dày 4 cm. 100 1,2 120 - Panen mái 1,5x6m; g = 150daN/m2. Dày 10 cm=0,1m 150 1,1 165 Cộng 424 487,8 Vậy ta lấy gom = 488daN/m2. i=1/12 ịtga =1/12ịcosa= 0.9965 Tính trên mặt bằng gm= gom/cosa=488/0.9965 = 489,7daN/m2. b- Trọng lượng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm) gd = 1,1.1,2.ad.L(daN/m2) ad=0,6 á 0,9 :Là hệ số kể đến trọng lượng bản thân dàn ứng với nhịp từ 24 á 36m. L=24m ta chọn ad=0,65 1,2:hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng. L:nhịp dàn 24m theo đầu bài 1,1 Hệ số vượt tải. ịgd= 1,1.1,2.0,65.24= 20,59daN/m2 mặt bằng. c-Trọng lượng cửa mái: (lấy theo kinh nghiệm) gcm=1,1.(12 á 18) daN/m2 cửa trời. Ta lấy gcm=14 daN/m2 cửa trời. d- Trọng lượng của cửa kính và bậu cửa: - Trọng lượng cửa kính: gk=1,1.(35 á 40) daN/m2 cửa. Ta lấy gk= 40 daN/m2 . - Trọng lượng của bậu cửa: gb=1,1.(100 á 150) daN/md của bậu cửa (trên + dưới). Ta lấy gb=140 daN/md . Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải G1=B (gm+gd).d/2= 6.(489,7 + 20,59).2,75/2 = 3.827,2 daN G2 = B (gm+gd).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN G3 = B (gm+gd).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN G4 = B (gm+gd).d + (a.gk + gb + a.gcm).B = 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 + 140 + 4.1,4) = 9185+ 1594 = 10779daN G5=B.(gm+gd).d=6.(489,7 + 20,59).3/2 = 4.593 daN Qui đổi về lực phân bố tác dụng lên dàn của tĩnh tải: g=SGi/L g = (2G1+2G2+2G3+2G4+2.G5)/24 = (2.3.827,2 + 2.9185 + 2.9185 + 2.10779 + 9185)/24 = 3130,7daN/m g- Tải trọng tạm thời : Theo TCVN 2737-95 khi không có người trên mái thì Po = 75 daN/m2 với np =1,1. p =1,3.po .B =1,3.75.6=585 daN/m. h- Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của hoạt tải P1= P.d/2=585.1,25 = 731,3daN. P2= d.P= 3.585 =1755daN P3= d.P= 3.585 =1755daN P4= d.P= 3.585 =1755daN P5= d.P= 3.585 =1755daN d:Khoảng cách giữa các mắt dàn theo phương ngang d = 3m II.2/Tải trọng tác động lên cột: a- Do phản lực đầu dàn (lực được đặt vào trục cột biên): b- Do trọng lượng của dầm cầu chạy: Theo công thức kinh nghiệm: Gdcc=adcc.L2dcc.1,1 Với Q=75T ta chọn adcc =37, Ldcc=6m. ị Gdcc= 37.62.1,1= 1465,2daN. c- Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục: áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Xác định do 2 cầu trục hoạt đông tại 2 nhịp liên tiếp. Đường ảnh hưởng của phản lực tại vai cột. Tra bảng VI-1,2 sách thiết kế KC thép nhà CN phụ lục cầu trục ta có : Pc1max = 35tấn = 350KN Pc2max = 36tấn = 360KN Q:trọng lượng vật cẩu=75T theo đầu bài Q =75T=750KN. G:trọng lượng của toàn bộ cần trục G = GXC + GCT = 38 +115 = 153tấn = 1530KN no:số bánh xe 1 bên ray no = 4 bánh. Pc1min=(Q+G)/no - P c1max= (750+1530)/4 - 350 = 220KN Pc2min=(Q+G)/no - P c2max= (750+1530)/4 - 360 = 210KN áp lực lớn nhất lên vai cột Dmax: Dmax = n.nc.( Pc1max.Syi + Pc2max.Syi) = 1,2.0,85.[350.0,1 + 360.(1 + 0,86 + 0,5733 + 0,4333)] = 1088,32KN nc:hệ số tổ hợp xét đến ảnh hưởng của nhiều cầu trục 1 lúc nc=0,85. n:hệ số vượt tải n=1,2 yi:Tung độ của đường ảnh hưởng. áp lực nhỏ nhất phía bên kia là Dmin: Dmin=n.nc.( Pc1min.Syi + Pc2min.Syi) = 1,2.0,85.[220.0,1 + 210.( 1 + 0,86 + 0,5733 + 0,4333)] = 637KN d-áp lực ngang của cầu chạy: Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy, má hãm lại tạo ra lực hãm ngang. áp lực ngang trên 1 bánh xe: Tc1= (Q+GXC).0,05/no. Tra bảng cầu trục ta có GXC =38T=380KN Tc1 = (750 + 380).0,05/4 = 14,125KN Các lực ngang Tc1 truyền lên cột thành lực hãm ngang T. Lực T đặt ở cao trình dầm hãm lợi dụng đường ảnh hưởng khi xác định lực nén lên vai cột ta có thể xác định được lực T như sau(Tính theo phương ngang): T= n.nc. Tc1.Syi=1,2.0,85.14,125.(0,1 + 0,86 + 1 + 0,5733 + 0,4333) = 42,74KN Lực này chỉ có thể có một trong 2 cột. II.3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang : Theo TCVN 2737-95 Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm: - Gió thổi lên mặt bằng tường dọc được chuyển thành lực phân bố trên cột khung. - Gió trong phạm vi mái từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thành lực tập trung nằm ngang đặt ở cao trình cánh dưới vì kèo(đầu cột). Trong phạm vi tường dọc Tra bảng tải trọng gió ta có qo= 65daN/m2. Phía đón gió : qd=n.qo.k.c.B (daN/m) Phía trái gió : qtr=n.qo.k.c’.B (daN/m) n:hệ số vượt tải n = 1,2. B:Bước khung B = 6m. c,c’:Tra bảng hệ số khí động học c=0,8, c’=- 0,6.(sách TCVN2737-95) (Do SB/L=102/24 >2 và h/L = (14,5 + 2,2)/24 = 0,6985) Dạng địa hình B h=10m có k = 1 h=15m có k = 1,11 => h = 14,5 m nội suy ịk = 1,099 h=20m có k = 1,19 => h = (14,5 + 2,2 + 0,75 + 4,5 + 0,6) = 21,05 m => k = 1,204 h= 30m có k = 1,32 Từ cao trình 0.00 đến cao trình 14,5m qđ = n.qo.k.c.B = 1,2.65.1.0,8.6 .1,04 = 389 daN/m. qh = n.qo.k.c’.B = 1,2.65.1.0,6.6.1,04 = 292 daN/m. -Trong phạm vi mái :Tải trọng gió qui về lực tập trung: W=n.q0.k.B.ồCihi +Mặt truớc: a=90o,có h1=2,2mđC1= 0,8 a=30 ,H/L = (2,2+14,5)/24 = 0,6985 có h2 = 0,75mđ C2= - 0,62 a=90o,có h3= 3mđC3=0,7 a=30 có h4= 0,6mđC4=- 0,8 +Mặt sau:Tương ứng ta tra ra được hệ số c của mặt sau ứng với từng chiều cao h là : C1 = - 0,6; C 2= -0,6; C3=-0,6; C4= - 0,6; k:Trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đáy vì kèo và giá trị ở độ cao điểm cao nhất của mái k = (1,099 +1,204) /2 = 1,1515 W = 1,2.65.1,1515.6.[2,2.0,8 + 0,75.(-0,62) + 0,7.3 + (-0,8).0,6 + 2,2.0,6 + 0,75.0,6 + 0,6.3 + 0,6.0,6)] = 3.689 daN III.Tổ hợp nội lực: Ta tiến hành tổ hợp nội lực để tìm ra từng trường hợp tải trọng bát lợi nhất để thiết kế khung. Do nhà có tường tự mang nên lực dọc ở cột chỉ có V, V’;ở cột dưới có thêm Dmax;Gdcc(bỏ qua trọng lượng bản thân của cột). Các kết quả giải được ta đưa vào bảng tổ hợp. Với mỗi cột ta xét 4 tiết diện nguy hiểm nhất và tại mỗi tiết diện ghi trị số M,N,Q do mỗi loại tải trọng gây ra. Riêng tiết diện A thì xét thêm lực cắt Q. Các trị số trong bảng nội lực được ghi làm 2 dòng ; Dòng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hơp cơ bản I(hệ số tổ hợp bằng 1). Dòng dưới ghi trị số nhân 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản II. THCBI = Tải trọng thường xuyên + 1tải trọng tạm thời THCBII = Tải trọng thường xuyên + 0,9xtải trọng tạm thời. Ta cần tìm tại mỗi tiết diện: + Tổ hợp gây mômen dương: M+max; Ntư + Tổ hợp gây mômen âm lớn nhất M-max; Ntư + Tổ hợp gây lực nén lớn nhất: Nmax; M+tư(M+tư) Phần 2 :Thiết kế cột Nội lực tính toán được xác định bởi 3 cặp từ bảng tổ hợp Với cột trên : N = 46.162daN; M = -37.480daNm Với cột dưới : N = 146.781daN; M = -30.181daNm N = 142.405 daN; M = 84.772daNm I- Xác định chiều dài tính toán: Với cột của nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng ta có chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung được xác định: Với cột dưới l1x=m1.Hd. Với cột trên l2x =m2.Ht. Giá trị hệ số m1 phụ thuộc vào tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cột k1=i2/i1=(J2/Ht) (Hd/J1)= (J2/ J1)(Hd/Ht) = (1/9).(9,4/5,1)= 0,205 Tỷ số lực nén m = Nd/Nt = 146.781/46.162 = 3,18 c1=(Hd/Ht)[(J1/ J2.m)1/2] =(5,1/9,4)(7/3,18)1/2=0,805 Dựa vào bảng II.6b phụ lục II sách Thiết kế KC thép nhà CN ta nội suy có m1=1,98 đ m2=m1/c1 =1,98/0,805= 2,46 <3 (thoả mãn) đ l1x= 1,98.9,4 = 18,61m l2x= 2,46.5,1 = 12,55m Chiều dài tính toán ngòai mặt phẳng khung: l1y = Hd=9,4m l2y = Ht-hdcc = 5,1 – 0,7 = 4,4m(hdcc=0,7m theo tính toán phần I) II-Thiết kế tiết diện cột: II.1-Xác định lực tính toán của cột: Vì khi tổ hợp nội lực ta chưa kể đến tải trọng bản thân của cột nên ta cần tính thêm tải trọng bản thân của cột khi tính toán cột. Ta coi tải trọng bản thân như lực tập trung đặt tại tâm tiết diện cột ở trên đỉnh cột. Ta tính toán theo công thức:Gc=gc.hc a - Cột trên: gc=[SN/KR]y.g daN/m K : Hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men làm tăng tiết diện cột. Cột trên chọn k = 0,3; Cột dưới chọn k = 0,45. R: Cường độ tính toán của thép làm cột.Vật liệu thép BCT3KP2 có R = 2150daN/cm2 y : Hệ số cấu tạo trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy y=1,6; g: Trọng lượng riêng của thép lấy g = 7850daN/m3. SN: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi chưa kể đến trọng lượng bản thân.Với cột trên SN = Ntư = 46.162daN đ gc = [46.162/(0,3.2,15.107)].1,6.7850 = 89,9 daN/m hc:Chiều dài đoạn cột. Htt = Ht+hđd = 5,1 + 2,2 = 7,3m Gc = 89,9.7,3 = 656daN đLực dọc tính toán cho cột trên: Ntt = 46.162 + 656 = 46.818daN b - Cột dưới: k = 0,45, R = 2,15.107daN/m2, y =1,6; g = 7850daN/m3. SN = Ntưmax = 146.781daN, Hd=9,4m đ gc = [146.781/(0,45.2,15.107)].1,6.7850= 190,5 daN/m Gc = 190,5.9,4 =1791daN Vậy ta có lực dọc tính toán cho cột dưới N1tt= 146.781 + 656 + 1791 = 149.228 daN; M1= -30.181daNm N2tt= 142.405 + 656 + 1791 = 144.852 daN; M2= 82.289daNm II.2-Thiết kế tiết diện cột trên a-Hình dạng và cấu tạo tiết diện cột: - Chiều cao tiết diện cột trên bt=0,5m(theo phần I) - Chiều dày bản bụng : được chọn sơ bộ db= 0,01m = 10mm. - Chiều rộng bản cánh:được chọn sơ bộ bc = 0,25m =250mm. - Chiều dày bản cánh:được chọn sơ bộ dc = 0,016m =16mm b-Chọn tiết diện cột: Diện tích yêu cầu sơ bộ: Ayc = N.[h+(2,2á2,8)e/h]/gR e = M/Nđe = 37.480/46.818 = 0,8m = 80cm Ta thiết kế cột đặc tiết diện chữ Hđh=1,25, g=1;R=21,5kN/cm2=21,5.102 daN/cm2; g=1; Ayc = 46.818[1,25+2,4.80/50]/21,5.102 = 111cm2. Ta có diện tích tiết diện: Bản bụng: 46,8. 1 = 46,8cm2. Bản cánh: 2.(25.1,6) = 80,00 cm2. đ A = 126,80 cm2. c-Kiểm tra tiết diện đã chọn: Tiết diện cột phải thoả mãn các điều kiện về bền về ổn định tổng thể và ổn định cục bộ. - Các đặc trưng về hình học của tiết diện cột: Diện tích tiết diện: Jx = 1.46,83/12+2.(25.1,63/12+24,22.1,6.25) = 55.410 m4. Jy = 46,8.13/12+2.(1,6.253/12) = 4.171 cm4. Bán kính quán tính: rx= (Jx/A)0,5= (55.410/126,8)0,5 = 20,9 cm. ry= (Jy/A)0,5 = (4.171/126,8)0,5= 5,74 cm. Mô men chống uốn: Wx=2Jx/h = 2x55.410/50 = 2.216,40 cm3. - Độ mảnh và độ mảnh qui ước của cột trên: ly = l2y/ry = 440/5,96 = 73,83 cm. ly = ly (R/E)0,5 = 73,83. (2150/2,1.106)0,5= 2,36 cm. lx= l2x/rx= 1255/21,72 = 57,78 cm. lx= lx(R/E)0,5 = 57,78.(2150/2,1.106)0,5 = 1,85 cm. với E=2,1.106daN/cm2. - Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi m1: m = e.Ang/Wx = 80x126,8/2.216,40 = 4,58 Ang:Diện tích tiết diện nguyên. với lx= 1,85cm; m = 4,58 và Ac/Ab = (25.1,6)/(46,8.1) = 0,85 Tra bảng II-4(trường hợp 5) ta có h = (1,9 - 0,1m) - 0,02(6 - m)lx = (1,9 – 0,1.4,58) – 0,02(6 – 4,58).1,85 = 1,39 m1= 1,39.4,58 = 6,366 Vì m1<20, không có lối đi ở bụng cột Athực=Ang nên ta không cần kiểm tra điều kiện bền. - Kiểm tra ổn định tổng thể của cột: + Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung: sx = N/(jlt.Ang) Ê g.R với m1 = 6,366; lx= 1,85cm. Tra bảng phụ lục II.2 nội suy ta có jlt=0,1972 sx = 46.162/0,1972.117,44 = 1.993,25 daN/cm2 Êg.R=2150daN/cm2. + Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung: Tính mô men ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có Mb= -37.480daNm. Mct= -807daNm.(theo bảng tổ hợp nội lực) Mô men ở tiết diện phần ba cột là(phía M lớn) M’=Mct + 2[Mb-Mct]/3 = -807+ 2[-37.480 -( -807)]/3 = -25.256daNm M’= -25.256 > Mb/2 = -37.480/2= -18.740daNm(về trị số) ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung: sy=N/(c.jy.Ang)Êg.R với ly = 73,83 cm ;R=2150daN/cm2. Tra bảng phụ lục II.1 ta nội suy được jy= 0,758 Xác định c : hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men và hình dáng tiết diện phụ thuộc vào mx; mx=e’/rx=(M’/N)/(Wx/Ang) mx = (35.047.102/46.162)/(2.216,4/117,44) = 4,02 có mx <= 5 C = b/(1+a.mx) Với 1 < mx<5 tra bảng phụ lục II-5 ta có: a = 065 + 0,005mx = 0,65+0,005.4,02 = 0,67 với ly= 73,83cm và lc=3,14.(E/R)0,5 = 3,14(2,1.106/2150)0,5 = 98,1đ b=1 C = 1/(1+0,67.4,02) = 0,271 sy = 46.162/(0,271.0,758.117,44) = 1.913,51 daN/cm2 < 2150daN/cm2 - Kiểm tra ổn định cục bộ của cột: + Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo điều kiện : hb/sb < [ho/sb] Theo bảng 3.4 ta có m = 4,24 > 1 ; lx = 1,85cm > 0,8 đ [ho/sb] = (0,9+0,5 l).(E/R)0,5 Ê 3,1(E/R)0,5 [ho/sb] = (0,9+0,5.1,85)(2,1.106/2150)0,5 = 57,04 < 3,1.(E/R)0,5 = 96,8 Vậy [ho/sb]=57,04. Ta có hb/sb = 46,8/1 = 46,8 < [ho/sb] = 57,04đThoả mãn điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột trên. + Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh : với l = 1,85cm thoả mãn 0,8< l<4 đTheo bảng 3.3:[bo/dc] = (0,36+0,1. l).(E/R)0,5 [bo/dc] = (0,36+0,1.1,85)(2,1.106/2150)0,5 = 17,03 Ta có : bo/dc= (bc- bb)/2dc = (25 - 1)/(2.1,6) = 7,5 < [bo/dc] =17,03 đThoả mãn điều kiện ổn định cục bộ bản cánh. II.3-Thiết kế cột dưới (ta dùng cột rỗng): II.3.1- Chọn tiết diện nhánh: Ta giả thiết gần đúng khoảng cách giữa 2 trục nhánh c = hd =100cm =1m Các cặp nội lực: Nhánh ngoài cột dưới : N2tt =144.852daN; M2tt= 82.289daNm; Nhánh trong cột dưới : N1tt =149.228daN; M1tt= -30.181daNm; Thay các giá trị vào phương trình: y12-[(M1+M2)/(N1-N2)+c]y1+ M2.c/(N1-N2) = 0 y12-[(30.181+ 82.289)/(149.228 -144.852)+1]y1+ 82.289x1/(149.228 -144.852) =0 y12 - 26,70 y1 + 18,80 = 0 Giải phương trình ta có y1 = 0,724m; y2 = c-y1= 1-0,724 = 0,276 m Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy(tính sơ bộ) Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,724/1 + 30.181/1 = 138.222,07 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái Nnh2= N2.y2/c+M2/c =144.852x0,276/1 + 82.289/1 = 122.268,15 daN Giả thiết độ ổn định j=0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh Nhánh cầu chạy: Aycnh1= Nnh1/jRg = 138.222/(0,8.2150.1) = 80,36 cm2. Nhánh mái: Aycnh2= Nnh2/jRg = 122.268/(0,8.2150.1) = 71,09 cm2. Theo yêu cầu độ cứng bề rộng cột: b = 40cm (tỷ số b/Hd = 40/940 = 1/23,5) a - Nhánh cầu chạy dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ 3 bản thép có các kích thước tiết diện là : Bản bụng : 368.8đ Fb = 29,44 cm2 Bản cánh:2.(200.16)đFc= 64cm2 Anh1= 93,44 cm2. Tính các đặc trưng hình học của nhánh: Jx1= 2.hb3/12 = 2.1,6.203/12 = 2.133 cm2. rx1= (Jx1/Anh1)0,5 = (2.133/93,44)0,5 = 4,78 cm. Jy1= 0,8.36,83/12+20.1,6.(40/2-1,6/2)2 = 15.119 cm4. ry1= (Jy1/Anh1)0,5 = (15.119/93,44)0,5= 12,72 cm. b - Nhánh mái là tiết diện tổ hợp : 1 thép bản 360x14đF = 50,40 cm2 và 2 thép góc đều cạnh L100x8đF = 31,2 cm2(A1g= 15,6cm2). Anh2 = 50,4 + 31,2 = 81,6cm2. Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái: zo=SAi zi /SAi = (50,4x0,7 + 2x15,6x2,75)/81,6 = 1,48 cm. Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện. với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái. Các đặc trưng hình học của tiết diện Jx1= Jy1g= 147 cm4. Jx2=Jx+2bSx+b2F Jx2 = 36.1,43/12 + 36.1,4(1,48 - 0,7)2+ 2.[147 + 15,6.(2,75- 1,48)2] =383,22 cm4. rx2= (Jx2/Anh2)0,5 = (383,22/81,6)0,5= 2,17 cm. Jy2 = Jy+2bSy+a2F=1,4.363/12 + 2.[147 + 15,6.(40/2 – 2,75)2] =15.021 cm4 ry2 = (Jx2/Anh2)0,5 = (15.021/81,6)0,5 =13,57 cm. Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh: C = h - zo = 100 – 1,48 = 98,52 cm. Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái: y1=Anh2.c/A = 81,6.98,52/(93,44+81,6) = 45,93 cm. y2= c- y1= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm. Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x: Jx = SJx +Syi2.Anhi = Jx1+Jx2+ y12.Anh1+ y22.Anh2 = 2.133 + 383,22 + 93,44.45,932 + 81,6.52,592 = 426.861 cm4. rx = [Jx/(Anh2+ Anh2)]0,5 = [426.861/(93,44+81,6))]0,5 = 49,38 cm. II.3.2 - Xác định hệ thanh bụng: a - Bố trí thanh bụng : - Khoảng cách các nút giằng a= 96cm thanh giằng hội tụ tại trục nhánh. - Chiều dài thanh xiên: S = (a2+c2)0,5 = (962+98,522) 0,5= 137,56 cm - a:góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên tga = 98,52/96 = 1,048085 đ sina = 0,716207 Ta giả thiết hệ thanh giằng xiên là hệ thép góc đều cạnh L75x7 có Atx= 10,1 cm2, rmintx=1,48cm(=ryo). b - Kiểm tra thanh bụng xiên - giằng cột: Nội lực trong thanh xiên do lực cắt thực tế chân cột là: Q = 12.490daN Ntx= Q/2sina = 12.490/2x0,716207 = 8.719,55 daN. Kiểm tra độ mảnh của thanh bụng xiên lmax = s/rmintx = 137,56/1,48 = 92,98 <[l] = 150 Tra bảng II.1 phụ lục ta có j mintx = 0,65. Kiểm tra : s = Ntx/jmin.Atx.gÊ R Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên g=0,75 kể đến lệch tâm của trục liên kết và trục thanh: s = 8.719,55/0,65x10,1x0,75 = 1770,92daN/cm2 < R=2150 daN/ cm2. đThanh xiên ổn định c - Kiểm tra thanh bụng ngang: Độ mảnh các nhánh: Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x: lx = lx1/rx = 1.861/49,38 = 37,69 với lx1=18,61 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dưới đã tính. Với a=44o34’ nội suy bảng 3.5 được k = 28,5 ltđ = (lx2+k.A/Atx)0,5 = (37,692 + 28,5.175,04 /10,1) 0,5 = 43,75 < [l] =120 với A = Anh1+Anh2 = 93,44 + 81,6 = 175,04 cm2. Theo ltđ = 43,75 tra bảng II.1 được j = 0,89 Tính Qqư = 7,15.10-6(2.330 - E/R)N/j = 7,15.10-6(2.330 - 2,1.106/2,1.103)149.228/0,89 = 1.622daN Ta thấy Qqư<Q vây ta không cần phải tính lại thanh bụng xiên và ltđ. - Thanh bụng ngang tính theo Qqư = 1.622daN vì Qqư nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn [l] = 150. Vậy ta chọn thanh bụng ngang là thép góc L63x4, rmin=1,25cm. có l = s/rmin=100cm/1,25cm = 80<[l] d -Kiểm tra tiết diện cột đã chọn: Nhánh cầu chạy: ly1 = ly1/ry1 = 940/12,72 = 73,90 = l1max lx1= lnh1/rx1= 100/4,78 = 20,92 Nhánh mái: ly2 = ly2/ry2 = 940/13,57 = 69,27 = l2max lx2 = lnh2/rx2 = 100/2,17 = 46,08 Từ l1max = 73,90 đTra bảng phụ lục II-1 được j1=0,758 y1 = Anh2.c/A = 81,6.98,52/(93,44 + 81,6) = 45,93 cm. y2= c- y1= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm. Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4593/0,9852 + 30.181/0,9852 = 100.204 daN Kiểm tra ứng suất: s = Nnh1/j1.Anh1Ê gR s = 100.204/0,758x93,44 = 1.415 daN/cm2 Ê gR = 2150daN/cm2 Lực nén lớn nhất trong nhánh mái Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,5259/0,9852 + 82.289/0,9852 = 160.847 daN l2max = 69,27đtra bảng j1=0,782 s = Nnh2/j2.Anh2 = 160.847/0,782x81,6 = 2.521 daN/cm2 > gR = 2150daN/cm2 Ta thấy không thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực của cột(nhánh mái) theo trục y-y. Vì vậy cần chọn lại tiết diện trục nhánh bằng cách thay 2 thanh thép góc L100x100x8 và tấm 360x14 bằng 2 thanh thép góc L100x100x10 và tấm 360x16. Sau đó kiểm tra lại điều kiện ổn định và chịu lực theo phương y – y của cột. Nhánh mái sau khi điều chỉnh lại tiết diện tổ hợp bao gồm : 1 thép bản 360x16đF = 57,6cm2 và 2 thép góc đều cạnh L100x100x8đF = 38,4m2 (A1g= 19,2cm2). Anh2 = 57,6 + 38,4 = 96cm2. Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái: zo=SAi zi /SAi = (57,6x0,7 + 2x19,2x2,83)/96 = 1,55 cm. Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện. với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái. Các đặc trưng hình học của tiết diện Jx1= Jy1g= 179 cm4. Jx2=Jx+2bSx+b2F Jx2 = 36.1,63/12 + 36.1,6.(1,55 - 0,8)2+ 2.[179 + 19,2.(2,83 - 1,55)2]= 466cm4. rx2= (Jx2/Anh2)0,5 = (466/96)0,5= 2,2 cm. Jy2 = Jy+2bSy+a2F=1,6.363/12 + 2.[179 + 19,2.(40/2 – 2,83)2] = 17.899 cm4 ry2 = (Jx2/Anh2)0,5 = (17.899/96)0,5 = 13,65 cm. Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh: C = h - zo = 100 – 1,55 = 98,45 cm. Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái: y1=Anh2.c/A = 96.98,45/(93,44+96) = 49,89 cm. y2= c- y1= 98,45 - 49,89 = 48,56 cm. Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x: Jx = SJx +Syi2.Anhi = Jx1+Jx2+ y12.Anh1+ y22.Anh2 = 2.133 + 466 + 93,44.49,892 + 96.48,562 = 461.547 cm4. rx = [Jx/(Anh2+ Anh2)]0,5 = [461.547 /(93,44+96))]0,5 = 49,36 cm. Đối với nhánh mái : ly2 = ly2/ry2 = 940/13,65 = 68,86 = l2max lx2 = lnh2/rx2 = 100/2,2 = 45,45 Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4989/0,9845 + 30.181/0,9845 = 106.278 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 82.289/0,9845 = 155.032 daN l2max = 68,86đtra bảng j1=0,785 s = Nnh2/j2.Anh2 = 155.032/(0,785x96) = 2.057 daN/cm2 < gR = 2150daN/cm2 Vậy cột thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực theo trục y-y. e - Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x: Các cặp nội lực: Nhánh mái : N2tt = 144.852daN; M2tt = 82.289daNm; Nhánh cầu chạy: N1tt = 149.228daN; M1tt= 30.181daNm; Cặp 1: e1 = M1/N1 = 30.181/149.228 = 0,202m = 20,2cm độ lệch tâm tương đối m = e1.A.y1/Jx = 20,2x189,44 x49,89/461.547 = 0,414 ltđ = ltđ (R/E)0,5 = 37,7.(2,15.103/2,1.106) 0,5 = 1,206 Với lx = lx1/rx = 1.861/49,36 = 37,7 Tra bảng phụ lụcII-3 ta có jlt= 0,751 ổn định toàn thân cột được kiểm tra theo điều kiện N1/jlt.A = 149.228/0,751x189,44 = 1.049 daN/cm2 Ê gR = 2150daN/cm2 Cặp 2: e2 = M2/N2 = 82.289/144.852 = 0,57 m = 57cm Độ lệch tâm tương đối. m = e2.A.(y2+zo-1,6)/Jx = 57x189,44.(48,56+1,55-1,6)/461.547 = 1,135 1,6 : chiều dày của bản thép của tiết diện nhánh mái. Tra bảng phụ lụcII-3 ta có jlt = 0,444. ổn định toàn thân cột được kiểm tra theo điều kiện. N2/jlt.A = 144.852/0,444x189,44 =1.722daN/cm2 Ê gR = 2150daN/cm2 g - Tính liên kết các thanh giằng vào các nhánh cột: Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột phải chịu được lực Ntx = 8.883daN. Với thép CT3 dùng que hàn N-46 RbtcÊ 3.450daN/cm2 ta có: Rgh=1.800daN/cm2, Rgt=0,45. RbtcdaN/cm2= 0,45x3.450=1.550daN/cm2. hàn tay có bh=0,7; bt=1; bt.Rgt = 1x1.550 =1.550 daN/cm2. bh.Rgh = 0,7x1.880 = 1.260 daN/cm2 = (bh. Rg)min. Ta có thanh xiên là thép góc L75x7đChọn chiều cao đường hàn sống hhs = 7mm, chiều cao đường hàn mép hhm = 6mm. Vậy ta có chiều dài cần thiết của từng loại đường hàn để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là: lhs = 0,7Ntx/hhs.(b.Rgh) min.g = 0,7x8.883/0,7x1.260x0,75 = 9,40 cm lhm = 0,3Ntx/hhm.(b.Rgt) min.g = 0,3x8.883/0,6x1260x0,75 = 4,7 cm với g=0,75 Đường hàn liên kết thanh bụng chịu lực cắt Qqư rất bé do đó ta lấy đường hàn theo cấu tạo hhs = 6mm; hhm = 5mm; lh > 4cm; II.4-Thiết kế các chi tiết cột: II.4.1 - Nối phần cột trên và cột dưới: - Ta dùng liên kết hàn đối đầu để nối 2 phần cột trên và dưới. Mối nối sẽ ở vị trí cao hơn vai cột 1 khoảng là 500mm. Nội lực dùng để tính toán là nội lực tại tiết diện Ct (tiết diện ngay sát vai cột). Từ bảng nội lực ta chọn ra 2 cặp nội lực nguy hiểm nhất cho từng nhánh tương ứng. Cặp nội lực: N1tt = 46.162daN; M1tt = 7.450daNm; (1;3;5;8) N2tt = 46.162daN; M2tt = -8.410daNm. (1;2;7) Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu: Sngoài = N1/2+M1/bt’ = 46.162/2 + 7.450/(0,4 - 0,016) = 42.482 daN Trong đó: bt’=( bt-dc):khoảng cách trục 2 bản cánh cột trên. - Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng góc.Chiều dài đường hàn bằng chiều rộng cột trên lh = (25 - 2.0,5)cm. Chiều cao đường hàn bằng chiều dày bản cánh dh = 1,6cm. Ta có cột trên tiết diện chữ H : Bản bụng: 46,8.1 = 46,8cm2, bản cánh: 2.(25.1,6) = 80cm2. ứng suất trong đường hàn đối đầu nối với bản cánh ngoài là: sh = Sngoài/(dhlh) = 42.482/1,6.(25 - 2.0,5) = 1.106 daN/cm2 <gR = 2100daN/cm2 Chọn bản nối K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều rộng bản cánh của cột. Nội lực lớn nhất trong cánh trong cột trên: Strong = 46.162/2 + 8.410/(0,4 -0,016) = 44.982 daN Dùng đường hàn đối đầu thẳng góc ứng suất trong đường hàn nối là: sh = Strong/(dhlh) = 44.982/1,6.(25-2.0,5) = 1.171 daN/ cm2 < gR=2100daN/cm2 đCánh trong và cánh ngoài của cột đều thoả mãn điều kiện ổn định. - Tính toán mối nối bụng: mối nối bụng được tính chịu lực cắt. Vì lực cắt cột trên khá bé nên dùng đường hàn đối đầu theo cấu tạo :hàn suốt, chiều cao đường hàn bằng chiều dày bản bụng (dh = 10mm). II.4.2 - Tính toán dầm vai: Tính dầm vai như 1 dầm đơn giản có nhịp l=bd=100cm, dầm vai chịu uốn bởi lực S trong = 44.982daN đặt tại giữa nhịp. Phản lực gối tựa: A = B = S trong/2 = 44.982/2 = 22.491daN =22,491T Mô men lớn nhất tại giữa nhịp: Mmaxdv = S trong.l/4 = 44.982.1./4 = 44.982.1./4 = 11.246daN.m Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục dbđ=20mm; Chiều rộng sườn đầu dầm bs = 300mm. Chiều dày dầm vai được xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung Dmax+Gdct = 108.832 + 1.465,2 = 110.297 daN. Chiều dài truyền lực ép cục bộ : z = bs+2dbđ = 30+2.2 = 34cm a - Chiều dày cần thiết bản bụng dầm vai: ddv= (Dmax+Gdct)/z.Rem = 110.297/34x3.200 = 1,014cm . Lấyddv = 12mm - Bản bụng của nhánh cầu trục của cột dưới sẽ được xẻ rãnh cho bản bụng của dầm vai luồn qua. Hai bản bụng này được liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc. Chiều cao của bản bụng trước hết phải đủ để chứa 4 đường hàn này. Giả thiết chiều cao đường hàn góc là 6 mm chiều dài cần thiết 1 đường hàn là: lh1 = [Dmax+Gdct+B]/[4hh.(bRg)min] + 1 = (110.297 + 44.982/2)/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 43,90 cm. (bRg)min:lấy giá trị nhỏ hơn 2 giá trị btRgt và bhRgh.Lấy(bRg)min = 0,7.1800 Chiều dài 1 đường hàn cần thiết liên kết bản K vào bụng dầm vai lh2 = S trong/[4hh.(bRg)min] + 1 = 44.982/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 14,87 cm. Theo yêu cầu cấu tạo hdv³0,5hd = 0,5.100 = 50cm để đảm bảo cột trên được ngàm vào cột dưới (để góc xoay của cột trên và cột dưới là như nhau). Chọn hdv = 60cm.Chiều dày bản cánh dưới dầm vai lấy 1 cm. Chiều cao bản bụng hbdv = 60 - (2+1) = 57cm. - Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai: Để việc tính toán đơn giản, thiên về an toàn ta coi chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn. Mô men chống uốn của bản bụng dầm vai là : W = d dv .hbdv2/6 = 1,2.572/6 = 649,8cm3. ứng suất: sh = Mdvmax/W = 11.246.102/649,8 = 1730,7 daN/ cm2 < gR = 2100daN/cm2 đThoả mãn điều kiện chịu uốn. II.4.3 - Tính toán chân cột: Chân cột rỗng chịu nén lệch tâm ta tính toán mỗi nhánh như cột chịu nén đúng tâm. Lực nén tính toán ở mỗi nhánh là lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột. Các cặp nội lực để tính toán vẫn là các cặp nội lực để tính toán chọn tiết diện tại A. Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4989/0,9845 + 30.181/0,9845 = 106.278 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 82.289/0,9845 = 155.032 daN a - Tính bản đế: Diện tích yêu cầu của bản đế được xác định theo CT: Abđ=N/Rncb Giả thiết hệ số tăng cường độ do nén cục bộ xuống mặt bê tông móng: mcb=(Am/Abđ)1/3 =1,2. Bê tông móng #200 có Rn=90kg/cm2. Rncb = mcb.Rn = 1,2.90 = 108 daN/cm2. Diện tích yêu cầu của nhánh cầu trục là: Anh1yc = N nh1/Rncb = 106.278 /108 = 984,06 cm2. Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái là : Anh2yc = N nh2/Rncb = 155.032 /108 = 1.435,48 cm2. Chọn chiều rộng bản đế : B = bc+2ddđ+2c = 40 + 2.1,4 + 2.3,6 = 50cm Chiều dài L của bản đế tính được là: L1bđyc = Anh1yc/B = 984,06/50 = 19,68 cm. Lấy L1bđ = 24cm. L2bđyc = Anh2yc/B = 1.435,48/50 = 28,71 cm. Lấy L2bđ = 34cm. ứng suất thực tế ngay dưới bản đế: snh1 = Nnh1yc/Anh1 = 106.278/(24.50) = 88,57 daN/cm2. snh2 = Nnh2yc/Anh2 = 155.032/(34.50) = 91,20 daN/cm2. -Tính chiều dày bản đế: +Tính chiều dày bản đế nhánh mái: Ta có : b/a = 230/170 = 1,35 tra bảng 3.6 ứng với bản kê 3 cạnh ta được a = 0,125. Mô2 = a.snh2.a2 = 0,125.91,2.172 = 3.295 daNcm. Ta chọn Mô2 để tính toán Chiều dày bản đế của nhánh mái là: dbđm = dbđ2 = (6M/R.g)1/2 = (6x3.295/2150x1)1/2= 3,03 cm; Lấy dbđ2 = 3,2cm +Tính chiều dày bản đế nhánh cầu trục : Kiểm tra : ta có b/a = 230/100 =2,3 .Tra bảng III.6 nội suy có a = 0,133 Mô2 = a.snh1.a2 = 0,133.88,57.112 = 1.178 kgcm. Vậy dbđ1 = (6M/R.g)1/2 = (6x1.178/2150.1)1/2 = 1,81 cm . Chọn dbđ1 = 2cm. b - Tính các bộ phận ở chân cột : Toàn bộ lực từ cột truyền xuống thông qua 2 dầm đế và đôi sườn hàn vào bụng nhánh. Vì vậy dầm đế chịu tác động của phần phản lực snh thuộc diện truyền tải của nó. Tải trọng tác động lên dầm đế ở nhánh mái q2dđ = (5 + 20/2).91,2 = 1.368 daN/cm. Tải trọng tác động lên dầm đế ở nhánh cầu trục q1dđ = (5 + 20/2).88,57= 1.329 daN/cm. Tổng phản lực truyền lên dầm đế ở nhánh mái: N2dđ = 1.368x34 = 46.512 daN. Tổng phản lực truyền lên dầm đế ở nhánh cầu trục: N1dđ = 1.329x24 = 31.896 daN. - Tính dầm đế ở Nhánh mái: - Lực N2dđ do 2 đường hàn liên kết dầm đế với sống và mép thanh thép góc L100x8 của nhánh mái. Chiều dài cần thiết của đường hàn là (chọn hs = 12mm;hm = 8 mm): l hs = N2dđ.(bg-ag)/[bg.hs.(bRg)min] = 46.512x(10 - 0,55)/10x1,2x0,7x1800 = 29,1 cm. l hm = N2dđ.(bg-ag)/[bg.hm.(bRg)min] = 46.512x(10-0,55)/10x0,8x1260 = 43,6 cm. Trong đó: bg:chiều rộng thép góc = 10cm. ag:khoảng cách từ trọng tâm nhánh mái đến đường hàn sống : (1,55 – 1) = 0,55cm. Chọn dầm đế của nhánh mái có tiết diện (500x14)mm, vì dầm đế có tiết diện lớn mà nhịp công xôn lại bé nên không cần kiểm tra các điều kiện về uốn và cắt. + Tính sườn côngxôn nhánh mái: Sườn A dựa vào cấu tạo ở đế cột nhánh mái. Tải trọng tác dụng lên sườn công xôn A: qA = 91,2x20 = 1.824 daN/cm . Mô men và lực cắt tại tiết diện công xôn có 2 đường hàn(Chỗ có 2 đường hàn góc liên kết sườn với bụng cột là : QA = qA.lA = 1.824x(17 + 1,55 - 1,6) = 1.824x16,95 = 30.917 daN. MA= qA.lA2/2 = 1.824x16,952/2 = 262.020 daNcm. Chọn chiều dày sườn là dA = 1,2cm Từ điều kiện bền về uốn ta có chiều cao sườn A. hA = (6MA/dA.R.g)1/2 = (6x262.020/1,2x2150x1)1/2 = 24,68 cm. chọn hA= 30cm Kiểm tra 2 đường hàn liên kết sườn A với bụng nhánh mái, chọn hh=1,0cm hàn suốt .Chiều dài tính toán của đường hàn lh = 28-1 = 27cm Wgh= 2.b h.hh.lh2/6 = 2.0,7.1.272/6 = 170,1 cm3. Agh=2.b h.lh.hh = 2.0,7.1.27 = 37,8 cm2. Độ bền của đường hàn(ở đây ta kiểm tra đường hàn theo tiết diện đường hàn) được kiểm tra theo stđ: stđ = [(MA/Wgh)2+(QA/Agh) 2]1/2 = [(262.020/170,1)2 + (30.917/37,8) 2]1/2 = 1.744 daN/cm2 < R.g=2150kg/cm2. Vậy sườn công xôn A và đường hàn đủ khả năng chịu lực. +Tính các đường hàn liên kết dầm đế nhánh mái với sườn A, nhánh mái với bản đế: Liên kết dầm đế nhánh mái với bản đế: hh = q2đđ/2(bRg)min = 1.368/2x1260 = 0,543 cm. Liên kết sườn A vào bản đế: hh =qA/2(bRg)min = 1.824/2x1260 = 0,724 cm. Liên kết bụng nhánh vào bản đế: hh = qb/2(bRg)min = 1.626/2x1260= 0,65 cm. qb: tải trọng phân bố đều bụng nhánh mái. qb = 91,2.[(15,45 + 17 )/2 + 1,6] = 1.626 daN/cm Chọn thống nhất các đường hàn ngang nhánh mái là 10mm. - Tính dầm đế ở Nhánh cầu trục: Lực N1dđ do 2 đường hàn liên kết dầm đế với cánh của nhánh cầu trục. Giả thiết chiều cao đường hàn : hh = 0,8mm lh = N1dđ/2hh(bRg)min = 31.896/ 2x0,8x1260 = 15,82 cm. Chọn dầm đế nhánh cầu trục tiết diện(400x12)mm, vì dầm đế có tiết diện lớn mà nhịp công xôn lại bé nên không cần kiểm tra các điều kiện về uốn và cắt. + Tính sườn công xôn B: Tải trọng tác dụng lên sườn qB = 88,57.20 = 1.771 daN/cm. Mô men và lực cắt tại tiết diện có 2 đường hàn là MB = 1.771x(20/2 – 0,4)2/2 = 163.215 daN.cm QB = 1.771x9,6 = 17.002 kg Chọn chiều dày sườn B :dB =1,2cm Tính hB(chiều cao tiết diện sườn B) dựa theo CT: hB =(6MB/dB.R.g)1/2=(6x163.215/1,2x2150x1)1/2= 19,48 cm. Lấy hB=25cm Kiểm tra sườn B theo điều kiện bền của tiết diện đường hàn giả thiết hh = 1cm;lh = 25-1 = 24cm (trừ đi 1 cm do chất lượng đường hàn ở 2 đầu đường hàn không tốt) Wgh = 2.b h.hh.lh2/6 = 2x0,7x1x242/6 = 134,4 cm3. Agh=2.b h.lh.hh = 2x0,7x1x24 = 33,6 cm2. stđ = [(MB/Wgh)2+(QB/Agh) 2]1/2 = [(163.215/134,4)2 + (17.002/33,6) 2]1/2 = 1.316 kg/cm2 < R.g = 2100kg/cm2. Vậy sườn công xôn B và đường hàn đủ khả năng chịu lực. + Tính các đường hàn liên kết dầm đế nhánh cầu trục với sườn B, nhánh cầu trục với bản đế: Liên kết dầm đế nhánh cầu trục với bản đế: hh = q1đđ/2(bRg)min = 1.329/2x1260 = 0,527 cm. Liên kết sườn B vào bản đế: hh = qB/2(bRg)min = 1.771 /2x1260 = 0,703 cm. Liên kết bụng nhánh vào bản đế: hh=qb/2(bRg)min = 921/2x1260 = 0,365 cm. qb: tải trọng phân bố đều bụng nhánh cầu trục. qb = 88,57.[(20 - 0,8)/2 + 0,8] = 921 daN/cm Chọn thống nhất các đường hàn ngang nhánh cầu trục là 10mm. - Tính bu lông neo: - Liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm nên ta phải tính toán cấu tạo sao cho biến dạng xoay của chân cột với móng coi như bằng không. Bu lông neo tính với tổ hợp tải trọng gây kéo lớn nhất giữa đế móng với cột(trong bảng tổ hợp trước đây chưa có cột này). Vì vậy cần phải dựa vào bảng thống kê nội lực ở tiết diện chân cột để chọn ra tổ hợp có N bé nhất và M lớn nhất. + ở đây dựa vào bảng nội lực ta tìm được tổ hợp tải trọng (1,7) do tĩnh tải và hoạt tải gió gây nên để tính ở nhánh mái : Nội lực dùng để tính bu lông neo là : M = Mt.nb/nt + Mg = 23.231x0,9/1,1 - 46.052 = -27.045daNm N = Nt.nb/nt + Ng = 39.844x0,9/1,1 + 0 = 32.600 daNm Trong đó : Mt, Ht cặp nội lực tại tiết diện A(chân cột) do tĩnh tải gây ra. nt: hệ số vượt tải của tải trọng tĩnh mà ta đã dùng khi tính nội lực nt = 1,1 nb: hệ số giảm tải dùng để tính nội lực cho liên kết bu lông neo nb = 0,9. Mg:nội lực (mô men) do tải trọng gió gây ra tại tiết diện chân cột -Từ M,N tính ra được lực kéo trong nhánh mái (chính là lực kéo trong các nhánh bu lông). ồNbl = M/c - N.y1/c = 27.045/0,9845 - 32.600x0,4989/0,9845 = 10.951 daN Trong đó : y1: là k/c từ trục trọng tâm nhánh cầu trục tới trục trọng tâm toàn tiết diện. y1 = 0,4989 m c:là k/c giữa 2 trục trọng tâm của 2 nhánh mái và nhánh cầu chạy c = 0,9845m. Diện tích tiết diện cần thiết của bu lông neo ở nhánh cầu trục là : A thycneo = ồN bl/Rneo = 10.951/1.400 = 7,82 cm2. Rneo:Cường độ chịu kéo của bu lông .Rneo=1400daN/cm2. Chọn 2 bu lông f25 có tiết diện thực là : A th = 2x3,14x1,252 = 9,81cm2 > 7,82cm2. + Tương tự từ bảng nội lực ta tìm được tổ hợp tải trọng (1,8) do tĩnh tải và hoạt tải gió gây nên để tính ở nhánh cầu trục : Nội lực dùng để tính bu lông neo là : M = Mt.nb/nt + Mg = 23.231x0,9/1,1 + 42.770= 61.777 daNm N = Nt.nb/nt + Ng = 39.844x0,9/1,1 + 0 = 32.600 daNm Tương tự lực kéo trong nhánh mái là: ồNbl = M/c -N.y2/c = 61.777 /0,9845 - 32.600x0,4856 /0,9845 = 46.670 daN Trong đó y2:là khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái tới trục trọng tâm toàn tiết diện. y2= 0,4856m Diện tích cần thiết của bu lông neo nhánh cần trục là: A thycneo = ồNbl/Rneo = 46.670/1.400 = 33,34 cm2. Ta chọn 8 bu lông f25 có tiết diện thực là : A th = 8x3,14x1,252 = 39,25 cm2 > 33,34cm2.