Thiết kế về dàn mái

Phần 3 :Thiết kế dàn mái I-Sơ đồ và các kích thước chính của dàn kèo: Ta đã chọn dàn ở phần I,vì trên mắt gối tựa ở vào phần mép trong của cột trên nên nhịp tính toán thực tế của dàn là : Lo = L - ht = 24 - 0,5 = 23,5m Khoảng cách các mắt chính của dàn ở khoảng đầu tiên là 2,75m còn lại là 3m, ở bên ngoài là lợp panen ta chia nhỏ bằng các thanh bụng phụ thành các mắt có khoảng cách 1,5 m(mắt đầu tiên là 1,25m) Cửa trời như đã chọn rộng 6m cao 3m. Cấu tạo thanh dàn bằng thép hình BCT3KP2 có cường độ.R=2250kg/cm2=2250daN/cm2. II-Xác định tải trọng và nội lực: II.1-Tải trọng tác dụng lên dàn : Ta qui về các lực tập trung đặt tại mắt dàn chính.Ta có giá trị các lực đã tính toán ở phần 1 khi tính toán khung ngang: 1 - Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải G1=B (gm+gd).d/2= 6.(489,7 + 20,59).1,25 = 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/2.gcm).B = 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 + 140 + 1,5.14) = 9185+ 1594 = 10779daN G5=B.(gm+gd+gcm).d=6.(489,7 + 20,59+14).3 = 9185daN 2- Hoạt tải sửa chữa mái : Được tập trung trên nửa trái hoặc nửa phải hoặc trên cả dàn. Giá trị của nó tác dụng lên nút dàn được xác định ở phần I như sau : 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 3-Mô men đầu dàn :do dàn có liên kêt cứng với cột nên có mô men uốn tại gối tựa, mô men này chính là mô men tại tiết diện B của cột khung(tính toán ở phần I) Một cách gần đúng người ta chọn những cặp mô men đầu dàn sau: Mtrmax, Mphtư Mtrmin, Mphtư Dựa vào bảng tổ hợp nội lực ở phần I ta chọn được giá trị mô men đầu dàn: Mtrmin = -40.718daNm ứng với tổ hợp 1,2,4,6,8 Giá trị M phtư ứng với tổ hợp 1,2,4,6,8 (1,2,3,5,7): M phtư = -17.570-2.880-3.381-1.224+8.293 = -16.462 daNm Không có tổ hợp Mtrmaxdo đó ta chỉ tính với giá trị mô men Mtrminvì dàn đối xứng nên ta chỉ tính cho 1 bên và lấy giá trị đối xứng cho phía bên kia. Giả sử ta tính với mô men đặt ở đầu trái. II.3-Nội lực tính toán các thanh dàn: Ta xác định nội lực các thanh dàn bằng phương pháp giản đồ CREMONA Với tĩnh tải ta chỉ cần vẽ cho 1 nửa dàn với nửa còn lại ta lấy đối xứng. Với trường hợp hoạt tải tác dụng lên 1/2 dàn thì ta phải vẽ riêng lấy đối xứng với trường hợp chất tải phía bên kia. Để có giá trị cho cả dàn ta cộng giá trị ứng với 2 nửa dàn. Với mô men đầu dàn ta sẽ vẽ cho từng trường hợp mô men M=1daNm, sau đó nhân lên với giá trị của Mtrmin= -40.718daNm; Mphtư= -16.462daNm (có dấu âm).Từ đó ta suy ra với trường hợp mô men ở nửa phải của dàn. II.4-Tổ hợp nội lực: Nội lực tính toán của các thanh dàn được lấy ở các cột tổ hợp nội lực. Ta tiến hành tổ hợp bằng cách cộng những trị số có dấu thích hợp do các tải trọng tạm thời với trị số do tải trọng thường xuyên ở mỗi dòng để được giá trị lớn nhất về kéo và nén và được ghi vào bảng tổ hợp nội lực.Trong các tổ hợp thì tĩnh tải luôn luôn phải có. Còn các hoạt tải thì tuỳ các hoạt tải mà ta lấy thêm vào hay không(cột 1 hay cột 0,9).Các tổ hợp ta có đánh số ô tiến hành tổ hợp để dễ theo dõi như ghi trong bảng. Giản đồ Crêmôna do tĩnh tải Tải trọng tác dụng : G1=B (gm+gd).1,25= 6.(489,7 + 20,59).1,25 = 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/2.gcm).B = 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 + 140 + 1,5.14) = 9185+ 1594 = 10779daN G5=B.(gm+gd+gcm).d=6.(489,7 + 20,59+14).3 = 9185 daN Giản đồ Crêmôna do hoạt tải Tải trọng tác dụng : 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 ồMA=0 VpB = (P1.0+P2.2,75 + P3.5,75 +P4.8,75 + P5.11,75/2)/23,5 = (731,3.0+1755.2,75 + 1755.5,75 +1755.8,75 + 1755.11,75/2)/23,5 = 1727daN. VpA = P1+P2+P3+ P4+P5/2 - VpB = 6874 – 1727 = 5.147 daN Giản đồ Crêmôna do mô men Tải trọng tác dụng : Mtrmin = -40.718daNm ; M phtư = -16.462daNm. Đồ giải Crêmôna với M = 1daN.m Đặt ở đầu trái VA=VB = 1/L = 1/23,5 = 0,0426 daN H = 1/ho =1/2,2 = 0,4545daN Nội lực các thanh do M = 1daN.m gây nên. Giản đồ Crêmôna do dàn phân nhỏ trái Với dàn phân nhỏ ta tách ra vẽ riêng. Tính lực tác dụng lên dàn phân nhỏ Với dàn phân nhỏ ngoài cùng có nhịp 2,75m G 1 =G1/2+G2/4 =3.827,2/2 + 9185/4 = 4.210 daN G2 =G2/4+G3/4 = 9185/2 = 4.593 daN G3 =G3/4+G4/4 = 9185/4 + 10779/4 = 4.991 daN Đối với hoạt tải cũng được xác định tương tự : P1 = P1/2+P2/4 = 731,3/2 + 1755/4 = 804,4daN P2 = P2/4+P3/4 = 1755/4 + 1755/4 = 877,5daN P3 = P3/4+P4/4 = 1755/4 + 1755/4 = 877,5daN III-Xác định tiết diện thanh dàn: Chọn tiết diện thanh cần tuân theo nguyên tắc tiết diện đã chọn nhỏ nhất là L50x5, nên chọn không quá 6-8 loại thép. Ta chọn bản mã chung cho cả dàn và có bề dày dbm=14mm.Bề dày bản mã được chọn dựa theo nội lực tính toán lớn nhất của thanh xiên đầu dàn X1 = 63.165daN(chọn theo bảng 4-4 giáo trình thiết kế KC thép nhà CN). Chiều dài thanh theo các phương x, y được xác định như sau : III.1 . Tính toán thanh cánh trên : Do dàn có nhịp L= 24m nên thanh cánh không thay đổi tiết diện. Nội lực lớn nhất là : 92.211daN thuộc T4 đây cũng là thanh có chiều dài tính toán lớn nhất vì trong phạm vi cửa trời không có thanh bụng chia nhỏ và không có tấm mái. - Chiều dài tính toán của thanh T4: + Trong mặt phẳng dàn : lx = l/cosa = 3/0,9965 = 3,011m + Ngoài mặt phẳng dàn ta có : NT4 > NT3 => ly = (0,75+0,25.NT3/NT4).l1 = (0,75+0,25x83.156/92.211)x300 = 292,64 cm l1 : khoảng cách giữa 2 điểm cố kết không cho cánh dàn dịch chuyển ra ngoài mặt phaẻng dàn. Với thanh T4 l1 là khoảng cách từ vị trí chân cửa trời đến thanh chống nóc ở đỉnh dàn l1 = 300cm. Ta giả thiết l = 80đtra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722 Diện tích tiết diện cần thiết là: Act= NT4/jRg = 92.211/(0,722x2250x1) = 56,76cm2. với [l]=120 tra bảng I.5 phụ lục 1 sách thiết kế kết cấu thép. - Bán kính quán tính yêu cầu : rycx= lx/[l ] = 301,1/120 = 2,51cm rycy = ly/[l] = 292,64/120 = 2,44cm Ta chọn thép góc 2L160x90x12 có:A = 2Ag = 2.30 = 60cm2. có rx = 5,11cm > rycx= 2,51cm có ry = 4,16cm > rycy = 2,44cm Kiểm tra ứng suất lx = lx/rx = 301,1/5,11 = 58,92 ly = ly/ry = 292,64/4,16 = 70,35 lmax = 70,35 < [l] = 120đtra bảng ta có jmin = 0,782 s = N/jminA = 92.211/0,782x60 =1.965,28 daN/cm2< gR=2250daN/cm2. Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. III.2 . Tính toán thanh cánh dưới : Cánh dưới cũng chỉ làm 1 loại tiết diện xác định theo nội lực lớn nhất D2 = 92.966daN - Chiều dài tính toán của thanh cánh dưới: + Trong mặt phẳng dàn : lx = 6m + Ngoài mặt phẳng dàn : ly = 12m vì ở mắt giữa dàn có thanh chống suốt dọc nhà. Diện tích cần thiết : Act = N/g.R = 92.966/1x2.250 = 41,32cm2 Ta chọn thép góc 2L125x9 có:A = 2Ag = 2.22 = 44cm2. có rx = 3,86cm có ry = 5,63cm Bán kính quán tính yêu cầu: rx yc= lx/[l] = 600/400 =1,5cm < rx ry yc= ly/[l] = 1200/400 = 3cm < ry s = N/g.A = 92.966/1x44 = 2.113daN/cm2 < gR=2250daN/cm2. Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. III.3 . Tính toán thanh xiên đầu dàn X1: - Chiều dài tính toán của thanh xiên đầu dàn : + Trong mặt phẳng dàn : lx = a = 200,3cm + Ngoài mặt phẳng dàn : ly = l = 367,3cm. - Lực tính toán : NX1 = -63.165daN. Ta giả thiết l = 80đtra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722 Diện tích tiết diện cần thiết là: Act= NX1/jRg = 63.165/(0,722x2250x1) = 38,88 cm2. với [l]=120 tra bảng I.5 phụ lục 1 sách thiết kế kết cấu thép. - Bán kính quán tính yêu cầu : rycx= lx/[l ] = 200,3/120 = 1,67 cm rycy = ly/[l] = 367,3/120 = 3,06cm Ta chọn thép góc 2L90x140x10 có:A = 2Ag = 2x22,9 = 45,8cm2. có rx = 2,56cm > rycx = 1,67cm có ry = 6,92 cm > rycy = 3,06cm Kiểm tra ứng suất lx = lx/rx = 200,3/2,56 = 78,24 ly = ly/ry = 367,3/6,92 = 53,08 lmax = 78,24 < [l] = 120 tra bảng ta có jmin = 0,734 s = N/jminA = 63.165/(0,734x44,4) = 1.938 daN/cm2< gR=2250daN/cm2.Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. III.3 . Tính toán thanh xiên X2: - Chiều dài tính toán của thanh xiên : + Trong mặt phẳng dàn : lx = lx0,5 = 386,3x0,5 =193,15 cm + Ngoài mặt phẳng dàn : ly = l = 386,3cm. - Lực tính toán : NX2 = 45.980daN. Diện tích cần thiết : Act = N/g.R = 45.980/1x2.250 = 20,44 cm2 Ta chọn thép góc 2L90x7 có:A = 2Ag = 2x12,3 = 24,6cm2. có rx = 2,77cm có ry = 4,21cm Bán kính quán tính yêu cầu: rx yc= lx/[l] = 193,15/400 = 0,48 cm < rx ry yc= ly/[l] = 386,3/400 = 0,96cm < ry s = N/g.A = 45.980/1x24,6 = 1869daN/cm2 < 2250daN/cm2. Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. III.4 . Tính toán thanh xiên X3: - Chiều dài tính toán của thanh xiên đầu dàn : + Trong mặt phẳng dàn : lx = lx0,5 = 420,4x0,5 = 210,2cm + Ngoài mặt phẳng dàn : ly = l = 420,4cm. - Lực tính toán : NX3 = -15.659daN. Ta giả thiết l = 80đtra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722 Diện tích tiết diện cần thiết là: Act= NX3/jRg = 15.659/(0,722x2250x1) = 9,64cm2. với [l]=120 tra bảng I.5 phụ lục 1 sách thiết kế kết cấu thép. - Bán kính quán tính yêu cầu : rycx= lx/[l ] = 210,2/120 = 1,75 cm rycy = ly/[l] = 420,4/120 = 3,50 cm Ta chọn thép góc 2L63x100x6 có:A = 2Ag = 2x9,59 = 19,18cm2. có rx = 1,79cm > rycx = 1,75 cm có ry = 5,07 cm > rycy = 3,50 cm Kiểm tra ứng suất lx = lx/rx = 210,2/1,79 = 117,43 ly = ly/ry = 420,4/5,07 = 82,92 lmax = 117,43 < [l] = 120 tra bảng ta có jmin = 0,48 s = N/jminA = 15.659/(0,48x19,18) = 1.701 daN/cm2< gR=2250daN/cm2. Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. III.5 . Tính toán thanh xiên X4: - Chiều dài tính toán của thanh xiên đầu dàn : + Trong mặt phẳng dàn : lx = lx0,8 = 420,4x0,8 = 336,32cm + Ngoài mặt phẳng dàn : ly = l = 420,4cm. - Lực tính toán : NX4 = -4.232daN & NX4 = 1.418daN. Ta thấy thanh X4 chịu cả kéo và nén nhưng giá trị nén lớn hơn nhiều so với chịu kéo vậy ta chỉ cần tính toán cho điều kiện chịu nén. Ta giả thiết l = 80đtra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722 Diện tích tiết diện cần thiết là: Act= NX3/jRg = 4.232/(0,722x2250x1) = 2,61 cm2. với [l]=120 tra bảng I.5 phụ lục 1 sách thiết kế kết cấu thép. - Bán kính quán tính yêu cầu : rycx= lx/[l ] = 336,32/120 = 2,80 cm rycy = ly/[l] = 420,4/120 = 3,50 cm Ta chọn thép góc 2L100x6,5 có:A = 2Ag = 2x12,8 = 25,60 cm2. có rx = 3,09cm > rycx = 2,8 cm có ry = 4,58 cm > rycy = 3,50 cm Kiểm tra ứng suất lx = lx/rx = 336,32/3,09 = 108,84 ly = ly/ry = 420,4/4,58 = 91,79 lmax = 108,84< [l] = 120 đtra bảng ta có jmin = 0,537 s = N/jminA = 4.232/(0,537x25,60) = 307,84 daN/cm2< gR=2250daN/cm2. Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. III.6 . Tính toán các thanh Đứng Đ1, Đ2, Đ3 : Các thanh đứng có giá trị nội lực tương đối nhỏ ta chỉ tính toán đối với thanh có giá trị nội lực lớn nhất là Đ2 có giá trị nội lực N = -10.105daN. Sau đó các thanh còn lại lấy giá trị kích thước thanh giống Đ2. - Chiều dài tính toán của thanhđứng Đ2: + Trong mặt phẳng dàn : lx = lx0,8 = 268,9x0,8 = 215,12 cm + Ngoài mặt phẳng dàn : ly = l = 268,9cm. - Lực tính toán : Đ2 = -10.105daN Ta giả thiết l = 80đtra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722 Diện tích tiết diện cần thiết là: Act= NĐ2/jRg = 10.105/(0,722x2250x1) = 6,22 cm2. với [l]=120 tra bảng I.5 phụ lục 1 sách thiết kế kết cấu thép. - Bán kính quán tính yêu cầu : rycx= lx/[l ] = 215,12 /120 = 1,79 cm rycy = ly/[l] = 268,9/120 = 2,24 cm Ta chọn thép góc 2L90x7 có:A = 2Ag = 2x12,3 = 24,6cm2. có rx = 2,77cm > rycx = 1,79 cm có ry = 4,21 cm > rycy = 2,24 cm Kiểm tra ứng suất lx = lx/rx = 215,12/2,77 = 77,66 ly = ly/ry = 268,9/4,21 = 63,87 lmax = 77,66 < [l] = 120đtra bảng ta có jmin = 0,734 s = N/jminA = 10.105/(0,734x24,6) = 559,64 daN/cm2< gR = 2250daN/cm2. Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu. IV-Tính toán chi tiết dàn: Sơ bộ đánh số nút như hình trên: Các nút dùng liên kết hàn, phương pháp hàn tay. Thép hình có số hiệu BCT3K2 có: (sB=3650daN/cm2;RC=2250daN/cm2. Que hàn N46 Rgh=1800daN/cm2; Rgt=1650daN/cm2. Phương pháp hàn tay có bh = 0,7; bt =1; bh. Rgh=0,7.1800=1260daN/cm2. bt . Rgt=1.1650=1650daN/cm2. => ((b.R)min=bh. Rgh= 1260daN/cm2. Các thanh dàn liên kết vào bản mã bằng các đường hàn góc ở sống và ở mép. Đường hàn góc liên kết các thanh vào bản mã phải đảm bảo yêu cầu cấu tạo : hhmin<= hh <= 1,2dmin dmin là chiều dày của thép mỏng nhất hhmin Tra bảng có được. lhmin<= lh <= lhmax lhmin = max{4hh ;40mm} lhmax = 85bh.hh IV.1 Tính mắt trung gian : a-Mắt 1: *Thanh xiên X1: -Tính đường hàn liên kết thanh xiên : X1= -63.165daN vào bản mã: Ns = k.X1/2 = 0,75x63.165/2 = 23.687 daN Nm = (1-k).x1/2 = 0,25x63.165/2 = 7.896 daN k: Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k=0,75 với thép góc không đều cạnh. Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 12mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 8mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 23.687/(1x1,2x1260) + 1 = 16,67 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls=12x170 = 2.040 mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 7.896/(1x0,8x1260) + 1= 8,83 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 8x90 = 720 mm2. *Thanh xiên X2: - Tính đường hàn liên kết thanh xiên X2 = 45.980daN vào bản mã: Ns = k.X2/2 = 0,7x45.980/2 = 16.093 daN Nm = (1-k).X2/2 = 0,3x45.980/2 = 6.897 daN k: Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k=0,7 với thép góc đều cạnh. Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 8mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 6mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 16.093/(1x0,8x1260) + 1 = 16,97 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls = 8x170 = 1.360 mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 6.897/(1x0,6x1260) + 1= 10,12 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 6x110 = 660mm2. *Thanh cánh: - Tính đường hàn liên kết thanh cánh : T1 = 14.190daN; T2 = -82.911daN; Q2 = P2+G2 = 1.755 + 9.185 = 10.940daN Ta tính đường hàn cho thanh cánh với lực tính toán là hiệu số nội lực giữa 2 lực tính toán T1 và T2: DT = T2-T1 = 82.911 - 14.190 = 68.721daN. DTs = kxDT/2 = 0,65x68.721/2 = 22.334daN DTm = (1-k)xDT/2 = 0,35x68.721/2 = 12.026 daN k:Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k = 0,65 với thép góc không đều cạnh. Lực tập trung Q2 phân bố đều cho các đường hàn thanh cánh. Nội lực tác động lên đường hàn sống và mép của thép góc như sau: Ns = [(k.DT + Q2.sina/2)2+(Q2cosa/2)2]1/2/2 = [(0,65x68.721 + 0)2 + (10.940/2)2]1/2/2 = [(44.669)2+(5.470)2]1/2/2 = 22.501daN Nm = [((1-k).DT +Q2sina/2)2+(Q2cosa/2)2]1/2/2 = [(0,35x68.721 + 0)2 + (10.940/2)2]1/2/2 = [(24.052)2 + (5.470)2]1/2/2 =12.333daN do tga = 0,8/15 < 1/8 nên ta coi như a = 0 Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 10mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 8mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 22.501/(1x1x1260) + 1 = 18,86 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls = 10x190 = 1.900mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 12.333/(1x0,8x1260) + 1= 13,24 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 8x140 = 1.120mm2. b - Mắt 2: *Thanh đứng: - Tính đường hàn liên kết thanh đứng : Đ2 = -10.105daN(ghép từ 2 thép góc) Ns = k.Đ2/2 = 0,7x10.105/2 = 3.537 daN Nm = (1-k).Đ2/2 = 0,3x10.105/2 = 1.516 daN Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 8mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 6mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 22.501/(1x1x1260) + 1 = 18,86 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls = 10x190 = 1.900mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 12.333/(1x0,8x1260) + 1= 13,24 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 8x140 = 1.120mm2. *Thanh cánh: - Tính đường hàn liên kết thanh cánh với bản mã:T2 =-82.911daN;T3 = -83.156daN; Q3 = P3+G3 = 1.755 + 9.185 = 10.940daN. Ta tính đường hàn cho thanh cánh với lực tính toán là hiệu số nội lực giữa 2 lực tính toán T2 và T3: DT = T3 - T2 = 83.156 - 82.911 = 245 daN. Ta thấy DT có giá trị nhỏ gần = 0. Nên ta lấy DT = 0,1xT3 = 0,1x83.156 = 8.316daN DTs = kxDT/2 = 0,65x8.316/2 = 2.703 daN DTm = (1-k)xDT/2 = 0,35x8.316/2 = 1.871 daN k:Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k = 0,65 với thép góc không đều cạnh. Lực tập trung Q3 phân bố đều cho các đường hàn thanh cánh. Nội lực tác động lên đường hàn sống và mép của thép góc như sau: Ns = [(k.DT + Q3.sina/2)2+(Q3cosa/2)2]1/2/2 = [(0,65x8.316 + 0)2 + (10.940/2)2]1/2/2 = [(5.405 )2+(5.470)2]1/2/2 = 3.845daN Nm =[((1-k).DT +Q2sina/2)2+(Q2cosa/2)2]1/2/2 = [(0,35x8.316 + 0)2 + (10.940/2)2]1/2/2 = [(2.911 )2 + (5.470)2]1/2/2 =3.098daN do tga = 0,8/15 < 1/8 nên ta coi như a=0 Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 8mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 6mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 3.845/(1x0,8x1260) + 1 = 4,81 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls = 10x50 = 1.900mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 12.333/(1x0,8x1260) + 1= 13,24 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 8x140 = 1.120mm2. c-Mắt 4: *Thanh xiên X3: -Tính đường hàn liên kết thanh xiên: X3= -15.659daN vào bản mã: Ns = k.X3/2 = 0,75x15.659/2 = 5.872 daN Nm = (1-k).X3/2 = 0,25x15.659/2 = 1.957 daN k: Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k=0,75 với thép góc không đều cạnh. Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 6mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 4mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 5.872/(1x0,6x1260) + 1 = 8,77 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls=6x90 = 540 mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 1.957 /(1x0,4x1260) + 1= 4,88 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 8x50 = 400 mm2. *Thanh xiên X4: - Tính đường hàn liên kết thanh xiên X4 = -4.232daN vào bản mã: Ns = k.X4/2 = 0,7x4.232/2 = 1.481 daN Nm = (1-k).X4/2 = 0,3x4.232/2 = 635 daN k: Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k=0,7 với thép góc đều cạnh. Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 6mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 4mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 1.481 /(1x0,6x1260) + 1 = 2,96 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn điều kiện chiều dài đường hàn tối thiểu chọn đường hàn sống : lhs= 4cm hs.ls = 6x40 = 240 mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm = Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 635/(1x0,4x1260) + 1= 2,26 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn không thoả mãn chiều dài đường hàn tối thiểu chọn đường hàn mép là lhm = 4cm: hm.lm = 4x40 = 160mm2. *Thanh cánh: - Tính đường hàn liên kết thanh cánh : T3 = -83.156daN; T4 = -92.211daN; Q4 = P4+G4 = 1.755 +10.779= 12.534 daN Ta tính đường hàn cho thanh cánh với lực tính toán là hiệu số nội lực giữa 2 lực tính toán T3 và T4: DT = T4-T3 = 92.211 - 83.156 = 9.055 daN. DTs = kxDT/2 = 0,65x9.055/2 = 2.943 daN DTm = (1-k)xDT/2 = 0,35x9.055/2 = 1.585 daN k:Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k = 0,65 với thép góc không đều cạnh. Lực tập trung Q2 phân bố đều cho các đường hàn thanh cánh. Nội lực tác động lên đường hàn sống và mép của thép góc như sau: Ns = [(k.DT + Q4.sina/2)2+(Q4cosa/2)2]1/2/2 = [(0,65x9.055 + 0)2 + (12.534/2)2]1/2/2 = [(5.886 )2+(6.267 )2]1/2/2 = 4.299daN Nm =[((1-k).DT +Q4sina/2)2+(Q4cosa/2)2]1/2/2 = [(0,35x9.055 + 0)2 + (12.534/2)2]1/2/2 = [(3.169)2 + (6.267)2]1/2/2 = 3.511daN Do tga = 0,8/15 < 1/8 nên ta coi như a=0 Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 8mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 6mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 4.299/(1x0,8x1260) + 1 = 5,26 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls = 8x60 = 480mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 3.511/(1x0,6x1260) + 1= 5,64 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 6x60 = 360mm2. c-Mắt 5: Đối với các thanh xiên X2, X3 và thanh đứng Đ2 có chiều cao, chiều dài đường hàn được tính toán thiết kế như phần trên. ở mắt 5 này chỉ tính cho các thanh cánh dưới D2, D1. *Thanh cánh dưới D1, D2: - Tính đường hàn liên kết thanh cánh dưới : D1 = 48.877daN; D2 = 92.966daN Lực Đ2 = -10.105daN. phân đều cho các đường hàn. Ta tính đường hàn cho thanh cánh dưới với lực tính toán là hiệu số nội lực giữa 2 lực tính toán D1 và D2 : DD = D2-D1 = 92.966 - 48.877 = 44.089 daN. DDs = kxDD/2 = 0,7x44.089/2 = 15.431 daN DDm = (1-k)xDD/2 = 0,3x44.089/2 = 6.613 daN k:Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k = 0,7 với thép góc không đều cạnh. Lực tập trung Đ2 phân bố đều cho các đường hàn thanh cánh. Nội lực tác động lên đường hàn sống và mép của thép góc như sau: Ns = [(k.DD + Đ2.sina/2)2+(Đ2cosa/2)2]1/2/2 = [(0,7x44.089 + 0)2 + (10.105/2)2]1/2/2 = [( 30.862 )2+(5.053)2]1/2/2 = 15.636daN Nm = [((1-k).DD + Đ2.sina/2)2+(Đ2cosa/2)2]1/2/2 = [(0,3x44.089 + 0)2 + (10.105/2)2]1/2/2 = [(13.227 )2+(5.053)2]1/2/2 = 7.080daN Do tga = 0,8/15 < 1/8 nên ta coi như a=0 Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 10mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 8mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 15.636/(1x1x1260) + 1 = 13,41 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn sống : hs.ls = 10x140 = 1400mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm=Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 7.080/(1x0,8x1260) + 1= 8,02 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn chọn đường hàn mép : hm.lm = 8x80 = 640mm2. IV.2. Tính mắt 6 ở vị trí đỉnh dàn(Nút nối ở hiện trường) : Mắt 6 là vị trí nút nối dàn ở hiện trường để ghép 2 nửa dàn lại. bản mã được chia đôi cho mỗi nửa dàn sau đó được ghép lại nhờ 2 bản nối, thanh cánh được phủ bằng bản ghép gẫy khúc, dùng 2 sườn đứng gia có cho bản ghép và bản nối, đồng thời để liên kết các thnah chống nóc dàn. Nội lực tính toán: Q5=P5+G5 = 9.185+1.755 = 10.940daN Nội lực của thanh cánh T4 = -92.211daN, tính mối nối lấy bằng Nqư = 1,2xT4 = 1,2x92.211 = -110.654daN. Nội lực này truyền qua tiết diện qui ước gồm bản ghép và bản mã có chiều cao bằng 2 lần thép góc đứng. Tiết diện bản ghép : bg = 40 + 2x90 + 14 = 234mm Chọn dbg = 1,2cm =>Diện tích quy ước : FQƯ = 23,4x1,2 + 2x16x1,4 = 72,88cm2 . ứng suất trên tiết diện quy ước : sqư = Nqư/Fqư = 110.654/72,88 =1.518,30daN/cm2 Nội lực quy ước truyền qua bản ghép :Ngh = Fghxsqư = 28,08 x1.518,30 = 42.634daN - Đường hàn liên kết bản ghép với bản thép góc cánh : - Chọn đường hàn có hh = 8mm. => S lh = Ngh/(g.hhm.(b.R)min) + 4 = 42.634/(1x0,8x1260) + 4 = 46,30cm Dùng 2 đường hàn : 16cm và 8cm =>S lh = 2x(16+8) = 48cm. - Liên kết thép góc cánh với bản mã được tính theo phần nội lực quy ước còn lại : Nm = Nqư - Ngh = 110.654 - 42.634 = 68.020daN > 0,5Nqư - Chọn đường hàn có hh = 8mm. => S lh = Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 4 = 68.020/(1x0,8x1260) + 4 = 71,48cm. Dùng mỗi thép góc 2 đường hàn 20cm và 12cm: S lh = 2x(20+16) = 72cm. Bản mã được nối với nhau nhờ bản nối tính chịu lực Nbn với hh = 10mm =>lh = 68.020xcosa/(1x2x1x1260) + 2 = 68.020x0,9965/(1x2x1x1260) + 2 = 28,90cm Dùng đường hàn 10x300 dài bằng kích thước cấu tạo của bản nối. - Tính liên kết thanh đứng vào bản mã : Với thanh đứng Đ3 = 3.547daN Nm = Đ3/2 = 3.547/2 = 1.773,5 daN Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 6mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn mép là: lhm = Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 1.773,5/(1x0,6x1260) + 1= 3,35 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn không thoả mãn chiều dài đường hàn tối thiểu chọn đường hàn mép là lhm = 6cm: hm.lm = 6x40 = 240mm2. IV.3. Tính mắt 7 ở vị trí giữa dàn(Nút nối ở hiện trường) : Là mắt khuếch đại bằng cách thực hiện tại hiện trường, ta dùng giải pháp cấu tạo như mắt ở đỉnh dàn. - Lực tính toán ở mối nối D2 = 92.966daN Chọn bản ghép cánh dưới có tiết diện: bghxdgh = (12,5x2 + 1,4 + 4)x1 = 30,4x1 = 30,4cm2 =>Diện tích quy ước : FQƯ = 30,4x1 + 2x12,5x1,4 = 65,40 cm2 . ứng suất trên tiết diện quy ước : sqư = Nqư/Fqư =1,2x92.966/65,40 = 1.706 daN/cm2 Nội lực quy ước truyền qua bản ghép :Ngh = Fghxsqư = 30,4x1.706 = 51.862 daN Dùng đường hàn này để tính đường hàn liên kết bản ghép với bản thép góc cánh : ường hàn liên kết bản ghép với bản thép góc cánh : - Chọn đường hàn có hh = 8mm. => S lh = Ngh/(g.hhm.(b.R)min) + 4 = 51.862/(1x0,8x1260) + 4 = 55,45 cm Dùng 2 đường hàn : 12cm và 16cm =>S lh = 2x(12+16) = 56cm. Liên kết thép góc cánh với bản mã được tính theo phần nội lực quy ước còn lại : Nm = Nqư - Ngh = 111.559 - 51.862 = 59.697 daN >0,5Nqư - Chọn đường hàn có hh = 8mm. => S lh = Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 4 = 59.697/(1x0,8x1260) + 4 = 63,22 cm. Dùng mỗi thép góc 2 đường hàn 18cm và 14cm: S lh = 2x(18+14) = 64cm. - Bản mã được nối với nhau nhờ bản nối tính chịu lực Nbn : Nbn= Nm + Nx.cosa Trong đó : Nx = 1,2xX4 = 1,2x4.232 = 5.078daN =>Nx.cosa = 5.078x0,9965 = 5.060,2daN Nbn = 59.697 - 5.060,2 = 54.637daN. Đường hàn liên kết bản nối với bản mã : hh = 10mm. =>S lh = Nbn/(g.hhbn.(b.R)min) + 2 = 54.637/(1x1x1260) + 2 = 45,36 cm Dùng đường hàn 10x250 dài bằng kích thước cấu tạo của bản nối. Đối với các thanh xiên X4, thanh đứng Đ3 có chiều cao và chiều dài như tính toán ở các phần trên. IV.4. Tính mắt 8 (mắt liên kết giữa dàn và cột): Dàn liên kết cứng với cột bằng 2 nút dưới và trên ở đầu dàn . a-Nút dưới : - Nút dưới là nút chính truyền phản lực gối tựa của cả dàn gồm RA là phản lực đứng ở đầu dàn và lực ngang H do mômen đầu dàn gây ra : RA = 6.874 + 37.569 = 44.443daN H1 = M1/h0 = -37.480/2,2 = -17.036daN M1 : Tổ hợp mômen âm lớn nhất ở đầu dàn M1 = Mmintr Cấu tạo nút dàn gồm bản mã để liên kết các thanh dàn vào nó, sườn gối, gối đỡ và các bu lông liên kết sườn gối vào cột. Sườn gối liên kết hàn vuông góc vào bản mã và tỳ trực tiếp lên gối đỡ. - Liên kết thanh D1 = 48.877daN vào mắt : Ns = k.D1/2 = 0,7x48.877/2 = 17.107 daN Nm = (1-k).D1/2 = 0,3x48.877/2 = 7.332 daN k: Hệ số phân phối lực dọc của thép góc cho đường hàn sống, theo bảng 4.6 có k=0,7 với thép góc đều cạnh. Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 10mm Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 8mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=Ns/(g.hhs.(b.R)min) + 1 = 17.107/(1x1x1260) + 1 = 14,58 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn điều kiện chiều dài đường hàn tối thiểu chọn đường hàn sống : lhs= 15cm hs.ls = 150x10 = 1500 mm2. Chiều dài của đường hàn mép là: lhm = Nm/(g.hhm.(b.R)min) + 1 = 7.332/(1x0,8x1260) + 1= 8,27 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn điều kiện về chiều dài đường hàn: hm.lm = 8x90 = 1720mm2. - Tính đường hàn liên kết thanh xiên X1=-63.165daN vào mắt : Liên kết này đã tính với mắt trung gian thanh cánh giữa T1 và T2. -Bề dày của bản sườn xác định theo điều kiện: ds ³ RA/(bsxRemd) ds :bề dày của sườn gối 2. RA: phản lực đứng của gối tựa của dàn. bs:Bề rộng của sườn gối chọn bs=230mm; Rem :Cường độ ép mặt tỳ đầu của sườn gối 2 và gối đỡ 3 = 3.500daN/cm2. =>ds ³ 44.443/(23x3.500) = 0,55cm Vậy ta chọn bản sườn có tiết diện 23x2cm. Kiểm tra ổn định cục bộ của sườn gối: bs/ds = 23/2 = 11,5 < 0,44(E/R)1/2=0,44(2,1.106/2100)1/2=13,92 - Hai đường hàn liên kết bản mã vào bản sườn : chịu phản lực RA và lực H1 do mô men đầu dàn gây ra đồng thời chịu mô men lệch tâm do chịu lực nén H1 gây ra và có trị số: Me = H1.e Với e: là khoảng cách từ lực H1 đến giữa chiều dài đường hàn bản mã và sườn gối. Ta có: RA = 44.443daN; Hmax = 17.036daN Chọn lh = 53 – 1 = 52cm; ta có e = 52/2 – 15 – 3,4 = 7,60 cm => Me = 17.036x0,076 = 1.295 daN/m Bề cao tiết diện đường hàn tính theo điều kiện chịu lực là : hh ³ ([Hmax2.(1+6e/lh)2+RA 2]0,5/(2.lh.(b.Rg)min) ([17.0362.(1 + 6x7,6/52)2 + 44.4432]0,5/(2x52x1.260) = 0,42 cm Vậy ta lấy chiều cao đường hàn là hh=8mm thoả mãn các yêu cầu cấu tạo về đường hàn. - Do lực đầu dàn là lực nén nên bu lông chỉ cần đặt theo cấu tạo. Ta bố trí 8 bu lông D20 với các khoảng cách dbl = 12cm. - Tính toán gối đỡ: Gối đỡ đã có các đường hàn liên kết với cột chịu lực1,5RA . Giả thiết ta hàn bằng 2 đường hàn ở 2 bên mép cuả gối đỡ . Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 12mm Hệ số điều kiện làm việc là g = 1 Chiều dài của đường hàn sống là: lhs=1,5xRA/(g.hhs.(b.R)min) + 2 = 1,5x44.443/(1x1x1260) + 2 = 54,91 cm Ta thấy điều kiện về chiều dài đường hàn thoả mãn điều kiện chiều dài đường hàn chọn 2 đường hàn : lhs= 28cm 2xhs.ls = 2x280x12 = 6.720mm2. Vậy ta chọn gối đỡ là 1 thép tấm có các kích thước 300x400x30mm. Thoả mãn các diều kiện về cấu tạo và chịu lực. b-Nút trên : - Là mắt trên tính tương tự như mắt dưới. Cấu tạo bao gồm bản mã và bản sườn. Thanh liên kết với bản mã tính bằng nội lực của thanh : - Tính đường hàn liên kết thanh cánh trên T1 = 14.190daN: Do nội lực thanh cánh trên T1 nhỏ nên ta lấy chiều dài và chiều cao đường hàn theo cấu tạo. - Thanh xiên dàn phân nhỏ có lực kéo nhỏ được liên kết bằng các đường hàn ở sống 50x4 và ở mép là 40x4mm - Chọn chiều dày của bản sườn là 30mm. - Tính đường hàn liên kết bản mã vào bản sườn: Đường hàn này chịu 1 lực là H1 và Mlt = H1.e và Rnp = P1 + G1 = 731,3+3.827,2 = 4.559daN. Với e: là khoảng cách từ lực H1 đến giữa chiều dài đường hàn bản mã và sườn gối. Ta có: Hmax = H1 = 17.036daN Chọn lh = 28 – 1 = 27cm; ta có e = 27/2 – 10 = 3,50 cm => Me = 17.036x0,035 = 596daNm Bề cao tiết diện đường hàn tính theo điều kiện chịu lực là : hh ³ ([Hmax2.(1+6e/lh)2+Rnp 2]0,5/(2.lh.(b.Rg)min) ([17.0362.(1 + 6x3,5/27)2 + 4.5592]0,5/(2x27x1.260) = 0,45 cm Vậy ta lấy chiều cao đường hàn là hh = 8mm thoả mãn các yêu cầu cấu tạo về đường hàn. - Tính bề dày sườn gối: ds ³ RA/(bsxRemd) ds :bề dày của sườn gối 2. RA: phản lực đứng của gối tựa của dàn. bs:Bề rộng của sườn gối chọn bs=230mm; Rem :Cường độ ép mặt tỳ đầu của sườn gối 2 và gối đỡ 3 = 3.500daN/cm2. =>ds ³ 44.443/(23x3.500) = 0,55cm Do có H1 gây kéo ở nút trên nên sườn gối làm việc như bản dầm chịu uốn có liên kết ngàm tại hàng bu lông đứng do vậy cần kiểm tra ds theo điều kiện : ds ³ (0,5[3b1.H1/(l.R)]0,5 Trong đó : b1 là khoảng cách 2 hàng bu lông đứng b1 = 13cm l là chiều dài sườn gối l = 28cm. ds ³ (0,5[3x13x17.036/(28x3.500)]0,5 = 1,84cm. Vậy ta chọn bản sườn có tiết diện 23x2cm. Kiểm tra ổn định cục bộ của sườn gối : bs/ds=23/2=11,5<0,44(E/R)1/2=0,44(2,1.106/2100)1/2 = 13,92 - Tính toán bu lông liên kêt bản sườn : Bản sườn được liên kết với cột trên bằng 6 bu lông D20. Có khoảng cách giữa các bu lông là lbl = 9cm. Lực kéo trong bu lông xa tâm quay nhất là: Nblmax = H1.z.y1/ 2ồyi2 z = 18cm; y1 = 18cm; y2 =9cm Nblmax = 17.036.18.18/2(182+92) = 6.814 daN/cm2. Ta có diện tích thực của bu lông: Ath = Nblmax/Rkbl = 6.814/4000 = 1,70 cm2. Chọn được bu lông có đường kính 20mm => Abl = 3,14*1*1 = 3,14cm2 > Ath . Vậy thoả mãn các điều kiện về cấu tạo. Các bu lông còn chịu cắt và chịu ép mặt do lực Rpn là phản lực của dàn phân nhỏ, lực này nhỏ so với khả năng chịu lực của bu lông nên ta không cần tính toán.