Tải bản đầy đủ

Bài tập lớn Kết Cấu thép 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Giảng viên hướng dẫn : TRẦN TIẾN ĐẮC
Sinh viên thực hiện
Lớp

: NGUYỄN TRUNG HẬU
: 16XD01

MSSV

: 1647722

TPHCM 05-01-2017


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC


Mục Lục:
Sinh viên thực hiện
: NGUYỄN TRUNG HẬU..................................1
MSSV
: 1647722...............................................................................................1
CHƯƠNG I : KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG...............................................................4
I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG I...............................................................................................4
Chọn kích thước khung ngang....................................................................................4
Vẽ mặt cắt khung ngang ứng với kich thước đã chọn..................................................4
Vẽ sơ đồ bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột...............................................................4
II.NỘI DUNG ĐỀ BÀI ...................................................................................................4
1.Thông số chung ........................................................................................................4
2. Thông số riêng ........................................................................................................4
3. Vật liệu ....................................................................................................................5
4.Liên kết ...................................................................................................................5
5.Tiêu chuẩn thiết kế ...................................................................................................5
6.Địa điểm xây dựng ...................................................................................................5
III. CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU.........................................................................................5
1. Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp .....................................................5
2.Kích thước chính của khung ngang..........................................................................5
IV.KÍCH THƯỚC DÀN..................................................................................................7
V.HỆ GIẰNG .................................................................................................................7
1.Hệ giằng mái.............................................................................................................7
a. Hệ giằng cánh trên................................................................................................7
b.Hệ giằng cánh dưới...............................................................................................7
c. Hệ giằng đứng......................................................................................................7
2. Hệ giằng cột.............................................................................................................7
CHƯƠNG II : XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN KHUNG.................................................12
I.TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN...............................................................................12
1.Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau................12
2.Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức..........................12
3.Trọng lượng kết cấu cửa trời...................................................................................12
4.Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời..............................................................12
II.TẢI TRỌNG TẠM THỜI..........................................................................................13
III.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỘT......................................................................13
1.Do phản lực của dàn................................................................................................13
2.Do trọng lượng dầm cầu trục .................................................................................13
3.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục......................................................................14
4.Do lực hãm của xe con ..........................................................................................15
IV.TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN KHUNG.......................................................15

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH NỘI LỰC.............................................................................18
I.NỘI LỰC KHUNG.....................................................................................................18
II.TỔ HỢP TẢI TRỌNG...............................................................................................19
CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CỘT TRÊN............................................................................20
I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG...............................................................................................20
II. TÍNH TOÁN CỘT....................................................................................................20
1.Xác định chiều dài tính toán của cột.......................................................................20
NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

a.Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột...............................................20
b. Xác định chiều dài tính toán .............................................................................21
2.Chọn tiết diện cột trên.............................................................................................22
a.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện..........................................................22
b.Độ lệch tâm và diện tích yêu cầu........................................................................22
c.Chiều rộng tiết diện b và bề dày các bản ............................................................22
d.Kiểm tra tiết diện đã chọn...................................................................................23
CHƯƠNG V : THIẾT KẾ CỘT DƯỚI.............................................................................26
I.THÔNG SỐ TẢI TRỌNG...........................................................................................26
II.DẠNG TIẾT DIỆN VÀ CHIỀU CAO H CỦA TIẾT DIỆN.....................................27
1.Chọn tiết diện nhánh...............................................................................................27
2.Xác định hệ thanh bụng..........................................................................................31
3.Kiểm tra tiết diện cột đã chọn.................................................................................32

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
………………………

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Trung Hậu
MSSV : 1647722
Lớp : 16XD01
Giáo viên hướng dẫn : Trần Tiến Đắc

CHƯƠNG I : KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG
I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG I
Chọn kích thước khung ngang
Vẽ mặt cắt khung ngang ứng với kich thước đã chọn
Vẽ sơ đồ bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột
II.NỘI DUNG ĐỀ BÀI
1.Thông số chung
Dàn vì kèo có chiều cáo H0 = 2000. Độ dốc thanh cánh trên 1/8.
Bước cột: B = 6m. Số bước cột n=12. Chiều dài nhà : D = 72m
Chiều sâu chôn cột H3 = 600
2. Thông số riêng
Mã số đề : III2Ab
(III) L(m):
(2) Hr(m):
(A) Hệ số điều chỉnh:
(b) Q(T):

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

27
+8.6
-15%
20/5


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

Nhịp nhà: L(m);Bước cột :B(m) ;Chiều dài nhà : D(m);Cao trình đỉnh ray
:Hr(m)
3. Vật liệu
Kết cấu khung : Thép CT3; Cường độ f=2100daN/cm2; que hàn E42 hoặc
tương đương .
Kết cấu bao che : Mái :Tấm panen BTCT ;Tường : Xây gạch ; Móng :BTCT
cấp bền B15
4.Liên kết
Hàn và bulong
5.Tiêu chuẩn thiết kế
Theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam
6.Địa điểm xây dựng
Thành phố Hồ Chí Minh
Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhịp có hai cầu trục sức nâng
20/5 T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà L = 27 m dài 72 m; bước cột B=6 m,
cao trình đỉnh ray 8.6 m, mái lợp Panen Bêtong cốt thép. Nhà xây dựng vùng gió
IIA. Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép CCT34. Móng Bê tong cấp độ bền B15.
III. CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU.
1. Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp
Khung ngang gồm có cột và rường ngang. Liên kết cột với rường ngang là
cứng hoặc khớp, ở đây trong bài tập môn học này ta chọn cứng cho tổng quát. Cột
thường là bậc thang, phần trên đặc, phần dưới đặc hoặc rỗng. Dàn hình thang hai
mái dốc với mái lợp bằng BTCT. Độ dốc từ 1/8.
2.Kích thước chính của khung ngang
Xác định các kích thước chính của khung, cũng như của cột, dàn, là dựa vào
nhịp khung L. Bước khung B, sức nâng cầu trục Q và cao trình mặt ray H r .
Cầu trục sức nâng Q = 20/5 T lấy theo bảng VI -1 (phụ lục VI. Sách “Thiết kế
KCT nhà công nghiệp”) có:
Nhịp Lk = 25.5m loại ray KP-70, chiều cao H ct của Gabarit cầu trục:
H c = 2400mm , f= 450mm.
Chiều cao H 2 từ mặt ray đến đáy kết cấu chịu lực ( cánh dưới của dàn ) được
quyết định bởi gabarit của cần trục :
H 2 = ( H c + 100 ) + f = (2400 + 100) + 450 = 2950mm

Trong đó:
NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

H c - Chiều cao Gabarit cầu trục.

100 – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
f – Khe hở phụ xét độ võng của kết cấu , lấy theo độ võng giới hạn của cấu
kiện dàn vì kèo
H 2 - Chọn chẵn mô đun 200 mm.
Chọn H 2 =3000mm
Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dưới của dàn vì kèo:
H = H1 + H 2 = 8600 + 3000 = 11600m

Chiều cao phần cột trên:

H t = H 2 + H dct + H r = 3000 + 600 + 120 = 3720mm

Trong đó:
H dct - Chiều cao dầm cầu chạy lấy H dcc =

1
1
B = × 6000 = 600mm
10
10

H r - Chiều cao ray tra bảng IV – 7 = 120mm

Chiều cao phần cột dưới:

H d = H − H t + H 3 = 11600 − 3720 + 600 = 8480mm

Trong đó:
H 3 - Phần cột chôn dưới mặt nền lấy 600 – 1000 mm, H 3 = 600 mm.
Bê tông phần cột trên chọn: bt = 500mm không nhỏ hơn 1/12 chiều cao H t .
1 1
bt >  ÷ ÷H t = 310 ÷ 372mm
 10 12 

Bề rộng phần cột dưới (của trục nhánh đỡ dầm cầu chạy trùng với trục của dầm
cầu chạy)
1 
 1
bd = a + λ = 1000mm >  ÷ ÷( H t + H d )
 20 25 

Trong đó:
a – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột, a = 250mm .
λ - Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray, được xác định:
λ=

L − Lk 27000 − 25500
=
= 750mm
2
2

Bề rộng cột dưới phải thỏa mãn điều kiện bd >
bd >

1
( H t + H d ) = 488mm và
25

1
( H t + H d ) = 610mm để đảm bảo độ cứng.
20

Kiểm tra cầu trục không vướng vào phần cột trên.

bd − bt = 1000 − 500 = 500mm > B1 + C1 = 260 + 60 = 320mm

Trong đó:

B1 = 260mm - Khoảng cách từ trục ray cầu chạy đến đầu mút cầu chạy.
C1 - Khe hở tối thiểu lấy 60mm khi sức nâng cầu trục 5 ÷ 50T .

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

IV.KÍCH THƯỚC DÀN
Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy H 0 = 2200mm , độ dốc cánh trên
L
i=1/8=0.125 như vậy chiều cao giữa giàn là: H 0 + i = 3887 mm
2
Hệ thanh bụng là loại thanh hình tam giác có thanh đứng. Khoảng mắt cánh
trên 3000mm. Bề rộng cửa trời lấy 9m (trong khoảng 0.3 – 0.5 nhịp nhà), chiều
cao cửa trời gồm một lớp kính 1.5m, bậu trên 0.2m và bậu dưới 0.8m.

V.HỆ GIẰNG
1.Hệ giằng mái

a. Hệ giằng cánh trên
b.Hệ giằng cánh dưới
c. Hệ giằng đứng
2. Hệ giằng cột

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

CHƯƠNG II : XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN
KHUNG
I.TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN

1.Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau
Cấu tạo của lớp mái

Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số
vượt tải
( daN / m 2 mái)

Tải trọng tính
toán ( daN / m 2
mái)
165
72

-Tấm Panen 1.5x6m
150
1.1
-Lớp cách nhiệt dày 12cm
60
1.2
bằng bê tong xỉ
γ = 500 (daN / m3 )
-Lớp xi măng lót 1.5cm
27
1.2
32
-Lớp chống thấm 2 giấy + 3
20
1.2
24
dầu
-Hai lớp gạch lá nem và vữa
80
1.1
88
lát
Cộng
337
381
Đổi ra phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 1/8 có cos α = 0.9922
tc
gm
= 337 / 0.9922 = 340 daN / m 2

g m = 381/ 0.9922 = 384 daN / m 2

2.Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức
g d = n × 1.2 × α d × L = 1.1× 1.2 × 0.6 × 27 = 21 ( daN / m 2 )
Trong đó: n = 1.1 – Hệ số vượt tải.
1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng.
α d = 0.6 - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 –
36m.

3.Trọng lượng kết cấu cửa trời
Có thể tính theo công thức kinh nghiệm:
tc
g ct = n × gct
= 1,1× 12 = 13.2 (da / m 2 )
tc
Ở đây lấy g ct
= 12 daN / m 2 .

4.Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời
2
- Trọng lượng cánh cửa (kính + khung) g tc
K = 35 daN / m

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

- Trọng lượng bậu trên và bậu dưới gbtc = 100 daN / m
Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là:
tc
g Kb = n × g K
× hct × B + n × gbtc × B = 1.1× 35 × 1.5 × 6 + 1.1× 100 × 6 = 1007 daN
Tải trọng g ct và g Kb chỉ tập trung ở những chân cửa trời.
Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên
mặt bằng nhà g ct′ .
g × l × B + 2 × g Kb 13.2 × 9 × 6 + 2 × 1007
′ = ct ct
g ct
=
= 16.8 daN / m 2 mặt bằng.
L× B
27 × 6
Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên dàn ngang là:

q = g = ( g m + g d + g ct′ ) ×B = (384 + 21 + 16.8) × 6 = 2531 (daN / m)

II.TẢI TRỌNG TẠM THỜI
Theo TCVN 2737 – 95, tải trọng tạm thời trên mái là:
ptc = 75 (daN / m 2 ) mặt bằng với hệ số vượt tải n p = 1.3
Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang
P = n p × ptc × B = 1.3 × 75 × 6 = 585 (daN / m)
III.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỘT

1.Do phản lực của dàn
Tải trọng thường xuyên
L
27
V = A = q × = 2531×
= 34169 (daN )
2
2
Tải trọng tạm thời
L
27
V ′ = A′ = P × = 585 ×
= 7898 (daN )
2
2

2.Do trọng lượng dầm cầu trục
Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức:
2
Gdcc = n × α dcc × ldcc
= 1.2 × 37 × 62 = 1598 ( daN )
Trong đó: ldcc = B = 6m - Nhịp cầu trục
α dcc = 37 là hệ số trọng lượng dầm cầu trục bằng 24 đến 37 với Q ≤ 75T
n = 1.2
Gdcc đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên.

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

3.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục
Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua
dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực gối
tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất.
Cầu trục 20T có áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe là:
tc
Pmax
= 23.5T
Áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cũng có thể tra bảng
cầu trục hoặc tính theo công thức:
Q+G
20 + 41
tc
tc
Pmin
=
− Pmax
=
− 23.5 = 7 T
n0
2
Trong đó:
Q – Sức trục của cầu trục
G= 41T – Trọng lượng toàn bộ cầu trục
n0 = 2 - Số bánh xe ở trên 1 cầu trục

Áp lực thẳng đứng tính toán:
Pmax = 1.2 x 23.5 = 28.2T
Pmin = 1.2 × 7 = 8.4T
Cầu trục có bề rộng Bct = 6300mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 4400
mm. Đặt bánh xe ở vị trí như hình vẽ tính được các tung độ yi của đường ảnh
hưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên
cột theo công thức:
Dmax = n × nc × Pmax × ∑ yi = 1.2 × 0.85 × 28.2 × (1 + 0.27 + 0.68) = 56.1 (T )

Dmin = n × nc × Pmin × ∑ yi = 1.2 × 0.85 × 8.4 × (1 + 0.68 + 0.27) = 16.7 (T )
Trong đó:
n = 1.2 - Hệ số vượt tải
nc = 0.85 - Hệ số tổ hợp khi hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình.

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

Các lực Dmax , Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm
đối với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng bd/2. Do đó tại vai cột có sinh ra
moment lệch tâm:
M max = Dmax × e = 56.1× 0.5 = 28.05 (Tm)
M min = Dmin × e = 16.7 × 0.5 = 8.35 (Tm)

4.Do lực hãm của xe con
Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương
chuyển động. Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm vào
cột.
Lực hãm ngang của xe con:
n
2
tc
Tng
= f × ( Q + GT ) × Txc = 0.1× (20 + 8.5) × = 0.36 (T )
nxc
4
Trong đó:
f = 0.1 – Hệ số ma sát trường hợp nóc mềm
GT = 8.5T - Trọng lượng xe con tra bảng phụ lục
nTxc = 2 - Số bánh xe được hãm của xe con.
nxc = 4 - Tổng số bánh xe của xe con.
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính:
tc
0.36
tc Tng
T1 =
=
= 0.18 (T )
n0
2
Trong đó:
n0 = 2 - Số bánh xe ở 1 bên cầu trục.
Lực hãm ngang T1tc truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm: giá
trị T cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định
Dmax và Dmin .
T = nc × n × T1tc × ∑ yi = 1.2 × 0.85 × 0.18 × (1 + 0.27 + 0.68) = 0.36 (T )

IV.TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN KHUNG
Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95. Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp
chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió. Áp lực gió tiêu chuẩn
ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực IIA (không kể kể đến ảnh hưởng của gió
bão): q0tc = 83 (daN / m 2 ) .

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

H / L = 11.6/27 = 0.43
tra bảng C1 = −0.446 ; C3 = −0.5

0
α = 7
∑ B = 2.67
L

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên đỉnh cột. Trường hợp giữa các cột
khung có các cột sườn tường với bước cột 6m. Không bố trí sườn tường với
khoảng cách B1 = 6m .
Phía đón gió: q = n × q0 × K × C × B
Phía trái gió: q′ = n × q0 × K × C ′ × B
Trong đó: n = 1.3
B = B1 = 6m - Bước cột (bước khung) khi không có sườn tường. Khi có
sườn tường B = B1 .
C – Hệ số khí động lấy theo bảng phụ lục.
K – Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao lấy cho địa hình loại
A. K = 1.199 ở 11.6; K = 1 ở 10m.
Giá trị tải trọng gió phân bố đều lên cột (với hệ số quy đổi ra phân bố đều
α = 1.04 ) là:
q = n × q0 × K × C × B1 = 1.3 × 83 × 1.199 × 0.8 × 6 × 1.04 = 645.83 ( daN / m)
q′ = n × q0 × K × C ′ × B1 = 1.3 × 83 × 1.199 × 0.5 × 0.6 × 6 × 1.04 = 242.19 ( daN / m)
Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về tập trung đặt ở
cao trình cánh dưới của dàn mái:
W = n × q0 × K × B × ∑ Ci × hi
Trong đó:
hi - Chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động Ci .
K = 1.27 ở 18.55m trong khoảng từ độ cao 11.6m đến 18.55m, dùng hệ số
trung bình của K: K = 1.234
Vậy:
W = n × q0 × K × B × ∑ Ci × hi

= 1.3 × 83 ×1.234 × 6 × (0.8 × 2.2 − 0.446 × 1.69 + 0.7 × 2.5 − 0.8 × 0.56 + 0.6 × 0.56 + 0.6 × 2.5 +
L + 0.6 ×1.69 + 0.5 × 2.2) = 4189.60 ( daN )
Phần tải trọng gió lên cột tường (diện tích F1 ) sẽ truyền vào khung dưới dạng
lực tập trung S, S ′ .

S = n × q0 × K × C × F1 = n × q0 × K × C × B1 × H

2

11.6
= 3601.72 ( daN )
2
S ′ = n × q0 × K × C ′ × F1 = n × q0 × K × C ′ × B1 × H

= 1.3 × 83 × 1.199 × 0.8 × 6 ×

= 1.3 × 83 × 1.234 × 0.6 × 6 ×

2

11.6
× 0.5 = 1390.07 ( daN )
2

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH NỘI LỰC
I.NỘI LỰC KHUNG

Thứ
tự
tải
trọn
g
1
1

2
3

4
5
6
7

8

Bỏ qua yêu cầu tính nội lực cho khung. Thay vào đó sử dụng kết quả tính toán
của sách “ Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp”- GS. Đoàn Định Kiến ( chủ
biên ) như sau :
Loại tải Hệ Cột trên
Cột dưới
trọng
số
tổ
hợp
Tiết diện B
2
Tải
trọng
thường
xuyên
Tải
trọng
Mômen
cầu trục
Mômen
cầu trục
Lực
hãm lên
Lực
hãm lên
Gió trái

Gió
phải

Tiết diện C t
M
N
7
8

Tiết diện C t
M
N
9
10

4
1

M
5

N
6

-687.5

671.0

-364.4

724.0

-236.9

1
0.9
1

-297.1
-267.4
-40.3

252.0
226.8
0

-159.4
-143.5
608.2

252.0
226.8
0

0.9

-36.3

0

547.4

0

1
0.9
1
0.9
1

-139.6
-125.6
∓52.1
∓46.9
∓88.7

0
0
0
0
0

210.7
189.6
±165.1
±148.6
±16.4

0.9
1

∓79.8
404.3

0
0

0.9

363.9

1
0.9

-419.5
-377.5

Tiết diện A
M
11

N
12

Q
13

814.0

492.1

927.0

-49.3

252.0
226.8
2839.0

210.2
169.2
294.4

252.0
226.8
2839.0

-20.8
-18.7
-101.4

2555.1

265.0

2555.1

-91.3

0
0
0
0
0

-96.4
-86.8
1165.8
1049.2
-359.3
-323.4
±165.1
±148.6
±16.4

912.0
820.8
0
0
0

430.0
387.0
±479.0
±431.1
±252.6

912.0
820.8
0
0
0

-54.8
-49.3
±44.1
±39.7
∓16.4

±14.8
75.6

0
0

±14.8
75.6

0
0

0
0

∓14.8
110.3

0

68.0

0

68.0

0

0

99.3

0
0

-54.5
-49.0

0
0

-54.5
-49.0

0
0

±227.3
1287.8
1159.0
1246.0
1121.4

0
0

-101.9
-91.7

Từ bảng trên hiệu chỉnh giảm 15% đối với tất cả các giá trị trong bảng kết quả này
NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

Thứ Loại tải
tự trọng
tải
trọn
g
1
1

2
3
4
5
6
7
8

Hệ
số
tổ
hợp

Tải
trọng
thường
xuyên
Tải
trọng
tạm
Mômen
cầu trục
(móc
Mômen
cầu trục
( móc
Lực
hãm lên
cột
Lựctrái
hãm lên
cột
Gióphải
trái
Gió
phải

Cột trên

Tiết diện B

2

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

M
5

4

Cột dưới

Tiết diện C t
M
N
7
8

N
6

Tiết diện C t
M
N
9
10

Tiết diện A
M
11

N
12

Q
13

1

-584.4

570.4

-309.7

615.4

-201.4

691.9

418.3

787.9

-41.9

1

-252.5

214.2

214.2

-81.9

214.2

187.7

214.2

-17.7

0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1

-227.3
-34.3
-30.9
-118.7
-106.8
∓44.3
∓39.9
∓75.4

192.8
0
0
0
0
0
0
0

135.49
-122.0
517.0
465.3
179.1
161.2
±140.3
±126.3
±13.9

192.8
0
0
0
0
0
0
0

-73.8
-990.9
-891.8
-305.4
-274.9
±140.3
±126.3
±13.9

192.8
2413.2
2171.8
775.2
697.7
0
0
0

143.8
250.2
225.3
365.5
329.0
±407.2
±366.4
±214.7

192.8
2413.2
2171.8
775.2
697.7
0
0
0

-15.9
-86.2
-77.6
-46.6
-41.9
±37.5
±33.7
∓13.9

0.9
1

∓67.8
343.7

0
0

±12.6
64.3

0
0

±12.6
64.3

0
0

0
0

∓12.6
93.8

0.9
1
0.9

309.3
-356.6
-320.9

0
0
0

57.8
-46.3
-41.7

0
0
0

57.8
-46.3
-41.7

0
0
0

±193.2
1094.6
-985.2
1059.1
953.2

0
0
0

84.4
-86.6
-77.9

II.TỔ HỢP TẢI TRỌNG
Tiết
diện

Bảng tổ hợp nội lực sau khi đã hiệu chỉnh giảm 15%.
Nội
Tổ hợp cơ bản 1
lực
N max , M
M+ ,N M− ,N
M+
max

B

Ct
Cd

M

-

N

1,3,5
351.0
615.4

M
N

max

1,8
-940.9

M+

-

M−

1,2
-7.7

1,2
-441.8
829.6
1,3,5

-

Tổ hợp cơ bản 2

N max , M
max , N M max , N
M+
M−

1,2
-441.8
829.6
1,3,5

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

1,3,5,7
343.1
615.4

1,2,4,6,8
-1305.4
763.1
1,2,8
-470.0
808.2
1,2,3,5,8

-

1,2,4,6,8
-1305.4
763.1
1,2,8
-470.0
808.2


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

M
N
A
M
N
Qmax

1,4,5
1190.9
1563.2
1,3,5

-1332.6
2639.3
-166.0

1,3,5
1075.7
280.6

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC
-1332.6
2639.3
-

1,2,4,5,8
2227.7
1678.4
1,2,3,5,8

-1334.9
3056.5
1,3,5,7
-708.1
2959.8
-247.52

1,2,3,5,8
2123.9
3152.6

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CỘT TRÊN
I.NHIỆM VỤ CHƯƠNG
Chọn và kiểm tra khả năng chịu lực cho cột trên ( cột đặc chữ I tổ hợp)

II. TÍNH TOÁN CỘT
1.Xác định chiều dài tính toán của cột
Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp
M, N ở tiết diện B.
M = -1305.4 kNm
Ntu = 763.1 kN
Các cặp khác có trị số nhỏ rõ ràng là không nguy hiểm bằng cặp đã chọn.

a.Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột
Khi chọn tiết diện mỗi phần cột cần kể thêm trọng lượng bản thân của cột
(hoặc đoạn cột).
Gc coi như một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột.
Gc = gc hc
Trong đó:
gc - Trọng lượng mỗi mét dài cột (hoặc đoạn cột)
N
g c = ∑ ψρ
Kf
Trong đó:
∑ N - Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi chưa kể đến trọng lượng
bản thân Gc .
Đối với cột trên: ∑ N = N tu = N max = 763.1 (kN )
Đối với cột dưới:
NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722

-1334.9
3056.5
1,2,3,5,7
-717.3
3152.6


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

+Nhánh cầu trục: ∑ N = N tu = N max = 3152.6 (kN )
+Nhánh mái: ∑ N = Ntu = N max = 3152.6 (kN )
K – Hệ số kể đến ảnh hưởng của moment làm tăng tiết diện cột.
K = ( 0.25 ÷ 0.3) đối với cột trên chọn K = 0.25

K = ( 0.4 ÷ 0.5 ) đối với cột dưới chọn K = 0.4
ψ - Hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột.
ψ = ( 1.4 ÷ 1.8 ) lấy ψ = 1.4

ρ = 7850daN / m3 trọng lượng riêng của thép.
H c - Chiều dài đoạn cột.
Đối với cột trên: H c = H t = 3.72m
Đối với cột dưới: H c = H d = 8.48m
Đối với cột trên:
N
76310
g c = ∑ ψρ =
× 1.4 × 7850 = 159.7 ( daN / m)
Kf
0.25 × 21× 106
Gc = gc .hc = 159.7 × 3.72 = 594.2 (daN )
Đối với cột dưới:
+Nhánh cầu trục:
N
315260
g c = ∑ ψρ =
× 1.4 × 7850 = 412.5 ( daN / m)
6
Kf
0.4 × 21 × 10
Gc = gc .hc = 412.5 × 8.48 = 3497.7 ( daN )
+Nhánh mái:
N
315260
g c = ∑ ψρ =
× 1.4 × 7850 = 412.5 ( daN / m)
Kf
0.4 × 21 × 106
Gc = gc .hc = 412.5 × 8.48 = 3497.7 ( daN )

b. Xác định chiều dài tính toán
Để chọn tiết diện cột dưới có thể chọn nhiều cặp tùy thuộc vào tính toán bộ phận
nào. Ở đây để xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có N lớn
nhất tức là cặp:
M = 2123.9 (kNm); N = 3152.6 (kN)
Tính các hệ số:
 J  H 
i
K = 2 =  2 ÷ d ÷ = 0.125
i1  J1  H t 
 H  J1
C1 =  t ÷
= 0.922
 H d  J 2m

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

Trong đó: m =

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

Nd
= 4.13
Nt

Từ K và C1 tra bảng được:
µ
µ1 = 1.92 ; µ2 = 1 = 2.082
C1
Vậy chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung là:
l x 2 = µ2 H t = 2.082 x3.72 = 10.49m
l x1 = µ1H d = 1.92 x8.48 = 16.28m
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung bằng
-Cột trên: l y 2 = H t − H dcc = 3.72 − 0.6 = 3.12m
-Cột dưới: l y1 = H d = 8.48m

2.Chọn tiết diện cột trên
Nội lực nguy hiểm cho cột trên là:
M = -1305.4 kNm = -130540 daNm
N = Ntu + Gc = 76310 + 594.2 = 76904.2 (daN )

a.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, với chiều cao tiết diện đã chọn
trước.
h = bt = 500mm

b.Độ lệch tâm và diện tích yêu cầu
Độ lệch tâm:
M 130540
e=
=
= 1.697 m
N 76904.2
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện η = 1.25 và diện tích yêu
cầu của tiết diện tính theo công thức:
2.8M x 

2.8 × 169.7
N η +
)
÷ 76904.2 × (1.25 +
hN
=
50
Ayc = 
= 393.79cm 2
f γc
2100 × 1

c.Chiều rộng tiết diện b và bề dày các bản t f , tw
- Bề rộng bản cánh :
H
372
b = bf ≥ t =
= 12.4cm
30 30
Chọn b = b f = 40cm
- Bề dày bảng bụng :
NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

Dựa vào các yêu cầu t w = (
→ Chọn tw = 30mm .
Bề dày bảng cánh :
1
300

= 10 (mm)
t f > .b =
30
30

t f > t w + 4 = 14 (mm)


GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

1
1
1
1
÷
) × ht = ( ÷
) × 500 = (7.14 ÷ 5) ( mm) .
70 100
70 100

→ Chọn t f = 30(mm)
Vậy diện tích tiết diện đã chọn là :
Bản bụng :
(50-3.0x2)x3.0 = 132 cm2
Bản cánh :
2x40x3.0
= 240 cm2
A = 372 cm 2

d.Kiểm tra tiết diện đã chọn
Các đặc trưng hình học của tiết diện
40 × 503 (40 − 3) × (50 − 2 × 3)3
Ix =

= 154016 (cm 4 )
12
12
2 × 3 × 403 (50 − 2 × 3) × 33
+
= 32099 (cm 4 )
12
12
I
154016
ix = x =
= 20.35cm
A
372
Iy =

iy =

Iy
A

=

32099
= 9.29cm
372

2 I x 2 × 154016
=
= 6160.64cm3
h
50
-Độ mảnh và độ mảnh quy ước của cột
l y 2 3.12 × 100
λy =
=
= 33.58
iy
9.29
Wx =

f
2100
λ y = λy
= 33.58 ×
= 1.06
;
( E = 2100000daN / cm 2 )
E
2100000
l
10.49 × 100
λx = x 2 =
= 51.55 = λmax < [ λ ] = 120
ix
20.35

λ x = λx

f
2100
= 51.55 ×
= 1.63
E
2100000

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

-Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi me
eA 169.7 × 372
m=
=
= 10.24
Wx
6160.64
Af
40 × 3
=
= 0.91
Aw 44.0 × 3
Với
λ x = 1.63 < 5

 Af
= 0.91 > 1
⇒ Tra bảng II.4 – Hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết

A
 w
5 < m = 10.24 < 20

η
diện , TCVN 338:2005 có hệ số η : η = 1.35
-Cột có An = A và me = η .m = 1.35 × 10.24 = 13.82 < 20 – Không cần kiểm tra
về bền
-Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:
Với λ x = 1.63 và me = 13.82
Tra bảng II.2 phụ lục II được hệ số ϕe = 0.101
Điều kiện ổn định:
N
76904.2
=
= 2046.85daN / cm 2 < γ c f = 2100daN / cm 2
ϕe A 0.101× 372.0

-Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:
Moment tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là moment lớn
nhất tại tiết diện ở phần 3 cột.
ht 3.72
=
= 1.24m
3
3
Moment tính toán tại tiết diện B (đỉnh cột) có trị số: M B = −130540daNm do
các tải trọng 1, 2, 4, 6, 8. Vậy moment tương ứng ở đầu kia (tiết diện C) do các tải
trọng này là:
M C = −29623daNm
2
2
M = M C + ( M B − M C ) = −29623 + × (−130540 − (−29623)) = −96901daNm
3
3
M
M
M

> max = max  B = −65270daNm; C = −14812daNm ÷ = 65270daNm
2
2
 2


M M 

M ′ = max  M ; B ; C ÷ = 96901daNm
2
2 


NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP II

GVHD: TRẦN TIẾN ĐẮC

Độ lệch tâm tương đối:
m=

M′ A
96901
372
×
=
×
= 0.076
N Wx 76904.2 6160.64

mx = m = 0.076 < 1 ;
Vậy c xác định theo công thức:
Trong đó α và β là các hệ số xác định theo bảng II.5 phụ lục II sách “Thiết kế
kết cấu thép nhà công nghiệp” của Gs.Đoàn Định Kiến (chủ biên ).
Với mx = 0.076 < 1 → α = 0.7
Và λ y = 33.58 < λc = 3.14

E
2100000
= 3.14 ×
= 99.3 có β = 1 ;
f
2100

c = β / (1 + α mx ) = 0.95
Với λ y = 1.06 < 2.5 ⇒ Tra bảng II.1 được ϕ y = 0.93
Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung:
N
76310
=
= 232.2daN / cm 2 < γ c f = 2100daN / cm 2
cϕ y A 0.98 × 0.93 × 372

-Kiểm tra ổn định cục bộ:
Với bản cánh được kiểm tra theo công thức:
b0  b0 
≤ 
t f  t f 

NGUYỄN TRUNG HẬU– LỚP: 16XD01-1647722


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×