MỤC LỤC

MỤC LỤC…………………………………………………………………….….……2

PHẦN I : TÍNH TOÁN CHUNG………………………………………….….....……3

A- CÁC KÍCH THƯỚC CHUNG……………………………………………....……3

I. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU: …………………………………………....……3

II. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG:……………………........…3

II.1. Các kích thước theo phương thẳng đứng:……………………………......…3

II.2. Các kích thước theo phương ngang:…………………………………...……3

III. LẬP MẶT BẰNG LƯỚI CỘT, BỐ TRÍ HỆ GIẰNG MÁI, CỘT:………….....…4

III.1. Lập mặt bằng lưới Cột : ………………………………………………....……4

B- TÍNH TOÁN KHUNG NGANG: ……………………………………….....….…6

I.TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KHUNG NGANG:……………………..…..……6

I.1. Tải trọng tác động lên dàn: …………………………………………..…..……6

II.2. Tải trọng tác động lên cột: …………………………………………...….……8

II.3. Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang : …………………………...………9

II. TỔ HỢP NỘI LỰC: ………………………………………………………...……11

PHẦN 2 : THIẾT KẾ CỘT…………………………………….…………...………12

I. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN: ………………………………….....……12

II. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT: ………………………………….………......……12

II.1. Xác định lực tính toán của cột: …………………………….…….....………12

II.2. Thiết kế tiết diện cột trên: ………………………………………....…...……13

II.3. Thiết kế cột dưới (ta dùng cột rỗng): ……………………………...….……16

II.3.1. Chọn tiết diện nhánh: ……………………………………………...………16

II.3.2. Xác định hệ thanh bụng: ………………………………………..…...……16

II.4. Thiết kế các chi tiết cột: ………………………………………….....…..……21

II.4.1. Nối phần cột trên và cột dưới: ………………………………….....………21

II.4.2. Tính toán dầm vai: ………………………………………………........……22

II.4.3. Tính toán chân cột: ……………………………………………….......……23

PHẦN 3 : THIẾT KẾ DÀN MÁI ……………………………………….......…..…29

I. SƠ ĐỒ VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DÀN KÈO …………......……29

II. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC: …………………………...…....……22

II.1. Tải trọng tác dụng lên dàn : ………………………………..…...….....……22

II.3. Nội lực tính toán các thanh dàn: …………………………….....…...…..…23

II.4. Tổ hợp nội lực: …………………………………………………...…....……23

III. XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN THANH DÀN: …………………………...…....……31

III.1. Tính toán thanh cánh trên : ………………………………….....…...……32

III.2. Tính toán thanh cánh dưới : …………………………………...…...……33

III.3 . Tính toán thanh xiên đầu dàn X1: …………………………….......……34

III.3. Tính toán thanh xiên X2: …………………………………….…......……34

III.4. Tính toán thanh xiên X3: ……………………………………...…....……35

III.5. Tính toán thanh xiên X4: …………………………………….…......……36

III.6. Tính toán các thanh Đứng Đ1, Đ2, Đ3 : ……………………....…..……37

IV. Tính toán chi tiết dàn: ……………………………………………....…...…38

IV.1. Tính mắt trung gian : …………………………………………….....……38

IV.2. Tính mắt 6 ở vị trí đỉnh dàn (Nút nối ở hiện trường) : ……..…...……46

IV.3. Tính mắt 7 ở vị trí giữa dàn (Nút nối ở hiện trường) : ………….....…47

IV.4. Tính mắt 8 (mắt liên kết giữa dàn và cột): ……………………...….…48

V. LỜI KẾT……………………………………………………………...………52

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : KẾT CẤU THÉP

1. Đề bài:  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:                    W_o = 65(daN/m²)

- Bước khung :                                 B = 6(m)

- Chiều dài nhà :                              17B = 17x6 = 102(m)

- Chiều cao dầm cầu trục :             H_dct = 700(mm)

- Có 2 cần trục làm việc trong xưởng ở chế độ trung bình:

+ L_k=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(g_TC = 150(daN/m²).

- Bê tông chống thấm dày 4 cm(g_o = 2500Kg/m³)

- Bê tông xỉ dày 12cm(g_o = 500Kg/m³)

- 2 lớp lát dày 1,5cm/lớp(g_o = 500Kg/m³)

- 2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp9g_o = 500Kg/m³)

- Hoạt tải mái p_c = 75daN/m²

Que hàn N46 có Rgh=1800daN/cm². Rgt=1650daN/cm².

Phương pháp hàn tay có: b_h=0,7; b_t=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:

h_dcc= 0.7m

b -  Chiều cao từ mặt ray đến đáy cầu trục.

H₂ = (H_c+f)+100

H_c: Kích thước gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con tra phụ lục VI.2<138> ta có H_c=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 ).

-> H₂=(3,7+0,4)+0,1= 4,2m

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:

H_d = H-H_tr+H₃

H₃: Chiều sâu của phần cột chôn dưới cốt mặt nền :H₃ = 0,8m

H_d = H-H_tr+h_ch= 13,7 -  5,1 + 0,8 = 9,4m

g - Chiều cao đầu dàn:

Với kích thước là dàn hình thang lấy h_đd=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN).

h- Chiều cao giữa dàn:

Chọn  h_gd=3,2m ® 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 h_tr =(1/10 ¸ 1/12) H_tr

Với H_tr: khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dưới của dàn vì kèo.

Ta chọn h_tr = 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 +(h_tr  - 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

=> l=750mm khi Q £ 75T

d -  Tính chiều dài cột dưới h_d:

h_d:Theo độ cứng ta có  h_d =(1/15 ¸ 1/20) H= (1/15 ¸ 1/20)13,7m

Theo điều kiện cấu tạo ta chọn h_d = 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.

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 hình vẽ.

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

Vậy ta lấy g_om  = 488daN/m².

i=1/12 Þtga =1/12Þcosa= 0.9965

Tính trên mặt bằng

g_m= g_om/cosa=488/0.9965 = 489,7daN/m².

b- Trọng lượng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm)

g_d = 1,1.1,2.a_d.L(daN/m²)

a_d=0,6 - 0,9 :Là hệ số kể đến trọng lượng bản thân dàn ứng với nhịp từ 24 ¸ 36m. L=24m ta chọn a_d=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.

=> g_d= 1,1.1,2.0,65.24= 20,59daN/m² mặt bằng.

d- Trọng lượng của cửa kính và bậu cửa:

- Trọng lượng cửa kính:

g_k=1,1.(35 - 40) daN/m² cửa.

Ta lấy g_k= 40 daN/m² .

- Trọng lượng của bậu cửa:

g_b=1,1.(100 - 150) daN/md của bậu cửa (trên + dưới).

Ta lấy g_b=140 daN/md .

Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải

G1=B (g_m+g_d).d/2= 6.(489,7 + 20,59).2,75/2 =  3.827,2 daN

G2 =  B (g_m+g_d).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G3 =  B (g_m+g_d).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G4 = B (g_m+g_d).d + (a.g_k + g_b  + a.g_cm).B

= 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 +  140 + 4.1,4)

= 9185+ 1594 = 10779daN

G5=B.(g_m+g_d).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=SG_i/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  P_o = 75 daN/m² với n_p =1,1.  p =1,3.p_o .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

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:

G_dcc=a_dcc.L²_dcc.1,1

Với Q=75T ta chọn a_dcc =37, L_dcc=6m.

=> G_dcc= 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  :

P^c_1max  =  35tấn = 350KN ;  P^c_2max  = 36tấn = 360KN

Q:trọng lượng vật cẩu=75T theo đầu bài Q =75T=750KN.

G:trọng lượng của toàn bộ cần trục G = G_XC + G_CT = 38  +115 = 153tấn = 1530KN

n_o:số bánh xe 1 bên ray  n_o = 4 bánh.

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:

T^c₁= (Q+G_XC).0,05/n_o.

Tra bảng cầu trục ta có G_XC =38T=380KN

T^c₁ = (750 + 380).0,05/4 = 14,125KN

Các lực ngang T^c₁ 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.n_c. T^c₁.Sy_i=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 q_o= 65daN/m².

Phía đón gió : q_d=n.q_o.k.c.B (daN/m)

Phía trái gió : q_tr=n.q_o.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)

Từ cao trình 0.00 đến cao trình 14,5m

q_đ  = n.q_o.k.c.B = 1,2.65.1.0,8.6 .1,04 =  389 daN/m.

q_h  = n.q_o.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.åC_ih_i

+ Mặt truớc:

a=90^o,có h1=2,2m®C₁= 0,8

a=3⁰ ,H/L = (2,2+14,5)/24 = 0,6985 có h2 = 0,75m® C₂= - 0,62

a=90^o,có h3= 3m®C₃=0,7

a=3⁰  có h4= 0,6m®C₄=- 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

II. 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 D_max;G_dcc(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; N_tư

+ Tổ hợp gây mômen âm lớn nhất  M^-_max; N_tư

+ Tổ hợp gây lực nén lớn nhất: N_max; 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: l_1x=m₁.H_d.

Với cột trên: l_2x =m₂.H_t.

Giá trị hệ số m₁ phụ thuộc vào tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cột

k₁=i₂/i₁=(J₂/H_t) (H_d/J₁)= (J₂/ J₁)(H_d/H_t) = (1/9).(9,4/5,1)= 0,205

Tỷ số lực nén m = N_d/N_t = 146.781/46.162 = 3,18

c₁=(H_d/H_t)[(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

-> m₂=m₁/c₁ =1,98/0,805= 2,46 <3 (thoả mãn)

-> l_1x= 1,98.9,4 = 18,61m

l_2x= 2,46.5,1 = 12,55m

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:G_c=g_c.h_c

a- Cột trên:

g_c=[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.

b- Cột dưới:

k  = 0,45, R = 2,15.10⁷daN/m², y =1,6; g = 7850daN/m³.

SN = N_tưmax = 146.781daN,  H_d=9,4m

® g_c  = [146.781/(0,45.2,15.10⁷)].1,6.7850= 190,5 daN/m

G_c = 190,5.9,4 =1791daN

Vậy ta có lực dọc tính toán cho cột dưới

N₁^tt= 146.781 + 656 + 1791 =  149.228 daN; M₁= -30.181daNm

N₂^tt= 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 b_t=0,5m(theo phần I)

- Chiều dày bản bụng : được chọn sơ bộ d_b= 0,01m = 10mm.

- Chiều rộng bản cánh:được chọn sơ bộ b_c = 0,25m =250mm.

- Chiều dày bản cánh:được chọn sơ bộ d_c = 0,016m =16mm

b- Chọn tiết diện cột:

Diện tích yêu cầu sơ bộ:

A_yc = N.[h+(2,2¸2,8)e/h]/gR

e = M/N®e  = 37.480/46.818 = 0,8m = 80cm

Ta thiết kế cột đặc tiết diện chữ H®h=1,25, g=1;R=21,5kN/cm²=21,5.10² daN/cm²; g=1;

A_yc = 46.818[1,25+2,4.80/50]/21,5.10² = 111cm².

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:

J_x = 1.46,8³/12+2.(25.1,6³/12+24,2².1,6.25) =  55.410  m⁴.

J_y = 46,8.1³/12+2.(1,6.25³/12) =  4.171   cm⁴.

Bán kính quán tính:

r_x= (J_x/A)^0,5= (55.410/126,8)^0,5 =   20,9  cm.

r_y= (J_y/A)^0,5 = (4.171/126,8)^0,5=  5,74 cm.

Mô men chống uốn:

W_x=2J_x/h = 2x55.410/50 =   2.216,40  cm³.

- Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi m₁:

m = e.A_ng/W_x = 80x126,8/2.216,40 =  4,58

A_ng:Diện tích tiết diện nguyên.

Với l_x= 1,85cm; m  = 4,58 và A_c/A_b = (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)l_x  = (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 A_thực=A_ng nên ta không cần kiểm tra điều kiện bền.

=> Theo bảng 3.3:[b_o/d_c] = (0,36+0,1. l).(E/R)^0,5

[b_o/d_c] = (0,36+0,1.1,85)(2,1.10⁶/2150)^0,5 =  17,03

Ta có : b_o/d_c= (b_c- b_b)/2d_c = (25 - 1)/(2.1,6) =  7,5  < [b_o/d_c] =17,03 ®Thoả 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 = h_d =100cm =1m

Các cặp nội lực: Nhánh  ngoài cột dưới : N₂^tt =144.852daN; M₂^tt= 82.289daNm;

Nhánh trong cột dưới :  N₁^tt  =149.228daN; M₁^tt= -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

Nhánh cầu chạy:

A_ycnh1= N_nh1/jRg = 138.222/(0,8.2150.1) =  80,36  cm².

Nhánh mái:

A_ycnh2= N_nh2/jRg = 122.268/(0,8.2150.1) =  71,09  cm².

Theo yêu cầu độ cứng bề rộng cột:

b = 40cm (tỷ số b/H_d = 40/940 = 1/23,5)

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 ® sina = 0,716207

Ta giả thiết hệ thanh giằng xiên là hệ thép góc đều cạnh L75x7 có

A_tx= 10,1 cm², r_mintx=1,48cm(=r_yo).

b- Kiểm tra thanh bụng xiên - giằng cột:

Nội lực trong thanh xiên do lực cắt thực tế chân cột là: Q = 12.490daN

N_tx= Q/2sina = 12.490/2x0,716207 = 8.719,55 daN.

Kiểm tra độ mảnh của thanh bụng xiên

l_max = s/r_mintx = 137,56/1,48 = 92,98  <[l] = 150

Tra bảng II.1 phụ lục ta có j _mintx = 0,65.

Kiểm tra : s = N_tx/j_min.A_tx.g£ 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.

-> Thanh xiên ổn định

d- Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:

Nhánh cầu chạy:    l_y1 = l_y1/r_y1 = 940/12,72 =  73,90   = l_1max

l_x1= l_nh1/r_x1= 100/4,78 = 20,92

Nhánh mái: l_y2 = l_y2/r_y2 = 940/13,57 =   69,27 = l_2max

l_x2 = l_nh2/r_x2 = 100/2,17  =   46,08

Từ l_1max = 73,90 ®Tra bảng phụ lục II-1 được j₁=0,758

y₁ = A_nh2.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

N_nh1= N₁.y₁/c+M₁/c =149.228x0,4593/0,9852 + 30.181/0,9852 = 100.204  daN

Kiểm tra ứng suất:

s = N_nh1/j₁.A_nh1£ gR

s = 100.204/0,758x93,44 = 1.415 daN/cm² £ gR = 2150daN/cm²

Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

N_nh2 = N₂.y₂/c+M₂/c = 144.852.0,5259/0,9852 + 82.289/0,9852 = 160.847  daN

l_2max = 69,27®tra bảng j₁=0,782

s = N_nh2/j₂.A_nh2 = 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.

Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:

J_x = SJ_x +Sy_i².A_nhi = J_x1+J_x2+ y₁².A_nh1+ y₂².A_nh2

= 2.133 + 466  + 93,44.49,89² + 96.48,56² = 461.547  cm⁴.

r_x = [J_x/(A_nh2+ A_nh2)]^0,5 = [461.547 /(93,44+96))]^0,5 =  49,36 cm.

e- Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:

Các cặp nội lực:

Nhánh mái :               N₂^tt = 144.852daN; M₂^tt = 82.289daNm;

Nhánh cầu chạy:      N₁^tt = 149.228daN; M₁^tt= 30.181daNm;

Cặp 1: e₁ = M₁/N₁ = 30.181/149.228 = 0,202m  = 20,2cm

độ lệch tâm tương đối  m = e₁.A.y₁/J_x = 20,2x189,44 x49,89/461.547 =  0,414

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

N_tx = 8.883daN.

Với thép CT3 dùng que hàn N-46 R_btc£ 3.450daN/cm² ta có:

R_gh=1.800daN/cm², R_gt=0,45. R_btcdaN/cm²= 0,45x3.450=1.550daN/cm².

hàn tay có b_h=0,7; b_t=1;

b_t.R_gt   = 1x1.550 =1.550 daN/cm².

b_h.R_gh  = 0,7x1.880 = 1.260 daN/cm² = (b_h. R_g)_min.

Vậy ta có chiều dài cần thiết của từng loại đường hàn để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là:

l_hs  = 0,7N_tx/h_hs.(b.R_gh) _min.g = 0,7x8.883/0,7x1.260x0,75 = 9,40 cm

l_hm  = 0,3N_tx/h_hm.(b.R_gt) _min.g = 0,3x8.883/0,6x1260x0,75 = 4,7 cm

với g=0,75

Đường hàn liên kết thanh bụng chịu lực cắt Q_qư rất bé do đó ta lấy đường hàn theo cấu tạo

h_hs = 6mm; h_hm = 5mm; l_h > 4cm;

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 :

L_o = L - h_t  = 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 (g_m+g_d).d/2= 6.(489,7 + 20,59).1,25 =  3.827,2 daN

G2 =  B (g_m+g_d).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G3 =  B (g_m+g_d).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G4 = B (g_m+g_d).d + (a.g_k + g_b  + a/2.g_cm).B

= 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 +  140 + 1,5.14)

= 9185+ 1594 = 10779daN

G5=B.(g_m+g_d+g_cm).d=6.(489,7 + 20,59+14).3 = 9185daN

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:         

M^tr_max, M^ph_tư          M^tr_min, M^ph_tư

Dựa vào bảng tổ hợp nội lực ở phần I ta chọn được giá trị mô men đầu dàn:

M^tr_min = -40.718daNm ứng với tổ hợp 1,2,4,6,8

Giá trị M ^ph_tư ứng với tổ hợp 1,2,4,6,8 (1,2,3,5,7):

M ^ph_tư = -17.570-2.880-3.381-1.224+8.293 = -16.462 daNm

Không có tổ hợp M^tr_maxdo đó ta chỉ tính với giá trị mô men M^tr_minvì 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.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 (g_m+g_d).1,25= 6.(489,7 + 20,59).1,25 =  3.827,2 daN

G2 =  B (g_m+g_d).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G3 =  B (g_m+g_d).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN

G4 = B (g_m+g_d).d + (a.g_k + g_b  + a/2.g_cm).B

= 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 +  140 + 1,5.14)

= 9185+ 1594 = 10779daN

G5=B.(g_m+g_d+g_cm).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

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 d_bm=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).

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 : l_x = l/cosa = 3/0,9965 = 3,011m

+ Ngoài mặt phẳng dàn ta có : N_T4 > N_T3

=> l_y = (0,75+0,25.N_T3/N_T4).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 = 80®tra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722

Diện tích tiết diện cần thiết là: A_ct= N_T4/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 :  r^yc_x= l_x/[l ] = 301,1/120 = 2,51cm

r^yc_y = l_y/[l] = 292,64/120 = 2,44cm

Ta chọn thép góc 2L160x90x12 có: A = 2Ag = 2.30 = 60cm².

có r_x = 5,11cm > r^yc_x=  2,51cm

có r_y = 4,16cm > r^yc_y = 2,44cm

Kiểm tra ứng suất

l_x = l_x/r_x = 301,1/5,11 = 58,92

l_y = l_y/r_y = 292,64/4,16 = 70,35

l_max = 70,35 < [l] = 120®tra bảng ta có j_min = 0,782

s = N/j_minA = 92.211/0,782x60 =1.965,28 daN/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 : l_x = a = 200,3cm

+ Ngoài mặt phẳng dàn  : l_y = l = 367,3cm.

- Lực tính toán : N_X1 = -63.165daN.

Ta giả thiết l = 80®tra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722

Diện tích tiết diện cần thiết là: A_ct= N_X1/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 :  r^yc_x= l_x/[l ] = 200,3/120 = 1,67  cm

r^yc_y = l_y/[l] = 367,3/120 = 3,06cm

Ta chọn thép góc 2L90x140x10 có:A = 2Ag = 2x22,9 = 45,8cm²

III.3. Tính toán thanh xiên  X2:

- Chiều dài tính toán của thanh xiên  :

+ Trong mặt phẳng dàn : l_x = lx0,5 = 386,3x0,5 =193,15  cm

+ Ngoài mặt phẳng dàn  : l_y = l = 386,3cm.

- Lực tính toán : N_X2 = 45.980daN.

Diện tích cần thiết : A_ct = N/g.R = 45.980/1x2.250 =  20,44 cm²

Ta chọn thép góc 2L90x7 có:A = 2Ag = 2x12,3 = 24,6cm².

III.4. Tính toán thanh xiên X3:

- Chiều dài tính toán của thanh xiên đầu dàn :

+ Trong mặt phẳng dàn : l_x = lx0,5 = 420,4x0,5 = 210,2cm

+ Ngoài mặt phẳng dàn  : l_y = l = 420,4cm.

- Lực tính toán : N_X3 = -15.659daN.

Ta giả thiết l = 80®tra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722

Diện tích tiết diện cần thiết là: A_ct= N_X3/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 : r^yc_x= l_x/[l ] = 210,2/120 = 1,75 cm

r^yc_y = l_y/[l] = 420,4/120 =  3,50 cm

Ta chọn thép góc 2L63x100x6 có:A = 2Ag = 2x9,59 = 19,18cm².

Tra bảng ta có j_min = 0,48

s  = N/j_minA = 15.659/(0,48x19,18) = 1.701 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 : l_x = lx0,8 = 268,9x0,8 =  215,12 cm

+ Ngoài mặt phẳng dàn  : l_y = l = 268,9cm.

- Lực tính toán : Đ₂ = -10.105daN

Ta giả thiết l = 80®tra bảng phụ lục II.1 ta có j=0,722

Diện tích tiết diện cần thiết là: A_ct= N_Đ2/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 :  r^yc_x= l_x/[l ] = 215,12 /120 =  1,79 cm

r^yc_y = l_y/[l] = 268,9/120 =  2,24 cm

Ta chọn thép góc 2L90x7 có:A = 2Ag = 2x12,3 = 24,6cm².

có r_x = 2,77cm  > r^yc_x     =  1,79 cm

có r_y = 4,21 cm  > r^yc_y    =  2,24 cm

s = N/j_minA = 10.105/(0,734x24,6) = 559,64 daN/cm²< gR = 2250daN/cm².

Vậy tiết diện chọn đảm bảo yêu cầu.

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:

N_s = k.X₁/2 = 0,75x63.165/2 =  23.687 daN

N_m = (1-k).x₁/2 = 0,25x63.165/2 = 7.896 daN

Chiều dài của đường hàn sống là:

l_hs=N_s/(g.h_hs.(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  :

h_s.l_s=12x170 = 2.040 mm².

Chiều dài của đường hàn mép là:

l_hm=N_m/(g.h_hm.(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 :

h_m.l_m = 8x90 = 720 mm².

* Thanh xiên X2:

- Tính đường hàn liên kết thanh xiên X₂ = 45.980daN vào bản mã:

N_s  = k.X₂/2 = 0,7x45.980/2 = 16.093 daN

N_m = (1-k).X₂/2 = 0,3x45.980/2 =  6.897 daN

* 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.

DT_s  =  kxDT/2           = 0,65x68.721/2   = 22.334daN

DT_m = (1-k)xDT/2     = 0,35x68.721/2   = 12.026 daN

b- Mắt 2:

* Thanh đứng:

- Tính đường hàn liên kết thanh đứng :

Đ₂ = -10.105daN(ghép từ 2 thép góc)

N_s   = k.Đ₂/2 = 0,7x10.105/2 = 3.537 daN

N_m  = (1-k).Đ₂/2 = 0,3x10.105/2 = 1.516 daN

Ta chọn chiều cao đường hàn sống là h_hs = 8mm

Ta chọn chiều cao đường hàn mép là h_hm = 6mm

* 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

DT_s  =  kxDT/2 = 0,65x8.316/2   =  2.703 daN

DT_m = (1-k)xDT/2 = 0,35x8.316/2   = 1.871 daN

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:

N_s = [(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

N_m=[((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

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.

DD_s  =  kxDD/2 = 0,7x44.089/2  = 15.431 daN

DD_m = (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:

N_s = [(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

N_m = [((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 h_hs = 10mm

Ta chọn chiều cao đường hàn mép là h_hm = 8mm

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   d_bg = 1,2cm

=>Diện tích quy ước : F_QƯ = 23,4x1,2 + 2x16x1,4 = 72,88cm2 .

- Tính liên kết thanh đứng vào bản mã :

Với thanh đứng Đ3 = 3.547daN

N_m = Đ₃/2 = 3.547/2 = 1.773,5 daN

Ta chọn chiều cao đường hàn mép là h_hm = 6mm

Hệ số điều kiện làm việc là g = 1

Chiều dài của đường hàn mép là:

l_hm = N_m/(g.h_hm.(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 l_hm = 6cm:

h_m.l_m = 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:

b_ghxd_gh = (12,5x2 + 1,4 + 4)x1 = 30,4x1 = 30,4cm2

=>Diện tích quy ước :

F_QƯ = 30,4x1 + 2x12,5x1,4 = 65,40 cm2 .

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 R_A là phản lực đứng ở đầu dàn và lực ngang H do mômen đầu dàn gây ra :

R_A  =   6.874 + 37.569  = 44.443daN

H₁ = M₁/h₀ = -37.480/2,2 = -17.036daN

- Liên kết thanh D1 = 48.877daN vào mắt :

N_s  = k.D₁/2 = 0,7x48.877/2       = 17.107 daN

N_m = (1-k).D₁/2 = 0,3x48.877/2 = 7.332 daN

Chiều dài của đường hàn sống là:

l_hs=N_s/(g.h_hs.(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 : l_hs= 15cm

h_s.l_s = 150x10 = 1500 mm².

Chiều dài của đường hàn mép là:

l_hm = N_m/(g.h_hm.(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:

h_m.l_m = 8x90 = 1720mm².

- Hai đường hàn liên kết bản mã vào bản sườn : chịu phản lực R_A 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:

M_e = H₁.e

Với e: là khoảng cách từ lực H₁ đến giữa chiều dài đường hàn bản mã và sườn gối.

Ta có: R_A =  44.443daN;  H_max = 17.036daN

Chọn l_h = 53 - 1 = 52cm; ta có e = 52/2 - 15 - 3,4 = 7,60 cm

=> M_e = 17.036x0,076 = 1.295 daN/m

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 R_np = P₁ + G₁ = 731,3+3.827,2 = 4.559daN.

- Tính bề dày sườn gối:

d_s  ³ R_A/(b_sxR_emd)

Trong đó:

d_s : Bề dày của sườn gối 2.

R_A: Phản lực đứng của gối tựa của dàn.

b_s: Bề rộng của sườn gối chọn b_s=230mm;

R_em : Cường độ ép mặt tỳ đầu của sườn gối 2 và gối đỡ 3 = 3.500daN/cm².

=>d_s  ³ 44.443/(23x3.500) =  0,55cm

- 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 l_bl = 9cm.

Lực kéo trong bu lông xa tâm quay nhất là:

N_blmax = H₁.z.y₁/ 2åy_i²

z = 18cm; y₁ = 18cm; y₂ =9cm

N_blmax = 17.036.18.18/2(18²+9²) =  6.814 daN/cm².

Ta có diện tích thực của bu lông:

A_th =  N_blmax/R_kbl = 6.814/4000 =   1,70 cm².

Chọn được bu lông có đường kính 20mm => A_bl = 3,14*1*1 = 3,14cm2 > A_th . Vậy thoả mãn các điều kiện về cấu tạo. Các bu lông còn chịu cắt và chịu ép mặt do lực R_pn 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.

V. LỜI KẾT

Sau khoảng thời gian tìm hiểu và thiết kế Đồ án môn học Kết cấu thép. Đến này đồ án của em đã hoàn thành nội dung và đứng tiến độ. Trong quá trình thiết kế đồ án không tránh được những thiếu sót rất mong quý thầy cô chỉ bảo thêm để đồ án em được hoàn thiện hơn../

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"