Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

Tải bản đầy đủ

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thanh xiên

151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
21
22
23
24
67
68
11
12
128
129
13
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
14
140
141
142
143
144
145
15
16

-94.64
-74.30
-47.79
-47.52
-73.24
-93.53
-64.93
-64.93
-26.30
-26.30
22.36
-38.39
-38.39
-38.28
-38.28
-31.15
-30.85
-37.78
30.55
-46.57
38.66
2.42
-37.30
30.21
-28.03
21.76
23.95
-22.55
-4.91
-5.08
-22.19
23.56
2.63
22.06
-28.35
30.51
-37.62
38.96
-46.89
30.18
-37.36

-314.87
-245.42
-157.12
-155.89
-240.16
-309.42
-222.74
-222.74
-92.80
-92.80
80.39
-128.10
-128.10
-127.71
-127.71
-101.78
-100.35
-128.45
98.82
-166.78
133.74
6.10
-126.79
84.67
-86.79
60.86
81.65
-74.39
-12.90
-15.55
-71.00
77.93
5.38
63.92
-90.16
100.37
-130.15
136.80
-170.14
98.49
-128.09

163.85
105.12
92.47
110.93
212.33
253.63
231.68
230.78
184.05
183.15
111.63
87.74
88.94
101.90
100.70
45.46
78.30
94.40
-72.08
113.95
-99.65
7.84
104.78
-91.29
95.61
-82.94
-11.70
10.66
44.29
-16.45
85.44
-93.77
-16.13
-12.51
25.19
-33.39
48.11
-54.28
71.04
-69.67
91.75

192.20
167.18
84.98
66.59
61.05
94.85
22.13
21.59
-66.02
-66.56
-169.03
68.80
69.88
55.28
54.74
66.88
31.54
61.72
-43.71
57.63
-42.06
-14.48
34.70
-21.17
11.78
-0.29
-76.01
69.25
-27.31
38.03
-4.67
5.12
12.52
-57.69
70.19
-70.22
83.94
-82.75
97.70
-47.66
55.74

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 71

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4.2 Nội lực các thanh Dàn

Loại thanh

Thanh đứng

thanh CD

Thanh CT

Nội lực tính toán (kN)

Kí hiệu thanh
7
9
83
88
92
96
100
104
108
114
115
118
162
127
53
54
57
58
59
60
61
62
79
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158

Kéo

Nén

0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
98.7
97.7
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
57.7
336.9
104.9
207.6
288.8
288.8
332.8
336.5
0.0
0.0
345.1
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0

-19.1
-19.1
-19.0
-19.0
-129.3
0.0
0.0
-153.7
-19.0
-19.0
-3.2
-13.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
-205.9
-191.3
0.0
-151.4
121.9
122.8
-298.6
-298.6
-409.5
-319.7
-204.9
-203.4
-313.4
-403.0
-287.7
-287.7

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 72

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thanh xiên

159
160
161
21
22
23
24
67
68
11
12
128
129
13
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
14
140
141
142
143
144
145
15
16

0.0
0.0
134.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
129.4
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
82.6
105.6
0.0
0.0
0.0
0.0
101.5
15.1
86.0
0.0
130.9
0.0
175.8
0.0
128.7
0.0

-119.1
-119.1
0.0
-166.5
-166.5
-166.0
-166.0
-132.9
-131.2
-166.2
129.4
-213.4
172.4
-12.1
-164.1
114.9
-114.8
0.0
0.0
-96.9
-17.8
-20.6
-93.2
0.0
0.0
0.0
-118.5
0.0
-167.8
0.0
-217.0
0.0
-165.4

Để cho đơn giản trong việc tính toán ta chọn mỗi loại thanh có độ lớn lực kéo và lực nén
lớn nhất để thiết kế cho loại thanh giàn đó. từ bảng tổ hợp nội lực ta có:
 Thanh cánh trên: Nk = +134KN và Nn = -409KN.
 Thanh cánh dưới: Nk = +345KN và Nn =-206KN.
 Thanh đứng: Nk = +98,7KN và Nn = -153KN
 Thanh xiên: Nk = +156KNvà Nn =-217 KN.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 73

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4.3 Thiết kế tiết diện các thanh giàn mái.
4.3.1 Thiết kế tiết diện thanh cánh trên.
Chiều dày bản mã được chọn thống nhất cho toàn bộ dàn, phụ thuộc vào nội lực lớn
nhất của thanh bụng. Chọn tbm = 12mm.
Chiều dài thanh giàn cánh trên l =1500mm
Thanh canh giàn liên kết qua bản mã nên:
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng giàn lx = l =1500mm
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng giàn ly = l =1500mm
Giả thiết độ mảnh của thanh giàn λgt=80. Tra bảng hệ số uốn dọc thanh chịu nén đúng
tâm ta có φ=0,698.

Diện tích tiết diện cần thiết:

cm2

Chiều cao và chiều rộng yêu cầu của tiết diện:

-

Chiều cao:

-

Chiều rộng:
Từ Act, hyc và byc Tra bảng thép hình ta chọn được tiết diện của thanh giàn cánh trên

gồm: 2 thanh L100x75x8( A=27cm2) ghép cạnh lớn, tiết diện có dạng chữ T.
Kiểm tra điều kiện ổn định của tiết diện đã chọn: Ứng suất thanh chịu nén đúng tâm

-

daN/cm2

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 74

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-

f.γc =2300.1=2300daN/cm2

( thỏa mãn điều kiện ổn định)
Kiểm tra điều kiện độ mảnh:
Bán kính quán tính của tiết diện thanh giàn, Tra bảng:
rx =2,18cm
ry =3,29cm

Tra bảng độ mảnh của thanh giới hạn

Vậy thanh cánh trên chọn 2L100x75x8 ghép cạnh lớn, tiết diện chữ T
4.3.2 Thiết kế tiết diện thanh cánh dưới.
Chiều dày bản mã chọn tbm = 12mm.
Chiều dài thanh giàn cánh dưới l =3000mm
Thanh cánh giàn liên kết qua bản mã nên:
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng giàn lx = l =3000mm
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng giàn ly = l =3000mm
Giả thiết độ mảnh của thanh giàn λ gt=80. Tra bảng hệ số uốn dọc thanh chịu nén đúng
tâm ta có φ=0,698.
Diện tích tiết diện cần thiết:
Chiều cao và chiều rộng yêu cầu của tiết diện:

-

cm2

Chiều cao:

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 75

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Chiều rộng:
Từ Act, hyc và byc Tra bảng thép hình ta chọn được tiết diện của thanh giàn cánh trên
-

gồm: 2 thanh L100x50x8( A=22,8cm2) ghép cạnh lớn, tiết diện có dạng chữ T.
Kiểm tra điều kiện ổn định của tiết diện đã chọn: Ứng suất thanh chịu nén đúng tâm

-

f.γc =2300.1=2300daN/cm

2

daN/cm2

( thỏa mãn điều kiện ổn định)
Kiểm tra điều kiện độ mảnh:
Bán kính quán tính của tiết diện thanh giàn, Tra bảng: rx =5,17cm, ry =3,19cm
Tra bảng độ mảnh của thanh giới hạn

-

-

Vậy thanh cánh trên chọn 2L100x50x8 ghép cạnh lớn, tiết diện chữ T
4.3.3 Thiết kế tiết diện thanh đứng.
Chiều dày bản mã chọn tbm = 12mm.
Chiều dài thanh đứng l =2200mm
Thanh cánh giàn liên kết qua bản mã nên:
- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng giàn l x = l =2200mm
- Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng giàn ly = l =2200mm
Giả thiết độ mảnh của thanh giàn λ gt=80. Tra bảng hệ số uốn dọc thanh chịu nén đúng
tâm ta có φ=0,698.
Diện tích tiết diện cần thiết:
cm2
Từ Act, Tra bảng thép hình ta chọn được tiết diện của thanh giàn cánh trên gồm: 2
thanh L60x50x8( A=16,4cm2) tiết diện có dạng chữ T.
 Kiểm tra điều kiện ổn định của tiết diện đã chọn: Ứng suất thanh chịu nén đúng
tâm
daN/cm2
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 76

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- f.γc =2300.1=2300daN/cm2



( thỏa mãn điều kiện ổn định)
Kiểm tra điều kiện độ mảnh:
Bán kính quán tính của tiết diện thanh giàn, Tra bảng: r x =1,84cm, ry =3,11cm
Tra bảng độ mảnh của thanh giới hạn

-

-

Vậy thanh đứng chọn 2L60x50x8 ghép cạnh nhỏ, tiết diện chữ T.
4.3.4 Thiết kế tiết diện thanh xiên.
Chiều dày bản mã chọn tbm = 12mm.
Chiều dài thanh đứng l =2800mm
Thanh cánh giàn liên kết qua bản mã nên:
- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng giàn l x = l =2800mm
- Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng giàn ly = l =2800mm
Giả thiết độ mảnh của thanh giàn λ gt=80. Tra bảng hệ số uốn dọc thanh chịu nén đúng
tâm ta có φ=0,698.
Diện tích tiết diện cần thiết:
cm2
Từ Act Tra bảng thép hình ta chọn được tiết diện của thanh giàn cánh trên gồm: 2
thanh L100x50x8( A=22,8cm2) ghép cạnh lớn, tiết diện có dạng chữ T.
 Kiểm tra điều kiện ổn định của tiết diện đã chọn: Ứng suất thanh chịu nén đúng
tâm

-



f.γc =2300.1=2300daN/cm

2

daN/cm2

( thỏa mãn điều kiện ổn định)
Kiểm tra điều kiện độ mảnh:
Bán kính quán tính của tiết diện thanh giàn, Tra bảng: r x =3,19cm, ry =5,17cm
Tra bảng độ mảnh của thanh giới hạn

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 77

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-

-

Vậy thanh cánh trên chọn 2L100x50x8 ghép cạnh nhỏ, tiết diện chữ T.

4.4 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT.
4.4.1 Liên kết thanh giàn với cột trục A và cột trục B.
4.4.1.1
. Liên kết thanh giàn cánh trên với cột trục A và cột trục B.
Hình thức liên kết: Thanh giàn cánh trên được liên kết bu lông với bản thép, bản thép
này liên kết vuông góc với bản mặt bích thông qua liên kết hàn, bản mặt bích liên kết
bulong với bản cánh cột.

- Nhóm bu lông 1 chịu lực cắt do thanh giàn gây ra
- Nhóm bu lông 2 chịu cắt và kéo do nội lực đỉnh cột gây ra.
a) Thiết kế nhóm bulong 1.

Nhóm bu lông số 1 liên kết thanh 37 với cánh cột trục A, thanh 68 với cánh cột trục B.
- Nội lực thanh 146: Nk = 109,4kN; Nn = -126,2kN.
- Nội lực thanh 161: Nk = 139,5kN; Nn = -191,3kN.
Lực gây cắt cho bulong nhom 1 N =191,3kN.
Chọn bu lông cường độ cao có cấp độ bền 8.8

Khả năng chống trượt của một bu lông cường độ cao :
Trong đó:
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 78

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ fhb =0,7fub =0,7.110=77 kN/cm2 là cường độ chịu kéo tính toán của bu long cường

độ cao trong liên kết truyền lực bằng ma sát ( thép 40Cr làm bu lông có f ub =




11000daN/cm2).
Abn là tiết diện bu lông.
γb1 = 1 hệ số điều kiện làm việc của bu lông.
μ =0,25 là hệ số ma sát của liên kết bu lông cường độ cao ( chọn trường hợp

không gia công bề mặt cấu kiện ).
 γb2 = 1,7 là hệ số tin cậy của liên kết bu lông cường độ cao.
 nf =2 là số lượng mặt ma sát của liên kết bu lông.
Chọn số bulong nhóm 1: n= 3. lực cắt tác dụng lên 1 bulog: N c =N/3 = 191,3/3 = 63kN.
Khả năng chịu cắt của 1 bulong:

Vậy chọn bu long có đường kính d =22mm.( A = 3,03cm 2).
Thiết kế nhóm bulong 2.
Nội lực đỉnh cột A
M( KN.m)

N(KN)

Q(KN)

-187.1

27.7

-52.3

M( KN.m)

N(KN)

Q(KN)

387.8

-129.5

105.4

Nội lực đỉnh cột B

Để cho đơn giản cũng như thuận tiện cho việc thi công, ta thiết kế liên kết thanh giàn
cánh trên với cột trục A và cột trục B giống nhau.
Chọn cặp nội lực để thiết kế: M = 387,9kN.m; N =--129,5kN; Q = -105,4kN.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 79

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bố trí 6 bulong nhu hình vẽ.
Chọn bu lông cường độ cao có cấp độ bền 8.8.
Theo điều kiện khả năng chịu kéo của bu lông cường độ cao.
Lực gây kéo do M và lực N tác dụng lên bu lông ở xa tâm quay nhất:

Điều kiện:
(1)
Theo điều kiện khả năng chịu cắt của bu long cường độ cao.
Lực cắt tác dụng lên một bu lông cường độ cao làm bằng thép hợp kim 40Cr

Điều kiện:
Từ (1) và (2) ta chọn đường kính bulong d = 42mm.

(2)

Thiết kế liên kết hàn giữa bản thép và bản mặt bích.
- Kích thước bản mặt bích: t =12mm; b = 125mm; h =400mm
- Bề dày bản thép t =12mm.
Tính toán chiều cao đường hàn ta được chiều cao đường hàn h =10mm.
4.4.1.2
Liên kết thanh giàn cánh dưới với cột trục A và cột trục B.
Hình thứ liên kết: tương tự như liên kết thanh giàn cánh trên với bản cánh cột

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 80

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm bu lông số 1 liên kết thanh giàn 128 với cánh cột trục A, thanh giàn 61 với
-

cánh cột trục B.
Nội lực thanh giàn 128: Nk = 107,8kN; Nn = 213,1kN.
Nội lực thanh giàn 145: Nk = 52,3kN; Nn = 217kN.

a
Thiết kế nhóm bulong 1.
Lực gây cắt cho bulong nhom 1 N =217kN.
Chọn bu lông cường độ cao có cấp độ bền 8.8

Khả năng chống trượt của một bu lông cường độ cao :
Trong đó:
 fhb =0,7fub =0,7.110=77 kN/cm2 là cường độ chịu kéo tính toán của bu long cường
độ cao trong liên kết truyền lực bằng ma sát ( thép 40Cr làm bu lông có f ub =




11000daN/cm2).
Abn là tiết diện bu lông.
γb1 = 1 hệ số điều kiện làm việc của bu lông.
μ =0,25 là hệ số ma sát của liên kết bu lông cường độ cao ( chọn trường hợp

không gia công bề mặt cấu kiện ).
 γb2 = 1,7 là hệ số tin cậy của liên kết bu lông cường độ cao.
 nf =2 là số lượng mặt ma sát của liên kết bu lông.
Chọn số bulong nhóm 1: n= 3. lực cắt tác dụng lên 1 bulog: N c =N/3 = 217/3 = 68,6kN.
Khả năng chịu cắt của 1 bulong:

Vậy chọn bu long có đường kính d =22mm.( A thbl = 3,03m2).
b

Thiết kế nhóm bulong 2: Tương tự nhu trên
- Số bulong n =8
- đường kính bulong d =42mm.
- Bố trí 4 hàng 2 cột

Thiết kế liên kết hàn giữa bản thép và bản mặt bích: tương tự như trên
Chiều cao đường hàn h =10mm.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM
LỚP XD13/A2
Trang 81