ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

Hệ giằng mái Hệ giằng mái sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương ngang nhà tại hai gian đầu hồi hay gần đầu hồi, đầu các khối nhiệt độ và ở một số gian giữa nhà tùy thuộc chiề

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG

NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung thép nhà công nghiệp nhẹ một tầng một nhịp (nhà có 2 cầu trục hoạt động, chế độ làm việc trung bình, móc mềm) Với các thông số thiết kế như sau:

Nhịp

khung

L (m)

Bước cột

B (m)

Số bước cột

n

Sức nâng cầu trục

Q (T)

Cao trình ray

H1 (m)

Độ dốc mái

i (%) Địa điểm

Địa hình

Bình Định

C

Các dữ liệu khác: mác thép CCT34 Sử dụng phương pháp hàn tay, không bản lót, que hàn N42 Loại bulông chịu lực của kết cấu là bulông tinh Mái lợp tôn, có một hệ giằng xà gồ

1.2 THIẾT KẾ HỆ GIẰNG

1.2.1 Hệ giằng mái

Hệ giằng mái sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương ngang nhà tại hai gian đầu hồi (hay gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ở một số gian giữa nhà tùy thuộc chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bố trí không quá 5 bước cột

Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập Các thanh giằng chéo này có thể là thép tròn hay cáp thép mạ kẽm đường kính không nhỏ hơn 12

mm (khi sức trục từ 5 tấn trở xuống), thép góc (khi sức trục lớn) Ngoài ra, cần bố trí các thanh chống dọc bằng thép hình (thường là thép góc) Độ mảnh của thanh chống không được vượt quá 200

5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000

A

B

THANH CHÔ´NG, L50x5 THANH GIA`NG, ?20

Hình 1.1 Hệ giằng mái

Trường hợp nhà có cầu trục với sức nâng trên 10 tấn, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tải trọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận Nếu sức trục dưới 10 tấn thì không cần

Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (khi chịu tải trọng bình thường, cánh trên của xà là cánh nén); khi chịu tải trọng gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết với xà gồ) Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L505, điểm liên kết với xà gồ cách xà khoảng từ 680  800 mm

XA` GÔ`

SUO`N GIA CUO`NG

L 50x5

L 50x5 680~800

HÌNH 1.2.Chi tiết thanh giằng chống xiên liên kết giữa xà ngang với xà gồ

1.2.2 Hệ giằng cột

Hệ giằng cột có tác dụng đảm bảo độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột, tiếp nhận và truyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tải trọng gió lên tường đầu hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục

0.000

ÐI?NH CÔ?T

THANH GIA`NG, ?20

5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000

HÌNH 1.1 Hệ giằng cột

Hệ giằng cột thường bố trí hai lớp:

 Hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột)

 Hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai)

Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong những gian có hệ giằng mái Trường hợp nhà không có cầu trục hoặc nhà có cầu trục với sức nâng dưới 15 tấn có thể dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính không nhỏ hơn 20 mm Nếu sức trục trên

15 tấn cần dùng thép hình, thường là thép góc Độ mảnh của thanh giằng không được vượt quá 200

1.3 THIẾT KẾ XÀ GỒ

1.3.1 Xà gồ cán nóng

a Tải trọng tác dụng

Độ dốc mái: i = 12%   = 6,84o

Khoảng cách bố trí giữa hai xà gồ: a xg = 1,2 m

Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng: g c = 0,074 kN/m2

q x

 q y

q

xg

W x = 38,4 cm4; W y = 6,46 cm4; g c= 8,59 daN/m

Hoạt tải tác dụng được xác định theo TCVN 2737-1995: p c m = 0,3 kN/m2 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ:

0.074

0.074 1.1

m

c

m g

g

g







b.Sơ đồ tính

Tải trọng tác dụng lên xà gồ được phân theo hai phương:

0.601 0

c

993 0.597

x

x

y

y

kN m

kN m

kN m

kN m











y

Hình 1.4 Mặt cắt ngang xà gồ

Sơ đồ tính và biểu đồ mômen: thanh giằng xà gồ là thép tròn có  = 20 mm

qy

qyB2/8

Mx

B

qx

qxB2/32

My

B

qxB2/32

Hình 1.5 Sơ đồ tính và biểu đồ mô men của xà gồ

c Kiểm tra về cường độ

Mômen uốn theo phương x và y trong xà gồ:

0.597 6.2

0.072 6.2

t y x

t x y

q B

q B





Kiểm tra bền cho tiết diện:

1

2.87 100 0.086 100

y x

M M

:thỏa

d Kiểm tra về biến dạng

Do có hệ giằng xà gồ theo phương x nên ta chỉ xét độ võng của xà gồ theo

phương y Độ võng của xà gồ được xác định như sau:

3 6

4.38 10

c

x

q B







Kiểm tra độ võng:

200

 Thỏa

Vậy tiết diện xà gồ đã chọn thỏa mãn điều kiện về biến dạng

*Ngoài ra, cần kiểm tra xà gồ chịu tác dụng của tải trọng gió bốc Công trình đang xây dựng tại Huyền An Lão- Bình Định ( vùng II.A), áp lực gió W o 83daN m/ 2 Tải trọng gió và thành phần

y

q của tỉnh tải mái ngược chìu nhau nên tải trọng q gio´ (theo phương y của xà gồ ) tác dụng vào xà

gồ là :

cos

1.2

0.995

a

kN m





0.016( / )

c

c

m c

g

kN m







Kiểm tra độ bền xà gồ trong trường hợp này theo công thức :

' 2 2

2 2

x

q gio

c

c

M M

 Thỏa

Vậy tiết diện xà gồ đã chọn thõa mãn điều kiện về cường độ

2.1.1 Xà gồ dập nguội

Với nhịp 5 m; giá trị tải trọng (có chiều hướng vào mái) q t = 0,6 kN/m và q c = 0,52 kN/m và theo sơ đồ có một thanh giằng ở giữa, tra bảng III.2 phụ lục III chọn số hiệu thép

Z15024 làm tiết diện xà gồ.

1.4 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

1.4.1 Theo phương đứng

Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

H2 = H K + b K = 0,87 + 0,3 =1.17 (m)

trong đó:

H K = 0,87 m (tra catalo cầu trục);

b K = 0,3m (khe hở an toàn giữa dầm cầu trục và xà ngang)

 chọn: H2 = 1,2 m

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:

H = H1 + H2 + H3 =8.1 + 1,2 + 0 = 9.3 (m)

trong đó:

H1: cao trình đỉnh ray, H1 =8.1 m;

H3: coi mặt móng tại cốt ± 0.000 (H3 = 0)

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

H t = H2 + H dct + H r = 1,2 + 0,7 + 0,2 = 2.1 (m) với: H dct chọn sơ bộ bằng 0,7 m

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

H d = H – H t = 9.3 – 2.1 = 7.2 (m)

1.4.2 Theo phương ngang

Vì sức trục < 30T nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (lấy a = 0) Khoảng

cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục là:

33 25.5

3.75

K

L L

Chiều cao tiết diên cột chọn theo yêu cầu độ cứng

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung

1.4.3 Sơ đồ tính khung ngang

Do sức nâng của cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cột không đổi, với độ

cứng là I1 Vì nhịp của khung L = 33 m, nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình

nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 6.5 m Với đoạn xà 6.5 m (tiết diện thay đổi),

độ cứng ở đầu xà và cuối xà là I1 và I2 Với đoạn xà 10 m (tiết diện không đổi), độ cứng là I2

Giả thiết sơ bộ tỷ số I1/I2 = 2,8 Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột và

móng là ngàm tại mặt móng (cốt  0.000) Chiều dài dầm vai chọn sơ bộ: L dct = L1 - 0,5h = 1 – 0.50.55 = 0.725 m  chọn L dct = 0,7 m Liên kết giữa cột và xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng.Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về

an toàn

0.000

7200 9300

I1

I1

I1

I2 I2

I2

700 700

Hình 1.6 Sơ đồ tính khung ngang 1.5 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

1.5.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )

- Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm: trọng lượng của các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

- Tải trọng mái và xà gồ được truyền xuống xà ngang dưới dạng lực tập trung đặt tại đầu các xà

gồ nhưng do số lượng xà gồ nhiều nên có thể quy về tải phân bố

- Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0,15 kN/m2

1

1.1 0.15 5

0.99

- Trọng lượng kết cấu cửa mái có thể lấy khoảng 0,15 kN/m2 mặt bằng cửa mái:

1.1 0.15 5

0.99

- Trọng lượng trần treo :trần thạch cao khoảng 0,15 kN/m2

- Trọng lượng bản thân của kết cấu hệ giằng được lấy 15% trọng lượng xà ngang( chọn sơ bộ

trọng lượng bản thân xà ngang 1kN/m)

Tổng tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

- Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như mái là 0,15 kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột :

P1 1.1 0.15 9.4 5 7.755(    kN)

- Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1 kN/m Quy thành lực tập trung và mômen

lệch tâm đặt tại cao trình vai cột :

P2 1.1 1 5 5.5(   kN)

5.5kN 5.5kN

Hình 1.7 Sơ đồ tính khung khung với tĩnh tải 1.5.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái phụ thuộc vào loại mái.Với mái lợp vật liệu nhẹ như :tôn,fibroximang…trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái p  m c 0,3 kN/m2; hệ số độ tin cậy tương ứng p 1.3

- Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang:  

1.3 0.3 5



1.97kN/m

Hình 1 8 Sơ đồ tính khung khung với hoạt tải

1.5.3 Hoạt tải cầu trục

- Hoạt tải cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang của

cầu trục Các loại tải trọng này thông qua bánh xe cầu trục truyền xuống vai cột

- Theo bảng II.3 phụ lục [1], các thông số cầu trục sức nâng 6.3T như sau:

Nhịp

Lk

(m)

Ch.cao

gabarit

HK

(mm)

Khoảng cách

Zmin

(mm)

Bề rộng gabarit

BK

(mm)

Bề rộng đáy

KK

(mm)

T.lượng cầu trục G (T)

T.lượng

xe con

Gxe

(T)

Áp lực

Pmax

(kN)

Áp lực

Pmin

(kN)

- Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang, xác định như sau:

a Áp lực đứng của cầu trục

- Tải trọng 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 phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất Với khung một nhịp, nhà có hai cầu trục hoạt động, cần xét đến tải trọng của hai cầu trục đặt sát nhau

3800

0.1

0.86

Hình 1 9 Sơ đồ xác định đường ảnh hưởng

54.1kN 119.31kN

Hình 1 10 Dmax lên cột trái

119.31Kn 54.1kN

Hình 1 11 Dmax lên cột phải

b Lực hãm ngang của cầu trục

- Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

' 1

1.73 4

tc

xc

n

- Lực hãm ngang T của toàn cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm (giả thiết cách vai cột 0,7 m):

3.56Kn

Hình 1 11 Tmax lên cột trái

3.56Kn

Hình 1 11 Tmax lên cột phải

1.5.4 Tải trọng gió

- Chiều cao đỉnh mái H dm được xác định như sau:

33 9.3 0.1 10.95

dm

L

chọn H dm 11m

a gió theo phương ngang:

- Với các kích thước của nhà, tra bảng hệ số khí động ta có được các hệ số khí động như sau:

Hệ số khí động trên mặt tường đón gió:ce = 0.8

Hệ số khí động trên mặt mái đón gió:ce1 = - 0.245( gió hút ra)

Hệ số khí động trên mặt mái khuất gió:ce2 = - 0.4( gió hút ra)

Hệ số khí động trên mặt tường khuất gió: ce3 = - 0.5( gió hút ra)

Tải trọng gió phân bố trên khung được xác định như sau:

- Trên cột đón gió : Z 9.3m k 1.2118

Phía đón gió: q1 1.2 0.83 0.8 1.2118 5 1.04 5.02(      kN m/ )

- Tải trọng gió tác dụng lên mái: Z 11m k 1.192

Phía đón gió: q2 1.2 0.83 0.245 1.192 5 1.45(     kN m/ )

Phía khuất gió: q3 1.2 0.83 0.4 1.192 5 2.37(     kN m/ )

5.02kN/m

3.14kN/m

a Gió trái

3.14kN/m

5.02kN/m

b Gió phải

Hình 1.22 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió ngang nhà

b gió theo phương dọc nhà

Hệ số khí động trong trường hợp này như sau:

- Hệ số khí động trên mặt tường dọc nhà: ce4 = - 0.4( gió hút ra)

- Hệ số khí động trên mặt mái: ce5 = - 0.7( gió hút ra)

Tải trọng gió phân bố trên khung được xác định như sau :

- Trên cột : Z 9.m k1.2118

- Trên xà mái : Z 11m k 1.192

2.41kN/m

Hình 1.22 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió dọc nhà 1.6 XÁC ĐỊNH VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC

1.6.1 Chọn sơ bộ tiết diện cột và xà ngang

a Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đỗi tiết diện

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng

Theo các điều kiện cấu tạo và ổn định cục bộ chọn các kích thước tiết diện cột:

100 70

w

f

b   h  cm => chọn b f 25cm

6

2100

2.1 10

f

E

 => chọn t f 1cm

250

6

y

y

Hình 1.22 Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đỗi tiết diện

b Tiết diện cuối xà không thay đỗi tiết diện và tiết diện xà không thay đỗi tiết diện

Mômen quán tính đối với trục x của tiết diện cột

x

Theo giả thuyết ban đầu

4 1

2 2

26352.18

2.8

I

Chọn phương án thay đỗi tiết diện dầm là giảm chiều cao, nên tiết diện tại vị trí thay đỗi, các kích thước (b t t f, ,f w) chọn giống như tiết diện cột

Mômen quá tính theo trục x của tiết diện tại vị trí thay đỗi tiết diện

2

4 2

Giải phương trình trên ta thu được nghiệm: h w 25.24cm => chọn h w 26cm

250

6

y

y

Hình 1.24 Tiết diện cuối xà không thay đỗi tiết diện và tiết diện xà không thay đỗi tiết

diện

c Tiết diện dầm vai

Chiều rộng bản cánh dầm vai : b dv f 25cm

Chiều dày bản cánh dầm vai: t dv f 1cm

Chiều dày bản bụng dầm vai t w dv được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực đầu dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

0.27

20 2 1 21 1 2

   



=> chọn t w dv 0.5cm