ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

- Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móngnhằm đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng.. - Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ng

o Chiều dài nhà: 102 (m) nhà có 17 bước cột.

o Phân vùng gió: II-A (Địa điểm xây dựng Thành phố Cần Thơ)

TCVN 5575 – 2012 : tiêu chuẩn về kết cấu thép

TCVN 2737 – 2012 : tiêu chuẩn về tải trọng và tác động

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

 1.

BK

(mm)

Bềrộngđáy KK

(mm)

T.lượngcầutrục G(T)

T.lượng

xe con

Gxe (T)

Áplực

Pmax

(kN)

Áplực

Pmin

(kN)

12.5 28 1140 180 5030 4200 15.38 0.833 102 37.4

1 2 Kích thước theo phương đứng :

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

H = H1 + H2 + H3 = 11 + 1.5 + 0 = 12.5 m

Trong đó:

- H1 : cao trình đỉnh ray, H1 = 11 (m)

- H3 : phần cột chôn dưới cốt nền, coi mặt móng ở cốt 0.000 (H3 = 0)

- H2 : chiều cao từ mặt trên của ray đến dưới mép xà Được tính:

H2 = Hk + Bk = 1140+300 =1440 mm ( chọn Hk= 1.5m )

Với:

+ Hk = 1140 (mm) : theo thông số cầu trục đã chọn

+ Bk = 300 (mm) : khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

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

Ht = H2 + Hdct + Hr = 1.5 + 0.7 + 0.2 = 2.4 (m)

Trong đó:

- Hdct : chiều cao dầm cầu trục,Hdct =(1/81/10)B=0.750.6 ; chọn sơ bộ Hdct = 0.7m

- Hr : chiều cao tổng cộng của ray và đệm ray, thường lấy bằng 0.2 m

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

Hd = H - Ht = 12.5 – 2.4 = 10.1 (m)

Độ dốc mái: i = 10% = 0.1 = tanα => α = 5.71°

=>Chiều cao dầm mái nhà:

Chiều cao từ chân cột tới đỉnh mái:

Hm= H+Hdm = 12.5+1.475 = 13.975 (m)

1.

3 Kích thước theo phương ngang:

- Với Q = 12.5T < 30T nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0)

- Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đếntrục ray cầu trục:

- Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu về độ cứng:

4 Sơ đồ kết cấu khung ngang:

- Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện không đổi liênkết ngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu kiến trúc và thoát nước, chọn

xà ngang có độ dốc với góc dốc i = 10 % Do tính chất làm việc của khung ngangchịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xàngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp Cấu tạo xàngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách cột biên đoạn 10m

- Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửatrời là 2m và chiều rộng cửa trời là 8m

- Do yêu cầu thiết kế nên khung có thanh căng, chọn sơ bộ tiết diện thanh căng 40 dày

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN NHÀ



-2.1 Hệ giằng:

2.1.1 Nhiệm vụ của hệ giằng

Hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quan trọng:

- Đảm bảo độ cứng không gian của nhà Ổn định hệ khung khi dựng lắp.

- Giảm bớt chiều dài tính toán của xà và cột theo phương ngoài mặt phẳng, từ đó

tăng ổn định tổng thể cho khung ngang

- Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng

nhằm đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng

Hệ giằng cột được bố trí theo hai lớp Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hảm đếnđỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai

Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột Do sức trục Q=12.5 tấn,chọn tiết diện thanh giằng làm thì thép thanh tròn Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọcnhà Cao trình đỉnh ray 8m, do đó bố trí thêm thanh chóng dọc nhà tại vị trí cao độ+4.000m Chọn tiết diện thanh chóng dọc theo độ mảnh , chọn 2C20

Mặt đứng bố trí giằng cột

2.1.2.2 Hệ giằng mái

Hệ giằng mái được bố trí ở hai giang đầu nhà và chổ có hệ thống giằng cột

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạothanh chống có độ mãnh Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện , thanh chống chọn2C20 Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên ( để giữ ổn định cho

xà chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén)

Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanhchống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên Tiếtdiện thanh chống chọn 2C20, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800mm Ngoài ra bố tríthanh chống dọc nóc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép

2.

2 Thiết kế tole:

- Chọn bước xà gồ (lấy từ 1 đến 2m)= 1 m , tức là ta có 22 cái xà gồ

2.2.1 Sơ đồ tính tấm tole

- Dầm liên tục 21 nhịp , gối đỡ là các xà gồ, nhịp l= 1 m( bằng bước xà gồ).

- Sơ bộ chọn tole dợn sóng dày 0.5 mm

2.2.2 Tải trọng lên tấm tole

- Xét tải trọng tác dụng lên tole ta lấy C=Ce1=-0.44

q1 = qc.n.K.B.C= 83x1.2x1.04x1x(-0.5)= -46 daN/m

với : K=1,04 tra bảng 5 (TCVN 2737-2012) lấy theo địa hình B

B= 100cm : bề rộng tính toán tấm tole song

C= -0.5

qc= 83 daN/m2 : áp lực gió tiêu chuần khu vực IIA ( TP Cần Thơ)

2.2.2.2 Hoạt tải mái

q2= pc.n.B= 30x1.3x1= 39 daN/m

2.2.2.3 Trọng lượng tấm tole sóng

q3= gc.n.B= (1.2xδxt).n.B= (1.2x0.0005x7850)x1.1x1= 5.18 daN/m

2.2.2.4 Tổng tải trọng tác dụng lên tole

- Tổ hợp 1: hoạt tải + tĩnh tải

=> Trong trường hợp này ta sử dụng tải trọng trong tổ hợp 2 để kiểm tra

2.2.3 Nội lực và kiểm tra tiết diện tấm tole sóng

- Nội lực:

Dùng công thức lập sẵn đối với dầm liên tục nhiều nhịp chịu tải phân bố đều, ta có:

Mmax= = 40.82 x = 3.4 daN.m

Với: q: chọn từ tổ hợp tải trọng 2: q= q(2) = 40.82 daN/m

l=1 m: nhịp tính toán của tấm tole(= bước xà gồ)

- Đặc trưng hình học của tiết diện tấm tole

Với khoảng cách xà gồ (cũng là chiều dài nhịp của tấm tole) là 1 m ta chọn chiều dàytole 0.5 mm là thõa mãn về độ bền lẫn độ võng Tuy nhiên, chọn chiều dày tole cũng cầnlưu ý về điều kiện chống rỉ của tole.

c) Trọng lượng bản thân của xà gồ là: gxg = 6.38 (daN/m).

d) Hoạt tải sửa mái: q2= pc.n.B= 30x1.3x1= 39 daN/m

1 gối đỡ giữa 2 xà gồ liên tiếp

Độ dốc mái i = 10%; nhịp L= 29.5m  góc  = 5.710 ( sin = 0.099 ; cos =

0.995).

- Nội lực xà gồ tính toán theo hai phương x-x, y-y:

-

- (daN.m)

Kiểm tra điều kiện bền

(daN/cm2) < f*c = 2100 (daN/cm2)

Với : c = 1 là hệ số điều kiện làm việc

- Kiểm tra điều kiện độ võng

Vậy chọn xà gồ trên là thỏa mãn về điều kiện bền và độ võng

đỡ tường bằng gạch xây thường dùng thép chữ

I.Vì nhà có bước khung không quá lớn B = 6

(m), dựa vào catalo sườn tường, chọn sườn

tường tiết diện chữ C có số hiệu 6CS4x0.85 có

các đặc trưng tiết diện hình học sau:

Trọng lượng bản thân sườn tường: gst = 6.38 (kg/m)

2.4.2 Tải trọng tác dụng lên sườn tường

2.4.2.1 Theo phương đứng: (theo phương trục x-x)

Dầm sườn tường chịu trọng lượng bản thân và trọng lượng tấm vách:

qtc = gtc.a + gst = (0.0005x7850)x1 + 6.38= 10.3 (kG/m)

qtt = gtc.a.ng + gst.nst = (0.0005x7850)x1x1.2 + 6.38x1.1 = 11.7 (kG/m)

Trong đó: nst = nxg = ng = 1.1

2.4.2.2 Theo phương ngang: (theo phương trục y-y)

Dầm sườn tường chịu tải trọng gió:

qtc

y = Wo.k.C.a = 83x1.04x0.8x1 =69.1 (kG/m)

qtt = Wo.k.C.a.n = 83x1.04x0.8x1x1.2 =82.9 (kG/m)

Trong đó:

W0=83: áp lực gió vùng IIA (TP Cần Thơ)

K=1.04: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

Ce= 0.8: Hệ số khí động, chọn trường hợp nguy hiểm nhất đầu hồi đón gió

n = 1.2: Hệ số vượt tải

X

X

YY

2.4.3 Tính toán

- Thanh dầm sườn tường được tính toán như một dầm đơn giản nhận cột làm gối đỡ

- Nội lực dầm sườn tường tính toán theo hai phương x-x; y-y:

2 211.16 6

2.4.4 Kiểm tra tiết diện sườn tường

- Kiểm tra điều kiện bền

Wx = 43.732(cm3);

Wy = 17.42 (cm3);

5022 44496

1305.7617.42 43.732

Với : c = 1 là hệ số điều kiện làm việc

=> Dầm sườn tường thỏa điều kiện bền

- Kiểm tra điều kiện độ võng

0.716

Vậy chọn tiết diện sườn tường đã chọn đạt yêu cầu

CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

-™&˜ -3.1 T ĩnh tải :

- Độ dốc mái i = 10%  góc  = 5.710( sin = 0.099 ; cos = 0.995)

*Tải trọng bản thân: chương trình sap sẽ tự tính toán khi ta khai báo tiết diện cột và xà

ngang, n=1.05

- Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm: trọng lượng của các lớpmái, trọng lượng bản thân xà gồ, sườn tường, trọng lượng bản thân khung ngang, cácthanh giằng cột và dầm cầu trục

- Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang: Trọng lượng bản thân tấm lợp ( tole vàlớp cách nhiệt ) và xà gồ mái được tính trên 1(m) dài như sau ( không kể đến trọng lượngbản thân xà ngang):

- Trọng lượng bản thân hệ sườn tường quy thành tải tập trung tại đỉnh cột biên ( baogồm 11 dầm và tole):

- Trọng lượng bản thân của thanh giằng cột và thanh giằng đầu cột quy thành tải tậptrung tại đỉnh cột biên :

- Trọng lượng bản thân của thanh giằng đầu cột cửa trời quy thành tải tập trung tạiđỉnh cột:

2 H oạt tải mái :

Theo TCVN 2737:2012, trị số của họat tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tole) là 30(daN/m2), hệ số vượt tải là 1.3

Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang :

Hoạt tải mái 2 (HT2) (daN.m.C)

Hoạt tải mái 3 (HT3) (daN.m.C)

3 H oạt tải cầu trục :

Theo bảng số liệu cầu trục 16 (T) với chế độ làm việc trung bình:

BK

(mm)

Bềrộngđáy KK

(mm)

T.lượngcầutrục G(T)

T.lượng

xe con

Gxe (T)

Áplực

Pmax

(kN)

Áplực

xe cầu trục lên cột:

Với: Σyi = 1 + 0.3 + 0.862 + 0.162 = 2.324

Trong đó:

- : hệ số vượt tải của họat tải cầu trục =1.1

- : hệ số tổ hợp, lấy bằng 0.85 khi xét tải trọng do hai cầu trục làm việc ở chế độtrung bình

- Pmax: áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray

- Pmin: áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ở phía cột bênkia

- yi: tung độ đường ảnh hưởng

Các lực Dmax và Dmin sẽ thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽlệch tâm so với trục cột là : e = - 0.5h = 0.75 – 0.5x0.75 = 0.375 (m)

Trị số của momen lệch tâm tương ứng:

Dmax – Dmin) (HT4) (daN.m.C)

(Dmin – Dmax) (HT5) (daN.m.C)

3.3.2 Lực hãm của cầu trục:

Khi cầu trục hoạt động còn chịu lực quán tính phát sinh ra lực tác dụng ngang nhà theophương chuyển động do xe con hãm, qua các bánh xe cầu trục sẽ truyền lên dầm hãm vàocột bằng phản lực tựa như của dầm hãm

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

Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm (giả thiếtcách vai cột 0.7 m):

= 0.73(T) = 730(daN)

Trong đó:

: hệ số vượt tải, =1.1

nc :hệ số tổ hợp lấy là 0.85

kf :hệ số ma sát, lấy là 0.1 với cầu trục có móc mềm, lấy 0.2 với móc cứng

(Lực hãm ngang của cầu trục hướng vào của cột trái) (HT6) (daN.m.C)

(Lực hãm ngang của cầu trục hướng ra của cột trái) (HT7) (daN.m.C)

(Lực hãm ngang của cầu trục hướng ra của cột phải) (HT10)(daN.m.C)

(Lực hãm ngang của cầu trục hướng vào của cột phải)(HT11)(daN.m.C)

3.

4 T ải trọng gió :

- Gồm hai thành phần: gió tác dụng lên cột và gió tác dụng trên mái

- TP Cần Thơ thuộc khu vực IIA có áp lực gió tiêu chuẩn W0 = 83 (kG/m2), hệ số vượttải là 1.2.

Chiều cao của đỉnh mái: 12.5+=14 m

Chiều cao của đỉnh cột cửa mái: 12.5 +2=15.57 m

+Đối với cột cửa mái có cao trình đỉnh h= 15.57m => K =1.24

+Đối với cửa mái có cao trình đỉnh h= 16m => K =1.249

3.4.1 Tải trọng gió tác động lên cột:

- Phía đón gió:

- Phía khuất gió:

3.4.2 Tải trọng gió tác động lên mái:

- Phía đón gió:

- Phía khuất gió:

(Hoạt tải gió trái sang)(GT)(daN.m.C)

CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG



-4.

1 Chọn sơ bộ tiết diện cột và xà ngang:

4.1.1 Chọn sơ bộ tiết diện cột:

Chiều cao tiết diện cột được chọn theo yêu cầu về độ cứng:

4.1.2 Chọn tiết diện xà ngang:

- Đầu đoạn xà và cuối đoạn xà (thay đổi tiết diện): ta chọn tiết diện dầu đoạn xà bằng với tiết diện cột Chọn =500 mm, = 200 mm = 8mm, = 10mm

- Thông thường theo sơ đồ kết cấu cuối đoạn xà có momen nhỏ hơn đầu đoạn xà nên

để tiết kiệm ta giảm tiết diện đoạn xà 2

Chọn = 200 mm = 8mm, = 10mm

Tiết diện như hình vẽ:

- Theo yêu cầu kiến trúc và chiếu sáng ta chọn cửa mái chạy suốt chiều dài nhà trừ

2 khoang đầu hồi với các thông số như sau:

Bề rộng cửa mái : Lcm=8m

Chiều cao ô cửa:2m

+ Độ dốc mái cửa trời lấy bằng độ dốc mái i=10%.

4.2.2 Tiết diện cửa trời:

Do cửa trời chỉ có tác dụng thông gió và lấy sáng chịu tải trọng ít hơn cột và xà ngang nên ta chọn tiết diện nhỏ hơn cột và xà ngang

Chọn sơ bộ: thép hình I200, tham khảo thép hình I20 trên thị trường ta có các thông sốkích thước sau:

I200x100x5.5x8 ( Công ty mạnh tiến phát Steel)

4.

3 Tổ hợp nội lực:

Sau khi tính khung với từng loại tải trọng cần tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểmnhất tại các tiết diện đặc trưng Khi tiến hành tổ hợp nội lực cần tuân thủ một số nguyêntắc cơ bản sau:

- Nội lực do tĩnh tải cần kể đến trong mọi trường hợp

- Không được xét đồng thời nội lực do Dmax và Dmin ở cùng một phía cột

- Nếu kể đến nội lực do lực hãm ngang T thì phải kể nội lực đứng Dmax, Dmin.Ngược lại, có thể nội lực do áp lực đứng Dmax, Dmin, mà không cần kể nội lực do lực hãmngang T

- Nội lực do áp lực đứng Dmax xét ở phía cột nào thì nội lực do lực hãm ngang Tphải kể đến ở phía cột đó

- Tại một tiết diện đặc trưng cần tìm 3 cặp nội lực sau:M+

2 HT1 (Hoạt tải chất đầy mái).

3 HT2 (Hoạt tải mái nữa trái).

4 HT3 (Hoạt tải mái nữa phải ).

5 HT4 (Dmax – Dmin)

6 HT5 (Dmin – Dmax)

7 HT6 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng ra cột trái)

8 HT7 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng vào cột trái)

9 HT8 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng ra của cột phải)

10 HT9 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng vào của cột phải )

11 GT (Gió trái).

12 GP (Gió phải).

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)

HT1 (Hoạt tải chất đầy mái)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)

HT2 (Hoạt tải chất đầy nữa trái)

Moment M (daN.m)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)HT3 (Hoạt tải chất nửa phải)

Moment M (daN.m)Lực cắt V (daN)Lực dọc N (daN)

HT4 (Dmax – Dmin)

Moment M (daN.m)Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)

HT5 ( Dmin – Dmax)

Moment M (daN.m)Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)HT6 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng vào cột trái )

Moment M (daN.m)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)HT7 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng ra cột trái )

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)HT8 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng ra của cột phải )

Moment M (daN.m)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)HT9 (Lực hãm ngang của cầu trục hướng vào của cột phải )

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)

GT (Gió trái)

Moment M (daN.m)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)

GP (Gió phải)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)Biểu đồ BAO

Moment M (daN.m)

Lực cắt V (daN)

Lực dọc N (daN)

Theo TCXDVN 338-2005, với khung một nhịp có liên kết giữa cột với xà ngang

là ngàm, và liên kết giữa cột khung với móng là liên kết ngàm, hệ số µ xác định như sau:

Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức:

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằngkhoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầmcầu trục, giằng cột, xà ngang ) Khoảng cách bố trí giằng cột

Đây là cặp nội lực tại dưới chân cột biên, trong tổ hợp do combo 6 gây ra

Chiều cao tiết diên cột chọn theo yêu cầu độ cứng:

Tiết diện cột biên

Tiết diện cột chọn như hình vẽ:

+ Bản cánh: (1× 25) cm

+ Bản bụng: (1×55) cm

5.1.2.2 Kiểm tra tiết diện cột biên:

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: