ĐỒ ÁN THÉP 2 NHÀ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD Ths TRẦN TIẾN ĐẮC ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD Ths TRẦN TIẾN ĐẮC SVTH VÕ NGỌC THẮNG 1814111 1 CHƯƠNG I CÁC BỘ PHẬN CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP I) SỐ LIỆU ĐỀ BÀI 1 Kích thước kh.

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 1

CHƯƠNG I: CÁC BỘ PHẬN CỦA KẾT CẤU THÉP

NHÀ CÔNG NGHIỆP

I) SỐ LIỆU ĐỀ BÀI

1 Kích thước khung nhà công nghiệp:

Hình 0: Chi tiết vai cột

Dàn vì kèo có chiều cao đầu dàn H0 = 2200 mm

Độ dốc thanh cánh trên i= 1/6 (nếu dùng xà gồ đỡ mái tole)

Khoảng cách giữa các xà gồ thép hình chữ C cán nóng (khi chiếu lên mặt bằng) là 1.5m Chiều sâu chôn cột bên dưới cốt nền H3 = - 600mm

Bước cột B = 6m Số bước cột n = 10

Bu lông neo lấy với cấp độ bền 4.6 Bu lông liên kết các cấu kiện lấy với cấp độ bền 8.8

Sử dụng thép CCT34 Hệ số độ tin cậy của vật liệu M = 1.05; Hệ số điều kiện làm việc M = 0.90 Cột trong khung là cột bậc bao gồm hai đoạn Cột trên tiết diện đặc chữ I tổ hợp tiếp nhận tải trọng của dàn vì kèo Cột dưới là cột rỗng hai nhánh thanh giằng Nhánh ngoài của cột dưới được gọi là nhánh mái nhánh trong của cột dưới được gọi là nhánh cầu trục

Sử dụng xà gồ tiết diện hình chữ C cán nóng đỡ mái tole

Áp lực bánh

xe lên ray (T)

Trượng lượng (T)

con

Cầu trục

II ) KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG

- khoảng hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo: c = 100 mm

- độ võng của kết cấu mái f = L 27000

108

250 = 250 =

• H2 kích thước từ mặt ray đến đáy kết cấu chịu lực (cánh dưới của dàn)

• Hdct chiều cao dầm cầu trục

• Hr chiều cao ray và đệm chọn theo catalogue thép ray

Chọn Hdcc = 680mm; Hr = 120 mm (ray KP – 70) Ta có chiều cao cột trên như sau:

 Htr = 3000 + 680 + 120 = 3800 (mm) 3) Chiều cao phần cột dưới tính từ bản đế chân cột đến chỗ đổi tiết diện:

Hd = H- H1 + H3 = 12600- 3800+600= 9400 mm

III) KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG

1.1 Chiều cao tiết diện cột trên

Do yêu cầu về độ cứng nên lấy vào khoảng 1/10 đến 1/11 chiều cao phần cột trên Htr

1.2 Chiều cao tiết diện cột dưới

Để cho cầu trục khi chuyển động không cham vào cột thì khoảng cách  từ trục ray đến trục định

Như vậy giá trị chiều cao tiết diện cột dưới đạt yêu cầu

IV) Kích thước dàn mái và cửa mái

Chiều cao đầu dàn cửa trời lấy theo chiều cao đầu dàn H0 = 2200mm

Chiều dài cửa mái thường lấy từ 1/3 đến 1/2 chiều dài nhịp

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 5

Hình 1: Sơ đồ khung nhà thép công nghiệp ( sai )

V) HỆ GIẰNG

1 Hệ giằng mái

a) Giằng trong mặt phẳng cánh trên

Hệ giằng bao gồm các thanh chéo hình 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 bố

trí ở hai đầu khối nhiệt độ các thanh còn lại được liên kết vào các khối cứng bằng xà gồ hay

sườn của tấm mái

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 6

Mặt bằng bố trí hệ giằng như hình vẽ H2:

Hình 2 a) Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt ở vị trí có giằng cánh trên nghĩa là ở hai đầu khối nhiệt độ và ở khoảng giữa Nó cùng với giằng cánh trên tạo nên miếng cứng không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi chịu tải trọng gió thổi lên tường hồi

6000

Hình 3:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 7

c) Hệ giằng đứng

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng có tác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi dựng lắp Theo phương dọc nhà chúng được đặt tại những giằng có giằng nằm ở cánh trên và cánh dưới

d) Hệ giằng ở cột

Hệ giằng của cột đảm bảo sự bất biến hình học và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc chịu tác dụng của tải trọng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột Các thanh giằng cột được bố trí suốt chiều cao của gai cột đĩa cứng: trong phạm vi đầu dàn- chính là hệ giằng đứng của mái; lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa dưới của dàn vì kèo lớp dưới bên dưới dầm cầu trục cho đến chân cột Các thanh giằng lớp trên được đặt trong mặt phẳng trục cột các thanh giằng lớp dưới đặt trong

2 mặt phẳng của hai nhánh

HÌNH 5

Hình 4

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 8

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

I) Tải trọng tác dụng lên khung ngang

b) Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng

Theo công thức kinh nghiệm :

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 9

 gdtt = 29.16 × 1.2= 34.992 daN/m2 mặt bằng

c) Trọng lược kết cấu cửa trời

- Theo công thức tiên nghiệm gcttc = αct × Lct

Để tính chính xác hơn tải trọng nút dàn ta có thể dùng trị số từ 12 – 18 daN/m2

Ta chọn gc ct = 18 daN/m 2 mặt bằng nhà

Giá trị tính toán của trọng lượng kết cấu cửa trời:

gct = γ × gctc = 1.2 × 18 = 21.6 daN/m2 d) Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời

Các tải trọng này tập trung ở chân cửa trời phân bố đều dọc theo chiều dài của mặt bằng nhà tính

từ khung 2 đến khung thứ 10

Trọng lượng của bậu cửa: Gbcc = 150× 6= 900 daN

Trọng lượng cánh cửa kính cao 1.2m: Gckc = 40 × 1.2 × 6 = 288 daN

Tổng trọng lượng bậu và cửa kính:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 10

 tải trọng phân bố đều trên dàn :

+ Tải trọng thường xuyên

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 11

Gdct = αdct × Ldct2 = 30× 62 = 1080 daN = 10.8 kN

c) Do áp lực đứng của bánh xe lên cầu trục

Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung vào vai cột Tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục hoạt động trong một nhịp bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó

Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vật nặng ở vào vị trí sát nhất với cột phía đó Khi đó phía ra bên kia sẽ có áp lực nhỏ nhất

Áp lực nhỏ nhất của một bánh xe tác dụng lên ray được xác định dựa trên giá trị áp lực lớn nhất như sau:

Pminc = Q + G

no − Pmax

c

Trong đó:

• Q là trọng lượng vật cẩu nặng nhất (sức trục của cầu trục)

• G là trọng lượng toàn bộ cầu trục

Dmin = n × nc × ∑ Pminc × yiTrong đó:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 12

• n là hệ số vượt tải n = 1.1

• nc là hệ số tổ hợp

• Pmaxc

Pminc lần lượt là áp lực tiêu chuẩn lớn nhất nhỏ nhất của bánh xe

• yi là tung độ của đường ảnh hưởng

Từ các kích thước tra theo catalogue cầu trục Bc = 6300mm; K = 5100 mm

Ta có sơ đồ sau đây:

Từ sơ đồ tung độ đường ảnh hưởng tại gối giữa ta có:

∑ yi = y1 + y2 + y3 = 1 + 0.8 + 0.15 = 1.95

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 13

Tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc trung bình ta có nc = 0.85

Như vậy áp lực của cầu trục lên cột do các lực Pmaxc Pminc có giá trị như sau:

- Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển về thành phân bố trên cột khung

- Gió trong phạm vi mái từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thành tập trung nằm ngang đặt ở cao trình cánh dưới vì kèo

Tiêu chuẩn TCVN 2737- 2006 quy định áp lực gió qo (daN/m2) cho bốn vùng khác nhau của nước ta trị

số q0 coi như không đổi trong khoảng độ cao dưới 10 m

• c c’ lần lượt là hệ số khí động phía đón gió và trái gió

• k hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

Trong phạm vi mái hệ số k có thể lấy không đổi là trung bình cộng của giá trị ứng với cao độ đáy

vì kèo và giá trị ở đỉnh mái Lực tập trung nằm ngang của W của gió mái tính bằng công thức:

W = n × Wo × ktb × B ∑ cihi

Trong đó:

• hi là chiều cao từng đoạn có các hệ số khí động ci

Công trình đặt tại địa điểm huyện Côn Đảo vùng áp lực gió IIIA địa hình A dựa vào bảng 4 – Giá trị

áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam – TCVN 2737:2006 ta xác định được

áp lực gió tiêu chuẩn Wo = 125 (daN/m2) Đối với vùng ảnh hưởng của bão được đáng giá là yếu (phụ lục D – TCVN 2737:2006) giá trị của áp lực gió Wo được giảm đi 15 daN/m2 đối với vùng IIIA

 Wo = 125-15 = 110 daN/m2 = 1.1 kN/m2

 Với cao trình đáy vì kèo là 12.6m địa hình A Ta có k1 = 1.2472

 Với cao trình đỉnh mái 19.25m Ta có k2 = 1.368

 Lực phân bố tác dụng lên cột:

 Phía đón gió : q = 1.2 × 1.1 × 1.3076 × 0.8 × 6 = 7.902 kN/m

 Phía trái gió : q’ = 1.1 × 1.1 × 1.3076 × (-0.51407) × 6 = -5.4035 kN/m

- Lực tập trung W ở cánh dưới vì kèo:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 15

W=1.2 1.1 6 1.1886 (0.8 2.2 1.5 0.594     −  +0.7 2.2 −0.8 0.75) 18.73 = kN

W' 1.2 1.1 6 1.3076 ( 0.547 2.2 1.5 0.5 0.6 2.2=     −  −  −  −0.447 0.75) =−37.37 kN

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 16

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

II NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG

Xét điều kiện sau:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 17

• r11 là phản lực tại liên kết nút trên do chuyển vị = 1 gây ra trong hệ cơ bản

• r1P là phản lực tại liên kết nút trên do tải trọng ngoài gây ra

Ta xác định các trị số của công thức để sử dụng:

µ = Jcd

Jct − 1 = 7  = Ht

Sơ đồ tải do tĩnh tải tác dung lên khung như hình dưới đây:

Lực dọc trong cột trên của khung:

Biểu đồ đơn vị M̅̅̅̅ do φ = 1 gây ra trên hệ cơ bản: 1

kNm Dựa vào bảng tra ta xác định được phản lực do moment lệch tâm Me gây ra:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 21

RB = −6 × (1 − α) × [B − A × (1 + α)]

MeH

= −6 × (1 - 0.288) × [1.58 − 3.015 × (1 + 0.288)]

( − 19.32)13.2 = − 2.19kN

Nội lực trong cột do moment lệch tâm Me gây ra:

• Moment ở đầu cột trên:

Ta có được biểu đồ nội lực do tĩnh tải gây ra bằng cách cộng hai biểu đồ của hai bài toán

Moment cuối cùng do tĩnh tải gây ra:

Biểu đồ moment do tĩnh tải (kNm)

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 22

2.2 Nội lực do hoạt tải

Biểu đồ nội lực do hoạt tải được xác định tương tự như tĩnh tải Biểu đồ moment trong trường hợp hoạt tải được suy ra từ biểu đồ moment trong trường hợp tĩnh tải bằng cách nhân các tung độ của biểu đồ moment trong trường hợp tĩnh tải với tỷ số:

p

g =

2.345.73 = 0.41

MB = -50.37 ×0.41= -20.59kNm

MT = -27.48 ×0.41 = -11.23 kNm

MTD = -8.15×0.41= -3.33 kNm

MA = 48.47 ×0.41 = 19.81 kNm

Ta có được biểu đồ moment do hoạt tải gây ra như sau:

2.2 Nội lực do áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

Dmax Dmin đặt tại nhánh trong của cột dưới (tức nhánh cầu trục) khi đưa về trục cột dưới sẽ xuất hiện M lệch tâm đặt tại vai cột

Khung đươc tính đồng thời với các momen MMAX MMIN đặt ở hai cột đỡ cầu trục

Ta tách thành hai bài toán như sau:

19.81

20.59

11.23 3.33

- Phản lực ở đầu cột trái do chuyển vị Δ = 1 gây ra Dùng công thức của bảng tra

EJcd13.22 = 0.00826EJcd

EJcd13.22 = − 0.0024EJcd Moment tại các tiết diện ở cột trái:

M̅Btr = M̅B = 0.00826EJcd

M̅Ctr = M̅B + R̅B × Ht = 0.00826EJcd – 0.0024EJcd × 3.8 = –0.0008EJcd

M̅Atr = M̅B + R̅B × H = 0.00826EJcd – 0.0024EJcd × 13.2 = –0.0233EJcd

Ở cột phải moment ở các tiết diện lấy ngược dấu với cột trái:

Vẽ biểu đồ momen do Mmax Mmin trong hệ cơ bản có thể dùng kết quả đã tính với Me nhân với

hệ số tỷ lệ Mmax/ Me Mmin/ Me

R R

−

- Nhân biểu đồ moment đơn vị với giá trị này rồi cộng thêm với bieeri đồ moment trong hệ

cơ bản do M MAX.MIN gây ra :

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 26

2.4 Nội lực do lực hãm của xe con

Lưc hãm T đặt tại cao trình của dầm hãm của một trong hai cây cột đỡ cầu trục Chiều lực hướng sang phải hoặc trái do đó nội lực khung luôn có dấu âm hoặc dương

Ở đây ta xét cột trái chịu tác dụng lực hướng từ trái sang phải

Trình tự tính toán giống như tính Mmax Mmin

Moment do chuyển vị Δ=1 gây ra:

EJcd13.22 = 0.00826EJcd

EJcd13.22 = − 0.0024EJcd

- Moment tại các tiết diện ở cột trái:

226.08

147.88

Biểu đồ moment do áp lực cầu trục (kNm) 10.54

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 27

M̅Atr = M̅B + R̅B × H = 0.00826EJcd – 0.0024EJcd × 13.2 = –0.0233EJcd

Phản lực liên kết thêm : r11 = 2R̅̅̅̅B = –0.0048EJcd

- Moment tại các tiết diện ở cột phải:

R R

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 29

2.3 Nội lực do tải trọng gió

Do tính đối xứng nên ta chỉ xét trường hợp gió tác dụng lên cột trái hướng thổi từ trái sang phải

Các phản lực trong cột do chuyển vị ngang Δ = 1 gây ra được xác định như khi tính nội lực

do áp lực đứng của cầu trục gây ra Ta có:

M̅Ctr = M̅B + R̅B × Ht = 0.00826EJcd – 0.00239EJcd × 3.8= –0.00082EJcd

M̅Atr = M̅B + R̅B × H = 0.00826EJcd – 0.00239EJcd × 13.2 = –0.02327EJcd

106.74

14.96

22.94 0.21

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 30

Ta có biểu đồ M̅1 cũng giống như trong trường hợp nội lực do Dmax Dmin gây ra:

Biểu đồ MP0 do tải trọng gió q phân bố đều lên cột trái

Phản lực tại đầu cột trái do tải trọng gió q phân bố đều gây ra

Ta có biểu đồ MP0 như sau:

Biểu đồ moment cuối cùng ở cột trái:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 34

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỘT 3.1 Xác định chiều dài tính toán của cột

Trong khung nhà cột liên kết với móng ở đầu dưới và với rường ngang( dàn hoặc dầm)

ở đầu trên Các liên kết này là các liên kết cứng ( giả thiết)

3.1.1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung

Với cột có tiết diện không đổi đầu trên liên kết ngàm đàn hồi với xà ngang đầu dưới liê  n kết với móng theo sơ đồ khác nha chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột lox lấy như sau

Lx= l

- Trong đó:

l: Chiều dài hình học tính từ mặt móng đến mép dưới xà ngang

 : Hệ số quy đổi chiều dài tính toán phụ thuộc sơ đồ liên kết 2 đầu cột

3.1.2 Chiều dài tính ngoài mặt phẳng khung

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung của cột lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định cột không cho cột chuyển vị theo phương ngoài mặt phẳng khung Đối với phần cột dưới đó

là khoảng cách từ bản đế chân cột (mặt trên móng) đến chỗ tựa của dầm cầu trục (mép trên vai cột):

l1y = Hd = 9.4m

Đối với phần cột trên thì chiều dài tính toán chính là khoảng cách từ mặt trên dầm hãm đến hệ giằng dọc cánh dưới của dàn

l2y = Htr – Hdct = 3.8– 0.68= 3.12 m

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 35

3.2 Thiết kế tiết diện cột

3.2.1 Nội lực tính toán:

- Nội lực tính toán được lấy từ bảng tổ hợp nội lực

- Ở tiết diện cột trên cặp lực nguy hiểm nhất là cặp có giá trị moment lớn nhất và

lực dọc tương ứng : Mt = - 306.93 kNm; Ntu= 105.72 kN

- Ở tiết diện cột duới tiết diện không đối xứng do đó cần xác định cặp nội lực nguy hiểm ở mỗi nhánh cột cặp lực nguy hiểm nhất là cặp có giá trị moment lớn nhất :

0.9 × 21[1,25 + 2,2

306.93 × 100

50 × 105.72] = 78.5 cm2

Các đặc trưng hình học của tiết diện vừa chọn:

Moment quán tính theo phương x:

rx =√Jx

A = √

83531.163174.8 = 21.86 cm

ry =√Jy

A = √

17070.567174.8 = 9.88 cm

Moment chống uốn theo phương x:

λy = l2y

ry =

3.12 × 1009.88 = 35.57

Độ mảnh quy ước:

λ̅x = λx × √f

E = 52.15 × √

2121×103 = 1.65

λ̅y = λy × √f

E = 35.57 × √

2121×103 = 1.1

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 38

3.2.2.2 Kiểm tra tiết diện

Trọng lượng bản thân của cột sau khi chọn tiết diện:

Bán kính lõi của tiết diện:

ρx = Wx

A =

3341.25174.8 = 19.12cm

Độ lệch tâm tương đối:

mx = ex

ρx =

27719.12 = 14.47

Xét tỷ số giữa diện tích bản cánh và bản bụng của tiết diện:

η = 1,4 − 0.02λ̅x = 1,4 − 0,02 ×1.65 = 1,36

Từ đó, ta có độ lệch tâm tính đổi như sau:

me = η × mx = 1,36 × 14.47= 19.7

Xét thấy me = 16.59 < 20 nên không cần phải kiểm tra bền

Ta thực hiện kiểm tra ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng uốn:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 39

Như vậy cột thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

Với moment M2 = - 306.93 kNm ở tiết diện B ứng với tổ hợp cơ bản 1;2;4;6;8

 moment ở diết diện Ct của cột ứng với tổ hợp cơ bản 1;2;4;6;8 là

Bán kính lõi của tiết diện:

SVTH: VÕ NGỌC THẮNG - 1814111 40

ρx = Wx

A =

3341.25174.8 = 19.11 cm

Độ lệch tâm tương đối:

mx = ex

ρx =

198.57 19.11 = 10.39

Và độ lệch tâm tương đối mx = 10.39  10

Hệ số c kể đến sự ảnh hưởng của moment uốn Mx và hình dạng tiết diện đối với ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặt phẳng khung) được xác định như sau:

c10=1/(1+mxφy/φd) với mx=10.39 , φd tra trong phụ lục E sổ tay thiết kế (cho dầm)

1 + 10.39 ×0.931

= 0.094

Ta có độ mảnh quy ước theo phương y : 0 < λ̅y = 1 ≤ 2,5

Dựa vào mục 7.3.2.1 – TCVN 5572:2012 ta xác định được hệ số uốn dọc để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng:

φy = 1 − (0,073 − 5,53 × f

E) λ̅√λ̅

φy = 1 − (0,073 − 5,53 × 21

21 × 103) 1√1 = 0,93