Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

Hệ giằng cột có tác dụng bảo đảm 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 hồi, lực hã

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

Chọn số liệu ban đầu:

Chọn cốt nhà trùng với cốt có cao độ để tính toán độ cao

Với sức nâng cần trục Q = 8 T, tra bảng catalo cần trục ta được các thông số sau:

Trọng lượng xe con Gxc = 0.605 (T)

Pmin = 27.4 (kN)

2.1 Kích thước theo phương đứng.

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

H2 = Hk + bk = 0.96 + 0.3 = 1.26 (m)

Với : bk = 0.2 (m) - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

Hk = 0.96 (m) - theo thông số cầu trục đã chọn

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

Ht = H2 + Hdct + Hr = 1.3 + 0.5 + 0.2 = 2 (m)

Trong đó : Hdct - chiều cao dầm cầu trục,

Ta có: Hdct = (1/8 – 1/10)B = (1/8 – 1/10).6 = (0.6 – 0.75) m

Chọn sơ bộ Hdct= 0.5 (m)

Hr - chiều cao của ray và đệm, lấy Hr = 0.2 (m)

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

Hd = H - Ht = 11.3– 2 = 9.3 (m)

2.2 Kích thước theo phương ngang.

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0)

Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Với Lk = 25.5 (m) – Nhịp cầu trục, lấy theo catalo

L = 27 (m) – Nhịp khung, lấy theo yêu cầu thiết kế

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

Chọn h = 0.55 (m)

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

z = L1 – h = 0.75 - 0.55 = 0.2 (m) > zmin = 0.18 (m)

Hình 2.1: Các kích thước chính của khung ngang.

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ GIẰNG

Hệ giằng đóng vai trò quan trọng đảm bảo độ cứng không gian của nhà, giảm chiều dài tính toán của xà và cột khung theo phương ngoài mặt phẳng, từ đó tăng khả năng ổn định tổng thể cho khung ngang Hệ giằng còn có tác dụng truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng Ngoài ra, hệ giằng còn đảm bảo cho việc thi công lắp dựng kết cấu được an toàn và thuận tiện

3.1 Hệ giằng mái.

Được bố trí trong mặt phẳng thân cánh trên tại hai đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà tùy theo chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bốtrí cách nhau không quá 5 bước cột Bản bụng của hai thanh xà ngang cạnh nhau được nốibởi các thanh giằng chéo chữ thập

Các thanh giằng chéo này có đường kính không được nhỏ hơn 12mm, nên ta chọn giằng bằng thép có20

Hình 3.1: Bố trí hệ giằng mái.

Hình 3.2: Bố trí hệ giằng mái cửa trời.

3.2 Hệ giằng cột.

Hệ giằng cột có tác dụng bảo đảm 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 hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục

Nhà có cầu trục với sức nâng là 32 tấn nên ta dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép góc (thép L90x90x8), thanh giằng dọc sử dụng thanh giằng chữ I

Hình 3.3: Bố trí hệ giằng cột.

Hình 3.4: Bố trí hệ giằng cột cửa trời.

3.3 Các chi tiết.

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TẤM LỢP TOLE4.1 Sơ đồ tính tấm tole.

Hình 4.1: Đặc trưng hình dạng của tấm tole.

Tấm tole sóng được tính toán như một dầm liên tục hoặc dầm đơn giản nhận xà gồ làm gối đỡ với bề rộng B = 100(cm)

4.2 Tải trọng tác dụng lên tấm tole.

Tải trọng gồm có: tải trọng gió, trọng lượng bản thân và hoạt tải mái Thường thì tole có độ dốc i  20%, do vậy tải trọng gió có chiều ngược với hoạt tải mái và trọng lượng bản thân của tấm tole Ta chọn tổ hợp tải có trị tuyệt đối lớn nhất để tính toán

4.2.1 Tải trọng gió.

Tải trọng gió tác dụng lên tấm lợp được tính theo công thức:

Trong đó:

 W0 – áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng

Địa điểm xây dựng tại TP Cần Thơ thuộc khu vực IIA

 k – hệ số phụ thuộc vào độ cao và địa hình

Địa hình thuộc dạng A

Tra bảng 2-6 (Sổ tay kết cấu – PGS.TS Vũ Mạnh Hùng)

+ Độ cao mái cửa trời: z = 14.8 => k = 1.24

+ Độ cao mái nhà: z = 12.8 => k = 1.213

 c – hệ số khí động phụ thuộc vào hướng gió và dạng mái

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái:

Tra bảng 2-8 (Sổ tay kết cấu – PGS.TS Vũ Mạnh Hùng), nội suy ta được:

 – hệ số vượt tải Lấy =1.2

Vậy: + Tải trọng gió tác dụng lên mái cửa trời:

(Kg/m)

+ Tải trọng gió tác dụng lên mái nhà:

(Kg/m)

4.2.2 Hoạt tải mái.

.Trong đó:

 pc– hoạt tải mái tiêu chuẩn, pc = 30 (kg/m2)

 np– hệ số vượt tải, lấy bằng 1.3

 B – Diện tác dụng lên tấm tole, B = 1 (m)

4.2.3 Trọng lượng bản thân tấm tole.

(daN/m)

Trong đó :

 gc: Trọng lượng tiêu chuẩn của tấm tole

 : bề dày tấm tole ( chọn theo kinh nghiệm với bước xà gồ là 1m)

lấy  =0.4mm

 Hệ số vượt tải 1.2 kể đến phần tôn dập sóng

  T = 7850 (daN/m3) : Khối lượng riêng của vật liệu làm tấm lợp

 ng: hệ số vượt tải, lấy 1.1

 B: Bề rộng tính toán của tấm tole, B = 100 (cm)

(daN/m)

4.2.4 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên tấm tole.

Chọn tổ hợp nguy hiểm trong các tổ hợp sau:

Tổ hợp 1: Tĩnh tải + Hoạt tải.

Tổ hợp 2: Tĩnh tải + Gió.

m: nhịp tính toán của tấm tole (bước xà gồ).

Tính moment quán tính của tấm tole như sau:

4.4 Kiểm tra tiết diện tấm tole sóng:

 Kiểm tra độ bền chịu uốn của tấm tole sóng:

daN/cm2 < daN/cm2

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

q = 82.30 daN/m

a = 1.5 m

 Kiểm tra độ võng của tấm tole sóng:

(cm)

Với: E = 2,1.106 (daN/cm2) : modul biến dạng đàn hồi của thép

Vậy: Tấm tole thiết kế thỏa mãn yêu cầu về độ bền và độ võng

Nhận xét: Với khoảng cách xà gồ (cũng là chiều dài nhịp của tấm tole) là 1.511 m ta

chọn chiều dày tole 0.4 mm là dư thừa cả về độ bền lẫn độ võng Tuy nhiên, nếu chọn chiều dày tole mỏng hơn sẽ không thỏa mãn về điều kiện chống rỉ của tole

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ XÀ GỒ5.1 Chọn xà gồ.

Xà gồ có thể có nhiều dạng như : dạng thanh, dạng dàn Với xà gồ dạng thanh các tiết diện thông thường như : chữ C, chữ Z, chữ I, thép hộp, thép ống,

Với nhà có bước khung không quá lớn B = 6m ta chọn xà gồ dạng thanh loại chữ Z

Chọn tổ hợp nguy hiểm trong các tổ hợp sau:

Tổ hợp 1: Hoạt tải + Tĩnh tải

qc = 94.78 daN/m.

5.4 Chọn tiết diện xà gồ.

Từ điều kiện bền của cấu kiện uốn xiên

Thay thế : Mx = 513.37 daN.m = 51337 daN.cm

My = 61.53 daN.m = 6153 daN.cm

Wx ≈ 5WyRút ra ta được: Wx = 38.83 cm3

Tra bảng quy cách thép hình Z dập nguội, chọn thép Z 20024 có các đặc trưng hình học tính sẵn cho phần diện tích tiết diện nguyên: Wx = 55.3 cm3, Wy = 14.4 cm3,

Ix=570cm4, Iy = 110 cm4

5.5 Kiểm tra tiết diện xà gồ.

 Kiểm tra điều kiện bền:

daN/cm2 < daN/cm2

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

 Kiểm tra điều kiện võng:

Với:

Vậy: Xà gồ trên đảm bảo điều kiện về độ bền và độ võng

Nhận xét:

+ Tiết diện xà gồ Z có ưu điểm là có hai trục đối xứng (xà gồ C chỉ có một trục đối xứng),

do đó tâm xoắn trùng với trọng tâm tiết diện Lực tác dụng từ tấm tole lên xà gồ sẽ đi qua trọng tâm và tâm xoắn nên không tạo thêm moment xoắn ngoài moment uốn Mx và

My

+ Dạng xà gồ chữ Z thuận tiện để chập đôi tại vị trí mối nối (tại vị trí gối tựa), nhờ vậy

tạo được sơ đồ tính là dầm liên tục Tiết diện chập đôi phù hợp với giá trị moment lớn

ở gối, vì cung cấp khả năng chịu lực tăng gấp hai lần Ở đây, ta tính toán là dầm gối haiđầu là nhằm thiên về an toàn và đơn giản hơn trong tính toán.

5.6 Bố trí xà gồ.

Số hàng xà gồ bố trí theo phương của nhà:

+ Đối với mái cửa trời:

Ta có: (thanh)

Số xà gồ trên toàn bộ mái cửa trời là 6 (thanh)

+ Đối với mái nhà, do ta chỉ bố trí xà gồ từ mép ngoài cùng của mái đến vị trí thanh đứng của khung cửa trời nên:

Ta có: (thanh)

Số xà gồ trên toàn bộ mái nhà là 14 (thanh)

Trong đó: L_Chiều dài một bên của mái

a=1.5m_Bước xà gồ

Vậy: Tổng số xà gồ trên toàn bộ mái nhà là 20 (thanh)

Hình 5.1: Mặt bằng mái và bố trí xà gồ.

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ HỆ SƯỜN TƯỜNG

6.1 Thiết kế hệ dầm sườn tường.

Chọn sườn tường chư C, số hiệu 6CS4x105, đặt cách nhau 1m với các thông số: D=150mm, B=102mm, t=2,7mm, d =22,5mm, Ix=401,25cm4, Iy=141,52cm4, xo=3,68cm, trọng lượng 1m dài băng 7,87 kg

6.1.1 Tải trọng tác dụng lên sườn tường.

Tải trọng tác dụng lên sườn tường gồm trọng lượng của tole, tải trọng bản thân của sườn tường và hoạt tải gió Phân tải trọng theo 2 phương:

 Theo phương x:

Hoạt tải gió: (lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN:2737-1995)

o Áp lực gió tiêu chuẩn W0 = 0,83 KN/m2 = 83 daN/m2

o Hệ số khí động ce = +0,8 ; k = 1.1956 (vùng A ứng với chiều cao 11.3 m)

o Tải trọng gió tác dụng lên dầm sườn tường:

(daN/m)(daN/m)

= daN/cm2 < = 1995 daN/cm2.

Thỏa điều kiện về độ bền

 Kiểm tra điều kiện độ võng.

f

f =

2 2

y

x f

f 

= (Thỏa)

Vậy: Chọn dầm sườn tường loại 6CS4x105 khoảng cách a=100cm để thiết kế cho toàn bộ hệ dầm sườn tường.S

6.2 Thiết kế hệ cột sườn tường.

Dầm sườn tường đã thỏa điều kiện về cường độ và độ võng nên không cần đặt thêm cột sườn tường



y y

x x

650626

CHƯƠNG 7 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

7.1 Chọn sơ bộ tiết diện.

7.1.1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột.

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

Tiết diện cột như hình vẽ:

7.1.2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện xà ngang.

- Đoạn xà 6.5 m: Thay đổi tiết diện

+ Đầu xà nối với đầu cột:

h= 650 mm

bf= 250 mm

tw= 8 mm

250

7.1.3 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cửa trời.

Chọn cột và xà ngang cửa trời I.20 với các thông số sau:

300 300

250 8

7.2 Tĩnh tải.

7.2.1 Mái.

- Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái Lấy =0.15 kN/m.

- Trọng lượng bản thân xà ngang và hệ giằng chọn = 1 kN/m.

- Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang đoạn có tấm lợp (6 m):

- Tĩnh tải cột cửa trời quy thành tải tập trung:

- Tải trọng tập trung tác dụng lên đầu cột:

Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như với mái là 0,15 kN/m

- Tải trọng tập trung tại vị trí vai cột:

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1 kN/m Quy thành tải tập trung vàmoment lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

+ Tải tập trung tại vai cột:

P3 = 1.05 x 1 x 6 = 6.3 kN

+ Moment lệch tâm:

Q x (L1 - 0.5h) = 6.3 x (0.75 – 0,5 x 0,55) = 2.99 kN.m

7.3 Hoạt tải mái.

Theo TCVN 2737:2005, trị số của họat tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tôn) là 0,3 (kN/m2), hệ số vượt tải là 1.3

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

(4500-3900)/2

Hình 7.2: Đường ảnh hưởng để xác định Dmax và Dmin

Trong đó:

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

: hệ số tổ hợp, lấy bằng 0,9 khi xét tải trọng do hai cầu trục làm việc

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 bên kia

yi : tung độ đường ảnh hưởng

+

Hình 7.3: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục.

7.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục.

Khi cầu trục hoạt động, ngoài việc chịu áp lực đứng do cầu trục sinh ra, còn chịu lực quán tính phát sinh ra lực tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động do xe con hãm, qua các bánh xe cầu trục sẽ truyền lên dầm hãm vào cột bằng phản lực tựa như của dầm hãm

Lực hãm ngang T, truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình đỉnh ray , T được xác định bằng công thức sau:

Trong đó: : hệ số vượt tải, =1,1

nc - hệ số tổ hợp lấy 0,85 với cầu trục làm việc ở chế độ trung bình

T1 - Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục:

Với :

Gxc= 0.605 (T) - trọng lượng xe con

no - số bánh xe của 1 bên cầu trục (n0 = 2)

kf - hệ số ma sát, lấy bằng 0,1 đối với cầu trục có móc mềm

=> Lực hãm ngang lên toàn cầu trục:

Hình 7.4: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục.

7.5 Tải 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 = 0,83 (kN/m2), hệ số vượt tải là 1,2

- Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và độ dốc của mái, ta có số liệu sau (đã tính ở

phần tính tole):

- Chiều cao đỉnh cột: 11.3m.

- Chiều cao chân cột của cửa mái: 12.8m.

- Chiều cao đỉnh cột của cửa mái: 14.8 m.

- Chiều cao đỉnh cửa mái: 14.8 + 3x12% = 15 m.

7.5.1 Tải trọng gió tác dụng lên cột.

CHƯƠNG 8 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

8.1 Tải trọng.

1 TT (Tĩnh tải)

2 HT1 (Hoạt tải chất nửa mái trái)

3 HT2 (Hoạt tải chất nửa mái phải)

4 HT3 (Hoạt tải chất đầy mái)

5 HT4 (Áp lực đứng của cầu trục lên cột trái)

6 HT5 (Áp lực đứng của cầu trục lên cột phải)

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

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

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

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

 Nội lực do tĩnh tải (TT) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Hoạt tải chất nửa mái trái (HT1) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Hoạt tải chất nửa mái phải (HT2) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Hoạt tải chất đầy mái (HT3) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Áp lực đứng của cầu trục lên cột trái (HT4) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Áp lực đứng của cầu trục lên cột phải (HT5) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái hướng ra (HT6) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái hướng vào (HT7) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải hướng ra (HT8) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải hướng vào (HT9) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Gió trái (GT) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Nội lực do Gió phải (GP) tác dụng:

Biểu đồ lục dọc N.

Biểu đồ lực cắt Q.

Biểu đồ moment M.

 Biểu đồ BAO nội lực:

Biểu đồ BAO lực dọc N.

Biểu đồ BAO lực cắt Q.

Biểu đồ BAO moment M.

CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

9.1 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT.

9.1.1 Xác định chiều dài tính toán.

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết là bằng nhau

Tỉ số độ cứng đơn vị giữa xà và cột:

Hệ số chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột:

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

(m)

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng

khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà

Giả sử bố trí giằng cột dọc nhà thép hình chữ C tại cao trình +4.600

Mmax = 31715 (kg.m)

Ntư = -998 (kg)

Qtư = 6950 (kg)+ Trường hợp (COMB73) gây ra, có:

Mmin = -34916 (kg.m)

Ntư = -11590 (kg)

Qtư = -6817 (kg)Chiều cao tiết diện cột được chọn theo yêu cầu độ cứng:

Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng:

9.1.4 Kiểm tra tiết diện.

9.1.4.1 Trường hợp (COMB38) N max = -20581 Kg, M tu = -22171 Kg.m

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

Độ lệch tâm tương đối :

Từ đó: Không cần kiểm tra bền

Với và me = 6.56 Tra bảng 4.9, sách Bài tập kết cấu thép của Trần Thị Thôn, nội suy có = 0.185

Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức:

(kg/cm2) < fc = 2100 x 0.95 = 1995 (kg/cm2)

 Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được đảm bảo

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

Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số moment ở 1/3 chiều cao của cột kể từ chân cột

Moment tương ứng tại vai cột: Mch.cột = 24751 kg.m