Đồ án kết cấu nhà thép trường đại học công nghiệp Hà Nội

I.CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG: - Từ các số liệu ban đầu: nhịp nhà L = 21 m sức cẩu của cầu trục Q = 25 T tra catalogue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp với chế độ làm việc trungbình: -

Phần I – Xác định kích thước khung ngang ………3

- Sơ đồ khung ngang ……… 3

I – Số liệu ……….3

II – Xác định kích thước theo phương đứng ………4

III – Xác định kích thước theo phương ngang ……….4

IV – Kích thước dàn mái và nội lực ……….4

V – Sơ đồ tính khung ngang ……….6

Phần II – Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang ……… 7

I – Tĩnh tải ………7

II - Hoạt tải mái ……… 8

III – Xác định nội lực ……….13

- Bảng phân tích tổ hợp ……… 13

- Bảng tổng hợp moment……… 14 - 24 A – Biểu đồ moment các tổ hợp……… 25 - 41 Phần III - Thiết kế tiết diện cấu kiện I - Thiết kế cột ……… 42

II – Thiết kế vai cột ………45

III – Thiết kế chân cột ………47

IV – Thiết kế xà ngang ……… 52

V – Liên kết cột với xà ngang ………55

ĐỒ ÁN NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP MÃ ĐỀ SỐ 62

Yêu cầu thiết kế: Thiết kế kết cấu thép nhà cơng nghiệp mợt tầng cĩ sử dụng 02 cầu trục nâng

hàng, chế đợ làm việc trung bình

Kích thước nhà, sức nâng cầu trục, chiều dài nhà, sức nâng cầu trục yêu cầu như sau:

Hình 1 : SƠ ĐỒ KHUNG NGANG

Khung ngang nhà cơng nghiệp mợt tầng, mợt nhịp bao gờm hai cấu kiện chính: cợt vàdầm mái Để đảm bảo đợ cứng theo phương ngang nhà, liên kết giữa cợt và dàn mái được thựchiện là liên kết cứng, liên kết giữa chân cợt và mĩng bê tơng cớt thép cũng là liên kết ngàmcứng

I.CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG:

- Từ các số liệu ban đầu: nhịp nhà L = 21 (m) sức cẩu của cầu trục

Q = 25 (T) tra catalogue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp với chế độ làm việc trungbình:

-Chiều cao H = 1.38 (m) (chiều cao gabarit của cầu trục được tính từ cao trình đỉnh k

ray cho đến điểm cao nhất của cầu trục)

-Bề rộng của cầu trục B = 4.13 (m) (tính theo phương dọc nhà cầu trục) k

-Do sức nâng cầu trục dưới 30T nên ta chọn L1=0.75m

-Nhịp cầu trục LK = L-2L1 = 21-2x0.75 =19.5m (tính bằng khoảng cách giữa hai timray)

f c = 32kN/cm2

II/ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG:

- Giả sử theo nhiệm vụ thiết kế, ta có cao trình đỉnh ray H1 = 7 (m)

- Chiều cao ray và đệm Hr, giả định Hr =0.2 m

-Chiều cao dầm cầu trục

Trong đĩ: H1 cao trình đỉnh ray

(H3 phần cợt chon dưới nền, coi mặt mĩng ở cợt ±0.000 chọn H3=0)

-Chiều cao phần cợt tính từ vai đỡ dầm cầu trục đến xà ngang

t

H = H2+Hdct+Hr=1.7+0.6+0.2=2.5m -Chiều cao của phần cợt tính từ mặt mĩng đến mặt trên của vai cợt:

h = (1/15÷1/20).H = (1/15÷1/20)8.7 = (0.5÷0.4) m

Chọn h = 0.5 (m)

-Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

Z=L1 – h = 0.75 – 0.5 = 0.25 (m) > zmin = 0.18 (m)

IV-Kích Thước Dàn Mái Và Nội Lực:

-h0 = 2,2m (chiều cao biên của dàn mái)

-Chiều dài dàn mái: l L 2 h t  21  2  0 75  19 5 (m)

-Chiều cao tối đa của dàn mái tính từ vai cợt: h = 3.6(m)

-Dàn mái có dạng như hình vẽ:

* Hệ giằng :

- Nhiệm vụ của hệ giằng trong nhà công nghiệp :

Đảm bảo tính bất biến hình của hệ thống kết cầu khung nhà xưởng Ổn định hệkhung khi dựng lắp

Giảm bớt tải trọng theo phương dọc nhà

Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng, nhất là khi chịu lựchãm ngang của cầu trục

- Cấu tạo : gồm 2 hệ thống :

Giằng cột, bao gồm giằng cột dưới và giằng cột trên Giằng cột dưới bố trí tại giữakhối nhiệt độ, giằng cột trên được bố trí tại giữa khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới), vàhai đầu khối nhiệt độ

Giằng mái, gồm các khối hộp sáu mặt trên mái, được bố trí tại giữa khối nhiệt độ,hai đầu khối nhiệt độ và cách nhau khoảng 10-30 m Mỗi khối hộp gồm 2 mặt bên là 2 dànmái, mặt trên ờ 2 đầu khối hộp là 2 giằng đứng đầu dàn Các dàn khác không nằm trongkhối hộp sẽ tựa vào các khối hộp thông qua panen mái, hệ giằng đứng giữa dán, xà gồthanh chống …

Đối với cầu trục có sức cẩu Q = 25 T (khá lớn), cần phải bố trí hệ thống giằng dọc nhà Hệ thống này chạy dọc theo hài hàng cột, nằm ở cao trình cánh dưới của dàn, kết hợp với giằngcánh dưới bảo đảm sự làm việc không gian cho hệ thống khung

-Hệ Giằng:

a) Hệ giằng mái : gồm hệ giằng cánh trên ,hệ giằng cánh dưới ,và hệ giằng đứng được

bố trí cho lưới cột gồm có 5 bước cột ( B=6 m & L=21 m) , bố trí như hình vẽ:

HỆ GIẰNG MÁI

 Hệ thống giằng cột :

* Hệ thống giằng cánh trên :

* Hệ thống giằng cánh dưới :

V/ S Ơ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG:

Do sức nâng cầu trục khơng lớn nên chọn phương án cợt tiết diện khơng đởi, với đợ cứng là I1 Vì nhịp khung là 21m nên chọn phương án xà ngang cĩ tiết diên thay đởi hình nêm, dự kiến vị trí thay đởi cách đầu xà 4.5m Với đoạn xà dài 4.5m, đợ cứng ở đầu và cuới xà là I1

và I2 tương ứng (giả thuyết đợ cứng của xà và cợt tại chỗ liên kết xà-cợt như nhau) Với đoạn xà dài 6m, đợ cứng ở đầu và cuới xà giả thuyết bằng I2 (tiết diện khơng đởi) Giả thuyết sơ bợ tỷsớ đợ cứng I1/I2 = 2.818 (tức là tiết diện của các cấu kiện xà và cợt được khai báo trong phần mềm SAP2000 chính là các tiết diện được chọn ở phần tính toán trên) Do nhà cĩ cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cợt khung với mĩng là ngàm tại mặt mĩng (cớt ±0.000) liên kết giữa cợt với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng Trục cợt khung lấy trùng với trục định vịđể đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn Sơ đờ tính khung ngang như sau:

-Trọng lượng bản thân của kết cấu chịu lực mái.

-Trọng lượng bản thân cột, dầm cầu chạy, dầm hãm, các hệ giằng cột trên và cột dưới.

-Vật liệu lợp mái.

-Kết cấu bao che xung quanh nhà

I/ TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN MÁI:

Đợ dớc mái i=10% α=5.71o (sinα = 0.999 ; cosα = 0.995)

-Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gờ mái lấy 0.15kN/m2.Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bợ 1kN/m.Tởng tỉnh tải phân bớ tác dụng lên xà ngang:

Hình 2 : Sơ đờ tính khung với tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải)

-Trọng lượng bản than của tơn tường và xà gờ tường lấy tương tự như với mái là 0.15kN/

m2.Quy thành tải tập trung tại đỉnh cợt:

Hoạt tải mái nửa trái

Hoạt tải mái nửa phải Hình 2: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái

a/ Hoạt tải mái nửa trái b/ Hoạt tải mái nửa phải

2 Tải trọng gió

-Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng lên mái.Theo TCVN 2737-1995 [2], Cần Thơ thuộc vùng phân gió II-A, có áp lực gió tiêu chuẩn wo = 0.83kN/m2, hệ số vượt tải là 1.2

-Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động có thể xác địnhtrong bảng III.3 Nội suy ta có:

Ce1= -0.43 ; Ce2= -0.4 ; Ce3= -0.5

+Tải trọng gió tác dụng lên cột :

• Phía đón gió : 1.2x0.83x0.8x6=4.78(kN/m)

• Phía khuất gió : 1.2x0.83x0.5x6=2.99(kN/m)

+Tải trọng gió tác dụng lên dàn mái :

• Phía đón gió : 1.2x0.83x0.43x6=2.57(kN/m)

a/ Hệ số khí động

b/ Gió trái sang

c/ Gió phải sang Hình 3 : Sơ đồ tính khung với tải trọng gió

a/ sơ đồ xác định hệ số khí động, b/ gió trái sang

c/ gió phải sang

3 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phục lục, các thong số cầu trục sức nâng 25 tấn như sau:

Bề rộng gabagit

B k (mm)

Bề rộng đáy

K k (mm)

T.lượng cầu trục G(T)

Đường ảnh hưởng xác định Dmax, Dmin

Dmax lên cột trái

Dmax lên cột phải Hình 4 : Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục

-Lực hãm ngang của cầu trục :

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

b/ Lực hãm lên cột phải

III.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC:

Nội lực trong khung ngang được xác định chất tải bằng phần mềm SAP 2000

Bảng tổ hợp nội lực :

-TT : Tĩnh tải (tải trọng thường xuyên)

-HT : Hoạt tải (hoạt tải chất đầy cả mái)

-HT1 : Hoạt tải chất nữa mái trái

-HT2 : Hoạt tải chất nữa mái phải

-GT : Gió trái sang

-GP : Gió phải sang

-ALCT : Áp lực lên cột trái

-ALCP : Áp lực lên cột phải

-LHCT : Lực hãm lên cột trái

-LHCP : Lực hãm lên cột phải

BẢNG PHÂN TÍCH TỔ HỢP

34 6.060642234

35 4.496825735

Biểu đồ momen (M)

Biểu đồ lực nén (N)

Biểu đồ lực cắt (V) Trường hợp 2 : TT + GT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 4 : TT + HT + GT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 6 : TT + HT1 + GT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 8 : TT + HT1 + GT + ALCT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 10 : TT + HT1 + GT + ALCT + LHCT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 12 : TT + HT + GT + ALCT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 14 : TT + HT + GT + ALCT + LHCT

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 16 : 0.9(TH1 + TH2 + TH3)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V)

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V)

PHAÀN III

THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN I.Thiết Kế Cột.

1.Chiều dài tính toán của cột trong và ngoài mặt phẳng khung.

-Chiều dài hình học của cột được tính từ mặt móng đến cánh dưới dàn

56 0

n

n

3 1 14 0 41 0

56 0 41 0

Với: lx =11m-chiều dài hình học của cột

2.Xác định nội lực tính toán.

-Chọn cột có tiết diện đối xứng

-Cặp nội lực nguy hiểm nhất cho cột là:Mmax  N tu,Nmax  M tu

3.Thiết kế tiết diện cột:

-Do cột có tiết diện đối xứng nên các cặp nội lực có thể gây nguy hiểm cho cột là

(Mmax & Ntư ) và (Nmax &Mtư)

-Theo cặp nội lực Mtư = -121.69 (kNm)

Nmax = -73.89 (kN)-Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng:

) 8 36 9 29 ( 50 89 73

10 69 121 ) 8 2 2 2 ( 25 1 1 21

89 73 )

8 2 2 2 ( 25

x

x x

Nxh

M fx

-Tính chất đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

A = twhw+2tfbf = 0.6x48+2(1x20) = 68.8cm2

4 3

3 3

3

9 29542 12

48 ) 6 0 20 ( 5 0 2 12

50 20 12

) (

5 0 2

x h

t b h

3 3

3

133412

201212

6.04812

2

x x

b t t

21 6

21 5

Áp dụng cơng thức nợi suy ta cĩ: =1

me = mx=1x9.6=9.6<20khơng cần kiểm tra bền

với x =1.7 và me=9.6 tra bảng IV.3 phục lục ta nợi suy : e 0.136

-Điều kiện ởn định tởng thể củ cợt trong mặt phẳng khung:

x

x =N/x N/ e A 73 89 / 0 136x68 8  7 9 (kN/cm2 )  fc  21 (kN/cm2 )

-Để kiểm tra ởn định tởng thể của cợt theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị sớmomen ở 1/3 chiều cao của cợt dưới kể từ phía cĩ momen lớn hơn Vì cặp nợi lực dùng để tính

cợt là tại tiết diện dưới vai cợt và do các trường hợp tải trọng gây ra nên trị sớ của momen uớntại tiết diện chân cợt tương ứng ta cĩ: M td  173 96 (kNm)

-Vậy trị sớ momen tại 1/3 chiều cao cợt dưới:

3

)69.121(96.17369

21

10 1 2 14 3

Với λy=79.5 tra bảng D.8 TCXDVN 338 : 2005 ta cĩ  y  0 725

-Do vậy điều kiện ởn định tởng thể của cợt theo phương ngoài mặt phẳng khung:

y = N/c y A=73.89/0.19x0.725x68.8=7.85(kN/cm2)<fγc=21(kN/cm2)

-Điều kiện ởn định cục bợ của bản cánh và bản bụng cợt được kiểm tra theo cơng thức:

+Với bản cánh cột: Vì 0.8< x  1 7  4 nên tra bảng 35 TCXDVN338:2005 ta cĩ:

6 13 21

10 1 2 ) 7 1 1 0 36 0 ( )

1 0 36 0 ( 7

9 2

6 0 20 2

E t

b t

b

t

b

x f

o w

E x

t

h

x w

10 1 2 1 3 80 6 0

w

t

h t

h  Bản bụng của cợt bị mất ởn định cục bợ

-Coi như chỉ cĩ phân bản bụng cợt tiếp giáp với 2 bản cánh cịn làm việc Bề rợng của

bản bụng cợt:

)(9.278.546.085.085

 Khơng cần kiểm tra lại các điều kiện ởn định tởng thể

-Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cợt từ kết quả tính toán bằng phần mềm Sap 2000 ta

cĩ: Δx=2.26 cm do đĩ:

Δx/H=0.0226/7.5=0.9/300<1/300 (tra trong TCXDVN 338:2005)

Vậy tiết diện đã trọn đạt yêu cầu

II.Thiết Kế Vai Cột.

Với chiều cao tiết diện h = 50 cm

-Xác định momen và lực cắt tại chỗ liên kết công-sol vai cột với bản cánh cột:

-Chọn sơ bộ bề dày bản cánh dầm vai t f 1cm

Hình 1 :Cấu tạo vai cột

Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào:

)

(8.0121)1220(

2.384)

2(

x x x f

t b

G D

t

c

dv f dct

dct dv

48 ) 8 0 20 ( 5 0 2 12

cm

)(3905.19)120

487

.627

1005

h

h W

M

dv

dv w dv

2 384 2

3 2

3

cm x

x

x f

t

V h

c v

dv w

dv



-Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và

bản bụng dầm vai:

+Bản cánh:

+Bản bụng:

7921

101.25.25

.2608.0

-Chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột hf = 0.6 cm

-Chiều dài tính toán của các đường hàn lien kết dầm vai với bản cánh cợt xác định như

sau:

+Phía trên cánh (2 đường hàn): l w b f  t f dv 20 119cm

+Phía dưới cánh (4 đường hàn): l b t t dv cm

f

dv f f

w 0.5(  ) 0.5(20 0.8) 18-Ở bản bụng: l w h w dv t f dv 48147cm

-Diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn trong liên kết: (coi lực cắt

chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu):

) ( 4 56 47 6 0 2

2h l x x cm2

h

l h l

h l h

l h

b l h l

w f w f

w f

f w f w w

2.12

212

2

.12

.2

3 2

3 2

2 384 3

1057

10 04

2 2

2 2

2

cm kN

x A

V W

M

w w

III.Thiết Kế Chân Cột.

1 Tính toán bản đế

-Từ bảng tổng hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột:

N=-112.43 (kN)

M=173.98 (kNm)

V=-43.63 (kN)

8.1521

101.22

12

16.91

)8.020(5

b

dv f o

) ( 3 1057 50

2 12

47 6 0 19 6 0 8 2 12

6 0 8 2 6 0 20 19 12

6 0 19

Hình 2: KÍCH THƯỚC BẢN ĐẾ

-Căn cứ kích thước, tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột chotrường hợp có vùng kéo trong bêtông móng với 4 bulông neo ở phía chân cột.Từ đó xácđịnh được bề rộng bản đế:

Bbd= b+2c1=20+2x8=36 (cm).chọn c1=8cm

-Chiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bêtông móng:

loc b bd loc

b bd loc

b bd bd

R B

M R

B

N R

B

N L

, 2

, ,

6 2

x x

x x x x

x

10 173.98 6

33 1 75 0 36 2

112.43 33

1 75 0 36

-Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bulông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết

c2=10.2 (cm) và bề dày của dầm đế là 0.8 (cm):

Lbd= h+2tdd+2c2=50+2x0.8+2x10.2 =72 (cm)

-Tính lai ứng suất phản lực của bêtông móng phía dưới bản đế:

2

2 2

max

7236

1098.17367236

43.112

6

x x

x L

B

M L

B

N

bd bd bd bd

36

1098.17367236

43.112

6

2 2

2 2

x

x x

x L

B

M L

B

N

bd bd bd bd

x

x f

M t

c bd

2 Tính toán dầm đế:

-Kích thước dầm đế ta chọn như sau: tdd = 0.8 (cm)

bdd = Bbd=36 (cm)-Chiều cao hdd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bêtông móng

-Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bêtông móng:

Ndd = (11+12.5) x 36 x 0.72 = 609.12(kN)

-Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàng liên kết với dầm đế vào cợt là hf = 0.6 cm

Từ đĩ xác định được chiều dài tính toán của mợt đường hàn lien kết dầm đế vào cợt:

2 ( ) 2 0.6609(0.7.1218) 1 40.2( )

min

cm x

x x

f h

N l

c w f

12266

x x

x f

t

M h

c s

4 139 3 25 8 0

1226 6

2 2

2

2 1

2

x x

-Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột

hf = 0.6 (cm), diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn này là:

Aw = 2 x 0.6 x (25-1) = 28.8 (cm2)

Ww = 2 x 0.6 x (25-1)2/6 = 115.2 (cm3)

-Khả năng chịu lực của các đường hàn được kiểm tra:

) / ( 6 11 8

28

4 139 2

115

2 2

cm kN A

V W

M

w

s w