ĐỒ ÁN THÉP - THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CN 1 TẦNG 1 NHỊP

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN NHÀ CN THÉP 1 TẦNG 1 NHỊP - ĐẠI HỌC THUỶ LỢI (THIẾT KẾ PHẦN DÀN) CẦN BẢN VẼ CAD LIÊN HỆ : KHUEND03@WRU.VN

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP

MỘT TẦNG, MỘT NHỊP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN THỊ THANH THUÝ

SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN ĐOÀN KHUÊ

NGÀY GIAO ĐỒ ÁN: 20/02/2014 NGÀY NỘP ĐỒ ÁN :07/04/2014

SỐ LIỆU ĐƯỢC GIAO

- Chiều cao dầm cầu trục Hdct = 700 mm

- Chiều sâu chôn cột dưới cốt 0,000 : H3 = 800 mm

- Số cầu trục làm việc trong xưởng : 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình

- Vật liệu thép : BCT3, hàn tay Que hàn N46 hoặc tương đương

- Các lớp bên trên bao gồm :

Mái panel sườn BTCT 1,5x 6 m ( gc = 150 daN/m )

BT chống thấm dày 4 cm 3

0( 2500kG m/ )

BT xỉ dày 12 cm 3

0( 500kG m/ )

2 lớp vữa lát, dày 1,5 cm/lớp 3

0( 1800kG m/ )

2 lớp gạch lá nem, dày 1,5 cm/lớp 3

0( 2000kG m/ )

- Hoạt tải mái: Pc= 75 daN/m2

- Bêtông móng mác 200 Tường gạch tự mang

THUYẾT MINH THIẾT KẾ

2 kích thước chính của khung và một số cấu kiện cơ bản :

K/CT

BềRộng B F

BánhXecon L1 B1

c Kích thước theo phương thẳng đứng

- Chiều cao H2 từ mặt ray đến cao trình cánh dưới dàn:

H2=Hc+100+f

H2=3700+100+200=4000 (mm).

Trong đó:

- Hc = 3700 (mm); Chiều cao Gabarrit của cầu trục, tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con

- 100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

- f = 200(mm); Khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu và giàn: (200 400)

- Chiều cao từ mặt nền đến cao trình mặt dưới dàn:

H = H1+ H2=10000+4000=14000 (mm)Trong đó: H1=10000 mm; khoảng cách từ mặt nền đến đỉnh ray

- Chiều dài phần cột trên:

Ht = H2 + HDCT + hr

Ht = 4000 + 700 + 200 = 4900 (mm)

Trong đó:

- HDCT = 700 (mm)

- hr: Chiều cao ray và đệm sơ bộ chọn bằng 200 mm

- Chiều dài phần cột dưới:

Hd = H – Ht + H3

Hd = 14000 – 4900 + 800 = 9900 (mm)

Trong đó:

- H3=800 (mm): Phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền

d Kích thước theo phương ngang

- Chiều rộng tiết diện phần cột trên:

Theo yêu cầu về độ cứng:

ht = (1/10 1/12) Ht =(1/10 1/12)x4900 = 408 490 ( mm)

 Chọn ht = 500(mm)Mặt khác phải thỏa mãn điều kiện:

  B1 + ( ht – a ) + D Với:

o Q = 100 T  a = 500mm : khoảng cách từ mép ngoài tới trục định vị

o D = 75 (khe hở an toàn giữa cầu trục và cột lấy bằng 60-75 mm )

  = 1000 > B1 + ( ht – a ) + D = 400 + (500 - 500) + 75 = 475 (chấp nhận được )

- Chiều rộng tiết diện phần cột dưới:

Theo yêu cầu về độ cứng:

hd = (1/15 1/20)H; ( H = Ht + Hd = 14800 là chiều cao toàn cột)

hd = (740  990)mmTrục của nhánh cột đỡ dầm cầu trục thường trùng với trục dầm cầu trục nên:

Hình 2: Mặt bằng lưới cột

3 Kích thước dàn

Chọn dạng vì kèo có dạng hình thang, liên kết cứng với cột

Chiều cao đầu dàn bằng Hdd = 2200 (mm)

Độ dốc cánh trên i = 1/10 như vậy chiều cao giữa dàn là:

Hình 4: Bố trí hệ giằng cánh dưới

b hệ giằng đứng

- Nằm trong mặt phẳng các thanh đứng

- Được bố trí ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dưới ( Thường bố trí

ở giữa giằng và hai đầu gối tựa )

Hình 5: Bố trí hệ giằng đứng

c hệ giằng cột:

- Hệ giằng cột có ở cột trên và cột dưới

- Ở cột trên bố trí giằng ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dưới

- Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng (tấm cứng) gần nhất là : 75 m vậy chỉ cần bố trí giằng cột dưới ở giữa nhà là đủ (chiều dài nhà : 102 m )

Bảng 3: Tính toán tải trọng các lớp cấu tạo mái

Cấu tạo các lớp mái Tải trọng tiêu

chuẩn daN/m2mái

Hệ sốvượt tải

Tải trọng tínhtoán daN/m2mái

- Tải trọng do trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng:

Theo công thức kinh nghiệm ta có:

c d

g =1,2dL daN/ m2 mặt bằng

tt d

g =n(1,2dL) daN/ m2 mặt bằngTrong đó:

- Trọng lượng kết cấu cửa trời:

Tính theo công thức kinh nghiệm sau:

- Trọng lượng cánh của trời và bậu của trời:

Trọng lượng cửa kính: gkc=40 kg/m2 (lấy từ 35 40 daN/m cánh cửa )2

Trọng lượng bậu cửa: gbc=150 kg/m dài.(lấy từ 100 150 daN/m bậu )

Hệ số vượt tải: n = 1,1

 Lực tập trung (tính toán) ở chân cửa mái (do cửa kính và bậu cửa):

b Tải trọng tạm thời (Hoạt tải)

Hoạt tải tạm thời lấy theo tiêu chuẩn VN 5574-2012:

PC=75 g/m2 mặt bằng

Hệ số vượt tải: n=1,3

 Hoạt tải phân bố đều trên dàn là:

P = n×P ×B = 1,3×75×6 = 585daN/ mC

A B A B

a: Sơ đồ tĩnh tải b:sơ đồ hoạt tải

hình 7: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dàn

dct dct

2 dct

G = ×L ×n

Gdct = 40 x 62 x 1,1 = 1584 daNTrong đó:

o dct = 35 - 47 với cầu trục sức trục Q > 75 (t), lấy dct = 40

Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vậtnặng ở vào vị trí sát nhất với cột phía đó Trị số tiêu chuẩn Pc

max được tra trong catalocầu trục ( bảng phụ lục VI.2) Khi đó phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất:

 n0: Là số bánh xe cầu trục ở một bên ray n0 = 4

 Q : Là sức trục; Q = 100 (tấn)

 G : Trọng lượng toàn bộ cầu trục; G = 168 (tấn)

Bảng 4: Tính toán thông số cầu trục

Áp lực bánh xe lên ray Trọng Lượng

Pc

1max

( T)

Pc 2max

(T)

Pc 1min

(T)

Pc 2min

(T)

Xe con(T)

Cầu Trục(T)

Tải trọng áp lực 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 của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất.

Áp lực lớn nhất Dmax (daN) và nhỏ nhất Dmin (daN) do các dầm cầu trục tác dụng lên cột được xác định nhờ đường ảnh hưởng của phản lực tựa của hai dầm cầu trục ở hai bên cột: (Các khoảng cách được xác định trong hình vẽ)

Dmax = n.nc (Pc1max yi + Pc2max yi)Tương ứng bên kia có:

Dmin=n.nc (Pc1min yi + Pc2min yi)Trong đó:

 n=1,2 ;Hệ số vượt tải

 nc = 0,85; Hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ nhẹ hoặc trung bình

 yi: tung độ đường ảnh hưởng phản lực

Hình 8: Biếu đồ đường ảnh hưởng

 Từ biểu đồ ta tính được:

Dmax=1,2 x 0,85 x (42 x 0,1 + 43 x 2,863) = 129,855 T

Dmin=1,2 x 0,85x (25 x 0,1 + 24 x 2,863) = 72,636 T Các tải trọng và đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với trục cột dưới một đoạn e ~ hd/2 = 1,5/2=0,75 Do đó tại vai cột có sinh ra momen lệch tâm: Mmax = Dmax e= 129,855 x 0,75= 97,39 (T.m)

Mmin = Dmin.e=72,636 x 0,75 = 54,477 (T.m)

a: Sơ đồ tính Dmax trái b: sơ đồ tính Dmax phải

Hình 9: Sơ đồ chất tải của tải trọng thẳng đứng cầu trục

Các lực ngang Tc1 truyền lên cột thành lực T dặt ở cao trình dầm hãm Giá trị cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định Dmax ,Dmin

T=n nc. T1c.yi =1,2 x 0,85 x 1,7875 x (0,1 + 2,863) = 5,444 T

a: Sơ đồ tính Tmax trái b:sơ đồ tính Tmax phải

Hình 10: Sơ đồ chất tải của tải trọng ngang cầu trục

3 Tải trọng gió tác dụng lên khung

Tải trọng gió được xác định Theo TCVN 2737 - 1995 Khi nhà công nghiệp một tầng một nhịp, có chiều cao < 36m chỉ kể tới tác dụng của thành phần gió tĩnh.Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :

o Gió thổi lên tường dọc được chuyển về thành phân bố trên khung

o Gió trong phạm vi mái từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thànhlực tập trung ở cao trình cánh dưới dàn vì kèo

Công trình xây dựng ở khu vực III-B có W0tc=125 kg/m2

- Tải trọng gió tác dụng lên cột :

Vì bước cột B = 6 m, nên ta có tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính theo công thức :

Hình 11: Sơ đồ tính tải trọng gió

 Phía đón gió: qd =1,04 x 1,2 x 125 x 1,00 x 0,8 x 6= 748,8 (kg/m)

 Phía hút gió: qh =1,04 x 1,2 x 125 x 1,00 x 0,6 x 6= 561,6 (kg/m)

- Tải trọng gió tác dụng lên mái :

Tải trọng gió tác dụng lên mái được quy về lực tập trung ở cao trình cánh dưới dàn

 hi : chiều cao từng đoạn có các hệ số khí động Ci ; C’i

 Trong khoảng từ 14,0m đến 19,9m hệ số ‘k’ lấy trung bình của hai giá trị tương ứng ; k = (1,064+1,129)/2 = 1,0965

 Phía gió đẩy:

A B A B

a: Sơ đồ tính gió trái b:sơ đồ tính gió phải

Hình 12: Sơ đồ chất tải của tải trọng gió

4 Sơ đồ chất tải

g=32,098 KN/m P=5,85 K/m

A=385,18 kN A'=70,2 kN

A=385,18 kN A'=70,2 kN

2200 24000

Hình 13: Sơ đồ chất tải cho toàn bộ khung ngang

1 Các giả thiết tính toán

- Thay dàn vì kèo bằng xà ngang có độ cứng tương ứng đặt tại thanh cánh dướidàn Cột được ngàm ở bản đế chân cột Chiều cao cột tính toán tính từ chân cột dưới đến thanh cánh dưới dàn

- Khi tính toán khung đối xứng với tải trọng thẳng đứng đối xứng tác dụng trực

tiếp lên xà ngang như g và p thì chuyển vị ngang rất nhỏ có thể bỏ qua, lúc

này chỉ còn ẩn số là góc xoay tại liên kết giữa dàn và cột

- Khi tính khung với tải trọng không phải thẳng đứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang như Dmax, Dmin, T, Wđ , Wh , qđ , qh thì xem xà ngang là cứng vô cùng, lúc đó chỉ còn ẩn số là chuyển vị ngang.

- Đối với cột bậc, trục cột dưới được coi trùng với trục cột trên ; nhịp tính toán

là khoảng cách giữa hai trục cột trên (h14.a) ; khi đó tải trọng thẳng đứng

truyền từ trên xuống phải kể thêm mômen lệch tâm ở chỗ thay đổi tiết diện

2 Sơ đồ tính khung ngang :

Tìm nội lực tại 4 tiết diện : A, Cd, Ct, B

a: Sơ đồ khung ngang b:sơ đồ tính mômen lệch tâm

Hình 14: Sơ đồ tính khung ngang

3 Toán nội lực khung

 Chọn sơ bộ tỉ số độ cứng giữa các bộ phận khung

Dựa theo kinh nghiệm chọn : 1 1

a Tính khung với tĩnh tải phân bố đều trên xà ngang:

- Thành phần mômen không kể tới độ lệch trục cột do tải trọng phân bố đều trên dàn gây ra :

Khung đối xứng & tải trọng đối xứng nên:

 = 0 & 1 = 2 =  → ẩn số là 2 góc xoay ở nút khung

Phươnh trình chính tắc: r11   + R1P = 0

Trong đó: r11 tổng phản lực mômen các nút trên của khung khi góc xoay =1

R1P tổng mômen phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài

Quy ước mômen phản lực và góc xoay là dương khi tại nút cột trái quay theo chiềukim đồng hồ; tại nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ

A b

a: Sơ đồ tính khung ngang b:Biểu đồ mômen (KNm)

Hình 15: Sơ đồ tính, biểu đồ mômen khung với tĩnh tải phân bố trên dàn

- Mômen uốn ở đầu xà khi do góc =1 (Coi như thanh tiết diện không đổi haiđầu ngàm bị xoay) gây ra: xa

xa B

a: Sơ đồ tính b:Biểu đồ mômen(KNm)

Hình 16: Sơ đồ tính, biểu đồ mômen của thành phần mômen vai cột

Giá trị mômen tại vị trí vai cột do sự lệch trục của cột trên và cột dưới:

Tải trọng đối xứng  không có tải trọng ngang

→Nội lực trong khung do M Tìm bằng các công thức với cột hai đầu ngàm vì coi

xà ngang là cứng vô cùng Jd=

Tra bảng với dấu M ngược dấu trong bảng

MB= (1 ) 3B (1[ ) 4C]

( M)K

b Tính khung với tĩnh tải dầm cầu trục tác lên vai cột :

Tĩnh tải dầm cầu trục tác dụng lên vai cột sinh ra thành phần mômen tập trung đặt tại vai cột do sự lệch tâm giưa cột trên và cột dưới

→Giá trị thành phần mômen lệch tâm là:

Hình 18: Biểu đồ mômen khung do tổng tĩnh tải gây ra (KNm)

d Tính khung với hoạt tải phân bố đều trên xà ngang:

Tương tự với tĩnh tải phân bố đều trên xà ngang ta có:

→Vì ngoại lực tác dụng có phương chiều và tính chất tác dụng giống với tĩnh tải nênnội lực trong khung do hoạt tải gây ra xẽ tương ứng với nội lực trong khung do tĩnh tải gây ra nhân với trị số (p/g) = (5,85/32,1) = 0,182

→Giá trị nội lực do hoạt tải mái gây ra:

A

Hình 19: Biểu đồ mômen khung do hoạt tải phân bố trên dàn gây ra (KNm)

e Tính khung với mô men cầu trục M Max ; M Min

Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm theo qui ước chiều từ trái sang phải

là dương

Hình 20: Sơ đồ tính nội lực của chuyển vị  1

- Vẽ biểu đồ mômen do chuyển vị  1 gây ra:

Dùng bảng III.1 Phụ lục tính được mô men và phản lực ngang đầu cột trái (cột A):

Hình 21: Biểu đồ nội lực mômen của chuyển vị  1gây ra

→Xác định phản lực trong liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển vị đơn

→Biểu đồ được xác định bằng cách nhân biểu đồ nội lực do M gây ra với hệ sốV

M 192,6 ( vì Mmaxvà Mmin đặt tại

cùng vị trí với M nhưng ngược chiều)e

→Đối với cột trái (Mmax)

Hình 23: biểu đồ mômen do M , M gây ra trong hệ cơ bản (KNm)max min

- Vẽ biểu đồ nội lực do M , M gây ra cho khung:max min

2 1

1 2

1 2

1 2 1

Đối với cột phải ( Cột B)

2 1

1 2

1 2

1 2 1

Hình 24: biểu đồ mômen do M , M gây ra trong khung (KNm)max min

f Tính khung với lực hãm ngang T.

Lực T đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục, cách vai cột 0,7 (m) Ta xét lực T ở cộttrái, hướng từ trái sang phải Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang

có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút

→Phương trình chính tắc: r × + R = 011  1P

Trong đó:

- r : là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển11

vị đơn vị  1

- R1P : là tổng phản lực trong liên kết do ngoại lực gây ra

Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm theo qui ước chiều từ trái sang phải

là dương

- Vẽ biểu đồ mômen do chuyển vị  1 gây ra:

Biểu đồ M do  1gây ra giống như trường hợp tải D , D nên ta cũng xác max minđịnh được:

- Vẽ biểu đồ do lực T = 55,44KN gây ra trong hệ cơ bản:

Dùng công thức trong phụ lục III.2 để tính được mô men và phản lực tại đầu cột B,

 

2 B

Hình 25: biểu đồ mômen do T gây ra trong hệ cơ bản (KNm)

Cột bên phải không có ngoại lực tác dụng nên mômen và phản lực bằng không

→Xác định phản lực trong liên kết thêm do ngoại lực T gây ra: (R1P )

→Tính mômen tại các tiết diện

Đối với cột trái ( cột A):

2 1

1 2 1

1 2 1

2 1

1 2 1

1 2 1

Hình 26: biểu đồ mômen do T gây ra (KNm)

e Tính nội lực trong khung do tải trọng gió gây ra

Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút

→Phương trình chính tắc: r ×11  R = 01P

Trong đó:

- r : là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển11

vị đơn vị  1

- R1P : là tổng phản lực trong liên kết do ngoại lực gây ra

Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm theo qui ước chiều từ trái sang phải

là dương

- Vẽ biểu đồ mômen do chuyển vị  1 gây ra:

Biểu đồ M do  1gây ra giống như trường hợp tải D , D nên ta cũng xác max minđịnh được:

- Vẽ biểu đồ đồ mômen do ngoại lực phân bố đều q gây ra trong hệ cơ bản:

Dùng công thức trong bảng III.2 Phụ lục để tìm mô men và phản lực trong khung:

→Đối với cột trái (cột A):

→Đối với cột phải( côt B):

Nhân giá trị mômen trong cột trái với hệ số h 7,4885,616 0,75

-Vẽ biểu đồ mômen do tải trọng gió trái tác dụng lên khung:

→Xác định giá trị tổng phản lực trong liên kết thêm do gió gây ra trong hệ cơ bản

1 2

Hình 27: biểu đồ mômen do gió trái gây ra (KNm)

- Biểu đồ mômen do gió phải tác dụng lên khung:

Tương tự với gió trái nội lực trong khung do gió thổi bên phải gây ra có giá trị như nhau ( đối xứng qua trục giữa nhà):

3 Dtrái

1,0 -99,19 0,00 268,4 0,00 -705,5 1298,5 37,22 1298,5 -75,00,9 -89,27 0,00 241,6 0,00 -635,0 1168,7 33,50 1168,7 -67,5

4 Dphải 1,0 -185,8 0,00 181,9 0,00 -362,9 726,4 379,9 726,4 -75,0

0,9 -167,2 0,00 163,7 0,00 -326,6 635,9 341,9 635,9 -67,5

5 Ttrái

1,0 ±10,6 0,00 ±41,2 0,00 ±41,2 0,00 ±307,1 0,00 ±35,30,9 ±9,5 0,00 ±37,1 0,00 ±37,1 0,00 ±276,4 0,00 ±31,7

6 Tphải

1,0 ±74,7 0,00 ±18,2 0,00 ±18,2 0,00 ±205,9 0,00 ±19,00,9 ±67,2 0,00 ±16,4 0,00 ±16,4 0,00 ±185,3 0,00 ±17,1

7 Giótrái

1,0 199,2 0,00 -9,1 0,00 -9,1 0,00 -978,2 0,00 97,880,9 179,3 0,00 -8,2 0,00 -8,2 0,00 -880,4 0,00 88,1

8 Gióphải

1,0 -221,2 0,00 24,3 0,00 24,3 0,00 931,6 0,00 -91,60,9 -199,1 0,00 21,9 0,00 21,9 0,00 838,4 0,00 -82,4

Bảng 5: Nội lực tại các tiết diện cột

b Tổ hợp nội lực:

Tổ hợp cơ bản 1: Gồm 1 tĩnh tải và 1 hoạt tải cộng lại

Tổ hợp cơ bản 2: Gồm 1 tĩnh tải và 0,9 tất cả các hoạt tải nguy hiểm

(4.5)

(1.7) 59,0 385,2

(1.8) -361,4 385,2

(1.2) -165,3 445,2

(1.7) 39,1 385,2

(1.2.4.6.8) -596,3 448,2

(1.2.4.6.8) -596,3 448,2

C t

(6.7)

(1.3.5) 202,3 385,2

(1.7) -116,4 385,2

(1.2) -127,5 455,2

(1.3.5.8) 193,3 385,2

(1.2.7) -133,67 448,2

(1.2.7) -133,67 448,2

C d

(8.9)

(1.8) 98,36 401,0

(1.3.5) -672,6 1699,5

(1.3.5) -672,6 1699,5

(1.2.8) 109,5 463,0

(1.3.5.7) -606,2 1569,7

(1.2.3.5.8) -488,42 1632,7

A

(10.11)

(1.8) 1071,3 401,0 -98,23

(1.7) -838,5 401,0 88,25

(1.3.5) 484,1 1708,5 -116,9

(1.2.4.5.8) 1619,2 1099,9 -188,8

(1.7) -740,7 401,0 81,8

(1.2.3.5.8) 1310,8 1632,7 -188,8

bảng 6: Tổ hợp nội lực nguy hiểm tại các tiết diện

1 Sơ đồ và kích thước dàn