Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng

Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng

ĐỒ ÁN KẾT CẤ U THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG1.ĐỀ BÀI:

- Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp với các số liệu sau:+ Vật liệu thép: CCT38s, có: f  230 / N mm2

361,91 / 1,05 1,05

c

f

+ Chiều dày không lớn hơn 20 mm.

+ Số lượng cầu trục: nct = 2 cái.

+ Loại que hàn N42, hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường.

+ Bu lông liên kết là bu lông cường độ cao, bu lông neo chọn bu lông 4.8 + Bê tông móng cấp độ bền B20.

+ Chiều dài nhà: Lnha = 112 (m).

+ Hệ số độ tin cậy của hoạt tải  p 1,2

L (m) H

1

(m) (T)Q (m)B

i (%)

Vùng gió

2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG.

2.1 Theo phương ngang.

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

H - phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt  0.000 (H 3 0)

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

a b

+5.60+7.80+9.15

2.3 Sơ đồ tính khung ngang.

Do sức nâng cần trục không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi, với độ cứng

là I1 Vì nhịp khung là 27m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm,

dự kiến vị trí thay đổi cách đầu xà 5m, độ cứng ở đầu và cuối xà là I1 và I2 tương ứng Donhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột khung với móng là ngàm tại mặt móng (cốt  0.00) Liên kết giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng.trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hóa tính toán và thiên về an toàn Sơ đồ khung ngang như hình

5 18 6,4 1,91 337,56 37,51 38,67 8,61 7,10 0,0552

CÊu t¹o xµ gå 7CS2.5x085.

+ Chọn khoảng cách bố trí các xà gồ theo phương ngang: axg = 1,5 m

+ Với khoảng cách xà gồ theo phương mặt dốc mái:

p  0,3 (kN/m2), n = 1,3

=>ptt= 0,3.1,3 = 0,39 kN/m2

c Tải trọng gió.

+ Chỉ phải xét đến thành phần tĩnh của tải trọng gió

+ Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gióW ở độ cao Z so với mốc chuẩn

được xác định theo công thức W n Wo k c

+ Trong đó:

- n - Hệ số vượt tải n1, 2

- W - Giá trị lực gió theo phân vùng áp lực, vùng gió : o Wo 0,65kN m/ 2

- k - Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạng địa

hình Để đơn giản, tính toán thiên về an toàn, coi như hệ số k không thay đổi

trong phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột, và từ đỉnh cột đến đỉnh mái Lấy k ứng

với dạng địa hình B Trong phạm vi từ mặt móng đến đỉnh cột, hệ số k lấy ứng với cao trình đỉnh cột 7,8m : k 0,9472

Trong phạm vi từ đỉnh cột đến đỉnh mái 9,15m : k 0,9796.

- C - Hệ số khí động, tra phụ lục III bảng III.3 lấy C= -0,2897.

kN m

kN m

a a

+ Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương y:

 Vậy thỏa mãn điều kiện độ võng

Kết luận: Xà gồ đó chọn đủ điều kiện chịu lực.

4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG.

4.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

Độ dốc mái i=10%   5,71o

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

- Trọng lượng bản thân tôm mái: 6,55 daN m / 2

- Trọng lượng bản thân 1 xà gồ:gtc xg    daN

Trọng lượng xà gồ quy về tải phân bố đều:

Trọng lượng bản thân xà ngang tự dồn trong SAP2000 với hệ số vượt tải 1,05

Tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

1 1,1 0,15        7,623

Do tôn tường chỉ lợp cách mặt cos 0.00 là 1,2m (xây tường để tránh gỉ tôn)

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

7,35kN

3,675kN.m

Hình 6 : Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên (tĩnh tải).

4.2 Hoạt tải mái.

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái lợp tôn) là 0,3kN/m2, hệ số vượt tải 1,3

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

b) Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái c) Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái phải

Hình 7: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái.

k ứng với dạng địa hình B, hệ số k lấy ứng với cao trình đỉnh cột 7,8m:k1  0,9472

Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang xác định như sau:

4.4.1 Áp lực đứng cầu trục.

Tải trọng 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 phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe

của 2 cầu trục sát vào nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định được các tung độ yi của

đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

Hình 10: Đường ảnh hưởng để xác định Dmax và Dmin

Các lực Dmax và Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch

66,74kN

33,37kN.m

b) Dmaxlên cột phải

Hình 11: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục.

4.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục.

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray:

5 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC.

5.1 Sơ đồ kết cấu.

Sơ đồ tính là hệ khung phẳng, các thanh liên kết cứng, cột liên kết ngàm với móng

a b

+5.60+7.80+9.15

+ Giả thiết cột có kích thước như sau:

5.3 Kiểm tra chuyển vị.

- Chuyển vị ngang tại đỉnh cột:

Chuyển vị ngang tại đỉnh cột (nút 10):

0,005469 0,025489

0,016

giotrai tt

 Thỏa mãn điều kiện

5.4 Nội lực trong khung.

Xuất từ SAP nội lực từng trường hợp tải:

q1 = 0,806kN/m

27000

7,35kN 3,675kN.m

7,35kN

3,675kN.m

Hình 13: Mômen, lực dọc, lực cắt do tĩnh tải gây ra.

q1 = 2,73kN/m

27000

Hình 14: Mômen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải chất đầy gây ra.

q1 = 2,73kN/m

27000

Hình 15: Mômen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải bên trái gây ra.

q1 = 2,73kN/m

27000

Hình 16: Mômen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải bên phải gây ra.

Hình 17: Mômen, lực dọc, lực cắt do gió trái gây ra.

Hình 18: Mômen, lực dọc, lực cắt do gió phải gây ra.

Hình 19: Mômen, lực dọc, lực cắt do Dmax trái gây ra.

Hình 20: Mômen, lực dọc, lực cắt do Dmax phải gây ra.

Hình 21: Mômen, lực dọc, lực cắt do Tmax trái gây ra.

Hình 22: Mômen, lực dọc, lực cắt do Tmax phải gây ra.

6 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

6.1 Thiết kế tiết diện cột.

6.1.1 Xác định chiều dài tính toán.

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiết làbằng nhau, ta có:

n n

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

ly = 3,4 m.

b Chọn và kiểm tra tiết diện.

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = -159,86 kNm

N = -201,72 kN

V = 58,65kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai cột, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tảitrọng 1,4,7,9 tiết diện dưới vai cột, tổ hợp cơ bản 2 gây ra

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :

Bản cánh: (1,4 x 20) cm

Bản bụng: (0,7 x 42,2) cm

422 14 14

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

Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có:

 Không cần kiểm tra bền

Với  x 1,91và m e 5,13 tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy có e  0,2191

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

, Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị

số mômen ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn Vì cặp nội lựcdùng để tính toán cột là tại tiết diện dưới vai cột và do các trường hợp tải trọng (1,4,7,9)gây ra nên trị số của mômen uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là:

9, 2 / 23 /0,345 0,7433

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

Điều kiện ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra theo các côngthức sau:

+Với bản cánh cột:

(vì 0,8 <

01,91 4 (0,36 0,1 )

Vì mx = 4,92 > 1;  x 1,91 2  khả năng chịu lực của cột được quyết định bới điềukiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn ( do x  y

Coi như chỉ có phần bản bụng cột tiết giáp với 2 bản cánh còn làm việc Bề rộng củaphần bụng cột này là:

Diện tích tiết diện cột không kể đến bản bụng bị mất ổn định cục bộ:

A’= 20,733,21+21,420 = 102,5cm2> A = 85,54cm2 không cần kiểm tra lạicác điều kiện ổn định tổng thể

Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là:

Vậy tiết diện cột đã chọn là đạt yêu cầu.

6.2 Thiết kế tiết diện xà ngang.

6.2.1 Đoạn xà 5 m (tiết diện thay đổi).

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

M = -226,21 kN

N = -62,16 kNm

V = 48,02 kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trong1,4,8,10 gây ra

Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức:

Do me   mx  20nên cần kiểm tra tiết diện xà ngang theo điều kiện bền.

226, 21.10 42, 2

15, 4 /1378,06 45

w

x

h M

kN cm

W h

2 1

48,02.610,4

1,35 / 31006,42.0,7

→ Bảng bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứngsuất tiếp ( không phải kiểm tra các ô bụng).

Vậy tiết diện xà ngang đã chọn là đạt yêu cầu Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chỗ tiếpgiáp với cột) và cột đã chọn phù hợp với giả thiết ban đầu là bằng nhau

6.2.2 Đoạn xà 8,5m (tiết diện không đổi).

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

 1,15 1,2  314,9  29,7 

0,7

Chọn h25cm

Chọn sơ bộ chiều dày bản cánh xà là tf  1,4 cm

Diện tích của tiết diện cần thiết của bảncánh xà ngang:

( không cần phải kiểm tra tiết diện

xà ngang theo điều kiện bền )

Tương tự như trên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh vàbản bụng xà ngang Ta có:

2 w

0,29 / 0,7

Nhận xét: Kích thước tiết diện được chọn chủ yếu từ điều kiện chuyển vị ngang đỉnh cột.

7 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT.

7.1 Vai cột.

Xác định được mômen uốn và lực cắt tại chỗ liên kết công xôn vai cột với bản cánh cột:

M = (Dmax + Gdct)(L1 - h)=(147,18 + 7,35).(0,75 - 0,45) = 46,36kNm

V = Dmax + Gdct = 147,18 + 7,35 = 154,53 kN

Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng cánh cột bfγ dv = 20cm Giả thiết bề rộng của

sườn gối dầm cầu trục bdct  20 cm Chọn sơ bộ bề dày các bản cánh dầm vai t dv f 1cm

Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầutrục truyền vào, theo công thức:

0,3054

20 2.1 23.1 2

20.40

dv x

18414, 2.2

920,71 40

dv x

Trị số của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụngdầm vai:

2 1

46,36.10 38

920,71 40

dv w dv

x dv

h M

kN cm

2 154,53.390

4,68 / 18414, 2.0,7

dv f dv

- Phía trên cánh (2 đường hàn): lw = 20 - 1 = 19cm

- Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw = 0,5.(20 - 0,7) - 1 ¿ 8cm

Thép ch? L

Bu lông thu?ng Ø10

Bu lông Ø20 D?m c?u

Tr?c

Xà g?

7CS2.5x085

4 Bulông Ø20

60 60

hf = 6mm 1

Căn cứ vào kích thước tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cộtcho trường hợp có vùng kéo trong bê tông móng với 4 bu lông neo ở 1 phía chân cột, từ

Tính lại ứng suất phản lực của bê tông móng phía dưới bản đế:

15,6

0,693 22,5

8,83

0,467 18,9

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tong móng:

6 6

14,910,8 23 1

6 6 777,96

15,90,8 23 1

7.2.5 Tính toán bulong neo.

Từ bảng nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bulong neo:

7.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế.

Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm momen vàlực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do đường hàn ở bản bụng chịu.Nội lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng đểtính toán bulong neo Các cặp khác không nguy hiểm bằng

Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc phân vào theo

(Ở trên lấy dầu trừ vì N là lực nén).

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở 1 bản cánh cột (kể cả các đườnghàn liên kết dầm đế vào bản đế):

7.3 Liên kết cột với xà ngang.

Cặp nội lực dung để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu long tại tiếtdiện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được:

a Tính toán bulong liên kết.

Chọn bulong cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bulong dự kiến là d  20 mm Bố tríbulong thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bulong tuân thủ các quy định trong bảngI.13 phụ lục

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích với kích thước lấynhư sau:

Khả năng chịu trượt của 1 bulong cường độ cao:

- số lượng mặt ma sát của liên kết n f 1

Trong trường hợp bulong chịu cắt và kéo đồng thời thì cần kiểm tra các điều kiện chịu cắt

và chịu kéo riêng biệt

Lực kéo tác dụng vào một bulong ở dãy ngoài cùng do momen và lực dọc phân vào (domomen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulong phía trong cùng)

Hình 29: Bố trí bu lông trong liên kết cột với xà ngang.

2 1

( Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén)

Do N bmax 95,53kN  N tb 98kN nên các bulong đủ khả năng chịu lực

Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bulong

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả sườn).

Xà g? ch? C 130ES20 Bu lông

thu?ng Ø10

Bu lông thu?ng Ø10

Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà (đỉnhmái):

Bề dày: ts = 0,8cm

Chiều cao: hs = 9 cm

Bề rộng: ls=1,5hs = 1,5.9 = 13,5 (cm) → chọn ls = 15 cm

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy dưới cùng do mô men và lực dọc phân vào (do

mô men có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trên cùng):

Do Nbmax= 60,7kN < [N]td = 98 kN nên các bulông đủ khả năng chịu lực.

Khả năng chịu cắt của các bulông được kiểm tra theo công thức:

Bu lông Ø20

45 45

45 45

150 40

Bu lông Ø20

hf = 6mm

hf = 6mm

33

150x90x8

Hình 33: Cấu tạo mối nối xà.

7.6 Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang.

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà Vmax = 51,29 kN Chiều cao cầnthiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức:

max min

51, 29.330, 4

0,073

2 2.8444,81 0,7.19,55 1

f yc

Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf = 0,6 cm

Lực cắt lớn nhất trong cột là tại tiết diện chân cột Vmax = -58,65 kN Chiều cao cần thiếtcủa đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng cột theo công thức:

max min

58,65.610,4

0,042

2 2.31006, 42 0,7.19,55 1

f yc