thuyết minh đồ án thép 2

thuyết minh đồ án thép 2

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THÉP 2 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG ,1 NHỊP

( KHUNG ZAMIL)

A/ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ.

Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệucho trước như sau:

- Nhịp khung ngang: L = 24(m)

- Bước khung (bước cột): B = 6(m)

- Chiều dài nhà: b = 66(m)

- Độ dốc mái: i =10%    5 , 17  (sin   0 , 099; cos  0 , 995 )

- Sức nâng cầu trục: Q = 10(Tấn), cần trục làm việc trung bình

- Cao trình đường ray: H = 6,5(m)

- Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Huế) có:

I THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI:

Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings Design Manual “ Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ

 Tấm lợp mái :(Tr371) (Single skin panels) Chọn khoảng cách xà gồ là 1.5(m)Chọn tấm mái có cấu tạo và các thông số kỹ thuật như sau::(tr 172)

Chiều dày

(mm)

Trọng lượng 1 tấm(kg/m2)

D.tích 1tấm(m2)

Tải trọng cho phép(kN/m2)

mÆt c¾t ngang tÊm m¸i

 Lớp cách nhiệt:

 Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z“ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “C” ở ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái

 Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ “ Z “ (Tr102)

60 1.75

 Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ được chế tạo từ thép cán nguội)

Tiết

diện

Ix(cm4)

Wx(cm3)

Iy(cm4)

Wy(cm3)

Trọnglượng(kg/m)

Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

Tải trọngcho phép(KN)200Z15 308,3 30,83 42,49 5,98 4,06 1,5 5,18 10,33

Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

L(mm)

1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ :

Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : Tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái

Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1.5 m

 Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là : 1.5 0 1.51(m)

cos5.71 (Độ dốc mái i = 10  = 5.71o)

a T nh t i :ĩnh tải : ải :

Vật liệu mái vượt tảiHệ số chuẩn (kg/mTải trọng tiêu2)

Tải trọng tínhtoán (kg/m2)

qtc = (6.59 + 10 + 30) 1.5 0

cos5.71 + 4.06 = 74.41(kg/m).

qtt = (6.92 + 12 + 39) 1.5 0

cos5.71 + 4.26= 91.72(kg/m).

2 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn :

Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên

Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang một góc  = 5.71o (Độ dốc i = 10)

c Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”

Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là

M

c y y x

x y x

* Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặtphẳng mái  y

10 5 200

1 B B

Vậy xà gồ giữa 200Z15 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

d Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

M

c y y x

x y x

c = 1 hệ số điều kiện làm việc

Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp.

* Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái  y

Công thức kiểm tra : 1 5 10 3

Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

1 Các thông số của cầu trục: Với sức trục Q = 20 tấn, chế độ làm việc trung bình,

chọn trục định vị trùng với mép ngoài của cột và  = 750 mm

Các thông số kỹ thuật:

Q

(T)

LK(m)

HK(mm)

Zmin(mm)

BK(mm)

KK(mm)

G(T)

Gxc(T)

Pmax(T)

Pmin(T)

10 22,5 960 180 3900 3200 8,36 0,803 7,07 2,11

2 Ray cầu trục:

Lấy sơ bộ Hr = 200mm = 0,2m

3 Dầm cầu trục:

Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta

chọn dầm tiết diện chữ I tổ hợp cao h = 50 cm

- Điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng :

w

t = ( ÷ )h = (7,1÷ 5)mm

70 100 .Chọn sơ bộ chiều dày bản bụng là tw = 6mm.

tf : đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng, không gây ứng suất phụ phát sinh lớn :

f

f

- Ngoài ra để dễ liên kết dầm theo phương ngang với

cấu kiện khác ( như xà gồ tường, giằng tường ) và đảm bảo ổn định tổng thể cho cột

4 Kích thước của khung ngang:

Xác định chiều cao cột và vai cột: Sơ đồ cấu tạo khung nhà

Trong đó: bk = 300(mm) – Khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang.

Chọn H2 = 1,3(m)

Chiều cao của cột khung tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:

H = H1 + H2 +H3 = 6,5 + 1,3 + 0 = 7,8(m)

Trong đó: H3 – phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt 0.000 (H3 = 0)

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

t 2 dct r

H H H H 1,3 0.5 0,2 2,0(m)  

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

Hd = H - Ht = 7,8 – 2,0 = 5,8(m)

b 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:

K 1

- Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng

- Đảm bảo cho việc thi công lắp dựng kết cấu được an toàn và thuận tiện

Hệ giằng trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm 2 bộ phận là: Hệ giằng mái và hệ giằng cột

1 Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái.

- Tác dụng:

+ Bảo đảm ổn định cho dàn theo phương ngoài mặt phẳng uốn

+ Dàn gió chịu tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc nhà

+ Hệ giằng dọc theo đầu cột chịu lực hãm theo phương dọc nhà

- Cách bố trí : Hệ giằng mái được bố trí thep phương ngang nhà tại hai gian đầu

hồi, đầu các khối nhiệt độ và một số gian giữa nhà sao cho khoảng cách giữa cácgiằng bố trí không quá 5 bước cột Bản bụng của 2 xà ngang cạnh nhau được nối bởicác thanh giằng chéo chữ thập Ngoài a cần bố trí các thanh chống dọc bằng théphình tại những vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà, chân cửa mái,…

Cách bố trí chi tiết xem trên bản vẽ A1

2 Tác dụng và cách bố trí hệ giằng cột

- 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

- Cách bố trí : Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong phạm vi

cột trên và cột dưới tại những gian có hệ giằng mái Đối với nhà có cần trục sức nâng

bé hơn 15 T ta dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính không nhỏhơn 20mm

IV TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:

1 Tĩnh tải:

a Tải trọng mái và xà gồ: Trên thực tế tải này truyền lên khung dưới dạng lực tập

trung tại điểm đặt các xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phânbố( trên mặt bằng)

b Tải trọng do xà gồ tường tôn đặt tại các cao trình của xà gồ tường:

Với cột cao 7,8 (m), nhưng do có 1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kểđến, chỉ tính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1m trở lên trên, tươngứng với chiều dài cột là 6,8(m), giả thiết dùng 5 xà gồ 200Z15 đặt cách nhau 1.6(m),trọng lượng quy thành lực tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiềuvới mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến

sơ đồ tác dụng của tĩnh tải

2 Hoạt tải:

a Hoạt tải mỏi:

Tải trọng tạm thời do sử dụng trờn mỏi được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mỏi khụng người qua lại, chỉ cú hoạt tải sửa chữa cú giỏ trị tiờu chuẩn: ptc=30kg/m2Quy đổi về tải trọng phõn bố đều trờn xà ngang là:

b Hoạt tải do cầu trục:

Theo phụ lục bảng II.3- Giáo trình “thiết kế kết cấu thép” ta có bảng các thông số của cầu trục sức nâng 10 T như sau:

Zmin(mm)

BK(mm)

KK(mm)

G(T)

Gxc(T)

Pmax(T)

Pmin(T)

10 22,5 960 180 3900 3200 8,36 0,803 7,07 2,11

 Áp lực đứng của 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 phảnlực lên gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợinhất Từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xecầu trục lên cột:

max C p max i

D n  P y 0.85 1.1 7,07 2,7 17,85(T) 17850kg)     min C p min i

D n  P y 0,85 1,1 2,11 2,7 5,33(T) 5330(kg)     

Trong đó:

nc = 0.85 hệ số tổ hợp, lấy bằng 0.85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làmviệc trung bình

p =1.1 : hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục

Pmax =7,07(T)-Áp lực tiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lênray (tra catalo cầu trục)

Pmin =2,11(T) - Áp lực tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lênray ở phía cột bên kia

yi = (0,35 +0,883 +1 +0,467) =2.457(m) - Tung độ đường ảnh hưởng

(Đối với cầu trục có móc mềm kf = 0.1)

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

Tải trọng gió gồm hai thành phần: Phần tĩnh và phần động Chiều cao nhà <36m

và tỉ số chiều cao nhịp < 1.5 nên bỏ qua thành phần động của gió

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

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

- Gió thổi trong phạm vi mái được tính là tải phân bố trên mái, chuyển thànhphân bố lên khung

- Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió II-B, áp lực phân bố là:

- p = 1.2 – Hệ số vượt tải của tải trọng gió

- Wo = 95(kg/m2) - áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào địa điểm xây dựng

- k - là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng

+ Mức đỉnh mái ở cao trình 10.03(m) có k2= 0,9757 (nội suy).

Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình :

- B = 6m – Bề rộng diện truyền tải trọng gió vào khung (Bước khung)

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động có thểxác định theo sơ đồ trong Bảng III.3 -phụ lục giáo trình “thiết kế khung thép”-TS.Phạm Minh Hà Với  = 5.710 , h1/L = 7,8/24 = 0,325, b/ L = 66/27 = 2,75 >2, nộisuy ta có:

1 Xác định sơ bộ tiết diện cột:

a Xác định chiều dài tính toán:

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung cột

(Giả thiết mômen quán tính của tiết diện xà và cột là như nhau)

Trường hợp cột liên kết ngàm với móng

(dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang,…) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng théphình chữ C tại cao trình + 3,50, tức là khoảng giữa từ cột móng đến dầm hãm, nên3,5( )

y

l  m

b Xác định sơ bộ tiết diện:

*Xác định sơ bộ tiết diện cột:

Chiều cao tiết diện cột h được chọn sơ bộ theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:

Hình 4.1 Sơ bộ tiết diện cột

* Xác định đặc trưng hình học của tiết diện cột:

+ A =480,6 + 2201= 68,8(cm2)

+

2 3

32

+ 2 2 29542 94 1181 72 3

50

x x

*Xác định sơ bộ tiết diện xà ngang:

Vì nhịp khung là 24m nên ta chọn phương án chia xà ngang thành 2 đoạn Dự kiếnđoạn xà gần gối dài 4,0m (tính theo phương ngang) độ cứng đầu và cuối đoạn là I1 và

I2 (giả thiết độ cứng của xà và cột tại vị trí liên kết xà - cột là như nhau, tức I =1 I ) cotĐoạn còn lại tiết diện không đổi và có độ cứng là I2

tiÕt diÖn ®o¹n xµ 2

Hình 4.3: Tiết diện đoạn xà 2

Sử dụng phần mềm SAP2000 Version12 xác định nội lực

*Các phương án chất tải và biểu đồ nội lực :

- Phương án 1: Tĩnh tải

sơ đồ tác dụng của tĩnh tải

- Phương ỏn 3 : Hoạt tải nửa phải

sơ đồ tác dụng của hoạt tải nửa phải

24000

234(kg/m)

- Phương ỏn 4 : Hoạt tải cả mỏi

sơ đồ tác dụng của hoạt tải toàn mái

sơ đồ tác dụng của hoạt tải cầu trục Dmaxtrái

- Phương ỏn 6 : Dmax phải

2665kg.m

8925(kg.m)

- Phương ỏn 11 : Giú trỏi sang

sơ đồ gió trái sang

- Phương ỏn 12 : Giú phải sang

sơ đồ gió phải sang

* Biểu đồ nội lực của cỏc phương ỏn chất tải:

- Phương ỏn 1 : Tĩnh tải

- Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái

M

Q

N

- Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

M

Q

N

- Phương án 4 : Hoạt tải cả mái

M

Q

N

- Phương án 5 : Dmax trái

M

Q

N

- Phương án 6 : Dmax phải

M

Q

N

- Phương án 7 : T trái +

M

N

Q

- Phương án 8 : T trái -

M

Q

N

- Phương án 9 : T phải +

M

Q

N

- Phương án 10 : T phải -

M

Q

N

- Phương án 11 : Gió trái

M

Q

N

- Phương án 12 : Gió phải

M

Q

N

Q

N

3 TỔ HỢP NỘI LỰC:

Từ kết quả tính toán nội lực như trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm ra tổ hợp nội lực bất lợi nhất để tính toán tiết diện khung

Ta xét 2 loại tổ hợp, tổ hợp cơ bản 1, tổ hợp cơ bản 2

Tổ hợp Cơ Bản 1: gồm tĩnh tải và một hoạt tải

Tổ hợp Cơ Bản 2 : gồm Tĩnh tải và 2 trường hợp hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0.9

Mmax,Ntư Mmin,Ntư Nmax,Mtư Mmax,Ntư Mmin,Ntư Nmax,Mtư

VII.TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CỘT-XÀ:

I TÍNH TOÁN TIẾT DIÊN CỘT.

Thiết kế cột tiết diện không đổi từ trên xuống dưới :

Chọn 2 cặp nội lực nguy hiểm để tính toán :

Kí hiệu

M (kG.m) N( kG ) Q ( kG ) e=

)

(cm

N M

1 16670,35 -22183,38 -5548,7 75,15

2 15084,89 -21638,58 -4565,23 69,7

Ta tính cho cặp nội lực 1 rồi kiểm tra lại với cặp 2

1.Tính tiết diện cột với cặp 1 :

a.Chiều dài tính toán cột theo 2 phương :

- Theo phương trong mặt phẳng uốn : lx   l.

Giả thiết tỉ số độ cứng giữa xà ngang và cột II 11,5

Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng uốn :l x   l= 1,476 7,8 = 11,513m

- Theo phương ngoài mặt phẳng uốn :

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy mằng khoảngcách giữa các điểm cố định theo phương dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột, xà

ngang ) giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +3,5 m,tức là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm cầu trục , nên ly = 3,5 m

Theo cấu tạo :

- Điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng :

w

t = ( ÷ )h = (7,14 ÷ 5)mm

70 100 .Chọn sơ bộ chiều dày bản bụng là tw = 6mm.

tf : đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng, không gây ứng suất phụ phát sinh lớn :

1334, 2

4,4 68,8

x x

y y

I

A I

x x

+ Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện:

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : x

Độ lệch tâm tính đổi m1mx 1,41.4,38 6,17 < 20 ; không cần kiểm tra bền

d.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra theo công thức : f

A

N

c lt

e.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng:

Để kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số

mô men ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mô men lớn hơn Vì cặp nội lực dùng

để tính toán cột tại tiết diện dưới vai cột và do các trường hợp tải trọng 4,11,13,19gây ra nên trị số mmo men uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là

N

c y

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

w

t

h t h

Vậy phải gia cường cho bản bụng bằng các cặp sườn ngang (vách cứng)

Kích thước của sườn ngang được lấy như sau:

g.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh :

Điều kiện kiểm tra : 

o

t

b t b

Chiều rộng tính toán của phần bản cánh nhô ra : 20 0,6 9,7

w o

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

2.Kiểm tra tiết diện cột với cặp số 2:

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : m x e. A 69,7.1181,7268,8 4,06(cm)

Wx

+ Từ mx = 4,06 , x  1,9 và Af/Aw=20/28,8 = 0,694 < 1

mx = 4,06 < 5 tra bảng IV.5 ta có : 1,351

Độ lệch tâm tính đổi : m1 m x 1,351.4,06 5,5 < 20 ; không cần kiểm tra bền

a.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra theo công thức : f

A

N

c lt

b.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

Để kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số

mô men ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mô men lớn hơn Vì cặp nội lực dùng

để tính toán cột tại tiết diện dưới vai cột và do các trường hợp tải trọng 1,4,7,10 gây

ra nên trị số mô men uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là

N

c y