thuyết minh đồ án thép

Do nhà công nghiệp có cầu trục nên chọn liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm tại mặt móng tức cốt  0.. Liên kết giữa cột với xà ngangcũng là liên kết ngàm liên kết cứng nhằm mục

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP - -

I SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:

1.1 Mã đề 1312 ứng với các số liệu sau:

II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CỦA KHUNG:

2.1 Theo phương ngang nhà:

Vì nhà có cầu trục với sức trục nâng Q=16T<30T nên khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị a=0m (trục định vị trùng với mép ngoài của cột)

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

mm L

m L

L

2

5 , 16 18

Trong đó:

+ L=18m nhịp nhà

1 ( )

+H3-là phần cột chôn dưới nền, xem mặt móng tại cốt  0 00 nên H3=0

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

1 8

1

10

1

chọn Hdct=0,7m+Hr- là chiều cao của ray và đệm, chon sơ bộ Hr=0,2m

Vậy Ht=1,5+0,7+0,2=2,4m

- Chiều cao của phần cột dưới: Hd=H-Ht=9,0-2,4=6,6m

Ghi chú:

- Các giá trị HK ; bK và zMin tra bảng II.3 số liệu cầu trục/Sức nâng

5-32 tấn, chế độ làm việc trung bình - Thiết kế khung thép nhà Công nghiệp một tầng một nhịp-tác giả Phạm Minh Hà ứng với sức trục Q=16T

2.3.Sơ đồ tính toán khung ngang :

Chọn tiết diện cột không đổi với độ cứng cột là I1 Nhịp nhà 18m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 3m

Với đoạn xà dài 3m độ cứng ở đầu xà và cuối xà là (giả thiết độ cứng của xà và cột tại chổ liên kết xà-cột là như nhau) I1 và I2 Giải thiết tỷ số độ cứng I1/I2  2  ( 1  3 ) « theo Thiết Kế Khung Thép nhà công nghiệp một

tầng, một nhịp-tác giải Phạm Minh Hà-trang 16 »

Do nhà công nghiệp có cầu trục nên chọn liên kết giữa cột với móng

là liên kết ngàm tại mặt móng tức cốt  0 00 Liên kết giữa cột với xà ngangcũng là liên kết ngàm (liên kết cứng) nhằm mục đích tăng độ cứng và giảm

độ biển dạng của khung

SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG

III TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG :

3.1 Tải trọng thường xuyên(tỉnh tải :

Độ dốc mái i 10 %  tag  0 , 1    5 , 71 0 nên Sin  0 , 099 ;Cos  0 , 995

Tải trọng tỉnh tải tác dụng lên khung bao gồm: Trọng lượng của các tấm lợp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang

và dầm cầu trục

- Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái 0,15kN/m2 Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m Tải trọng tỉnh tải tác dụng lên xà ngang :

m kN g

n Cos

B g n

995 , 0

6 15 , 0 1 , 1

.

2 2 1

1



Trong đó:

+ n1 và n2 các hệ số vượt tải của mái tôn và xà ngang chọn n1=1,1 và n2=1,05

+ g1= 0,15kN/m2 và g2=1kN/m

+ B=6m là bước cột

- Trọng lượng bản thân tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự với mái

là 0,15kN/m2 (từ cốt  0 00m đến cốt  1 50m xây tường gạch, phần còn lạidùng tấm tôn để lợp và khi tính toán ta bỏ qua phần tường xây cao 1,5m) và quy về thành lực tập trung đặt ở đỉnh cột:

kN H

B g n

P t  1 .(  1 , 5 )  1 , 1 0 , 15 6 ( 9 , 0  1 , 5 )  7 , 45

Trong đó: H=9,0m là chiều cao cột

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

kN B

g

n

P CT  ct  1 , 05 1 6  6 , 3 ;

kNm h

6,3 kN 3,15 kNm

SƠ ĐỒ TỈNH TẢI

3.2 Hoạt tải mái :

Tra bảng 3-tải trọng phân bố đều trên sàn và cầu thang theo cuốn TCVN2737-1995 có trị số tiêu chuẩn của hoạt tải mái thi công hoặc sữa chữa mái (mái tôn) là 0,3kN/m2 Quy đổi về tải phân bố đều tác dụng lên xà ngang :

2

995 , 0

6 3 , 0 3 , 1

.

m kN Cos

Tra bảng phụ lục E-phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính và bảng bảng 4- giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng gió áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam ứng với dịa hình thành phố vinh ta có: W0=1,25kN/m2

Ce1=-0,543; Ce2=-0,4; Ce3=-0,4;

Ce=+0,8(ứng với phía gió đẩy)

Tải trọng gió tác dụng lên cột:

- Phía đón gió: q d  p W0.k.C e.B  1 , 2 1 , 25 0 , 976 0 , 8 6  7 , 03kN/m

- Phía khuất gió: q h p W0.k.C e3.B  1 , 2 1 , 25 0 , 976 0 , 4 6  3 , 52kN/m

Tải trọng tác dụng lên mái :

GIÓ PHẢI SANG

3.4 Hoạt tải cầu trục :

Tra bảng II.3 Sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tâng, mộtnhịp-Tác giả Phạm Minh Hà ta có :

BềRộngđáyKK(

mm)

T.Lượngcần trụcG(T)

T.Lượng

xe conGxc(T)

Áp lựcPMax(kN)

Áp lựcPMin(kN)

Áp lực đứng của cầu trục

tải trọng thảng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm

cầu trục được xác định bằng cách bằng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa

của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát 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 :

L

e 1 0 , 5  0 , 75  0 , , 05  0 , 5

Trị số của các mômen lệch tâm tương ứng:

kNm e

D

M Max  Max  247 , 92 0 , 5  123 , 96 ; M Min D Mim.e 53 , 04 0 , 5  26 , 52kNm

ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐỂ XÁC ĐỊNH DMax VÀ DMin

Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục

53,04 kN26,52 kNm

DMax LÊN CỘT TRÁI

53,04 kN 26,52 kNm

DMax LÊN CỘT PHẢILực hãm ngang của cầu trục:

- Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục :

T

T tc

2975 , 4 2

Trong đó: + n0=2 là số bánh xe cầu trục ở một bên ray

- Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm:

Lựa chọn sơ bộ tiết diện của các cấu kiện:

- Kích thước cột: chiều cao cột h=50cm; bề rộng bản cách

Ghi chú: kích thước tiết diện khai báo trong chương trình Sap2000 để

chạy nội lực chính là tiết diện lựa chọn sơ bộ như trên

Nội lực trong khung ngang được xác định cho từng trường hợp tải

Chèn bảng xuất nội lực và tổ hợp nội lực vào

V THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT :

5.1 Xác định chiều dài tính toán :

Lựa chọn phương án tiết diện cột không đổi Tỷ số độ cứng của xà và

cột giả thiết của cột và xà là I1/I1=1 (I1-là độ cứng của cột cũng là độ cứng

của tiết diện đầu xà 3m)

Tỷ số độ cứng đứng vị của xà và cột là:

50 , 0 18

0 , 9 1

I n

Trong đó : - H là chiều cao cột tính từ cốt ±0.00 đến đỉnh cột (H=9,0m)

- L là nhịp nhà (L=18m)

Vì cột liên kết với móng là liên kết ngàm nên hệ số chiều dài tính

toán:

287 , 1 14 , 0 5 , 0

56 , 0 5 , 0 14 , 0

56 , 0

l x    1 , 287 9 , 0  11 , 583

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

bằng các điểm khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị

theo phương dọc nhà Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ

Z với khoảng cách 2,2m, nên l y  3 , 5m

5.2 Chọn và kiểm tra tiết diện:

5.2.1 Lựa chọn tiết diện cột:

Diện tích tiết diện cột chọn sơ bộ như trên

10 480

500

TIẾT DIỆN CỘT

5.2.2 Kiểm tra tiết diện cột:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực bất lợi nhất dùng để tính toán đó là cặp sau:

M=116,97kNm; N=-279,164kN; V=-27,939kN

Dây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai cột, trong bảng tổ hợp nội lực

do trường hợp tải trọng 1,7,9 gây ra

Các đặc trương hình học của tiết diện cột đã chọn như trên:

- Diện tích tiết diện: A=0,8.48+2.(1.20)=78,4cm2

- Mô men quán tính theo phương x:

4 3

3 3

3

31386 12

48 ).

8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

50 20 12

) (

5 , 0 2

h t b h

b

- Moomen quán tính theo phương y:

4 3

3 3

3

1335 12

20 1 2 12

8 , 0 48 12

2

12

.

cm b

t t

31386 2

2

cm h

I

cm A

I i cm A

I

4 , 78

1335

; 0 , 20 4 , 78

3 , 1158

21 915 , 57 /

21 /

4 , 78 164 , 279

100 97 , 116



Tra bảng phụ lục IV.5 hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết diện  ứng

với loại tiết diện 5 “Trang 98-Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhị, tg

Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta có:

521 , 0 48

A

thì   ( 1 , 75  0 , 1m x)  0 , 02 ( 5  m x) x

401 , 1 83 , 1 ) 62 , 2 5 ( 02 , 0 ) 62 , 2 1

A

thì   (1,9 0,1 ) 0,02(6  m x   m x) x(1,9 0,1.2,62) 0,02(6 2,62)1,83 1,551

Nội suy ta được: ( 0 , 521 0 , 5 ) 1 , 401 1 , 471

401 , 1 551 , 1

5 , 0 1

Vì m e  3 , 85  20  không cần kiểm tra bền

5.2.2.2.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể:

Với  x 1,83 và m e  3 , 85, tra “bảng IV.3 hệ số e để kiểm tra ổn định của cấu kiện tiết diện đặc, chịu nén lệch tâm(nén uốn), mặt phẳng tác dụng của

Moomen trùng với mặt phẳng đối xứng-trang 94, Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp, tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” và nội suy ta có:

164 , 279

N

c e



kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn

- Điều tkiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳngkhung được kiểm tra theo công thức:

f A c

N

c y

M M

Max

2

970 , 116

; 503 , 55 2

; ' '

4 , 78 164 , 279

5 , 5848

Ta có: 99 84 , 75

21

10 ,.

21 14 , 3 / 14 , 3

ứng với mx=1,3cm; c y nên tra “bảng 2.1 Hệ số  ,  đối với tiết diện chữ

I hoặc chữ T-trang 26- Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp- tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” ta được:

1



x m

c





Với y  84 , 75  85 Tra “Bảng phụ lục IV.2.Hệ số uốn dọc cấu kiện nén

đúng tâm- trang 93- Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp- tg Phạm Minh Hà-Đoàn Tuyết Ngọc” và nội suy ta có:

006 , 10 4 , 78 687 , 0 518 , 0

164 , 279

c

N

c y



mãn

Vậy tiết diện cột lựa chọn thõa mãn điều kiện ổn định tổng thể

5.2.2.3.Kiểm tra điều ổn định cục bộ:

- Với bản cánh:

Bề rộng tính toán của cột b b f t w 9 , 6cm

2

8 , 0 20 2

0     

Vì0 , 8  x  1 , 83  4,nên

17 , 17 21

10 1 , 2 ) 83 , 1 1 , 0 36 , 0 ( ).

1 , 0 36

w t

h t h

Với x  1 , 83  2 tra “Bảng 2.2 Giá trị giới hạn 

h

với tiết diện cột chữ trang 28- Thiết kế khung thép nhà một tầng, một nhịp- tg Phạm Minh Hà- Đoàn Tuyết Ngọc” ta có

21

10 1 , 2 83 , 1 15 , 0 3 , 1 /

15 , 0 3

,

1

4 2

w

t

h t

h

do vậy bản bụng cột bị mất ổn định cục bộ, coinhư chỉ có phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc Bề rộngcủa phần bụng này là:

cm t

h t

1 '

4 , 78 016

, 102 8 , 0 76 , 38 2 1 20 2 2

cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể

- Kiểm tra chuyển

vị ngang ở đỉnh

cột

VI THIẾT KẾ XÀ NGANG:

6.1.Thiết kế tiết diện Xà 3M (đoạn xà có tiết diện thay đổi):

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

N=-37,170kNM=-127,690kNmV=36,797kNĐây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong bảng tổ hợp nội lực do cáctrường hợp tải 1,4,8,12

6.1.1 Lựa chọn tiết diện:

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

3

05 , 608 21

1

100 690 , 127

h

V

t

c v

1 12 35

797 , 36 2

3

Chiều cao tiết diện xác định theo chi phí tối ưu về chi phí vật liệu:

cm t

05 , 608 ) 2 , 1 15 , 1

3 2

3

28 , 18 34

2 ).

12

33 8 , 0 2

35 05 , 608 (

2 ).

12

2 ( )

.

h

h t h W t

b

A

f

w w yc

x

yc f

b f  ( 1 / 2  1 / 5 )  ( 8 , 4  21 ) ;b f  ( 1 / 10h; 18cm)

f

E t

b f f

200

TIẾT DIỆN XÀ 3M

6.1.2 Kiểm tra tiết diện:

Các đặc trưng hình học tiết diện xà

- Diện tích tiết diện: A=0,8.33+2.(1.20)=66,4cm2

- Mô men quán tính theo phương x:

4 3

3 3

3

13959 12

33 ).

8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

35 20 12

) (

5 , 0 2

h t b h

b

798 35

13959 2

2

cm h

100 69 , 127

74 , 16 798

12769 4

, 66

17 ,

cm kN f

cm kN W

M

A

N

c x



Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chổ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo công thức:

2 1 2

12769

h

h W

M w x

340 979 , 36

Vậy tiết diện xà thão mãn điều kiện bền

6.1.2.1.Kiểm tra điều kiện ổn định cánh và bản bụng:

Chiều dài tính toán b 9 , 6cm

2

8 , 0 20

0   

81 , 15 /

5 , 0 6

5 , 5 25 , 41

101 21

10 1 , 2 2 , 3 2

, 3 25 ,



f

E t

h w w

Vậy bản bụng không mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp(không phải đặt sườn ngang)

79 21

10 1 , 2 5 , 2 5

, 2 25 , 41

h w w

Vậy bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp

và ứng suất tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng)

Kết luận: Tiết diện xà đã chọn đạt yêu cầu Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chổ tiếp giáp với cột) và cột đã chọn phù hợp với giả thiết ban đầu là bằng nhau

6.2.Thiết kế tiết diện Xà 6M (đoạn xà có tiết diện không thay đổi):

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

6.2.1.Lựa chọn tiết diện:

Mômen kháng uốn cần thiết của tiết diện xà ngang:

3

6 , 203 21

1

100 766 , 42

6 , 203 ) 2 , 1 15 , 1

cm f

h

V

t

c v

1 12 25

147 , 2 2

3

3 2

3

71 , 8 24

2 ).

12

23 8 , 0 2

25 6 , 203 (

2 ).

12

2 ( )

.

h

h t h W t

b

A

f

w w yc

x

yc f

b f  ( 1 / 2  1 / 5 )  ( 5  12 , 5 ) ;b f  ( 1 / 10h; 18cm)

f

E t

b f f

6.2.1.Kiểm tra tiết diện:

Các đặc trưng hình học tiết diện xà

- Diện tích tiết diện: A=0,8.23+2.(1.20)=58,4cm2

- Mô men quán tính theo phương x:

4 3

3 3

3

6575 12

23 ).

8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

25 20 12

) (

5 , 0 2

h t b h

b

3 526 25

6575 2

2

cm h

100 766 , 42



6.2.1.1.Kiểm tra theo điều kiện bền:

Vì mx=22,1cm>20cm; mà m e  m x  20(vì   1)nên tiết diện xà được tínhtoán và kiểm tra bền theo công thức:

) / ( 21 /

5 , 8 526

6 , 4276 4

, 58

472 ,

cm kN f

cm kN W

M

A

N

c x

6 , 4276

h

h W

M w x

240 147 , 2

48 , 7 1 , 0 48

,



Vậy tiết diện xà thão mãn điều kiện bền

6.2.1.1.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ:

Vì tiết diện xà đã chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn xà 4m nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng

VII.THIẾT KẾ XÀ GỒ:

7.1.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 lấy sơ bộ 0,15kN / m2 và hoạt tải mái sửa chữa lấy theo tiêu chuẩn 0,3kN / m2

Chọn khoảng cách bố trí xà gồ trên mặt bằng là 1m

Khoảng cách bố trí xà gồ trên mặt phẳng mái là: 1 , 005m

995 , 0

1 cos

cos

1

k

g tt  tc  1 , 05 0 , 151  0 , 16 /

- Hoạt tải.

m kN

cos

1 3 ,





m kN p

k

p tt  tc  1 , 3 0 , 3015  0 , 39 /

Vậy:

m kN p

g

q tc  tc tc  0 , 151  0 , 3015  0 , 4525 /

m kN p

g

q tt  tt  tt  0 , 16  0 , 39  0 , 55 /

7.2.Chọn tiết diện xà gồ:

Chọn xà gồ gồ thép hình chữ C cuốn nguội có số hiệu 6CS2,5x059

Tra “bảng phụ lục II.1-Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một

nhịp-tg Phạm Minh Hà và Đoàn Tuyết Ngọc” ta có các thông s sau:ố sau:

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

Mômen:

m kN B

7.3.Kiểm tra tiết diện:

7.3.1.Kiểm tra điều kiện bền:

Điều kiện bền được kiểm tra theo công thức sau:

W

M W

M

c y

y x

x y x

/ 21 21 1 94 , 11 8

100 061 , 0 032 , 22

100 462 , 2

cm kN



7.3.2.Kiểm tra điều kiện biến dạng:

Xà gồ biến dạng theo 2 phương, tuy nhiên biến dạng theo phương x-x là không đáng kể nên ta chỉ xét biến dạng theo phương y-y

Theo TCXDVN 338 : 2005, độ võng cho phép của xà gồ mái là B/200

I E

B q x

tc

200

600 200 19

, 2 24 , 165 10 1 , 2

600 10 4502 , 0 384

5

384

5

4

4 2 4

D

V  Max  dct  247 , 92  6 , 3  254 , 22

Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng bản cánh cột b dv cm

f  20 Giả thiết bề rộng của sườn gối dầm cầu trục là bdct=20cm chọn sơ bộ bản cánh dầm vai t dv f  1  ( 1  2 )

Bề dày bản dầm vai dầm vai được xác định theo điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào:

b

G D

t

c

dv f dct

dct Max

dv

1 21 ) 1 2 20 (

3 , 6 92 , 247 )

22 , 254 2

3

3 3

3

31386 12

48 ).

8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

50 20 12

) (

5 , 0 2

h t b h

b

dv w

dv f

dv

f

3 1255 50

31386 2

2

cm h

5 , 6355

480 22 , 254

cm kN t

CẤU TẠO VAI CỘT

8.2.Kiểm tra tiết diện vai cột :

8.2.1.Kiểm tra điều kiện bền :

Tiết diện đã chọn thõa mãn điều kiện bền

8.2.2.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng :

- Với bản cánh :

8 , 15 21

10 1 , 2 5 , 0 5

, 0 6 , 9 1

) 8 , 0 20

b

dv

f

bản cánh không mất ổn định cục bộ

- Với bản bụng :

06 , 79 21

10 1 , 2 5 , 2 5

, 2 60

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai vào bản cánh của cột

được xác định như sau:

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

Phía dưới cánh (dùng 4 đường hàn góc): l b t w cm

dv f

2

8 , 0 20 1

Vậy diện tích và mômen chống uốn của các đường hàn trong liên kết (coi

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

2

8 , 76 47 8 , 0 2

3 3

2 3

2

3

6 , 1437 50

2 12

47 8 , 0 19 8 , 0 6 , 8 2 12

8 , 0 6 , 8 2 20

8 , 0 19 12

8 , 0

2 2

/ 6 , 12 1 ).

18 7 , 0 ( 523

, 5 8

, 76

22 , 254 6

, 1437

5 ,

A

V W

M

c w w

Vậy khả năng chịu lực của đường hàn đảm bảo

Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy như sau:

+ Chiều cao: h h dv cm

w