Tiết diện dầm mái Lưu ý: vẽ các tiết diện, ghi đầy đủ kích thước - Bề cao tiết diện dầm tại nách khung: Lưu ý: t f và t w phải chọn phù hợp với kích thước bề dày thực tế của thép bản..
Trang 1HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THẫP 1
HƯỚNG DẪN LẬP THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN MễN HỌC KẾT CẤU THẫP -
I Mặt bằng kết cấu nhà xưởng và
cỏc kớch thước của khung ngang
1 Mặt bằng kết cấu nhà xưởng: Từ nhiệm vụ thiết kế vẽ mặt cắt ngang nhà xưởng và lập mặt bằng cỏc kết cấu chớnh của nhà xưởng (Khung, Cột, Dầm cầu trục, )
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
C1 C1 C1 C1 C1 C1
C1 C1 C1 C1 C1 C1
Dg Dct
Dct Dg
Dg Dct
Dct Dg
cách đặt tên kc thứ 1 cách đặt tên kc thứ 2
c3 c3 c3 c2
c2
Hỡnh 2 MẶT BẰNG KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG
Trang 2HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 2
(Trong đồ án này SV thực hiện đặt tên KC theo cách 1, còn cách đặt tên KC theo cách
2 như hình vẽ trên chỉ để biết)
2 Xác định các số liệu tính toán
Từ nhiệm vụ thiết kế đã cho, ta có các số liệu : Q = … , L = … , H 1 = H r = … ,
h dcc = … , h r = … tra bảng 4.2 phụ lục 4 sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp” cầu trục hai dầm kiểu ZLK ta có:
* Với Q ta xác định được các số liệu sau:
- Khoảng cách từ đỉnh ray đến đỉnh xe con của cầu trục là : K1 = …
- Khoảng cách tối thiểu từ tim ray đến mặt trong của cột trên là : Zmin = …
* Với Q và L ta xác định được các số liệu sau:
- Nhịp cầu trục: L cc = S = …
- Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị () : = (L- L cc )/2 = …
* Khoảng cách từ đỉnh xe con đến đỉnh cột trên (mặt dưới cùng của kết cấu xà nằm ngang hoặc mặt trần nhà): ∆ a = 200 500 (mm)
(Lưu ý: H d , H tr nên chọn chẵn và phù hợp với kích thước tấm tường)
b Tiết diện cột (Lưu ý: vẽ tiết diện, ghi đầy đủ
Trang 3HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 3
c Tiết diên vai cột
Vai cột là một công xôn ngắn, tiết diện dạng chữ I
- Bề cao tiết diện vai cột:
(Lưu ý: t f và t w phải chọn phù hợp với kích thước bề dày thực tế của thép bản)
4 Kích thước chính của dầm mái và kết cấu cửa mái
Dầm mái tiết diện đặc dạng chữ I Dầm được chia thành 4 đoạn lắp ghép, 2 đoạn ở
2 đầu (liên kết với cột) có tiết diện thay đổi, 2 đoạn giữa có tiết diện không thay
đổi
Trang 4HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 4
a Chiều dài nhịp đoạn dầm tiết diện thay đổi
L d1 (0,35 0,4)L/2 , chọn L d1 = …
b Tiết diện dầm mái (Lưu ý: vẽ các tiết diện, ghi đầy đủ kích thước)
- Bề cao tiết diện dầm tại nách khung:
(Lưu ý: t f và t w phải chọn phù hợp với kích thước
bề dày thực tế của thép bản Đoạn đầu t w lấy
theo h d1, đoạn giữa có thể lấy theo đoạn đầu
hoặc tính theo h d2)
c Kết cấu cửa mái
- Chiều cao kết cấu cửa mái : H cm = (1000 1500) mm = … mm
- Nhịp kết cấu cửa mái : L cm = (1/5 1/3)L = … mm
- Độ vươn công xôn của dầm cửa mái: La ≥ 500 mm = …
- Tiết diện của kết cấu cửa mái (cột và dầm): Dùng thép hình chữ I số hiệu …
d Độ dốc thoát nước mái, chiều cao mái
- Độ dốc thoát nước mái: Mái lợp tôn, độ dốc thoát nước thường chọn i ≥ 0,175 Chọn i = tg = … , có góc nghiêng của mái là = …
- Chiều cao mái: Chiều cao từ điểm giao cánh trên dầm mái với cánh ngoài cùng của cột đến đỉnh trên cùng của dầm mái là
xy
Trang 5HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 5
Vẽ các hình vẽ có ghi đầy đủ các kích thước cho các hệ giằng của nhà xưởng (các hệ giằng này cũng được thể hiện trên bản vẽ A1, sinh viên tham khảo các sơ đồ hệ giằng sau đây), gồm:
2 Chi tiết thanh giằng chống xiên
Thanh chống xiên bằng thép góc (không nhỏ hơn L50x5) liên kết cánh dưới dầm mái vào xà gồ, để giữ ổn định cho dầm mái và cánh dưới của nó khi khung chịu tải
Trang 6HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 6
trọng gió bốc gây nén cánh dưới của dầm mái
Hình 8 CHI TIẾT GIẰNG CHỐNG XIÊN
III Xác định tải trọng tác dụng vào khung ngang
(sơ bộ giả thiết trước, sau khi tính xong xà gồ ở phần sau thì chỉnh lại số liệu này)
- n g là hệ số độ tin cậy của tĩnh tải (hệ số vượt tải):
+ n g = 1,1 khi trong tổ hợp nội lực nội lực do tĩnh tải cùng dấu với nội lực do hoạt tải
hoặc trị số tuyệt đối của nội lực do tĩnh tải lớn trị số tuyệt đối của nội lực do hoạt tải
+ n g = 0,9 khi trong tổ hợp nội lực trị số tuyệt đối của nội lực do tĩnh tải nhỏ trị số
tuyệt đối của nội lực do hoạt tải
- Lưu ý: Trọng lượng của dầm mái và kết cấu cửa mái được phần mềm tính nội lực tự
xác định
b/ Trọng lượng dầm cầu trục:
Trang 7HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 7
G dct = dct L dct 2 = … (daN) ,
Hình 9 SƠ ĐỒ TĨNH TẢI TRÊN KHUNG
(trọng lượng dầm cầu trục xác định gần đúng theo công thức trên xem như bao gồm
cả ray và đệm, G dct đặt tại vai cột L dct là nhịp của dầm cầu trục (L dct = B) đơn vị tính
là m, dct = 24 37)
2 Hoạt tải sửa chữa mái:
Hoạt tải sửa chữa mái từ các xà gồ truyền xuống dầm mái gần đúng xem là tải phân
bố đều trên dầm mái (p) Hoạt tải này được xét với các trường hợp tác dụng trên
khung là: chất ở nửa nhịp trái, ở nửa nhịp phải và trên toàn nhịp khung ngang Giá trị
của p được xác định như sau:
p = n p p c B.cos = 1,3.30.B.cos = … (daN/m)
p
Gdct
g
hiệ
p
p
hiệ
p
p
hiệ
p
Trang 8HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 8
Hình 11 SƠ ĐỒ HOẠT TẢI SỬA CHỮA MÁI TRÊN NỬA PHẢI KHUNG
3 Hoạt tải cầu trục:
Từ sức trục Q = …, nhịp cầu trục L cc = … tra bảng số liệu về cầu trục (bảng 4.2 phụ
lục 4 sách ‘Thiết kế khung thép nhà công nghiệp’) có :
- áp lực bánh xe lên ray P max = R max = …
P min = R min = …
- Bề rộng cầu trục B ct = 2LK = …
- Số lượng bánh xe một bên cầu trục n 0 = 2
- Khoảng cách hai bánh xe cầu trục R = …
- Trọng lượng xe con của cầu trục G xecon = …
a/ Xác định áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột (D max , D min ):
(Xem sách ‘Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp’ trang 15, 16; hoặc sách "Thiết kế khung thép nhà công nghiệp" trang 88)
Hình 12 ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG PHẢN LỰC GỐI TỰA
p
hiệ
p
p
hiệ
p
Trang 9HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 9
∑y i = …
D max = n.n c P max ∑y i = 1,1.0,85.P max ∑y i = …
D min = n.n c P min ∑y i = 1,1.0,85.P min ∑y i = …
Hình 13 SƠ ĐỒ TẢI Dmax, Dmin TRÊN KHUNG
b/ Xác định lực xô ngang T vào cột do lực hãm của xe con:
(Xem sách ‘Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp’ trang 16, 17; hoặc sách "Thiết
kế khung thép nhà công nghiệp" trang 89)
T 1 c = 0,05.(Q + G xecon )/n 0 = …
T = n.n c T 1 c ∑y i = 1,1.0,85.T 1 c ∑y i = … ( Lực T đặt tại vị trí trên cột cách trục vai cột một đoạn h v /2+h dct)
Hình 14 SƠ ĐỒ TẢI XÔ NGANG T TRÊN KHUNG
4 Tải trọng gió:
a/ Tải trọng gió ngang nhà:
Tải trọng gió tác dụng trên khung xác định theo TCVN 2737-1995
T
Trang 10HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 10
q = n.W 0 k.c.B
- k là hệ số độ cao, để an toàn lấy tải gió trên cột với k ở cao độ đỉnh cột, gió trên
dầm mái với k ở cao độ đỉnh mái cửa trời
- C là hệ số khí động, xác định theo hình khối của nhà
- n = 1,2
- W 0 = … daN/m 2
Hình 15 CÁC HƯỚNG GIÓ TÍNH TOÁN
a) Gió ngang nhà; b) Gió dọc nhà
*) Xác định hệ số khí động C:
Theo TCVN2737-1995 có các hệ số C e , C ei như trên hình 16 Các hệ số C e1 , C e3,
C e4 được xác định như sau:
Trang 11HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 11
*) Xác định hệ số độ cao k:
Công trình xây dựng tại địa điểm có dạng địa hình …., tra bảng 1.2 phụ lục 1 sách
“Thiết kế khung thép nhà công nghiệp” có được hệ số độ cao của tải trọng gió ở cột
1 = H c + H m1 + H m2 = …) tra bảng 1-3 trang 127 sách "Thiết kế khung thép nhà công nghiệp" được giá trị C e3 sau:
Trang 12HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 12
Hình 18 SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG KHI GIÓ DỌC NHÀ
*) Xác định tải trọng gió ngang nhà vào khung:
Hình 19 SƠ ĐỒ TẢI GIÓ DỌC NHÀ TRÊN KHUNG
Trang 13HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 13
cho một xà gồ không nên bố trí nhiều hơn 3, tùy thuộc vào nhịp B của xà gồ và độ dốc
i của mái mà chọn số thanh treo cho một xà gồ (hình 20 cho phương án bố trí 1 thanh
treo cho 1 xà gồ) Thanh treo xà gồ thường dùng thép tròn ≥ 14, đảm bảo chịu được lực từ mái truyền vào nó
Hình 20 MẶT BẰNG BỐ TRÍ XÀ GỒ MÁI
b, Chọn tiết diện xà gồ
- Tải trọng tác dụng lên xà gồ: Phân tích tải tác dụng trên xà gồ thành 2 thành phần
theo 2 trục x và y của tiết diện xà gồ như hình 21
Trang 14HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 14
q 1x = q 1 sin = q 1y = q 1 cos =
- Lập sơ đồ tính và xác định nội lực của xà gồ:
Từ mặt bằng bố trí xà gồ lập sơ đồ tính nội lực và chuyển vị của xà gồ, ví dụ trên hình
22 là sơ đồ tính cho trường hợp xà gồ có bố trí 1 thanh treo Tính các nội lực Mx , Mytại các tiết diện nguy hiểm của xà gồ Tại tiết diện giữa nhịp B của xà gồ thường là nguy hiểm, có:
M x = q y B 2 /8; M y = k M q x B 2 /8; trong đó k M tra ở bảng sau
- Sơ bộ chọn tiết diện xà gồ:
Xà gồ bằng thép hình cán nóng chữ C, đặc trưng tiết diện cần thiết của xà gồ là
)(
8)(
y x c xct
k
q k q f
B k
M M f
5()
x j
k k l E
B I
trong đó:
+ Các hệ số k M , k Δ phụ thuộc vào số thanh treo xà gồ, lấy theo bảng sau
Bảng xác định k M , k Δ (các thanh treo chia B thanh các nhịp bằng nhau)
Hình 21 SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ VÕNG
THEO PHƯƠNG X VÀ Y CỦA XÀ GỒ
Trang 15HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 15
qy
M x
B
q y B28
Trang 16HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 16
M
y y x
* Kiểm tra độ võng:
Chuyển vị võng của xà gồ được phân tích như trên hình 21, có tỷ số độ võng theo
trục x và y đối với nhịp B của xà gồ, tính với vị trí giữa nhịp B là
EJ
B q k B
EJ
B q B
200
1
)()
l B
B B
y x
Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp B của xà gồ, ngoài việc kiểm tra võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp B (tại đó x = 0, chỉ có y lớn nhất) như trên,
nên kiểm tra thêm điểm cách đầu xà gồ một khoảng z = 0,421.B/2 = 0,21B, vì tại đây
có x lớn nhất và y cũng không nhỏ, độ võng tại điểm này là:
d, Tính toán kiểm tra xà gồ với tổ hợp tải trọng gồm: tĩnh tải và gió
q xw c = (g 1 c d 1 + g xg c ).sin =
q yw c = W 0 k mái 0,7.d 1 - (g 1 c d 1 + g xg c ).cos = …
q xw = 0,9.(g 1 c d 1 + g xg c ).sin =
q yw = 1,2.W 0 k mái 0,7.d 1 – 0,9.(g 1 c d 1 + g xg c ).cos = …
Khi q yw > q y cần phải tính toán kiểm tra bền xà gồ:
Kiểm tra tại tiết diện giữa nhịp B (tiết diện nguy hiểm)
Trang 17HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 17
x x
x y
W
M W
Từ giá trị tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) q gió = … kN/m, nhịp B = …
mm và theo sơ đồ có một thanh treo (thanh giằng xà gồ) ở giữa, tra bảng S200 chọn được xà gồ là thép Z số hiệu là Z… (xem phụ lục 3- sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp”)
Các đặc trưng hình học tiết diện xà gồ:
*Chú ý: Khả năng tham gia làm việc cùng hệ giằng mái của xà gồ :
Khi sử dụng xà gồ làm các thanh chống dọc trong hệ giằng mái, các xà gồ này phải có
Trang 18HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 18
V Xác định nội lực khung
1 Sơ đồ tính nội lực khung
Sơ đồ kích thước cấu tạo khung và sơ đồ tính nội lực khung được cho ở hình 25 Để lập được sơ đồ tính nội lực khung cần vẽ được đường trục của đoạn dầm 1 có tiết diện thay đổi Việc này có thể vẽ bằng AutoCAD rồi chuyển sang, song có thể xác định theo hình 24 với việc tính toán các kích thước như sau:
( 4
1 2
2 1
2 1
dh H L
h artg
) ( 1
xH
L artg
Trang 19HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 19
1
2
Hình 24 SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH TRỤC DẦM MÁI
Trang 20HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 20
Hình25 SƠ ĐỒ KÍCH THƯỚC VÀ SƠ ĐỒ TÍNH CỦA KHUNG
1/2 SƠ ĐỒ KÍCH THƯỚC KHUNG K1 1/2 SƠ ĐỒ TÍNH NỘI LỰC KHUNG K1
Trang 21HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 21
2 Xác định nội lực khung với các trường hợp tải trọng:
Nội lực khung sử dụng phần mềm SAP2000 để tính toán Nội lực xác định riêng rẽ cho từng trường hợp tải trọng, gồm các trường hợp:
a) Tĩnh tải:
b) Hoạt tải sửa chữa mái ở nửa trái dầm mái: (sau đó suy ra kết quả nội lực khung cho trường hợp hoạt tải sửa chữa mái ở nửa phải dầm mái bằng cách lấy đối xứng qua trục đối đối xứng của khung)
c) Tải DMAX ở cột trái DMIN ở cột phải: (sau đó suy ra kết quả nội lực khung cho trường hợp DMIN ở cột trái DMAX ở cột phải bằng cách lấy đối xứng qua trục đối đối xứng của khung)
d) Tải T ở cột trái: (Nội lực mang dấu ±, sau đó suy ra kết quả nội lực khung cho trường hợp T ở cột phải bằng cách lấy đối xứng qua trục đối đối xứng của khung) e) Gió ngang nhà từ trái qua phải: (sau đó suy ra kết quả nội lực khung cho trường hợp gió ngược lại bằng cách lấy đối xứng qua trục đối đối xứng của khung)
Tổ hợp nội lực cho các tiết diện được thực hiện theo “Tổ hợp cơ bản 1” và “Tổ hợp
cơ bản 2” Trong mỗi “Tổ hợp cơ bản” này mỗi tiết diện cần tìm các cặp nội lực tổ hợp sau:
- M(+)max , Vtư , Ntư
- M(-)max , Vtư , Ntư
- N(+)max , Mtư , Vtư
- N(-)max , Mtư , Vtư
- Vmax
a a
c
b b
Trang 22HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 22
Loại tải trọng Tải trọng thường
xuyên Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải D max ở cột trái D max ở cột phải T max ở cột trái T max ở cột phải Gió ngang trái Gió ngang phải Gió dọc
Trang 23HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 23
VI Tính toán kiểm tra cột và dầm mái
1 Chiều dài tính toán của cột và dầm mái
Chiều dài tính toán của cột và dầm mái xác định theo sách ‘Thiết kế khung thép nhà công nghiệp’ như sau:
a Chiều dài tính toán của cột :
- Trong mặt phẳng khung: l x =.H
tra bảng theo tham số G T = L xà I c /(H.I xà ) = …
(trong đó: H – chiều cao cột, L xà = L tt /2, L tt - nhịp tính toán của khung, I c – mômen
quán tính của tiết diện cột, I xà - mômen quán tính của tiết diện xà mái tại vị trí cách
(a – khoảng cách hai điểm liên kết giằng mái ở trên dầm mái không cho dầm dịch
chuyển ra ngoài mặt phẳng khung)
2 Tính toán kiểm tra tiết diện cột
a Nội lực tính toán cột:
Các cặp tổ hợp nội lực nguy hiểm để tính toán cột :
Từ bảng tổ hợp nội lực, qua các tiết diện B, Ct , Cd và A chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm
M(+)max , Ntư , Vtư (1)
M(-)max , Ntư , Vtư (2)
Mtư , Vtư , N(-)max (3)
Mtư , Vtư , N(+)max (4)
Trang 24HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 24
Cột được kiểm tra với từng cặp tổ hợp nội lực trên, riêng hai cặp tổ hợp (1) và (2) chọn ra một cặp nguy hiểm hơn để kiểm tra tiết diện cột trên (vì ở đây dùng tiết
diện đặc dạng chữ H đối xứng)
Lưu ý: Trong tính toán cụ thể, rất có thể không có đầy đủ 5 tổ hợp nội lực phân biệt như trên, ngoài tổ hợp Vmax còn 4 trường hợp trên có khi chỉ có hai cặp (1) và (2) còn cặp (3) và (4) trùng vào cặp trên, v.v
b Kiểm tra tiết diện cột
*) Các đặc trưng hình học của tiết diện
Trang 25HD LẬP THUYẾT MINH ĐA THÉP 25
+ Giá trị mômen tính toán M x
Gọi mômen có trị số lớn nhất đã chọn để tính toán cột là M ”max” và mômen có giá
trị lớn nhất trong đoạn 1/3 giữa cột là M l/3 có:
Mx = max(Ml/3 , M”max” /2) + mx = MxA/(NWx) = …
*) Kiểm tra cột theo điều kiện ổn định tổng thể
Khi m e > 20 cột được kiểm tra về ổn định tổng thể như dầm mái như mục 3 (trang 25) Khi m e ≤ 20 cột được kiểm tra về ổn định tổng thể theo các bước sau:
- Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn
Từ
x
= … và m e = … tra bảng II.2 phụ lục II sách ‘Kết cấu thép, cấu kiện cơ bản’
xuất bản năm 2009 được e = …
N/(e A) = … < fγ c hoặc = fγ c , nếu > fγ c thì phải chọn lại tiết diện cột
- Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn
+ Khi m x ≤ 5, xác định c như sau:
Từ m x = … và c = 3,14 E f = … tra bảng 4.9 trang 222 sách ‘Kết cấu thép, cấu kiện cơ bản’ xuất bản năm 2009 hoặc bảng II.5 phụ lục II sách ‘Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp’ xác định được
α = và β =
c = β/(1 + αm x) = …
+ Khi m x ≥ 10, xác định c như sau:
Từ Y = … và f = … tra bảng II.1 phụ lục II sách ‘Kết cấu thép, cấu kiện cơ bản’
xuất bản năm 2009 xác định được y = …
Xác định thông số : l 0 = l y = a = … (a – k/cách các điểm liên kết giằng cột)
3 f
