ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II THIẾT KẾ NHÀ XƯỞNG 1 TẦNG 1 NHỊP L=27M

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG: 1.. Do lực hãm của xe con: Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động:Tổng hợp lực hảm ngang tác động

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

 SỐ LIỆU CHUNG :

Thuộc vùng II : Aùp lực tiêu chuẩn 95daN/m2 ít chịu ảnh hưởng của bão trừ 12daN/m2 suy ra

o Bêtông móng mác 200 ÷250 ⇒ R = 21KN/m2

o Hàn tay, que hàn E42, E42A hoặc tương đương

o Tuổi thọ trung bình 50 năm

 SỐ LIỆU RIÊNG :

o Nhịp nhà L =27 m

o Hr = 11.3m

o Sức cẩu cần trục Q = 200KN=20T

CHƯƠNGI KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG:

1 Kích thước khung ngang theo phương đứng :

- Nhà xưởng có 1 tầng một nhịp có hai cầu trục hoạt động và chếđộ hoạt động trung bình Dựa vào nhịp nhà 27m tra bảng phụ lục 13 hướng dẫn đồ án thiết kế kết cấu thép của thầy Ngơ Vi Long có :

Loại ray thích hợp : KP70, giả định hr = 200mm

Đối với sức cẩu cần trục Q = 20/5T thì Hk =2400mm (Hk: Chiều cao Gabarit của cầu trục, được tính từ đỉnh ray cho đến điểm cao nhất của cầu trục

Bề rộng của cầu trục Bk = 6300mm

Nhịp cầu trục Lk = 25.5m

Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục: K = 4400 mm

Không bố trí Phần cột chôn ngầm dưới mặt nền: hm = 0 m

h1 : Khoảng cách điểm cao nhất của cầu trục đến mép dưới kết cấu đỡ mái

h1 = 100 + f = 100 + 200 = 300mm

Trong đó:

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

f = 200 ÷ 400mm khe hở phụ, xét đến độ võng của kết cấu việc bố trí thanh giằng

Chọn f = 200mm

( )m B

10

18

110

115

Độ võng của dàn mái lấy bằng 1/1000L : f = (1/100)×2700 = 270mm

Chiều cao thực của phần cột trên được xác định theo công thức :

- Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột thường lấy D = 60mm

- Chiều cao cột trên Ht= 3600mm

- Chiều cao cột dưới Hd = 11000 mm

- Từ các số liệu trên ta chọn kích thước phương ngang như sau:

chọn a = 250 mm tức là trục định vị trùng với tim cột trên.

* Bề rộng cột dưới xác định theo công thức:

hd = λ+a=750+250=1000mm=1m

Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứngkhung ngang:

hd ≥(1/10 –1/11)Hd = (950-1000)mm

hd ≥1/20(Hd + Ht) = 730 mm

Vậy chỉ số chiều cao cột dưới đã chọn la hợp lý

3 Kích thướt dàn mái và cửa mái:

+ chiều cao đầu dàn mái: h0=2200(mm)

* Bậu cửa dưới lấy chiều cao h1 = 600mm

* Bậu cửa trên lấy chiều cao h2 = 400m

* Phần cánh cửa lật cao 1200mm

 chiều cao cửa mái: h cm =600 400 1200 2200(+ + = mm)

4 Hệ Giằng:

- nhiệm vụ của hệ giằng trong nhà công nghiệp bao gồm:

+ đảm bảo tính bất biến hình của hệ thống kết cấu khung nhà xưởng ổn định hệ khung khi dựng lắp

+ giảm bớt chiều dài tính toán các cấu kiện chịu nén

+ truyền tải trọng theo phương dọc nhà

+ đảm bảo sự làm việc không gian của hệ khung nhà xưởng,nhất là khi chịu lực hãm ngang của cầu trục

- hệ giằng trong nhà công nghiệp gồm hai hệ thống:

+ giằng cột: gồm giằng cột dưới và giằng cột trên

+ giằng mái:gồm các khối hộp 6 mặt trên mái được bố trí giữa các khối nhiệt độ

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:

1 Tải trọng tác dụng lên dàn:

a Trọng lượng mái:

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dựa vào cấu tạo cụ thể của các lớp mái để tính

Tải trọng do các lớp mái chuẩn g Tải trọng tiêu 2

m (KG/m 2 ) Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toán

Gm (KG/m 2 )

• Tấm panen BTCT cỡ lớn

• Lớp BT nhẹ cách nhiệt dày 4

cm

• Lớp chống thấm 2 giấy 3 dầu

• Các lớp vữa tô trát, tổng chiều

120

400

1,1

1,21,21,21,1

165

481296

132

453

 tổng tải trọng tiêu chuẩn:qtc=400 daN/m2

+tổng tải trọng tính tốn  qtt =453 daN/m2

i tg= α =cosα =0,995

995,0

400

m daN

b Trọng lượng bản thân của kết cấu mái và hệ giằng:

Theo công thức thực nghiệm:

gdtc = 1.2**L = 1.2×0.7×27 = 22.7 daN/m2

Trong đó : Nhịp nhà L = 27m

Hệ số trọng lượng bản thân dàn αd =0,6÷0,9 đối với dàn nhịp từ 24 ÷ 36m Chọn αd =0,7

α =

= nhịp của mái => tt 1,1 6 6,6 / 2

ct

g = × = daN m mặt bằng nhà

d Trọng lượng cánh cửa và bậu của mái

*Trọng lượng bậu cửa bằng 100 ÷150 KG/m , chọn gtc= 120 daN/m bậu

* Trọng lượng cửa kính và khung cánh cửa gc 35 40daN/m2

e Hoạt tải sửa chửa mái:

Theo qui phạm về tải trọng và tác động TCVN 2373-1995 Đối với trường hợp mái lợp panen BTCT, tải sửa chữa mái lấy pc = 75 daN/m2.Hoạt tải mái được tính với hệ số hoạt tải n=1,3

qtt = (n x ptt )/cos120= (1,3 x 75)cos120 = 99.68 daN/m2

Hoạt tải sửa chửa mái dồn về một khung thành tảiphân bố đều là:

qtt *B = 99.68*6 =598.08 daN/m

f Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :

- Sức cẩu cầu trục : Q = 20T

- Trọng lượng tòan bộ cầu trục G = (xe con+cầu trục)=(8,5+41)=49,5T

- Số bánh xe ở một bên cầu trục no = 2

- Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng ray tra bảng trong

Catalogue của cầu trục/118 của Ngô Vi Long ta được

- Pmaxt = 23,5T = 235 KN

- Áp lực tương ứng của một bánh xe cầu trục lên ray phía bên kia.+

Pmin =(Q+G)/no –Pmax = (20+49,5)/2 –23,5 = 11,25T =112,5KN

- Ta đặc bánh xe lên cầu trục và vẽ đường ảnh hưởng của gối tựa

Từ kích thước cầu trục Bk = 6300mm , K = 4400 được tra từ Catalogue ta có thể sắp xếp các bánh xe cầu trục sau:

- Áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực Pmax,

Dmax = n x nc x Pmax x y

=1.1*0.9*23.5*1.97= 45,83T= 458,3 kN

- Áp nhỏ nhất Dmin của cầu trục lên cột do các lực Pmin

Dmin = n x nc x Pmin xy = 1.1*0.9*11.25*1.97 = 21,94 T= 219,4kN

Trong đó : n= 1,1 là hệ số vượt tải

Nc = 0,9 : Hệ số tổ hợp, khi xét đến xác suất xảy ra các đk bất lợi cùng lúc, cả hai cầu trục đều phải cẩu vật nặng bằng sức cẩu tối đa cho phép hai cầu trục phải đi phép liền nhau xe con của hai cầu trục cùng về 1 phía của cầu trục và vị trí các bánh xe của hai cầu trục ở vào vị trí bất lợi nhất

moment lệch tâm tại vai cột : e = (bcd -bct)/2= (1-0.5)/2m

d Do lực hãm của xe con:

Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động:Tổng hợp lực hảm ngang tác động lên tồn cầu trục:

0 ,

20 8,5

0,1 2 1, 425( )4

Trọng lượng xe con Gxc=8,5T= 85kN

Lực hãm ngang tác dụng lên một bánh xe của cầu trục:

T1 = T0/n0 = 0.7125T= 7,125kN

VÂY LỰC XÔ NGANG CỦA CẦU TRỤC LÀ:

T = × × ×n n T1 1 ∑y i =1,1 0,9 0,7125 1,97 1,39( )× × × = T =13,9(kN)

2 Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm.

- Tải trọng tác dụng lên khung gồm

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

• Gió trong phạm vi mái, từ cánh dưới dàn vì kéo trở lên được chuyển thành lực tập trung nằm ngang đặt cao trình cánh dưới vì kéo

Tải trọng tập trung tại đáy vì kéo

Hệ số vượt tải trọng gió n = 1,3

Bước cột B = 6m

Độ cao toàn bộ công trình Hn=16,8m nội suy ta được k = 1,11

Hệ số khí động đón gió và trái gió

Tính c1 1 0 ' "

7 7 308

 Nội suy ta được c3= -0,5

Tải trọng gió phân bố lên khung:

Tải trọng gió phân bố lên khung:

Phía đón gió: q = n.q0.k.c.B

Phía trái gió: q’ = n.q0.k.c’.B

III XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG

Tính khung cứng có các thanh rỗng như dàn, cột khá là phức tạp nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thật của khung bàng sơ đồ đơn giản hoá với các giả thiết

Thay đổi cột bằng cấu kiên thanh trùng với tim của cột có độ cứng bằng độ cứng cột

Thay thế dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới dưới của sàn

Chiều cao cột dưới Hcd = h1= 11 m

Chiều cao cột trên Hct = h2 = 3,6 m

Chiều cao khung tính từ đáy cột (mặt đáy móng) đến mép dưới cánh dưới dàn vì kéo

H = Hcd + Hct = 11+3,6 = 14,6m

Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục định vị L = 27m

Tỉ số giữa moment quán tính giữa cột dưới và cột trên =7÷10

ct

cd

J J

Tỉ số giữa moment quán tính giữa tiết diện dàn và cột trên d 25 40

Phản lực ngang là dương khi có chiều hướng từ bên trong ra bên ngoài tức là đối với cột trái hướng từ phải sang trái ta biết phản lực do nút tác dụng lên thanh

1 TÍNH KHUNG VỚI TẢI TRỌNG PHÂN BỐ LÊN XÀ NGANG.

a.Tĩnh tải.

KNm

KNm KNm

HCB : Đây là hệ số đối xứng chịu tải đối xúng nên ta có ∆ = 0 và các thành phần đối xứng

do ϕ1= ϕ2 = ϕ =1 gây ra trên hệ cơ bản Vì thế ta có thể xét một nửa hệ bằng cách thêm vào một liên kết ngàm trượt tại điểm giữa của xà ngang

Lực dọc từ mái truyền xuống cột :

N = q*l/2 = 31 *27/2 = 418,5 KN

Moment lệch tâm đặt tại vai cột

Mlt = N.e = 418,5 x 0,25 = 104,6 KNm

Phương trình chính tắc r11ϕ + R1p = 0

Vẽ biểu đồ moment Μ1 và o

p

ΜBiểu đồ M1 do ϕ1= 1 gây ra trên HCB

3.6

0.25

11 3.61

0,1258

Tra phụ lục số 18 và nội suy ta xác định được KB = - 0,6052; K’B=1,4338

 Đối với phần cột :

Moment và phản lực ở đỉnh cột do chuyển vị xoay bằng đơn vị gây ra

Mϕ= MB + RB h = -0,6052* E*Jcd/h +1,4338 * E*Jcd/h = 0,8286* E*Jcd/h

Chiếu lên phương ngang

Xác định hệ số r 11 vaØ R 1p :

bằng cách tách nút và xét cân bằng mômen ta xác định được r11 và r1p như sau:

A

cd

E J h

0 130,91

cd B

cd

EJ h

1883 130,89

cd B

cd

EJ h

 Xét bài toán 2

Đây là hệ đối xứng chịu tải đối xứng nên ∆ = 0

Tải trọng không tác dụng trực tiếp với xà ngang => EJ= ∞ => ϕ1= ϕ2 = 0

Ta có :

104,6

0, 251

0,1258

Tra bảng phụ lục số 16 và nội suy ta được các hệ số KB = - 0,13302; K B' =1, 4645

Moment và phản lực đỉnh cột

MII = MB + QB*h = 13.91 + (-10,49x 3.6) = -23,85 KNm

Moment ở tiết diện III-III dưới vai cột thuộc phần cột dưới

MIII = MII - Mlệch tâm = 104,6 – 23,85 = 80,75KNm

Moment tại chân cột

tt ht

Dmax, Dmin đặt tại nhánh trong của cột dưới (tức nhánh cầu trục) khi đưa về trục cột dưới sẽ xuất hiện M lệch tâm đặt tại vai cột xác định như sau:

Jct

Jcd

Mb Rb

0,0407EJcd/h2

Jct

Jcd

Moment va phản lực được xác định như sau:

Moment và phản lực xác định

Mômen và lực cắt ở đỉnh cột do chuyển vị xoay bằng đơn vị như nhau

Sử dụng một mặt cắt bao quanh thanh xà ngang va chiếu tất cả các lực lên phương ngang xác định:

11

3

12

1, 2299,7658

Vẽ biểu đồ moment trong hệ kết cấu ban đầu :

NỘI LỰC CỘT TRÁI

+ Mômen và lực cắt ở đỉnh cột

KNm

NỘI LỰC CỘT PHẢI

+ Mômen và lực cắt ở đỉnh cột

3 ÁP LỰC XÔ NGANG T CỦA XE CON:

Lực xô ngang T=13,9(KN) đặt tại cao trình cách vai cột phía trên 0.6m, khi tính toán chỉ cần xét một trường hợp hướng ra (hay hướng vào) cột Trường hợp lực hướng ngược lại ta chỉ cần đổi dấu của nội lực Trong trường hợp tải xô ngang, bỏ qua lực dọc phát sinh trong cột do rất nhỏ Do vậy không có moment lệch tâm tại vai cột

1>HCB: Vì tải trọng không đặt trực tiếp lên xà nên xem như xà ngang có độ uống EJd = ∞

chỉ tồn tại chuyển vị ngang đầu cột ∆≠0 và ϕ1 =ϕ2 =ϕ =0

Momen tại các tiết diện: M I =M B = −16,32(KNm)

Momen ở tiết diện II-II:

0,6 16,32 10, 47 3,6 13,9 0.6 13,032( )

Momen ở tiết diện III-III: M III =M II =13,032(KNm)

Momen ở chân cột:

d/xác định hệ số r11 và số hạng tự do R1P

SỬ một số mặt cắt bao quanh xà ngang và chiếu tất cả các lực lên phương ngang chúng ta có thể xàc định

p

R

EJcd r

*NỘI LỰC CỘT TRÁI

+ Mômen và lực cắt ở đỉnh cột

MB QB

*NỘI LỰC CỘT PHẢI

+ Mômen và lực cắt ở đỉnh cột

TÍNH NỘI LỰC TRONG KHUNG VỚI TẢI TRỌNG LÀ GIÓ:

Xét lấy trường hợp gió từ trái sang phải

a HCB Giả thuyết khi tải trọng không tác dụng trực tiếp vào xà ngang, độ cứng của xà

ngang được coi là cứng vô cùng EJ = ∞ Do vậy hai ẩn chụi xoay triệt tiêu chỉ còn lại ẩn chuyển vị ngang duy nhất tại đỉnh cột

Wđẩy = 23.75 KN và Whút = 21.96 KN

qđẩy = 5,956 KNm và qhút = 3,723 KNm

MB QB

M Do tải trong ngoài gây ra trên HCB

Tacó: n = 0,125 Tra bảng phụ lục 14 được KB = -0.048

λ =0.25 K’B = 0.437

NỘI LỰC CỘT TRÁI

+Momen vàlực cắt ở đỉnh cột:

2 = -84,5 (KNm)

d/xác định hệ số r 11 và số hạng tự do R 1P

SỬ một số mặt cắt bao quanh xà ngang và chiếu tất cả các lực lên phương ngang chúng ta có thể xàc định

3

107,71

11,029,77

p

R

EJcd r

f> Vẽ biểu đo trong hệ ban đầuà: MP = ∆ 0

M +

NỘI LỰC CỘT TRÁI

+ Mômen và lực cắt ở đỉnh cột

KNm

NỘI LỰC CỘT PHẢI

+ Mômen và lực cắt ở đỉnh cột

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC

BẢNG TÓM TẮT NỘI LỰC TRONG KHUNG

HOẠT TẢI MÁI (2)

D max TRÁI (3)

D min PHẢI (4)

T T TRÁI PHẢI

(5) (6) TRÁI PHẢIGIÓ GIÓ

0,9

-78,29 418,5 -15,03 80,35 51,54 0 25,74 0 ±18,6 ±5,5 -43,82 30,73 -78,29 418,5 -13,53 72,32 46,39 0 23,17 0 ± 16,74 ±4,95 - 39,44 27,66

0,9

26,31 418,5 5,05 80,351 -177,66 458,3 -83,96 219,4 ±18,6 ±5,5 -43,82 30,73 26,31 418,5 4,55 72,32 -159,89 412,47 -75,56 197,46 ±16,74 ±4,95 -39,44 27,66

IV-IV 1 144,56 418,5 27,76 80,35 -14,51 458,3 97,76 219,4 ±66,42 ±41,72 -692 635,8

144,56 418,5 24,98 72,32 -13,06 412,47 87,98 197,46 ±59,78 ±37,55 -622,8 572,22

TỔ HỢP CƠ BẢN 1

Tiết diện Mmax-Ntương ứmg Mmin-Ntương ứmg Nmax-Mtương ứmg

-I-I -56,71+7

418,5

1+8-358.93 418,5

TỔ HỢP CƠ BẢN 2

1+2+4+6+8-366,72II-II 1+3+5+8

1+2+7-131,26 490,82

1+2490,82

1+2+3+5+8-1,03

1+2+7-131,26III-III 1+2+858,52 490,82 1+3+5+7-189,76 830,97 1+2+3903,29 1+2+3+5+7-185,21IV-IV 1+2+4+5+8889,52 688,28 1+3+5+7

-551,08 830,97

1+2+3903,29

1+2+3+5+8788,48

1+2+3+5+7-526,1

IV THIẾT KẾ CỘT:

Chiều dài hình học của các cột Hct = 3,6m

Liên kết chân cột với móng đầu cột Hcd = 11 m

Với hướng ngang đều là ngàm

- Tỉ số Moment quán tính của tiết diện hai phần cột

- Nội lực tính toán từ bản tổ hợp:

- Phần cột trên ta chọn được cặp nội lực nguy hiểm:

1 Xác định chiều dài tính toán

* Tính các tham số:

+ Tỉ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột

136

* Kiểm tra tiết diện đã chọn

Các đặc trưng hình học tiết diện:

F = 2 30 1.5 (50 2 1.5) 1.2 146, 4cm× × + − × × = 2

** Kiểm tra tiết diện

* Kiểm tra độ ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung (cấu kiện chịu nén lệch tâm)

Ta có: 0≤λ2x =1,07 5≤

m = 7,45 (0,1≤m≤5)

= =

2,1

*50

5,1

*30

Fb

F c

0,75 Tra bảng xác định hệ số phụ thuộc vào hình dạng tiết diện ta được:

η =1, 22

** Kiểm tra ổn định tổng thể cột ngoài mặt phẳng khung:

+Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung:

+Momen tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳnh khung là momen lớn nhất tại tiết diện ở phần ba cột

Momen tính toán tại tiết diện B(đỉnh cột )có trị số M=366,72 do các tải trọng 1,2,4,5,8 vậy momen tương ứng ở đầu kia(tiết diện Ct)do các tải trọng này là:

2 2490,82

Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng

Nhận xét:toàn bộ chiều cao không có sự giảm yếu về tiết diện, độ lệch tâm tính đổi theo phương x ,m1=4,97<30 thì khả năng chịu lực của cột đã xác định hoàn toàn bằng lý thuyết ổn định tổng thể trong mặt phẳng như đã kiểm tra

Tỷ số giới hạn 

47 =

=

b b

h

δ =45,38vậy tiết diện đã chọn đảm bão điều kiện ổn định cục bộ cũa bản cánh

B/CỘT DƯỚI

 Ta chọn phương án cột rỗng:

1/ Chọn tiết diện cột

Cột dưới rổng có tiết diện không đối xứng,bao gồm 2 nhánh: nhánh ngoài( nhánh mái) và nhánh trong ( nhánh cầu trục)

+ Nhánh ngoài dùng thép bản và hai thép gióc

+Nhánh trong dùng tiết diện tổ hợp từ ba thép bản

1,07 0.8

- Phần cột dưới cặp nội lực nguy hiểm

M = -189,76 KNm N tương ứng = 830,97KN

- Cặp nội lực nguy hiểm cho nhanh mái

M = 889,52 KNm N tương ứng = 688,28 KN

1/Chọn tiết diện nhánh cầu trục:

+Sơ bộ giả thiết khoảng cách hai trục nhánh:

C = h= bd=1m=1000mm

+Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện đến nhánh cầu trục:

y1= (0.4 0.6 C÷ ) (Theo thiết kế kết cấu thép trang 195)

+Giả thiết hệ số uốn dọc: ϕ =0,8

+Diện tích tiết diện cần thiết là:

2 1

-Nhánh mái có dạng chử C tổ hợp gồm một bản thép lưng 18 x 330 và 2 nhánh thép góc L

100 x 8

+Diện tích tiết diện nhánh cầu trục:

độ mảnh của nhánh cầu trục:

2/Chọn tiết diện nhánh mái

+Diện tích tiết diện:

1000

69.4914.39