đồ án thép khung nhà công nghiệp 1 tầng (kèm bản vẽ)

Với bản bụng cột, vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số 0  Tiết diện đã chọn được thỏa mãn.. Nhánh ngoài dù

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

 Yêu cầu thiết kế: Nhà công nghiệp một tầng bằng thép mặt bằng hình chữ nhật

 Các số liệu của nhà:

 Nhà công nghiệp 1 tầng nhịp L = 21m

I Sơ đồ khung ngang.

Với nhịp L = 21m sức trục Q = 50t Ta chọn sơ đồ khung như sau:

- Liên kết giữa dàn và cột là nút cứng

- Chọn dàn hình thang có hai mái dốc Độ dốc I = 1/10

- Chọn cột là cột bậc

II Kích thước khung ngang.

 Với sức trục Q = 50t, chế độ làm việc trung bình Ta có bảng sau:

Sức trục

Nhịp Lk

Kích thước gabarit chính Bánh

xe

xe con Lt

Loại ray Áp

lực bánh xe lên ray

Trọng lượng

Đáy

Đặc biệt

Đường sắt

Xe con

Toàn cầu trục

50 10 19,5 6650 5250 3150 300 250 2500 KP-80 45 18 61,5

a Kích thước theo phương đứng.

- Khoảng cách từ mặt ray đến đáy kết cấu chịu lực:

H2 = (Hc +100) + f = (3150+100) + 200 = 3450 mm

- Chiều cao của xưởng H = H1 + H2 = 11000+3450=14450 mm

- Kích thước thực của cột trên Ht từ vai đỡ dầm cầu trục đến dạ vì kèo

 Trong đó:

 Hdct: chiều cao dầm cầu trục, lấy theo sơ bộ Hdct = (1/8-1/10)B

Chọn Hdct = 600mm

 Hr : chiều cao tổng cộng của ray và đệm Chọn Hr = 200mm

- Chiều cao thực của cột dưới tính từ mặt móng đến chỗ thay đổi tiết diện

Hd = H – Ht = 14450 – 4250 = 10200 mm

b Kích thước theo phương nằm ngang.

- Bề rộng phần cột trên: ht = (1/10-1/12).Ht = 425-354 Chọn ht = 500mm

- Khoảng cách giữa 2 tim ray: Lc = L - 2  = 21000 – 2x750 = 19500mm

 Chọn a = 250mm là khoảng cách từ mép ngoài đến trục định vị

- Bề rộng cột dưới: hd = a +  =250+750=1000mm

 Kiểm tra theo điều kiện độ cứng của khung

c Kích thước của dàn và khung cửa mái.

 Dàn hình thang có độ dốc: I = 1/10

 Chiều cao đầu dàn: hdd = 2200 mm

 Chiều cao giữa dàn: hgd = hdd + Li/2 = 2200 + (2100x0.1)/2 = 3400mm

- Trong đó : Li/2 = 1050 mm chọn = 1200mm

PHẦN II: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

I Tải trọng tác dụng lên khung.

1 Tải trọng tác dụng lên dàn.

a Trọng lượng mái.

Loại vật liệu

Tải trọng tiêu chuẩn

gmc

(daN/m2)

Hệ số vượt tải

n

Tải trọng tính toán

 Độ dốc mái i = 10%   = arctg i = arctg 0.1 = 5.7

 Tải trọng tính toán quy đổi về tải trọng phân bố đều trên diện tích mặt bằng

 337 0 2

340( / ) cos 5.7

c m

g   daN m mặt bằng

384( / ) cos 5.7

m

g   daN m mặt bằng

b Trọng lượng bản thân và hệ giằng.

 Theo công thức kinh nghiệm

 Lấy p’ = 75 daN/m2 Hệ số vượt tải n = 1.3

 Vậy tải trọng tổng cộng tác dụng lên sườn ngang là:

 Áp lực của bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột Khi

xe con chạy về 1 phía của cầu trục, lực truyền xuống phía đó là Dmax, còn đầu kia là

 Áp lực lớn nhất thẳng đứng của các bánh xe lên cột



1 max max

3

.P

i c c

y tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh xe của cầu trục =1.9

 Dmax, Dmin & Gdct đặt vào trục nhánh nên lệch tâm so với cột trục dưới một khoảng xấp xỉ bằng bd/2 Momen lệch tâm vai cột

 Các lực ngang T1c truyền lên thành lực T đặt ở cao trình dầm hãm, giá trị T xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như xác định Dmax, Dmin.

 1c 1.2 0.85 1.7 1.9 3.3

c

T n n T Y  x x x  T

3 Tải trọng gió tác dụng lên khung.

 Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95 chiều cao nhà nhỏ hơn 36m nên chỉ tính phần tỉnh của gió

 Áp lực tốc độ gió ở vùng AII có Wo = 83 daN/m2

 Tải trọng phân bố đều tác dụng lên cột

 c – hệ số khí động phía đón gió C = +0.8, phía hút gió C’ = - 0.6

 K: Hệ số kể đến áp lực gió theo độ cao và địa hình

 Áp lực gió tại cao trình 10m (k=1.18)

 qd

10 = 1.3 x 83 x 1.18 x 0.8 x 6 = 611.1 daN/m

 qh

10 = 1.3 x 83 x 1.18 x (-0.6) x 6 = 458.4 daN/m

 Áp lực gió tại phân bố đều trên khung

 Chiều cao cột = 14.45 < 15m   = 1.04

Story Column Load Loc P V2 M3

STORY2 C1 TH29 4,25 -50,45 -32,58 111,08 80,77

STORY2 C1 TH29 4,252 -50,45 -32,58 111,15 80,80

1197,22

T H P C T DỔ HỢP CỘT DƯỚI ỢP CỘT DƯỚI ỘT DƯỚI ƯỚII

PHẦN III THIẾT KẾ CỘT

3.1 Xác định chiều dài tính toán của cột

1 Trước hết ta phải xác định trọng lượng bản thân của cột trên và cột dưới

 Chọn sơ bộ trọng lượng cột trên gct = 200kg/m dài

 Gct = Ht x gct = 4.25x 200 = 850kg = 0.85T

 Chọn sơ bộ trọng lượng cột dưới gcd = 250kg/m dài

 Gct = Hd x gct = 10.2 x 250 = 2550 Kg = 2.55 T

 Nội lực tính toán xác định từ bảng nội lực như sau:

 Phần cột trên: cặp nội lực nguy hiểm Ntrmax = 10023daN,

 Cặp nội lực thiết kế: Mtr = 15976 daN.m, N2 = 10873 daN

 Cột trên chọn đặc, tiết diện chữ I đối xứng, với chiều cao tiết diện cột đã chọn trước h = 500mm

 Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện là: n = 1.25

 Diện tích theo yêu cầu:

 Chiều dày rộng bản cánh: b c= 40 cm.

b Tính các đặc trưng hình học của tiết diện:

y y y

l r

+ x 2x 21.65821275 58.86

x

l r

18

400

+ 147.199.68 7.83

3746.6

ng x

 Cột không cần kiểm tra bền vì m1 < 20

c Kiểm tra độ ổn định trong mặt phẳng uốn

 Từ x=1.86 và m1 = 10.67, tra phụ lục II.2 được  lt 0.12

d Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn

 Momen tại các tiết diện:

+ Tiết diện chân cột: M1 = -15976 daN.m

+ Tiết diện tại đỉnh cột: M2 = 6772 daN.m

+ Tiết diện 2/3 cột: 1 2

x

A M

21

E R

1.010.913

c y







   (y, c nội suy bảng II.1 với R = 2100daN/cm2)

 Hệ số ảnh hưởng của momen trong mặt phẳng uốn C được xác định như sau:

 Bản cánh đảm bảo ổn định cục bộ.

 Ổn định cục bộ của bản bụng

 Ổn định cục bộ của bản bụng cột chịu nén lệch tâm phụ thuộc vào độ mảnh của cột, vật liệu cột, hình dáng tiết diện cột, độ lệch tâm tương đối m và hệ số đặc trưng phân bố ứng suất pháp trên bản bụng Với bản bụng cột, vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số 0

 Tiết diện đã chọn được thỏa mãn

3 Thiết kế tiết diện cột dưới rỗng

a Chọn tiết diện nhánh cột

 Cột dưới rỗng có tiết diện không đối xứng, bao gồm 2 nhánh: nhánh ngoài

(nhánh mái) và nhánh trong (nhánh cầu trục) Nhánh ngoài dùng tổ hợp của 1 thép bản với 2 thép góc, nhánh trong dùng tiết diện tổ hợp từ 3 thép bản dạng (chữ I)

 Dựa vào bảng nội lực ta có cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1 (nhánh cầu trục) là:

+ Mdctmax = 85288daN.m, Ndct = 72269 daN

 Cặp nội lực gây nguy hiểm cho nhánh 2 (nhánh mái)

 Mdmmax = 71573 daN.m , Ndm = 73654 daN

 Sơ bộ giả thiết khoảng cách 2 trục C = h = 100cm Khoảng

cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến trục của mỗi nhánh

 Từ biểu thức giả thiết diện tích nhánh tỷ lệ với lực dọc của nhánh Nnh:

.C0

+ 1 2

1

39979

23.8 0.8 2100 1

3

nh yc

nh yc

Nhánh 1 dùng tiết diện chữ I như hình vẽ:

 Diện tích tiết diện nhánh:

y y

Tiết diện nhánh mái:

 Các đặc trưng hình học của tiết diện

h b =370

h=400

h c =385 12

15

200

 Diện tích tiết diện nhánh mái:

x x

y y

x x

J r

A

b Xác định hệ thanh bụng: bố trí dạng thanh bụng đồng quy tại trục nhánh Khoảng cách giữa các nút giằng a = 100 cm

 Chiều dài thanh xiên: S a2C2  100297.622 139.75cm

 Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:

0.9762 44 18' sin 0.698100

+ Sơ bộ chọn thanh xiên có kích thước L80x8 có :

2

min

12.81.57

tx tx

+ Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt gây ra là:

12002

8597.42sin 2 0.698

tx

S r

tx tx

Với = 44018’ nội suy bảng 3.5 ta được K = 31.98

 Độ mảnh tính đổi của toàn cột theo trục ảo:

tx tx

y y y

l r

+ 1

10022.834.38

 Kiểm tra ứng suất:

min 1

39688.1

487.37 2100 / 0.78 104.4

nh nh

y y y

l r

+ 2 2

2

10038.022.63

x x x

l r

nh nh

 Thỏa mãn điều kiện nên không cần phải chọn lại tiết diện

 Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:

71573

0.97 9773654

 Cột đảm bảo đủ khả năng chịu lực theo cả 2 phương:

d Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột:

 Với loại thép có Rbct 4300 kg/cm2 dùng que hàn N42

 Thanh xiên là thép góc L80x8 giả thuyết chiều cao đường hàn sống cao

hs = 8mm, chiều cao đường hàn mép có hm = 6mm

 Chiều dài cần thiết của đường hàn sống và đường hàn mép để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là:

min

0.7 0.7 6048

5.6 0.8 1260 0.75

tx hs

tx hm

Vậy chọn chiều dài cho cả 2 đường hàn là 8cm

 Đường hàn thanh bụng ngang L80x8 vào nhánh cột tính đủ chịu lực cắt

Qqư = 1263.45 daN rất bé vì vậy theo cấu tạo với hs=6mm, hm = 3mm,

lh = 5cm

THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

1 Tải trọng tác dụng lên dàn vì kèo

a Tải trọng thường xuyên

 Nút trung gian: G2 d.Bg mg d 1.5 6 384 15.12x x   3592.08daN

b Hoạt tải sửa chữa mái

 Nút đầu dàn: P10.5dp0.5 1.5 585 438.75x x  daN

Nút trung gian: P1 dp1.5 585 877.5x  daN

2 THANH XIÊN ĐẦU DÀN

Chiều dài tính toán xác định cho từng đoạn như sau:

1

2 2

1

1 2 1

44.84

1, 0642.03

1.53 3.02 3.1

y y

N N

 - hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh .

Giả thiết =120 tra bảng được  = 0,46

Đoạn 1: N1 = D24 = - 44840 daN;

1 1 1

16855,083,05

x x x

l r

1 1 1

30244,914,52

y y y

l r

    =max < [] = 120 Tra bảng II.1 được  = 0,84

44840

1393 0,84.38, 4

N A

203

66, 6

3, 05

x x x

l r

2 2 2

31068,64,52

y y y

l r

    =max<[]=120 tra bảng II.1 được  = 0,84

42030

1303 0,84.38, 4

N A





   daN/cm2 < .R=2100 daN/cm2

3 THANH CÁNH DƯỚI

L = 21 < 24m, nên chỉ cần chọn một loại tiết diện

Nội lực để tính toán thanh cánh dưới N =25.64T

Chiều dài tính toán của thanhtrong và ngoài mặt phẳng dàn

N- lực kéo trong thanh

 - hệ số điều kiện làm việc, với thanh cánh thì  = 1

 - hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh 

x xyc

y yyc

N A

    daN/cm2 < .R = 2100 daN/cm2

4 THANH CÁNH TRÊN

Nội lực để tính toán thanh cánh trên N = D4 = 36890T

Xác định tiết diện thanh:

+) Chiều dài tính toán:

Ta có: D4 > D6 hay N1 > N2: a1 = a2 = 1,5m

2 1

Act =

R

N





Act - diện tích cần thiết

N- lực kéo trong thanh

 - hệ số điều kiện làm việc, với thanh cánh thì  = 1

y yyc

    daN/cm2 < .R=2100 daN/cm2

0, 425400

120; 2100 / 0, 44

9160

9,9 0, 44.2100

6.TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO MẮT DÀN

6.1 TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT DÀN

Chiều dày bản mã  1, 2 cm

Các thanh dàn liên kết vào bản mã bằng các đường hàn sống ở góc và mép góc

Đường hàn liên kết thanh dàn vào bản mã phải bảo đảm các yêu cầu sau:

max

min

max min

h

h

h

h h

Chọn bản ghép có tiết diện 60x1,2 cm.

Diện tích chịu lực Nt gồm diện tích bản ghép và một phần bản mã với bề rộng được quy ước bằng hai lần bề rộng bản cánh hàn nối với bản mã của thép góc cánh

Aqư=Agh + 2.bg.m

Với Aqư - diện tích quy ước

Agh - diện tích tiết diện ngang của bản ghép

N l

Chọn: 10 cm cho cả 2 đường hàn sống và mép

Chiều dài liên kết thanh xiên với bản mã,lấy hh=8 mm

N l

Hàn theo cấu tạo l = 14cm cho mép, sống hàn suốt.

* Đối với thanh xiên.

s s

m m

Bản mã kích thước 60x26cm

7.TÍNH NÚT LIÊN KẾT DÀN VỚI CỘT

Dàn liên kết cứng vào cột bằng 2 nút đầu dàn

7.1.Mắt dưới

Nút dưới là mắt truyền phản lực gối tựa RA= 29547 daN

và lực xô ngang do mô men đầu dàn (lực này tác dụng ép mặt dưới của dàn và cột)

e = 10 cm : Khoảng cách từ điểm đặt lực H đến trọng tâm đường hàn

Bề dày sườn gối.(  20mm)

29547

0,36 26.3200

Do lực H chỉ gây ép nút dưới của dàn vào cột, nên bulông được đặt theo cấu tạo

Chọn 6 bulông  20 đặt thành hai hàng

Chiều dài cần thiết đường hàn liên kết gối đỡ

*Liên kết thanh cánh dưới B19 vào mắt

Nội lực trong thanh N = 5444 daN

max min

Chọn chiều cao đường hàn sống hs=8 mm; hm= 8 mm.

Chiều dài đường hàn:

Cấu tạo mắt trên gồm bản mã và bản gối

- Các bu lông chọn theo cấu tạo, lấy 6 bu lông d20

e = 2,5 cm : khoảng cách từ điểm đặt lực H đến trọng tâm đường hàn

Tiết diện bản gối chọn thoả mãn:

Chọn tiết diện sườn gối 2 là 260x30 mm

+Tính đường hàn liên kết bản mã 1 vào sườn gối 2

Liên kết bằng 2 đường hàn góc chịu tác dụng của

+Chọn chiều cao đường hàn lk bản mã vào sườn gối theo công thức

Chọn chiếu cao đường hàn hh = 8mm

*Liên kết thanh cánh trên D3 vào mắt

Nội lực trong thanh ND3= 36175 daN

Chọn chiều cao đường hàn sống hs=10 mm; hm= 8 mm

Chiều dài đường hàn:

Cánh trong cột trên hàn vào bản thép K bằng đường hàn đối đầu Bản K xẻ rãnh lồng vào bụng dầm vai và hàn với bụng dầm vai bằng 4 đường hàn góc

Bụng cột trên liên kết với dầm vai thông qua sườn lót và các đường hàn góc

Do mối nối cao hơn mặt dầm vai nên một phần bụng cột trên được hàn trước vàođỉnh cột dưới Mối nối cánh ngoài, cánh trong và bản bụng được thực hiện trên cùng một tiết diện

Dựa vào bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra được cặp nội lực nguy hiểm nhất

+ Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh trong:

M1 = 3169 daN.m; N1 = 12515 daN+ Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh ngoài:

M2 = 34421 daN.m; N2 = 69954 daNMối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 50 cm; mối nối cánh ngoài, cánh trong và bụng cột được thực hiện trên cùng một tiết diện

Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu

b't - khoảng cách trục 2 bản cánh cột trên b't = bt - h = 50 – 1,2 = 48,8 cm

Nội lực lớn nhất mà cánh trong phải chịu

Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu, chiều dài đường hàn bằng chiều rộng cánh trên, ứng suất trong đường hàn đối đầu nối cánh ngoài :

h - bề dày đường hàn; lấy h = 1,2 cm

lh - chiều dài đường hàn; lh = 20 - 2.0,5 = 19 cmDùng mối nối đối đầu thẳng, ứng suất trong đường hàn nối :

tr h

b) Tính dầm vai.

Dầm vai tính như dầm đơn giản có nhịp ldv = hd = 1 m

Dầm vai chịu uốn bởi lực Str truyền từ cánh trong của cột trên Sơ đồ tính toán :Phản lực gối tựa :

Chiều dày bản đậy theo cấu tạo dày (2030) mm, ở đây chọn bđ = 20 mm

Chiều rộng bản đậy bs = 300 mm

Chiều rộng bản đế bđ = 500 mm

Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai

Z = bs + 2.bđ = 30 + 2x2 = 34 cmChiều dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung

Rem- cường độ tính toán về ép mặt của thép

Bụng nhánh cầu trục của cột dưới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn qua Hai bản bụng này liên kết bởi 4 đường hàn góc

Chiều cao dầm vai đồng thời phải thoả mãn các điều kiện :

+ Yêu cầu về cấu tạo hdv  0,5.hd = 0,5.1 = 0,5 m

+ Phải đủ chứa 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụngnhánh cầu trục và bản K Giả thiết đường hàn góc hh = 0,8 mm.

Chiều dài l đường hàn liên kết với nhánh cầu trục:

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai

Dầm vai có tiết diện dạng I không đối xứng Cánh dưới dầm vai là bản thép nằm ngang nối bản bụng của hai nhánh cột dưới

Cánh trên dầm vai là hai bản thép (bản đậy mút nhánh cầu trục và bản sườn lót), kích thước hai bản thép này khác nhau nên tiết diện ngang của dầm vai về hai phía của lực Str cũng khác nhau

Để kiểm tra về uốn của dầm vai đủ chịu dv

max

M cần phải tính momen chống uốn của cả hai tiết diện này và phải tìm vị trí của trục trọng tâm x-x Khi điều kiện uốn thoả mãn, cần phải tính liên kết giữa cánh và bụng dầm tiết diện chữ I không đối xứng này, khi đó bài toán sẽ phức tạp

Để thiên về an toàn và đơn giản hoá bài toán, quan niệm chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn Tính momen chống uốn của bản bụng

Momen kháng uốn của dầm vai

Việc tính toán tiến hành riêng rẽ cho từng nhánh Diện tích bản đế yêu cầu ở mỗinhánh :

Abđ=

n cb

nh

R m

N

.

max

Trong đó :