THIẾT KẾ KHUNG NHÀ XƯỞNG CÓ CẦU TRỤC THEO TCVN 3382005

THIẾT KẾ NHÀ TIỀN CHẾ THEO TCVN 3382005, khung ngang có cầu trục, tải trọng lấy theo tcvn 27371995 các công thức tính toán và kiểm tra tiết diện trích từ tcvn 3382005 trong bảng tính đi kèm các ô có chữ màu đỏ là các ô nhập số liệu

CÔNG TY

*****o

o

o*****

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

CÔNG TRÌNH:

HẠNG MỤC:

ĐỊA ĐIỂM:

Bình Dương 6/2016

GIÁM ĐỐC

QUẢN LÝ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ KẾT CẤU

* Thuyết minh được lập trên cơ sở yêu cầu công nghệ của chủ đầu tư và cáctiêu chuẩn Việt Nam : TCVN 2737-1995, TCVN 338-2005

1 CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG THUYẾT MINH:

1.1 Đặc trưng hình học mặt cắt (mc) ngang:

A Diện tích tiết diện nguyên

An Diện tích tiết diện thực

Af Diện tích tiết diện cánh

Aw Diện tích tiết diện bản bụng

Abn Diện tích tiết diện thực của bulon

b Chiều rộng

bf Chiều rộng cánh

ix, iy Bán kính quán tính đối với trục x,y

If Moment quán tính tiết diện nhánh

It Moment quán tính xoắn

Ix,Iy Moment quán tính đối với trục x,y

Inx,Iny Moment quán tính tiết diện nguyên

Lx,Ly Chiều dài tính toán trong mp vuông góc với trục x,y

bo Chiều rộng phần nhô ra của cánh

bs Chiều rộng của sườn ngang

h Chiều cao của tiết diện

h Chiều cao của tiết diện

hw Chiều cao của bản bụng

hf Chiều cao của đường hàn góc

hfk K/c giữa các trục cánh dầm

i Bán kính quán tính của tiết diện

Lw Chiều dài tính toán của đường hàn

S Moment tĩnh

t Chiều dày

tf,tw Chiều dày bản cánh và bản bụng

Wmin Moment kháng uốn nhỏ nhất đối với trucï tính toán

Wx,Wy Moment kháng uốn đối với trục x,y

L Chiều dài nhịp

Lo Chiều dài tính toán của cấu kiện chịu nén

1.2 Ngoại lực và nội lực:

F,P Ngoại lực tập trung

Mx,My Moment uốn đối xoay quanh trục x,y

N Lực dọc

Q Lực cắt

1.3 Cường độ và ứng suất:

E Mô đyn đàn hồi

f Cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn

của thép lấy theo giới hạn chảy

fv Cường độ tính toán chịu cắt của thép

fc Cường độ tính toán của thép khi ép mặt

fub Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulon

ftb Cường độ tính toán chịu kéo của bulon

fvb Cường độ tính toán chịu cắt của bulon

fcb Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulon

fba Cường độ tính toán chịu kéo của bulon neo

Ứng suất tiếpỨng suất tiếp tới hạn

fhb Cường độ tính toán chịu kéo của bulon cường độ cao

fw Cường độ tính toán của mối hàn đối đầu

chịu kéo, nén, uốn theo giới hạn chảy

fwv Cường độ tính toán của mối hàn đối đầu

fwf Cường độ tính toán của đường hàn góc theo kim loại hàn

fws Cường độ tính toán của đường hàn góc theo biên nóng chảy

fwun Cường độ tiêu chuẩn của kim loại đường hàn theo sức bền đứt

e Độ lệch tâm của lực

m Độ lệch tâm tương đối

me Độ lệch tâm tính đổi

nv Số mặt cắt tính toán

Hệ số tính toán đường hàn gócHệ số điều kiện làm việc của kết cấuHệ số điều kiện làm việc của liên kết bulonHệ số vượt tải của tĩnh tải và hoạt tải

nc Hệ số tổ hợp nội lực

Hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diệnĐộ mảnh của cấu kiện

Độ mảnh qui ướcĐộ mảnh tính toán của ck trong các mp vuông góc với trục x,yHệ số chiều dài tính toán của cột

Hệ số uốn dọcHệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định dạng uốn xoắnHệ số giảm cường độ tính toán khi nén lệch tâm, nén uốnHệ số để xác định khi tính toán ổn định dầm

2 DỮ LIỆU THIẾT KẾ:

3.1 Thiết kế xà gồ mái (Dự kiến dùng xà gồ Z của LYSAGHT) :

* Các loại tải trọng tác dụng lên xà gồ(xg)

Trọng lượng tôn mái q1= 4.32 kg/m2

Trọng lượng bản thân xg q3= 4 kg/m

Hoạt tải sữa chữa mái p= 39 kg/m2 n=1.3

Tải trọng gió tác dụng lên xg lấy cho trường hợp nguy hiểm nhất gió thổi

vuông góc với đầu hồi nhà khi dó hệ số khí động tác dụng lên mọi mặt mái

ta tính toán được hệ số k= 1.09

Sơ bộ chọn bước xg Bxg= 1.25m

Ta có giá trị tải trọng gió tác dụng lên xg

q4= -92.9 kg/m

* Vậy tổng tải trọng tác dụng lên xg

Chọn tổ hợp tải trọng nguy hiểm để tính toán xg

mc ngang xà gồ

Xà gồ được làm từ thép dập nguội từ thép tấm cán nóng A570 (ASTM)

có giới hạn chảy

q ×cosa

11

2 y

Vậy xg đã chọn đạt yêu cầu

* Kiểm tra điều kiện (đk) ổn định :

Vậy xg đã chọn đạt yêu cầu

239.52Xem xg là 1 thanh chống cố định cánh kèo ngoài mp kèo khi ấy độ mảnh xg

Vậy trong mp phương x cần bố trí hệ ty giằng xg để giảm độ mảnh cho xg

MM

3.2 Thiết kế ty giằng xà gồ mái :

Thanh ty là thép tròn được làm từ thép CT3 có giới hạn chảy

3.3 Thiết kế khung ngang :

3.3.1 Xác định nội lực khung ngang:

Nội lực khung ngang được xác định bằng phần mềm SAP 2000 với các tổ hợp nội lực sau :

TH13 TT+0.9HTtrai+0.9Dmaxtrai+0.9Tmaxtrai

TH14 TT+0.9HTtrai+0.9Dmaxphai+0.9Tmaxphai

TH15 TT+0.9HTphai+0.9Dmaxtrai+0.9Tmaxtrai

TH16 TT+0.9HTphai+0.9Dmaxphai+0.9Tmaxphai

TH17 TT+0.85HTtrai+0.85Dmaxtrai+0.85Tmaxtrai+0.85Gtrai

TH18 TT+0.85HTtrai+0.85Dmaxtrai+0.85Tmaxtrai+0.85Gphai

TH19 TT+0.85HTtrai+0.85Dmaxphai+0.85Tmaxphai+0.85Gtrai

TH20 TT+0.85HTtrai+0.85Dmaxphai+0.85Tmaxphai+0.85Gphai

TH21 TT+0.85HTphai+0.85Dmaxphai+0.85Tmaxphai+0.85Gtrai

TH22 TT+0.85HTphai+0.85Dmaxphai+0.85Tmaxphai+0.85Gphai

TH23 TT+0.85HTphai+0.85Dmaxtrai+0.85Tmaxtrai+0.85Gtrai

TH24 TT+0.85HTphai+0.85Dmaxtrai+0.85Tmaxtrai+0.85Gphai

TH25 Envelope (TH1:TH24)

* Các sơ đồ chất tải trọng lên khung

3.3.2 Xác định tải trọng tác dụng:

* Tải trọng thường xuyên lên kèo g (Tĩnh tải)

Trọng lượng tôn mái q1= 4.32 kg/m2

Trọng lượng bản thân xg q3= 4.44 kg/m2

Trọng lượng bản thân kèo q6= 55kg/m

Tổng tĩnh tải lên kèo g= 180.488 kg/m g= 1.8 kN/m

* Tải trọng thường xuyên lên cột gv

Trọng lượng tôn vách q1= 4.32 kg/m2

Trọng lượng bản thân xg q2= 4.44 kg/m2

Trọng lượng bản thân cột q4= 55kg/m

Trọng lượng bản dầm ctrục q5= 70kg/m

Tổng tĩnh tải lên cột gv= 223.39 kg/m gv= 2.23 kN/m

* Hoạt tải lên kèo p

Hoạt tải sữa chữa p= 312 kg/m p= 3.12 kN/m

* Tải trọng gió

Xét tỷ số H/L= 0.2<1.5 chỉ xét thành phần gió tĩnhChiều cao cột H= 9 m theo bảng 5 TCVN 2737-1995

tính được hệ số thay đổi áp lực gió theo chiều cao k= 1.09

Gió đẩy tác dụng lên cột

Wd=0.8*1.2*k*W0*B= 679.49 kg/m2 Wd= 6.79 kN/mGió hút tác dụng lên cột

Wh=0.6*1.2*k*W0*B= 509.62 kg/m2 Wh= 5.1 kN/mChiều cao đỉnh mái H= 12.375 m theo bảng 5 TCVN 2737-1995

tính được hệ số thay đổi áp lực gió theo chiều cao k= 1.1

Hệ số áp lực gió tác dụng lên mặt mái nghiêng

* Hoạt tải cầu trục

Hoạt tải cầu trục xác định thông qua thông số kỹ thuật cầu trục và đường ảnhhưởng tải trọng lên vai cột, xét trường hợp nguy hiêm có 2 cầu trục tác dụng lên 1 vai cột

Theo catalogue cầu trục có các thông số

Khoảng cách hở 2 cầu trục Zmin= 18cm

Trọng lượng cầu trục Gct= 83.6kN

Trọng lượng xe con Gxc= 8.03kN

Aùp lực lớn nhất Pmax= 70.7kN

Sơ đồ tính tung độ đường ảnh hưởng

nc Hệ số tổ hợp lấy = 0.85 khi 2 cầu trục có chế độ làm việc nhẹ hoặc tb

lấy =0.9 khi 2 cầu trục có chế độ làm việc nặng

gp Hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục lấy =1.1

n0 Số bánh xe cầu trục 1 bên ray

Pmax Áp lực tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe cầu trục lên ray, tra catalogue

Pmin Áp lực tiêu chuẩn nhỏ nhất của 1 bánh xe cầu trục lên ray phía bên kia

Q Sức nâng thiết kế của cầu trục



min c p min i

0 1 0

T

T =n

Q Sức nâng thiết kế của cầu trục

G Trọng lượng toàn bộ cầu trục, tra catalogue

yi Tung độ đường ảnh hưởng

kf Hệ số ma sát =0.1 đối với cấu trục có móc mềm

T1 Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục

T0 Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục

e k/c lệch tâm giữa tim cột và tim ray cầu trục

3.3.2 Xác định nội lực khung ngang:

Nội lực khung do phần mềm Sap 2000 tính toán và phân tích

3.3.2 Thiết kế kèo mái:

* Kèo mái được thiết kế với nội lực từ tổ hợp tải trọng gây nguy hiểm nhất cho khung là tổ hợp 25 (TH25)

Kèo mái được tính toán thiết kế tại các vị trí : đuôi kèo, đỉnh kèo, vị trí thay đổi tiết diện

Khung ngang được tổ hợp từ thép tấm cán nóng Q245 có

fv= 12.92 kN/cm2

* Nội lực tại các vị trí như sau:

Tại đuôi kèo có Mmax= 30000kN.cm

* Mođuyn chống uốn cấn thiết của tiết diện

* Chọn các tiết diện

Tại đuôi kèo

* Kiểm tra bền các tiết diện

Tiết diện đuôi kèo

Thỏa mãn đk bền

Tiết diện đỉnh kèo

Thỏa mãn đk bền

Tiết diện giữa kèo

Kiểm tra lại

* Kiểm tra đk ổn định tổng thể các tiết diện:

Xà gồ đã tính toán như 1 điểm giằng cố định cánh trên của kèo, khoảng cách xg

l0= 125 cmCánh dưới được giằng cố định bằng các thép V có khoảng cách

l0= 300 cmXét tỷ số của dầm hàn bf/tf= 16.67

* Kiểm tra đk ổn định cục bộ các tiết diện:

Độ mảnh qui ước bản bụng ( tại tiết diện có hw lớn nhất )

3.8 < 3.2 Cần gia cường bản bụng

Bản cánh xét điều kiện ổn định

8.08 < 15.35 Bản cánh ổn định

3.3.3 Thiết kế cột khung ( Cột vát dạng nêm ):

Tiết diện đỉnh cột lấy bằng tiết diện đuôi kèo ( đảm bảo cân bằng nút)

Tiết diện đủ bền

Tiết diện chân cột chọn

c f

Vậy tiết diện cột chọn

Tiết diện đủ bền

* Kiểm tra đk ổn định tổng thể trong mp uốn

Chiều dài tính toán của cột

Trong mp uốn cột khung liên kết khớp với móng

Thỏa mãn về độ mảnh

Ổn định tổng thể trong mp uốn

Độ lệch tâm tương đối ( xét tại chân cột )

I

= I

Độ lệch tâm qui đổi ( xét tại chân cột )

Với độ lệch tâm tương đối mx và độ mảnh qui ước, tra bảng IV.5 có được

Thỏa mãn đk ổn định tổng thể

* Kiểm tra đk ổn định tổng thể ngoài mp uốn

N

=

* Kiểm tra đk ổn định tổng thể ngoài mp uốn

Ngoài mp uốn có xà gồ vách bước L= 1.3 m

N

= A

y



y y

N

= A

y =

4 THIẾT KẾ CHI TIẾT:

4.1 Liên kết hàn giữa cánh và bụng

Liên kết hàn giữa cánh và bụng thiết kế dựa vào lực trượt giữa cánh và bụng tính toán từ lực cắt trong kèo vì trong kèo lực cắt lớn hơn trong cột

Tại vị trí có Qmax= 300 kN lấy theo TH 25 (Envelope)

Lực trược tác dụng lên 1cm chiều dài của kèo tại vị trí có Qmax

3.29 kN/cm

Lực trượt T phải bé hơn khả năng chịu trượt của 1cm đường hàn

Sử dụng que hàn có cường độ tính toán

Theo kim loại mối hàn 18kN/cm2

Theo biên nóng chảy 15.3kN/cm2

Phương pháp hàn tự động 0.7

1

Chiều cao đường hàn cần thiết



max f x

T =I

  



max f

h g min x

4.2 Liên kết hàn nối cột

Vì chiều cao cột H> 6 m nên phải bố trí vị trí nối cột bằngliên kết hàn đối đầu

Nội lực tại vị trí nối cột ( lấy tổ hợp có Mmax trong 2 TH 1 và 2)

Các đặc trưng hình học của đường hàn đối đầu tại vị trí nối cột

Chiều cao đường hàn hh= 0.6 cm

Chiều dài đường hàn lh= 115 cm

Moment chống uốn Wh= 1453.72 cm3

Diện tích đường hàn F= 69 cm2

Kiểm tra bền cho đường hàn đối đầu nối cột

Mối nối đủ bền

4.3 Liên kết kèo-cột

Liên kết kèo-cột thông qua các bulon và mặt bích

Bulon được chọn và bố trí trước theo y/c cấu tạo như sau

Nội lực tại liên kết ( lấy trong TH25 (Envelope)

Sơ bộ chọn bulon d= 20mm cấp độ bền R= 8.8

Số lượng bulon cần thiết sơ bộ n= 3 chọn n=10

Chọn và bố trí như hình vẽ

Sơ đồ tính liên kết bulon

Ncbl= Rcbl b bl c F n 

Nkbl= Fthbl kblR 

Bulon đủ khả năng chịu lực kéo lớn nhất

Lực cắt phân bố cho 1 bulon

Bulon đủ khả năng chịu cắt

Chiều dày tấm bích được tính toán từ đk chịu uốn và lấy giá trị lớn hơn trong 2 giátrị sau

4.4 Liên kết kèo-kèo

Liên kết kèo-cột thông qua các bulon và mặt bích

Bulon được chọn và bố trí trước theo y/c cấu tạo như sau

Nội lực tại liên kết lấy trong TH25 (Envelope)

Số lượng bulon cần thiết sơ bộ

Lực kéo lớn nhất phân bố vào 1 bulon ngoài cùng xem tâm quay trùng với

hàng bulon trên cùng

97.3 kN < 98 kN

Bulon đủ khả năng chịu lực kéo lớn nhất

Lực cắt phân bố cho 1 bulon

Bulon đủ khả năng chịu cắt

Chiều dày tấm bích được tính toán từ đk chịu uốn và lấy giá trị lớn hơn trong 2 giátrị sau

4.5 Liên kết cột - móng

Chân cột liên kết khớp với móng

Nội lực tại chân cột

Diện tích sơ bộ của bản đế xác định từ đk chịu ép cục bộ của bê tông móng

trong đó 1 Xem ứng suất trong bê tông mong

phân bố đềualpha =1 khi mác bê tông < B25

Sơ bộ chọn 1.1-1.2

Bê tông sử dụng B20 có Rb= 1.15 kN/cm2

Vậy diện tích sô bộ bản đế là:

Diện tích bản đế chọn theo kích thước chân cột và sự bố trí bulon như sau

Bản đế thỏa mãn điều kiện chịu ép

Chiều dày bản đế tính toán với trường hợp sườn cứng được bố trí như hình trên

Moment phân bố vào ô bản đế theo sơ đồ bố trí bên trên

Sơ đồ tính ô bản đế số 1

Ô bản số 1 có a= 20cm

sách " Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp - TS Đoàn Tuyết Ngọc "

Vậy chọn bản đế có chiều dày tbd= 2 cm

Bulon neo chọn theo cấu tạo cho chân cột lk khớp với móng, chọn 4M24

min N  6M2 

=

TÍNH TOÁN HỆ DẦM SÀN LIÊN HỢP

1 THIẾT KẾ SÀN BTCT:

Sàn BTCT tính toán như 1 dầm đơn giản gối lên dầm phụ, nhịp tính toán là nhịp dầmphụ, bề rộng tính toán bản sàn là 1m

Sơ đồ tính bản sàn

Chiều dày sàn hs= 15 cm

* Tải trọng tác dụng lên sàn giai đoạn thi công

Trọng lượng bản thân sàn BTCT q1= 106.25 kg/m2

Trọng lượng bản thân tôn deck q2= 5.6 kg/m2

Tải trọng tiêu chuẩn lên sàn gtc= 361.85 kg/m2

Tải trọng tính toán sàn g = 434.22 kg/m2

* Tải trọng tác dụng lên sàn giai đoạn sử dụng

Bao gồm tải trọng bản thân các cấu kiện cộng thêm

Vữa lót gạch lát sàn dày 30 q4= 54 kg/m2

Gạch Ceramic lót sàn dày 10 q5= 18 kg/m2

Trần và các thiết bị treo q6= 15 kg/m2

Tải trọng tiêu chuẩn lên sàn gtc= 587 kg/m2

Tải trọng tính toán sàn gtt= 704.4 kg/m2

Nội lực sàn tính cho 1m rộng

Giai đoạn thi công dùng chống tại giữa nhịp sàn để giảm L sàn ( tính cho 1m rộng)

g l

8

2 tt

Vị trí trục trung hòa trong tiết diện bản sàn chữ T sau khi bê tông đông kết

Bê tông B20 có Rn= 1.15 kN/cm2

3910 kNcm > 269.43 kNcmTrục trung hòa qua cánh

Tính toán với tiết diện chữ nhật bcxh = 34 x 15 cm

Ta có

Diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết, sử dụng thép AII có R Rs= 28kN/cm2

0.65 cm2

Diện tích tôn tham gia chịu kéo A= 2.04 cm2

Không cần đặt thép chịu kéo, đặt lớp thép cấu tạo phía trên chống nứt

s

R b h

R

2 THIẾT KẾDẦM PHỤ:

Dầm phụ chữ I sử dụng thép tấm tổ hợp, thép tấm có cường độ

TÍNH TOÁN BULON NEO CHO CHÂN CỘT NGÀM VỚI MÓNG

Nội lực bất lợi tại chân cột

Móng sử dụng bê tông b20 có Rb= 1.15 kN/cm2

Sơ đồ tính lực kéo T1 Sơ đồ tính lực kéo T2

Tổng lực kéo gây ra cho các thân bulon neo ở 1 phía cột

Theo sơ đồ tính T1 có



1

M - Na

T =y

2 b

Vậy lực kéo tính toán bulon neo là Tmax= 587.43 kN

Chọn bulon neo làm từ Mác thép Q345B có fba= 21kN/cm2Diện tích cần thiết của 1 bulon neo