Đồ án môn học kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng

Đồ án môn học kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng

ĐỒ ÁN MƠN HỌC KẾT CẤU THÉP NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG

 Vật liệu lợp mái: panen bê tơng cốt thép

 Cầu trục chế độ làm việc trung bình, mĩc cẩu mềm

 Các số liệu tra bảng:

 Từ số liệu thiết kế, chọn loại ray KP70, có các đặc trưng:

• Khoảng cách tim ray đến mút ngoài cùng của cầu trục : B 1 = 300 mm

Nhiệm vụ: Xác định chiều cao của phần cột trên và phần cột dưới

 Chiều cao của phần cột dưới được xác định theo cơng thức:

hm _ Phần cột chơn ngầm dưới mặt nền hồn thiện

hdcc _Chiều cao tiết diện dầm cầu chạy

Hk _ chiều cao gabarit cầu trục Hk=2750

f _ Độ võng dàn mái lấy 1/100 của nhịp nhà f = 270 mm

Chọn H t = 4000 mm

II. Theo phươ ng ngang

 Chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu cấu tạo

B1 – Phần đầu cầu trục từ ray đến mép ngoài lấy theo catologue cầu trục

D – khe hở an toàn giữa cầu trục và cột lấy bằng 60 -75 mm

 = 500 + 300 + 60 -750 = 110mm, chọn a = 250 mm , trục định vị trùng tim cột trên

 Bề rộng cột dưới xác định theo công thức :

hd = + a = 750 +250 = 1000 mm.

 Bề rộng cửa mái:Lcm=(1/10-1/6) 33000 = (3300-5500)mm Chọn Lcm= 5000 mm

3

• Sơ đồ hệ giằng cánh dưới

•

•

•

5

Sơ đồ bố trí hệ giằng cột

6

IV. XÁC ĐỊ NH T Ả I TR Ọ NG

1 Tĩnh tải mái :

 Trọng lượng các lớp mái như sau:

Lớp mái Trọng lượng ( daN/m2 ) Hệ số vượt tảiTấm panen bêtông cốt thép cỡ lớn

Lớp bêtông nhẹ cách nhiệt dày 4cm

Lớp chống thấm

Các lớp vữa tô trát dày 4cm

Hai lớp gạch lát nem, mỗi lớp dày 3cm

150401080120

1.11.21.21.21.1

 Trọng lượng kết cấu mái cộng hệ giằng :

Tĩnh tải mái được dồn về các khung ngang Tải trọng các lớp lợp và kết cấu mái cùng

hệ giằng được coi như là một tải phân bố đều trên suốt nhịp nhà xưởng

 Trọng lượng kết cấu cửa mái :

Trong đó: gtc

1 – tải trọng tiêu chuẩn của kết cấu mái và hệ giằng

gtc

2- tải trọng tiêu chuẩn của kết cấu cửa mái

n= 1.2 - hệ số vượt tải

Như vậy: Tĩnh tải tính toán mái gm = 453 + 36 + 18 = 507 ( daN/m2 )

Tĩnh tải mái được dồn về các khung ngang Tải trọng các lớp lợp, kết cấu mái và hệ

giằng được coi là một tải phân bố đều trên suốt nhịp nhà xưởng, còn tải trọng kết cấu

cửa mái được coi như phân bố đều trên suốt bề rộng cửa mái

• Quy tải ra thành tải tập trung đặt tại các mắt dàn:

7

Mdcc=Pdcc x e1 = 10.8*0.5 = 5.4 kNm

Suy ra: m = Mm-Mdcc = 116.84 kNm

2 Tải trong sửa mái

 Là loại tải trọng do người và thiết bị, vật liệu dùng để sữa chữa mái khi bị hư hỏng, tải trọng này được cho trong tiêu chuẩn “Tải trọng và tác động 2737 TCVN-1995”

 Trường hợp mái lợp vật liệu tơn giá trị hoạt tải sữa chữa mái lấy bằng 0.30 kN/m2 Hoạt tải mái được tính với hệ số vượt tải np = 1,3 Mái nghiêng i = 15%

 Hoạt tải mái tính toán: qtt

3.1 Áp lực của cầu trục lên vai cột:

 Khi một phía cĩ áp lực lớn nhất Dmax tác dụng, tương ứng phía bên kia lực tác dụng lên vai cột sẽ là nhỏ nhất Dmin Từ vị trí bất lợi của bánh xe trên dầm cầu trục ta cĩ:

 Dmax = n.nc.Pmax

 Dmin = n.nc.Pmin

 Trong đĩ:

+ n = 1.1 – hệ số vượt tải

+ nc =0.9– hệ số vượt tải khơng đồng thời của các cầu trục

+ - tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các vị trí bánh xe cầu trục

+ Pmax (Pmin) – áp lực lớn nhất ( nhỏ nhất ) của một bánh xe cầu trục lên ray khi xecon mang vật nặng vào sát vị trí cột ( phía bên kia )

 Pmin =

 Trong đĩ:

8

+ Q – sức trục của cầu trục ( 30T )

Từ bảng catologue của cầu trục:

Ptc max = 360KN

min = 128( T )

• Từ các kích thước của cầu trục: bề rộng B = 6300 mm, khoảng cách giữa các bánh xe

K = 5100 mm chúng ta có thể sắp xếp các bánh xe cầu trục như sơ đồ trên

 Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục:

 Vậy lực xô ngang của cầu trục là:

Vị trí lực xô ngang T đặt tại mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai côt 0.6 m, cao độ 8.80 m

10

3.3 Tải trọng gió:

Áp lực gió tiêu chuẩn q0 = 83 daN/m2, có trị số không đổi ở độ cao 10m, với độ cao lớn hơn điều chỉnh bằng hệ số k > 1, lúc này gần đúng có thể coi phân bố dạng hình thang.Tải trọng tính toán tác dụng lên khung tính theo công thức:

q = n.c.k.q0.BTrong đó:

n – hệ số vượt tải (n = 1.3)

B – bước khung

c – hệ số khí động phụ thuộc vào hình dạng nhà lấy theo tiêu chuẩn

k – hệ số độ cao và địa hình

Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

( Tiêu chuẩn “ Tải trọng và tác động 2737 – 1995 )

Độ cao ( m ) Dạng địa hình A3

510152030

1.001.071.181.241.291.37

+ Hệ số độ cao và địa hình k:

 Tại độ cao 12.2 m (cánh dưới của dàn vì kèo), địa hình B: k = 1.05

 Chiều cao đỉnh mái có độ cao 19.1m, địa hình B: k = 1.19

11

33000 -0.6 -0.8

Hệ số khí động (Tiêu chuẩn “ Tải trọng và tác động2737 – 1995 ):

Bảng tra hệ số khí động của mặt khuất gió: c3

Bảng tra hệ số khí động các mặt mái đón gió: ce1, và mặt cửa mái khuất gió: ce2

-0.6-0.4

-0.7-0.7

-0.8-0.8

+ Toàn bộ phần tải gió tác dụng từ cao trình đáy vì kèo lên đến đỉnh mái được quy về Wđ

và Wh, được xác định theo công thức:

Tổng gió đẩy Wđvà gió hút Wh

 W= Wđ + Wh = 14.76 + 27.46 = 42.22 kN

13

III HỆ GI Ằ NG, SƠ ĐỒ HÌNH HỌC

Sơ đồ nhà công nghiệp

• Sơ đồ hệ giằng cánh trên

• Sơ đồ hệ giằng cánh dưới

M-M (kN/m) N

569.9

204.951C

THIẾT KẾ CỘT

Các thơng số đã biết về cột được tĩm tắt trong bảng sau :

NỘI LỰC TÍNH TỐN TRONG CỘT

Ta xác định dược nội lực tính tốn trong cột như sau:

+ Với cột bậc của khung nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng, chiều

dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột được xác định riêng lẻ cho từng cột

Phần cột dưới: l1x =µ1HdPhần cột trên: l2x =µ2Ht

+ Các hệ số µ1, µ2 phụ thuộc vào sơ đồ liên kết ở hai đầu cột và đặc điểm của tảitrọng tác dụng lên cột.Các thông số :

+ Với K1 =0.256, c1 = 0.949 tra bảng II.6b sách thầy Đ.Đ.Kiến ta được: µ1

=1.981

=> µ2 = = = 2.087

19

b- Ngoài mặt phẳng khung:

l1y

= Hd = 8.2 m

l2y= H t- hdcc = 4.0 – 0.6 = 3.4 m

II THIẾT KẾ CỘT TRÊN

+ Cặp nội lực nguy hiểm nhất (M = 204.951KNm; Ntư = 569.99 KN) + Chiều cao tiết diện cột ht = 500 mm

a. Chọn sơ bộ tiết diện:

Tiết diện cột trên dạng chữ I đối xứng theo cả hai phương được cấu tạo từ ba bản thép

+ bc = (1/12 – 1/15) Ht = (266.7 → 333.3) mm Chọn bc = 300 mm

+ Chiều dày bản cánh chọn theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh:

+ δc = (1/20 – 1/36) bc = (8.3 → 15) mm Chọn δc = 14 mm

21

1) Kiểm tra tiết diện đã chọn:

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện:

a. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

 Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi m1:

22

Với 0 ≤λx = 1.31 ≤ 5; m =2.105 < 5,

Tra bảng phụ lục II.4 sách thầy Đoàn Định Kiến ta được:

η = (1.9-0.1m)-0.02 x (6-m) x λx = 1.587

Suy ra m1 =η x m = 1.38x2.105 = 2.905< 20 nên không cần kiểm tra về bền

Tra bảng phụ lục 4, theo m1 vàλ x , có được ϕlt = 0.368

 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

=> thỏa

 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

Cặp nội lực đang xét là cặp nội lực nguy hiểm tại tiết diện D, được tổ hợp nội lực từ các tảitrọng 1+2+3b+(-4b)+5b Giá trị moment ở một đầu đoạn cột MD = 204.951 kNm và giá trịmoment tương ứng ở đầu kia đoạn cột là MC = - 81.506 kNm

 Moment ở 1/3 đoạn cột là:

(kNm)

23





1

 Giá trị moment qui ước dùng để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung

= 97

 Tra bảng II.5 phụ lục II ta có: α = 0.65 + 0.005mx = 0.656 ; β =1

=> C = 0.576

 Với λ y=50.74 Tra bảng II.1 phụ lục II ta đượcϕy =0.861

 Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng uốn :

 Vậy tiết diện đã chọn thoả mãn tất cả các yêu cầu

III THI ẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT DƯỚI

- Hình dạng tiết diện : cột dưới rỗng gồm hai nhánh:

- Nhánh mái cấu tạo dạng thép chữ U gồm 1 bản thép lưng và 2 thép góc làm cánh

- Nhánh cầu trục cấu tạo dạng théo chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại

Chọn tiết diện :

Các lực nén trên đây chưa kể đến trọng lượng bản thân Gc của mỗi đoạn cột Ở đây

ta xem Gc như là một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi cột

Gc =gc x Hc

Trong đó gc là trọng lượng của mỗi mét dài cột

gc = Ψ x γ (daN/m)

Với: ΣN: lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi bỏ qua Gc

Ψ: hệ số cấu tạo,trọng lượng các chi tiết lấy bằng 1.4 – 1.8

γ: trọng lượng riêng của thép (g =7850 daN/m3=78.5 KN/m3)K:hệ số kể đến ảnh hưởng của moment

K = (0.25÷0.3) đối với cột trên

K = (0.4÷0.5) đối với cột dưới

R:cường độ tính toán của vật liệu thép làm cột (R = 220MPa)

hc: chiều dài đoạn cột

- Đối với nhánh mái, chọn tiết diện dạng chữ C tổ hợp gồm 1 bản thép lưng 22x328 và

2 thép góc chữ góc L100x16

Các đặc trưng hình học của tiết diện :

Đối với nhánh cầu trục :

Diện tích nhánh 1 : Af1 = 1x33.6 + 2x1.2x15 = 69.6 cm2 > Ayc

f1 =66.6 cm2.Moment quán tính đối với trục x:

Moment quán tính đối với trục y:

Bán kính quán tính của tiết diện :

,

Đối với nhánh mái :

_ Thép góc đều cạnh L:100x16 có A =29.7cm2,

28

_ Các đặc trưng hình học của tiết diện:

_ Bán kính quán tính của tiết diện;

Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh 1(Nhánh cầu trục):

Khoảng cánh từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh 1(Nhánh CẦU TRỤC):

29

Moment quán tính toàn tiết diện đối với trục trọng tâm x –x:

Kiểm tra tiết diện đã chọn: cho nhánh cột và toàn cột

Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x –x :

(Với Lx1=16.2442 m được xác định từ chiều dài tính toán ban đầu)Chọn khoảng cách giữa các nút giằng lnhánh1=1000 mm.

Góc a giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:

30

Chiều dài thanh xiên:

Sơ bộ chọn thanh xiên là một thép góc đều cạnh L75 x8 có Atx=11.5 cm2

Với cặp nội lực M2, N2.

Theo m = 1.95 ; =1.247 tra bảng II.3 phụ lục II ta được ϕlt = 0.324

Kiểm tra ổn định ổn định của cột dưới trong mặt phẳng khung:

4 Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện: (cho nhánh cầu trục)

 Với bản bụng cột: và

Theo bảng 3.4 sách thầy Đoàn Đình Kiến, ta có :

Tiết diện bản bụng cột đã chọn có:

=> Thoả Vậy tiết diện đã chọn thoả mãn tất cả các yêu cầu

5 Kiểm tra hệ bụng thanh giằng:

Lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế với Q =V= 148.11 (kN) là:

Kiểm tra thanh bụng xiên

Ta thấy lực cắt Q =148.11 kN dùng để tính thanh giằng lớn hơn Qqư = 13.4kN nên không cần phải tính lại thanh bụng xiên và λ0

Thanh bụng ngang tính theo lực cắt Qqư =13.4kN, vì Qqư nhỏ nên ta dùng một thép góc đều

Ta có:

βt fws = 1 x 15.5 = 15.5 (kN/cm2)

βh fwf = 0.7 x 18 = 12.6(kN/cm2)Suy ra: (βfg)min =12.6 kN/cm2

Thanh xiên là thép góc đều cạnh L75x8

Giả thuyết: chiều cao đường hàn sống hw-s = 6mm

chiều cao đường hàn mép hw-m = 6mm

=> Chiều dài đường hàn sống và mép là

=> Chọn lw-s = 14.1 cm

=> Chọn lw-m = 6.6 cmĐối với thanh bụng chịu lực N = Qqư =13.4 kN rất nhỏ Do đó đường hàn ta lấy cấu tạo hw-s =6mm, hw-m =4mm, lf > 5cm

36

I Thiết kế chi tiết thân cột:

1 Nối phần cột trên với cột dưới :

Dự kiến mối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 500mm Mối nối cánh ngoài,

cánh trong và bụng cột trên tiến hành trên cùng một tiết diện

Lực dọc tương ứng trên mỗi cánh cột trên :

Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng chiều dài đường hàn bằng chiều rộng cánh cột

trên=30 cm, chiều cao đường hàn =1.4cm

Ứng suất trong đường hàn đối đầu nối cánh ngoài:

37

Chọn bản nối K có chiều dày và rộng đúng bằng chiều dày và chiều rộng bản cánh cộttrên

Dùng mối nối đối đầu thẳng, ứng suất trong đường hàn nối cánh ngoài cột trên:

Ứng suất trong đường hàn đối đầu nối cánh trong:

Dùng mối nối đối đầu thẳng, ứng suất trong đường hàn nối cánh trong cột trên:

Mối nối bụng cột tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối Vì lực cắt của cột trên khá bénên đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt với chiều cao đường hàn hf = tw=12mm

Chiều cao bụng dầm vai : phải chứa đủ 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm

vai với bụng nhánh cầu trục, yêu cầu cấu tạo

39

Chọn: , chiều dày bản cánh dưới dầm vai bằng 10mm.

Chiều cao đường hàn gĩc:

,tmin=min(tK,tw)= min(12,12) =12 mm =>Chọn hf = 4mm Chiều dài một đường hàn cần thiết liên kết bản bụng dầm vai với bản bụng nhánhcầu trục

Chiều dài một đường hàn cần thiết liên kết bản “K” vào bụng dầm vai:

Chiều cao bản bụng dầm vai hbdv = 60-(2+1) = 57 cm

 Chọn chiều dài đường hàn liên kết bản bụng dầm vai với bản bụng nhánh cầu trục , kết bản bụng dầm vai và bản “K” là Lw=57cm

Kiểm tra bền cho dầm vai:

Để đơn giản tính tốn và thiên về an tồn ta quan niệm chỉ cĩ riêng bản bụng dầm vai chịu uốn

Moment chống uốn bản bụng:

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của tiết diện hình chữ nhật:

=> thỏa

2 Chân cột:

a/ Xác định kích thước các chi tiết chân cột nhánh mái:

- Kết quả nội lực tại tiết diện A-A cho trong bảng tổ hợp nội lực:

Mmax = 90.12 kNm, Ntư1 = -719.28kN

Mmin = -1350.9 kNm, Ntư2 = -1206.4 kN

Nmax = -1209.2 kN, M(+)tư = 82.713 kNm, M(-)tư = - 1530.9kNm

40

Vmax = - 148.11kN

- Lực nén lớn nhất phát sinh trong nhánh mái:

- Lực kéo lớn nhất phát sinh trong nhánh mái:

 Xác định kích thước bản đế:

- Cường độ nén cục bộ của bêtông : Rnencb = 1.2.Rnen = 1.2 x 1.15 = 1.38 kN /cm2a) Đối với nhánh mái:

- Diện tích cần thiết của bản đế:

Chọn bản đế : 250x500mm ( F=1250 cm2)

- Ứng suất phân bố đều dưới bản đế là:

( kN/cm2 )< Rnencb=1.38 kN /cm2

Chọn sơ bộ chiều dày dầm đế là δdd =10 mm

Ô bản 1: Dạng congxon, với phần nhịp vươn ra là:

Giá trị moment uốn lớn nhất :

41

Ô bản 2 : Dạng ô bản kê 3 cạnh, kích thước theo phương cạnh tự

do là:

l1 = (36/2 - 1/2) = 17.5 cm

Kích thước theo phương cạnh kia là:

Với Z là khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm nhánh mái

Giá trị moment lớn nhất :

Với l2 / l1 = 13.25/17.5 = 0.757 , tra bảng 3.7 Đoàn Định Kiến →α = 0.093

M = 0.093 x 0.612 x 17.52 = 17.43 KNcm/cm

Ô bản 3:

l1 = (36/2 - 1/2) = 17.5 cm

Kích thước theo phương cạnh kia là:

do tỉ số l2 / l1 nhỏ hơn ở ô bản số 2 , có cùng kích thước cạnh tự do Nên moment lớnnhất trong ô bản 3 nhỏ hơn trong ô bản 2

→ Gía trị ứng suất lớn nhất để xác định chiều dày bản đế là M = 17.43KNcm/cm

250

42

chiều dày bản đế cần thiết :

sChọn bề dày bản đế δbd = 2.5 cm

b) Đối với nhánh cầu trục:

- Diện tích cần thiết của bản đế:

Chọn bản đế : 350x500mm ( F=1750 cm2)

Ở nhánh cầu trục, mômen lớn nhất cũng ở bản kê 3 cạnh:

Kích thước theo phương cạnh tự do:

Kích thước theo phương cạnh còn lại :

= = 0.971 tra bảng 3.7 => α = 0.11

 Ta chọn chiều dày bản đêù chung cho cả 2 nhánh là 4 cm

 Xác định kích thước dầm đế:

_ Dầm đế: được xem như dầm đơn giản có đầu thừa, gối tựa là các đường hàn Toàn bộ lực nhánh truyền từ nhánh cột xuống bản đế thông qua hai dầm đế và đôi sườn hàn vào bụng của nhánh Vì vậy dầm đế chịu tác dụng của phần phản lực thuộc diện truyền tải của nó

a) Đối với nhánh mái:

Xác định diện truyền tải của dầm đế :

+ Chiều dày dầm đế : tdđ =1cm

43

+ Sơ bộ chiều dày sườn đế :tsđ = 1cm

=> Bề rộng diện truyền tải : ad =

Sơ đồ tính

Tải phân bố đều tác dụng lên dầm đế nhánh mái:

Phản lực lớn nhất tại gối dầm đế (tại đường hàn liên kết dầm đế với sống thép góc)

Lực này do hai đường hàn liên kết dầm đế với sống và mép góc nhánh cột phải chịu Chọn chiều cao đường hàn là hf-s =8 mm

=> Chiều dài cần thiết của đường hàn:

Chọn chiều cao dầm đế là 30 cm Vì dầm đế có tiết diện rất lớn mà nhịp console dầm đế lại bé nên không cần kiểm tra về uốn và cắt

Bề dày dầm đế được xác định theo điều kiện đảm bảo khả năng chịu uốn

Moment uốn lớn nhất trong dầm đế :

Bề dày dầm đế :

=> Chọn bề dày dầm đế là 10mm

b) Đối với nhánh trục:

Xác định diện truyền tải của dầm đế :

3.2810

11.72

44