ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

Tải trọng đứng của cầu trục tác dụng lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó... G là trọng lượng toàn bộ

− Địa điểm làm việc: Huyện Kế Sách – Sóc Trăng.

Vùng gió II-A có : W0 = 83 daN/m2

− Chiều cao dầm cầu trục Hdct = 700 mm

− Chiều sâu chôn cột dưới cốt + 0.00m là H3 = 800 mm

− Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình

− Vật liệu thép: BCT3, hàn tay Que hàn N46 hoặc tương đương

− Các lớp bên trên bao gồm:

+ Mái panen sườn BTCT 1,5x6m ( gc = 150 daN/m2)

+ BT chống thấm dày 4 cm ( γ0 = 2500 kG/m3)

+ BT xỉ dày 12cm (γ0 = 500 kG/m3)

+ 2 lớp gạch lá nem dày 1,5cm/lớp (γ0 = 2000 kG/m3)

− Hoạt tải mái pc = 75 daN/m2

− Bêtông móng mác M200, tường gạch tự mang

+15.90 +18.10 +22.10

Hình 1.1: Sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp

1 Các kích thước chính của khung nhà và một số cấu kiện cơ bản.

− Kích thước cơ bản là nhịp khung L = 30 m Mặt khác ta có sức trục của cầu trục Q = 75T > 30T nên trục định vị các mép ngoài cột một khoảng a = 250 mm Trong trường hợp này để cho cầu trục khi di chuyển không chạm vào cột khoảng cách λ từ trục ray đếntrục định vị phải đủ lớn lấy bội số của 250 mm , với Q = 75T

ta chọn λ = 750 mm

→ nhịp cầu trục là Lk = 30 – 2 λ = 30 – 2.0.75 = 28.5 m

− Tra bảng VI.2 phụ lục sách " Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp " ta được thông số

cầu trục như sau :

Bảng 1.1 : Thông số về cầu trục

Tra bảng IV.7 với loại ray KP-100 ta có bảng sau :

Bảng 1.2: Thông số kĩ thuật của loại ray KP-120Loại ray K.lượng 1m

dài (kg)

Kích thước ( mm )

1 Kích thước theo phương thẳng đứng.

− Chiều cao từ cao trình đỉnh ray đến mép dưới của dàn vì kèo

H2 = Hc + 100 + f

Trong đó:

+) Hc = 4000 mm chiều cao Gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con

+) 100 là khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

+) f = 300 là khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu và việc bố trí hệ giằng thanh cánh dưới lấy 200÷400 mm

Hr chiều cao ray và các lớp đệm, chọn sơ bộ Hr = 200 m.

→ Ht = 4400 + 700 + 200 = 5300 ( mm )

− Chiều cao phần cột dưới tính từ mặt móng tới vai cột

Hd = H – Ht + H3 = 15900 – 5300 + 800 = 11400 (mm)

2 Kích thước theo phương ngang.

− Chọn bề rộng tiết diện cột trên

3 Tính toán kích thước dàn mái.

Chọn dàn mái dạng hình thang, liên kết cứng với cột Chiều cao đầu dàn h = 2,2m,

hgd = hdd + i.L/2 = 2,2 + 0,1 30/2 = 3,7 (m) Lct =

( )

1 1 6 15

2 5 L

m lấy nhịp cửa trời

Lct = 12 m Theo yêu cầu về kiến trúc và chiếu sang ta chọn cửa trời chạy suốt chiều dài nhà Chọn kích thước :

- chiều cao cánh cửa hk = 1,5 m phù hợp với cánh cửa tiêu chuẩn

- chiều cao bậu cửa trên và bậu cửa dưới hb = 1m

→ chiều cao cửa trời là hct = 2,5m Bề rộng cửa trời Lct = 12m độ dốc mái cửa trời 10%, cửa trời được bố trí một tầng cửa kính 1,5 m

− Nằm trong mặt phẳng thanh đứng của nhà Theo phương dọc nhà được bố trí ở chỗ có

hệ giằng cánh dưới và hệ giằng cánh trên, theo phương ngang nhà khoảng cách giữa các

− Hệ giằng cột được bố trí theo phương dọc nhà ở hai đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà

Hệ giằng cột dưới đặt ở giữa khối nhiệt độ Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng cột dưới

Tĩnh tải.

1 Tải trọng mái.

Theo cấu tạo các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái như sau:

Bảng 2.1: Tải trọng mái tác dụng lên dàn

Cấu tạo các lớp mái

Tải trọng tiêuchuẩn mái

Hệ sốvượttải

Tải trọngtính toánmái

424cos

490, 25cos 0,995

2 Tải trọng do trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng.

− Theo công thức kinh nghiệm

g tc d

d = 1 , 2 α .

L n

d = 1 , 2 α .

Trong đó: n- hệ số vượt tải lấy n=1,1

1,2 – hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng

αd =0,75 hệ số trọng lượng dàn lấy khoảng 0,6÷0,9 đối với nhịp 24÷36 m

g

29,7 ( daN/m2)

3 Trọng lượng kết cấu cửa trời.

− Theo công thức kinh nghiệm

Trọng lượng bậu cửa gbctt= 1,1.150= 165 daN/m2 , gbctc= 100÷150 ( daN/m2)

Lực tập trung ở chân cửa trời do cửa kính và bậu cửa

Hình 2.1: Sơ đồ tính của tĩnh tải mái

2.1 Hoạt tải ( tải trọng tạm thời ).

− Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 – 95, hoạt tải mái áp dụng cho trường hợp mái bằng mái dốc bằng bêtông cốt thép không có người đi lại, chỉ có người

đi lại sửa chữa chưa kể các thiết bị điện nước nếu có lấy Ptc = 75 daN/m2 mặt bằng nhà, với hệ số vượt tải n=1,3 Ptt = 1,3.75 = 97,5 ( daN/m2)

→ Tải trọng phân bố đều trên dàn mái:

P=n.Ptc.B = 1,3.75.6 = 585 daN/m = 5,85kN/m

− Theo công thức kinh nghiệm : Gdct = n.αdct.Ldct2.

Trong đó: Ldct=B= 6m, n=1,2 hệ số vượt tải

αdct là hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục, αdct= 35 ÷ 47 chọn αdct=35

→ Gdct = 1,2 35 62 = 1512 (daN) = 15,12 (kN)

2.3.3 Do áp lực thẳng đứng của bánh xe con cầu trục.

− Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột Tải trọng đứng của cầu trục tác dụng lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó

− Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vật nặng ở vị trí sát nhất với cột phía đó Trị số tiêu chuẩn Pmaxc được tra trong Catalog cầu trục bảng phụ lục VI.1.2 Khi đó phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất

Pminc = (Q+G)/n0 - Pmaxc.

Với n0 là số bánh xe cầu trục ở bên một ray n0=4 G là trọng lượng toàn bộ cầu trục.Tra bảng ta có:

Áp lực bánh xe lên ray(T) Trọng lượng(T)

P1maxc P2maxc P1minc P2minc Xe con Toàn bộ

Pmaxc) và nhỏ nhất Dmin(do Pminc) do các dầm cầu trục tác dụng lên cột được xác định nhờ đường ảnh hưởng của phản lực tại gối tựa của dầm cầu trục ở hai bên cột :

1280 840

Hình 7: Đường ảnh hưởng của cầu trục

Dmax= n.nc.( P1maxc.Σyi + P2maxc.Σyi )

Dmin= n.nc .( P1minc.Σyi + P2minc.Σyi )

Trong đó : n= 1,2 hệ số vượt tải

nc= 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục làm việc chế độ nhẹ hoặc trung bình gây ra ;

589,43 kNm 204,7kNm

Hình 2.5: Sơ đồ tính do Dmax phải

2.3.4 Do lực hãm xe con.

− Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe con cầu trục do hãm: ( móc mềm )

0

0, 05.( ) 0, 05.(75 38)

1, 413 4

Với n0 = 4; số bánh xe ở một bên cầu trục

− Các lực ngang T1c truyền lên cột lực T đặt ở cao trình dầm hãm, giá trị T cũng xác địnhbằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định Dmax, Dmin

Hình 2.7: Sơ đồ tính do Tmax phải

2.3 Tải trọng gió tác dụng lên khung.

− Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95 Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao < 36m nên chỉ tính phần tĩnh của gió Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm :

+ Gió thổi lên tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên khung

+ Gió trong phạm vi mái từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thành lực tập trung ở cao trình cánh dưới dàn vì kèo

− Vì bước cột B= 6m nên ta có tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính theo côngthức :

+ Phía gió đẩy: qđ= n W0tc k C B (daN/m)

+ Phía gió hút: qh = n W0tc k C’ B (daN/m)

Trong đó : n=1,2 : hệ số vượt tải

k : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào độ cao z

và dạng địa hình (A,B,C)

B= 6m : bề rộng bước khung

C , C’ : hệ số khí động phía gió đẩy và gió hút ghi trên hình

W0tc = 83 ( kg/m2) gió thuộc địa hình A

Với H = 15,9m dựa vào Phụ Lục 13 để tra hệ số k với dạng địa hình B: k = 1,089

30000 +0.8

-0.5486

+0.7 -0.8

-0.6 -0.6

-0.6

-0.506

Hình 2.8: Hệ số khí động của gió tác dụng lên nhà công nghiệp

− Lực tập trung ở cao trình dưới đáy dàn W = Wđ + Wh

Hình 2.9: Sơ đồ tính toán gió trái

q d =5,21

kN/m

q h =3,29 kN/m

30000

Dmax=1178,86kN Dmin=409,4kN Mmax=589,43 kN m Mmin= 204,7kNm T=42,73 kN

Hình 2.11: Sơ đồ chất tải cho khung ngang nhà công nghiệp

III Tính toán và tổ hợp nội lực khung.

3.1 Sơ đồ tính khung ngang.

3.1.1 Các giả thiết.

− Để đơn giản sơ đồ tính, thay vì kèo bằng xà ngang đặc có độ cứng tương ứng đặt tại thanh cánh dưới dàn Chiều cao tính toán từ chân cột dưới đến thanh cánh dưới dàn Nhịptính toán là khoảng cách giữa 2 trục trọng tâm của cột trên

− Khi tính toán khung đối xứng với tải trọng thẳng đứng đối xứng tác dụng trực tiếp lên

xà ngang (như g và p ) thì chuyển vị ngang nhỏ nhất có thể bỏ qua, lúc đó chỉ còn ẩn số làgóc xoay tại liên kết giữa dàn và cột

− Khi tính khung với tải trọng không phải thẳng đứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang (như Dmax, Dmin, T, W, W’, q , q’) thì xem xà ngang là cứng tuyệt đối, lúc đó chì còn ẩn số

là chuyển vị ngang

3.1.2 Sơ đồ tính khung ngang.

− Khi giải khung tìm nội lực tại 4 tiết diện: A, Cd , Ct, B

30000 A

3.2 Tính toán nội lực trường hợp điển hình bằng phương pháp chuyển vị.

3.2.1 Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung.

− Lập các tỷ số:

+ Dựa theo kinh nghiệm J1/J2 = 7 ÷ 10 nên ta chọn J1/J2 = 10

+ Dựa theo kinh nghiệm Jd/J2 = 25 ÷ 40 nên ta chọn Jd/J2 = 35

− Kiểm tra điều kiện:

η

ν

.1,11

A

c b

Hình 3.2 : Sơ đồ tính khung ngang bằng phương pháp chuyển vị

3.2.2 Tính toán khung ngang với tải trọng phân bố đều trên xà ngang.

− Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay φ1, φ2 và một chuyển vị ngang ∆ ở đỉnh cột Trường hợp ở đây là khung đối xứng,tải trọng đối xứng nên φ1=φ2=φ,

∆ = 0 Ẩn số còn lại 2 góc xoay ở 2 nút khung

− Phương trình chính tắc: r11 φ + R1p = 0

Trong đó: r11 là tổng momen phản lực tại nút khi góc xoay φ= 1

R1p là tổng momen phản lực tại nút khung do tải trọng ngoài gây ra

- Qui ước dấu: Moment phản lực và góc xoay là dương khi nút cột trái quay theo chiều kim đồng hồ, nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ

− Để tìm r11 ta cần tính

xa B

là các momen ở nút cứng B của xà và cột khi 2 nút

của khung cùng xoay φ= 1,

1

1 0 , 23 30

5 , 3 2 2

EJ J

E L

.

.

−

Trong đó: µ

= 2

1

J J

-1 = 10 – 1 = 9 ; α

=

5,30,3216,7

1 1

9170 0, 034 311,9

B B

B

C

Hình 3.3 : Biểu đồ momen do tải trọng phân bố đều trên xà ngang

− Momen phụ sinh ra do lệch tâm giữa trục cột trên và trục cột dưới:

32, 28.30 1,0 0,5

d t e

g L

(kN.m)Khung đối xứng tải trọng A đối xứng nên có thể xem xà ngang có độ cứng vô cùng và không có chuyển vị ngang Nội lực trong khung do Me gây ra có thể tìm được dựa vào công thức trong bảng III.2 phụ lục đối với cột 2 đầu ngàm Dấu Me ngược với dấu trong bảng

30,606

MA(kNm)

87,726

A

B

C

Hình 3.4 : Biểu đồ momen do lệch tâm giữa trục cột

− Tải trọng cột và panel nếu có kể đến

+ Trọng lượng cột trên chọn sơ bộ gct= 200 daN/m

d dct r dct r dct r

h

A

B

C

Hình 3.5 : Biểu đồ mômen tổng tác dụng lên cột

- Trọng lượng dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường và A là tải trọng thường xuyên nên ta có thể cộng biểu đồ momen do Mtt và MA, Mg’ gây ra trực tiếp với biểu đồ nội lực do g gây ra lên dàn và cột

Hình 3.6 : Biểu đồ mômen tổng do tải trọng thường xuyên.

3.3 Tính khung với tải trọng tạm thời trên xà ngang.

− Ta có ngay biểu đồ nội lực do tải trọng tạm thời gây ra bằng cách nhân biểu đồ nội lực

của tải trọng thường xuyên (g + A) với hệ số

B 52,24

63,2

MP(kNm)

C 22,52

0,73

A

B

C

Hình 3.7 : Biểu đồ nội lực do tải trọng tạm thời

3.4 Tính khung với momen cầu trục M max , M min

− Mmax , Mmin đồng thời tác dụng ở 2 cột Ở đây Mmax xuất hiện ở cột trái, Mmin ở cột phải.Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút

− Phương trình chính tắc: r11 ∆ + R1p = 0

Trong đó: r11 là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển vị đơn vị ∆

= 1 Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm vào theo quy ước chiều từ trái sang phải là dương ( + )

RB

− Dùng bảng III.1 phụ lục tính được momen và phản lực ngang đầu cột B:

M (kNm) 0,36EJ1/H 2

− Cắt ngang khung tại đầu cột có lực cắt rồi chiếu xuống phương ngang ta tìm được r11:

Biểu đồ nội lực do Mmax , Mmin gây ra trong hệ cơ bản được xác định bằng cách nhân biểu

đồ nội lực nội lực do MA gây ra với hệ số

( vì Mmax , Mmin đặt cùng vị trí với Me nhưng ngược chiều)

+ Đối với cột trái Mmax

Hình 3.10 : Biểu đồ nội lực do Mmax, Mmin.Phương trình chính tắc:

− Nhân biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra với ∆ vừa tìm được sau đó cộng với biểu đồ nội lực

Mp ta được biểu đồ nội lực cuối cùng:

MB =

1 2

MCt =

1 2

0,36.EJ H

0,36.EJ H

3,85.EJ H

446,71

59,32

MD(kNm)

142,81

A

B

C 104,85

128,78

260,08 75,81

Hình 3.11 : Biểu đồ nội lực tổng do Mmax, Mmin

− Lực T đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục, cách vai cột 0,7m Ta xét lực T ở cột trái, hướng từ trái sang phải Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút.

− Phương trình chính tắc : r11 ∆ + R1p = 0

Trong đó : r11 là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển vị đơn vị

∆ = 1 Dấu của phản lực phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm theo quy ước chiều từ trái sang phải là dương ( + )

− Biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra giống như trường hợp tải Dmax , Dmin nên ta cũng xác định

J1

J 2

Jd

Hình 3.12: Sơ đồ tính nội lực do lực hãm T ngang

− Dùng công thức trong phụ lục III.2 để tính momen và phản lực tại đầu cột B, B’ Lực Tđặt cách đỉnh cột là 4,6m ;

Hình 3.13 : Biểu đồ nội lực do T gây ra với cột trái

− Nhân biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra với ∆ vừa tìm được sau đó cộng với biểu đồ nội lực

Mp ta được biểu đồ nội lực cuối cùng: MT = M ∆ + MT0

+ Đối với cột trái:

2 1

2 1

Hình 3.14 : Biểu đồ momen do lực hãm T ngang gây ra

3.6 Tính khung với tải trọng gió.

− Giải bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút

− Phương trình chính tắc; r11 ∆ + R1p = 0

Trong đó: r11 là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển vị đơn vị

∆ = 1 Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm vào theo qui ước chiều từ trái sáng

phải mang dấu dương ( + ) Biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra giống như trường hợp tải Dmax ,

D nên ta xác định được:

Dùng công thức trong phụ lục III.2 để tìm momen và phản lực trong khung.

+ Đối với cột trái:

q B

( kN.m)'

' 36, 71.( 0, 63) 23,13

q B

( kN )

' ' 50,82.( 0, 63) 32, 02

q C

( kN.m)

' ' 184, 02.( 0, 63) 115,93

q A

− Nhân biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra với ∆ vừa tìm được sau đó cộng với biểu đồ nội lực

Mgioo ta được biểu đồ cuối cùng:

0 gio

gio M M

.+ Đối với cột trái:

2 1

B

C 41,12

525,28

Mgio(kNm)

115.902 368.46 234.072

472.752

Tiếtdiện Nội lực

M+ max,N M-

1678.444

1757.419

1757.419

IV Thiết kế dàn mái.

4.1 Sơ đồ và các kích thước chính của dàn.

gm = 490,25 daN/m2 : gd = 29,7 daN/m2 :gct =6,6 daN/m2 Gct=1386 daN

− Mô men đầu dàn :

+ Do dàn có liên kêt cứng với cột nên có mô men uốn tại liên kết cứng đó, mô men này chính là mô men tại tiết diện B của cột khung (tính toán ở phần I) + Một cách gần đúng người ta chọn những cặp mô men đầu dàn sau:

Mtr max, Mph

tư ; Mtr

min, Mph

tư + Dựa vào bảng tổ hợp nội lực ở phần I ta chọn được giá trị mô men đầu dàn:

max do đó ta chỉ tính với giá trị mô men Mtr

minvì dàn đối xứng nên

ta chỉ tính cho 1 bên và lấy giá trị đối xứng cho phía bên kia Giả sử ta tính với mô men đặt ở đầu trái

4.2.2 Nội lực tính toán của các thanh dàn

− Giản đồ Cremona cho tĩnh tải:

Do đối xứng nên ta chỉ vẽ cho nửa trái

3000 3000 3000 3000 3000 3000 30000

d

e

g

h 2

D3 99642 Đ3 -9487

− Giản đồ Cremona cho hoạt tải

Do dàn đối xứng, nên ta chất tải cho nửa dàn bên trái, rồi cộng với nửa phải tương

ứng bên kia được nội lực của toàn dàn So sánh với trường hợp chỉ chất hoạt tải nửa dàn,

chọn nội lực nguy hiểm nhất ở mỗi thanh dàn

2'

1' K

/2

B C,1

D

E

G

H K,1' 2

8961 11539

BẢNG NỘI LỰC HOẠT TẢI

− Giản đồ Crêmôna cho dàn phân nhỏ :

+ Ta vẽ giản đồ Crêmôna đơn vị cho các loại dàn phân nhỏ ( 3 Loại trên ) rồi nhân với hệ số tương ứng là các G và P sẽ được giản đồ Crêmôna cho toàn G và

B

1

C A

B

1

2

C A