Mẫu Đồ Án Thép (61)

Kí hiệu thông số cầu trục Hk mm Kh.cách Zmin mm Bề rộng gabarit Bk mm Bề rộng đáy KK mm T.lượng cầu trục Pmax kN Áp lực Pmin kN Bk bề rộng gabarit của cầu trục ; Kk – bề rộng đáy khoảng

ĐỐ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP 2

THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

MỤC LỤC

1 ĐỀ BÀI 1

2 LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG 1

3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH KHUNG NGANG 2

4 SƠ BỘ TIẾT DIỆN KHUNG NGANG 5

5 SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG 7

6 TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KHUNG NGANG 7

7 TÍNH TOÁN BẢN SÀN 14

8 TÍNH TOÁN DẦM PHỤ 20

9 TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH 30

1 ĐỀ BÀI

Mã đề: 61

Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 3 nhịp theo các số liệu cho dưới đây:

Bước cột Đất Cao trình Cầu trục Áp lực gió ở độ cao Chiều dài dốc Độ

tự nhiên (m)

Mặt nền (m)

Mặt ray (m)1

L =24 L2 =24 L3=24 6 -0.45 0 11.5 10 105 150 16

- Dạng địa hình để tính gió là dạng địa hình B

- Nhịp giữa có 2 cần trục hoạt động với sức trục Q đã cho Hai nhịp biên không có cầu trục

- Vật liệu lợp mái :Tole

- Sử dụng khung thép tiết diện chữ I tổ hợp Cột có tiết diện không đổi Dầm có tiết diện thay đổi

2 LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG

- Vật liệu thép Mác CCT38 theo TCVN 4575-2012 có cường độ :

y v

m u

c m

- Dùng que hàn N42 theo TCVN 4575-2012 ta được số liệu sau:

o Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn: fwun= 410 MPa

o Cường độ tính toán: f = 180 MPa wf

3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH KHUNG NGANG

3.1 Theo phương đứng

Cầu trục có sức nâng :Q=10( )T ,tra cataloge ta được :

Hình 1 Kí hiệu thông số cầu trục

Hk (mm)

Kh.cách

Zmin (mm)

Bề rộng gabarit

Bk (mm)

Bề rộng đáy KK (mm)

T.lượng cầu trục

Pmax (kN)

Áp lực

Pmin (kN

Bk bề rộng gabarit của cầu trục ;

Kk – bề rộng đáy (khoảng cách trọng tâm hai bánh xe cầu trục theo phương bề rộng/phương dọc nhà) ;

Zmin – khoảng cách nhỏ nhất theo phương ngang từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong của cột ;

Pmax – áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray ;

Pmin – áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục lên ray

+ hdct: chiều cao dầm cầu trục, sơ bộ chọn:

− Chiều dài cột dưới:

d r dct r

H = H – h + h + Δ+ Hr – cao trình đỉnh ray, Hr = 11.5 m

+ – Chiều cao mặt nền so với đất tự nhiên, = 0.45m (xem mặt móng ở mặt đất

 Cột biên : Chọn chiều cao bằng chiều cột giữa

3.2 Theo phương ngang

- Trục định vị cột biên trùng với mép ngoài cột (a=0)

- Trục định vị cột giữa trùng với trục cột

- Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray :

K 1

L-L 24 - 22,5

L = = = 0,75 (m)

- Chiều cao tiết diện cột lấy theo yêu cầu độ cứng :

Chọn tiết diện cột đặc của khung nhà bằng thép dạng chữ I như sau:

- Chiều cao tiết diện cột :

4.2 Tiết diện dầm mái

Dầm có tiết diện chữ I đối xứng, đoạn nách khung gần cột chịu momen, lực cắt lớn nên thường cấu tạo tiết diện cao hơn, tiết diện còn lại lấy không đổi.Vị trí thay đổi cách mỗi cột

- Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung:h = 0.5 (m)2

- Bề rộng tiết diện: b = 40 cm

- Chiều dày bản bụng dầm: tw = 1.2 cm > 0.6 cm

- Chiều dày bản cánh dầm: tf = 1.4 cm

4.3 Tiết diện vai cột

- Lựa chọn tương tự như trên ta có:

- Chiều cao tiết diện vai cột: h = 0.5m

- Bề rộng tiết diện vai cột: b = 40 cm

- Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 1.2 cm > 0.6 cm

- Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1.4 cm

4.4 Kích thước của trời

- Độ dốc mái cửa cửa trời lầy bằng độ dốc mái: i=9 %;

5 SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG

6 TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KHUNG NGANG

6.1 Tĩnh tải

Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các tải trọng hoàn thiện, bao che Trọng lượng bản thân kết cấu sẽ được phần mềm tự động tính toán khi ta giải nội lực

Độ dốc mái i=16 % → =α 9.09 (sinο α =0,158; osc α =0,987)

6.1.1 Tải trọng lớp hoàn thiện mái

Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15 kN/m2 Hệ số vượt tải n=1,1

- Tải trọng tiêu chuẩn phân bố tác dụng lên xà ngang: 0.15x6 = 0.9 kN/m

- Tải trọng tính toán phân bố tác dụng lên xà ngang: 0.9x1.1 = 0.99 kN/m

6.1.2 Tải trọng lớp hoàn thiện biên tường

Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gối lấy tương tự như với mái là 0.15 kN/m2 Quy

về lực tập trung đặt tải đỉnh cột

- Tải trọng tiêu chuẩn : 0.15x6x13.3 = 11.97 kN.

- Tải trọng tính toán : 1.1x11.97 = 13.2 kN/m

6.1.3 Tải trọng bản thân dầm cầu trục

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1 kN/m Quy thành tải tập trung và momen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột cột (tay đòn là khoảng cách từ trọng tâm ray đến trục của cột )

- Giá trị tiêu chuẩn của lực tập trung : P = B×1 = 6 (kN)tc

- Giá trị cánh tay đòn : e = L = 0.75 (m)1

- Giá trị tiêu chuẩn của momen : M = 6 0.75 = 4.5 (kN.m)tc ×

- Giá trị lực tính toán của cầu trục : P = 1.1 6 =6.6 (kN)tt ×

- Giá trị momen tính toán của cầu trục : M = 1.1 4.5 = 4.95 (KN.m)tt ×

6.1.4 Tải trọng tập trung cửa sổ mái truyền lên dầm mái

- Thép I20, khối lượng: 0.21 kN/m;

- Chiều cao cột cửa mái : Lc = 1.5 m;

- Chiều dài một bên dầm cửa mái :Ldcm= 4/cos9.09° = 4.05 m ;

- Tổng chiều dài thép chữ I20 một bên cửa mái : 1.5 + 4.05 = 5.55 m;

- Tổng khối lượng thép chữ I20 một bên cửa mái : 5.55 x 0.21 =1.17 kN;

- Tải trọng hoàn thiện tường bên và mái cửa sổ mái: 5.55 x 0.15x6 = 5.0 kN;

 Tải trọng tập trung cửa sổ mái truyền lên dầm mái: 1.17 + 5.0 = 6.17 kN

6.2 Hoạt tải

6.2.1 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái là

30 daN/m2, hệ số vượt tải là 1,3

Quy đổi về lực phân bố đều trên dầm mái :

+ Giá trị tiêu chuẩn : tc

6.2.2 Hoạt tải cầu trục

Hoạt tải cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang của cầu trục Các tải trọng này thông các bánh xe cầu trục truyền lên vai cột

a Áp lực đứng của cầu trục

Áp lực đứng Dmax, Dmin của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tập trung đặt tại vai cột Tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của nhiều nhất hai cầu trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó Trị số của Dmax,

Dmin có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi bánh xe dầm cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất Ta xét trường hợp hai cầu trục tiến đến sát nhau:

Trị áp lực đứng tiêu chuẩn của cầu trục truyền lên vai cột xác địn theo công thức :

n_ hệ số vượt tải của cầu trục, n =1,1;

nc _ hệ số tổ hợp, bằng 0.85 khi xét tải trọng do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ, trung bình;

Với e _ khoảng cách từ trục ray đến trục cột, e = 0,75 (m)

Giá trị tiêu chuẩn của áp lực,momen :

b Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang T tiêu chuẩn của cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm, có điểm đặt tại cánh trên của dầm cầu trục (cao trình mặt ray), có thể hướng ra hay vào, được xác định bởi công thức sau:

T = 0.85×426.25×(1+0.42857+0.91429+0.34286) = 973.07 (daN)Lực hãm ngang tính toán (lấy hệ số vượt tải bằng 1.1):

+ n = 1.2 : hệ số tin cậy tùy thuộc vào tuổi thọ công trình (50 năm).

+ k – hệ số kể đến sự thay đổi độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình.

Đối với độ cao < 10m lấy k = 1

Thống nhất ở đề bài, công trình xây dựng tại dạng địa hình B

cột của nhịp biên nhà xưởng.

+ Mặt đón gió: c = +0.8

tc z=0 10m c

tt z=0 10m c

W → = W n c k B = 90×1.2×0.8×1×7 = 638.4 daN/m× × × ×

+ Mặt khuất gió: c = -0.4

tc z=0 10m c

tt z=0 10m c

W → = W n c k B = 95×1.2× -0.4 ×1×7 = -319.2 daN/m× × × ×

thang trên cột của nhịp biên nhà xưởng.

+ Mặt đón gió: c = +0.8

tc z=14m c

( )

tt z=14m c

+ Mặt khuất gió: c = -0.4

tc z=14m c

tt z=14m c

W = W n c k B = 90×1.2× -0.4 ×1.064×7 = -340 daN/m× × × ×

 Tải trọng phân bố trên dầm mái của khung ngang:

+ Mặt trái (tính từ trái qua): c = -0.49

+ Mặt trái (tính từ trái qua): c = -0.2

+ Mặt trái (tính từ trái qua): c = -0.5

Bản sàn tính theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa.

Đối với nhịp biên:

Hình 3 Sơ đồ xác định nhịp tính toán của bản

Cb – đoạn kê lên tường, chọn Cb = 120 mm

δ

Trọng lượng riêng

3

i(kN / m )

γ

Trị tiêu chuẩn

s

g (kN / m )

Hệ số độ tin cậy về tải trọng

f ,i

γ

Trị tính toán

2 s

Bêtông có cấp độ bền chịu nén B15: Rb = 8,5 MPa

Cốt thép bản sàn sử dụng loại CI: Rs = 225 Mpa

Từ các giá trị momen ở nhịp và ở gối, giả thiết a = 15 mm, tính cốt thép theo các công thức sau:

γ : tính nội lực theo sơ đồ dẻo

Tra bảng được ξ hoặc tính từ công thức: ξ = −1 1 2− αm

b b 0 s

s

R bhA

Asc(mm2/m)

Gối 2 4.77 0.133 0.143 351 0.54% 6/8 110 357Nhịp giữa,

C −đoạn dầm phụ kê lên tường, chọn Cdp =220 mm.

Nhịp tính toán của dầm phụ lấy theo mép gối tựa

Đối với nhịp biên:

dp dp 0b 2

300 340 220 = 6800 + = 6590 mm

Kết quả tính toán được tóm tắt trong bảng 4.

Mômen âm triệt tiêu cách mép gối tựa một đoạn:

x = ×k L =0, 24 6,59 1,582 m× =

Mômen dương triệt tiêu cách mép gối tựa một đoạn:

Đối với nhịp biên:

120,425Lo

34

6,59 12905

670,5Lo8910

120,5Lo

Bê tông có cấp độ bền chịu nén B15: R = 8,5 MPa; Rb bt =0,75 MPa

Cốt thép dọc của dầm phụ sử dụng loại CII: R = 280 MPas

Cốt thép đai của dầm phụ sử dụng loại CI: R = 175 MPas

8.4.1 Cốt dọc

1 Tại tiết diện ở nhịp

Tương ứng với các giá trị mômen dương, bản cánh chịu nén, tiết diện tính toán là tiết diện chứ T

2 Tại tiết diện ở gối

Tương ứng với giá trị mômen âm, bản cánh chịu kéo, tính toán cốt thép theo tiết diện chữ nhật bdp×hdp =200 500 mm× .

Hình 10 Tiết diện tính toán cốt thép dầm phụ

a) Tiết diện ở nhịp; b) Tiết diện ở gối

Kết quả tính cốt thép được tóm tắt trong Bảng 5

Bảng 4 Tính toán cốt thép dọc cho dầm phụ

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

Tính cốt đai cho tiết diện bên trái gối 2 có lực cắt lớn nhất Q = 117, 4 kN

Kiểm tra điều kiện tính toán:

Q4× 2× 1+ 0 + 0 × 0,75× 200× 455

117, 4.10 = 179 mm

s

Q1,5× 1+ 0 × 0,75× 200× 455

8.5 Biểu đồ bao vật liệu

8.5.1 Tính khả năng chịu lực của tiết diện

Trình tự tính như sau:

- Tại tiết diện đang xét, cốt thép bố trí có diện tích As

- Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép a = 25 mm ; khoảng cách thông thủy ogiữa hai thanh thép theo phương chiều cao dầm t = 30 mm

Kết quả tính toán được tóm tắt trong bảng 6

Bảng 5 Tính khả năng chịu lực của dầm phụ

8.5.2 Xác định tiết diện cắt lý thuyết

- Vị trí cắt lý thuyết, x, được xác định theo tam giác đồng dạng

- Lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết, Q, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao moment

Bảng 6 Xác định vị trí và lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết

8.5.3 Xác định đoạn kéo dài W

Đoạn kéo dài W được xác định theo công thức sau:

Q – lực cắt tại tiết diện cắt lý thuyết, lấy bằng độ dốc của biểu đồ bao moment;

Qs,inc – khả năng chịu cắt của cốt xiên nằm trong vùng cắt bớt cốt dọc, mọi cốt xiên đều nằm ngoài vùng cắt bớt cốt dọc nên Qs,inc = 0;

qsw – khả năng chịu cắt của cốt đai tại tiết diện cắt lý thuyết

sw sw sw

R naq

Kết quả tính các đoạn W được tóm tắt trong bảng 8

Bảng 7 Xác định đoạn kéo dài W của dầm phụ

Kết quả bố trí cốt thép và biểu đồ vật liệu của dầm phụ thể hiện trên hình 11

8.5.4 Kiểm tra về uốn cốt thép

Chi tiết uốn cốt thép được thể hiện trên hình 11

Uốn từ nhịp biên lên gối 2: xét phía moment dương

Tiết diện trước có [ ]M tdt =77,8 kNm (2d16 + 2d12)

Tiết diện sau có [ ]M tds =51,9 kNm (2d16)

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước một đoạn 1450 mm :

(53,8 kN là độ dốc của biểu đồ moment tương ứng, bảng 7)

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước một đoạn:

360 1450 1810 mm > 481 mm+ =

Như vậy, điểm kết thúc uốn đã nằm ra ngoài tiết diện sau, điểm kết thúc uốn cách tiết diện sau một đoạn:

1810 481 1329 mm− =

Uốn từ gối 2 xuống nhịp biên: xét phía moment âm

Tiết diện trước có [ ]M tdt =92,2 kNm(mép gối tựa)

Tiết diện sau có [ ]M tds =73,2 kNm(2d16+2d12)

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước một đoạn 475 mm:

(58,3 kN là độ dốc của biểu đồ moment tương ứng, Bảng 7)

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước một đoạn:

360 475 835 mm > 326 mm+ =

Như vậy, điểm kết thúc uốn đã nằm ra ngoài tiết diện sau, điểm kết thúc uốn cách tiết diện sau một đoạn:

835 326 509 mm− =

Uốn từ gối 3 xuống nhịp 3: xét phía moment âm

Tiết diện trước có [ ]M tdt =70,3 kNm(mép gối tựa)

Tiết diện sau có [ ]M tds =48,9 kNm(2d16+2d12)

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước (mép gối tựa) một đoạn 780 mm:

(39,2 kN là độ dốc của biểu đồ moment tương ứng, Bảng 7)

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước một đoạn:

360 780 1140 mm > 546 mm+ =

Như vậy, điểm kết thúc uốn đã nằm ra ngoài tiết diện sau, điểm kết thúc uốn cách tiết diện sau một đoạn:

1140 546 594 mm− =

Uốn từ nhịp 3 xuống gối 3: xét phía moment dương

Tiết diện trước có [ ]M tdt =55,9 kNm

Tiết diện sau có [ ]M tds =29,5 kNm

Điểm bắt đầu uốn cách tiết diện trước (mép gối tựa) một đoạn 810 mm:

(38,6 kN là độ dốc của biểu đồ moment tương ứng, Bảng 7).

Điểm kết thúc uốn cách tiết diện trước một đoạn:

biên kê tự do là 160 mm và vào các gối giữa là 320 mm

Tại nhịp 2, nối thanh số 10 và thanh số 5 (2d16) Chọn chiều dài đoạn nối là

500 mm 20d 320 mm≥ =

9 TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH