KẾT cấu THÉP TIẾN

Tiết kế dàn:  Xác định tải trọng, nội lực trong các thanh dàn.. Nó giúp cho sinh viên làm quen với công tác tính toán vàthiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp Để làm đồ án môn học nầy đò

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG

KHOA XÂY DỰNG

Đ

Ề TÀI : THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT NHỊP, MỘT TẦNG

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Ngọc Thảo.

Sinh viên thực hiện : Dương Mạnh Tiến

Lớp : 15LCX001

MSSV : 1473002026

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤTÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT NHỊP, MỘT TẦNG

Giáo viên hướng dẩn: ThS Nguyễn Ngọc Thảo

Ngày giao đồ án : 11 tháng 03 năm 2016

Ngày hoàn thành đồ án : 21 tháng 07 năm 2016

+ Cường độ tính toán chịu cắt của thép cơ bản : R c  1200daN cm/ 2

+ Cường độ tính toán chịu ép mặt : R em  3350daN cm/ 2

+ Cường độ tính toán liên kết hàn :

+Các số liệu khác sinh viên tự chọn theo quy phạm

II Số liệu riêng:

Mổi sinh viên có một số liệu tính toán riêng cho trong bảng danh sách phân công dồ

án bao gồm:

Nhịp nhà L = 18 m

Bước cột B = 8 m

Số bước cột n = 14

Khoảng cách từ mặt nền nhà đến mặt ray cầu trục: Ht = 12

Chiều cao đầu dàn 2.2m

Bỏ qua áp lực gió tác dụng lên khung

Độ dốc mái i(%) = 1/10

Sức nâng của cầu trục : Q(T) = 50 tấn

Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp như hình vẽ

Câấu Tạo các lớp mái:

tiêu chuẩn daN/m2

Hệ số vượt tải

4 Lớp vữa tô trát dày 3cm (γ = 1800daN/m3) 54 1,2

5 Hai lớp gạch lá nem dày 4cm (γ = 2000daN/m3) 80 1,1

III.Các phần trong dồ án:

1 Xác định kích thước khung ngang: theo phương đứng và phương ngang nhà

2 Xác định các tải trong tác dụng lên khung

Tỉnh tải và các hoạt tải

3 Xác định nội lực cho mổi trường hợp tải

4 Tổ hợp nội lực

5 Thiết kế cột:

 Cột trên đặc chọn tiết diện chử I

 Cột dưới rỗng chọn tiết diện cho từng nhánh cột

6 Tiết kế dàn:

 Xác định tải trọng, nội lực trong các thanh dàn

 Tổ hợp nội lực trong các thanh dàn

 Chọn tiết diện thanh dàn và kiểm tra ổn định thanh dàn

 Thiết kế các chi tiết mắt dàn, đỉnh dàn

IV Yêu cầu:

1 Thiết kế lại mặt bằng công trình theo số liệu đề bài

2 Thể hiện kết quả lên bản vẽ A1

3 Một tập thuyết minh ghi lại các trình tự tính toán, kết quả tính toán

4 Nhóm I: thiết kế côt khung nhà công nghiệp

Bình Dương, ngày 11 tháng 03 năm 2016.

Giáo viên hướng dẩn

Nguyễn Ngọc Thảo

LỜI MỞ ĐẦU

Đồ án môn học “Kết cấu thép gỗ 2” là một môn học rất quan trọng và rất cần

thiết đối với sinh viên ngành xây dựng Nó là môn học tổng hợp tất cả các môn họckhác của ngành xây dựng Nó giúp cho sinh viên làm quen với công tác tính toán vàthiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp Để làm đồ án môn học nầy đòi hỏi sinh viên phảitham khảo nhiều tài liệu nhà công nghiệp các tiêu chuẩn quy phạm về xây dựng và cáckinh nghiệm của những người đi trước để lại, cũng như đồ án môn học của các khóatrước Nhưng quan trọng nhất vẫn là người thầy hướng dẫn thầy chỉ ra hướng đi, cáchxác định phương án và giải quyết mọi thắc mắc

Trong đồ án môn học này em nhận được nhiệm vụ là thiết kế côt khung nhà côngnghiệp Sau khi nghiên cứu và thống kê các số liệu thiết kế Quyết định chọn phương

án sao cho tối ưu về mặt kinh tế, khả thi về mặt thi công

Do lần đầu tiên làm đồ án nên chưa có nhiều kinh nghiệm thiết kế em đã phải làmlại rất nhiều lần ( và có lẽ cũng chưa hoàn thiện ) và bản vẽ sẽ không tránh khỏi nhiềusai sót mong thầy bỏ qua và chỉ dẫn thêm, để em có thể hoàn thành tốt hơn trongnhững đồ án tiếp theo

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn kết cấu đã hướngdẫn, giải quyết cho em những thắc mắc trong thiết kế, đặc biệt là thầy hướng dẫnchính: Thầy Ngyễn Ngọc Thảo đã giúp em hoàn thành đồ án này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Bình Dương, ngày 14 tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Dương Mạnh Tiến

+ Cường độ tính toán của thép cơ bản : R2100daN cm/ 2

+ Cường độ tính toán chịu cắt của thép cơ bản : R c 1200daN cm/ 2

Khoảng cách từ mặt nền nhà đến mặt ray cầu trục: Ht = 12 m

Chiều cao đầu dàn 2.2m

Độ dốc mái i(%) = 1/10

Sức nâng của cầu trục : Q = 50 (T)

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.

Khung nhà công nghiệp một tầng một nhịp bao gồm hai cấu kiện chính: Cột vàdàn mái Để đảm bảo độ cứng theo phương ngang nhà ta chọn liên kết giữa cột và dànmái được thực hiện là liên kết cứng Liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm cứng

Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp như hình vẽ

Hình II.1: Mặt bằng nhà công nghiệp

Hình II.2: Sơ đồ kết cấu khung nhà công nghiệp

I Các số liệu tra bảng:

Căn cứ các số liệu ở mục số liệu tính toán ta tiến hành tra bảng

Từ số liệu L = 18 (m) và sức cẩu của cầu trục Q = 50 (T) tra catalogue của cầutrục ta có các số liệu sau:

Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục là T= 2500 mm

Kích thước B1 kể từ tim ray cho tới mép ngoài (điểm nút ngoài cùng của cầutrục ) B1 = 300(mm) Trị số này dùng để tính khe hở giữa cầu trục và mép trong cộttrên

Áp lực bánh xe P1 = 45 T

Trọng lượng xe con : 18 T, trọng lượng toàn cầu trục : 61.5 T

II Xác định kích thước phương đứng:

Hình II.3 : Kích thước chi tiết cột và cầu trục II.1 Kích thước cơ bản:

- Khoảng cách mặt nền nhà đến mặt ray cầu trục H1 = 12m (số liệu đồ án)

- Kích thước H2 từ mặt ray đến đáy kết cấu chịu lực được quyết định bởi gabaritcủa cầu trục:

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

+ f: khe hở phụ, xét độ võng của kết cấu, việc bố trí thanh giằng (lấy bằng 400mm)

200 Chiều cao từ nền nhà đến đáy của vì kèo H H1H2 12000 3550 15550  mm

- Phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền H3 6001000mm Chọn H3=650mm

II.2 Kích thước của cột:

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

+ Hr: Chiều cao ray và đệm, sơ bộ lấy là 200mm

- Chiều cao phần cột dưới tính từ bản đế chân cột (từ mặt móng) đến chỗ đổi tiếtdiện H d H H tH3 15550 4550 650 11650   mm

III Xác định kích thước theo phương ngang.

III.1 Kích thước cơ bản:

- Nhịp nhà xưởng theo nhiệm vụ đồ án L = 18 (m)

- Nhịp cầu trục được xác định Lk = 16.5 (m)

- Kích thước phần đầu cầu trục B1 = 300 (mm)

- Khe hở cho phép giữa đầu mút cầu trục và mép trong cột trên : D = 60 - 75(mm), ta chọn D = 60mm

III.2 Kích thước của cột:

- Chiều cao tiết diện cột trên ht được chọn theo công thức

- Nhịp của cầu trục L ct  L 218000 2 510 16980   mm

IV Kích thước dàn mái :

Theo số liệu đồ án có chiều cao đầu dàn hdd là 2200mm, độ dốc mái i(%)=1/10 ta

tính được chiều cao giữa dàn từ công thức

CHƯƠNG III XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG

I Tải trọng tác dụng lên dàn:

I.1 Trọng lượng mái:

C n c theo s li u đ án ta có b ng tr ng l ng các l p c u t o c a mái nh sau:ồ án ta có bảng trọng lượng các lớp cấu tạo của mái như sau: ảng trọng lượng các lớp cấu tạo của mái như sau: ọng lượng các lớp cấu tạo của mái như sau: ượng các lớp cấu tạo của mái như sau: ớp cấu tạo của mái như sau: ấu tạo của mái như sau: ạo của mái như sau: ủa mái như sau: ư

Tải trọng tiêuchuẩn(daN/m2)

Hệ sốvượttải

Tải trọngtính toán(daN/m2)

2

Lớp bê tông chống thấm

3 0

42500( / )

m

g = 377.8(daN/m2)Đổi ra phân bố đều trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 có cosα=0.9999

334

334.030.9999

tc m

377.8

377.840.9999

m

I.2 Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng:

Theo công thức kinh nghiệm:

I.3 Tải trọng tạm thời

Theo “TCVN 2737– 1995 tải trọng và tác động” đối với mái không có chức năng

Áp lực lớn nhất của mỗi bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vậtnặng ở vào vị trí sát nhất ở cột phía đó Trị số tiêu chuẩn max

- Q: sức trục của cầu trục (trọng lượng vật cẩu cầu trục)

- G: Trọng lượng toàn bộ cầu trục

- no: số bánh xe ở một bên ray( hai hoặc bốn)

Áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực max

c

P , được xác định theođường ảnh hưởng của phản lực tựa cảu hai dầm cầu trục ở hai bên cột Ở đây phải kểthêm hệ số vượt tải n=1.2 và hệ số tổ hợp nc; nc = 0.85 khi xét tải trọng do hai cầu trụcchế độ nhẹ và vừa; nc = 0.9 khi chế độ nặng và rất nặng, với bốn cầu trục thì nc tươngứng bằng 0.7 và 0.8

- Với vị trí bất lợi nhất của bánh xe trên dầm Dmax  n n c Pmaxy i

- Tương ứng ở phía bên kia có áp lực Dmin: Dmin  n n cPminy i

Trong đó: yi là tung độ của đường ảnh hưởng thứ i

Các số liệu tính toán xác định như sau :

+ Trọng lượng của toàn cầu trục : G = 61.5(T)

+ Số lượng bánh xe một bên ray no = 2

- Giá trị Pmin đươc xác định theo công thức:

50 61.5

45 10.75( )2

- Từ kích thước của cầu trục ta xếp bánh xe theo sơ đồ:

Hình III.1: Đường ảnh hưởng nguy hiểm của cầu trục trên dầm cầu trục

- Ta đặt bánh xe lên cầu trục và vẽ đường ảnh hưởng của gối tựa

Từ kích thước cầu trục Bk =6650mm , K = 5250 được tra từ Catalogue ta có thểsắp xếp các bánh xe cầu trục sau: 700+5250+700

+ y1 = 1

6200

0.7758000

- Dmax, Dmin và cả Gdct đặt vào trục nhánh cầu trục, nén lệch tâm so với trục cộtdưới một khoảng là e ( 1 0.5

2 2

d h

- Ta có momen lệch tâm đặt tại vai cột :

+ Mmax = Dmax x e = 91.8 x 0.5 = 45.9 (T.m)

+ Mmin = Dmin x e = 21.93 x 0.5 = 10.97 (T.m)

4 Do lực hãm ngang của xe con:

Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyểnđộng Lực hãm của xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm và vào cột

- Lực hãm tiêu chuẩn của 1 bánh xe:

1

0

0.05 ( ) 0.05 (50 18)

1.7( )2

CHƯƠNG IV TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG.

I Sơ đồ tính khung:

Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như dàn, cột khá phức tạp, nên trongthực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đò đơn giản hoá, với các giảthiết:

+ Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trìnhcánh dưới của dàn Chiều cao khung tính từ đáy cột (mặt trên móng) đến mép dướicánh vì kèo

+ Đối với cột bậc, trục cột dưới được làm trùng với truc cột trên, nhịp tính toán làkhoảnh cách giữa hai trục cột trên Khi đó đối với tải trọng đứng truyền từ cột trênxuống phải kể them momen lệch tâm ở chỗ đổi tiết diện cột

I.1 sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung

- Mômen quán tính đầu dàn:

max

2

d d

+ hd = 10c m : chiều cao giữa dàn (tại tiết diện có Mmax)

+µ= 0.8: hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanhbụng( i=1/12,µ=0.8)

+R=2100daN/cm2 : cường độ tính toán của thép

Vậy:

5

4 max 158.63 10 100

0.8 302152.38( )

d d

+NA: phản lực của dàn truyền xuống( NA=A+A’=28.231+7.02=35.25(T)

+Dmax= 102.7 T: áp lực do cầu trục

+k1: hệ số phụ thuộc bước cột lấy k1=2.5 với bước cột 8m

+ R=2100daN/cm2 : cường độ tính toán của thép

Vậy:

max 1

1

( 2 ) (35.25 10 2 102.7 10 )

100 458381( )2.5 2100

2 2

( )t d

h J

0.4( ) 0.11.6 1

d J

J   , nên chọn

1

4

d J

     

Vậy:

I.2 sơ đồ tính khung

Hình IV.1: Sơ đồ tính khung

II Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang

Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay  1, 2 và một chuyển vị ngang 

ở đỉnh cột Trường hợp ở đây, khung đối xứng và tải trọng đối xứng nên   0 và

M của thanh có tiết diện thay đổi, có thể dùng các công thức ở bảng III –

1 Phụ lục sách “ Thiết Kế Kết Cấu Thép Nhà Công Nghiệp”

Từ đây về sau quy ước dấu như sau:

Moment dương khi làm căng thớ bên trong của cột và dàn Phản lực ngang là dương khi có chiều hướng từ bên trong ra bên ngoài Tức là đối với cột trái thì hướng

từ phải sang trái, ta hiểu phản lực là lực do nút tác dụng lên thanh

Jd

L

Hình IV.2: Sơ đồ tính khung với tải trọng phân bố đều

t H

q

p R

Biểu đồ moment ở hình IV.3a

Moment phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch của trục cột trên với trục cột dưới bằng:

Các công thức bảng cho như sau:

1  3 1  4 (1 0.28)[3 1.706(1 0.28) 4 1.198] 7.99

1.2448.137

e B

e B

III.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (hoạt tải)

Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của moment do tải

trọng thường xuyên ở biểu đồ hình IV.3c với tỷ số:

0.780.2642.96

11.012 0.264 2.91

t C

IV.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục

Trọng lượng dầm cầu trục G dcc 2.112T đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra moment lệch tâm:

2.112 0.5 1.056

dct dct

10.5

 (vì 2 moment này đặt cùng 1 vị trí nhưng ngược chiều)

1.056

0.13227.99

Hình IV.4: Biểu đồ moment do toàn bộ tĩnh tải.

Trong nhiều trường hợp, khi G dct khá nhỏ so với D max,Dmin nên có thể nhập luôn

dct

G vào D max,Dmin và tính luôn M max,Mmin như ở điểm 5 tiếp theo bỏ qua điểm 4 này.

V.Tính khung với moment cầu trục D MAX;D MIN

5

10.74 2.66

4.55

1.26 4.5516.2

min min 26.21 0.5 13.11

1p

R - Phản lực trong liên kết thêm do tải trọng ngoài gây ra trong hệ cơ bản

Vẽ biều đồ moment do M max,Mmin gây ra dùng các công thức ở phụ lục Cũng có thể sử dụng ngay biểu đồ moment lệch tâm M e của tải trọng mái (hình 7b) nhân với hệsố:

Cột trái:

ax 54.85

6.8657.99

2 1

3

3.83

5.9810.38 /

4.24 48.11

169

67.56

46.76 23

Hình IV.7: Biểu đồ moment do D max ,D min

VI.Tính khung với lực hãm ngang T

Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai cột 0.75m

Lực T có thể tác dụng ở cột trái hay cột phải, chiều hướng vào cột hoặc đi ra khỏi cột Dưới đây giải khung với trường hợp lực T đặt vào cột trái hướng từ trái sang phải Các trường hợp khác của T có thể suy ra từ trường hợp này

Trình tự tính toán giống như tính với M max,Mmin

Vẽ biểu đồ M do   1 gây ra trong hệ cơ bản và đã tính được:

1

10.38EJ r

6.8 16.28.137

6 (0.347 0.29) [(2 0.347 0.29) 1.71 2 1.19]

6.8 16.28.137

6 (0.347 0.29) [3 1.71 2 3.52 (2 0.29)]

6.88.137

27.83

Hình IV.8: Biểu đồ M P với T

Cột bên phải không có nội lực nên moment và phản lực trong hệ cơ bản bằng không.Vậy:

1p B B 4.45 0 4.45

2 1

3

4.45 6.9510.38 /

A

Đối với cột bên phải ta có:

2 1

23.3

27.3 1.376

2.3511.05

50.6

8.76

1.376

27.3

-1.76-1.45

-6.9-5.78

1.91.2

-6.95-5.89

3.93.87

-6.9-5.972

-0.45-0.364

3 Dmaxtrai ; min

phai

0.9

-536-4.513

-14-12.5

320.45276.56

17.478-13.45

104.7589.75

94.679.46

-17.45-11.45

0.9

0.310.45

49.31 -6.96 1+7-39.46 -6.96 1+4-84.65 +32.77 1+2+4+6+8278.46 49.78 1+5+7-132.45 -29.13 1+3356.84 13.7

CHƯƠNG V THIẾT KẾ CỘT

I Xác định chiều dài tính toán của cột

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp M, N ởtiết diện B

2

5.05 7

0.45511.05 1 7.05

t d

256.72

7.0536.4

1

1.83

4.020.455

x x

y y

cm h

259.4

x x

W

cm A

2100000

x E

2.2 Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng khung

-Độ lệch tâm tương đối:

265

10.5825.027

Tra bảng II.2 phụ lục II được hệ số  1t 0.105

Cột không cần kiểm tra ngoài vì Ath = Ang và m1 < 20

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

1

36400

1336.42 / 2100 /0.105 259.4

2.3 kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng

Trước hết, tính giá trị moment ở đầu cột với tiết diện đã có MB = -96.75 T.m, MC = 16.339T.m

Vậy c xác định theo công thức:

Trong đó  và  là các hệ số xác định theo bảng II.5 phụ lục II

Với bản bụng được kiểm tra theo công thức:

w

47.33 2.3 72.73

Vậy tiết diện đã chọn như hình là thỏa mãn

III.Thiết kế cột dưới rỗng

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

3.1.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện

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 thép bản và 2 thép góc Nhánh trong dùng thép cán hình chữ I hoặc dùng tiết diện tổ hợp từ 3 thép bản Do cột dưới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng

Chiều cao tiết diện h chính là b d đã chọn là h b d 1300mm1.3m

Cột rỗng thanh giằng các nhánh được xác định như cột đặc chịu nén đúng tâm, với

1, 2

a)Chọn tiết diện nhánh

Xác định gần đúng khoảng cách y1 từ trọng tâm toàn tiết diện đến trọng tâm nhánh

1 và y2 đến trọng tâm nhánh 2 như sau:

1

190131 0.65 65430

145396 1453.961.3 1.3

2

184627 0.65 58919

137636 1376.361.3 1.3

Giả thiết độ mảnh của cột là:  gt 75

Từ gt và f tra bảng II.1 phụ lục II có hệ số  sách KCT cấu kiện cơ bản

0.749

  ( 0.7 0.9 nằm trong khoảng này)

Diện tích yêu cầu các nhánh là:

1

145369

920.749 2100 1

f f

f f