Đồ án môn học - Ks. Nguyễn Trung Thành DA nha thep(1)

3.1 Hệ giằng mái.Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trở lên.Chúng được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dưới dàn và mặ

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉPTHIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

Mác BTmóng

2.Số liệu riêng :

CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU

I Kích thước chính của khung ngang và một số cấu kiện cơ bản.

.a Kích thước cầu trục.

Cầu trục sức nâng Q = 100T có các số liệu như sau:

Q = 100 T  a = 500 mm

Q = 100 T   = 1000 mm = 1 m

Nhịp cầu trục Lk = L- 2 = 33-2x1=31 m

Ta có bảng số liệu sau :

BềrộngB

Trọng lượng Áp lựcXe

c.Kích thước theo phương thẳng đứng.

*Chiều cao H2 từ đỉnh ray đến cao trình cánh dưới dàn:

H2 = (Hct + 100) + f = (4000 + 100) + 250 = 4350 mm

 Lấy H2 = 4400 mm

Trong đó:

Hct =4000(m): Chiều cao Gabarit cầu trục

100 - Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

ht

Ht Hc

100

14,6 12,4

8,0

+0.00

-0.8

* Chiều cao phần cột dưới:

Hd = H - Ht + a2 = 12400 - 5300 + 800 = 7900 mm

Trong đó:

- H3 - Phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền lấy bằng 6001000 mm, lấy a2 = 800 mm

c.Kích thước theo phương ngang:

* chiều rộng tiết diện cột trên:

 - Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị Lấy  = 1000 mm với sức trục Q = 100

T và thoả mãn điều kiện:

 > B1 + (ht - a) + D = 400 + (500 - 500) + 75 = 475 mm

Trong đó:

B1 - Khoảng cách từ trục ray cầu chạy đến đầu mút cầu chạy bằng 400 mm

D - Khe hở tối thiểu ; chọn D = 75 mm

Chọn dạng vì kèo có dạng hình thang, liên kết cứng với cột, nên chiều cao đầu dàn là

H0 = 2200 mm, độ dốc cánh trên i = 1/10, như vậy chiều cao ở giữa dàn là:

Thanh bụng là loại hình tam giác có thanh đứng Khoảng cách mắt cánh trên là 3000

3.1 Hệ giằng mái.

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trở lên.Chúng được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dưới dàn và mặtphẳng đứng giữa các dàn

a.Giằng trong mặt phẳng cánh trên.

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánhtrên và các thanh chống dọc nhà Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trênchịu nén của dàn, tại nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Cácthanh giằng chữ thập nên bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ Sơ đồ bố trí giằng như hình vẽ:

15

102000 6000

12 9

10 11

b.Giằng trong mặt phẳng cánh dưới.

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, và ởkhoảng giữa, như hình vẽ sau:

18 17

Do công trình có sử dụng giàn đỡ kèo nên ta lợi dụng luôn giàn đỡ kèo là hai hệ giăng đứng.Khi đó chỉ cần bố trí thêm giằng đứng thứ ba ở giưã dàn như sau:

5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 5500 500

1

102000

a Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau:

Cấu tạo lớp mái Tải trọng tc

daN/m2 mái Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toándaN/m2 mái

54

10060

1,11,3

1,3

1,11,1

16578

70,2

11066

Tổng cộng 424,0 499,2Đổi ra phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 có cos = 0,995

2 2

n - Hệ số vượt tải lấy 1,1

1,2 - Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng,

d - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0,6  0,9 đối với nhịp 24  36 m lấy ad= 0,68

c Trọng lượng kết cấu cửa trời.

- Có thể tính theo công thức kinh nghiệm: gcttt = n.ct.Lct

Trong đó: ct = 0,5; Lct = 12m là nhịp cửa trời (m); n= 1,2 là hệ số vượt tải

Vậy: gttct = 1,2.0,5.12 = 7,2 daN/m2

- Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời.

- Trọng lượng cánh cửa (kính + khung): lấy từ (35 40) daN/m2

Ta quy tải trọng tập trung do trọng lượng kết cấu cửa trời, trọng lượng kết cấu cánhcửa và bậu cửa về tải phân bố tren mặt bằng nhà:

gcmtt = ( gctttr+ 2 gcb)/(L.B) = (518,4+ 2.1386)/(33.6) = 16,62 daN/m

=>Vậy tải trọng tác dụng thường xuyên là:

g = gi B = (gcmtt + gmtt +gdtt).B=(16,62 + 501,71 +21,54 )6 = 3239,2 daN/m 32,4 kN/m

Sơ đồ chất tải của tĩnh tải

1.2 Tải trọng tạm thời(hoạt tải mái).

Theo TCVN 2737 - 95 thì hoạt tải mái chính là hoạt tải sửa chữa ptc , ptc = 75 daN/m2mặt bằng với hệ số vượt tải np = 1,3

Tải trọng tính toán phân bố đều trên dàn là:

ptt = np.ptc.B = 1,3756 = 585 daN/m = 5,85 kN/m

c Tải trọng do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:

Với sức nâng cầu trục Q = 100 T có thông số kỹ thuật sau:

Số bánh xe mỗi bên ray là 4 Bê tông cầu trục Bct= 8.8m, khoảng cách bánh xe840+4560+840

Với vị trí bánh xe như hình vẽ ,ta có:

Trong đó: - nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ nhẹ hoặc trungbình

- n = 1,2 hệ số vượt tải

- y là các tung độ của đường ảnh hưởng

Các tải trọng Dmax và Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nén lệch tâmđối với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng hd/2 Do đó tại vai cột có sinh ra mômen lệchtâm:

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính theo công thức:



=17,875 kNTrong đó : n = 4 là số bánh xe ở 1 bên cầu trục

1.4 Tải trọng gió tác dụng lên khung.

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 - 95 Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiềucao nhỏ hơn 36 m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió Tải trọng gió tác dụng lên khung gồmgió thổi lên tường dọc được chuyển về thành phân bố trên khung Gió trong phạm vi mái từcánh dưới dàn vỉ kèo trở lên được chuyển thành lực tập trung ở cao trình cánh dưới dàn vĩkèo áp lực gió tiêu chuẩn thuộc khu vực IIA (Không kể đến ảnh hưởng của gió bão): Wtc

n = 1,2 Hệ số vươt tải

B =6 m Bề rộng bước khung

C, C’ - Hệ số khí động phía gió đẩy và gió hút (tra bảng) ghi trên hình vẽ.

K hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao nhà

+ Cao trình đỉnh mái +18,45 m: k = 1,355

+ Cao trình đáy vĩ kèo +14,6 m : k = 1,291

Trong phạm vi mái, hệ số k có thể lấy theo giá trị trung bình sau :

k = (1,291 + 1,355)/2 = 1,323Trong đó giá trị Ce1 tính với góc  =arctangi= 6o Tỉ số H/L=(14,6+2,2)/33= 0,5 nội suy từ sơ

đồ 2 của TCVN 2737 -1995 ta có :

Ce1 -0,5; C3= -0,5( lấy chẵn thiên về an toàn)

phía gió đẩy: qđ=1,2.95.1,323.0,8.6 =723,95 (daN/m)

phía gió hút: qh=1,2.95.1,323.0,5.6 = 452,5 (daN/m)

+ Xác định chiều cao của các đoạn mái:

- Chiều cao đầu dàn mái (tính từ cột đến đầu giàn mái):

h1h d t 2, 2 0,52 2,72( )  m

- Chiều cao từ đầu dàn mái đến đến chân cửa mái:

h2 = (hg –hd)  2

22

L

Lcm L



= ( 3,85 -2,2)

33 1233

= 6739 daN =67,39 kN

1 SƠ ĐỒ TINH KHUNG NGANG:

a Các giả thiết:

Để đơn giản sơ đồ tính, thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tạicao trình cánh dưới dàn, chiều cao tính toán tính từ chân cột dưới đến thanh cánh dưới củadàn Nhị tính toán là khoảng cách giữa hai trục trọng tâm của cột trên

Độ cứng của xà tương đương được tính bằng công thức:

Jd = (Ftr ztr2 + Fdzd)

Trong đó Ftr, Fd là tiết diện cánh trên và cánh dưới của dàn kèo, ztr,zd là khoảng cách từtrọng tâm của cánh trên và cánh dưới đến trục trung hoà của dàn ở tiết diện giữa nhịp  kểđến sự biến dạng của các thanh bụng và độ dốc của cánh trên, với i = 1/10   = 0,8

Khi tính toán khung đối xứng với tảI trọng đối xứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang (như

g và p) thì chuyển vị ngang rất nhỏ có thể bỏ qua, lúc đó chỉ còn ẩn số là góc xoay tại liên kếtgiữa dàn và cột

V

ht

hd e

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 vô cùng, lúc đó chỉ còn ẩn số chuyển vịngang

b Sơ đồ tính khung ngang:

Sơ đồ tính khung.

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

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

*Lập các tỉ số:

Dựa theo kinh nghiệm J1:J2= 7: 10 nên chọn J1:J2=10

Dựa theo kinh nghiệm Jd:J2= 25: 40 nên chọn Jd:J2=35

*kiểm tra điều kiện:

Dựa theo kinh nghiệm chọn

1 8 2

J

J 

Dựa theo kinh nghiệm chọn

35 2

2.Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay

và chuyển vị ngang ở đỉnh cột Trường hợp này là khung đối xứng, tải

ở hai nút khung

Phương trình chính tắc:

Trong đó: là tổng moomen phản lực tại nút khung khi góc xoay

là tổng mô men phản lực tại nut khung do tảI trọng ngoài gây ra

Để tìm , cần tính , là các mô men ở nút cứng B của xà và cộtkhi hai nut của khung cùng xoay

6.2,12 .918,75

8,9148,526.12, 4

Biểu đồ momen tải tác dụng lên xà ngang

*Mô men phụ sinh ra do lệch tâm giữa trục cột trên và trục cột dưới:

Me = A.e = A.( hd – ht )/2 =54,07.( 1,5 - 0,5)/2 = 27,035 Tm

Khung đối xứng, tải trọng A đối xứng nên có thể xem xà ngang có độ cứng vô cùng vàkhông có chuyển vị ngang Nội lực trong khung do Me gây ra có thể tìm được dựa vào côngthức trong bảng III.2 phụ lục đối với cột hai dầu ngàm Dấu Me ngược với dấu trong bảng

2

(1 0, 4)(3.2,12(1 0, 4) 4.1, 448)

.( 27,035) 2,7664.3,8.1, 448 3.2,12

9,1

Biểu đồ momen phụ do lệch tâm giữa cột trên và dưới( T.m)

*Mô men sinh ra do trọng lượng dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường: -Mô men sinh ra do dầm cầu trục và ray:

Trọng lượng dầm cầu trục và ray:

CB

Biểu đồ momen do dầm cầu trục,ray,cột trên sườn tường (T.m)

Trọng lượng của dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường và A là tải trọng thường

xuyên nên ta có thể cộng biểu đồ mô men Mtt và MA gây ra trực tiếp với biểu đồ nội lực do

Biểu đồ momen do trọng lượng dầm cầu

trục,ray,cột trên,sườn tường ( T.m)

QA = (23,2398-5,7922 ) / 7,9= 2,2 ( T)

4.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 p/g= 5,85/32,766=0,178

Các trị số nội lực trong khung:

Dmax, Dmin đồng thời tác dụng ở hai cột ở đây M max xuất hiện ở cột trai, M min xuất hiện ở

Sỏ đồ tính: biểu đồ

Dùng bảng III.1 phụ lục tính được mô men và phản lực ngang ở đầu B của cột:

1 2

6.2,12.Ej

8,53.H = 1,5 Tm

1 2

12.3,8.Ej

8,53.H



= - 5,345 T

Biểu đồ mô men M do =1 gây ra còn được ding với các loại tải trọng khác như T hay gió

nên ta tính luôn mô men tại các tiết diện của cột:

+ Tiết diện vai cột:

= + Ht = ( 1,5-5,345

5,3

13, 2 ) = -0,785 Tm+ Tiết diện chân cột:

= + H = 1,5 - 5,345 = - 3,845 TmĐối với cột bên phải, các trị số mômen và phản lực có cùng trị số nhưng khác dấu

Ta có biểu đồ mômen của khung khi cho =1

Biểu đồ momen khung khi Δ = 1

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

Phản lực trong liên kết thêm vào theo phương pháp chuyển vị là:

QA =

-30 17,6867,9



-1,56(T)Lực dọc: NB = Nt

C = 0

NA = Nd

C = Dmax = 1146,4 (kN)Cột bên phải:

M’

B = -1,5 0,465 - 1,25= - 1,95 Tm M’Ct = 0,785 .0,465 + 5,78 = 6,145 Tm

M’Cd = 0,785 .0,465 - 6,38 = -6,01 Tm

M’A = 3,845 .0,465 + 4,1 = 5,89 TmLực cắt ở chân cột:

QA’ =

6,01 5,897,9



1,5 (T)Lực dọc: NB’ = Ntr

C’ = 0

NA’ = Nd

C’ = Dmin = 243,74 (kN)Biểu đồ mô men:

5,2

M

27,86530

6,016,145

1,95

D

Biểu đồ nội lực cuối cùng M (T.m)

6.Tính khung với lực hãm ngang T:

Lực T đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục, cách vai cột 0,7(m) Xét trường hợp lực T đặtvào cột trái hướng từ trái sang phải Giải khung bằng phường pháp chuyễn vị với xà ngang có

độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ có chuyển vị ngang của nút

Phương trình chỉnh 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 =1Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm theo quy ước chiều từ phải sang trái làdương

Vẽ biểu đồ ( M ¯ ) do  =1 gây ra trong hệ cơ bản giống như trường hợp tảI Dmax,Dmin nên ta

-.T = 2,478 T

Tính mômen tại tiết diện khác:

+ Mô men tại cao trình dầm hãm:

Biểu đồ momen tại cao trình hãm ( T.m)

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

R1P = RB = 2,478 T

Giải phương trình chính tắc ta được:

= - R1p/r11 =

2 1

2, 47810,69

H

EJ = 0,23

Mômen cuối cùng tại tiết diện cột khung (MT) = ( ¯ M )×Δ + (M0

T)+ Cột trái:

M =

1 2

1,5EJ

2 1

0, 23H

EJ +(-6,228) = - 5,88 Tm

2 1

0,14

3,7

9,93

0,18 0,345

Biểu đồ momen do lực hãm T (T.m)

*7,Tính khung với tải trọng gió

ở đây tính với trường hợp gió thổi từ trái qua phải Với gió từ phải qua trái chỉ cần lấyđối xứng biểu đồ nội lực qua trục đứng

Dùng phương pháp chuyển vị, phương trình chính tắc trong trường hợp tải trọng giólà:

r11. + R1P = 0

Đã có biểu đồ M ¯ do  = 1 trong hệ cơ bản như ở phần tính khung chịu Dmax, Dmin , T và có:

= + = 2 = 2.( - 5,345 ) = - 10.69

Sơ đồ tính tải trọng gió như sau: (Hình 14)

+ Tính toán nội lực cho cột trái:

áp dụng sơ đồ và công thức tính nội lực cho cột theo bảng III – 2 phụ lục III ta có:

29.2,12.1, 28 8.1, 448

12.8,53



0,755.13,22 = -8,67Tm

-2.2,12.1, 448 3.3,8.1, 28

.0,755.13, 22.8,53

qđ

RP

ABC

MCq = MBq+ RBq.Ht - 0,5.q.Ht2 = - 8,67 + 4,64.5,3 - 0,5.0,755.5,32 = 5,32 Tm

MAq = MBq+ RBq.H - 0,5.q.H2 = - 8,67 + 4,64.13,2 - 0,5.0,755.12,42 = - 9,18 Tm

+ Nội lực trong cột phải:

Các trị số nội lực cột p hải được suy ra từ cột trái bằng cách nhân với hệ số:

8, 479

10,69

H EJ

2 1

2

10,8

M’Bq = -1,5

2 1

2

10,8

Ta xét đến hai loại tổ hợp tải trọng là tải trọng cở bản 1, gồm tải trọng thường xuyên

và một tải trọng tạm thời; tổ hợp tải trọng 2 gồm tải trọng thường xuyên và nhiều tải trọngtạm thời với hệ số 0,9

Tại mỗi tiết diện cột ta xác định ba tổ hợp tải trọng sau:

- Tổ hợp gây mômen dương lớn nhất M+

- Cặp nội lực bất lợi nhất là cặp có Nnhanh = M/h + N/2 đạt giá trị lớn nhất, còn tính dàn và bu lông neo ta dùng tổ hợp nội lực khác, chưa nói đến ở đây.

Tổ hợp tải trọng :

- Tổ hợp cơ bản 1 : gồm tĩnh tải và 1 hoạt tải còn lại

- Tổ hợp cơ bản 2 : gồm tĩnh tảI và tất cả các hoạt tải nguy hiểm

*Tổ hợp tải trọng

Tổ hợp cơ bản 1 : Gồm tĩnh tải và 1 tải còn lại

Tổ hợp cơ bản 2 : Gồm tĩnh tải và tất cả các hoạt tải nguy hiểm

IV Thiết kế dàn mái.

4.1 Sơ đồ và các kích thước chính của dàn.

gm = 491,658 daN/m2 : gd = 29,7 daN/m2 :gct =7,2 daN/m2 Gct=1650 daN

Tính tải tác dụng lên nút đầu dàn

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

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

minvì dàn đối xứng nên ta chỉtính cho 1 bên và lấy giá trị đối xứng cho phía bên kia Giả sử ta tính với mô men đặt ở đầutrái

4.2.2 Nội lực tính toán của các thanh dàn

a Giản đồ Cremona cho tĩnh tải

Do đối xứng nên ta chỉ vẽ cho nửa trái

Bảng nội lực tĩnh tải

Ký hiệu thanh

NL Tĩnh tải

Ký hiệu thanh

NL Tĩnh tải

b Giản đồ Cremona cho hoạt tải

Do dàn đối xứng, nên ta chất tải cho nửa dàn bên trái, rổi cộng với nửa phải tương ứng bênkia được nội lực của toàn dàn So sánh với trường hợp chỉ chất hoạt tải nửa dàn, chọn nội lựcnguy hiểm nhất ở mỗi thanh dàn

GIẢN ĐỒ CREMONA CHO HOẠT TẢI

BẢNG NỘI LỰC CHO CÁC THANH DO HOẠT TẢITên

thanh

Do hoạt tải Nửa trái Nửa phải Tổng

c Giản đồ Cremona cho dàn phân nhỏ

Vp = 0,5.P

Thanh P X = 1 Nội lực

d Giản đồ Cremona do momen đầu dàn

Vẽ cho M tr = 1: Dựa vào tính chất đối xứng suy ra nội lực bên trái dàn do M ph gây ra cho bên trái dàn ∑MA = 0 => 1.2,2 - HB.32,5 = 0 => HA = HB = 0,068 daN

* Dàn phân nhỏ gần chân cửa mái: (3)

P = P3/2 = 1755/2 = 877,5 daN Phản lực: Vt = 0,5.P

VP = 0,5.P

Mtr min = -71128 daNm