ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1

Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gốitựa cho cột hồi, chịu tải trọng gió thổi lên tường hồi, nên còn gọi là dàn gió Trong những nhà xưởng có cầu trục Q ≥ 10 t, hoặc có cầu trụ

-THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1

- Địa điểm xây dựng: Phú Thọ

- Kết cấu bao che: Tôn mạ màu

1.1 Xác định các kích thước chính của khung

0.0

L Q=20/5T

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

-Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

+ Vậy chọn Hdct=1 (m)

Với: H3 – phần cột chôn dưới đất , H3=(0  1)m lấy H3=0m

-Chiều cao cột dưới, tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Hd = H1 - Hr -Hdct+ H3=10,5 -0,1-1+0,0=9,4(m)-Chiều cao cột trên, tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang

-Vì sức trục Q=20/5 tấn nên chọn loại cột tiết diện thay đổi

+) Chiều cao tiết diện cột trên:

110

20 30 H d=0,31÷0,47; chọn b f =0,4 m-Chiều dày bản bụng tw :

t  mm; ta chọn tw=14 mm

Chọn dàn hình thang vì nó có ưu điểm về cấu tạo các góc giữa các thanh không quá nhỏ,

độ dốc mái nhỏ, chiều dài không quá lớn, phù hợp với biểu đồ mômen uốn và chiều cao dàn lớnnên dễ liên kết với cột dẫn đến độ cứng công trình cao

Chiều cao đầu dàn mái tại trục định vị Hđd = 2,2 m Độ dốc cánh trên i = 1/10

-Chiều cao giữa dàn : H gd= Hdd +

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

1.2 Bố trí hệ giằng và cột

Số bước khung n = 24, bước cột B = 8m, chiều dài nhà = 24x8 = 192m không cần bốtrí khe nhiệt độ.(nhà toàn thép khoảng cách: dọc nhà >200m, ngang nhà >120m mới làm khenhiệt độ)

Bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng là một bộ phận trọng yếu của kết cấu nhà, có tác dụng:

+ Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của nhà

+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nhưgió lên tường hồi, lực hãm của cầu trục

+ Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu dàn, cột

+ Làm cho dựng lắp an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xưởng được chia làm hai nhóm: giằng mái và giằng cột

1.2.1 Hệ giằng mái

Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trở lên, chúngđược bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dưới dàn và mặt phẳngđứng giữa dàn.

1.2.1.1 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, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Cácthanh giằng chữ thập nên bố trí hai đầu khối nhiệt độ Khi khối nhiệt độ quá dài thí bố trí thêm

ở khoảng giữa khối, sao cho khoảng giữa chúng không quá 50 - 60 m Các dàn còn lại được liênkết vào các khối cứng bằng xà gồ hay sườn của tấm mái

Thanh chống dọc nhà dùng để cố định các nút quan trọng của nhà: nút đỉnh góc ( bắtbuộc ), nút đầu dàn, nút dưới chân cửa trời Những thanh chống dọc này cần thiết để đảm bảocho độ mảnh của cánh trên trong quá trình dựng lắp không vượt quá 220

1.2.1.2 Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, nghĩa là ởhai đầu của khối nhiệt độ và ở khoảng giữa, cánh 50 - 60 m Nó cùng với giằng cánh trên tạonên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gốitựa cho cột hồi, chịu tải trọng gió thổi lên tường hồi, nên còn gọi là dàn gió

Trong những nhà xưởng có cầu trục Q ≥ 10 t, hoặc có cầu trục chế độ làm việc nặng, đểtăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dưới theo phương theo phương dọc nhà Hệgiằng này bảo đảm sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

khung sang các khung lân cận Bề rộng của hệ giằng thường lấy bằng chiều dài của khoang đầutiên của cánh dưới dàn Trong nhà xưởng nhiều nhịp, hệ giằng dọc được bố trí dọc hai hàng cộtbiên và tại một số hàng cột giữa, cách nhau 60 - 90 m theo phương bề rộng nhà

1.2.1.3 Hệ giằng đứng

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với các giằng nằmtạo nên khối cứng bất biến hình ; giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi dựng lắp Thôngthường hệ giằng đứng được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn

(hoặc dưới chân cửa trời), cách nhau 12 - 15 m theo phương ngang nhà Theo phương dọcnhà, chúng được đặt tại những gian có giằng nằm ở cánh trên và cánh dưới

Kết cấu chịu lực của cửa trời cũng có các hệ giằng cánh trên, hệ giằng đứng như đối vớidàn mái

Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở biếndạng nhiệt của các kết cấu dọc Nếu khối nhiệt độ quá dài, một tấm cứng không đủ để giữ ổnđịnh cho toàn bộ các khung thì dùng hai tấm cứng, sao cho khoảng cách từ đầu khối đến trụctấm cứng không quá 75 m và khoảng cách giữa trục hai tấm cứng không lớn quá 50 m Sơ đồcác thanh của tấm cứng có nhiều dạng: chéo chữ thập một tầng - đơn giản nhất hoặc hai tầngkhi cột quá cao; kiểu khung cổng khi bước cột 8 m hoặc khi cần làm nối đi thông qua

Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ,cũng thường bố trí giằng lớp trên.Giằng này tăng độ cứng dọc chung, truyền tải trọng gió từ dàn gió đến đĩa cứng Các thanhgiằng lớp trên này tương đối mảnh nên có thể bố trí ở hai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt

độ đáng kể

1.3 Tải trọng tác dụng lên khung

1.3.1 Tải trọng thương xuyên

Chọn độ dốc mái i=10 % suy ra α =5,71 độ , sinα = 0,099 ,cosα=0,995

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng bảnthân kết cấu, trọng lượng các bộ phận chi tiết (mái tôn+xà gồ+giằng), trọng lượng bản thân dầmcầu trục

Sơ đồ tính khung trường hợp tĩnh tải Trong đó:

- Trọng lượng bản thân kết cấu: SAP tự tính

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

-Trọng lượng mái tôn+xà gồ+giằng : g tc 20kg m/ 2

m m

1.3.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN2737-1995, hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tôn) tiêu chuẩn

Sơ đồ tính khung trường hợp hoạt tải mái trái

Sơ đồ tính khung trường hợp hoạt tải mái phải

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Sơ đồ tính khung trường hợp hoạt tải toàn mái

1.3.3 Hoạt tải gió

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và giótác dụng lên mái

+) Tải trọng tác dụng lên cột :

Phía đón gió : qđ=n.Wo.k.Ce.B

Phía khuất gió: qkh=n.Wo.k Ce3.B

Trong đó:

n là hệ số vượt tải trọng của tải trọng gió, n=1,2

Wo là áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào phân vùng gió (địa điểm xây dựng)

k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạng địa hình

Ở đây ta chọn địa hình dạng A Sau khi nội suy ta có:

Tại đỉnh cột dưới (cao trình +9,4 m so với mặt nền), k=1,17

qđ=n.Wo.k.Ce.B=1,2 x 0,95 x 1,17 x 0,8 x 8= 8,536 (kN/m)

qkh=n.Wo.k Ce3.B=1,2 x 0,95 x 1,17 x (-0,5) x 8= -5,335 (kN/m) Tại đỉnh cột trên (cao trình +13,2 m so với mặt nền), k=1,22

dấu "-" thể hiện gió có chiều hướng từ trong nhà ra ngoài

+) Tải trọng tác dụng lên mái:

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Hình 1-11 Sơ đồ khung tính gió trái sang

Hình 1-12 Sơ đồ tính gió phải sang

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

1.3.4 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phụ lục các thông số cầu trục sức nâng 20/5T như sau:

Áp lựcbánh xelên ray(T) Pmin

Trọnglượng xecon(T)

Trọnglượngtoàn cầutrục (T)

Dmax=n.nc  Pmax.yi

Dmin=n.nc  Pmin.yi

Trong đó :

n=1,2 là hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục;

nc là hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời của nhiều cầu trục,

nc=0,85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình,

nc=0,9 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nặng;

Pmax là áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray, tra catalô cầutrục;

Đường ảnh hưởng để xác định Dmax, Dmin

=>  yi=1+0,375 +0,831 + 0,206 =2,412

=>Dmax=1,2 x 0,85 x 255 x 2,412=627,36 (kN)

Dmin=1,2 x 0,85 x 78 x 2,412 =191,9 (kN)

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Hoạt tải đứng cầu trục trái

Hoạt tải đứng cầu trục phải

Q G T

no là số bánh xe cầu trục ở một bên ray;

yi là tung độ đường ảnh hưởng

=> Tmax =1,1.0,85.7,125.2,412=16,07(kN)

Lực hãm ngang T tác dụng lên cột khung đặt tại cao trình đỉnh ray và có thể hướng vàohoặc hướng ra khỏi cột, cụ thể ở đây đặt cách mặt vai cột 1m

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Hoạt tải ngang cầu trục trái

Hoạt tải ngang cầu trục phải

1.4 Xác định nội lực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềmSAP 2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảng thống kê nội lực.Dấu của nội lực lấy theo quy định của SBVL Các thành phần nội lực có chiều như hình vẽđược quy định là dương

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Biểu đồ lực dọc do tĩnh tải gây ra

Biểu đồ lực cắt do tĩnh tải gây ra

Biểu đồ momen do hoạt tải mái gây ra trên dàn

Biểu đồ lực dọc do hoạt tải mái gây ra

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Biểu đồ lực cắt do hoạt tải mái gây ra

Biểu đồ momen do HTDCTT gây ra trên dàn

Biểu đồ lực dọc do HTDCTT gây ra

Biểu đồ lực cắt do HTDCTT gây ra

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Biểu đồ lực dọc do HTDCTP gây ra

Biểu đồ lực cắt do HTDCTP gây ra

Biểu đồ momen do HTDCTP gây ra trên dàn

Biểu đồ lực dọc do HTNCTT gây ra

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Biểu đồ lực cắt do HTNCTT gây ra

Biểu đồ momen do HTNCTT gây ra trên dàn

Biểu đồ lực dọc do HTNCTP gây ra

Biểu đồ lực cắt do HTNCTP gây ra

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Biểu đồ momen do HTNCTP gây ra trên dàn

Biểu đồ lực dọc do GT gây ra

Biểu đồ lực cắt do GT gây ra

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Biểu đồ momen do GT gây ra trên dàn

Biểu đồ lực dọc do GP gây ra

Biểu đồ lực cắt do GP gây ra

Biểu đồ momen do GP gây ra trên dàn

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

Bảng 1.1 Bảng thống kê nội lực

BẢNG THỐNG KÊ NỘI LỰC Cấu

Nội lực

Bảng 1.2 Bảng tổ hợp nội lực

CẤU

KIỆN TIẾT DIỆN NỘI LỰC

TỔ HỢP CƠ BẢN 1 TỔ HỢP CƠ BẢN 2 Mmax ,Ntư Mmin ,Ntư Nmax ,Mtư Mmax ,Ntư Mmin ,Ntư Nmax ,Mtu

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

5 Thiết kế tiết diện cấu kiện.

5.1 Thiết kế tiết diện cột.ss

5.1.1 Xác định chiều dài tính toán.

Chọn phương án cột tiết diện thay đổi với độ cứng của cột dưới và cột trên lần lượt là lần lượt là

I1,I2.Tỉ số mô men quán tính là

4 2

3 1

8,695 10

2, 496 10

I I

Các hệ số  1, 2 là các hệ số chiều dài tính toán của phần cột dưới và phần cột trên phụ thuộc vào sơ

đồ liên kết ở 2 đầu cột và đặc điểm của tải trọng tác dụng lên cột

- Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột:

I

I x

d t

H

H =0,348x

9,43,8=0,861

- Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất trong phần cột dưới và phần cột trên:

m= 268,382

11,82522,6963

d t

5.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện:

5.1.2.1.Chọn và kiểm tra tiết diện cho phần cột dưới:

- Chiều cao tiết diện chọn từ điều kiện độ cứng:

 Chọn chiều cao tiết diện cột dưới là hd =80cm

Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng:

đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột dưới do các trường hợp tải trọng 1,2,5 gây ra

Dùng thép CCT34 với độ dày t<2cm, có cường độ tính toán là f= 21KN/cm2

Hệ số điều kiện làm việc γc=1

- Độ lệch tâm e=M

N =

824,952268,709= 3,07(m).

- Cột dưới có dạng tiết diện chữ H và mặt phẳng tác dụng mômen trùng với mặt phẳng

bụng cột, sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng tiết diện =1,25

- Diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức:

Ayc=     

h N

M f

N

c. 1,25 2,2 2,8 .

 =268,709 824,952

 Chọn tf =20mm

- Tiết diện cột được chọn như hình vẽ:

+ Bản cánh: (2x40)cm

+ Bản bụng: (1,8x76) cm

- Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

+ Diện tích mặt cắt ngang: A=twhw+2.tfb= 1,8x76+2x2x40=296,8(cm2)

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

x

768

Hình 44: Tiết diện cột dưới.

+ Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:

l

= 12,17 10

9

032,7



=37,11<  120 + Độ mảnh tính toán của tiết diện theo phương y:



=110,85=max<   120 + Độ mảnh quy ước của tiết diện theo phương x:

37,11 21 4

2,1 10

f E

  

 =1,173 + Độ mảnh quy đổi của tiết diện theo phương y:

110,85 21 4

2,1.10

f E

+ Độ lệch tâm tương đối mx=

2 x

824,952 10 296,8

W 268,709 7731

M A N



Tra bảng IV.5, phụ lục IV, sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp” với sơ

dồ tiết diện số 5,ta có:

A A





 =0,585 nội suy có ŋ=1,233 + Độ lệch tâm tính đổi me:

me= ŋ.mx= 1,233x11,788=14,53< 20 suy ra không cần kiểm tra bền cho tiết diện phần cột dưới Với x=1,173 và me=14,53 tra bảng IV.3, phụ lục IV sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp”kết hợp nội suy ta có e=0,098

- Điều kiện ổn định tổng thể của cột dưới trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức:

 =9,238(kN/cm2)< f c=21(kN/cm2)  thoả mãn điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung

- Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số moment ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn Vì cặp nội lực dùng để tính toán cột là tại tiết diện chân cột và do các trường hợp tải trọng (1,2,6,7,10) gây ra nên trị số của môment uốn tại tiết diện đỉnh cột dưới tương ứng là:

M :trị số của moment uốn tại 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn(phía chân cột)

M được xác định với cùng tổ hợp tải trọng với M1,M2

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

mx=

' xW

2

10 296,8268,

E f

Vậy 10 0,5241

1.101

 thoả mãn điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung.

- Điều kiện ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng của cột lần lượt được kiểm tra theo các công thức:

o

t

b t

w t

h t h

- Kiểm tra ổn định cho bản cánh:

 =15,09

So sánh

f

o t

h

=47,636 do vậy bản bụng cột dưới ổn định Vậy tiết diện cột đã chọn là đạt yêu cầu

5.1.2.2.Chọn và kiểm tra tiết diện cho phần cột trên:

- Chọn chiều cao tiết diện cột trên là h =50 cm

Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng:

- Dùng thép CCT34 với độ dày t<2 cm Có cường độ tính toán là f= 21kN/cm2

Hệ số điều kiện làm việc γc=1

- Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức:

Ayc=     

h N

M f

N

c. 1,25 2,2 2,8 .



Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công trình

TKMH KCT 1

- Chiều dày bản cánh được chọn sơ bộ là tf =16mm

- Tiết diện cột được chọn như hình vẽ:

Hình 45: Tiết diện cột trên.

- Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

A  =5,358(cm).

+ Độ mảnh tính toán của tiết diện theo phương x:

x=

x

x i

l

= 11, 4 10020,106



=56,7 =max <  120 + Độ mảnh tính toán của tiết diện theo phương y:



=52,26 <   120 + Độ mảnh quy ước của tiết diện theo phương x:

56 ,7 21 4

2,1 10

f E

  

 =1,793+ Độ mảnh quy đổi của tiết diện theo phương y:

52, 26 21 4

2,1.10

f E

+ Độ lệch tâm tương đối mx=

2 x

148,00817 10 145,52

W 32, 2993 2353

M A N

 =3,253 (kN/cm2)< f c=21x1=21(kN/cm2)  thoả mãn điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung

- Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột trên theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số

moment ở 1/3 chiều cao của cột trên kể từ phía có môment lớn hơn Vì cặp nội lực dùng để tính toán cột

là tại tiết diện vai cột trên và do các trường hợp tải trọng (1,3,6,7,9) gây ra nên trị số của môment uốn tại tiết diện đỉnh cột tương ứng là: M=9,8915+0,9x(5,464+0+0-13,1025)= 3,0168

Vậy trị số của môment tại 1/3 chiều cao cột trên, kể từ tiết diện đỉnh cột trên (đỉnh cột):

M1,M2: lần lượt là trị số của môment uốn ở đỉnh và vai cột trên được khảo sát cùng tổ hợp tải trọng với

tổ hợp dùng để kiểm tra tiết diện cột

M : trị số của moment uốn tại 1/3 chiều cao của cột trên kể từ phía có môment lớn hơn (phía đỉnh cột trên) M được xác định với cùng tổ hợp tải trọng với M1,M2

- Tính độ lệch tâm tương đối theo M’:

mx=

' xW