THUYET-MINH-THEP-2

GVHD: TRẦN QUỐC HÙNGCHƯƠNG 2: THUYẾT MINH 2.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp Khung ngang gồm có cột và rường ngang.. Cột thường là bậc thang, phần trên đặc, p

Trang 1

GVHD: TRẦN QUỐC HÙNG

GHI CHÚ

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 3

1.1 Số liệu chung: 3

1.2 Số liệu riêng cho từng sinh viên: 3

CHƯƠNG 2: THUYẾT MINH 4

2.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp 4

2.2 Vật liệu sử dụng: 4

2.3 Xác định các kích thước chính của khung ngang: 4

2.3.1 Theo phương đứng: 4

2.3.2 Theo phương ngang: 6

2.3.3 Dàn 7

2.3.4 Cửa mái 7

2.3.5 Hệ giằng: 8

2.4 Tải trọng tác dụng lên khung ngang: 10

2.4.1 Tải trọng tác dụng lên dàn: 10

2.4.2 Tải trọng tác dụng lên cột: 11

2.4.3 Tải trọng gió tác dụng lên khung: 14

2.5 Tính nội lực khung bằng cách tính thủ công dựa trên cơ sở phương pháp chuyển vị: 17

2.5.1 Tĩnh tải: 19

2.5.2 Hoạt tải: 26

2.5.3 Áp lực đứng của cầu trục D max , D min lên vai cột 26

2.5.4 Áp lực xô ngang T của xe con 32

2.5.5 Do tải trọng gió: 34

2.6 Xác định nội lực trong khung ngang nhờ máy tính, dựa trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn 38

2.6.1 Kết quả biểu đồ nội lực: 38

2.6.2 So sánh giữa hai phương pháp tính 48

2.7 Tổ hợp nội lực: 50

2.8 Thiết kế cột trên 51

2.8.1 Xác định chiều dài tính toán của cột: 51

Trang 2

2.8.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn 52

2.8.4 Kiểm tra tiết diện đã chọn với cặp nội lực 55

2.8.5 Kiểm tra tiết diện đã chọn với cặp nội lực 58

2.9 Thiết kế cột dưới 62

2.9.1 Xác định chiều dài tính toán của cột: 62

2.9.2 Chọn tiết diện sơ bộ 63

2.9.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn 64

2.10 Thiết kế lại cột với các tiết diện cột được thu nhỏ lại 67

2.10.1 Chạy lại mô hình trên SAP2000 và xuất nội lực 67

2.10.2 Tổ hợp lại nội lực 77

2.10.3 Thiết kế cột trên 78

2.10.4 Thiết kế cột dưới 86

2.11 Thiết kế các chi tiết cột 96

2.11.1 Vai cột 96

2.11.2 Mối nối cột trên và cột dưới 99

2.11.3 Chân cột 102

2.12 Thiết kế dàn mái 114

2.12.1 Xuất nội lực trong dàn 114

2.12.2 Tổ hợp nội lực các thanh dàn 133

2.12.3 Chọn tiết diện thanh dàn 134

2.12.4 Tính toán các chi tiết trong dàn 147

Trang 3

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

1.1 Số liệu chung:

- Nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp Bước cột đều nhau B= 6m

- Mái lợp tole Hoa Sen, độ dốc mái i= 10%

- Tường bao che tự chịu lực

- Khu vực xây dựng công trình thuộc địa hình B (tương đối trống trải)

- Nhà có hai cầu trục, làm việc ở chế độ trung bình

- Chọn vật liệu thép CCT34, que hàn N42

- Móng bê tông cấp độ bền B20

1.2 Số liệu riêng cho từng sinh viên:

SVTH: Vũ Đại Dương (15520860045-XD15-ĐL)

Số thứ tự: 19

- Nhịp nhà L= 33m

- Chiều dài nhà A= 96m

- Cao trình đinh ray Hr=7m

- Sức trục: Q= 32 Tấn

- Vùng gió IIB

Trang 4

CHƯƠNG 2: THUYẾT MINH

2.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp

Khung ngang gồm có cột và rường ngang Vì đồ án này có nhịp tương đối lớn

(L=33m) và có cầu trục sức nâng khá lớn (Q=32 tấn) nên đòi hỏi khung ngang phải có độcứng lớn nhằm thỏa mãn các điều kiện về chuyển vị đầu cột cũng như độ võng của hệ

mái Vậy nên chọn liên kết cột với móng là liên kết cứng, cột với rường ngang cũng

là liên kết cứng

Cột thường là bậc thang, phần trên đặc, phần dưới đặc hoặc rỗng Dàn hình thang hai mái dốc với mái lợp bằng tole Hoa Sen Độ dốc i=10% Bên trên có bố trí hệ của mái nhằm đảm bảo các yêu cầu về vật lý kiến trúc, kích thước của mái sẽ được đề cập ở phần sau

2.2 Vật liệu sử dụng:

- Sử dụng thép cacbon CCT34 có các thông số đặc trưng sau

+ Giới hạn chảy: fy= 210 MPa

+ Độ bền kéo: fu= 340 MPa

- Sử dụng que hàn N42:

+ Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun = 410 MPa = 4100 daN/cm2

+ Cường độ tính toán f = 180 MPa = 1800 daN/cmwf 2,

2 ws

f = 0.45f = 0.45 3800 daN/cmu 

- Sử dụng bu-lông thường cấp độ bền 8.8 với các thông số đặc trưng sau:

+ Cường độ chịu cắt fvb= 320 Mpa

+ Cường độ chịu kéo ftb= 400 Mpa

2.3 Xác định các kích thước chính của khung ngang:

2.3.1 Theo phương đứng:

- Cầu trục sức nâng Q=32 Tấn, tra catalo từ đơn vị sản xuất cầu trục ta có:

Nhịp Lk= 31m, chiều cao gabarit Hk= 1,7m,

Chiều cao H2 từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới của dàn vì kèo:

Trang 5

Trong đó:

k

H - Chiều cao Gabarit cầu trục

200 - Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu (>=200)

f - Khe hở phụ xét độ võng của kết cấu và thanh giằng lấy bằng 200 – 400 mm

2

H - Chọn chẵn mô đun 200 mm

Chiều cao phần cột trên:

H - Chiều cao ray chọn sơ bộ = 150mm

Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dưới dàn vì kèo:

Trang 6

2.3.2 Theo phương ngang:

- Khoảng cách từ trục định vị trến trục đường ray:

ht là bội số của 250mm, do vậy ta chọn ht = 500mm

- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột:

amin = ht + Zmin – L1 = 500 + 300 – 1000 = -200 (mm)

Cho a = 0, coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột

- Bề rộng cột dưới xác đinh theo công thức:

Trang 7

2.3.3 Dàn

- Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy h0 2200mm, độ dốc cánh trên i=1/10=0.1

như vậy chiều cao giữa giàn là: 0 2 3850

L

- Các kích thước chi tiết, bố trí các thanh cánh thượng, cánh hạ, thanh xiên được thể

hiện ở hình vẽ dưới đây

2.3.4 Cửa mái

Chiều rộng Lcm=9 m = 0,27L (phù hợp với điều kiện vật lý kiến trúc)

Chiều cao hcm = 2,2 m

Trong đó:

Bậu của dưới =600mm

Bậu cửa trên =400mm

Phần cánh cửa lật cao =1200mm

Trang 8

2.3.5 Hệ giằng:

2.3.5.1 Hệ giằng mái

Trang 9

2.3.5.2 Hệ giằng cột

Trang 10

2.4 Tải trọng tác dụng lên khung ngang:

2.4.1 Tải trọng tác dụng lên dàn:

2.4.1.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)

- Độ dốc mái i = 10% =>  0,71o (sin= 0,099; cos = 0,995)

- Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng của các lớpmái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

- Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 15 daN/m2

2

tc m

Trong đó: n = 1.1 – Hệ số vượt tải

1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng

 d 0.7 - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 – 36m

Trang 11

- Trọng lượng kết cấu cửa trời

Có thể tính theo công thức kinh nghiệm: g ct  n g ct tc 1,1 12 13.2  daN m/ 2

Ở đây lấy g ct tc 12daN m/ 2

- Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời

+ Trọng lượng cánh cửa (kính + khung) g K tc 35daN m/ 2

+ Trọng lượng bậu trên và bậu dưới g b tc 100daN m/

Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là:

1.1 35 2.2 6 1.1 100 6 1168, 2

Tải trọng g ct và g Kb chỉ tập trung ở những chân cửa trời

Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà g ct

2.4.1.2 Tải trọng tạm thời (hoạt tải)

- Hoạt tải đối với nhà thép một tầng một nhịp chủ yếu là hoạt tải sửa chữa mái, được qui định cụ thể ở TCVN 2737-1995

- Mái lợp tole Hoa Sen => Mái nhẹ => p tc 30daN m/ 2 mặt bằng với hệ số vượt tải

P n p  B    daN m kN

2.4.2 Tải trọng tác dụng lên cột:

2.4.2.1 Do phản lực của dàn:

Trang 12

2.4.2.2 Do trọng lượng dầm cầu trục:

Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức:

G đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên

2.4.2.3 Hoạt tải do áp lực đứng của cầu trục thông qua các bánh xe:

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định được các tung độ yi của đường ảnhhưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục gián tiếp lên cột:

Với cần trục có sức nâng Q=32 tấn, tra catalo cầu trục ta nhận được các giá trị áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất và lớn nhất của cầu trục:

Trang 13

Cầu trục có bề rộng B ct 6270mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 5100mm Đặt bánh

xe ở vị trí như hình vẽ tính được các tung độ y i của đường ảnh hưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột theo công thức:

n  - Hệ số tổ hợp khi hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình

Các lực D max,Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng bd/2 Do đó tại vai cột có sinh ra moment lệch tâm:

ax ax min min

Trang 14

2.4.2.4 Hoạt tải do lực hãm ngang của cầu trục thông qua các bánh xe:

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

Lực hãm ngang của xe con:

n  - Tổng số bánh xe của xe con

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính:

1 0

17,35

8,6752

tc ng

n  - Số bánh xe ở 1 bên cầu trục

Lực hãm ngang 1

2.4.3 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 nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió Áp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao

Trang 15

10m trở xuống thuộc vùng gió IIB và địa hình dạng B (có thể kể đến ảnh hưởng của gió bão): q0tc 95Kg m/ 2 0,95kN/ m2

Trang 16

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên đỉnh cột Trường hợp giữa các cột khung có các cột sườn tường với bước cột 6m Không bố trí sườn tường với khoảng cách B16m

Phía đón gió: q n q    0 K C B

Phía trái gió: q   n q0 K CB

C – Hệ số khí động lấy theo bảng phụ lục

K – Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao lấy cho địa hình loại B K =

Trang 17

Trong đó:

i

h - Chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động C i

K = 1.09 ở 16m trong khoảng từ độ cao 9,95m đến 16m, dùng hệ số trung bình của

2.5 Tính nội lực khung bằng cách tính thủ công dựa trên cơ sở phương pháp chuyển

vị:

Đã chọn lại sơ bộ tiết diện cột: h t =400mm, h d =750mm, để thỏa yêu cầu coi dàn như

một thanh cứng tuyệt đối.

* Chọn sơ bộ tỉ số độ cứng giữa các bộ phận khung:

Moment quán tính dàn:

M - Moment uốn lớn nhất trong dàn, coi như dầm đơn giản chịu toàn bộ tải

trọng đứng tính toán

g p L  2 (3,744 2,34).33 2

Trang 18

3850

d

h  mm - Chiều cao giữa giàn (tại tiết diện có M max)

 - Hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanh bụng,  0.8 khi

k - Hệ số phụ thuộc vào bước cột và loại cột

Bước cột B = 6m thì k 1 2.5

Moment quán tính phần cột trên:

2 2

400

t d

k - Hệ số xét đến liên kết giữa dàn và cột

Dàn liên kết khớp với thì cột thì k 2 1.8 2.3

Trang 19

Dàn liên kết cứng với thì cột thì k 2 1.2 1.8

d I

Dựa theo kinh nghiệm có thể chọn 1

3 6

d I

I   nên chọn 1

6

d I

Trang 20

Trang 21

 Đưa về hai bài toán cơ bản

Trang 22

a) Bài toán 1.

1- Hệ cơ bản: được trình bày như hình Từ giả thiết đơn giản hóa, ẩn phản xứng

 triệt tiêu Hai ẩn

2- Phương trình chính tắc

Phản lực ngang mang dấu dương khi hướng từ phải sáng trái

Chuyển vị mang dấu dương khi nút xoay thuận chiều kim đồng hồ

Đối với cột bên phải, lấy dối xừng qua trục giữa nhịp nhà xưởng

Momen trong cột dương khi căng thớ trong của cột

Momen trong dàn dương khi căng thớ trên của dàn

Từ số liệu đầu bài và già thiết, ta tính được các thông số để tra bảng

2950

0, 2979950

t

H a



2 1

10,1437

I n I

Trang 23

Tra bảng phụ lục số 18 (tải liệu)* và nội suy, chúng ta xác định được các hệ số

KB = - 0,788 và KB’ = 1,559 Từ đó, xác định được momen ở đỉnh cột do chuyển vị xoay bằng đơn vị như sau:

0,778

B B

K M

K Q

2

339,76812

q BC

q nhip

EI7,566

Gía trị momen ở chân cột

1 1

0,781 EI44,904 h

0 35, 070EI

0 34,935

Trang 24

Giá trị momen ở đầu dàn

1 1

-6,788 EI44,904 h

339.768 34,960EI

t

H x

Trang 25

Trang 26

Biểu đồ momen cuối cùng của khung ngang trường hợp tĩnh tải bằng biểu đồ tổng cộng của sơ đồ 1 và sơ đồ 2

Trang 27

2.5.2 Hoạt tải:

Xác định tương tự tĩnh tải Ta có thể nhanh chóng tìm được biểu đồ momen dựa vào kết quả tính trong trường hợp tĩnh tải bằng cách nhân các tung độ của biểu đồ momen do tĩnh tải với tỷ số p/q, với p là giá trị hoạt tải và q là giá trị tĩnh tải trên 1m dài

2,34

0,6253,744

P

Ta có biểu đồ momen do hoạt tải gây nên:

2.5.3 Áp lực đứng của cầu trục D max , D min lên vai cột

ax ax min min

1- Hệ cơ bản

Trong trường hợp này, tải trọng không tác dụng trục tiếp lên xà ngang, do đó coi độ cứng của xà bằng vô cùng, dẫn tới chuyển vị xoay ở đinh cột = 0 Hệ chỉ còn lại một chuyển ngang ở đầu cột 

2- Phương trình chính tắc:

0

Trang 28

3- Vẽ biểu đồ đơn vị M1 và biểu đồ momen do tải ngoài dây ra trên hệ cơ bản M0p

Biểu đồ đơn vị M1, do  1 gây ra trên hệ cơ bản như hình dưới đây

Ta có:

2950

0, 2979950

t

H a



2 1

10,1437

I n I

Tra bảng phụ lục số 17 (tải liệu)* và nội suy, chúng ta xác định được

các hệ số KB = 1,559 và KB’ = - 5,822

K M

K Q

Biểu đồ momen M P0 do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản được xây dựng tương tự trong trường hợp tĩnh tải

Trang 29

Chúng ta có thể xác định biểu đồ momen trong khung thông qua phụ lục số 16 (tài liệu)*

Thông số cần thiết:

2950

0, 2979950

t

H x

a) Cột trái với D max

Momen và phản lực đỉnh cột xác định như sau:

b) Cột phải với D min

Momen và phản lực đỉnh cột xác định như sau:

Trang 30

Momen tiết diện III-III ngay dưới vai cột, thuộc phần cột dưới

Trang 31

1

EI11,764

M M M

a) Cột trái:

- Momen tại đỉnh cột:

+ Do chuyển vị ngang:

Trang 32

0

M M M    kNm (căng mép trái)

- Momen tiết diện II-II ngay trên vai cột, thuộc phần cột trên

0

II

M M M     kNm(căng mép phải)

- Momen tiết diện III-III ngay dưới vai cột, thuộc phần cột dưới

P lêch tâ

M M M    kNm(căng mép trái)

- Momen tại chân cột:

M M M    kNm(căng mép phải)

- Momen tiết diện II-II ngay trên vai cột, thuộc phần cột trên:

0

II

M M M     kNm(căng mép trái)

- Momen tiết diện III-III ngay dưới vai cột, thuộc phần cột dưới:

lêch t

P

M M M    kNm(căng mép phải)

Trang 33

2.5.4 Áp lực xô ngang T của xe con

1- Hệ cơ bản: tương tự như trên, coi như góc xoay hoàn toàn bị triệt tiêu, chỉ còn lại một

ẩn chuyển vị thằng duy nhất

2- Phương trình chính tắc: r11  R1p 0

3- Vẽ biểu đồ M M1 , P0

Với

2350

0, 2369950

Trang 34

R  kN (xác định dựa vào công thức PL 20 tải liệu*)

5- Xác định ẩn chuyển vị thẳng 

Trang 35

M M M    kNm(căng mép trái)

- Momen tiết diện II-II ngay trên vai cột:

0

II

M M M    kNm(căng mép phải)

0

A

M M M    kNm (căng mép trái)

b) Cột phải chỉ gồm momen do chuyển vị gây ra:

2.5.5 Do tải trọng gió:

Tải trọng gió tác động:

W = 45,83 kN, Wday=20.35 kN, Whut= 25.476 kN

Trang 36

Nội lực được tính théo sơ đồ sau:

a) Nội lực do chuyển vị đơn vị gây ra trên hệ cơ bản:

M  kNm(căng mép trái)

(căng mép phải)

Trang 37

M  kNm(căng mép trái)

(căng mép trái)

c) Xác định các hệ số r 11 , R 1p

Trang 38

d) Xác định ẩn chuyển vị thẳng 

e.1) Cột trái:

0

II

M M M    kNm(căng mép phải)

0

A

M M M    kNm (căng mép trái)

e.2) Cột phải:

0

M M M    kNm(căng mép phải)

0

II

M M M    kNm(căng mép trái)

Trang 39

0

A

M M M    kNm (căng mép trái)

2.6 Xác định nội lực trong khung ngang nhờ máy tính, dựa trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn.

Sử dụng phần mềm SAP2000 V20 ta xác định được nội lực tương ứng của các

phần tử thanh với các trường hợp tải

2.6.1 Kết quả biểu đồ nội lực:

Trang 40

a) Tĩnh tải:

M (kN.m)

Định dạng
Số trang	169
Dung lượng	20,81 MB