Đồ án thép nhà công nghiệp

SƠ ĐỒ GIẰNG ĐỨNG TL: 1/250* Hệ giằng ở cột: I.4 – Thiết kế xà gồ mái: Xà gồ mái trong khung thép nhẹ thường dùng thép tạo hình thép nguội thành mỏng tiết diện chữ C hoặc chữ Z ta chọn t

PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH

CỦA KHUNG NGANG

* Nội dung đồ án : tính toán thiết kế hệ thống kết cấu khung

thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp có cầu trục hoạt động :

Các số liệu chung :

* Địa điểm xây dựng : thành phố Cần Thơ với áp lực gió tiêu

chuẩn ứng với vùng IIA, ít chịu ảnh hưởng của bão, q0 = 83

daN/m2

* Qui mô công trình :

- Sức nââng cầu trục Q = 8 (T) - Chế độ làm việc trung bình

- Chiều dài công trình b =66 (m), bước cột khung B = 6 (m)

it HK

(m)

Khoảngcách

Zmin

(m)

Bềrộnggabarit

BK (m)

Bềrộngđáy

KK (m)

Trọnglượngcầutrục

G (T)

Trọnglượngxecon

Gxe

(T)

Aùplực

Pmax

(T)

Aùplực

Pmin (T)

I.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG:

I.1: Xác định kích thước theo phương đứng:

o Hr = 0.2 (m) chiều cao của ray và đệm

o Hdct = 0.6 (m) chiều cao dầm cầu trục

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:a

Hd = H – Ht = 7.2 – 2.0 = 5.2 (m)

I.2 Xác định kích thước theo phương ngang nhà:

Khoảng cách từ tim ray cho tới trục định vị ( vì Q 8 (T) < 30 (T) nêntrục định vị trùng với mép ngoài của cột => a = 0) :

Chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng :

 chọn h = 50 (cm)Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và khung :

Z = L1 – h = 1.25 – 0.5 = 0.75 (m) > Zmin = 0.18 (m)  thỏa

I.3 Kích thước dàn mái và hệ giằng:

* Dàn mái: có cấu tạo như hình veõ

Hình 1.5 Sơ đồ giằng cửa mái

* Hệ giằng:

- Nhiệm vụ của hệ giằng trong nhà công nghiệp :

Đảm bảo tính bất biến hình của hệ thống kết cầu khung nhà xưởng Ổn định hệ khung khi dựng lắp

Giảm bớt tải trọng theo phương dọc nhà

Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng, nhất là khi chịu lực hãm ngang của cầu trục

- Cấu tạo : gồm 2 hệ thống :

Giằng cột, bao gồm giằng cột dưới và giằng cột trên

Giằng cột dưới bố trí tại giữa khối nhiệt độ, giằng cột trên được bố trí tại giữa khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới), vàhai đầu khối nhiệt độ

Giằng mái, gồm các khối hộp sáu mặt trên mái, được bố trí tại giữa khối nhiệt độ, hai đầu khối nhiệt độ và cách nhau khoảng 10-30 m Mỗi khối hộp gồm 2 mặt bên là 2 dàn mái, mặt trên ờ 2 đầu khối hộp là 2 giằng đứng đầu dàn Các dàn khác không nằm trong khối hộp sẽ tựa vào các khối hộp thông qua panen mái, hệ giằng đứng giữa dán, xà gồ thanh chống …

* Hệ thống giằng cánh trên và dưới:

* Hệ giằng đứng :

SƠ ĐỒ GIẰNG ĐỨNG TL: 1/250

* Hệ giằng ở cột:

I.4 – Thiết kế xà gồ mái:

Xà gồ mái trong khung thép nhẹ thường dùng thép tạo hình thép nguội thành mỏng tiết diện chữ C hoặc chữ Z ( ta chọn tiết diện chữ C để thiết kế) Vì xà gồ có độ cứng nhỏ khi chịu uốn theo phương trong mặt phẳng mái nên thường cấu

thêm hệ giằng xà gồ bằng thép tròn có đường kính þ12 - 20

Xà gồ được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên Sơ đồ tính là dầm đơn giản hoặc dầm liên tục ( tùy vào cấu tạo của mối nối xà gồ của hệ giằng xà gồ).

Tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ:

+trong đó: - Chọn thép chữ C số hiệu 16

o = 20 (kg/m2) – Trị số tiêu chuan của trọng lượng các lớp mái

o = 30 (kg/m2) – Trị số tiêu chuan của hoạt tải mái

o = 14.2 (kg/m2) – Trị số tiêu cuẩn của trọng lượng bản than xà gồ

o = 1.2 – Hệ số vượt tải của tĩnh tải mái

o = 1.3 – Hệ số vượt tải của hoạt tải mái

o axg = 3 - Khoảng cách bố trí xà gồ trên mặt bằng

o = 8.530 – Góc dốc của mái

Phân loại tải theo 2 phương:

chọn qx = 206 (kg/m)

chọn qy = 31 (kg/m)Kiểm tra tiết diện xà gồ;

Vì xà gồ có hệ giằng nên

( thỏa)

PHẦN 2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

I XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN KHUNG NGANG:

I.1 - Tĩnh tải:

* Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang bao gồm :

- Trọng lượng bản thân của kết cấu chịu lực (xà ngang, giằng mái, cửa mái, xà gồ … )

- Trọng lượng bản thân cột, dầm cầu chạy, dầm hãm, các hệ giằng cột trên và cột dưới

- Vật liệu lớp mái (tole sắt tráng kẽm…)

- Kết cấu bao che xung quanh (tole sắt tráng kẽm)

* Tải trọng thường xuyên :

Trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực của mái : (tải trọng tính toán đã nhân hệ số vượt tải)

- Mái tole thiếc đòn tay thép hình : 20 (daN/m2)

=> Trọng lượng tiêu chuẩn Trọng lượng toán của mái là:

o Với độ dốc i = 15% ta có cos = 0.989

- Trọng lượng của cầu mái và hệ giằng:

-Trong đó :

o n = 1.2 : hệ số vượt tải

=> Vậy tổng tải trọng phân bố đều trên sườn ngang :

I.2 - Hoạt tải: tải trọng tạm thời (tải trọng sửa chữa) :

Tải trọng sửa chữa mái là tải trọng do người và thiết bị sửa chữa, vật liệu sửa chữa mái Đối với trường hợp mái lợp tole sắt tráng kẽm (vật liệu nhẹ) theo quy phạm về tải trọng vàtác động TCVN – 2737 – 1995 lấy bằng 30 daN/m2 Với hệ số hoạttải n = 1.3

I.3 - Áp lực thẳng đứng của cầu trục tác dụng lên vai cột:

- Ta có:

+Trong đó:

o n = 1.1 - Hệ số vượt tải

o nc = 0.9 – Hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời tải tối đa của 2 cầu trục hoạt động cùng nhịp

o ∑Yi : Tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí bánh xe của cầu trục

o Pmax = 10.8 (T) – Áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray (Tra bảng II-3)

o Pmin = 2.79 (T) - Áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray (Tra bảng II-3) Với:

-Và:

o Q = 16 (T) – Sức nâng thiết kế của cầu trục

o G = 11.18 (T) – Trọng lượng toàn bộ cầu trục

o n0 = 2 – Số bánh xe cầu trục 1 bên ray

Vậy trị số áp lực đứng tính toán của cầu trục truyền lên vai cột:

Các lực Dmax va Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ có e là độ lệch tâm từ trục ray đến trụccột

Có:

=>Mmax = Dmax * e = 18070 * 0.75 = 13553 (kg.m)

=>Mmin = Dmin * e = 4670 * 0.75 = 3503(kg.m)

Lực xô ngang của cầu trục:

-Ta giả định cầu trục sử dụng móc mền ( fms = 0.1)

-Tổng lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục

+Trong đó:

o nxc = 4 – Số bánh xe của xe con

o fms = 0.1 – Hệ số ma sát giữa thép và thép

-Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên 1 bánh xe của cầu trục:

Lực xô ngang của cầu trục là:

I.4 – Tải Trọng Gió:

-Công trình được xây dựng tại thành phố Cần Thơ có vùng gió

II.A:

-Trong đó:

o q0 = 83 (kg/m2)

o n = 1.3 - Hệ số vượt tải

o c = +0.8 – Hệ số khí động ( đón gió)

o k : Hệ số cao trình ( TPCT có dạng địa hình A)

Bảng II-1: Hệ số cao trình k

-Tải trọng tác dụng lên cột :

Phía đón gió:

Phía khuất gió:

-Tải trọng tác dụng lên mái:

Ta có:

Phía đón gió:

Phía khuất gió:

PHẦN 3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

Để xác định nội lực của khung ngang, có thể xác định bằng phương pháp chuyển vị (tính toán thủ công bằng tay), hoặc tính theo phường pháp phần tử hữu hàn (nhờ máy tính chương trình Sap 2000) Ta chọn phương án tính toán trên máy tính với chương trình Sap 2000

I-Các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung:

Xét các tổ hợp cơ bản:

+Tổ hợp gồm nội lực do tĩnh tải và một hoạt tải gây ra ( hệ số tổ hợp nội lực nc = 1)

+Tổ hợp gồm nội lực do tĩnh tải và các hoạt tải bất lợi gây ra ( hệ số tổ hợp nội lực nc = 0.9)

a Thống kê tải trọng:

TT+HTM+HTGP+HTDmaxP+HTLHTTH3: TT+HTM+HTDmaxT+HTLHTTH4: TT+HTM+HTDmaxP+HTLHP TH5: TH1+TH2+TH3+TH4

3.3 – Sơ đồ tải:

1.Tỉnh tải:

2.Hoạt tải mái chất đầy:

3.Gió phải:

4.Gió trái:

5.Hoạt tải cầu trục trái:

6.Hoạt tải cầu trục phải:

7.Hoạt tải lực hãm trái:

8.Hoạt tải lực hãm phải:

PHẦN 4 THIẾT KẾ CỘT, VAI CỘT VÀ LIÊN KẾT

CHÂN CỘTI- THIẾT KẾ CỘT:

Cột được coi như những cấu kiện chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung và nén đúng tâm ngoài mặt phẳng khung

Trong trường hợp tính ổn định mặt ngoài khung đối với cột cần kể đến ảnh hưởng của mômen tác dụng trong mặt phẳng

khung

Các công việc thiết kế cột bao gồm : xách định chiều dài tính toán cột trong và noài mặt phẳng khung, thiết kế tiết diệncột, thiết kế các chi tiết cột : chân cột và vai cột Cột trong nhà công nghiệp một tầng, phạm vi đồ án này, chọn cột có cấu tạo theo dạng tiết diện đặc, có dạnh chữ I

+ Số liệu thiết kế:

- Môdun đàn hồi: E = 2.1*106 (kg/cm2)

a) Chiều dài tính toán của cột trong và ngoài mặt phẳng khung (tiết diện không đổi):

- Chiều dài hình học của cột được tính từ mặt móng đến liên kết đầu tiên với dàn

 Hc = H +hd = 8.1 + 2.2 = 10.3 (m)

Ta có liên kết cột khung với móng là ngàm:

-Trong đó:

o : hệ số chiều dài tính tóan

o n : là tỷ số độ cứng đơn vị của xà và cột Với :

o Ixà, Icột : mômen quán tính của xà và cột Do 2 tiết diện cùng lọai nên Ixà = Icột

Chiều dài tính tóan trong mặt phẳng khung của cột có tiết diện không đổi:

Chiều dài tính tóan của cột theo phương ngòai mặt phẳng khung ly lấy bằng khỏang cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà ( dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang…) Giả sử bố trí giằng cột nhà bằng thép chữ Ctại cao trình +3500 ( hay là khỏang cách giữa phần cột tính từ móng đến dầm hãm)

=> ly = 3.5 (m)

b) chọn và kiểm tra tiết diện:

ta có: h = 50 (cm) chọn lại tiết diện h dựa vào Hc :

Theo cặp nội lực:

N = -22246 (kg)

M = 249800 (kg.cm)

Độ lệch tâm của cột:

Tương tự: *Trường hợp 2: TT+HTM+HTGP+HTDmaxP+HTLHT

Tương tự: *Trường hợp 4: TT+HTM+HTDmaxP+HTLHP

- Tiết diện cột được chọn như sau :

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

c-Kiểm tra tiết diện đã chọn:

 Momen quán tính của tiết diện đối với trục x:

 Momen quán tính của tiết diện đối với trục y:

 Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục x:

 Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục y:

 Độ mảnh tính toán của tiết diện cột theo phương x:

=>hệ số uốn dọc ( Tra bảng D.8-trang 99/ TCVN 338:2005)

- Phương pháp nội suy theo 2 phương

Độ mảnh

Hệ số φ đối với cáccấu kiện bằng thépcó cường độ tính toán

Và: λx = 52.23 < [λ] = 173.52 (thỏa)

Độ mảnh tính toán của tiết diện cột theo phương y:

=>hệ số uốn dọc ( Tra bảng D.8-trang 99/ TCVN 338:2005).

- Phương pháp nội suy theo 2 phương

Độ mảnh

Hệ số φ đối với cáccấu kiện bằng thépcó cường độ tính toán

Và: λy = 48.61 < [λ] = 173.64 (thỏa)

 Độ lệch tâm tương đối:

 Độ lệch tâm quy đổi:

+ Trong đó:

o η : Hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết diện ( Bảng trang 109/TCVN 338:2005)

b.1) Kiểm tra bền:

+Trong đó: -An: diện tích thực của tiết diện cột

-Wxn: momen chống uốn thực của tiết diện cột

- Chỉ kiểm tra đối với tiết diện bi giảm yếu hoặc khi độ lệch tâm quy đổi me > 20

++ Vì me = 0.734 < 20 => không cần kiểm tra bền

b.2)Kiểm tra ổn định tổng thể:

,

- φe: hệ số uốn dọc của cấu kiện chịu nén lệch tâm.( Bảng D.10-trang 103-104/TCVN 338:2005)

- Phương pháp nội suy theo 2 phương

Hệ số φe khi độ lệchtâm tương đối tính đổi

 chọn φe = 0.637 < φ = 0.948 (thỏa)

-Ổn định tổng thể của cột theo 2 phương trong và ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra ứng suất pháp:

Ứng suất pháp theo phương x:

>thỏa

Ứng suất pháp theo phương y:

Ta có:

- M1, M2: Trị số momen ở 2 đầu cột

- :Trị số momen tại 1/3 chiều cao cột kể từ phía momen lớn hơn

b.3) Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:

Ổn định cục bộ của bản cánh:

- Điều kiện: b0: bề rộng tính toán của bản cánh.

- Độ mảnh giới hạn của bản cánh cột, xác định theo tiết diện

Ổn định cục bộ của bản bụng :

-> phải đặt vách cứng.

- Coi phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc Bề rộng của phần bụng cột tiếp giáp với bản cánh:

Bố trí sườn ngang

Diện tích tiết diện cột, không kể đến phần bản bụng mất ổn định cục bộ:

A’ = 2C1tw + 2bftf = 2*32.14*0.7+2*30*1.5 = 135 cm2 > A=129.9 =130

cm2

bằng các cặp sườn ngang ( vách cứng).Kích thước sườn

+Khoảng cách sườn: chọn a =

150 (cm)

Vậy tiết diện chọn như trên là thoả mãn các điều kiện về chịu lực

II THIẾT KẾ VAI CỘT:

- Với chiều cao tiết diện cột là h = 60 (cm)

1-1

- Vai cột làm nhiêm vụ đỡ dầm cầu trục và truyền tải trọng cầu trục vào cột Đối với khung thép nhẹ thường sử dụng théphình nguội chữ I tổ hợp hàn cho vai cột

Nội lực của vai cột tại vị trí ngàm: ( chỗ liên kết consol)

V = Dmax + Gdct = 18.07 + 0.63 = 18.7 (T) = 18700 (kg)

M = V(L1 – h) = 18.7(0.75 – 0.6) = 2.805 (Tm) = 280500 (kg.cm)

-Vì chọn sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm cầu trục là 100 (kg/m)

=>

-Bề dày bản bụng ( được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộphản lực dàm cầu trục truyền vào)

=> Chọn + Trong đó:

thiết kế dầm cầu trục hoặc chọn sơ bộ khoảng 30)cm

-Chiều cao dầm vai được xác định sơ bộ từ điều kiện bản bụng dầm vai đủ khả năng chịu cắt:

=> Chọn -Các đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai:

+ Phía trên cánh ( 2 đường hàn): lw = 30 – 1 = 29 (cm)

+ Phía dưới cánh (4 đường hàn): lw = 0.5*(30-0.8)-1 = 13.6 (cm)+ Ở bản bụng ( 2 đường hàn): lw = 57 – 1 = 56 (cm)

- Diện tích tiết diện của các đường hàn liên kết dầm vai vào bản cánh cột

Aw = 2*0.6*56 = 67.2 (cm2)

- Momen chong uốn của các đường hàn liên kết dầm vai của bản cánh cột

-Khả năng chịu lực của các đường hàn trong liên kết được

kiểm tra theo:

- Kích thước của cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai lấy:

III.THIẾT KẾ CHÂN CỘT:

a) Tính toán bản đế:

Rb lọc=α*φb*Rb = 1*1.16*115 = 133 (kg/cm2)

ψ: Hệ số ứng suất trong bê tông móng

ψ = 0.75 (ứng suất phân bố không đều)

ψ = 1 ( ứng suất phân bố đều)



α = 1 – hệ số bằng 1 khi mác bê tông móng không

φb: hệ số tăng cường độ của bê tông khi nén cục bộ

(thông thường chọn sơ bộ khoảng 1.1÷1.2)

> Chọn: φb = 1.16

Am: diện tích mặt móng

Abd : diện tích bề mặt của bản đế

Rb: cường độ nén tính toán của bê tông móng

=> Lbđ =74 (cm) > 40.95 (cm) > thỏa

- Úng suất phản lực của bê tông móng phía dưới bản đế

Ta có: ψRb lọc = 0.75*133 = 99.75 (kg/cm2)

- Bề dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất ( ứng suất phản lực trong các ô bản đế phân bố không đều vì vậy để htie6n về an

toàn ta lấy giá trị ứng suất trong ô đang xét)

+ Ta có Ô1 ( bản kê 3 cạnh)

0.088

0.097

0.107

0.112

0.12

0.126

0.132

0.133 Dùng phương pháp nội suy: b2/a2 = (20.6/25) = 0.824 > αb

= 0.0994

d2: nhịp tính toán của ô bản đế thứ 2

- Trị số momen uốn trong ô bản đế thứ 2:

M1 = αb*σ2*d22 = 0.06*32.61*23.42 = 1071.36 (kg.cm)

o Số lượng bu lông ít nhất là 4 cái

b) Tính toán dầm đế:

- Kích thước dầm đế:

+Bề dày: tdđ =0.8 (cm)

+Bề rộng: bdđ = Bdđ = 40 (cm)

+ Chiều cao: hdđ phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bê tông móng

- Lực truyền vào 1 dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Ndđ = (12+12.5)*40*23.54 = 23069.2 (kg)

- Chọn chiều cao của đường hàn liên kết vào cột là hf = 0.6 (cm)

- Chiều dài tính toán của 1 đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

> chọn chiều cao dầm đế: hdđ = 44 (cm)



Kiểm tra lại tiết diện sườn:

- Theo cấu tạo, chọn chiếu cao đường liên kết hàn sườn A vào bản bụng cột hf = 0.6 (cm)

+ Diện tích đường hàn: Aw = 2*0.6*(25-1) = 28.8 (cm2)

+ Momen chống uốn của đường hàn: Ww = [2*0.6*(25-1)2]/6 = 115.2 (cm3)

+ Khả năng chịu lực của đường hàn:

- Chọn chiều dày sườn: ts = 0.8 (cm) Chiều cao sườn:

> chọn hs = 20 (cm)



Kiểm tra lại tiết diện sườn:

- Theo cấu tạo, chọn chiếu cao đường liên kết hàn sườn B vào bản bụng cột hf = 0.6 (cm)

+ Diện tích đường hàn: Aw = 2*0.6*(20-1) = 22.8 (cm2)

+ Momen chống uốn của đường hàn: Ww = [2*0.6*(20-1)2]/6 = 72.2(cm3)

+ Khả năng chịu lực của đường hàn:

> thỏad) Tính toán bu lông neo:

- Chiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế C= 431.3 (mm)

= 43.13 (cm) – hình bản đế

- Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm

bu lông neo là 6 (cm)

* a: Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trọng tâm tiết diện cột.

N = -13721.89 (kg) – mang giá trị (-) vì là lực nénT1>T2 (13258.61 kg > 9611.89 kg) => Tmax = 13258.61 (kg)