ĐỒ án kết cấu THÉP GTVT

THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP 1. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ. 1.1 Số liệu thiết kế. STT Nhịp nhà L (m) Bước cột B (m) Chiều cao đỉnh cột H (m) Số bước cột n Vùng áp lực gió Dạng địa hình 35 38 8 7 10 IIIB B 1.2 Vật liệu sử dụng Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42. Bê tông móng cấp độ bền B20. Bu lông cường độ cao cấp 8.8. Bu lông thường cấp 5.6 1.3 Nhiệm vụ thiết kế. • Thiết kế khung, kèo thép thiết diện chữ I tổ hợp hàn. • Thể hiện trên bản vẽ A1(đường nét theo đúng tiêu chuẩn kĩ thuật xây dựng). Khung ngang, chi tiết xà gồ, chi tiết nối kèo + đầu cột, chi tiết chân cột. Mặt bằng xà gồ + giằng mái, chi tiết liên kết xà gồ và vì kèo, giằng dọc nhà. Thống kê thép. • Thuyết minh tính toán chi tiết (TCVN 55752012), • Để đơn giản việc tính toán, bỏ qua cửa mái, máng thu nước, giằng dọc đầu cột.

KHOA KĨ THUẬT XÂY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Mã học phần: 099051

Số tín chỉ: 1

-Ghi chú:

- Sinh viên đóng bảng số liệu này vào thuyết minh, đánh dấu dòng số liệu của

mình Đồ án không có trang này kèm theo sẽ không được chấm.

- Sinh viên vắng quá 1 buổi duyệt đồ án sẽ không được chấm điểm.

- Ngày nộp đồ án & bảo vệ giảng viên hướng dẫn sẽ thông báo sau.

- Không nhận đồ án nộp trễ hạn.

-• Số liệu: Cho mặt bằng nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp như hình1 Nhịp nhà

L=38m, bước cột B=8m, độ dốc mái 15% Tấm lợp tole tráng kẽm 0,5mm, trọng lượng hệ thống kĩ thuật treo trên trần 0.05kN/m2 Hoạt tải mái tiêu chuẩn 0.3kN/m2(lưu ý hệ số vượt tải, tra trong TCVN 2737-1995)

THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP

H (m)

Sốbước

cột n

Vùng

áp lựcgió

Dạngđịa hình

• Thiết kế khung, kèo thép thiết diện chữ I tổ hợp hàn

• Thể hiện trên bản vẽ A1(đường nét theo đúng tiêu chuẩn kĩ thuật xây dựng)

- Khung ngang, chi tiết xà gồ, chi tiết nối kèo + đầu cột, chi tiết chân cột

- Mặt bằng xà gồ + giằng mái, chi tiết liên kết xà gồ và vì kèo, giằng dọc nhà

- Thống kê thép

• Thuyết minh tính toán chi tiết (TCVN 5575-2012),

• Để đơn giản việc tính toán, bỏ qua cửa mái, máng thu nước, giằng dọc đầu cột

Chương 1 : THIẾT KẾ KHUNG NGANG

1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG NGANG

Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện thay đổi

liên kết khớp với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu kiến trúc và thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc 15% (tương đương với góc dốc α = 8,53o) Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng cách đoạn đầu cách cột 1 đoạn là 7m, đoạn 2 là 5m, còn lại là tiết diện không đổi

Hình 1.1: Sơ đồ khung ngang.

2.1 Kích thước theo phương đứng.

• Chiều cao cột H = 7(m) tính từ mặt móng tới đỉnh cột

• Chiều cao đỉnh mái Hmai = 10,93(m) tính từ mặt móng tới đỉnh mái

2.2 Kích thước theo phương ngang.

Nhịp nhà là: L = 38(m) ( lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột)

2.2.1 Tiết diện xà ngang.

- Chiều cao tiết diện xà đoạn 1 : 1

- Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà;

- Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳngkhung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hăm cầu trục, động đất xuống móng

- Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấukiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,

- Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng cột:

Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió

Giằng mái V63x3

A

B

Giằng mái V63x3

Giằng mái V63x3

một cách nhanh chĩng Hệ giằng cột trên được bố trí (hình1.2)từ mặt mĩng đến đỉnh cột Hệ giằng cột được liên kết với bản cánh cột bằng phương pháp hàn

Hình 1.2: Sơ đồ hệ giằng cột

Hệ giằng mái:

Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ cĩ hệ giằng cột Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đĩ yêu cầu cấu tạo thanh chống Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường - cánh trên của xà chịu nén) Khi khung chịu tải giĩ, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên Tiết diện thanh chống chọn L50x3, điểm liên kết với xà gồ cách tâm xà ngang 1đoạn bằng chiều cao

xà ngang h

Hình 1.3: Sơ đồ hệ giằng mái

Chương 2: THIẾT KẾ XÀ GỒ

1.1 Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ.

• Độ dốc mái: i=15%, suy ra: α= 8.53o, sinα= 0.148, cosα= 0.989

• Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, trọng lượng bản thân xà gồ và

xà gồ được chọn trước, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ

• Tấm lợp mái:

STT Loại tải Dày(mm) Trọng lượng

riêng(kN/m3)

Trọnglượng(kN/m2)

Tổng tải tdlên xàgồ(kN/m2)

0 406880 42992 8630 6.28 2.5

• Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng bản thân xà

gồ, tải trọng hệ thống kĩ thuật và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái

• Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1.3 m

⇒ Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là :

1,3

1,315( ) cos8,53o = m

Hệ sốvượt tải

Tải trọng tiêuchuẩn

Tải trọng tínhtoán

• Kiểm tra lại xà gồ đã chọn

• Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên

• Chọn thép d12 để giằng xà gồ

• Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo vớiphương ngang một góc α = 8,53o (Độ dốc i = 15)

Hình 2.1: Mặt bằng và mặt cắt xà gồ.

1.4 Kiểm tra với xà gồ chữ “C”.

1.4.1 Sơ đồ tính

• Xà gồ có khoảng hở tại vị trí gối tựa và có thanh giằng ở vị trí giữa nhịp xà gồ,

ta xem là sơ đồ dầm đơn giản 1 nhịp :

q l

1.4.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn :

• Theo điều kiện bền:

Hình 2.2: Sơ đồ tính theo hai phương xà gồ

BL 16 L50x5

BL 16

y x

td

M M

• Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt

8,15kN 1,16kN/m 1,16kN/m 8,15kN

a, b,

Hình 2.3- a, Chi tiết xà gồ b, Chi tiết thanh chống xà gồ.

Chương 3 : TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN

Tổngtải(kN/m)

2 Hệ thống kt 0.05 1.05 0.05 8 0.42

4 Tổng tải trọng phân bố trên xà ngang(dầm) 1.16

1.1.2 Tải trọng bản thân khung ngang.

• Chương trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết diện cột và xà ngang

1.1.3 Tải trọng do xà gồ, tôn tường.

• Cột cao 7m

• Xà gồ và tôn tường lấy bằng tổng tải trọng phân bố trên xà ngang quy thành lựctập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến:

Q = 1,16 7 8,15( ) × = kN

2.1 Hoạt tải mái.

• Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn:

ptc=0,3kN/m2

• Tải trọng tính toán:

1,3 0,3 8

3,15( / ) cos( ) cos(8,53 )

tc tt

Hình 3.2: Hoạt tải mái trái và mái phải

2.2 Hoạt tải gió.

2.2.1 Khung chính.

• Khung chính chịu tải gió theo phương ngang nhà

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

• Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển thành phân bố trên cột khung

• Gió thổi trong phạm vi mái được tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân bố lên khung

Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió III-B, địa hình B áp lực phân bố là:

Wo=1,25 (kN/m2)

• Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang được tính như sau:

q =( n×W o×k×c×B)

• Trong đó :

• Wo : là áp lực gió tiêu chuẩn

• k : là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địahình

• B : bước cột

• n = 1,2 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

• c : Hệ số khí động , được tra bảng với sơ đồ sau đây:

STT Loại tải

Tải trọngtcWo(kN/m2)

Hệ số k Hệ số c vượt tảiHệ số

Bướckhung(m)

Tổngtải(kN/m)

Hình 3.3: Tải trọng gió ngang tác động lên khung.

Tra theo sơ đồ 2 trong tiêu chuẩn TCVN 2737-1995, phụ thuộc vào góc α, tỉ số H/L,

và tỉ số ∑ B L / , (∑ B là chiều dài toàn nhà) được giá trị :

19000 19000

Ce1 = -0,14 ; Ce2 = -0,4 ; Ce3 = -0,5 ; Ce = +0,8

(dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài).

Chương 4: XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ KHUNG

Đặc trưng hình học tiết diện Jx(cm4) Wx(cm3) rx(cm) Jy(cm4) Wy(cm3) ry(cm) A(cm2) 323105.84 6462.1169 39.0248

Đặc trưng hình học tiết diệnJx(cm4) Wx(cm3) rx(cm) Jy(cm4) Wy(cm3) ry(cm) A(cm2)66492.24 2659.69 20.90428 3606.739 240.4493 4.868634 152.16

• D: (dead) tải trọng bản thân.

• SD: (super dead) tải trọng cấu tạo

• HTMT: Hoạt tải mái trái

• HTMP: Hoạt tải mái phải

• HTMD: Hoạy tải mái đầy

• HTGNT: Hoạt tải gió ngang trái

• HTMNP: Hoạt tải gió ngang phải

• Gán tải lên phần mềm Sap2000

Hình 4.2: Tải trọng cấu tạo.

Hình 4.3: Hoạt tải mái trái

Hình 4.4: Hoạt tải mái phải

Hình 4.5: Hoạt tải mái đầy.

Hình 4.6: Hoạt tải gió ngang trái.

Hình 4.7: Hoạt tải gió ngang phải.

Hình 4.10: Biểu đồ bao lực cắt(kN).

4 THIẾT KẾ CỘT KHUNG.

4.1 Xác định chiều dài tính toán.

• Tiết diện cột thay đổi: I500x300x16x12 – I1000x300x16x12.

• Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột vát xác định theo công thức:

Lx = µµ1H

• Trong đó :

µ : Hệ số xác định như đối với cột có tiết diện không đổi

µ1 : Hệ số chiều dài tính toán bổ sung (bảng IV.1 phụ lục)

H : Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng

• Tỷ số cứng đơn vị của xà và cột :

cot

7 0,184 38

• Tra bảng xác định hệ số µ1: Imin / Imax = 66492 / 323106 0,2 = ⇒ = µ1 1,45

• Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức:

Lx = µµ1H = × 3,5 1,45 7 35,5( ) × = m

• Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà Giả thiết bố trí giằng dọc nhà bằng thép chữ C tại cao trình +4.00, nên

Ly=4(m)

4.2 Chọn tổ hợp tải và kiểm tra tiết diện.

• Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất):

• Trường hợp 1: N ,M ,Vmax tu tu: Tổ hợp: U3(TH3)

y y y

l i

3 6

fA A

×

×

• Độ lệch tâm quy đổi: me = η mx

• Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có:

Suy ra: me = η mx = 1.23 16 19,7 × = , do me < 20 nên không cần kiểm tra bền.

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

2

.

129,3 10

8,46(k / ) 0,9 21 18,9( / ) 0.072 212,16

ϕ σ

do trường hợp tải trọng Tổ hợpU3 gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột

do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là: M = 0(kN.m)

• Mômen tưng ứng với trường hợp tải đó tại đỉnh cột:

• M là mômen tại vị trí 1/3 đoạn cột tính từ đỉnh cột.

M’= max( ;

2

M M

) = max(

630,34 420,23;

C

m

ϕ ϕ

= +

• Trong đó:

ϕy : Hệ số uốn dọc của cấu kiện nén đúng tâm (bảng IV.2 phụ lục)

Với λy = 96,9 và cường độ thép f = 210(MPa), tra được ϕy = 0,605

3 2

1

3 1

.8.( ) 1

h: Chiều cao tiết diện (khoảng cách giữa trọng tâm 2 cánh)

a: Chiều rộng của cánh thép góc thẳng đứng, không kể đến chiều dày tấm cánh

1

y b

C

m

ϕ ϕ

w w

h t

− ×

=> Bảng bụng và bảng cánh không bị mất ổn định, không cần gia cường thêm sườn.

4.3 Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng cột.

• Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản

bụng Lực cắt lớn nhất: V ,M ,Nmax tu tu: Tổ hợp U3.

Có :Vmax = 90(kN)

• Cường độ chịu cắt của đường hàn: fwf = 18(k / N cm2)- Que hàn N42

• Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: fws = 0.45 40 18(k / × = N cm2)

=> Chọn min ( βf wff , βs wsf ) = Min (0.7 18,1 18) 12,6(k / × × = N cm2)

3

100 1,6 (30 1,6) 2361( )

v f f

Chọn hf = 6mm cho suốt chiều dài cột

5 THIẾT KẾ XÀ NGANG TIẾT DIỆN THAY ĐỔI.

( I1000x300x16x12 – 500x300x16x12 (7m) ).

5.1 Chọn tổ hợp tải.

• Chọn tổ hợp có: M ,N ,,Vmax tu tu: Tổ hợp: U3, tại vị trí đầu xà.

=>Mmax = 630,34( ), kN m Ntu = 105,34( ),V kN tu = − 95,224(kN)

5.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn sơ bộ.

• Như tiết diện sơ bộ đã chọn:

Kích thước tiết diện đầu xàChiều cao

H(mm)

Cánh trên Bản bụng Cánh dướibf(mm) tf(mm) tw(mm) hw(mm) bf(mm) tf(mm)

Đặc trưng hình học tiết diện Jx(cm4) Wx(cm3) rx(cm) Jy(cm4) Wy(cm3) ry(cm) A(cm2) 323105.84 6462.1169 39.0248

fA A

×

×

• Độ lệch tâm quy đổi: me = η mx

• Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có:

w x

1

3 1

h: Chiều cao tiết diện (khoảng cách giữa trọng tâm hai cánh)

a: Chiều rộng của cánh thép góc thẳng đứng, không kể đến chiều dày tấm cánh

• Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang.

• Điều kiện để không cần kiểm tra ổn định của dầm:

w w

× = > Bản bụng không tăng cường sườn cứng ngang

• Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng.

Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng Lực cắt lớn nhất: Tổ hợp: U3

Vmax = − 95,224(kN);Mtu = 630,34( ); kN m Ntu = 105,34( ) kN

• Cường độ chịu cắt của đường hàn: fwf = 18(kN/ cm2).

• Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: fws = 0.45 40 18(kN/ × = cm2)

Chọn min ( β f wff , βs wsf ) = Min (0.7 18,1 18) 12,6(kN/ × × = cm2)

3

100 1,6 (30 1,6) 2361( )

v f f

Chọn hf = 6mm cho suốt chiều dài cột

6 THIẾT KẾ XÀ NGANG TIẾT DIỆN THAY ĐỔI

(I500x300x16x12 – 400x300x16x12 (5m) ).

6.1 Chọn tổ hợp tải.

• Trường hợp có: M ,N ,Vmax tu tu: Tổ hợp: U8, tại vị trí đầu đoạn.

=>Mmax = − 277,27( ), kN m Ntu = − 28,2( ),V kN tu = − 13,9(kN)

6.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn sơ bộ.

• Như tiết diện sơ bộ đã chọn:

Kích thước tiết diện xà không đổiChiều cao

H(mm)

Cánh trên Bản bụng Cánh dướibf(mm) tf(mm) tw(mm) hw(mm) bf(mm) tf(mm)

Đặc trưng hình học tiết diện

Jx(cm4)

Wx(cm3) rx(cm) Jy(cm4) Wy(cm3) ry(cm) A(cm2)66492.24 2659.69 20.90428 3606.739 240.4493 4.868634 152.16

• Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện như sau:

w x

1

3 1

t1: Chiều dày tấm cánh.

bf : Bề rộng tấm cánh

h: Chiều cao tiết diện (khoảng cách giữa trọng tâm hai cánh)

a: Chiều rộng của cánh thép góc thẳng đứng, không kể đến chiều dày tấm cánh

• Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang.

w w

× = > Bản bụng không tăng cường sườn cứng ngang

• Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng(que hàn N42).

Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng

Lực cắt lớn nhất: Tổ hợp: U3.

Vmax = 53,58(kN);Mtu = 105,7( ); kN m Ntu = 102( ) kN

• Cường độ chịu cắt của đường hàn: fwf = 18(kN/ cm2)

• Cường độ chịu cắt của thép cơ bản: fws = 0.45 40 18(kN/ × = cm2)

Chọn min ( β f wff , βs wsf ) = Min (0.7 18,1 18) 12,6(kN/ × × = cm2)

3

500 16 (30 1,6) 1161,6( )

v f f

Chọn hf = 6mm cho suốt chiều dài cột

7 THIẾT KẾ XÀ NGANG TIẾT DIỆN KHÔNG ĐỔI (7M).

( I400x300x16x12 (7m) ).

7.1 Chọn tổ hợp tải.

• Trường hợp có: M ,N ,Vmax tu tu: Tổ hợp: U8, tại vị trí đầu đoạn.

=>Mmax = − 194,7( ), kN m Ntu = − 26,7( ),V kN tu = − 21,9(kN)

7.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn sơ bộ.

• Như tiết diện sơ bộ đã chọn:

Kích thước tiết diện xà không đổiChiều cao

H(mm)

Cánh trên Bản bụng Cánh dướibf(mm) tf(mm) tw(mm) hw(mm) bf(mm) tf(mm)

400 300 16 12 368 300 16

Đặc trưng hình học tiết diệnJx(cm4) Wx(cm3) rx(cm) Jy(cm4) Wy(cm3) ry(cm) A(cm2)40393.5 2019.7 16.98 3605.3 240.4 5.1 140.16

• Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện như sau:

σtd = σ12+ 3 τ12 ≤ 1.15 γcf

Trong đó:

2

2 1

w x

1

3 1

h: Chiều cao tiết diện (khoảng cách giữa trọng tâm hai cánh)

a: Chiều rộng của cánh thép góc thẳng đứng, không kể đến chiều dày tấm cánh

• Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện xà ngang.

w w

× = > Bản bụng không tăng cường sườn cứng ngang

• Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng.

Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng

Lực cắt lớn nhất: Tổ hợp: U3.

Vmax = 53,58(kN);Mtu = 105,7( ); kN m Ntu = 102( ) kN

• Cường độ chịu cắt của đường hàn: fwf = 18(kN/ cm2).