vd do an thep

giúp bạn làm đồ án thép 2

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP

- Chiều dài nhà: 66 (m) (nhà có 11 bước cột)

- Phân vùng gió: II-A (Địa điểm xây dựng Thành phố Cần Thơ)

Vật liệu thép Mác CCT34s có cường độ:

f = 21 (kN/cm2)

fv = 21 (kN/cm2)

fc = 32 (kN/cm2)

Hàn tay, dùng que hàn E42

II Xác định các kích thước chính của khung ngang:

Chọn cầu trục có sức trục 20 (T), chế độ làm việc nặng (sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – trang 88)

BK (mm)

Bề rộngđáy KK

(mm)

T.lượngcầu trục

Với: bk = 0.3 (m) - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

Hk = 1.33 (m) - theo thông số cầu trục đã chọn

 Chọn H2 = 1.7 (m)

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:

H = H1 + H2 + H3 = 8 + 1.7+ 0 = 9.7 (m)Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray, H1 = 8 (m)

H3 - phần cột chôn dưới cốt nền, coi mặt móng ở cốt  0,000 (H3 = 0)

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Ht = H2 + Hdct + Hr = 1.7 + 0.6 + 0.2 = 2.5 (m) Trong đó: Hdct - chiều cao dầm cầu trục, chọn sơ bộ Hdct = 0.6 (m)

Hr - chiều cao của ray và đệm, lấy Hr =0.2 (m)

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

Hd = H - Ht = 9.7 – 2.5 = 7.2 (m)

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

2

5.22252

*15

120

1

*15

120

1

m H

CHƯƠNG I:

THIẾT KẾ HỆ GIẰNG

  

-I Nhiệm vụ của hệ giằng:

Hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quan trọng:

- Đảm bảo độ cứng không gian của nhà

- Giảm bớt chiều dài tính toán của xà và cột khung theo phương ngoài mặt phẳng, từ đótăng ổn định tổng thể cho khung ngang

- Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng

- Đảm bảo cho việc thi công lắp dựng kết cấu được an toàn và thuận tiện

II Cấu tạo:

Hệ giằng trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm hai bộ phận chính là hệgiằng mái và hệ giằng cột

1 Hệ giằng mái:

Được bố trí trong mặt phẳng thân cánh trên tại hai đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu khốinhiệt độ và ở giữa nhà tùy theo chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bố trí cáchnhau không quá 5 bước cột Bản bụng của hai thanh xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanhgiằng chéo chữ thập

Mặt bằng bố trí giằng mái

2 Giằng cột:

Hệ giằng cột có tác dụng bảo đảm độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột, tiếp nhận vàtruyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tải trọng gió lên tường hồi,lực hãm dọc nhà của cầu trục

Lực kéo trong thanh giằng: T = * 0,01* *

-  : góc của giằng chéo tạo với mặt phẳng ngang

Chọn các thanh thép tròn 20 bố trí các thanh giằng chéo trong phạm vi cột trên và cộtdưới tại những gian có hệ giằng mái

Mặt đứng bố trí giằng cột

Cấu tạo các chi tiết giằng

3 Tải trọng tác dụng lên tấm tôn sóng:

Gồm có: tải trọng gió, trọng lượng bản thân và hoạt tải mái Thường thì tôn có độ dốc i

 20%, do vậy tải trọng gió có chiều ngược với hoạt tải mái và trọng lượng bản thân của tấm tôn Ta chọn tổ hợp tải có trị tuyệt đối lớn nhất để tính toán

a Tải trọng gió:

B C k n q

q1 c* q* * e* (daN/m)Trong đó:

 qc: giá trị áp lực gió lấy theo bảng đồ phân vùng áp lực gió (TCVN 2737-1995)

 k: Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình (TCVN 1995)

2737- Ce: Hệ số khí động phụ thuộc vào hướng gió và dạng mái (TCVN 2737-1995)

 nq: Hệ số vượt tải đối với tải trọng gió, lấy bằng 1,2

 B: Diện hứng gió, tính trên 1m tính toán B = 100 (cm)

Ta chọn sơ bộ khoảng cách giữa các xà gồ là 1.5 (m) (trên mặt bằng) Chọn sơ bộ chiều dày tôn  = 0.40 (mm).

Dựa vào tỷ số 0.388

25

7.9

Lấy chiều cao của đỉnh mái (+ 11.2 m) tra bảng ta xác định được: k = 1.19

Địa điểm xây dựng thuộc phân vùng II-A nên: qc = 83 (daN/m2)

 q1 83*1.2*1.19*(0.4)*147.41 (daN/m)

b Hoạt tải mái:

B n p

Trong đó: + pc : hoạt tải mái tiêu chuẩn, pc = 30 (daN/m2)

+ np: hệ số vượt tải, lấy bằng 1.3

+ B: Diện tác dụng lên tấm tôn, tính trên 1m tính toán B = 100 (cm)

 q2 30*1.3*139(daN/m)

c Trọng lượng bản thân tấm tôn:

B n g

q3 c* g* (daN/m)

T c

g 1.2**

Trong đó:

+ gc: Trọng lượng tiêu chuẩn của tấm tôn

+ : bề dày tấm tôn

+ Hệ số vượt tải 1.2 kể đến phần tôn dập sóng

+ T = 7850 (daN/m3): Khối lượng riêng của vật liệu làm tấm lợp

+ ng: hệ số vượt tải, lấy 1.1

+ B: Bề rộng tính toán của tấm tôn, B = 100 (cm)

 q3  1 2 * 0 0004 * 7850 * 1 1 * 1  4 15 (daN/m)

d Tổ hợp tải trọng tác dụng lên tấm tôn:

Chọn tổ hợp nguy hiểm trong các tổ hợp sau:

- TH1: qTH1 = q1 + q3 = -47.41 + 4.15 = -43.26 (daN/m)

- TH2: qTH2 = q2 + q3 = 39 + 4.15 = 43.15 (daN/m)

e Nội lực và kiểm tra tiết diện tấm tôn:

- Nội lực: chủ yếu tính Mmax của tấm tôn, dùng các phương pháp sức bền vật liệu ta xác định được giải nội lực cấu kiện ứng với tổ hợp TH1.

a = 1.5 (m)



342.12)842.6cos

5.1(

*26.43

*8

1

*8

5.2

*04.0(

*16)85.0

*04.0

*4.6(

*7)65.1

*04

87.3

l q

x

tc

301.0100

*87.3

*10

*1.2

)842.6cos

150(

*74.35

*384

5

*

*

*384

5

6

4 4

1.1

15.42.1

41.47

200

110

*01.2150

Với nhà có bước khung không quá lớn B = 6 (m) ta chọn xà gồ dạng thanh loại chữ C có

số hiệu 6CS2.5x085 (sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – trang 85)

*0004.0

*2.1

- Trọng lượng bản thân của xà gồ là: gxg = 5.09 (daN/m)

- Hoạt tải mái: pc = 30 (daN/m2)

 Tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ:

6.571.109.5995

.0

2.1)3.1301.177.3(

*cos

*)

.0

5.1)3077.3(cos

*)(

*6.57cos

*10.56cos

* 6 57 sin

675 6 119 0

* 10 56 sin

6

*19.578

l q

84.308

6

*8544.68

l q

Với: lx = ly = B = 6 (m)

- Kiểm tra điều kiện bền

3.119557

.8

308481

.30

x

W

M W

M

 (daN/cm2) < f*c = 2100 (daN/cm2)

Với : c = 1 là hệ số điều kiện làm việc

- Kiểm tra điều kiện độ võng

90.1100

*17.235

*10

*1.2

600

*7.55

*384

5

*

*

*384

5

6

4 4

tc x x

I E

l q

(cm)

46.1100

*75.36

*10

*1.2

600

*675.6

*384

5

*

*

*384

5

6

4 4

tc y y

I E

l q

(cm)39

2 46 1 90

1 2 2 2

*99.3600

39

Vậy chọn xà gồ trên là thỏa mãn về điều kiện bền và độ võng

Với nhà có bước khung không quá lớn B = 6 (m) ta chọn dầm sườn tường là thép dạng thanh loại chữ C có số hiệu 6CS4x105 (sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, mộtnhịp – trang 85) đỡ tấm vách tole Ta có các thông số sau :

2 Tải trọng tác dụng lên dầm sườn tường:

Gồm có: trọng lượng của tấm vách, trọng lượng bản thân dầm sườn tường và tải trọng gió

a Theo phương đứng: (theo phương trục x-x)

Dầm chịu trọng lượng bản thân và trọng lượng tấm vách.

63 13 1 1

* 87 7 2 1

* 1 77 3

b Theo phương ngang: (theo phương trục y-y)

Dầm chịu tải trọng gió

87.1112.18.0

*17.1

*2.1

*83

* 17 1

6

*63.138

l q

42.5038

6

*87.1118

l q

Với: lx = ly = B = 6 (m)

- Kiểm tra điều kiện bền

58.123860

.52

5034279

.21

x

W

M W

M

 (daN/cm2) < f*c = 2100 (daN/cm2)

Với : c = 1 là hệ số điều kiện làm việc

- Kiểm tra điều kiện độ võng

70.0100

*52.141

*10

*1.2

600

*39.12

*384

5I

*

*

*384

5

6

4 y

87.1100

*25.401

*10

*1.2

600

*23.93

*384

5I

*

*

*384

5

6

4 x

0 2 87 1 70

0 2 2 2

*33.3600

0

Vậy chọn dầm sườn tường trên là thỏa mãn về điều kiện bền và độ võng

X

XYY

CHƯƠNG V:

TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

  

-I Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải):

Độ dốc mái i = 10%  = 5.710 (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, sườn tường, trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầutrục

- Trọng lượng bản thân các tấm lợp và xà gồ mái thép hình được tính trên 1 (m) dài nhưsau: 1.1*5.09*6 58.6

995.0

1

*6

*77.3

*1

* 87 7

* 8

* 1 1 10

* 6

* 77 3

* 1

* 1

* 05

*5.075.0(

*3.6)

*5.0(

*3

164 kg/m 664.36 kg

II Hoạt tải mái:

Theo 2737:1995, trị số của họat tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tôn) là 0.3 (kN/m2),

hệ số vượt tải là 1.3

Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

352.2995.0

6

*3.0

*3.1

Hoạt tải nửa mái trái và nửa mái phải

III Tải trọng gió:

- Gồm hai thành phần: gió tác dụng lên cột và gió tác dụng trên mái

- TP Cần Thơ thuộc khu vực IIA có áp lực gió tiêu chuẩn W0 = 83 (kN/m2), hệ số vượttải là 1.2

- Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, ta có số liệu sau:

417.024

* 8 0

* 18 1 83 0

* 2 1

- Phía khuất gió:

53 3 6

* 5 0

* 18 1 83 0

* 2 1

* 441 0

* 194 1

* 83 0

* 2 1

* 4 0

* 194 1 83 0

* 2 1

Tải trọng gió trái sang và gió phải sang.

III Hoạt tải cầu trục:

Theo bảng số liệu cầu trục 16 (T) với chế độ làm việc nặng:

BK (mm)

Bề rộngđáy KK

(mm)

T.lượngcầu trục

từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất cả bánh xe cầu trục lên cột:

4230 4230

1 0.83

Pmax: áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray

Pmin: áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ở phía cột bên kia

yi: tung độ đường ảnh hưởng

- Các lực Dmax và Dmin sẽ thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm

so với trục cột là : e = L1 – 0.5*h = 0.75 – 0.5*0.5 = 0.5 (m)

Trị số của momen lệch tâm tương ứng:

Mmax = Dmax*e = 262.5 *0.5 = 131.3 (KN.m)

Mmin = Dmin*e = 67.8*0.5 = 33.9 (kN.m)

- Lực hãm ngang T, truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình đang hãm, T được xácđịnh bằng công thức sau:

*(

1 0 5

I Xác định nội lực:

Nội lực trong khung ngang được xác định với tùng trường hợp chất tải bằng phần mềmSAP 2000 Kết quả tính toán được thể hiện các biểu đồ và bản thống kê nội lực Dấu của nội lựclấy theo qui định chung trong sức bền vật liệu

Dưới đây thể hiện hình dạng biểu đồ nội lực cho nửa khung bên trái với các trường hợpchất tải Đơn vị tính là Kg, Kg.m

Qui ước chiều dương của nội lực theo SBVL

HOẠT TẢI CHẤT NỬA MÁI TRÁI (HT1)

564 kg/m

353 kg/m

24000

A B

GIÓ PHẢI (GP)

2 Chọn sơ bộ tiết diện:

a Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột:

Chiều cao tiết diện cột được chon theo yêu cầu độ cứng:

)667.05.0(10

*)20

115

1(

*)20

115

h

100

170

1(

*)100

170

t  ( 10  200 ) ; 

=> Chọn tf = 10 mm

Tiết diện cột như hình vẽ:

+ Đoạn giữa và đoạn cuối của xà:

- Nội lực do tĩnh tải cần kể đến trong mọi trường hợp

- Không được xét đồng thời nội lực do Dmax và Dmin ở cùng một phía cột

- Nếu kể đến nội lực do lực hãm ngang T thì phải kể nội lực đứng Dmax, Dmin Ngược lại,

có thể nội lực do áp lực đứng Dmax, Dmin, mà không cần kể nội lực do lực hãm ngang T

- Nội lực do áp lực đứng Dmax xét ở phía cột nào thì nội lực do lực hãm ngang T phải kểđến ở phía cột đó

min - Ntư; Nmax - M

3 HT2 (Hoạt tải chất nửa mái phải).

4 HT3 (Hoạt tải chất đầy mái)

5 HT4 (Áp lực đứng của cầu trục lên cột trái)

6 HT5 (Áp lực đứng của cầu trục lên cột phải)

7 HT6 (Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái)

8 HT7 (Lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải)

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC

( Đơn vị tính : Kg, Kg.m)

Cấu

Kiện Tiết Diện Nội Lực M max , N tư , Q tư M min , N tư ,

Q tư N max , M tư , Q tư

CHƯƠNG VII:

THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

  

-I Thiết kế tiết diện cột:

1 Xác định chiều dài tính toán:

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột ta giả thuyếtbằng nhau, ta có:

417.024

10

*

*:

I H

I L

56 0 417 0 14 0

56 0

* 324 1

65 3



y

2 Chọn và kiểm tra tiết diện:

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán:

100

*96.165

*)8.22.2(25.1

*1

*21

41.304

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

8.68)20

*0.1(

*248

*6



2954312

48

*)6.020(

*5.0

*212

20

*1

*212

48

*6

100

*24.13

i

l

40

4 8 68

4.4

100

*65.3

i

l

.02

.210

*.2

21

*9.63

21

*95.82

8.68

*41.304

100

*96.165

*)17.35(

*02.0)17.3

*1.075.1

20

*1

 vàm e 4.44, tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy có e = 0.242

 Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức:  * 0.242304*.4168.8 18.28

A

N

e x



 (kN/cm2) < f*c = 21 (kN/cm2)

Để kiểm tra ổn định tổng thể theo phương ngoài mặt phẳng uốn cần tính trị số mômen ở 1/3 chiều cao của đoạn cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn Trị số momen uốn tại tiết diện dưới vai cột là: 144.16 (kN.m)

Vậy trị số của mômen tại 1/3 chiều cao cột, kể từ tiết diện chân cột là:

)]

96.165(16.144[96.165

;59.62max(

)2

;max( _

8.68

*41.304

100

*98.82

21

*14.3

*14

 = 0.65 + 0.05*mx = 0.65 + 0.05*1.59= 0.730

463.059.1

*730.01

*730.01

* 701 0

* 463 0

41 304

*



A c

N

y y



* Kiểm tra lại tiết diện cột với cặp nội lực sau:

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán:

M = -262.65 (kN.m)

N = -102.10 (kN)

Q = -56.25 (kN)

Đây là cặp nội lực tại tiết diện chân cột, trong tổ hợp do trường hợp COMB43 gây ra

Độ lệch tâm tương đối :

97.141182

8.68

*10.102

100

*65.262

*)97.145(

*02.0)97.14

*1.075.1

48

*6.0

20

*1

 vàm e 10.45, tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy có e = 0.121

 Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức:  N  102.10 12.26

x

 (kN/cm2) < f* = 21 (kN/cm2)

Để kiểm tra ổn định tổng thể theo phương ngoài mặt phẳng uốn cần tính trị số mômen ở 1/3 chiều cao của đoạn cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn Trị số momen uốn tại tiết diện dưới vai cột là: -55.96 (kN.m)

Vậy trị số của mômen tại 1/3 chiều cao cột, kể từ tiết diện chân cột là:

45.1563

)]

65.262(96.55[65.262

;45.156max(

)2

;max( _

8.68

*10.102

100

*45.156

W

A N

21

*14.3

*14

y

m

c

*1

701.01

* 701 0

* 124 0

10 102

*



A c

N y y

)6.020(

*5.0

Vì 0 8  x  2 02  4 nên:

77.1721

10

*1.2

*)02.2

*1.036.0(

*)

*1.036.0(

4

b

f

Vì m x  3 17  1 và x  2 02  2 nên:

30.6021

10

*.2

*)02.2

*35.02.1(

*)

*35.02.1(

4 2

2

h

x w

w



6.0

*1

3 4   không phải đặt vách cứng

6.0

75.3030.60

*6.0

*85.0

*

*85.0

t

h t

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

9 76 ) 20

* (

* 2 6 0

* 75 30

* 2

*

* 2

 Không cần kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thể

 Kiểm tra chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột:

Từ kết quả tính toán bằng phần mềm Sap 2000 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là x = 0 (m)



300

1300

010

Vậy: tiết diện cột đã chọn là đạt yêu cầu

II Thiết kế tiết diện xà ngang:

Chia đoạn xà ra làm 2 đoạn để thiết kế và kiểm tra

1 Chọn và kiểm tra tiết diện đoạn x à 4 m (thay đổi tiết diện).

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán:

M = -205.61 (kNm)

N = -39.85 (kN)

Q = -49.66 (kN)

Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà trong tổ hợp do trường hợp COMB38 gây ra:

Moment chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang:

1.9791

*21

100

*61.205



c

yc x

f

M W

Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu theo công thức sau, với bề dày bản bụng chọn sơ bộ là 0.6 (cm)

)48.4846.46(6.0

1.979

*)2.115.1(



w

yc x

t

W k

 chọn h50(cm)

tw = 0.6 (cm) >23* * * 23*5049*12.66*10.12

c v

f h

V

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức:

78.1549

2

*12

48

*6.02

50

*.979

2

*12

*2

*)

*

3 2

x

yc f

*0.1(

*248

*6



2954312

48

*)6.020(

*5.0

*212

8.68

*85.39

100

*61.205



x x

W

A N

100

*61.2058

.68

85.39

W

M A

100

*61.205

*

h

h W

x

w x

f

t I

S Q

0.150

*)0.120



f

 1.37

6.0

*29543

490

*66.49

*

*

w x

f

t I

S Q

15 24 1 21

* 15 1

*

* 15 1 87 16 37 1 3 70

.1

)6.020(

*5.0

* 2

1

* 2





f E

806.0

* 5 5

* 5 5

4





f E

 Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén (khôngphải đặt sườn dọc)

806.0

* 2 3

* 2 3

4





f E

 Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp (không phảiđặt sườn cứng ngang)

Vậy: tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu

2 Chọn và kiểm tra tiết diện đoạn xà 8 m (không thay đổi tiết diện):

Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán:

M = 72.34 (kN.m)

N = -34.54 (kN)

Q = 3.45 (kN)

Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà trong tổ hợp do trường hợp COMB3 gây ra:

Moment chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang:

5.3441

21

100

*34.72

Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu theo công thức sau, với bề dày bản bụng chọn sơ bộ là 0.6 (cm)

)75.2856.27(6.0

5.344

*)2.115.1(



w

yc x

t

W k

2

*12

23

*6.02

25

*5.344

2

*12

*2

*)

*

3 2

x

yc f

b

Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn là: bf = 20 (cm), tf = 1.0 (cm)