TOT NGHIEP hau

Don an tot nghiep

I lËp mÆt b»ng kÕt cÊu

K L

H G F E D C

B A A

1 Lựa chọn các cấu kiện

Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng ợng bản thân của xà gồ Lớp mái và xà gồ đợc chọn trớc theo tài liệu “ Pre - Engineered Buildings Design Manual “ Sau đó đợc kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ

l-1.1.Tấm lợp mái : (single skin panels) và lớp cách nhiệt

Chọn tấm lợp mái và lớp cách nhiệt có hình dạng và các thông số kỹ thuật nh sau:

lớp cách nhiệt lớp tôn lợp

Hình vẽ 3: Kích thớc tấm lợp và tấm cách nhiệt

B¶ng 1: C¸c th«ng sè cña tÊm lîpChiÒu dµy cña tÊm

lîp (mm)

Träng lîng (kN/m2)

DiÖn tÝch cña mét tÊm

lîp (m2)

T¶i träng t¸c dông cho phÐp (kN/m2)

H×nh vÏ 4: Chi tiÕt vµ vÞ trÝ sö dông xµ gå

2 T¶i träng t¸c dông lªn xµ gå

T¶i träng t¸c dông lªn xµ gå gåm : t¶i träng t«n lîp m¸i, t¶i träng líp c¸ch

nhiÖt, t¶i träng b¶n th©n xµ gå vµ t¶i träng do ho¹t t¶i söa ch÷a m¸i

2.1 TÜnh t¶i

Tĩnh tải do các lớp vật liệu mái truyền xuống xà gồ đợc tính toán trong bảng :

Bảng 3: Bảng tải trọng của các lớp vật liệu

Để tính toán nội lực lên xà gồ ta coi xà gồ làm việc nh dầm đơn giản mà gối tựa

là xà ngang Sơ đồ tính và biểu đồ xác định mômen nh hình vẽ

Tải trọng tác dụng lên xà gồ là tải trọng phân bố đều Xà gồ chịu uốn xiên theo hai phơng x-x và y-y, với góc nghiêng α = 11,30 Ta tính toán các tải trọng tác dụng theo hai phơng x và y

q B

- Theo ®iÒu kiÖn bÒn :

y x

MM

 =

600150

Độ võng của xà gồ kiểm tra trong mặt phẳng tác dụng của qx và qy, độ võng đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp:

Tiết diện đã chọn thoả mãn điều kiện về độ võng

Vậy tiết diện xà gồ chữ C đã chọn đảm bảo điều kiện về bền và biến dạng

Iii thiết kế khung ngang thép

Chọn chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng :

Chọn sơ bộ tiết diện xà thay đổi :

Chiều cao tiết diện tại đỉnh cột : h1 = 0,3m

Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung : h2 = 0,22m

Chiều dày bản bụng :tw = 0,006m

Hình vẽ 6: Các kích thớc chính của khung ngang.

2 Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái, giằng cột

2.1 Tác dụng của hệ giằng mái, giằng cột

Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của kết cấu nhà, có các 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 phơng dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nh gió lên tờng hồi, lực hãm của cầu trục

+ Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột …+ Làm cho lắp dựng an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xởng đợc chia thành hai nhóm: giằng mái và giằng cột2.2 Bố trí hệ giằng mái, giằng cột ( xem bản vẽ kết cấu ).

3 Tải trọng tác dụng lên khung ngang

3.1 Tĩnh tải mái và các lớp bao che

a) Tải trọng của các lớp mái và xà gồ đa về tải trọng phân bố đều trên rờng ngang+ Tĩnh tải mái đợc tính toán và lập thành bảng dới trong đó các hệ số vợt tải đợc lấy theo TCVN 2737 - 1995 :

3.2 Ho¹t t¶i m¸i

Theo TCVN 2737-1995 trÞ sè tiªu chuÈn cña ho¹t t¶i thi c«ng hoÆc söa ch÷a m¸i

lµ 0,3 (kN/m2 ), hệ số vượt tải là 1,3

Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang :1,3.0,3.6 = 2,34 (kN/m)

Hình vẽ 8 : Sơ đồ chất hoạt tải mái trái

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

Gió thổi lên mặt tờng dọc đợc chuyển thành phân bố trên cột khung

Gió thổi trong phạm vi mái đợc tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân

bố lên khung

Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió I - A Theo TCVN 2737 - 1995 áp lực phân bố ở độ cao 10m là: Wo= 0,55 (kN/m2) ( do giảm đi 10kN/ m2 vì ở vùng gió I-A )

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng của công trình là:

+ Mức đỉnh cột cao trình + 6(m) có k1= 1,092 (nội suy)

+ Mức cao trình cửa máI +10,1 (m) có k2= 1,181 (nội suy)

+ Mức cao trình chân máI của cửa mái +12 (m) có k3= 1,204 (nội suy)

+ Mức cao trình đỉnh mái +12,5 ( m ) có k4= 1,21 (nội suy)

+ Bớc cột B = 6 m

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

+ C : Hệ số khí động lấy theo sơ đồ 8 TCVN 2737 - 1995 cho nhà 1 nhịp có cửa mái 2 mái dốc 2 phía Sơ đồ nh hình vẽ

Vậy tải trọng gió tác dụng lên khung lần lợt gồm:

+ Tải trọng gió tác dụng lên cột :

qtt

d = 1,2.0,55.1,092.0,8.6 = 3,46(kN/m)

qtt

h = 1,2.0,55.1,092.0,5.6 = 2,16 (kN/m)+ Tải trọng gió tác dụng lên mái;

qtt

d = 1,2.0,55.1,137.0,247.6 = 1,12 (kN/m)

qhtt =1,2.0,55.1,137.0,5.6 = 2,25 (kN/m)+ Tải trọng gió tác dụng lên cột cửa máo :

qtt

d = 1,2.0,55.1,204.0,7.6 = 3,34 (kN/m)

qtt

h = 1,2.0,55.1,204.0,6.6 = 2,86 (kN/m)+ Tải trọng gió tác dụng lên mái cửa mái :

Hình vẽ 13 : Hoạt tải gió phải

4 Xác định nội lực khung ngang

8,48

-10 ,55

-34 ,86

21 ,35

-19,86 -12,04

-31,9

6,06

-42 ,13

7,42

3,56

15,26

-18 ,98

34,75

40 ,62

Q ( kN )

Hình vẽ : Sơ đồ nội lực do gió trái

-13 ,93 -11,17

M ( kNm )

18,35

-0,49-0,49

0,72

Q ( kN )

Hình vẽ : Sơ đồ nội lực do gió phải

Từ kết quả tính toán nội lực nh trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm

ra trờng hợp nội lực bất lợi nhất để tính toán tiết diện khung Với cột ta xét 4 tiết diện: chân cột, vai cột (2tiết diện), đầu cột Với rờng ngang ta xét 3 tiết diện: đầu r-ờng, 1/3 rờng, đỉnh rờng Tại mỗi tiết diện có các trị số M, N, V

Ta xét 2 loại tổ hợp

- Tổ hợp cơ bản 1: gồm tĩnh tải thờng xuyên và 1 hoạt tải

- Tổ hợp cơ bản 2: gồm tải trọng thờng xuyên và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9 Kết quả cụ thể đợc ghi trong bảng tổ hợp

5.1 Tính tiết diện cột biên

a) Chiều dài tính toán cột

- Chọn phương ỏn tiết diện cột khụng đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả thiết là bằng nhau, ta cú :

- Theo phơng ngoài mặt phẳng uốn: l = 6my

b) Xác định diện tích cần thiết Ayc

Chọn và kiểm tra tiết diện:

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

C¨n cø vµo c¸c yªu cÇu chän bf = 18 cm

- DiÖn tÝch tiÕt diÖn chän:

c)Xác định các đặc trng hình học của tiết diện

- Mômen quán tính của tiết diện:

Tại tiết diện đầu xà cú mụmen và lực cắt cựng tỏc dụng nờn cần kiểm tra ứng suất tương đương giữa bản cỏnh và bản bụng theo cụng thức :

1 x

d) Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn

e

N

f.A

e) Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

+ c - hệ số kể đến sự ảnh hởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung

đến sự làm việc của cột theo phơng ngoài mặt phẳng khung phụ thuộc độ lệch tâm

t-ơng đối

+ Độ lệch tâm tơng đối đợc tính lại bằng cách tính mômen tính toán Mx nh sau:Với thanh hai đầu đợc giữ không cho chuyển vị trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng tác dụng của mômen, là mômen lớn nhất trong khoảng 1/3 chiều dài thanh (nhng không nhỏ hơn 0,5 lần mômen lớn nhất trên cả chiều dài thanh)

Trong đó: M1 - mômen lớn nhất tại tiết diện chân cột

M2 - mômen tơng ứng tại tiết diện

đầu cột trong cùng tổ hợp nội lực

M - mômen lớn nhất ở đoạn 1/3 cột,tính từ chân cột

Theo sơ đồ ta có:

M = M1 + (M2 -M1)/3 = 97,02 + [-37,474 -97,02]/3 = 52,19 kNm.

Mx = M = 52,19kNm

- Độ lệch tâm

e’=

2 x

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

f) Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng

y w

Tiết diện đảm bảo ổn định cục bộ bản bụng

g) Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh

4 o

x f

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

5.2 Tính tiết diện cột giữa

Do cột giữa liờn kết khớp với xà ngang và liờn kết khớp với múng , nờn tớnh toỏn như cột thộp chịu nộn đỳng tõm :

Chiều dài tớnh toỏn l = l = l = 6.1 = 6mttx tty à x

ϕ γ

y w

Tiết diện đảm bảo ổn định cục bộ bản bụng

x f

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

6 Thiết kế xà ngang nhịp biên

6.1 Đoạn xà XN1 dài 10,52m (đoạn xà tiết diện thay đổi)

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

Chiều cao tiết diện xà đợc xác định từ điều kiện tối u về chi phí vật liệu với bề dày bản bungjxaf chọn sơ bộ là 0,6 cm:

yc x w

1 x

6.2 Đọan xà XN2 dài 12,5 m (tiết diện thay đổi )

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

đợc chọn là tf =0,8 cm; bf=18 cm

Hình vẽ 17 : Tiế diện xà ngang 12,5 m

Các đặc trng hình học của tiết diện :

A = 0,6.20,4 + 2.(0,8.18) = 41,04 (cm2);

Ix=18.223 - 20,5.(18 - 0,6).183 = 3662

4)

Tại tiế diện đầu xà có mômen và lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tơng

đ-ơng giữa bản cánh và bản bụng theo công thức :

1 x

đầu cột nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ cho bản cánh và bản bụng

7 Thiết kế và tính toán các chi tiết liên kết

7.1 Tính toán cột biên liên kết ngàm với móng

Theo cấu tạo và khoảng cánh bố trí bulông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết c2 =10 cm và bề dày của dầm đế là 0,8 cm;

Ô2 (bản kê 2 cạnh):

a2= d2= 17,7 (cm); b2 = 8,2 (cm); b2/a2=8,2/17,7= 0,46 Tra bảng 2.4 sách “thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng

, một nhịp” nội suy có αb= 0,06 → M1=αbσ2d2 =0,06.0,732.17,7=13,8 (kNcm)

Vậy bề dày của bản đế xác định theo:

max bd

Kích thớc của dầm đế chọn nh sau :

Bề dày (đó chọn) : tdd = 0,8 cm

Bề rộng : bdd = Bdd = 30 cm

Chiều cao : hdd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế

vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bêtôngmóng

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bêtông móng:

Ndd=(10,8+8).30.0,444 = 250,416 (kN)

Theo cấu tạo chọn chiều cao đờng hàn liên kết dầm đế vào cột là hf=0,6 cm

Từ đó xác định chiều cao tính toán của 1 đờng hàn liên kết dầm đế vào cột

dd w

Khả năng chịu lực của các đờng hàn này đợc kiểm tra theo công thức :

Tính toán tơng tự nh trên , với bề rộng truyền tải vào sờn là

Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đờng hàn này là:

Từ tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bulông neo

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp tải trọng nội lực do các trờng hợp tải trọng 1, 5 gây ra Trong tổ hợp lực này lực dọc có dấu âm nên tổng lực kéo trong các bulông neo ở 1 phía chân cột đợc xác định theo công thức :

f) Tính toán đờng hàn liên kết cột vào bản đế:

Các đờng hàn liên kết cột vào bản đế đợc tính toán trên quan niệm moomen và lực dọc do các đờng hàn bản cánh chịu còn lực cắt do các đờng hàn bản bụng chịu Nội lực tính toán đờng hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp để tính toán các bulông neo

Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào theo :

2 k

Tổng chiều dài tính toán của các đờng hàn liên kết ở 1 bản cánh cột ( kể cả các

đờng hàn liên kết dầm đế vào bản đế )

Hình vẽ 21 : Cấu tạo chân cột cột biên

7.2 Tính toán cột giữa liên kết khớp với móng

Diện tích cần thiết của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bêtông móng :

Hình vẽ 22 : Cấu tạo chân cột cột giữa

7.3 Liên kết cột biên C1 với xà ngang

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bulông tại tiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp ta chọn đợc :

N = -21,9 kN

M = - 34,48 kNm

V = -16,08 kN

Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trờng hợp tải trọng 1,4 gây ra :

a) Tính toán bulông liên kết:

Chọn cặp bulông có cờng độ cao cấp bền 8.8 , đờng kính bulông dự kiến là d =

20 mm (lỗ loại C) Bố trí thành dãy với khoảng cánh các bulông theo quy định

45

60 120 180 284

Hình vẽ 23 : Bố trí bulông trong liên kết cột với xà ngang

Phía cánh ngoài của cột bố trí một cặp sờn gia cờng cho mặt bích với kích thớc lấy nh sau

Abn - diện tích tiết diện thực của thân bulông : Abn = 2,45 cm2

Khả năng chịu trợt của một bulông cờng độ cao

A - diện tích tiết diện của thân bulông diện, A=πd2/4 =3,80 cm2;

γb1 - hệ số điều kiện làm việc trong liên kết, γ1b=1 do số bulông trong liên kết n > 10

à,γb2 – hệ số ma sát và hệ số độ tin cậy của liên kết Với giả thiết là không gia cờng bề mặt cấu kiện nên à = 0,25; γb2=1,7;

nf - số lợng mặt ma sát trong liên kết , nf =1

Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005, trong những trờng hợp bulông chịu cắt

và kéo đồng thời thì cần kiểm tra các điều kiên chịu cắt và kéo riêng biệt

Ta có lực kéo tác dụng vào 1 bulông ở dãy ngoài cùng do mômen và lực dọc phân vào ( do mômen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulông phía ngoài cùng:

2 1

(ở trên lấy dấu trừ vì N là lực kéo)

Do Nbmax = 35,17 kN < [N]tb = 98 kN nên các bulông có đủ khả năng chịu lực.Kiểm tra khả năng chịu cắt của cỏc bulông:

c) Tính toán đờng hàn liên kết cột (xà ngang) với mặt bích

Tổng chiều dài tính toán của các đờng hàn phía cánh ngoài (kể cả sườn)

VËy chiÒu cao cần thiÕt của c¸c đường hàn này lµ:

H×nh vÏ 24 :CÊu t¹o mèi nèi cét víi xµ ngang

7.4 Liªn kÕt cét gi÷a C2 víi xµ ngang

BÒ dày : t = 0,8cms

Chiều cao : h = 9cms

Bề rộng : l = 1,5.h = 1,5.9 = 13,5cms s →l = 15cms

Hình vẽ 25 : Bố trí bulông trong liên kết đỉnh xà

Lực kéo tác dụng vào một bulông ở dới cùng do mômen và lực dọc phân bố vào ( do mômen mang dâu + nên coi tâm quay trùng với bulông phía trên cùng ) do

Tổng chiều dài tính toán của các đờng hàn phía cánh ngoài kể cả sờn đợc xác

định tơng tự trên là ∑lw= 47,4 cm Lực kéo trong bản cánh dới do mômen và lực cắt gây ra :

BÒ dày : t = 0,8cms

Chiều cao : h = 9cms

Bề rộng : l = 1,5.h = 1,5.9 = 13,5cms s →l = 15cms

150 150

90

150x90x8

8 bu lụng ỉ20

h =6mm f1

1

1-1

14 14

86 8 86

Hình vẽ 28 :Cấu tạo mối nối xà 7.10 Liên k ế t b ả n cánh v ớ i b ả n b ụ ng c ộ t v à x à ngang:

Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tiết diện đầu xà Vmax=-29,08 kN Chiều cao cần thiết của đờng hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang theo công thức

Kết hợp với cấu tạo, chọn chiều cao đờng hàn hf= 0,6 (cm)

Tiến hành tơng tự , chọn chiều cao đờng hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là:

hf=0,6 (cm)

iiI ThiÕt kÕ khung bª t«ng cèt thÐp

+ Rb : cờng độ nén tính toán của bêtông, bê tông B15 có: Rb =8,5 MPa.

+ k: hệ số dự trữ cho mômen uốn, K= 0,9 ữ1,5

+ N: lực nén lớn nhất tác dụng lên chân cột

N = S.q.nVới: + S: diện chịu tải của cột

Chọn sơ bộ tiết diện cột tới cốt +3m : b x h = 0,22x0,3 m

Tiết diện cột từ cốt +3m tới cốt +6m : b x h = 0,22x0,22 m

2 Tĩnh tải sàn và các lớp bao che

Tờng bao, ngăn đặt trực tiếp lên dầm, tùy vào kiến trúc bố trí chiều dày khác nhau Gồm 2 loại:

+ Tờng bao xung quanh các phòng là tờng dày 0,22 m, đợc xây bằng gạch đặc có

γ = 18 kN/m3

+ Tờng nhà nhà vệ sinh dày 0,11 m đợc xây bằng gạch rỗng có γ = 15 kN/m3

Chiều cao tờng đợc xác định : ht = H - hd

Trong đó :

ht : Chiều cao của tờng

H : chiều cao của tầng nhà

hd : chiều cao dầm trên tờng tơng ứng

Và mỗi bức tờng cộng thêm 3cm vữa trát ( 2 bên ): có γ = 18 kN/m3

Tải trọng các lớp cấu tạo tờng xây tính toán : q = n.b h (kN / m)tt t t γ

Ngoài ra khi tính trọng lợng tờng có lỗ cửa 1 cách gần đúng ta coi tờng xây

đặc( không trừ đi lỗ cửa) Kết quả tính toán đợc thể hiện qua bảng sau :

Bảng 4 : Tĩnh tải sàn trong phòng và hành lang

Chiều dày(m)

Trọng ợng (kN/m3)

l-Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m2)

Hệ số

v-ợt tải

Tải trọng tính toán (kN/m2)

Bảng 5 : Khối lợng tờng ngăn che trên dầm sàn H = 3 m

Bảng 6 : Hoạt tải sàn chức năng

(kN/m2)

Hệ số vợt tảin

Ptt(kN/m2)

4 Xác định tải trọng tác dụng vào khung

a) Tĩnh tải tác dụng vào khung

c-22x30 c-22x30d-22x50 d-22x50 d-22x50

dp G

28,73 117,20

10,5973,3628,7311

25.1,1.0,22.0,5.5Träng lîng têng x©y trªn dÇm däc 0,22x0,5

1199,48

b) Ho¹t t¶i t¸c dông vµo khung

- Trêng hîp ho¹t t¶i 1

Hình vẽ : Sơ đồ hoạt tải trờng hợp 1

- Trờng hợp hoạt tải 2

Ho¹t t¶I ph©n bè - kN/mT

- Trêng hîp ho¹t t¶i 3