Thuyết minh đồ án thép nhà công nghiệp (nhịp dạng dàn)

- Bố trí hệ giằng cột và kèo mái - Tính tải trọng tác dụng lên khung.. Biết hệ có cấu tạo thông thường - Tính toán chọn tiết diện cột, vai cột và hệ kèo mái - Tính kiểm tra chuyển vị nga

Mục lục

I SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 4

1 Số liệu thiết kế 4

2 Nhiệm vụ thiết kế: 4

a Thuyết minh tính toán: 4

b Bản vẽ thể hiện 4

II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 4

1 Lựa chọn dầm cầu trục, cầu trục, ray, lớp lót ray 4

a Cầu trục: 4

b Dầm cầu trục: 5

c Ray và lớp lót ray: 5

2 Xác định kích thước chính khung ngang 5

3 Hệ giằng 6

a Hệ giằng mái: 6

b Hệ giằng cột: 7

c Lựa chọn tiết diện thanh giằng: 8

4 Lựa chọn tiết diện sơ bộ cột 8

5 Vai cột 8

6 Cột cửa trời 9

7 Giàn vì kèo 9

a Lựa chọn sơ đồ giàn vì kèo: 9

b Lựa chọn tiết diện thanh giàn: 9

8 Sơ đồ kết cấu: 12

III THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI 12

1 Tải trọng 12

a Tĩnh tải: 12

b Hoạt tải: 13

c Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải và hoạt tải: 13

2 Tính toán xà gồ 13

IV XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG 14

1 Tải trọng thường xuyên phân bố trên mái 14

2 Tải trọng bản thân dầm cầu trục: 15

3 Hoạt tải do lực hãm ngang cầu trục 17

V XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG, TỔ HỢP NỘI LỰC 20

1 Sơ đồ tính kết cấu 20

a Tải trọng thường xuyên: 20

b Hoạt tải sửa chữa cả mái: 21

c Hoạt tải sửa chữa mái trái: 22

d Hoạt tải sửa chữa mái phải: 23

e Dmax_ trái: 24

f Dmax_ phải: 25

h T_ phải: 27

i Gió_trái: 28

j Gió_phải: 29

2 Chuyển vị khung 30

a Kiểm tra chuyển vị đứng: 30

b Kiểm tra chuyển vị ngang: 31

3 Tổ hợp nội lực 32

4 Thiết kế cột 36

a Nội lực tính toán: 36

b Vật liệu, kích thước và đặc trưng hình học của tiết diện cột: 36

c Kiểm tra cột theo điều kiện khống chế độ mãnh: 36

d Kiểm tra khả năng chịu lực của cột: 37

e Thiết kế đường hàn liên kết bản cánh và bảng bụng: 42

5 Thiết kế chân cột 43

a Thiết kế bản đế: 43

b Thiết kế đường hàn liên kết cột vào bản đế: 46

c Thiết kế dầm đế: 47

d Thiết kế sườn ngăn: 48

e Thiết kế bulong neo: 49

f Thiết kế sườn đỡ: 51

6 Thiết kế vai cột 53

a Kiểm tra tiết diện vai cột tại vị trí ngàm với cánh trong cột: 53

b Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh: 54

c Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng: 54

d Kiểm tra tiết diện vai cột tại vị trí dặt lực Dmax: 55

e Thiết kế đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng vai cột: 55

f Thiết kế đường hàn liên kết vai cột vào cánh cột: 55

g Kiểm tra bụng cột tại cao độ vai cột và gia cường: 56

7 Thiết kế giàn mái 58

a Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giàn: 58

b Thiết kế nút giàn: 60

I SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ.

1 Số liệu thiết kế.

- Mã số sinh viên là B1705178+ Số 8: kích thước khung B=78m, L=29m, độ dốc i =15%

+ Số 7: chiều cao cột H2 = 4 m, H1 = 7.2 m+ Số 1: sức trục Q = 16 T

- Dạng địa hình xây dựng công trình: B

- Chiều cao dầm cầu trục:0,7(m); chiều cao ray: hr = 0,2m

- Nhịp cửa trời: Lct = 3.0 (m)

- Chiều cao cửa trời: Hct= 1.5 (m)

- Mái lợp tôn:

- Vật liệu thép: CCT38, hàn tự động, que hàn N42 (d= 3,5 – 5 mm)hoặc tương đương

- Bê tông móng cấp độ bền B20

- Kết cấu bao che tường xây dọc công trình cao 3.0m dày 200mm

2 Nhiệm vụ thiết kế:

a Thuyết minh tính toán:

- Tường xây dọc công trình cao 3.0m dày 200mm Lựa chọn hệ tolevách, tole mái, hệ sườn tường và xà gồ mái

- Bố trí hệ giằng cột và kèo mái

- Tính tải trọng tác dụng lên khung Biết hệ có cấu tạo thông thường

- Tính toán chọn tiết diện cột, vai cột và hệ kèo mái

- Tính kiểm tra chuyển vị ngang và đứng của khung

- Tính toán các vị trí liên kết khung kèo, đầu cột, vai cột và chân cột

b Bản vẽ thể hiện

- Bản vẽ kết cấu A1

- Vẽ cấu tạo sơ đồ khung trong đó có ghi cụ thể các kích thước vàthông số đã chọn Số liệu cần trục lấy theo số gần nhất

II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

1 Lựa chọn dầm cầu trục, cầu trục, ray, lớp lót ray.

a Cầu trục:

- Với nhịp nhà L= 29 m, sức trục Q = 16T < 30T thì khoảng cách từ mép ngoài

cột đến trục định vị a = 0mm, chọn L1 = 750 mm Ta chọn cần trục có cácthông số sau:

Sức

trục Nhịp Lk Chiều cao K.Cách rộng Bề rộng Bề lượng T. Trọng lượng Áp lực Pmax Áp lực Pmin

gabarit Bk (mm)

đáy Kk (mm)

cầu trục G (T)

xe con

Gxe (T)

Lấy chiều cao ray và lớp đệm là H  r 150 50 200  mm

2 Xác định kích thước chính khung ngang.

- Kích thước từ mặt ray cầu trục đến đáy giàn vì kèo: H 2

Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy giàn vì kèo:

H2  4 m

- Chiều cao của cột khung, tính từ nền nhà đến đáy giàn vì kèo H:

Chọn h3,975m

 Theo phương ngang:

- Chọn trục định vị trùng mép ngoài cột (a=0) Do công trình sử dụng loại cầu

trục phi tiêu chuẩn ( hiện nay các nhà sản xuất cầu trục sản xuất loại cầu trục phi tiêu chuẩn có nghĩa là nhịp cầu trục bất kì miễn sao khoảng cách an toàn lớn hơn Zmin là được)  khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

3 Hệ giằng.

a Hệ giằng mái:

- Chiều dài công trình 78m, cần bố trí 2 ôn giằng mái tại hai đầu hồi và giữa nhà

để đảm bảo các ô nhà không quá 60m

- Sức trục Q16T10T bố trí hệ giằng dọc

- Do tải trọng gió lớn nên các thanh cánh dưới của giàn chịu nén nên cần sử

dụng thanh chống dọc để giảm chiều dài tính toán của thanh

- Do nhịp nhà 29m nên hệ giằng đứng cần bố trí hai bên và nhịp giữa.

b Hệ giằng cột:

- Sử dụng hệ giằng cứng nên khối cứng được bố trí tại khoang giữa chiều dài

khối nhiệt độ

- Tổng chiều dài nhà 13B 78m nên không có khe nhiệt độ cả nhà là một khốinhiệt độ Vậy lớp giằng cột phía dưới chỉ bố trí giữa nhà Lớp giằng cột phíatrên bố trí giữa nhà và hai đầu hồi.

c Lựa chọn tiết diện thanh giằng:

- Sức trục Q16T nên sử dụng thanh giằng góc

- Bán kính quán tính tối thiểu thanh giằng min  

926.6

1,16400

L



- Từ bảng tra thép góc chọn thanh giằng mái số hiệu L75x6 (imin  2,29 cm)

- Sử dụng thanh giằng cứng nên góc bố trí từ 350 đến 550 Đối với hệ giằngđứng và hệ giằng cột trên nên chia làm 2 ô, tiết diện thanh giằng là L50x6

- Chiều dài tính toán thanh chống dọc L0  600 cm bán kính quán tính tối thiểumin

600 3 200

i   cm

Chọn tiết diện thanh chống dọc gồm 2[20aghép lưng vàonhau

- Bán kính quán tính tiết diện 2[20alà imin 3,64 cm( thõa mãn)

4 Lựa chọn tiết diện sơ bộ cột.

Tổng chiều cao tiết diện cột:

a Lựa chọn sơ đồ giàn vì kèo:

b Lựa chọn tiết diện thanh giàn:

- Chọn tiết diện thanh cánh trên

Từ bảng thép hình ta chọn 2L125x90x10 Ghép cạnh bé như hình, ta có đặc trưng hình học của tiết diện

- Chọn thanh cánh dưới :

Sử dụng dạng thép góc không điều cạnh ghép cạnh lớn với nhau.Tra bảng thép hình ta chọn 2L200x150x12 có đặc trưng hình học của tiết diện :

- Chọn thanh xuyên khi không có hệ phân nhỏ :

Sử dụng thép góc đều cạnh Từ bảng thép hình ta chọn 2L70x70x6 có đặc trưng hình học của tiết diện :

- Chọn thanh xuyên khi có hệ phân nhỏ :

Sử dụng thép góc không đều cạnh, cạnh bé ghép với nhau Từ bảng théphình ta chọn 2L60x50x6 có đặc trưng hình học của tiết diện :

- Chọn tiết diện thanh đứng và hệ thanh phân nhỏ :

Sử dụng thép góc đều cạnh Từ bảng thép hình ta chọn 2L50x50x5 có đặc trưng hình học của tiết diện :

8 Sơ đồ kết cấu:

- Chân cột liên kết cứng với móng

- Liên kết giàn mái với cột: sử dụng hai thanh có độ cứng vô cùng lớn để liên kếtđầu giàn với cột Hai thanh này có chiều dài bằng một nữa tiết diện cột.

III THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI

- Khoảng cách giữa các xà gồ:

1,5

1,52cos8,53o  m

- Số xà gồ trên 1 bên mái là:

Tải trọng tính toán

f.

    

M =

qtt

6000m

x tt

=> Đảm bảo điều kiện chịu lực và độ võng

IV XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG

1 Tải trọng thường xuyên phân bố trên mái

Độ dốc mái i=15% nên α = 8,530 (sinα= 0,148; cosα=0,989)

- Tải trọng thường xuyên quy về mặt bằng nhà

Tải trọng xà gồ, tấm lộp, giằng mái lấy 0,15kN/m

tt m

2 Tải trọng bản thân dầm cầu trục:

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục lấy theo kinh nghiệm:

1,1.0.3.6 11,88

tt dct

G  n  kN

Tải trọng bản thân giàn mái:

Mái tôn không sử dụng lấy bằng 0,30kN/m

0.3.1,3 0,39

tc

Tải trọng tác dụng lên nút giàn:

1 Hoạt tải trọng thẳng đứng cầu trục:

Áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo ường ảnh hưởng phản lực.

đ-Bảng các số liệu cầu trục Sức

trục

Q

(T)

Nhịp Lk (m)

Chiều cao gabarit Hk (mm)

K.Cách

Zmin (mm)

Bề rộng gabarit Bk (mm)

Bề rộng đáy Kk (mm)

T.

lượng cầu trục G (T)

Trọng lượng

xe con

Gxe (T)

Áp lực Pmax (kN)

Áp lực Pmin (kN)

Với nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ nhẹ hoặctrung bình.

3 Hoạt tải do lực hãm ngang cầu trục

Theo bảng thông số về cầu trục:

Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,7 m

2 Hoạt tải gió

- Giá trị tính toán của thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao z so với mốc

tiêu chuẩn tác dụng lên 1m2 bề mặt thẳng đứng được xác định theo công thức:

q = n.Wo.k.C

W0 : Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn, W0 0,95 0,12 0,83kN/ m  2(Gió II-A)

k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địahình; áp dụng dạng địa hình B, hệ số k được xác định:

+ Mức đỉnh cột, cao trình 10,64 m k1 1,0099+ Mức đỉnh mái, cao trình 12,815 m  k2  1,0443

- Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở xuống chân cột hệ số k lấy:

+ Phía gió đẩy:

tt

q =n.k c W a=1,2.1,050296.0,8.0,83.6=5,0213kN/m

+ Phía gió hút:

tt

q =n.k c W a=1,2.1,050296.0,5.0,83.6=3,1383kN/m

+ Gió nửa trái:

+ Phía gió đẩy: q =n.k c W a=1,2.1,0682.0,7.0,83.6=4,46849kN/m1tt 1 d 0

+ Phía gió hút: q =n.k c W a=1,2.1,0268.0,6.0,83.6=3,830kN/mtt2 1 h 0

+ Gió nửa trái:

Sử dụng phần mềm Sap2000 ta xác định được nội lực các phần tử thanh ứng với cáctrường hợp tải.

Biểu đồ nội lực tương ứng với các tổ hợp tải:

a Tải trọng thường xuyên:

- Moment: M

- Lực dọc: P

c Hoạt tải sửa chữa mái trái:

- Moment: M

- Lực dọc: P

- Lực cắt: Q

d Hoạt tải sửa chữa mái phải:

- Moment: M

- Lực dọc: P

- Lực cắt: Q

e Dmax_ trái:

- Moment: M

- Lực dọc: P

- Lực cắt: Q

f Dmax_ phải:

- Moment: M

- Lực dọc: P

- Lực cắt: Q

g T_ trái:

- Moment: M

- Lực dọc: P

- Lực cắt: Q

h T_ phải:

- Moment: M

- Lực dọc: P

j Gió_phải:

- Moment: M

- Lực dọc: P

- Lực cắt: Q

2 Chuyển vị khung.

a Kiểm tra chuyển vị đứng:

Hình: độ võng của giàn do tải trọng thường xuyên và hoạt tải sửa chữa cả mái

Độ võng của dàn do tổ hợp nguy hiểm nhất gồm tĩnh tải và hoạt tải sữa chữa cả mái

 max 0,517 72,5

      (thỏa)

b Kiểm tra chuyển vị ngang:

Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột kết quả tính toán bằng phần mềm SAP2000 V16 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là:

Ta xét 2 loại tổ hợp

Tổ hợp cơ bản 1: tải trọng thường xuyên và 1 hoạt tải.

Tổ hợp cơ bản 2: gồm tải trọng thường xuyên và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp

0,9

Kết quả cụ thể được ghi trong bảng tổ hợp

Bảng: nội lực của tiết diện cột ( đơn vị daN.cm ; daN) Bảng: Tổ hợp nội lực của tiết diện cột

chữa mái trái

n=0,9 5 -1,5723 -0,4428 -1,1727 -1,0134 -0,2979 0,3591 -0,8937 0,4239 Hoạt tải sửa

chữa cả mái n=1 2 -0,215 -0,392 0,026 0,55 -1,332 -0,959 -0,584 3,014

n=0 ,9

3 0,193 5

0,3528 0,0234 0,495 -1,1988

-0,8631

0,525 6

-2,7126

Hoạt tải sửa

chữa mái trái n=1 4 0,038 -0,101 0,082 0,464 -0,911 -0,657 -0,366 2,346

n=0 ,9

5 0,034 2

-0,0909 0,0738 0,4176 -0,8199

-0,5913

0,329 4

-2,1114

Hoạt tải sửa

chữa mái phải

,9

7 0,180 9

0,2511 -0,0486 0,0765 -0,3735

-0,2655

0,193 5

-0,5958

-0,092

4,128 n=0

,9 9 0,072 0,2745 0,0351 -0,1647 0,3699 0,8856 -0,082

8

3,7152

4 Thiết kế cột

a Nội lực tính toán:

Dựa vào bảng tổ hợp nội lực, đối với cột đặc tiết diện không đổi trên toàn bộ chiều dàicột tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện chân cột

Tiết diện chân cột được kiểm tra theo 3 trường hợp sau:

Trường hợp Cặp nội lực M (daN.cm) P (daN) Q (daN)Trường hợp 1 M+

max, Ptu, Qtu 3404111,50 -10930,51 -8003,29Trường hợp 2 M-

max, Ptu, Qtu -2515641,00 2129,00 6235,20Trường hợp 3 N+

max, Mtu, Qtu 1270340,2 -11296,45 -3155,62

b Vật liệu, kích thước và đặc trưng hình học của tiết diện cột:

- Vật liệu sử dụng thép mác CCT38 có đặc trưng cơ học như sau:

+ Cường độ tính toán: f  2300 daN / c m2

+ Cường độ tính toán chịu cắt: fv  0,58.2300 1334  daN / c m2

+ Mô đun đàn hồi: E  21.105daN / c m2

3 Kích thước cột như đã chọn sơ bộ:

Diện tích tiết diện

Diện tích bản cánh

Diệntích bản bụng

Moment quán tínhquanh trục x

Momentquán tính quanh trục y

Mô đun kháng uốn quanh trục x

Bán kính quán tính quanhtrục y

Bán kính quán tính quanhtrục xA

(cm2)

Af(cm2)

ix

(cm)

120 30 60 74188,80 3130,00 2377,85 5,11 24,86

c Kiểm tra cột theo điều kiện khống chế độ mãnh:

- Độ mãnh của cột trong mặt phẳng khung

- Sử dụng cột không thay đổi tiết diện, hệ số chiều dài tính toán của cột xác định theo bảng 19, TCVN 5575:2012

0,56 0,14

n n

  



Trong đó:

.

g c

I H n



Chiều dài tính toán trong mặt phẳng cột:L0x   L  1,045.1120 1170,4  cm

Độ mãnh của cột theo phương x:

0 1170, 4

47,0624,86

x x x

L i

4 Độ mãnh cột ngoài mặt phẳng khung:

+ Chiều dài tính toán mặt phẳng cột ngoài mặt bằng khung bằng khoảng cách hai điểm cố kết ngăn chuyển vị Lấy bằng khoảng cách giữa hai điểm giằng

+ Theo cách bố trí giằng cột: Loy  618 cm

+ Độ mãnh theo phương Y:

12,09 5,11

y Y

L i

Độ lệch tâm tương đối:

Độ lệch tâm tương đối tính đổi me   m

Với - là hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện lấy theo bảng D9, phụ lục D, TCVN 5575:2012

Đối với tiết diện I chịu uốn quanh trục khỏe;

0,5

f w

A

A  ; 0x 1,557 5

5m20, hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  1, 25

Độ lệch tâm tương đối tính đổi m e 1,25.15,75 19,69 

+ Kiểm tra điều kiện bền:

Theo quy định 5.4.1.1, TCVN 5575:2012 quy định với me< 20 không cần kiểm tra bềnđối với cấu kiện chịu uốn lệch tâm

+ Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể:

c e

N f

x

e e

0,982 2300

10930,51

1717,73 2185 / 0,054.0,982.120 c

w w

Độ lệch tâm tương đối:

+ Kiểm tra điều kiện bền:

Kiểm tra điều kiện chịu uốn:

I t

60.1075,69

1034,32 / cm62,4

h

daN h



2 w

x c

Độ lệch tâm tương đối:

Độ lệch tâm tương đối tính đổi me   m

Với - là hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện lấy theo bảng D9, phụ lục D, TCVN 5575:2012

Đối với tiết diện I chịu uốn quanh trục khỏe;

0,5

f w

A

A  ; 0x 1,557 5

5m20, hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  1, 25

Độ lệch tâm tương đối tính đổi m e 1,25.5,675 7,094 

+ Kiểm tra điều kiện bền:

Theo quy định 5.4.1.1, TCVN 5575:2012 quy định với me< 20 không cần kiểm tra bềnđối với cấu kiện chịu uốn lệch tâm

+ Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể:

c e

N f

x

e e

0,982 2300

w w

e Thiết kế đường hàn liên kết bản cánh và bảng bụng:

Liên kết hàn bản cánh vào bản bụng chịu lực trượt sinh ra khi cột chịu uốn dọc Chọn cặp nội lực có lực cắt lớn nhất để tính toán

Cặp nội lực M (daN.cm) P (daN) Q (daN)

M+ max, Ptu, Qtu 3404111,50 -10930,51 -8003,29Chiều cao cần thiết của đường hàn:

min

2( )

f f

x c

QS h

230.1,2.31,4 1130,4 /

f f

Trường hợp Cặp nội lực M (daN.cm) P (daN) Q (daN)Trường hợp 1 M+

max, Ptu, Qtu 3404111,50 -10930,51 -8003,29Trường hợp 2 N+

max, Mtu, Qtu 1270340,2 -11296,45 -3155,62

a Thiết kế bản đế:

Kích thước bản đế của cột chịu nén lệch tâm được xác định từ điều kiện chịu ép mặt cục bộ của bê tông móng, với giả thuyết ứng suất lớn nhất tại mép bản đế chịu đạt đến cường độ chịu ép mặt cục bộ của bê tông móng

Chiều rộng B của bản đế: B b  f  20 25 20 45    cm