ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 THẦY THÁI SƠN TRƯỜNG ĐHBK TP HCM

MẪU ĐỒ ÁN THAM KHẢO ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 THẦY THÁI SƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH (FULL CAD + THUYẾT MINH) BẢN GỐC FILE RÕ RÀNG. THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG. THIẾT KẾ KHUNG NHÀ XƯỞ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

- gtc : 0.08kN/m2, vật liệu lợp tôn kim loại

- wtc: 0.83kN/m2, tải trọng tiêu chuẩn của gió, địa hình khu vực B

- Chế độ làm việc trung bình, móc cẩu mềm

- Mô đun đàn hồi E = 2.1x105 Mpa

- Hàn tay, dùng que hàn E42, bu lông cấp độ bền 8.8

- Pmax : 49.83T, áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray

- Pmin : 14.83T, áp lực nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục lên ray

- Gxc : 18T, trọng lượng xe con

- Gct : 79.3T, trọng lượng cầu trục

- Chiều cao tiết diện ray và đệm ray KP-80 : hr = 130 (mm)

- Chiều cao dầm cầu chạy : hdct = (1/10)B = 600 (mm)

- Không bố trí đoạn chôn dưới đất : hm = 0

- Chiều cao cần trục : Hk = 3150 (mm)

- Độ võng dàn mái : f = (1/100)L = 310 (mm)

- Chiều cao cột trên :

- Chiều cao cột dưới :

- Lấy tròn số ta chọn như sau:

H t = 4300 (mm) = 4.3 (m) ; H d = 13300 (mm) = 13.3 (m)

2.3 Kích thước theo phương ngang:

- Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị :

- Chiều cao tiết diện cột trên, chọn sơ bộ :

- Bề rộng cột dưới xác định theo công thức :

- Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng khung ngang :

(Thỏa)

2.3 Kích thước dầm mái và cửa mái:

- Chiều cao đầu dàn : H0 = 2.2 m = 2200 mm

- Chiều rộng chân cửa mái : Lcm = (1/2÷1/3)×L = (1/2÷1/3)×31m =(15.5÷10.3)m

- Chiều cao cửa mái : Hcm = 2200 mm

2.4 Hệ giằng của nhà công nghiệp:

- Trong nhà công nghiệp bằng thép hệ giằng là bộ phận quan trọnggiúp giữ ổn định, cùng tham gia chịu các tải trọng theo phương dọc nhà và giúp cố định tạm các bộ phận khi thi công

- Giảm bớt chiều dài tính toán các cấu kiện chịu nén

- Truyền 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 của cần trục

- Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trở lên, được đặt trong mặt phẳng cánh trên, cánh dưới và giằng đứng giữa các dàn

3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

3.1 Tải trọng mái (tĩnh tải):

- Trọng lượng vật liệu lợp tôn kim loại:

- Phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 10%

- Trọng lượng lớp cách nhiệt Chọn sơ bộ lớp cách nhiệt :

- Phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 10%

- Trọng lượng bản thân dàn, cửa trời và hệ giằng (mặt bằng) :

- Tổng tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên mái :

- Tĩnh tải phân bố trên mái được quy về tải phân bố trên các khungngang :

3.2 Tĩnh tải sửa chữa mái (hoạt tải):

- Theo TCVN 2737 – 1995, hoạt tải mái (thi công và sửa chữa) : , np = 1.3

3.5 Tải trọng do áp lực của bánh xe cần trục lên vai cột:

- Tra bảng cần trục : Pmax = 49.83T ; Pmin = 14.83T ; Gct = 79.3T ; n0

= 2 (số bánh xe một bên ray) ; Với n = 1.1 ; nc = 0.9 (chế độ làm việc trung bình)

- Dùng lý thuyết đường ảnh hưởng cho hệ dầm đơn giản, xếp tải vàkhảo sát hàm tuyến tính để tìm ra vị trí các bánh xe dầm cầu chạy cho ra giá trị max của

- Với số liệu : B = 6000 mm ; Bk = 6650 mm ; K = 5250 mm Thì xắp tải như sau sẽ cho giá trị max từ đó sẽ cho giá trị max của của áp lực lên vai cột :

;

- Vị trí áp lực Dmax ; Dmin tác dụng trên cần trục lệch tâm so với cột dưới một khoảng:

3.6 Tải trọng do lực hãm xe con T (lực xô ngang):

- Các số liệu : Gxc = 18T = 180kN ; fms = 0.1 (móc mềm)

n xc ’ = 2 (số bánh xe hãm)

n xc = 4 (tổng số bánh xe con)

- Lực hãm ngang tác dụng lên toàn bộ cần trục :

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

- Lực xô ngang cần trục :

- Lực xô ngang được đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai cột 0.6 (m), tức là ở cao trình 13.9 (m)

3.7 Tải trọng gió:

- Tải trọng gió tác dụng lên khung xác định theo công thức :

Trong đó : q0 – áp lực gió tiêu chuẩn Công trình được xây dựng ở địa

hình khu vực B

n – hệ số vượt tải của tải trọng gió (n = 1.3)

- Chiều cao đầu dàn : h0 = 2.2 m = 2200 mm

- Chiều rộng chân cửa mái : Lcm = 12.4 m

- Chiều cao cửa mái : hcm = 2200 mm

- Độ dốc của mái là i = 10%

(h0 = 2.2m ; h1 = 1.1m ; h2 = hcm = 2.2m ; h3 = 0.7m)

- Cao trình thanh cánh dưới : H = 4.3 + 13.3 = 17.6 (m)

- Cao trình đỉnh mái : H = 17.6 + 2.2 + 1.1 + 2.2 + 0.70 = 23.8 (m)

- Hệ số khí động :

- Tải trọng gió phân bố đều trên cột :

với ck = 0.8 hệ số khí động phía đón gió

với c’k = 0.55 hệ số khí động phía khuất gió.

- Tải trọng gió tập trung đặt tại đáy vì kèo :

- Tính ci bằng tra bảng và nội suy :

- Tải trọng gió tập trung tại đầu cột:

4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

4.1 Các giả thiết tính khung tĩnh:

- Khi tính khung có tải trọng không tác dụng trực tiếp lên tường ngang, biến dạng đàn hồi của tường ngang ảnh hưởng rất ít tới lực tính toán, điều này cho phép xem tường ngang tuyệt đối cứng

dọc, lực cắt trong các tiết diện khung Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như dàn, cột khá phức tạp, nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơn giản hóa, vớicác giải thiết sau:

+ Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới của dàn

+ Khi tính khung với tải trọng không phải là tải trọng đứng tác dụng lên dàn thì xem dàn là cứng vô cùng

4.2 Xác định nội lực khung:

- Khung được giải lần lượt với mỗi loại tải trọng riêng lẽ

- Tổ hợp nội lực

- Tổ hợp cơ bản được phân thành tổ hợp cơ bản I và tổ hợp cơ bản

II « TCVN 2737-1995 : Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết

kế » quy định 2 tổ hợp cơ bản sau :

+ Tổ hợp cơ bản I gồm : Nội lực do tĩnh tải và nội lực của một loại hoạt tải

+ Tổ hợp cơ bản II gồm : Nội lực do tĩnh tải và nội lực của hoạt tải, các hoạt tải này được nhân với hệ số tổ hợp là 0.9 (Hệ số xét đến khả năng sử dụng không đồng thời cùng lúc các hoạt tải đó)

 Các trường hợp chất tải:

 Xuất kết quả nội lực từ Sap2000:

Nội lực do tĩnh tải và hoạt tải gây ra.

Nội lực do D max và D min gây ra.

Nội lực do T max và T min gây ra.

Nội lực do gió trái và gió phải gây ra.

 Tổ hợp nội lực từ Sap2000:

THỐNG KÊ NỘI LỰC CỘT TIẾT

x, N

M-min, N

Nmax, M M+max,

N

M-min, N

Nmax, M M+ M

M -

1234.04

1286.2 2

1599.68

1623.7 7

1599.68

2515.2 9

2615.

-64

2643.7 3

3559.3 4

Chiều cao tiết diện cột

- Nội lực tính toán được xác định từ bảng tổ hợp nội lực :

Phần cột trên : Do đoạn cột có tiết diện đối xứng nên ta chọn cặp

nội lực nguy hiểm là tổ hợp có moment uốn với giá trị tuyệt đối

lớn nhất và lực dọc tương ứng

Phần cột dưới :

Phần cột trên :

- Khung 1 nhịp liên kết cứng ở đầu trên Khi mất ổn định cũng có khả năng mất ổn định đồng thời ổn định cả 2 cột, trường hợp này xét cả 1 đầu ngàm, 1 đầu ngàm trược

 tra bảng D3-TCVN 5575-2012 phụ thuộc n và α

Các hệ số n = 0.39 ; tra bảng D3-TCVN 5575-2012 có 1.81

- Vậy

5.2.2 Ngoài mặt phẳng khung :

5.3 Nội lực tính toán của cột :

– Lực nén trong nhánh cần trục và nhánh mái

– Cặp nội lực có moment nhánh mái và lực dọc tương ứng – Cặp nội lực có moment nhánh cần trục và lực dọc tương ứng

5.4 Thiết kế cột trên :

- Cặp nội lực nguy hiểm nhất (M = -291.04 kNm ; N tư =

-1230.45 kN)

- Chiều cao tiết diện cột trên ht = 400 mm = 0.4 m

5.4.1 Chọn sơ bộ tiết diện :

- Tiết diện cột trên dạng chữ H đối xứng theo cả 2 phương được cấu tạo từ ba bản thép

- Độ lệch tâm

- Giả thiết (hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện)

- Diện tích yêu cầu của tiết diện:

5.4.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn :

5.4.2.1 Tính toán đặc trưng tiết diện :

- Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện :

uốn :

Trong đó : : Tra bảng D.10 phụ lục D TCVN 5575-2012 phụ thuộc (độ

mảnh quy ước) và (độ lệch tâm tương đối)

nên không cần kiểm tra về bền

+ Tra bảng D.10 dựa vào và nội suy

- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

5.4.2.3 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

Trong đó : : Phụ thuộc độ mảnh tra mục 7.3.2.1 TCVN 5575-2012

C : Hệ số ảnh hưởng của đến ổn định theo phương y, tra bảng phụ lục thuộc (mục 7.4.2.5 TCVN 5575-2012)

- Độ lệch tâm tương đối :

+ là M ở 1/3 giữa chiều cao cột nhưng không nhỏ hơn 1/2 cả đoạn cột

+ Giá trị moment quy ước dùng để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung

Vậy độ lệch tâm tương đối :

+ Với nên ta có :

Trong đó : tra bảng 16 (TCVN 5575-2012) phụ thuộc và

- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

5.4.2.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ :

- Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột :

Trong đó : tra bảng 33 TCVN 5575-2012 ; Với và

- Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh cột :

5.5.1 Chọn sơ bộ tiết diện :

- Hình dạng tiết diện : cột dưới rỗng gồm 2 nhánh

- Nhánh mái cấu tạo dạng thép chữ U gồm 1 bản thép lưng và 2 thép góc làm cánh

- Nhánh cần trục cấu tạo dạng thép chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại

+ Xác định nội lực nhánh cần trục (nhánh 1) :

+ Xác định nội lực nhánh mái (nhánh 2) :

Trong đó C , y1 , y2 được chọn sơ bộ như sau :

- Diện tích nhánh yêu cầu :

+ Giả thiết

+ Nhánh cần trục :

+ Nhánh mái :

+ Chiều cao tiết diện cột :

- Đối với nhánh mái, chọn tiết diện dạng chữ C tổ hợ p gồm 1 bản thép lưng và 2 thép góc

- Đối với nhánh cần trục gồm tổ hợp của 2 bản thép tiết diện và 1 bản thép tiết diện

5.5.1.1 Đối với nhánh cần trục (nhánh 1) :

- Xác định các đặc trưng hình học nhánh 1 :

- Moment quán tính của nhánh đối với trục x :

- Moment quán tính của nhánh đối với trục y :

- Bán kính quán tính của tiết diện :

5.5.1.2 Đối với nhánh mái (nhánh 2) :

5.5.1.3 Đối với toàn bộ cột dưới :

- Diện tích cột :

- Khoảng cách giữa 2 trục nhánh 1 và nhánh 2 :

- Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh 2 :

- Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh 1 :

- Moment quán tính toàn tiết diện đối với trục trọng tâm x-x :

5.5.1.4 Xác định hệ thanh xiên :

- Bố trí hệ thanh bụng như hình:

- Khoảng cách các nút giằng

- Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

- Góc hợp bởi thanh giằng xiên với phương ngang :

- Chiều dài thanh xiên :

- Lực nén trong thanh xiên do lực cắt

- Chọn sơ bộ thanh xiên là một thép góc đều cạnh có :

- Kiểm tra thanh bụng xiên :

+ Độ mảnh :

Tra bảng D.8 phụ lục D (TCVN 5575-2012) ta có , cột rỗng thanh giằng có hệ số điều kiện làm việc

- Kiểm tra điều kiện ổn định :

5.5.1.5 Kiểm tra độ mãnh của toàn cột theo trục ảo x-x :

5.5.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn :

5.5.2.1 Kiểm tra tiết diện nhánh cột :

- Cặp nội lực

+ Theo tra bảng theo D.11 phụ lục D TCVN 5575-2012 ta có + Kiểm tra :

5.5.2.3 Tính liên kết giữa thanh xiên và nhánh cột :

- Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột:

+ Dùng que hàn E42 và thép CCT34:

+ Dùng phương pháp hàn tay:

.+ Thanh xiên là thép góc L70×5, giả thiết chiều cao đường hàn sống

+ Chiều cao đường hàn mép

+ Chiều dài cần thiết của đường hàn sống và đường hàn mép đểliên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là:

- Đường hàn liên kết thanh bụng vào nhánh cột:

+ Vì đường hàn chịu lực cắt quy ước rất bé Vì vậy chọn theo cấu tạo với

6 THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT

6.1 Vai cột:

- Từ bảng nội lực, chọn ra 2 cặp nội lực gây lực nén lớn nhất trong cánh ngoài và cánh trong của cột trên:

- Lực dọc tương ứng trong mỗi nhánh của cột trên:

- Giả sử 2 cánh của cột trên đều sử dụng liên kết hàn đối đầu, bản nối “K” của cánh trong có cùng tiết diện với cánh trong

+ Các đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng, mối nối bụng cột bố trí theo cấu tạo

- Tính toán dầm vai:

+ Dầm vai tính toán như dầm đơn giản nhịp

+ Sơ đồ tính toán dầm vai:

+ Phản lực gối tựa:

+ Moment uốn lớn nhất tại giữa nhịp (ngay dưới lực )

+ Chọn chiều dày bản đậy nút nhánh cầu trục của cột ; chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục

+ Chiều dày bản bụng dầm vai được xét từ xét từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung

+ Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai:

+ Điều kiện bảo đảm độ cứng liên kết hai nhánh cột:

+ Ta xem như chỉ có bản bụng dầm vai chịu uốn

+ Đường hàn liên kết giữa bản bụng dầm vai vào bản lưng nhánh mái phải đủ khả năng chịu lực từ dầm vai truyền vào Đường hàn liên kết bản “K” với bản bụng dầm vai (4 đường hàn) sẽ chịu lực truyền xuống Chiều cao đường hàn cần thiết.

Ta chọn theo điều kiện chống rỉ

+ Đường hàn liên kết bản bụng dầm vai vào bản bụng nhánh cần trục (4 đường hàn) sẽ chịu lực cùng với phản lực từ dầm vai Chiều cao đường hàn cần thiết

+ Diện tích cần thiết của bản đế:

+ Cường độ nén cục bộ của bê tông M250 (B20), có

+ Chọn bản đế:

+ Ứng suất phân bố đều dưới bản đế:

+ Ô bản 1: Dạng console với phần nhịp vươn ra

+ Ô bản 2: Dạng ô bản kê 3 cạnh, kích thước theo phương cạnh

tự do

Giá trị moment uốn lớn nhất:

+ Ô bản 3: Do tỉ lệ nhỏ hơn ở ô bản số 2, có cùng kích thước cạnh tự do

Moment lớn nhất trong ô bản 3 nhỏ hơn ô bản 2

Giá trị ứng suất lớn nhất để xác định chiều dày bản đế Chiều dày bản đế cần thiết:

+ do 2 đường hàn dầm đế với sống và mép của thép góc

+ Chọn chiều dày đường hàn sống là : 12mm

+ Chiều dày đường hàn mép là : 8mm

+ Chiều cao dầm đế cần phải bố trí đủ đường hàn liên kết giữa dầm đế và chân cột

+ Tính chiều dài cần thiết đường hàn sống và đường hàn mép:

năng chịu uốn của dầm đế.

+ Moment uốn lớn nhất trong dầm đế

- Sườn ngăn:

+ Coi sườn ngăn như một console, ngàm vào bản lưng nhánh mái, có nhịp L = 174(mm)

+ Tải truyền vào sườn ngăn coi như tải đều:

+ Moment lớn nhất trong sườn ngăn tại ngàm:

+ Lực cắt lớn nhất xuất hiện tại ngàm:

+ Chọn trước bề dày sườn:

+ Chiều cao sườn cần thiết:

+ Chọn chiều cao sườn ngăn bằng chiều cao của dầm đế

+ Sườn ngăn liên kết vào bản lưng nhánh mái bằng 2 đường hàn góc, chịu tác dụng đồng thời của moment và lực cắt

+ Chọn chiều cao đường hàn

+ do 2 đường hàn góc với bản cánh chịu lực

+ Chiều dài cần thiết của đường hàn góc:

+ Để bố trí thanh giằng cột thuận lợi, chọn

+ Đường hàn ngang liên kết sườn ngăn với bản đế: hàn suốt,

- Sườn ngăn:

+ Chọn chiều cao sườn ngăn

+ Kích thước dầm đế và sườn ngăn đối với nhánh cần trục là lớn

so với lực tác động lên nó, do vậy không cần kiểm tra khả năng chịu lực

6.4 Tính bulông neo:

6.4.1 Đối với nhánh mái:

- Lực kéo lớn nhất trong nhánh mái:

- Chọn bulông có độ bền 8.8, cường độ chịu kéo tính toán:

- Diện tích bulông cần thiết:

- Chọn 2 bulông có diện tích thu hẹp

6.4.2 Đối với nhánh cần trục:

- Lực kéo lớn nhất trong nhánh mái:

- Chọn bulông có độ bền 8.8, cường độ chịu kéo tính toán:

- Diện tích bulông cần thiết:

- Chọn 2 bulông có diện tích thu hẹp

7 THIẾT KẾ DÀN

7.1 Sơ đồ và kích thước hình học :

- Dàn hình thang có độ dốc cánh trên i = 10% Chiều cao đầu dàn Hđd = 2.2m Nhịp của dàn là khoảng cách 2 trục định vị 31m Nhịptính toán thực tế của dàn là khoảng cách 2 trọng tâm truyền phản lực gối tựa Do liên kết hàn cứng với cột, gối tựa của dàn đặt ở trọng tâm cột trên nên nhịp tính toán thực tế của dàn :

- Sơ đồ dàn vì kèo có dạng:

7.2 Tải trọng và nội lực dàn vi kèo :

7.2.1 Tải trọng tác dụng trên dàn vì kèo :

- Tải trọng tác dụng trên dàn thường là những lực tập trung ở nút dàn

7.2.1.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) :

- Bao gồm trọng lượng các lớp mái và trọng lượng kết cấu mái :

- Tải nút đầu dàn :

- Tải nút trung gian :

- Moment đầu dàn ứng với tĩnh tải :

7.2.1.2 Hoạt tải sửa chữa mái :

- Hoạt tải sửa chữa mái có thể ở trên nửa trái, nửa phải hoặc trên

cả dàn Theo TCVN 2737-1995, hoạt tải mái (thi công và sửa

đặt ở nút dàn.

- Công trình xây dựng tại địa hình khu vực B, có áp lực gió

- Tại độ cao 23.1m k = 1.158

Trong đó :

+ - Hệ số vượt tải của tải trọng gió

+ - Áp lực gió tiêu chuẩn

+ - Hệ số khí động

+ - Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao.+ - Bước cột

+ - Khoảng cách nút dàn cánh trên

- Lực tập trung đặt tại nút khung :

- Moment đầu dàn ứng với gió thổi từ trái vào :

- Moment đầu dàn ứng với gió thổi từ phải vào :

7.2.1.4 Tải trọng do áp lực đứng của bánh xe cần trục lên vai cột :

- Moment đầu dàn ứng với phía trái :

- Moment đầu dàn ứng với phía phải :