ĐỒ KẾT CẤU THÉP 2 THẦY ĐINH THẾ HƯNG

FILE MẪU ĐỒ ÁN THAM KHẢO, FILE ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 THẦY ĐINH THẾ HƯNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH. THIẾT KẾ NHÀ XƯỞNG MỘT TẦNG MỘT NHỊP. TÍNH TOÁN ĐẦY ĐỦ. BẢNG FULL THUYẾT MINH PHẦN TÍNH TOÁN CHI THIẾT

Trang 1

SVTH:TIÊU TRÍ HÂY 1

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

PHẦN I TÍNH TOÁN CHUNG

1 CÁC SỐ LIỆU CỦA ĐỒ ÁN:

Thiết kế khung ngang nhà xưởng 1 nhịp, 1 tầng với các số liệu sau:

- Nhịp nhà: L = 30 m

- Sức nâng cầu trục: Q = 30/5 T

- Cao trình đỉnh ray: H r = 8.0 m

- Bước khung: B = 8 m

- Mặt bằng công trình có chiều dài: £ =144 m

- Độ dốc mái: i = 15%

- Vật liệu lợp: tôn kim loại gtc = 0.08 kN/ m2

- Tải trọng tiêu chuẩn của gió W0 = 95daN/m2 = 0,95 kN/m2, địa hình khu vực

A

- Chế độ làm việc trung bình, móc cẩu mềm

- Cường độ thiết kế của vật liệu thép: f = 23.0 kN/cm2, fu = 340 MPa, E =

21x104 MPa , r = 7.85 T/m2

- Cường độ thiết kế chịu nén của móng bê tông cốt thép (BTCT): RB = 2.0

kN/cm2

2 CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG:

Từ các số liệu ban đầu: L , Q tra catologue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp

- Loại ray phù hợp: KP70, nhịp L k =28.5m

- Chiều cao ray và đệm: h r =120 mm

- Bề rộng gabarit của cầu trục: B k = 6300 mm (kích thước gabarit tính theo

phương dọc nhà của cầu trục)

- Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục: K = 5100 mm

- Chiều cao gabarit của cầu trục: H k = 2750 mm (khoảng cách từ mặt ray đến

điểm cao nhất của cầu trục)

- Kích thước B 1 = 300 mm kể từ tim ray cho đến mép ngoài của cầu trục (dùng

để tính toán khe hở giữa cầu trục và mép trong cột trên)

3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG:

- Phải đảm bảo sự vận hành của cầu trục

- Phải đảm bảo chiều cao thông thủy để thuận tiện trong sản xuất

Trang 2

- Phải đảm bảo nhịp của cầu trục Lk

3.1 Kích thước theo phương đứng:

a Chiều cao cột dưới:

Chiều cao phần cột dưới được xác định theo công thức:

Hd = Hr + H3 – hr – hdct Trong đó:

+ Hr: Cao trình đỉnh ray

+ H3 : Phần cột chôn ngầm dưới mặt nền hoàn thiện

(Chọn sơ bộ H 3 = 0 m)

+ hr = 120 mm: Chiều cao ray và đệm ray + hdct : chiều cao dầm cầu trục:

b Chiều cao cột trên:

Chiều cao phần cột trên được xác định theo công thức:

Ht = H 2 + hdct + hr Trong đó:

+ H2: Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang

- H2 = Hk + 100 mm + f

+ Hk: kích thước gabarit của cầu trục, từ mặt ray đến

điểm cao nhất của xe con Tra bẳng H k = 2750 mm

+ 100: khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

+ f: khe hở phụ, xét độ võng của kết cấu mang lực mái và việc bố trí thanh giằng cánh dưới

Lấy bằng f 1 L 1 30000 300mm

- Kích thước H2 lấy theo bội số 200 mm

Ø Chiều cao của phần cột trên:

Ht = 3150 + 800 + 120 = 4070 mm

Chọn H t = 4100 mm

c Chiều cao sử dụng:

Chiều cao sử dụng được xác định theo công thức:

Trang 3

Hsd = H1 + H2 = 7.0 - 0 + 4.1 = 11.1 m

3.2 Kích thước theo phương ngang nhà:

a Chiều cao tiết diện cột trên:

+ B1: Phần đầu cầu trục từ ray đến mép ngoài lấy theo catologue

cầu trục B 1 = 300 mm

+ D: Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột lấy bằng 60 ÷75 mm

® chọn D = 75 mm + Khoảng cách a từ mép ngoài đến trục định vị được lấy đối với những nhà có sức trục Q ≤ 30 tấn, chế độ làm việc trung bình ®

- Vậy trục định vị nằm trùng mép ngoài cột trên với h cd = l = 750 mm

- Kiểm tra chiều cao tiết diện cột dưới (nhà chế độ làm việc trung bình):

sd cd

Hh

Trang 4

3.3 Kích thước dàn mái và cửa mái:

- Chiều cao đầu dàn vì kèo: H đd = 2000 mm

- Độ dốc của mái là i = 15%

- Chiều cao cửa mái: H cm = 2000 mm

- Chiều rộng chân cửa mái:

- Trong nhà công nhiệp bằng thép hệ giằng là bộ phận quan trọng giúp 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 cầu 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

Trang 5

a Hệ giằng cột:

Hệ giằng cột trên và giằng cột dưới

b Hệ giằng mái:

Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên, giằng trong mặt phẳng cánh dưới và hệ

giằng đứng

B A

Hệ giằng cánh trên

B A

Hệ giằng cánh dưới

Hệ giằng cửa mái

Trang 6

PHẦN II TÍNH TOÁN KHUNG NGANG

1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:

1.1 Tải trọng tác dụng lên mái:

a Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải):

- Tải trọng thường xuyên gồm có trọng lượng bản thân của kết cấu khung ngang, trọng lượng mái tôn, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng hệ

giằng, trọng lượng dàn và dầm cầu trục Các tải trọng này khi tính khung được đưa về thành tải trọng phân bố đều trên xà ngang

- Tải trọng tính toán của mái tôn:

+ Tải trọng tính toán của mái tôn (mặt bằng mái):

gtt tôn = ng x g tc tôn ( daN/m 2 ) Trong đó:

+ ng = 1.05 - hệ số vượt tải + gtc tôn = 8 daN/m 2

® Tải trọng tính toán của mái tôn (mặt bằng mái):

gtt tôn = 1.05 x 8 = 8.4 ( daN/m 2 )

+ Độ dốc mái i = 15% ® a = arctg (i) = 8.53 độ ® cos(a) = 0.989

® Tải trọng tính toán của mái tôn (mặt bằng nhà):

gtt mtôn = g tt tôn / cos(a) = 8.4 / 0.989 = 8.5 ( daN/m 2 )

- Tải trọng tính toán của xà gồ và lớp cách nhiệt:

gtt xà gồ = ng x g tc xà gồ ( daN/m 2 ) Trong đó:

+ ng = 1.05 - hệ số vượt tải + gtc xà gồ = 15 ÷ 20 daN/m 2 – lấy theo kinh nghiệm

® Tải trọng tính toán của xà gồ và lớp cách nhiệt :

gtt xà gồ = 1.05 x 20 = 21 ( daN/m 2 )

- Tải trọng tính toán của dàn, cửa trời và hệ giằng (mặt bằng nhà):

gtt d = ng x g tc d (daN/m 2) Trong đó:

+ ng = 1.05 - hệ số vượt tải + gtc d = 15 ÷ 20 daN/m 2 – lấy theo kinh nghiệm

® Tải trọng tính toán của dàn, cửa trời và hệ giằng (mặt bằng nhà):

gtt d = 1.05 x 20 = 21 daN/m 2

® Như vậy: Tổng tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên mái:

gtt mái = g tt mtôn + g tt xà gồ + g tt d = 8.5 + 18.9 +21 = 50.5 daN/m 2

- Tĩnh tải phân bố trên mái được quy về tải phân bố trên các khung ngang

Trang 7

qtt mái = g tt mái x B daN/m ® qtt mái = 50.5 x 8 = 404 daN/m

b Tải trọng tạm thời (hoạt tải):

- Theo TCVN 2737:1995, hoạt tải mái (thi công và sửa chữa) là:

ptc = 30 ( daN/m2 );

hệ số vượt tải: np = 1.3

® Hoạt tải tính toán tác dụng lên mái:

ptt = np x ptc = 1.3 x 30 = 39 daN/m2

- Hoạt tải phân bố trên mái được quy về tải phân bố trên các khung ngang

Ptt mái = p tt x B = 39 x 8 = 312 daN/m 1.2 Tải trọng tác dụng lên cột:

a Tải do phản lực của dàn:

G =a ´L daN Trong đó:

+ adct = 24 ÷ 37, với cầu trục sức trục trung bình (Q ≤ 75T) + Ldct (m): nhịp dầm cầu trục (chính là bước cột nhà)

® Trọng lượng bản thân dầm cầu trục:

2 dct

G =30 8 1920´ = daN

c Tải trọng do áp lực đứng của bánh xe cầu trục lên vai cột:

Trang 8

- Từ các số liệu ban đầu của nhịp nhà L = 30 m và sức trục Q = 30 T, tra

catologue của cầu trục:

+ Ptc max = 34.5 Tấn = 345 kN + GQ = 62 Tấn = 620 kN + Gtc xc = 12 Tấn = 120 kN + n0 = 2 bánh

- Áp lực lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột xác định theo đường ảnh hưởng khi các bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất (tương ứng với

B = 6300 mm, khoảng cách giữa các bánh xe K = 5100 mm) có thể sắp xếp các bánh xe cầu trục như sơ đồ sau:

Trang 9

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

Lực hãm của xe con truyền qua bánh xe cầu chạy truyền vào dầm và truyền

vào khung thành lực hãm T, đặt tại cao trình mặt dầm hãm

TTn

n

+

=

- Q – sức trục của cầu trục

- Gtc xc – trọng lượng xe con

- ' xc

n - số bánh xe hãm, thường '

Trang 10

1.3 Tải trọng gió:

- Công trình được xây dựng tại địa hình khu vực A, có áp lực gió gió tiêu chuẩn

Wo = 95 daN/m2, có trị số không đổi ở độ cao 10m, với độ cao lớn hơn điều

chỉnh bằng hệ số k > 1, lúc này gần đúng có thể coi phân bố dạng hình thang

- Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm: gió thổi lên tường dọc truyền vào cột dưới dạng tải trọng phân bố đều ở cả phía đón gió và phía khuất gió, gió thổi lên mái (tính từ cánh dưới dàn vì kèo đến điểm cao nhất của mái) được chuyển về dạng lực tập trung đặt ở cao trình cánh dưới vì kèo (xà ngang sơ đồ tính toán của

khung)

- Tải trọng gió tính toán tác dụng lên khung tính theo công thức:

W=g ´W k c B´ ´ ´Trong đó:

- gQ = 1.2 – hệ số vượt tải của tải trọng gió

- Wo = 95 daN/m2 – Áp lực gió tiêu chuẩn

- c = 0.8 – Hệ số khí động, phụ thuộc vào hình dạng nhà, tra bảng 6, TCVN 2737 :1995

- k – hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao

a Tải gió tác dụng lên cột:

- Gió đẩy được xác định theo công thức :

+ B – bước khung + ce: hệ số khi động phía đón gió lấy bằng 0,8

+ ce3: hệ số khí động phía khuất gió

Hệ số khí động (Tiêu chuẩn “Tải trọng và tác động 2737 –1995”):

Bảng tra hệ số khí động của mặt khuất gió: ce3

Trang 11

Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

( Tiêu chuẩn “ Tải trọng và tác động 2737–1995 )

Độ cao ( m ) Dạng địa hình A

- Tại độ cao 11.1 m (cánh dưới của dàn vì kèo): k = 1.1920

- Tại độ cao 13.1 m: k = 1.2172

- Tại độ cao 14.85 m: k = 1.2382

- Tại độ cao 16.85 m: k = 1.2585

- Tại độ cao 17.30 m: k = 1.263

Bảng tra hệ số khí động các mặt mái đón gió (c e1 ), và mặt cửa mái khuất gió(c e2 ):

ce1 ce1 ce1

0 8.530

200

0 +0.0853 +0.2

-0.6 -0.5147 -0.4

-0.7 -0.7 -0.7

-0.8 -0.8 -0.8 ce2 £ 600 -0.4 -0.4 -0.5 -0.8

a0 = arctg (1.5/10) = 8.530 , H 16.85 0.562

L = 30 = ® ce4 = -0.54

Trang 13

2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG:

2.1 Các giả thiết tính khung tĩnh:

- Khi tính khung có tải trọng không tác dụng trực tiếp lên rường ngang,

biến dạng đàn hồi của rường ngang ảnh hưởng rất ít tới lực tính toán,

diều này cho phép xem rường ngang tuyệt đối cứng (Id = ¥)

- Tính khung nhằm mục đích xác định các nội lực: momen uốn, lực 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 tahy sơ đồ tính toán thực

của khung bằng sơ đồ đơn giản hóa, với các giả 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

I =

Trang 14

- Dùng phần mềm Sap2000 để tính nội lực

- Tiến hành tổ hợp tải trọng để có nội lực nguy hiểm nhất tại 4 tiết diện trên cột (

A, B, C , D )

2.2 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 hai 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

Trang 15

- Các trường hợp tổ hợp nội lực

+ Tổ hợp cơ bản 1:

Trang 16

+ Tổ hợp cơ bản 2:

Trang 19

- Kết quả tổ hợp nội lực

Phần tử 1(Cột dưới) kgf 2(cột trên)

Trang 20

PHẦN III THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT

A THIẾT KẾ CỘT:

1.1 Các thông số tính toán:

- Cột trên và cột dưới coi như cấu kiện nén lệch tâm trong mặt phẳng khung , nén đúng tâm ngoài mặt phẳng khung

- Tóm tắt các số liệu đã có:

- Ht = 4.1m; Hd = 7.0m; 1

2

I8

I =

- Chiều cao tiết diện cột trên hct = 350 mm; hcd= 750mm

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

- 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

2

i f

d

N M N

Gc =gc x Hc

- Trong đó gc là trọng lượng của mỗi mét dài cột

Trang 21

gc =

R K

N

´

å Y x g (kgf/m) Với: SN: lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi bỏ qua Gc

Y: hệ số cấu tạo,trọng lượng các chi tiết lấy bằng 1.4 – 1.8 g: trọng lượng riêng của thép (g =78.5kN/m3)

K:hệ số kể đến ảnh hưởng của moment

K = (0.25¸0.3) đối với cột trên

K = (0.4¸0.5) đối với cột dưới

R:cường độ tính toán của vật liệu thép làm cột (R = 230MPa)

hc: chiều dài đoạn cột

NHÁNH MÁI NHÁNH CẦU TRỤC

M (kN.m) N TƯ (kN) M (kN.m) N TƯ (kN) M (kN.m) N TƯ (kN)

89.19 -64.61 -772.23 -788.71 512.24 -312.49

1.2 Xác định chiều dài tính toán của cột:

a Trong mặt phẳng khung:

- Với cột bậc của khung nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng, chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột được xác định riêng lẻ cho từng cột

- Phần cột dưới: l1x =m1Hd

- Phần cột trên: l2x =m2Ht

- 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 trượt ® m1: tra bảng D3-TCVN 5575 – 2012 phụ thuộc n và a

Trang 22

1.89 4.14 30.456

với: Nc.truc , Nmai - lực nén trong nhánh cầu trục và nhánh mái

M-,Ntư – cặp nội lực có momen căng nhánh mái và lực dọc tương ứng

M+,Ntư – cặp nội lực có momen căng nhánh cầu trục và lực dọc tương ứng

1.4 Thiết kế cột trên:

- Cặp nội lực nguy hiểm nhất (M= 89.19 kN.m; N tư = -64.61 kN)

- Chiều cao tiết diện cột ht = 350 mm

1.4.1.1 Chọn sơ bộ tiết diện:

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

- Độ lệch tâm e = M/N=89.19/64.61 = 1.38 m

- Giả thiết h = 1.25, diện tích yêu cầu của tiết diện cột trên :

Trang 23

1.4.1.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

a Tính toán đặc trưng tiết diện

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

Trang 24

® Vậy lmax = max( lx; ly ) = lx = 82.13 < [l] = 120 (Thỏa)

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

c e

Nf

- Độ lệch tâm tương đối:me =h.m

+ Độ lệch tâm tính đổi:

Þ me =h.m 1.3456 10.77 14.49 20= ´ = < nên không cần kiểm tra về bền

+ Tra bảng D.10 dựa vào me và l nội suy ® je = 0,086

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

2 c

e

7.18 f 23 0.95 21.85kN / cm.A 0.086x104.6

Trang 25

=+ tính theo công thức khi mx = 5 Với a, b tra bảng 16 (TCVN: 5575-2012) b phụ thuộc ly và lc

+ 10

y x b

1C

1 m j

j

=+ ´

tính theo công thức khi mx = 10

Với jb là hệ số lấy theo 7.2.2.1 như trong dầm có cánh chịu nén với từ 2 điểm cố kết trở lên; đối với tiết diện kín jb = 1

Trang 26

Þ 10

y x b

c Kiểm tra ổn định cục bộ:

+ Với bản cánh: o o

o f

b:t

w w

ht

Trang 27

1.5 Thiết kế cột dưới (cột rỗng thanh giằng):

Nội lực tại tiết diện nguy hiểm nhất được chọn từ bảng tổ hợp nội lực như sau : (trong đó lực nén N đã kể đến trọng lượng bản thân cột)

CỘT DƯỚI

M (kN.m) N TƯ (kN) M (kN.m) N TƯ (kN)

- Lực cắt lớn nhất tại chân cột: Vmax = 99.78 ( kN )

1.5.1 Chọn sơ bộ tiết diện cột

+ Hình dạng tiết diện : cột dưới rỗng gồm hai nhánh:

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

+ Nhánh cầu trục cấu tạo dạng théo chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại

Nhánh cầu trục

+ Xác định nội lực nhánh cầu trục (nhánh 1): 1 2 1

nh1

N y MN

Trang 28

- Đối với nhánh mái, chọn tiết diện dạng chữ C tổ hợp gồm 1 bản thép lưng

14 326mm´ và 2 thép góc L100x12mm

- Đối với nhánh cầu trục: gồm tổ hợp của 2 bản thép tiết diện (1.2 x 150) mm

và 1 bản thép tiết diện (10 x 326) mm

a Đối với nhánh cầu trục (nhánh 1):

Trang 29

b Đối với nhánh cầu mái (nhánh 2):

- Thép góc đều cạnh L:100x12 có: A1 =22.8 cm2, Z1 =2.91 cm và Jx = 209 cm4

- Bản ghép: 326 x 14 có A2 = 32.6 x 1.4 = 45.64 (cm2)

- Xác định các đặc trưng hình học nhánh 2:

Trang 30

d Xác định hệ thanh bụng xiên:

- Góc hợp bởi thanh giằng xiên với phương ngang: q= 45o ® =a 72.5

- Kiểm tra thanh bụng xiên:

i 35.99

Trang 31

Tra bảng D.8 phụ lục D (TCVN 5575:2012) ta có j0 = 0.893

- Lực cắt qui ước:

1.5.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn

Kiểm tra tiết diện đã chọn: cho nhánh cột và toàn cột

1.5.2.1 Cho nhánh cột:

´ 845.29 13.91 0.95 23 21.85

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	0,97 MB