Đồ án kết cấu thép 2

Đồ án kết cấu thép 2 điển hình của Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Thể hiện chi tiết và đầy đầy đủ các bước thiết kế khung nhà công nghiệp 1 tầng. Phân tích đề bài, Lựa chọn tiết diện và các thông số sơ bộ. Lựa chọn cách bố trí hệ kết cấu, phân tích tải trọng tác động, Lập mô hình tính toán, phân tích mô hình về chuyển vị, phân tích các thông số nội lực để đánh giá độ tối ưu, sử dụng nội lực thu được để kiểm tra, phân tích và thiết kế từng cấu kiện.

Trang 1

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II

THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

A Đề Bài và Yêu Cầu

1 Đề Bài:

Thiết kế kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng một nhịp có cầu trục

hoạt động

a) Số liệu chung:

- Công trình có một tầng một nhịp, hai cầu trục cùng hoạt động trong nhịp và

sức cẩu Q Chế độ làm việc trung bình

- Chiều dài công trình khoảng 90m, bước cột 6, 7 hoặc 8m Mái lợp tôn mạ

màu, độ dốc mái lấy bằng 10%, có cửa trời

- Tuổi thọ công trình lấy bằng 50 năm

- Que hàn E42, E42A hay tương đương Dùng phương pháp hàn tay, kiểm tra

đường hàn bằng phương pháp thông thường

- Bê tông móng đá 1x2cm, cấp bền B20 (mác M250)

- Bu lông cấp bền 4.6, 5.6, 6.6, hoặc 8.8

- Tài liệu tham khảo:

+ Sách – thiết kế kết cấu thép – Gs Đoàn Định Kiến [1]

+ Bải giảng của thấy Ngô Hữu Cường [2]

+ Kết câu thép – cấu kiện cơ bản – Gs.TS Phan Văn Hội [3]

+ TCVN 5575 : 2012 về tiêu chuẩn thiết kế [4]

- Thể hiện kết quả thiết kế lên bản A1 gồm: mặt bằng cột, khung ngang, kích

thước và nội lực dàn, các hệ giằng, chi tiếp thân cột, vai cột, chân cột, chi tiết mái, mắt dàn, ghi chú và khung tên Bản vẽ được thể hiện bằng máy tính hoặc thủ công

Trang 2

B Xác Định Kích Thước Khung Ngang

1 Các Số Liệu Tra Bảng

Cầu trục sử dụng móc cẩu có sức nâng chính là 20T, chế độ làm việc trung bình,

nhịp nhà là 20m, ta có thể tra bảng ra những số liệu sau:

- Loại ray thích hợp KP70

k

2 Xác Định Kích Thước Theo Phương Đứng

- Chiều cao thực của phần cột dưới: H d H r h r h dcch m

Các kích thước lấy là bội số của 200 mm H d  13200 mm H ; t  3600 mm

3 Xác Định Các Kích Thước Theo Phương Ngang Nhà

- Chiều cao tiết diện cột trên:

Trang 3

  a h t B1  D  350 280 60 750 (    mm) Chọn a = 175 mm trùng với tim cột trên

- Chọn dạng dàn mái hình thang, dàn vì kẻo liên kết cứng với cột chiều cao

đầu dàn là 2.2m, độ dốc mái 10% suy ra chiều cao giữa dàn là 3.3m

Trang 4

Gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống

dọc nhà Chiều dài nhà là 90m = 15B giằng trong mặt phẳng cánh trên được

bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ và ở giữa khối, cách nhau 50 – 60m

b) Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

Được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, để tăng độ cứng cho khung nhà cần

có hệ giằng cánh dưới theo phương dọc nhà.bề rộng của hệ giằng lấy bằng

khoang đầu tiên của cánh dưới

c) Hệ giằng đứng cửa mái

Trang 5

Nằm trong mặt phẳng thanh đứng của nhà, theo phương dọc nhà được bố trí ở

những chỗ có hệ giằng cánh trên và hệ giằng cánh dưới

 Hệ Giằng Cột

Bao gồm hệ giằng cột dưới và hệ giằng cột trên Giằng dưới bố trí tại giữa

khối nhiệt độ, giằng cột trên được bố trí tại giữa khối nhiệt độ (trên hệ giằng

cột dưới) và ở hai đầu khối nhiệt

Trang 6

Trang 7

C Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Nhà

1 Tải Trọng Tác Dụng Lên Dàn

a) Tĩnh tải

- Theo cấu tạo mái ta có bảng tính tải trọng sau:

Cấu tạo của lớp mái Trải trọng tiêu chuẩn

2

(daN m/ ) Q

Tải trọng tính toán

c m g cos

6.6 5.5

tt m g cos

2, 3, 4, 12, 13, 14 1.5 0.993 1.092

Trang 8

b) Hoạt tải

Theo TCVN 2737 – 1995: tải trọng sửa chữa tấm tôn được lấy bằng 30

2

(daN m/ ) trên mặt bằng mái, hệ số vượt tải n = 1.3

nút a i (m) Tải tiêu chuẩn

(kN)

Tải tính toán (kN)

2, 3, 4, 12, 13, 14 1.5 2.700 3.510

2 Tải trọng tác dụng lên vai cột

Các tải trọng này là Dmax và Dmin được xác định như sau:

có thể sắp xếp bánh xe cầu trục như sơ đồ dưới đây

Ta có:y1  1 từ các kích thước như trên ta xác định được y2  0.683, y3  0.267

và y4  0  y i 1.95

Trang 9

3 Lực Xô Ngang Của Cầu Trục

Cầu trục sử dụng móc mềm, trọng lượng của xe con G xc, số bánh xe con n xcvà

Địa điểm xây dựng Phú Quốc – Kiên Giang, tra bảng 4 [5] ta xác định được khu

vực thiết kế nằm trong vùng gió IIIA, chọn dạng địa hình A, tải trọng gió tiêu

0

Hệ số khí động c được xác định như hình dưới theo tiêu chuẩn [5]

Hệ số độ cao k được tra bảng phụ thuộc dạng địa hình và độ cao

Trang 10

 Gió tác dụng trên mái

Gió đẩy ngang tập trung tại các nút chân và đầu cửa mái

Trang 11

b Gió Phải (lấy ngược lại)

D Sử Dụng Phần Mềm Sap2000 Phân Tích Kết Cấu

1 Chọn sơ bộ tiết diện:

Chọn sơ bộ tiết diện cấu kiện theo các điều kiện cứng và điều kiện độ mảnh tối

thiểu (tham khảo tài liệu [3])

a Tiết diện cột:

 Cột trên: Chọn dạng tiết diện chứ I tổ hợp dối xứng

Chiều cao tiết diện cột đã chọn h t  350 mm

Chiều cao cột trên đã chọn H t  3600 mm

 Tiết diện sơ bộ được chọn như sau:

Ghi chú Điều kiện Giới hạn (mm) Chọn

(mm) Nhỏ Lớn

Chọn tiết diện cột rỗng 2 nhánh, nhánh đỡ mái tiết diện chữ U, nhánh đỡ cầu

trục tiết diện chữ I chiều cao tiết diện đã chọn h d  1250 mm bề rộng cột dưới

chọn theo điều kiện cứng b c  (1 / 30 1 / 20)  H d chọn b c  450 mm

Chọn sơ bộ các kích thước tiết diện còn lại như sau:

Kích thước Tiết diện nhánh U Tiết diện nhánh I

Thanh giằng 2 nhánh cột chọn tiết diện là thép góc đều cạnh L125x8

Vai cột khai báo tuyệt đối cứng

b Tiết diện dàn vì kèo

Chọn sơ bộ tiết diện được thiết kế theo TCVN 1656:75

+ chọn bề dày bản mã 6mm

+ thanh xiên đầu dàn chọn 2 thép góc L80x6

+ thanh bụng và thanh dàn phân nhỏ chọn 2 thép góc L50x5

+ thanh cánh trên chọn thép góc L70x6

+ thanh cánh dưới chọn thép góc L100x7

Trang 12

2 Tải trọng và tổ hợp nội lực

Tải được nhập vào trong sap2000 là tải tiêu chuẩn

Hệ số vượt tải 1.1/0.9 1.3 1.1 1.1 1.1 1.1 1.2 1.2 BẢNG TỔ HỢP NỘI

LỰC

TT (1)

HTM (2)

DmaxTR (3)

DmaxPH (4)

T-TR (5)

T-PH (6)

GIOTR (7)

GIOPH (8)

Trang 13

3 Các trường hợp tải và biểu đồ mô men tương ứng

a Tĩnh tải mãi

Trang 14

b Hoạt tải mái

Trang 15

c Tải trọng lên vai cột

 Dmax_TR (DmaxPH lấy ngược lại)

Trang 16

d Lực hãm cầu trục

 T_tr (T_ph lấy ngược lại)

Trang 17

e Gió trái (gió phải lấy ngược lại)

Trang 18

4 Kết quả nội lực trong cột

Các vị trí mặt cắt cần tính nội lực trong cột như hình sau:

 Bảng tổng hợp nội lực trong cột tại các tiết diện: (đơn vị: kN)

Trang 19

Tải M(kN) N(kN) M(kN) N(kN) M(kN) N(kN) M(kN) N(kN) M(kN) N(kN) M(kN) N(kN) TT(1) -0.17 -41.34 -0.11 -15.77 -0.06 -22.25 -0.04 -10.60 1.15 -20.54 3.95 -16.62 HTM(2) -0.17 -21.63 -0.11 3.81 0.04 -14.33 0.04 -3.86 1.48 -18.91 4.48 -18.91

DmaxTR(3) 0.72 -141.50 0.18 -209.39 0.52 -88.19 0.14 -260.66 -18.83 0.29 -3.05 0.29

DmaxPH(4) -0.55 -80.12 -0.46 7.81 0.97 -29.20 0.76 -44.97 -11.88 -0.29 9.03 -0.29 T-TR(5)(5’) 1.02 70.20 0.75 79.40 1.87 2.15 1.35 7.51 4.69 0.22 2.38 0.22 T-PH(6)(6’) 0.62 42.57 0.43 47.19 0.74 8.56 0.63 11.75 7.14 0.22 7.01 0.22 GIO-TR(7) 11.51 887.57 9.50 -962.14 -9.62 125.77 -8.86 -92.30 41.91 73.25 -78.66 73.25 GIO-PH(8) -10.02 -708.31 -8.05 867.00 9.85 -57.93 8.85 133.74 -69.12 38.71 64.34 38.71

Trang 20

5 Kiểm tra độ võng và chuyển vị cho phép

Trang 21

 Chuyển vị do tổ hợp TTM+GIO-TR

Như hình dưới ta có chuyển vị:   0.05576 m 5.576 cm  [ ] thỏa điều kiện

chuyển vị cho phép

Trang 22

 Chuyển vị đầu cột do TTM + Dmax-PH

chuyển vị cho phép

Trang 23

 Chuyển vị do TTM+0.5GIO-TR+Dmax-PH

chuyển vị cho phép

Trang 24

E THIẾT KẾ CỘT:

1 Nội Lực Tính Toán Cho Cột:

tiết diện cột trên

cột dưới

đơn vị nhánh cầu trục nhánh mái

Chọn cặp nội lực thiết kế các phần cột như sau:

Cột trên: gây kéo M  157.95kNm N ;  73.44 kN

Từ các dữ liệu trên tra bảng 3.2 [1] ta được 1  2 ; 2  3

Ta có chiều dài tính toán của cột được tính như sau:

a chọn sơ bộ tiết diện

tiết diện đã được chọn sơ bộ như phần trên

b Kiểm tra tiết diện đã chọn

 Đặc trưng tiết diện chọn

Trang 25

 Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện chọn

và [hw/tw]=(1.2+0.35 ) E f/ tra bảng 33-[4] phụ thuộc loại tiết diện

Vậy tiết diện chọn thỏa điều kiện ổn định cục bộ

Vậy tiết diện cột đã chọn là thỏa mãn

 Kiểm tra bền (chọn cặp nội lực gây kéo)

A A  với A f là diện tích một bản cánh, Aw là diện tích bản bụng

Từ các dữ liệu trên, tra bảng D9 [4] ta có:   1.395 , m e    m 3.15

 Kiểm tra điều kiện ổn định trong mặt phẳng uống

Từ x và m e tra bảng D.10 [4] ta được e  0.285

Trang 26

Giá trị mô men ở đầu kia của cột trên: M2  73.58 kNm

Giá trị mô men ở 1/3 đoạn cột là:

x

m N

Trang 27

4 Thiết kế cột dưới

Tiết diện cột dưới chọn tiết diện cột rỗng thanh giằng, gồm 2 nhánh là nhánh

mái và nhánh đỡ cầu trục có dạng như hình dưới

Một số thông số đã chọn:

Lực dọc trong nhánh cầu trụcN1 1342.01 kN

Lực dọc trong nhánh máiN2 1020.40 kN

Trang 28

a Tiết diện nhánh cầu trục:

Chọn sơ bộ tiết diện như sau:

b Tiết diện nhánh mái

Nhánh mái dùng tiết diện được tổ hợp từ 1 thép bản 410x10 và 2 thép góc đều

cạnh L125x10 có 2

24.3

g

F  cm có z0g = 3.45 gọi khoảng cách từ trọng tâm tiết diện tới mép trái tiết diện là z0

tương tự nhánh cầu trục ta có các đặc trưng tiết diện như sau:

Trang 29

Trang 30

 Kiểm tra ổn định thanh xiên

Nội lực trong thanh xiên được lấy từ tổ hợp bao trong sap2000 ta có được

21 /

tx tx y

N

kN cm F

19.5

x

tx

F F

Ta có Qqư < Q do vậy không cần tính lại thanh xiên

Thanh bụng ngang tính theo Qqư Vì Qqư nhỏ nên chọn thanh bụng ngang theo

độ mảnh giới hạn chọn thép góc đều cạnh L50x5 có rmin = 0.98 cm

Độ mảnh của thanh: C r/ min  124.83 [ ] 150     thỏa điều kiện về độ

mảnh giới hạn

d Xét toàn tiết diện cột:

 Kiểm tra tiết diện toàn cột theo trục ảo x-x:

 Với cặp M1-N1

Trang 31

 Đường hàn liên kết thanh xiên vào nhánh cột:

Chọn trước chiều cao đường hàn sống là 10mm chiều cao đường hàn mép là

6mm

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên là c  0.75

Chiều dài đường hàn cần thiết:

 Đường hàn liên kết thanh giằng bụng vào nhánh cột:

Do Qqư nhỏ nên ta chọn đường hàn theo cấu tạo: h s h m  6mm ,l h  5cm

Trang 32

5 Thiết Kế Chi Tiết Cột:

 Thiết kế mối nối 2 phần cột:

Khoảng cách trục của 2 bản cánh tiết diện cột trên: b t'  h t b f  35 0.8   34.2cm

 Nội lực lớn nhất cánh ngoài cột trên phải chịu:

Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu, chiều dài đường hàn bằng bề rộng tiết

diện cánh cột trên l h  18cm, chiều cao đường hàn bằng bề dày bản cánhh h  1cm

Kiểm tra đường hàn cánh ngoài:

2 1

2

12.81 /

21 0.85 17.85 /

ngoai h

h h wt

Dùng mối nối như cánh ngoài, Chọn bản K có chiều dày và chiều rộng bằng

chiều dày và chiều rộng bản cánh cột trên

Kiểm tra đường hàn cánh trong:

2 1

2

20.66 /

21 /

ngoai h

h h w

Trang 33

Chọn chiều dày bản đậy nhánh cầu trục của cột bd  20mm

Chọn chiều rộng sườn dầm đầu dầm cầu trục b s  200mm

Chiều dài truyền lực ép cục bộ lên khung dầm vai:

s bd

z b      mm

Ta giá trị D max  392.00kN, trọng lượng dầm cầu chạy G dcc  15kN

Cường độ tính toán ép mặt của thép – tra bảng [1] 2

max dcc dv

em

cm z

 chọn dv 10mm

Bụng nhánh cầu trục của cột dưới được xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn qua

2 bản bụng này liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc

Chiều cao bụng dầm vai phải đủ chứa 4 đường hàn góc này Chọn chiều cao

Trang 34

Chọn h dv  600mm, chiều dày cánh dưới dầm vai chọn t cd dv.  10mm, chiều cao

bụng dầm vai là h bdv  600 10 20    570mm

 Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai

Thiên về an toàn ta quan niệm chỉ chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn

Mô men chống uốn của bản bụng: 2 3

Trang 35

- ở nhánh mái, moment lớn nhất ở bản kê 3 cạnh:

với b a/ 9.17 / 21.50.4260.5 tra bảng 3.6-[1] ta được  0.5

2

M    b  kNcm

- ở nhánh cầu trục, moment lớn nhất ở bản kê 3 cạnh:

với b a/ 9.5 / 21.50.4420.5 tra bảng 3.6-[1] ta được  0.5

Trang 36

Chiều rộng bản cánh thép góc: b g  125mm, khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái đến đương hàn sống thép là a g  1.67cm

Chiều dài cần thiết của đường hàn sống và hàn mép:

b a N

w

4

g hm

a N

A A A

q l

Với l A  b 9.16cmtrong ô 3 cạnh Chọn chiều dày sườn A: A  1cm Chiều cao sườn A tính theo hA: h A  6M A / (A f)  15.79cm chọn h A  16cm

Kiểm tra 2 đường hàn góc liên kết sườn A với bản bụng

Chọn chiều cao đường hàn h h  10mm

Wgh (2h l h h ) / 652.5cm ; A gh 2h l h h 21cm3 Với l h h A 1: chiều dài đường hàn

Trang 37

Độ bền đường hàn kiểm tra theo td

Tính chiều cao các đường hàn ngang

- Đường hàn liên kết dầm đế với bản đế:

- Lực tác dụng lên dầm đế do 2 đường hàn liên kết dầm đế với cánh tiết diện

phải chịu, chiều cao đường hàn chọn h h  1.2cm

- Kích thước tiết diện sườn A: A  1cm, h A  22cm

- Chiều cao các đường hàn ngang chọn thống nhất bằng 1 cm

Trang 38

Chọn 4 bu lông 42 có tiết diện thu hẹp là:

2

chon

A    cm

Trang 39

Trang 40

122.62

max

N  kN  chọn chiều dày bản mã a = 6 mm

a Thanh xiên đầu dàn: (thanh số 9)

Nội lực tính toán: N nen   55.62kN, N keo  122.62kN

 Tính thanh chịu nén: N nen   55.62kN

- Chiều dài tính toán:

+ bán kính quán tính tiết diện phương x: r x  1.94cm

+ Khoảng cách trục trọng tâm tiết diện tới sống thép: z0  1.74cm

+ Moment quán tính phương x: 4

+ tra bảng D8-[4] theo max ta được min  0.371 0.5  + hệ số  N/ (0.5  F f)  0.432  0.5 nên độ mảnh giới hạn được tính theo: [ ] 150  max OK

- Kiểm tra thanh về khả năng chịu lực:

Trang 41

b Thanh cánh trên, thanh cánh dưới:

Tính toán tương tự như thánh xiên đầu dàn, gồm các thanh 6, 7, 8 là thanh cánh

trên và các thanh 2, 3, 4 là thanh cánh dưới Được trình bày ngắn gọn như dưới:

Độ mảnh giới hạn được xác định như sau:

Được tính toán tương tự như thanh xiên và thanh cánh nhưng độ mảnh giới hạn

được lấy như sau:

 Với thanh chịu nén:

 Với thanh chịu kèo [ ]  400

Các điều kiện yêu cầu của tiết diện chọn:

2

[ ][ ]19.5 /

x y

Tiêu đề	Thiết Kế Nhà Công Nghiệp Một Tầng
Tác giả	Đoàn Văn Hiển
Người hướng dẫn	P.GS TS Ngô Hữu Cường
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Kết Cấu Thép
Thể loại	đồ án
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Phú Quốc

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	2,99 MB