Đồ án thép trường đại học giao thông vận tải TPHCM+file bản vẽ

+ Chịu một phần tải trọng tác dụng theo phơng dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nh gió lên tờng hồi, lực hãm của cầu trục.. Sơ đồ tính khung với tải trọng gió a/ Sơ đồ xác định hệ s

THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CễNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

X ác định các kích th ớc chính của khung ngang.

II.1 Lựa chọn dầm cầu trục

Nhịp Nhịp

Chiềucao Khoảng Bề rộng Bề rộng T.Lợng T.Lợng áp lực áp lực

L Gabarit cách Gabarit đáy cầu trục xe con

K

28 870 180 5300 4600 13,64 0,605 61,1 29,2 30

Với HK  0,87 m - tra catalô cầu trục;

bK  0,3 m - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang;

 Chọn H2  1,2 m

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến xà ngang:

1 2 3 6,5 1,2 0 7,7( )

H  H  H  H     m

Trong đó : H1  6,5 m - cao trình đỉnh ray

H3 = 0 m - phần cột chôn dới nền, coi mặt móng ở cốt 0,000

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang là:

Chiều cao dầm cầu trục: 1 1 1 1

Các kích thớc chính của khung ngang

III T ác dụng và cách bố trí hệ giằng mái, giằng cột

III.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 một phần 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

+ Làm cho lắp dựng an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xởng đợc chia thành hai nhóm: giằng mái và giằng cột

III.2.Bố trí hệ giằng mái, giằng cột:

7 6 5 4 3 2 1

6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500 6500

15 14 13 12 11 10 9

8 7 6 5 4 3 2 1

Tường tôn bao che có chiều dày 0,7mm và có qtc  0,0655kN / m2

Chän s¬ bé xµ gå ch÷ C cã m· hiÖu 7CS2,5x065 cã träng lîng tiÓu chuÈn b»ng 4,22kG/m

Xà gồ chữ C mã hiệu có các thông số sau:

IV.1.2 Hoạt tải:

Tải trọng hoạt tải xác định theo TCVN 2737-1995

p  0,3kN / m ;  p 1,3; ptt p.ptc  1,3.0,3 0,39kN / m  2

IV.1.3 Tổng tải trọng tác dụng lên xà gồ:

Gồm tải trọng tấm lợp, tải trọng bản thõn và hoạt tải mỏi

Với mỏi cú độ dốc là 10% thỡ mỏi tạo với phương ngang một gúc =5,71 Vỡ thế xà gồ làcấu kiện chịu uốn xiờn Trường hợp xà gồ gặp nguy hiểm nhất là tổng cả tĩnh tải và hoạt tảicựng tỏc dụng

V.tải trọng tác dụng lên khung ngang

V.1 Tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải)

Độ dốc mái i = 10 % => a = 5,710 (sin 0,0995; cos 0,995 )

Tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lợng các lớp mái, trọng lợng bản thân xà gồ, trọng lợng bản thân khung ngang và dầm cầu trục

Trọng lợng bản thân các tấm lợp,lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy bằng 0,15 kN/m2 Trọng lợngbản thân xà ngang chọn sơ bộ 1 kN/m

Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang là: 1 1,1.0,15.6,5

1,05.1 2,13( / ) 0,995

Trọng lợng bản thân của tôn tờng và xà gồ tờng lấy là 0,15 kN m/ 2.Quy thành tải tập trung

đặt tại đỉnh cột:

q2 =1,05.0,15.B.H = 1,05.0,15.6,5.7,7 = 7,88 (kN) Trọng lợng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1 kN/m Quy thành tải tập trung và mômen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

q3 =1,05.1.B = 1,05.1.6,5 = 6,825 (kN)

3.( 1 0,5 ) 6,825.(1 0,5.0,5) 5,12

Sơ đồ tính khung với tải trọng thờng xuyên ( tĩnh tải )

V.2 Hoạt tải mái:

Theo TCVN 2737 – 1995 [2], trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái lợp tôn) là 0,3 kN cm/ 2, hệ số vợt tải là 1,3

Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang: 1,3.0,3.6,5 os(5,71) 2,52( c  kN m / )

Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái a) Hoạt tải mái nửa trái b) Hoạt tải mái nửa phải

30000a)

Tại đỉnh mỏi cú cao trỡnh 9,2m địa hỡnh A nội suy =>k2=1,16

Phía khuất gió:1,2 W k c Bo  1,2.0,83.1,13.0,5.6,5 3,66(  kN m / )

(Hệ số k đợc tra bảng từ giá trị độ cao z=7,7m)

Tải trọng gió tác dụng lên mái :

Phía đón gió : 1,2 W k c Bo  1,2.0,83.1,146.0,2509.6,5 1,86(  kN m / )

Phía khuất gió: 1,2 W k c Bo  1,2.0,83.1,146.0,4.6,5 2,97(  kN m / )

+ Căn cứ vào hỡnh dạng mặt bằng nhà và gúc dốc mỏi, cỏc hệ số khớ động cú thể xỏc định theo bảng III.3 phụ lục, nội suy ta cú

1 0,2509;

e

C  C  e2 0,4; C  e3 0,5

Sơ đồ tính khung với tải trọng gió

a/ Sơ đồ xác định hệ số khí động ; b/ Gió trái sang ; c/ Gió phải sang

V.4.Hoạt tải cầu trục.

K

Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang, xác định nh sau:

a/ Áp lực đứng của cầu trục:

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục đợc xác

định bằng cách dùng đờng ảnh hởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định đợc các tung độ yi của đờng ảnh hởng, từ đó xác định đ-

ợc áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

P P

Các lực Dmaxvà Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm

so với trục cột là e L  1 0,5 h   1 0,5.0,5 0,75  m Trị số của các mômen lêch tâm tơng ứng:

64,68 (kN) 101,51

101,51 (kN.m)

135,34 (kN)

a/Dmax lên cột trái b/Dmax lên cột phải

Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục b/Lực hãm ngang cầu trục:

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

1

0,05.( ) 0,05.(63 6,05)

1.73( ) 2

a/Lực hãm lên cột trái b/Lực hãm lên cột phải

Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang cầu trục

VI Xác định nội lực trong khung ngang, tổ hợp nội lực

1.Sơ đồ tính khung ngang:

Do sức nâng cầu trục không lớn lắm nên chọn phơng án tiết diện cột không đổi Vì nhịpkhung là 30 m nên chọn phơng án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổitiết diện cách đầu xà 5 m Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột khung và móng làngàm tại mặt móng Liên kết giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng Trục cộtkhung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn Sơ đồ tính khungngang nh hình vẽ:

+ 0.00

+ Gi¶ thiÕt cét cã kÝch thíc nh sau:

Nội lực do hoạt tải chất cả mai

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do hoạt tải m¸i tr¸i

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do hoạt tải m¸i nửa phải

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do giã tr¸i

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do giã phải

(M/kNm)

N(kN)

N ội lực do ¸p lực đứng của cầu trục lªn cột tr¸i

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do ¸p lực đứng của cầu trục lªn cột phải

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do lực h·m ngang của cầu trục lªn cột tr¸i

(M/kNm)

N(kN)

Nội lực do lực h·m ngang của cầu trục lªn cột phải

(M/kNm)

N(kN)

3 Tổ hợp nội lực

Từ kết quả tính toán nội lực nh trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm ra trờng hợp nộilực bất lợi nhất để tính toán tiết diện khung Với cột ta xét 4 tiết diện: đầu cột, vai cột (2 tiết diện),chân cột Với xà ngang ta xét 4 tiết diện: đầu đoạn xà 5m, cuối đoạn xà 5m , đầu đoạn xà 10m ,cuối đoạn xà 10m 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

V

I Thiết kế cấu kiện

1 Thiết kế cột đặc tiết diện chữ I tổ hợp hàn:

Thiết kế cột tiết diện không đổi từ trên xuống dới

Từ bảng nội lực ta chọn cặp nội lực sau để tính toán tiết diện cột:

N = -77,98 kN

M = -319,54 kNm

V = -73,79 kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện đỉnh cột , trong tổ hợp nội lực do các trờng hợp tải trọng 1,4 gây ra

a Chiều dài tính toán cột:

Theo giả thiết tiết diện đầu xà và cột là giống nhau ta có tỉ số:

Chiều dài tính tóan trong mặt phẳng uốn: lx= .H = 1,43.7,7 = 11,011 (m)

Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +5,6 m nên chiều dài tínhtóan theo phơng ngoài mặt phẳng uốn: l  y 5,6m

b Xác định diện tích cần thiết A yc :

Theo giả thiết ở phần kích thớc khung ta có chiều cao tiết diện cột: h = 0,5m

Theo yêu cầu về cấu tạo và độ cứng, bề rộng tiết diện cột:

Diện tích tiết diện cần thiết của cột:

c Xác định các đặc tr ng hình học của tiết diện:

- Mômen quán tính của tiết diện:

I I

x x

I W

N W

  

Với m  x 23,5 20 => me =.m x 20(vỡ  1) nờn tiết diện cột được tớnh toỏn kiểm tra

theo điều kiện bền : c

  tra bảng phụ lục IV.2 đợc:  y 0,554

c: hệ số kể đến sự ảnh hởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc củacột theo phơng ngoài mặt phẳng khung

Do cặp nội lực dùng để tính tóan cột lấy ở tiết diện đỉnh cột và do các trờng hợp tải trọng (1,4)gây ra nên trị số của mô men uốn tại tiết diện trờn vai cột tơng ứng:

N W

Độ lệch tâm tơng đối :

119,68 10

1

x

y x b

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

f Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

Điều kiện kiểm tra: 

w

t

h t h

Với m  x 23,5 1 và  x 1,74 2 và khả năng chịu lực của cột đợc quyết định bởi điều kiện ổn

định tổng thể của cột trong mặt phẳng uốn, tra bảng 2.2 ta có:

' 2.0,7.31,5 2.(1.25) 94,1 2 83,6 2

=> Không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể

g Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh:

Điều kiện kiểm tra: 

o

t

b t b

b t

b      (cm) 12,15

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

1.3 Kiểm tra chuyển vị ngang ở đỉnh cột :

Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000 phiên bản V16 trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn là:

TABLE: Joint Displacements

2 Thiết kế xà ngang tiết diện chữ I tổ hợp hàn:

1.1 Thiết kế đoạn xà 5m:

a Xác định diện tích cần thiết của tiết diện:

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

N= -80,4 kN

M= -319,54 kNm

V= -62,41 kN

Đõy là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do cỏc trường hợp tải trọng 1,4 gõy ra

Do M >> N nên để xác định sơ bộ kích thớc tiết diện ta tính theo cấu kiện chịu uốn sau đó đemkiểm tra lại theo điều kiện chịu nén uốn

2

3319,54.10

Tiết diện xà 5m

1389,3(1,15 1, 2) (51, 23 53, 46)( )

Từ các điều kiện và để đảm bảo điều kiện thi công ta chọn bf = 25 cm

Diện tích tiết diện chọn:

A2b t f f t h w w 2.25.1 0,7.48 83,6  (cm2)

b Xác định các đặc tr ng hình học của tiết diện:

- Mômen quán tính của tiết diện:

x x

I W

Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện bền

d Kiểm tra ứng suất t ơng đ ơng tại vị trí tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng:

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

đơng tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

Kiểm tra theo công thức:   2 2  

h M

  21,0223.1, 492 21,17(kN/cm2)1,15 .f  26, 45(kN/cm2)

Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện ứng suất tơng đơng

e Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh:

1.2 Thiết kế tiết diện xà 10 m ( tiết diện không đổi ):

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

N= -73,42 kN

M= 95,51 kNm

V= 7,34 KN

Đõy là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do cỏc trường hợp tải trọng 1,4 gõy ra

a Xác định diện tích cần thiết của tiết diện:

Để xác định sơ bộ kích thớc tiết diện ta tính theo cấu kiện chịu uốn sau đó đem kiểm tra lạitheo điều kiện chiụ nén uốn

2

395,51.10

Từ các điều kiện và để đảm bảo điều kiện thi công ta chọn bf = 25 cm

Diện tích tiết diện chọn:

A2 .b t f f t h w w 2.25.1 0,7.28 69,6(  cm2)

b Xác định các đặc tr ng hình học của tiết diện:

- Mômen quán tính của tiết diện:

x x

I W

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

đơng tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

Kiểm tra theo công thức:   2 2  

h M

VII Thiết kế và tính toán các chi tiết liên kết:

1 Tính toán vai cột:

a Xác định kích th ớc và đặc tr ng hình học:

Vai cột là 1 dầm côngxon có tiết diện không đổi

Vai cột chịu tác dụng của tải trọng Dmax và tĩnh tải G của dầm cầu trục Tải trọng tính toántác dụng lên vai cột là:

500

Cấu tạo vai cột

Bề rộng bản cánh dầm vai chọn bằng bề rộng cánh cột bdvf 25cm Giả thiết bề rộng của sờn gốidầm cầu trục b dct 25cm Chọn sơ bộ bề dày của các bản cánh dầm vai t dv cm

f  1 Từ đó bề dàybản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào theocông thức:

Với chiều cao tiết diện cột là h 50 cm

Xác định các đặc trng hình học của tiết diện:

b Kiểm tra ứng suất t ơng đ ơng:

Kiểm tra ứng suất tơng đơng tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng dầm vai:

f 15 1

3 2 1 2 1

Vậy điều kiện bền đợc thoả mãn

c Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bụng dầm vai:

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện ổn định

d Tính liên kết dầm vai với cột:

Vai và cột liên kết với nhau bằng đờng hàn góc Đờng hàn chịu đồng thời mômen và lựccắt

Chiều cao đờng hàn phải thoả mãn điều kiện cấu tạo:   

Chọn sơ bộ chiều cao đờng hàn liên kết dầm vai vào cột hf 6 mm

Kiểm tra liên kết hàn chịu M, Q

Nên  w  f wf s ws  2

min.f min f ; f 12, 6kN / cm Vậy chiều cao đờng hàn hf 6 mm đủ khả năng chịu lực

Kích thớc của cặp sờn gia cờng cho bụng dầm lấy nh sau:

Trong đó: b: bề rộng của tiết diện phần cột dới

c1: phần nhô ra của côngxon bản đế lấy c1 = 6 cm

Chiều dài L của bản đế đợc tính theo công thức:

M )

R B

N (

R B

N

2 2

2

Trong đó:  0,75: hệ số khi ứng suất trong bê tông móng phân bố không đều

Bêtông móng mác B20: R b 1,15kN/cm2

5 1 16 1

109, 09 6.289,31.10

0,972(kN / cm )37.71 37.71

Ta cấu tạo cho trục giữa của bản đế trùng với trục cột dới, thân cột và dầm đế chia bản đếthành các ô bản có các điều kiện biên khác nhau Mô men uốn lớn nhất ở mỗi ô này tính cho dảirộng 1 đơn vị

2

i b i

 - hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại ô bản

- Với bản kê 4 cạnh: Giá trị này đợc tra bảng dựa trên tỷ số: b1/a1

a1 là cạnh ngắn của ô bản, d = a1

- Với bản kê 3 cạnh : Giá trị này đợc tra bảng dựa trên tỷ số: b2/a2

a2 là chiều dài biên tự do của ô bản, d = a2

b2 là chiều dài cạnh vuông góc với biên tự do của ô bản

Căn cứ vào các kích thớc nh trên hình vẽ ta tính đợc các giá trị:

 1 0,69 2

(kN / cm )

2

0, 42

a 20,5Tra bảng:  0,06

2

M 0, 06.0, 972.20,5 20,5(kN.cm)

Vậy: Mmax max M ; M 1 2 M1 39, 2 kNcm

Vậy ta lấy trị số mômen này để tính chiều dày bản đế cột



max bd

Giả thiết chiều cao đờng hàn hf = 6 mm

Chiều dài tính toán của 1 đờng hàn liên kết bản đế vào cột là:

   

dd w

Sơ đồ tính sờn là dầm công - xôn ngàm vào bản bụng cột

bằng hai đờng hàn liên kết

0, 7 25 1

6

(cm3)Khả năng chịu lực của các đờng hàn đợc kiểm tra theo công thức:

d/ Tính toán s ờn B:

Sơ đồ tính sờn là dầm công xôn ngàm vào bản bụng cột bằng hai đờng hàn liên kết

Bề rộng diện truyền tải vào sờn: 1,5.ls= 1,5.9,7 = 14,55(cm)

s

l

qs

s

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

0,7 20 1

6

(cm3)Khả năng chịu lực của các đờng hàn đợc kiểm tra theo công thức:

e/ Tính toán bulông neo:

Từ bảng tổ hợp nội chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bulông neo: N= -109,09 kN

M= 289,31 kNm

V= -75,72 kN

Chiều dài vùng bêtông chịu nén dới bản đế là: c 37 ,1(cm)

Chọn khoảng cách từ mép biên bản đế chân cột đến tâm bulông neo là 60 cm

Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tông chịu nén đến trọng tâm tiết diện cột:

Diện tích tiết diện cần thiết của một bulông neo:

2 2

120 60

10

ASƯờN

DầM Đế

SƯờN Bbản đế

Cấu tạo chân cột

f/ Tính toán các đ ờng hàn liên kết cột và bản đế:

Các đờng hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế đợc tính toán trên quan niệm mômen và lựcdọc do các đờng hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đờng hàn ở bản bụng chịu Nội lực đểtính toán đờng hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng để tính toán các bulôngneo Các cặp khác không nguy hiểm bằng

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