Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp nhịp 27m

Thiết kế kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng là một trong các đồ án chuyên ngành quan trọng của các sinh viên đại học ngành Xây dựng dân dụng và Công nghiệp thuộc hệ chính quy và

-LỜI GIỚI THIỆU

Sinh viên ĐH Mở sau khi được học môn kết cấu thép 1 và kết cấu thép 2 được phép làm đồ

án thép dưới sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn

Thiết kế kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng là một trong các đồ án chuyên ngành quan trọng của các sinh viên đại học ngành Xây dựng dân dụng và Công nghiệp thuộc hệ chính quy và không chính quy

Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng cũng là công việc thường gặp của các kỹ sư kết cấu Do đó tầm quan trọng của đồ án này là rất lớn

Đồ án này được nhận ngày 25/9/2012 và hoàn thành ngày 16/10/2012

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Quốc Hùng đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thànhtốt đồ án này

Sơ đồ khung nhà công nghiệp 1 tầng cần thiết kế

- Vật liệu: thép CT3, que hàn E42A, bulông từ thép độ bền thuộc lớp 4.6 ( hoặc lớp 4.8) Móng bêtông mác #250; # 300.

1.2 Số liệu thiết kế riêng:

- Khoảng cách tim ray đến mép ngoài cùng của cầu trục: B1 = 0,3 m

- Áp lực bánh xe lên ray: cax 33 ; minc 10, 2

m

- Trọng lượng toàn cầu trục: 56,6 T

2 Tính toán khung ngang:

2.1 Xác định kích thước khung ngang:

2.1.1 Kích thước theo phương đứng:

- Chiều cao thực cột trên:

f H

h h

H t = r + dcc+ k +100+Với:

+ Chiều cao ray và đệm : giả định lấy Hr = 200 mm

+ Chiều cao dầm cầu chạy lấy: hdcc=1/10 B = 600 mm

+ Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất : hm = 0

+ Chiều cao gabarit cầu trục : Hk = 2750 mm

+ Độ võng dàn mái : 1/100 nhịp nhà : f = 270 mm

Từ đó tính được:

- Chiều cao cộ trên:

f H

h h

−++

70020

Như vậy, trị số chiều cao tiết điện cột dưới đã chọn là đạt yêu cầu

2.1.3 Kích thước của dàm mái và cửa mái:

2.1.3.1 Dàn:

Chọn dạng vì kèo có dạng hình thang, liên kết cứng với cột, nên chiều cao đầu dàn là H0 = 2200

mm, độ dốc cánh trên i = 1/10, như vậy chiều cao ở giữa dàn là:

2.1.3.3.2 Giằng trong mặt phẳng cánh trên:

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tại nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Các thanh giằng chữ thập nên bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ Sơ đồ bố trí giằng như hình vẽ:

-2.1.3.3.3 Giằng trong mặt phẳng cánh dưới:

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, và ở khoảng giữa, như hình vẽ sau:

2.1.3.3.4 Hệ giằng đứng:

- Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình; giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi dựng lắp Hệ giằng đứng được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn, dưới chân cửa trời Do công trình

có sử dụng giàn đỡ kèo nên ta lợi dụng luôn giàn đỡ kèo là hai hệ giăng đứng Khi đó chỉ cần bố trí thêm giằng đứng thứ ba ở giữa dàn như sau:

2.1.3.3.5 Hệ giằng cột:

- Có hai loại: hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dưới

- Tác dụng:

+ Đảm bảo sự bất biến hình học và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc

+ Chịu tải trọng tác dụng dọc nhà: lực gió ở đầu hồi, lực hãm dọc của cầu chạy

+ Bảo đảm ổn định, tăng độ cứng hướng dọc của dãy cột

2.2 Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang:

- Tải trọng cửa mái coi như phân bố đều trên bề rộng cửa mái

2.2.2 Tải trọng sửa chữa mái:

Với số liệu cụ thể : B = 6300mm K = 5100mm , thì cách xắp tải như sau sẽ cho giá trị max (

∑y ) từ đó sẽ cho giá trị max của áp lực lên vai cột : i

2110,5 2

-2.2.5 Tải trọng gió:

- Bề rộng cửa mái lấy bằng 13,5 m

- Bậu cửa dưới lấy chiều cao 600 mm, bậu cửa trên cao 400 mm, phần cánh cửa lật cao 1200 mm

- Cao trình thanh cánh dưới: H = 4 + 10 = 14 m → k = 1.064

- Tải trọng phân bố tác dụng lên cột:

+ Phía đón gió: q d = ×n W o× × × =k c B 1, 2 83 1,0995 0,8 6 525, 65× × × × = daN m/ =5.26kN m/+ Phía khuất gió: q h = × × × × =n W k C B 1, 2 83 1.0995 0, 6 6 394, 22× × × × = daN m/ ≈3,94kN m/

- Toàn bộ phần tải gió tác dụng từ cao trình đáy vì kèo lên đén đỉnh mái được quy về Wđ và Wh , chúng ta cũng có thể tính tổng W của Wđ và Wh , với h0=2,2 m ; h1= 1,35m; h2= 3m; h3=0,675m

- Các trị số Ce được tra ở bảng 6, trang 25 CTXDVN 2737-1995:

Ta có α =100; 1 16, 2

0,627

C

3 Xác định nội lực tính toán trong khung ngang:

Khi tính toán nội lực cho khung ngang, ta chấp nhận các giả thuyết tính toán sau:

+ Theo các công thức kinh nghiệm ta chọn sơ bộ độ cứng giữa các bộ phận khung như sau:

107

+ Khi tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số

là góc xoay ϕ1,ϕ2 và một chuyển vị ngang ∆ ở đỉnh cột Trường hợp ở đây, khung đối xứng và tảitrọng đối xứng nên ∆

Nội lực do tĩnh tải gây ra do tĩnh tải mái là:

-14.07

14.07 14.07

Nội lực do hoạt tải mái gây ra là:

31.22

N=70.20 +2.35

Nội lực do áp lực của bánh xe cầu trục:

Vì khung chỉ có 1 nhịp nên nội lực do Dmax gây ra ở cột trái thì đồng thời cũng có Dmin ở cột phải

vì vậy ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen chỉ do Dmax gây ra ở trong cột phải:

-3704 37.04

Qdt

-107.99

N=0 -136.94 73.53 Mmin

303.89 n=420.94

N=0 -34.39

Mmax -493.47

-52.64

147.13

n=1281.19 Mdt

Nội lực do lực hãm cầu trục tại gối trái:

45.57

Nội lực do tải trọng gió gây ra:

ở đây ta cũng chỉ vẽ biểu đồ mômen do gió thổi từ bên trái gây ra Còn gió thổi từ bên phải có

biểu đồ mômen cũng tương tự nhưng ngược lại với biểu đồ mômen gây ra ở bên trái :

-621.81

1.56

581.87

9.83 N=0

W=24.67

90.27

N=0 -106.21 W' q'

Qgt

35.35 24.67

-N=0 9.83

581.87

1.56

-621.81

N=0 Mgt

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

-4.1 Nội lực tính toán:

- Trọng lượng bản thân cột:

+ Gc được coi như một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột

Gc được tính theo công thức:

G = ×g H

+ Hc - Chiều dài mỗi đoạn cột

+ gc – trọng lượng 1m dài cột được tính theo công thức :

c

N g

+ K: hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen làm tăng tiết diện cột

+ R = 2100 daN/cm2 – cường độ của vật liệu thép làm cột

+ ψ= 1,5 hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột

+ γ = 7850 daN/m3 – trọng lượng riêng của thép

- Với cột trên:

;25,0

,0

78505

,147275

- Các cặp nội lực tính toán như sau:

- Với đoạn cột trên: -42676

4.2 Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung:

- Dự kiến thiết kế cột có tiết diện thay đổi, nếu chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung được xác định riêng rẽ cho từng cột theo công thức:

4.3 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:

4.4 Thiết kế tiết diện cột trên:

4.4.1 Chọn sơ bộ tiết diện:

2 2 54880,86

2195,2350

- Với: 2

500,1 1,59 5 ;5 5, 47 20; 1,55

32, 2

c x

b

F m

- Tra bảng phụ lục 4, theo m1 và λx, có được ϕlt = 0.1656

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

2

46997

2035,73 / R=2100daN / cm 0,1656 132, 2

x

lt

N

daN cm F

σ

ϕ

×

Vậy điều kiện ổn định được đảm bảo

4.4.3 Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:

- Từ λ =2y 50,14, tra bảng phụ lục 3 có được hệ số uốn dọc ϕ2y = 0.869

- Với cặp nợi lực đang xét là tổ hợp của 1+2+4+6+8 , xác định được moment tương ứng đầu kia của cột là Mtư=108,81daNm

- Moment lớn nhất ở 1/3 đoạn cột trên là:

4.4.5 Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện:

 Vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn các điều kiện chịu lực và ổn định

4.5 Thiết kế tiết diện cột dưới:

4.5.1.Dạng tiết diện:

- Thiết kế cột dưới dạng tiết diện rỗng:

+ Nhánh ngoài cấu tạo dạng chữ U, gồm một bản thép lưng và hai thép góc làm cánh + Nhánh trong thường cấu tạo dạng chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại

4.5.2 Chọn tiết diện:

Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục, kể thêm trọng lượng bản thân cột:

daN N

daNm M

6411112.503163608

-72963

=+

=

=

Cặp nội lực tính toán nhánh mái kể thêm trọng lượng bản thân của cột:

-daN N

daNm M

66870127292

.503163608

126299,2

=+

- Đối với nhánh cầu trục, chọn tiết diện dạng chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại

- Bản bụng có kích thước thước 8x280 mm, bản cánh có kích thước 10x160 mm

- Nhánh mái có dạng chữ C tổ hợp, gồm một bản ghép lưng 14x280 mm và hai thép góc L70x8

yy y

4.5.3 Các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

- Đối với nhánh cầu trục:

+ Diện tích tiết diện nhánh: F nh1 =0.8 28 2 1.0 16 54.4× + × × = cm2

+ Moment quán tính của nhánh đối với trục x (vuông góc mặt phẳng khung):

1 1

1

8666.13

12.6254.4

y y

nh x x

l r

l r

- Đối với nhánh mái:

+ Diện tích tiết diện nhánh: F nh2 =1, 4 28 2 10,7 60,6× + × = cm2

+ Moment tĩnh của tiết diện nhánh đối với mép ngoài của tiết diện:

3

1, 41.4 28 2 10,7 (1, 4 2,02) 100,63

+ Moment quán tính đối với trục y (vuông góc trục x):

Tải bản FULL (56 trang): https://bit.ly/3yE9dUg

Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

176,62

1,7160,6

x x

2

6262,95

10,1760,6

y y

2

6839,831,71

nh x

x

l r

2 2

2

680

66,8910,17

y y

y

l r

d d

C

y1 = − 2 =66.34−31.38=34.96

+ Moment quán tính cột dưới trong mặt phẳng uốn :

2 2 2

2 1 1 2

−

=

∆

Vậy tiết diện cột đã chọn là chấp nhận được:

4.5.5 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

- Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục: M1= -219,68 KNm; N1 =564,93 kN

- Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái: M2=602,85 kNm; N2 =442,27 kN

- Đối với nhánh cầu trục:

+ Từ λmax =max(λx1,λy1)=max(19.18;53.88)=53.88⇒ϕ =0.85

4.5.6 Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung:

1 1

598,39

12,95 / 21 / 0,85 54, 4

nh nh

 Thỏa điều kiện

- Đối với nhánh mái:

+ Từ λmax =max(λx2,λy2)=max(39.83;66.89)=66.89⇒ϕ =0.79 3044829