thuyet minh do an thepo 2

Đồ án môn học: Kết cấu thép 1Đồ án môn học: Kết cấu thép 1Nội dung Text: Đồ án môn học: Kết cấu thép 1Đồ án môn học “Kết cấu thép 1” trường đại học duy tân trình bày thiết kế khung ngang nhà công nghiệp. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung đồ án này.

TÊN:TRẦN TRUNG HOÀ LỚP: CIE429E MSSV:25216110425 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP SỐ LIỆU: Nhịp khung ngang L (m) 24 Cao trình đỉnh ray H1 (m) Số lượng bước cột(n) 8.6 Sức nâng cầu trục Q (kN) 19 12.5 Bước khung B (m) Độ dốc mái i (%) 10 Vùng gió Địa hình IIIA B Chiều dài nhà Lnhà (m) 133 + Vật liệu thép mác CCT42 + Hàn tay, dùng que hàn N42, hệ số điều kiện làm việc CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG: 1.1Theo phương thẳng đứng: Theo bảng II.3 phụ lục, thông số cầu trục sức nâng sau: Nhịp Ch.cao Lk gabarit (m) Hk(mm ) 22,5 1090 Khoản g cách Zmin(m ) Bề rộng gabari t Bk(m m) Bề rộng đáy Kk(m m) T lượng cầu trục G (T) T lượng xe Gxe(T) Áp lực Pmax (kN) Áp lực Pmin (kN) 180 3900 3200 9,94 0,803 87,7 24,7  Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: chiều cao gabarit cầu trục, khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao cầu trục, lấy theo catalo cầu trục (bảng II.3- Phụ lục) khe hở an toàn cầu trục với xà ngang, lấy 310mm chọn  Chiều cao cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: Trong đó: cao trình đỉnh ray, phần cột chơn , coi mặt móng cốt  Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: Trong đó: : chiều cao dầm cầu trục; : chiều cao ray đệm, lấy sơ 200mm  Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: 1.2 Theo phương ngang: Coi trục định vị trùng với mép cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: Trong đó: : nhịp cầu trục, lấy theo catalo cầu trục; : khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục  Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng:  Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: i = 10% i = 10% +10 +7 70 Q = 12,5KN +0.00 24000 A B Các kích thước khung ngang 1.3 sơ đồ tính tốn khung ngang Do sức nâng cầu trục khơng lớn nên chọn phương án tiết diện cột không đổi với độ cứng Vì nhịp khung 24m nên chọn xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 4m Với đoạn xà dài 4m, độ cứng đầu cuối xà tương ứng Với đoạn xà dài 8m, độ cứng đầu cuối xà giả thiết Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết cột khung với móng ngàm mặt móng Liên kết cột với xà ngang liên kết đỉnh xà ngang cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hóa tính tốn thiên an tồn Sơ đồ tính khung ngang hình dưới: i 230 120 I I I i 770 + 7,7 I ± 0.00 I 400 800 2400 800 400  Bố trí giằng mái, giằng cột:  Tác dụng hệ giằng mái, giằng cột: Hệ giẳng phận quan trọng kết cấu nhà có tác dụng: + Đảm bảo bất biến hình độ cứng khơng gian kết cấu chịu lực nhà + Chịu phần tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng khung gió lên tường hồi, lực hãm cầu trục + Bảo đảm ổn định cho cấu kiện chịu nén kết cấu giàn, cột + Làm cho lắp dựng an toàn, thuận tiện Hệ giằng nhà xưởng chia thành nhóm: giằng mái giằng cột CHƯƠNG II.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG: Tải trọng tác dụng lên khung ngang thông thường bao gồm tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ), hoạt tải thi công sửa chữa mái, tải trọng cầu trục tải trọng gió 2.1Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ): Độ dốc mái Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng lớp mái, trọng lượng thân xà gồ, trọng lượng thân khung ngang dầm cầu trục Trọng lượng thân lợp, lớp cách nhiệt xà gồ mái lấy 0,15kN/m2 Trọng lượng thân xà ngang chọn sơ 1kN/m Tổng tĩnh tải phân bố lên xà ngang: g= Trọng lượng thân tôn tường xà gồ tường lấy tương tự với mái 0,15kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt đỉnh cột: G=1,1.0,15.7.10=11,55(kN) Trọng lượng thân dầm cầu trục 1kN/m Quy thành tải tập trung momen lệch tâm đặt cao trình vai cột: Gdct = 1,05.1.7=7,35 (kN) Mô mem lệch tâm đặt cao trình vai cột: Mx = 2.2Hoạt tải mái: Theo TCVN2737-1995[2], trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công sửa chữa mái (9 mái lợp tôn ) , hệ số vượt tải 1,3 Quy đổi tải trọng phân bố xà ngang: a) Tải trọng gió: Ce3 H GIO Ce=+0,8 Do phân vùng gió: IV-B=> L Ta có : Nội suy ta được: Tải trọng gió tác dụng lên cột xà ngang xác định theo cơng thức: Trong đó: hệ số vượt tải gió, áp lực gió tiêu chuẩn, hệ số khí động xác định B: bề rộng diện truyền tải trọng gió vào khung ( bước khung B=7m) k : hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc dạng địa hình: tải trọng gió: + Phía đón gió: + Phía khuất gió: 2.3 Hoạt tải cầu trục: Theo bảng II.3 phụ lục, thông số cầu trục sức nâng 12,5T sau: Nhịp Lk (m) 22,5 Ch.cao gabarit Hk(mm) 1090 Khoảng cách Zmin(m) Bề rộng Bề rộng T lượng gabarit đáy cầu trục Bk(mm) Kk(mm) G (T) T lượng xe Gxe(T) Áp lực Pmax (kN) Áp lực Pmin (kN) 180 3900 0,803 87,7 24,5 3200 9,94 Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng lực hãm ngang, xác định sau: a Áp lực đứng cầu trục: Tải trọng thẳng đứng bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục xác định cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm xếp bánh xe cầu trục sát vào vị trí bất lợi nhất, xác định tung độ y i đường ảnh hưởng từ xác định áp lực thẳng đứng bánh xe cầu trục lên cột: y3=0, y1= y2=0,54 y4=0,44 Áp lực thẳng đứng lớn cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực : Ta có , Các tung độ yi đường ảnh hưởng ứng với vị trí lực tập trung PCmax xác định theo tam giác đồng dạng : Y4 == 0,443; Y1 = 1; Y3 = = 0,9 Y2 = =0,543 Ở : hệ số vượt tải hoạt tải cầu trục hệ số tổ hợp xét tải trọng hai cầu trục chế độ làm việc trung bình áp lực max, tiêu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray Các lực thông qua ray dầm cầu trục truyền vào vai cột, lệch tâm với cột Trị số momen lệch tâm tương ứng: b) Lực hãm ngang cầu trục: Lực hãm ngang tiêu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray: Lực hãm ngang toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm ( giả thiết cách vai cột 0,7m ): CHƯƠNG III NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC Nội lực khung xác định với trường hợp chất tải phần mềm SAP 2000 Kết tính tốn thể dạng biểu đồ bảng thống kê nội lực Tĩnh tải Hoạt tải mái Dmax Trái Dmax Phải T trái 10 Chiều dài tính tốn đường hàn liên kết dầm vai với cánh cột xác định sau: - Phía cánh: - Phía cánh: - Ở bụng: Từ đó, diện tích tiết diện momen chống uốn đường hàn liên kết (coi lực cắt đường hàn liên kết bụng chịu ): 2150.652 1270.60 cm4 cm4 852.648 cm4 640.82 cm3 Khả chịu lực đường hàn liên kết kiểm tra: Kích thước cặp sườn gia cường cho bụng dầm lấy sau: - Chiều cao: - Bề rộng: - Bề dày: Chân cột: a Tính tốn đế: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính tốn tiết diện chân cột: Căn vào kích thước tiết diện cột chọn, dự kiến chọn phương án chân cột cho trường hợp có vùng kéo bê tơng móng với bu lơng neo phía chân cột Từ xác định bề rộng đế: chọn Trong đó: : hệ số ứng suất bê tơng móng phân bố khơng 23 Bê tơng móng mac B20 có hệ số tăng cường độ - tương ứng với kích thước mặt móng (0,4x0,8)m Theo cấu tạo khoảng cách bố trí bu lơng neo, chiều dài đế với giả thiết bề dày dầm đế 0,6cm: Tính lại ứng suất phản lực bê tơng móng phía đế: Hình.5.1Cấu tạo dầm vai cột Bề dày đế chân cột xác định từ điều kiện chịu uốn đế ứng suất phản lực bê tơng móng Xét đế: + Ơ 1: kê cạnh: 0,784 Từ bảng 2.4, nội suy ta có: + Ơ 2: kê cạnh liền kề: 0,531 kNcm 24 Hình a Với xơn :d=c, Hình b.Với cạnh,:d=a2, Hình c.Với cạnh :lấy ô cạnh với kích thước hình; Hình d Với cạnh : Bảng 5.1:Hệ số ab với kê bốn cạnh: Bảng 5.2:Hệ số ab với kê ba cạnh hai cạnh liền kề: Vậy bề dày đế xác định: Bề dày đế chân cột xác định từ điều kiện chịu uốn đế tác dụng cảu ứng.suất phản lực Bê tơng móng (các phản lực đế phân bố khơng thiên an tồn lấy giá trị lớn xét) Trong : Là giá trị lớn mô men uốn ô đế Trị số mô men uốn đế thứ I ; Nhịp tính tốn đế thứ I ; Ứng suất phản lực bê tông móng thứ I; Hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại ô tỷ số cạnh chúng ; 25 Hình.Cấu tạo chân cột liên kết ngàm với móng ; b Tính tốn dầm đế: Hình.Sơ đồ tính dầm đế Kích thước dầm đề chọn sau: + Bề dày: + Bề rộng: Vậy =14,86 kN/cm + Chiều cao: phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả truyền lực ứng suất phản lực bê tơng móng Lực truyền vào dầm đế ứng suất phản lực bê tơng móng: =(14,86.6^2)/2=267,4595 kNcm 26 Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm đế vào cột Từ xác định chiều tính tốn đường hàn liên kết dầm đế vào cột: Chọn chiều cao dầm đế + Kiểm tra dầm đế theo điều kiện chịu uốn: ( ))/6)=52,9 cm3 =13,9 cm2 thoã mãn Vậy dầm đế đảm bảo điều kiện chịu uốn c Tính tốn sườn A: Sơ đồ tính sườn dầm công xôn ngàm vào bụng cột đường hàn liên kết Ta có: q s is Ms Vs Chọn bề dày Chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: Kiểm tra lại tiết diện sườn chọn theo ứng suất tương đương: Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột Diện tích tiết diện momen kháng uống đường hàn là: 6mm h f 1.2tmin  6mm h f 1.2cm Khả chịu lực đường hàn kiểm tra theo cơng thức: =12,6kN/cm2 thỗ mãn d Tính toán sườn B: cm Tương tự trên, với bề rộng diện truyền tải vào sườn 27 Chọn chiều dày sườn Chiều cao sườn xác định sơ từ điều kiện chịu uốn: Kiểm tra lại tiết diện sườn chọn theo ứng suất tương đương: Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bụng cột Diện tích tiết diện momen kháng uống đường hàn là: 6mm h f 1.2tmin  6mm h f 1.2cm Khả chịu lực đường hàn kiểm tra theo cơng thức: =12,6 thỗ mãn e Tính tốn bu lông neo: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực chân cột gây kéo nhiều cho bu lông neo: Đây cặp nội lực dùng để tính tốn chân cột, tải trọng 1,4,6,8,10 gây Chiều dài vùng bê tông chịu nén đế c=33,77cm Chọn khoảng cách từ mép biên đế chân cột đến tâm bu lông neo x=5cm, xác định được: Tổng lực kéo thân bu lơng neo phía chân cột: 28 Chọn bu lơng thép CCT38 Tính lại tổng lực kéo thân bu lơng neo phía chân cột: 9,42 Chọn Bulong có đường kính 30mm với : A=5,6 f Tính tốn đường hàn liên kết cột vào đế: Các đường hàn liên kết tiết diện cột vào đế tính tốn quan niệm M N đường hàn bảnh cánh chịu, V đường hàn bụng chịu Nội lực để tính tốn đường hàn chọn bảng tổ hợp nội lực cặp dùng để tính tốn bu lơng neo Các cặp khác khơng nguy hiểm Lực kéo cánh cột momen lực dọ phân vào: Tổng chiều dài tính tốn đường hàn liên kết cánh cột ( kể đường hàn liên kết dầm đế vào đế ): Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh cột : =0,05 cm Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột: Kết hợp cấu tạo chọn 29 450 430 200 320 10 24 250 10 580 2x4O30 120 340 120 60 90 160 166 166 340 90 60 117 221 221 117 700 Liên kết cột với xà ngang: Cặp nội lực dùng để tính tốn liên kết cặp gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp chọn được: Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4,8,10 gây Trình tự tính tốn sau: a Tính tốn bu lơng liên kết: Chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8,8; đường kính bu lơng dự kiến d= 20mm Bố trí bu lông thành dãy với khoảng cách bu lông tuân thủ quy định bảng I.13 phụ lục Phía cánh ngồi vột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy sau: + Bề dày: + Bề rộng: + Chiều cao: Khả chịu kéo bu lông: Ở trên: 30 - cường độ tính tốn chịu kéo bu lông ( bảng I.9 phụ lục ), - diện tích tính tốn thực thân bu lơng ( bảng I.11 phụ lục ), Khả chịu trượt bu lông cuowfngd dộ cao [1]: Ở trên: - cường độ tính tốn chịu kéo vật liệu bu lơng cường độ cao liên kết ma sát, - cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật liệu bu lông ( bảng I.12 phụ lục ), ( với mác thép 40Cr ) A – diện tích tiết diện thân bu lông : - hệ số điều kiện làm việc liên kết, số bu lông liên kết n=16>10 - hệ số ma sát hệ số độ tin cậy liên kết Với giả thiết không gia công bề mặt cấu kiện nên theo [1]: - số lượng mặt ma sát liên kết, Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005[1], trường hợp bu lông chịu cắt chịu kéo đồng thời cần kiểm tra điều kiện chịu cắt chịu kéo riêng biệt Lực kéo tác dụng vào bu lơng dãy ngồi M N phân bố vào ( M âm nên coi tâm quay trùng với dãy bu lơng phía ): 85,457(kN) ( Ở lấy dấu trừ N lực nén ) Do bu lơng đủ khả chịu lực Kiểm tra khả chịu cắt bu lông: 31 cn b2 b1 b2 b c3 c2 c1 a a1 ls n1 x a2 h a3 25 Hình BỐ TRÍ BU LƠNG b Tính tốn mặt bích: Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: c Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện cột ( xà ngang) với mặt bích : Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi ( kể sườn ): 52 cm Lực kéo cánh M N phân vào: Vậy chiều cao cần thiết đường hàn này: =0,872 cm Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích: Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn 32 Mối nối đỉnh xà: Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh xà: Tương tự trên, chọn bu lơng cường độ cao cấp bền 8,8; đường kính bu lông dự kiến d= 20mm ( lỗ loại C ) Bố trí bu lơng thành hàng Ở phía ngồi cánh xà ngang bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước sau: - Bề dày: - Chiều cao: - Bề rộng: Lực kéo tác dụng vào bu lông dãy M N phân vào: =83,217 kN Khả chịu kéo bu lông: > Ở trên: 33 - cường độ tính tốn chịu kéo bu lông ( bảng I.9 phụ lục ), - diện tích tính tốn thực thân bu lơng ( bảng I.11 phụ lục ), Khả chịu cắt bu lông kiểm tra : Bề dày mặt bích xác định theo điều kiện: Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh xác định tương tự Lực kéo cánh M, N,V gây ra: Vậy chiều cao cần thiết đường hàn này: = Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích: Kết hợp cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết Mối nối xà ( nhịp ): Việc tính tốn cấu tạo mối nối xà thực tương tự Do tiết diện xà ngang vị trí nối giống đỉnh mái nội lực chỗ nối nhỏ nên khơng cần tính tốn kiểm tra mối nối Cấu tạo liên kết hình vẽ: 34 Liên kết cánh với bụng cột xà ngang: a) Liên kết cánh v bụng kèo Lực cắt lớn xà ngang tiết diện đầu xà Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh bụng xà ngang: Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn Tương tự, chiều cao đường hàn liên kết cánh với bụng cột b) Liên kết cánh với bụng cột Lực cắt lớn xà ngang tiết diện đầu xà Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết cánh bụng xà ngang: Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn Tương tự, chiều cao đường hàn liên kết cánh với bụng cột VI PHỤ LỤC Trích phụ lục (đối với tiết diện H) 35 Bảng :Hệ số ab với kê bốn cạnh: Bảng :Hệ số ab với kê ba cạnh hai cạnh liền kề: Bảng:Khoảng cách bố trí bu lơng liên kết cột với xà ngang(tham khảo) Bảng 5.4 :Quy định bố trí bu lơng 36 Bảng:Khoảng cách bố trí bu lông liên kết đỉnh xà ngang (tham khảo) 37 ... kết bụng cột: Kết hợp cấu tạo chọn 29 450 430 20 0 320 10 24 25 0 10 580 2x4O30 120 340 120 60 90 160 166 166 340 90 60 117 22 1 22 1 117 700 Liên kết cột với xà ngang: Cặp nội lực dùng để tính tốn... Liên kết cột với xà ngang liên kết đỉnh xà ngang cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hóa tính tốn thiên an tồn Sơ đồ tính khung ngang hình dưới: i 23 0 120 I I I i 770 + 7,7... Q = 12, 5KN +0.00 24 000 A B Các kích thước khung ngang 1.3 sơ đồ tính tốn khung ngang Do sức nâng cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cột không đổi với độ cứng Vì nhịp khung 24 m nên