đồ án kết cấu thép hoàn chỉnh

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG ĐỀ BÀI ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP - Nhà cơng nghiệp tầng, nhịp thép, mặt hình chữ nhật có nhịp L chiều dài nhà B (hình vẽ 1) Nhà có cầu trục, chế độ làm việc trung bình, sức trục Q Chiều cao đỉnh rây Hr ( hình 2) Cơng trình xây vùng gió G, giá trị L, B=60m, Hr, G, Q sinh viên lấy theo bảng phân nhiệm vụ thiết kế đính kèm Xem cột liên kết với móng cao trình 0.000 Mái vách lợp tole - Hãy bố trí thiết kế kết cấu chịu lực cho cơng trình nói bao gồm: a Xác định kích thước, bố trí tính tốn cột hệ khung chịu lực b Bố trí hệ giằng mái cột c Thiết kế vai cột đỡ cầu trục, kích thước d Thiết kế xà gồ mái, sườn tường e Tính tốn liên kết khung chịu lực điển hình ( bao gồm liên kết cửa trời khung) CẤU TẠO MÁI LỢP - Tấm lợp xà gồ: 10-15 daN/m2 - Trọng lượng bãn thân kết cấu hệ giằng: 15-20 daN/m2 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN - TCVN 5575-2012: Kết cấu thép- tiêu chuẩn thiết kế - TCVN 2737-1995: Tải trọng tác động- tiêu chuẩn thiết kế - Phạm Minh Hà, Đồn Tuyết Ngọc: “thiếSt kế khung thép nhà cơng nghiệp tầng, nhịp”.NXB Xây Dựng SỐ LIỆU ĐỒ ÁN L (m) H1 (m) 30 Q (T) G IIA - Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng , nhịp có cầu trục.Các số liệu thiết kế: - Nhịp khung : L = 30m - Toàn chiều dài nhà B = 60m ;Bước khung B/10 = 6m SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP - Sức trục : Q = 8T ; - Cao trình đỉnh ray Hr = 7m - Vùng gió IIA - Cầu trục Hk = 960 (mm) = 0.96 (m) - Nhịp Lk = 28 (m) - Khoảng cách Zmin = 180 (mm) - Bề rộng cầu trục Bk = 5300 (mm) - Khoảng cách bánh xe Kk = 4600 (mm) - Trọng lượng cầu trục G = 14.78 (T) - Trọng lượng cầu trục Gxc = 0.605 (T) - Áp lực Pmax = 7.02 (T) - Áp lực Pmin = 2.95 (T) SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG MỤC LỤC CHƯƠNG I : KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG VÀ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP Khung ngang gồm cột đặc , xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện khơng đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc i = 10% ( tương đướng với góc α = 60 ) Do tính chất làm việc khung ngang chịu tải trọng thân tải trọng gió chủ yếu, nên thơng thường nội lực xà ngang vị trí nách khung thường lớn nhiều nội lực vị trí nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột đoạn (0,35  0,4) chiều dài nửa xà Tiết diện cịn lại lấy khơng đổi XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG 2.1 Chiều cao cột - Chiều cao đỉnh ray : Hr = H1 = 7m - Chiều cao ray : hr = 0.2 m - Chiều cao dầm cầu trục: 1  1 h dct = ữ ữì B = ÷ ÷× = ( 0.75 ÷ 0.6 ) → h dct = 0.7(m)  10   10  - Chiều sâu chôn cột chọn h ch =   Chiều cao cột xác định : H d = H r − (h dct + h r ) + h ch Hd = – (0.7 + 0.2) + = 6.1 (m) 2.2 Chiều cao cột - Chiều cao cột xác định : Trong : Hk = 0.96 (m) , khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao xe ( tra bảng cầu trục) bk = 0.5m, khoảng cách an toàn từ điểm cao xe đến dầm mái SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP  GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Htr = 0.2 + 0.7 + 0.96 + 0.5 = 2.36 (m) = 2.4 (m) 2.3 Chiều cao toàn cột - Chiều cao toàn cột xác định: H = Htr + Hd = 2.4 + 6.1 = 8.5 (m) Hình 1.1: Sơ đồ khung ngang SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Xác định kích thước theo phương ngang 3.1 Chọn sơ tiết diện cột Hình 1.2 : Tiết diện cột - Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng : 1  1  h =  ÷ ÷H =  ÷ ÷× 8.5 = (0.57 ÷ 0.43) m  15 20   15 20  - - - - Chọn h = 0.55(m) = 550 (mm) Bề rộng tiết diện ct: b = (0.3 ữ 0.5)h =(0.3 ữ 0.5)ì0.55= (0.165 ÷ 0.275)     b = ữ ữH = ữ ữì 8.5 = (0.43 ÷ 0.28) m  20 30   20 30  Chọn b = 0.35 (m) = 350 (mm) Chiều dày bụng tiết diện:     tw =  ÷ ÷h =  ÷ ÷× 0.55 = (0.0055 ÷ 0.00786) m  100 70   100 70  Để đảm bảo điều kiện chống gỉ thi công, không nên chọn tw mỏng: tw> (mm) Chọn tw = 0.01 (m) = 10 (mm) Chiều dày cánh tiết diện:  1   1  t f = ữ ữb = ữ ữì 0.35 = (0.01 ÷ 0.013) m  35 28   35 28  Chọn tf = 0.012 (m) = 12 (mm) Vậy tiết diện cột I(550x350x10x12) Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP - L1 = L − L k 30 − 28 = = 1(m) 2 Trong : L1: khoảng cách trục định vị đến trục ray cầu trục L k =28(m) : tra catalo cầu trục - L =30(m) : nhịp khung ngang - GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG z =L1 - h 0.55 =1 =0.725(m) >z =0.18(m) 2 -> Vậy thỏa điều kiện vận hành trục 3.2 Chọn sơ tiết diện dầm mái Hình 1.3 : Tiết diện dầm mái - Chiều cao tiết diện nút dầm mái liên kết với cột:  - Chọn h1 = 0.75 (m) = 750 (mm) Chiều cao tiết diện đỉnh khung chọn h2 = 0.4m Vậy chiều cao xà ngang giảm từ 0.7(m) (tại nút khung), xuống 0.4 (m) (tại đỉnh khung) - Bề rộng tiết diện : ỉ1 ỉ1 b =ỗỗ ữ h = ữ ỗỗ ¸ ÷ ÷´ 0.75 =(0.375 ¸ 0.15)(m) è2 ø è2 ø  - Chọn b = 0.35 (m) = 350 (mm) (b ≥ 0.18 m) Chiều dày bụng tiết diện: SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG     tw = ữ ữh = ữ ữì 0.75 = (0.008 ÷ 0.011) m  100 70   100 70  Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw qua mỏng: tw> (mm)  - Chọn tw = 0.01 (m) = 10 (mm) Chiều dày cánh tiết diện:  Chọn tf = 0.01 (m) = 10 (mm)  Tiết diện dầm mái nút khung I(750x350x10x10) (mm)  Tiết diện dầm mái đỉnh khung I(400x350x10x10) (mm) 3.3 Tiết diện vai cột - Vai cột có nhiệm vụ chịu tải trọng từ cầu trục truyền tải trọng vào cột Với tiết diện cột không đổi vai cột dầm công sôn tiết diện chữ I liên kết vào cánh cột Tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục, bước khung nhịp dầm vai ( khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung , Dmax,/Dmin , đến mép vai cột) - Khoảng cách trục định vị đến trục ray cầu trục L v = L1 − L1 = L − L k 30 − 28 = = 1(m) 2 h 0.75 + 0.15 = − + 0.15 = 0.775(m) 2 Chiều dài vai cột Trong công thức trên: h chiều cao cột, 0.15 khoảng cách từ trục ray đến mép vai cột - Chọn chiều cao dầm vai vị trí ngàm với cánh cột 0.35 m - Chọn bề rộng tiết diện vai cột 0.35 m - Chọn bề dày bụng vai cột 0.01 m - Chọn bề dày cánh vai cột 0.01 m  Tiết diện dầm vai I(350x350x10x10) 3.4 Tiết diện cấu kiện cửa trời - Cửa trời có tác dụng thơng gió cho nhà xưởng Kích thước cửa trời phụ thuộc vào u cầu thơng thống nhà Thông thường, bề rộng cửa trời khoảng (1/8 -1/4) nhịp nhà chiều cao cửa trời 1/2 bề rộng Theo đề bài, bề rộng cửa trời m, chiều cao cửa trời m Cột dầm mái cửa trời tiết diện chữ I với thông số sau: - Chiều cao cột dầm mái cửa trời 0.2 m Bề rộng cánh cột dầm mái cửa trời 0.1 m SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP - GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Bề dày bụng cột dầm mái cửa trời 0.01 m Bề dày cánh cột dầm mái cửa trời 0.01 m  Tiết diện dầm, cột cửa trời là: I(200x100x10x10) Hệ giằng - Đối với cơng trình thép, vật liệu có cường độ cao nên tiết diện thường nhỏ, độ mãnh lớn.Vì hệ giằng phận quan trọng nhà thép tiền chế Các tác dụng hệ giằng sau: - Đảm bảo bất biến hình độ cứng không gian cho kết cấu chịu lực - Chịu tải trọng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng khung gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất truyền tải trọng xuống móng - Đảm bảo ổn định ( giảm chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng) cho cột, dầm mái Hệ thống giằng nhà chia thành nhóm: hệ giằng cột, hệ giằng mái 4.1 Hệ giằng cột Bố trí hệ giằng cột Hình 1.4: Hệ giằng cột SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG 4.2 Hệ giằng mái Bố trí hệ giằng sau: Hình 1.5 : Hệ giằng mái CHƯƠNG II : NỘI LỰC KHUNG TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG 1.1 Tải trọng thường xuyên 1.1.1 Tải trọng lên dầm mái, dầm mái cửa trời SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP - GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Tải trọng phân bố mái bao gồm tôn, hệ giằng mái, xà gồ mái, cửa trời: gtc = 0.15 kN/m2 mặt mái - Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái : q g tc = g tc × B = 0.15 × = 0.9 kN / m q gtt = q gtc n g = 0.9 ×1.05 = 0.945kN / m Tải trọng tính tốn phân bố lên dầm mái : Trong công thức ng hệ số tin cậy (hệ số vượt tải ) , tính tốn cường độ ổn định, kết cấu thép : ng = 1.05 ( Bảng 1, TCVN 2737 : 1995 ) 1.1.2 Tải trọng tác dụng lên cột - Tải trọng thường xuyên tác dụng lên cột bao gồm tải trọng kết cấu bao che, dầm cầu trục,dầm dàn hãm - Tải trọng kết cấu bao che ( xà gồ vách tôn vách ): gtc = 0,15 kN/m2 ; quy thành tải tập trung đỉnh cột: + Tải trọng tiêu chuẩn phân bố lên cột: q g tc = g tc × B = 0.15 × = 0.9 kN / m q gtt = q gtc n g = 0.9 ×1.05 = 0.945kN / m + Tải trọng tính tốn phân bố lên cột : Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ 1kN/m Quy thành tải tập chung momen lệch tâm Trong công thức trên: α dct hệ số trọng lượng thân dầm cầu trục, Ldct = B nhịp dầm cầu trục - tc tt Tải trọng dầm dàn hãm: G dh = 5kN,G dh = 5.25kN 1.2 Hoạt tải sửa chữa mái Theo TCVN 2737:1995, mái tôn không sử dụng có giá trị hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn ptc= 0.3 kN/m2 mặt nhà, đó: - Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn phân bố lên dầm mái: q ptc = q tc × B × cos α = 0.3 × × cos 6o = 1.7 kN / m - Hoạt tải sửa chữa tính tốn phân bố lên dầm mái: q ptt = q ptc × n p = 1.7 × 1.3 = 2.21kN / m Trong công thức trên: = 60 ứng với độ dốc mái 10%, np = 1.3 hệ số độ tin cậy hoạt tải sửa chữa mái (Bảng Mục 4.3.3, TCVN 2737:1995) SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page 10 ... SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page 13 ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Mơ hình kết cấu khung ngang 2.1 Sơ đồ kết cấu Dùng phần mềm ETABS version 9.7.4 để mơ hình kết cấu. .. LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page 20 ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Bảng nội lực trường hợp tải:(Đơn vị tính: KN, KN.m ) SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page 21 ĐỒ ÁN KẾT... LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page 17 ĐỒ ÁN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH THÉP GVHD:PGS.TS LÊ ANH TH ẮNG Hình: Áp lực đứng Dmax trái Hình: Áp lực đứng Dmax phải SVTH: LÊ HOÀNG VŨ MSSV: 17549041 Page 18 ĐỒ ÁN