Tài liệu Đồ án Thép: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp doc

Số bánh xe ở một đầu cầu trục n0=4.* áp lực thảng đứng lớn nhất Dmax lên cột do PC 1 max , PC 2 max,được xác định bằng đường ảnh hưởng phản lực khi có một bánh xe đặt vai cột, các bánh x

Báo cáo: Đồ án Thép Số 2

Thiết kế khung nhà công nghiệp

Bước cột B=6m ; Chiều dài nhà : 17B

Chiều cao dầm cầu trục Hdct = 700 mm

Chiều sâu chôn dưới cốt 0.00 : H3 = 800 mm

Mái lợp Panen bê tông cốt thép.Nhà Vật liệu thép BCTK2;móng BTCT mác 200,nhà xưởng dài B=102(m)

I Chọn sơ đồ kết cấu

I.1 Sơ đồ khung ngang

Khung ngang là bộ phận chịu lực chính trong nhà CN Khung ngang gồm cột và rường ngang, cột dạng bậc thang, rường ngang thường là dàn Liên kết cột với gường ngang là liên kết cứng nhằm tạo độ cứng lớn cho khung (vì nhà côngnghiệp 1 nhịp, có cầu trục hoạt động sức nâng Q=100(t))

+12.00 +16.40 +18.65

Theo bảng IV.7 với ray loại KP-120 ta có:

Loại ray K.lượng

c Kích thước theo phương thẳng đúng

* Chiều cao H 2 từ mặt ray đến cao trình cánh dưới dàn:

H2=HCT+100+f

Trong đó:

HCT=4000 (mm); Chiều cao Gabarrit của cầu trục

100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

f=300(mm)Kích thước dự trữ lấy trong khoảng: 200—400

*Chiều cao đầu dàn:

Sơ bộ lấy chiều cao đầu dàn h’g=2250 (mm)

d.Kích thước cửa mái:

Chiều cao ô cửa a=(1/ 15).L =(1/ 15).27 =1.8m

Chiều cao bậu cửa hbc =400-450 mm, ta chọn hbc =400mm

hcm, =a+2hbc +hpanen =1800+2*400+400=3000mm

Chiều dày lớp mái

hm= 300+40+120+15*2+15*2 = 520 mm

d Kích thước theo phương ngang

* Chiều rộng tiết diện phần cột trên:

I.4 Hệ giằng

a Hệ giằng mái:

* Giằng cánh trên.

B A

18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

b Hệ giằng cột

16 15 14 13 12 11

9 8 7 6 5 4 3 2

Cấu tạo các lớp mái Tải trọng tiêu

chuẩn daN/m2mái Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán daN/m2mái

c Trọng lượng kết cấu cửa trời:

Tính theo công thức kinh nghiệm sau

1.2 Tải trọng tạm thời (Hoạt tải)

Hoạt tải tạm thời lấy theo tiêu chuẩn VN 2737-95 :

DCT =35—47 với cầu trục sức trục Q>75 (t),lấy DCT=43.5

* Lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của bánh 1xe lên ray lấy trong sổ

tay cầu trục(Bảng VI.2 phụ lục VI).Với cầu trục sức trục Q=100 t,ta có:

Số bánh xe ở một đầu cầu trục n0=4.

* áp lực thảng đứng lớn nhất (Dmax) lên cột do PC

1 max , PC

2 max,được xác định bằng đường ảnh hưởng phản lực khi có một bánh xe đặt vai cột, các bánh xe khác có xu thế gần vai cột nhất

Với vị trí bất lợi nhất của các bánh xe

* áp lực (Dmax) tính theo công thức:

Dmax=n.nc (Pc1max yi.+ Pc2max y)

Trong đó:

n=2 ;Hệ số vượt tải

nc Hệ số tổ hợp xét đến sát suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa

nc=0,85 khi có 2 cầu trục hoạt động ché độ vừa

yi: tung độ đường a/h phản lực

3 Tải trọng gió tác dụng lên khung

Theo TCVN 2737—95 khi nhà công nghiệp có chiều cao < 36m chỉ kể tới tácdụng của thành phần gió tĩnh

Công trình xây dựng ởkhu vực IV—B có q0=155 kg/m2

* Tải trọng gió phân bố đều lên cột tính theo công thức:

+ Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương tại cao trình cánh dưới dàn.Chiều cao khung tính từ mặt trên móng (đắy cột)đến mép cánh dưới dàn.

+ Đối với cột bậc,trục cột dưới làm trùng với trục cột trên;nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục cột trên.Khi đó cần kể thêm momen lệch tâm ở chỗ đổi tiết diện cột:

M=V.e0 với e0=(hd-hT)/2

Để tính khung trước hết giả thiểt trước độ cứng các phần cột.

Gọi: Jd, J1, J2, là momen quán tính của dàn, phần cột dưới và cột trên của khung

* Giả thiết :

4 14 1500

500 6 , 1 1

1 1

1 2

1

5 , 3

2 2

1 1

J J

Jd J

4 , 16 5 , 3 ) (

1 ) (

Jd H

L

J

Jd



4 13 1 4 , 14 1 2

,1 4 13 1 , 1 1

6 1

, 1

Cột trên có tiết diện đối xứng, cặp nội lực nguy hiểm nhất là tổ hợp có

momen uốn với trị số tuyệt đối lớn nhất(dấu âm hoặc dương)và lực dọc tương ứng

Từ bảng tổ hợp nội lực, so sánh cặp nội lực ở tiết diện (B—B) và (CT—

CT),chọn cặp nội lực ở tiết diện (B—B):M=-643,55 KN.m; NTƯ =552,79 KN

10 279 , 55

.

3

m kg R

(0,25-R=2100 kg/cm2.Cường độ tính toán của thép

 =1,4;Hệ số cấu tạo cột lấy trong khoảng (1,4—1,8)

=7850 kg/m3;Trọng lượng riêng của thép

2 Xắc định chiều dài tính toán

a Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung xác định riêng cho từng

9 , 11 4 , 14

1

1

2 1 : 2

1

Ht

Hd J

J Hd

J Ht

J i

i

+ Tỉ số lực nén tính toán lớn nhất của 2 phần cột:

m=Nd/NT =173,03/55,279 =3,13

+ Tính hệ số:

C1 =(HT/Hd) J m J2.1 = 1 , 026

13 , 3

4 , 14 ) 9 , 11 / 3 , 5

b Chiêu dài tính toàn ngoài mặt phẳng khung: Xác định bằng khoảng cách

các đểm cố kết dọc ngăn cản không cho cột Cvị theo phương dọc nhà

10 993 55

4 , 2 25 ,

3

3

cm ht

e R

c.Kiểm tra tiết diện đã chọn

*Tính các đặc trưng hình học của tiết diện

Jx=J+2[Jc+a2.Fc]= 38 2 , 0 ( 24 ) 97336 , 27

12

2 38 2 12

46 2 ,

rX = 21 , 67

2 , 207

27 ,

29 ,

10 3 , 10

10 1 , 2 53 ,

10 6 , 4

Cột trên không cần kiểm tra bền vì Ath=Ang,và m1<20

*Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

Với x=1,502; m1= 8,384;tra bảng II.2 phụ lục II được hệ số lt=0,154

Điều kiện ổn định:

2 , 207 154 , 0

10 993

55

2 2

3

cm kg R

cm kg Ath

*Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung

Momen tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là momen lớn nhất tại tiết diện ở phần ba đoạn cột

Momen tính toán tại tiết diện B(đỉnh cột)có trị số MB= -64,355 t.m,do các tải trọng 1,2,4,6,8,như vậy momen tương ứng ở đầu kia (tiết diện C) do các tải trọng này là:

M2= 3,58 t.m

+ Momen ở 1/3 đoạn cột:

M=41,723t.m

1 10 993 , 55

10 732 ,

41

¦

.' '

M x

1 '

.



y=48,95;tra bảng II.1 phụ lục II được Y =0,877

Điều kiện kiểm tra:

2 , 207 877 , 0 273 , 0

10 993 ,

55

10 1 , 2 ).

502 , 1 1 , 0 36 , 0 ( )

1, 0 36



Tiết diện đã chọn có: 9 , 2 15 , 2

2 2

2 , 1

10 1 , 2 ) 502 , 1 5 , 0 9 , 0 ( )

5 , 0 9



Tiết diện đã chọn có:

21 , 52

33 , 38 2

, 1

0 , 2 2 50

như vậy đảm bảo ổn định không cần đặt sườn dọc.

Kiểm tra điều kiện:

Cột dưới rỗng có tiết diện không đối xứng,bao gồm 2 nhánh:

Nhánh mái(nhánh 1) và nhánh cầu trục(nhánh 2).Nhánh mái dùng tổ hợp của 1thépbản và 2 thép góc,nhánh trong dùng tiết diện tổ hợp từ ba thép bản

+ Cặp nội lực tính toán nhánh cầu trục:

73 , 175 5

, 1

464 , 149 2

1

C

N C

*Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:

5 , 1

726

94 5

, 1

897 220 1

2

C

N C

10 51 , 187

10 63 , 194

Theo yêu cầu độ cứng, chọn bề rộng cột(chiều cao tiết diện mỗi nhánh):

b=44 cm Thoả mãn : Trong khoảng (0,3—0,5)hd=45—75 cm

34 , 2845 1

33 38447 1

, 121

91 , 4 8 , 22 2 1

67 , 869 2

83 , 26260 2

+Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện

6 ,

121 2

+Momen quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm (x—x)

JX=Jxi +yi2.Anhi =2845 , 34+869,67+121,6.(73,06)2+119,36(74,5)2=

9 ,

1315264 



b.Xác định hệ thanh bụng

Bố trí hệ thanh bụng như hình dưới

Khoảng cách các nút giằng a=148 cm,thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

Chiều dài thang xiên: S= a2 C2  148 2  147 , 56 2  209cm.

Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên :

475 , 23 sin

Độ mảnh:

max= 95 , 87   150

18 , 2

tx

/ 2100 /

96 , 240 28 2 ,

Từ td =35,1;tra bảng II.1 phụ lục II được  =0,921

03 , 173 ) 10 1 , 2

10 1 , 2 2330 ( 10 15 , 7

=147,56/1,1=134,15<[]=150

=0,393

41 , 5 393 , 0

10 996 ,

464 , 149 56 , 147

06 , 73 73 , 175

2

3 1

min

1 1987 /

36 , 119 794 , 0

10 3 , 188

897 ,

220 56 , 147

5 , 74 736 , 94

min

1 2093 , 3 /

6 , 121 776 , 0

10 53 , 197

10 1 , 2 1 ,

10 1 , 2 1 ,

td 



Tra bảng với m, td ta được jlt=0,356

N1/(jltA)=94726/(0,356.240,96) = 1104,3< Rg =2100 daN/cm2

d.Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột

Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực Ntx =16,6 t

Với loại thép có Rbtc 4300 kg/cm2.;dùng que hàn ] 42 thì:

Thanh xiên là thép góc L110x8; giả thiết :

Chiều cao đường hàn sống hs=8 mm

Chiều cao đường hàn mép hm=6 mm.

Chiều dài cần thiết của đường hàn sống lhs,và đường hàn mép lhm là:

75 , 0 1260 8 , 0

10 6 , 16 7 , 0 Rg)min

( hs

7 ,

10 6 , 16 3 , 0 Rg)min

( hm

3 ,

Đường hàn thanh bụng ngang (L56x5) vào nhánh cột tính đủ chịu lực cắt

Qqư =2,996 t, khá bé,vì vậy chọn đường hàn cấu tạo có:

, 97336

9 , 0 9 ,

(0,9;Hệ số kể đến biến dạng của thanh giằng)

Sai số so với tỉ lệ đã chọn để giải khung là:

%.

30

% 5 , 15

% 100

065 , 12 2

28 , 52 '

2

1

tr b

10 27 ,

*Nội lực lớn nhất trong cánh trong cột trên (mối nối cánh trong với bản ‘K’) là:

02 , 0 50 , 0

47 , 14 2

994 , 52 '

2

2

tr b

M N

10 06 ,

cm kg R

cm kg lh

Dầm vai tính như dầm đơn giản nhịp l=hd=1,5 m

Dầm vai chịu uốn bởi lực Strong=50,06 t , truyền từ cánh trong của cột trên

+Phản lực gối tựa:

1500

1000 06 , 50

Chọn chiều dày bản đay mút nhánh cầu trục

của cột bd=20(mm),chiều rộng sườn đầu dầm

cầu trục bs=320(mm)

+Xác định chiếu dày bản bụng dầm vai

Được xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực

10 ).

73 , 1 17 , 134 ( Re

cm m

50,06

16,685

33,37

16,69

Giả thiết chiều cao đường hàn góc hh=8mm.Chiều dài cần thiết một đường hàn là:

) 1800 7 , 0 ( 8 , 0 4

10 ).

69 , 16 73 , 1 17 , 134 ( 1 min ) (

4

cm cm

Rg h

B Gdct D

Để ý đến yêu cầu cấu tạo hdv0,5 hd=0,5.150=75cm

Từ đó chọn hdv=80cm.;chiêu dày bản cánh dưới dầm vai =10mm,chiếu cao bản bụng dầm vai: hdv=80-(2+1)=77cm

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai

Dầm vai có tiết diện chữ I không đối xứng cánh dưới dầm vai là một bản thép nằm ngang,cánh trên là 2 bản thép (bản đạy mút nhánh cầu trục và bản lót sườn).Kích thước 2 bản thép này thường khác nhau nên tiết diện ngang của dầm vai về 2 phía của lực Strong (hai phía của Mdvmax) cũng khác nhau

Để đơn giản trong tính toán quan niệm chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn.Khi

đó mômen chống uốn của bản bụng:

6

77 2 , 1 6

3 2

10 685 ,

16

¦

cm kg R

cm kg W

10 3 ,

2 , 1 90

10 53 ,





.Chiều rộng B của bản đế chọn theo yêu cầu cấu tạo

10 53 ,

10 3 ,

+Tính chiều dày bản đế

Cấu tạo chân cột như hình dưới.Diên tích bản đế bị các dầm đế,sườn ngăn chia thành các ô với các biên tựa khác nhau.

Theo kích thước cạnh ô và loại ô,tính momen uốn trong các ô này và nhận thấyrằng:

Chọn momen tính toán Mmax =4628,9kg.cm

-Chiều dày cần thiết bản đế mỗi nhanh:

2100

9 , 4628 6 max

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

2057 2

2 2

cm kg l

QA = qA lA =2057,625.20,436=42049,6 kg

Chọn chiều dày sườn A =10mm

Chiều cao sườn hA :

2100 0 , 1

429663 6

.

R

M A

,

/ 2100

/ 24 , 1611 67

, 266

/ 1051 40

0 , 1

6 ,

F

Q

C A

Kiểm tra hai đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột.

Chọn chiều cao đường hàn hh=10mm, hàn suốt

1435

6 , 54

6 , 42049 9

, 354

429663

¦

2 2

2 2

2 2

cm kg Rgh

cm kg

Ah

Q Wgh

Kết luận:Sườn con son A và đường hàn đủ khả năng chịu lực

*Tính chiều cao các đường hàn ngang

Các chi tiết chân cột như dầm đế,sườn A, bụng nhánh cột đều liên kết với bản

đế bằng 2 đường hàn ngang ở 2 bên sườn.Chiều cao đường hàn cần thiết mỗi liên kết là:

+Liên kết của dầm đế vào bản đế:

1260 2

34 , 1440 min

) (

625 ,

2057 min

) (

*Nội lực dùng để tính bu lông neo.

Mg = 144,48 t.m, momen ở tiết diện chân cột do tải trọng gió

-Lực kéo trong bu lông neo chân cột nhánh mái:

cm





Chọn 2 bu lông neo 72 mm có diện tích thu hẹp là: 2.32,8=65,6cm2

Diện tích tiết diện cần thiết của bu lông neo ở nhánh mái:

Ayc

1400

10 4 ,

cm





Chọn 2 bu lông neo 64 mm có diện tích thu hẹp là: 2.25,2=50,4cm2

*Tính sườn đỡ bu lông neo.

Chọn sườn đỡ bu lông neo có:

Chiều dày sườn s =12 mm

Chiều cao sườn hs =400 mm

Sườn đỡ bu lông neo tính như con son chịu lực tập trung F:

F=90,84/2 =45,42 t

Mômen tại tiết diện ngàm:

M=F.e =45,42.0,12=5,45 t.m

e =0,12m;Khoảng cách từ trục bu lông đến mặt dầm đế

Tính đường hàn liên kết sườn đỡ bu lông vào dầm đế.

Sườn hàn vào dầm đế bằng đường hàn góc chiều cao đường hàn

hh =10 mm

h =¦ 2 0,57,451,010(406 1)2 1535,76 / 2.

5

cm kg Wgh

+Tínhbản thép ngang (bản thép ngang đỡ bulông )

Chọn bản thép có chiều dày  =4,5 cm, nhịp l=14 cm,kích thước tiết diện 24x4,5cm

Sơ đồ tính như dầm đơn giản chịu tải trọng tập trung

Mmax =(F.l)/4 =(45,42.0,14)/4 =1,59 t.m

5 , 4 24

6 10 59 , 1

2

5

cm kg R

cm kg w

V.Tính dàn.

1.Sơ đồ và kích thước của dàn

Dàn có sơ đồ hình thanh,độ dốc cánh trên đã chọn i=1:10,chiều cao đầu dàn

*Tải trọng thường xuyên.

Gồm trọng lượng các lớp mái và kết cấu mái đưa về tải trọng tập trung đặt tại nút dàn

+Với nút đầu dàn:

2

6 3 ) (

*Hoạt tải tập trung quy về mắt đàn.

Do dàn liên kết cứng với cột nên đầu dàn có mômen,giá trị mômen này chính

là mômen tại tiết diện B—B của cột khung

Từ bảng tổ hợp nội lực ta có được các cặp mô men đầu dàn sau:

Mtr.max =2,62 t.m; (do tải trọng 1,7)

c.Xác định nội lực tính toán cho các thanh dàn

Nội lực của các thanh dàn được xác định với từng tải trọng bằng phương pháp

đồ giải Crêmona

*Tính với tải trọng thường xuyên (các Gi ) trên toàn dàn.Dàn có sơ đồ đối xứng

và tải trọng Gi đối xứng ,chỉ cần vẽ cho nửa dàn

*Tính với hoạt tải (Pi) trên nửa trái của dàn (vì hoạt tải có thể chỉ trên nửa dàn trái hoặc trên nửa dàn phải hoặc đặt trên cả dàn.Vì thế cần cần phải vẽ giản đồ cho

cả ba trường hợp.Với dàn đối xứng để có trường hợp các Pi đặt trên nửa phải ta chỉcần lấy đối xứng với trường hợp các Pi đặt ở nửa trái Cộng các kếtm quả của 2 trường hợp cho kết quả trường hợp đặt trên toàn dàn)

Tính với mô men đầu dàn:Để tiện tính toán ta vẽ giản đồ cho trường hợp

Mtr=+1đặt ở đầu trái của dàn (vì dàn đối xứng) ta có được kết quả của trường hợp

Mph=+1bằng cách lật lại biểu đồ.Sau đó nhân với giá trị mô men ở đầu trái ta có được biểu đồ mô men cuối cùng.

Đồ giải Clêmôna cho tải trọng thường xuyên:

b c,1 d e g a g' 2

5

4 6' 6

b 1 2 3 4 5 6 6' 5' 4' 3' d' c' 1' b'

e' g' a

b c,1 d e

g h,1'

3

4 5

6' 6

5'

2 4',3' 2'

a

h2

Đồ giải Clêmôna với M=+1 ở đầu trái:

1',b',h,k a

Đồ giải Clêmôna cho dàn phân nhỏ:

m,z

k1

32

P/2 P/2

P:30mm =1KN G:157mm=1kN P:30mm =1KN G:157mm=1kN

P=0,878 G=4,605

3.Chọn tiết diện thanh dàn.

Chọn tiết diện thanh dàn cần tuân theo nguyên tắc:

+Tiết diện thanh dàn nhỏ nhất là L50x5

+Trong một dàn L<36mnên chọn không quá 6—8 loại tiết diện.Với nhịp dàn L24m thì không cần thay đổi tiết diện thanh dàn.Khi L>24m thì phải thay đổi tiếtdiện để tiết kiệm vật liệu và dùng không quá 2 loại tiết diện thanh cánh với dàn có L36m

+Bề dày bản mã được chọn dựa vào nội lực lớn nhất tong các thanh bụng,dàn chỉ nên dung một loại bề dày bản mã.Dựa vào bảng tổ hợp nội lực chọn

bm=12mm

a.Đối với thanh cánh trên

Dàn có nhịp L=27m,thuộc trường hợp 24m<L<36m.Như vậy cần chọn hai loạitiết diện.Thay đổi tiết diện trong phạm vi thanh T2

Trong đó l1=603 cm,khoảng cách giữa 2 điểm cố kết

Giả thiết gt=95,tra bảng II.1,phụ lục II được =0,632

Diện tích cần thiết của tiết diện thanh

ACT= 3 73 , 3 2

1 2100 632 , 0

10 29 ,

Thoả mãn điều kiện ổn định

*Kiểm tra tiết diện về khả năng chịu lực

max=y=84,6.Tra bảng II.1 phụ lục II được min=0,693

Kiểm tra theo công thức:

6 , 86 693 , 0

10 29 , 97 min

2 2

3

cm kg R

cm kg Ath

Giả thiết gt=95,tra bảng II.1,phụ lục II được =0,632

Diện tích cần thiết của tiết diện thanh

1 2100 632 , 0

10 08 ,

rx=4,92> rxct

ry=7,06> ryct

Thoả mãn điều kiện ổn định

*Kiểm tra tiết diện về khả năng chịu lực

max=x=30,64.Tra bảng II.1 phụ lục II được min=0,921

Kiểm tra theo công thức:

6 , 86 921 , 0

10 08 ,

105 min

2 2

3

cm kg R

cm kg Ath

rxct =[lx]4006001,5

400

1200 ]

Thoả mãn điều kiện ổn định

*Kiểm tra tiết diện về khả năng chịu lực

Kiểm tra theo công thức:

 = 1770 / 2100 /

6 , 56

10 17 ,

Ath

c.Thanh xiên đầu dàn

Nội lực tính toán trong thanh là: N=X1=78,57 t

Do có dàn phân nhỏ chiều dài tính toán trong và ngoài mặt phẳng dàn:

lx=0,5l=0,5.393,73=196,87 cm

ly=l=393,73 cm

Giả thiết gt=70,tra bảng II.1,phụ lục II được =0,782

Diện tích cần thiết của tiết diện thanh

1 2100 782 , 0

10 57 ,

Thoả mãn điều kiện ổn định

*Kiểm tra tiết diện về khả năng chịu lực

Độ mảnh thực tế:

3

87 ,

max=y=84,13.Tra bảng II.1 phụ lục II được min=0,699

Kiểm tra theo công thức:

6 , 52 708 , 0

10 57 ,

78 min

2 2

3

cm kg R

cm kg Ath

2100 8

, 2109

0,5% < 5% trong phạm vi cho phép

d.Thanh xiên đầu X2

Nội lực tính toán thanh N=X2=61,65 t