ĐỒ án kết cấu THÉP KÍCH THƯỚC sơ bộ, tải TRỌNG và nội lực KHUNG NGANG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO MỤC LỤC CHƯƠNG 1:CƠ SỞ THIẾT KẾ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ : 1.2 SỐ LIỆU VỀ VẬT LIỆU: CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG .5 2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG: 2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG: 2.3.NỘI LỰC KHUNG NGANG: 11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG .23 3.1.THIẾT KẾ DẦM MÁI: 23 3.1.1.Tính tốn tiết diện ngang 23 3.1.2Thiết kế mối nối: 29 3.2 THIẾT KẾ CỘT THÉP: 34 3.2.1Giá trị nội lực tính tốn: .34 3.2.2Kiểm tra tiết diện: .34 3.3.THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT: 41 3.3.1 Thiết kế chân cột- liên kết cột với móng: 41 3.3.2.Thiết kế liên kết dầm mái với cột .48 CHƯƠNG 4: HỆ GIẰNG; KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC;CÁC KẾT CẤU THỨ YẾU .59 4.1.HỆ GIẰNG: 59 4.2 KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC: 63 SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO 4.3.VAI CỘT: 68 70 4.4 KẾT CẤU BAO CHE: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CHƯƠNG 1:CƠ SỞ THIẾT KẾ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ : (ft) (m) (T) SVTH: XXXXXXXXXX Loại cầu Số cầu trục trục Bước cột Số bước B (m) MSSV: XXXXXX cột Vùng Loại địa hình địa hình ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 75 GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO 7.5 TRSG 13 III-A A 1.2 SỐ LIỆU VỀ VẬT LIỆU: 1.2.1 Thép: Loại thép Số hiệu thép E fy fu (GPa) (MPa) (MPa) Thép SS 400 200 245 400 Thép hình S 275 200 275 410 Thép tròn SS 400 200 245 400 Các thơng số thép Cường độ tính toán chịu kéo,nén,uốn thép theo giới hạn chảy: f= fy γM = 24 =22 27(kN /cm ) 1 Với γ M =1 hệ số tin cậy vật liệu lấy theo mục 6.1.4,TCVN 5575:2012 Cường độ tính tốn chịu cắt thép Hệ số làm việc kết cấu: (Bảng 3, TCVN 5575:2012) +Kết cấu dầm đặc : γ c=0 +Kết cấu cột đặc : γ c=0.95 Que hàn Sử dụng que hàn N46 (bảng 8, TCVN 5575: 2012), với thông số sau: ) SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO ( bảng 37, TCVN 5575:2012) Boulon Chọn boulon cấp 8.8 : cường độ tính tốn làm việc chịu kéo boulon (bảng 10, TCVN 5575:2012) : hệ số điều kiện làm việc liên kết boulon( bảng 38, TCVN 5575:2012) Boulon neo chế tạo từ thép JIS-G3101-SS400, có Bê tơng móng/ cổ cột: B20 có SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG 2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG:  Nhịp cầu trục: LCR = 75 ft = 22.86(m)  Cao trình đỉnh ray: HR = 6(m)  Sức nâng cầu trục: C = 7.5(tấn)  Loại cầu trục: TRSG  Bước cột: 6(m)  Độ dốc mái: i = 10%  Tra catalog cầu trục (mã hiệu cầu trục A0785300) ta số liệu sau: (mm) 25910 Bw Pmax W D H Tw (kg) (kg) (mm) (mm) (mm) (kg) 9430 6190 3810 790 150 860 2.1.1Các kích thước sơ khung ngang: hr=70 a/ Cột dưới:  Chiều cao phần cột dưới: h C.g =500  Phần cột chôn sâu xuống nền:  = 0(m)  Chiều cao tiết diện dầm đỡ cầu trục: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP  Chọn GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO hC g =500 mm  Chiều cao tiết diện ray (và miếng đệm): Ta có:  Chọn b/Cột trên: H U =( hC g +hR )+D+75mm+( F +F ) D: Khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao cầu trục F0: Khoảng cách từ nách khung đến điểm thấp thiết bị hay kết cấu treo ( ví dụ: thiết bị chiếu sang, lối lại dọc ngang nhà) F0 = 0mm 75mm: Là khe hở an toàn khe trục (hoặc xe con) kết cấu bên F1: Khoảng hở dự phịng, lấy khơng nhỏ 100mm (khi mà khơng có thiết bị treo tức F0 = lấy F1= 0) F1= 100mm  Chọn c/Chiều cao tiết diện ngang lớn bé dầm mái :  Chọn SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO  Chọn Bề rộng cánh dầm mái: Chọn d/ Chiều cao tiết diện ngang cột: Bề rộng cánh cột: Chọn e/Bề dày cánh, bụng dầm mái: Ta có: Thép SS400 ; Chọn , Ta có: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Chọn f/Bề dày cánh, bụng cột: Ta có: Thép SS400 ; Chọn , Ta có: Chọn Bề rộng nhà: Chọn Khoảng cách từ trục định vị đến tim ray: Kiểm tra khe hở ngang an toàn cột đầu cầu trục: (chọn trục định vị nằm mép xà gồ vách) Chiều cao tiết diện xà gồ vách: tương ứng với bước cột 7m Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút cầu trục: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO (thõa) Với 75mm khoảng hở cầu trục cột 2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG: 2.2.1.Tĩnh tải: (Mái vách tole dày 0,5mm, xà gồ thép chữ Z với tổng trọng lượng thân là: ) Tĩnh tải mái tác dụng lên dầm mái ( giá trị tính tốn ): Tĩnh tải vách tác dụng lên cột ( giá trị tính toán ): Hệ số vượt ải tĩnh tải(vật liệu thép): 2.2.2.Hoạt tải mái: Đối với mái nhẹ,theo TCVN 2737:1995 quy định giá trị tiêu chuẩn hoạt tải mái là: Hệ số vượt tải hoạt tải mái: ; cos α ≈1 :với α :là góc nghiêng mái so với phương nằm ngang 2.2.3.Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang: (trường hợp có cầu trục) Tải trọng thẳng đứng :lớn Dmax bé Dmin cầu trục truyền lên vai cột giá trị tính tốn tính sau : SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Trong đó: : hệ số vượt tải cầu trục ( ) B: nhịp đỡ dầm cầu trục (bước cột) W: khoảng cách bánh xe cầu trục Trọng lượng dầm đỡ cầu trục ray: Chọn wrw = (kN/m) Giá trị moment lệch tâm ứng với giá trị tải trọng: Khoảng cách từ tim ray đến tim cột: Lực xô ngang: Trong : Tải trọng gió: Áp lực gió tiêu chuẩn ( vùng IIIA ), W0 = 110daN/m2 Dạng địa hình A SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Nút 1: Nút 2: Nút 3: ứng với độ cao 10m – cơng trình xây địa hình A) 7250 7000 P3 P2 P1 X2 W3 X1 W2 7000 7250 P2 P3 X1 W1 7000 ( Trong lấy X2 W2 W3 Hình 4.1 sơ đồ hệ giằng mái Pb1 2500 P3 Xb1 TLO 7500 Pb2 Xb2 7000 Hình 4.2 Sơ đồ hệ giằng cột  Nội lực giằng mái: - Các chống dọc: (nén) (nén) SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 62 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO (nén) - Các xiên: (kéo) (kéo)  Nội lực giằng cột:  Các chống dọc: -Thanh trên: (nén) -Thanh dưới: (nén)  Các xiên: -Thanh trên: (kéo) -Thanh dưới: (kéo)  Kiểm tra khả chịu lực giằng mái:  Các xiên hệ giằng mái: - Giả thiết tiết diện xiên , ta chọn có giá trị nội lực lớn để kiểm tra - Khả chịu lực: Không đủ khả chịu lực, cần thay có đường kính lớn (Tuy nhiên vài trường hợp thẩm định thiết kế, người ta cho phép dùng vừa nêu, sai số ) → Vậy chọn tiết diện xiên  Các chống dọc hệ giằng mái: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 63 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO - Các đặc trưng hình học : - Độ mảnh - Hệ số uốn dọc (Bảng D8 TCVN 5575:2012) - Khả chịu lực: =>Thỏa điều kiện khả chịu lực chống dọc: o Kiểm tra khả chịu lực giằng cột:  Các xiên hệ giằng cột: - Giả thiết tiết diện xiên chọn có nội lực lớn để kiểm tra: - Khả chịu lực Không đủ khả chịu lực, cần thay có đường kính lớn (Tuy nhiên vài trường hợp thẩm định thiết kế, người ta cho phép dùng vừa nêu, sai số )  Các chống hệ giằng cột: - Giả sử có tiết diện 140x5 - Các đặc trưng hình học - Độ mảnh - Hệ số uốn dọc - Khả chịu lực SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 64 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO → Các giằng cột đủ khả chịu lực 4.2 KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC: - Giả thiết tiết diện dầm đỡ trục dầm đơn giản, có tiết diện sau: Tiết diện chữ I200x12x500x10 thép tổ hợp làm từ thép tấm, kích thước hình vẽ Tiết diện chữ C27, thép định hình với kích thước hình vẽ: Xc y1 Y yc 97 12 24.7 270 10.5 500 Xc Xc X x1 x1 X 12 10 Y Hình 4.3 Tiết diện ngang giả thiết  Xác định vị trí trục trung hịa Giả thiết lấy hệ trục ta có: làm hệ trục sở, ta có hệ đối xứng qua trục OY, Với :  Thép C27 → tc = 0.6(cm) , z0 = 2.47(cm), Ac = 35.2(cm2) SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 65 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO  Thép chữ I : AI = 2bftf + hwtw= 2×1.2×20 + 50×1 = 98 (cm2) Moment qn tính tiết diện quay quanh trục X-X là: Moment quán tính quanh trục Y – Y chữ C nửa chữ I - Các kí hiệu dầm đỡ cầu trục: hệ số tin cậy tải trọng hệ số tải trọng trọng lượng thân dầm đỡ trục ray moment quán tính tiết diện quanh trục X-X momnet quán tính chữ C phần chữ I áp lực thẳng đứng lớn bánh xe cầu trục áp lực thẳng đứng nhỏ bánh xe cầu trục : áp lực hãm ngang áp lực hãm dọc  Tải trọng, nội lực, chuyển vị Moment uốn quanh trục X-X Y-Y SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 66 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Lực cắt, lực dọc: - Lực cắt: - Lực dọc: Chuyển vị: Ta có: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 67 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO  Kiểm tra khả chịu lực, độ võng - Ứng suất pháp cánh dưới(kéo) Khi không cần kiểm tra mỏi (số chu kì tải trọng ) Y x x + - Ứng suất pháp cánh trên(nén) Điều kiện bền Điều kiện ổn định SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 68 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Trong đó: khoảng cách từ trục trung hịa tiết diện đến thớ biên cánh nén (cánh trên) ½ bề rộng cánh diện tích chịu nén quy ước, lấy tiết diện hình chữ C Hệ số xác định theo TCVN 5575:2012 - Ứng suất tiếp bụng (chữ I & chữ C) - Độ võng SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 69 GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO 12 500 12 70 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 12 700 12 371 135 Hình 4.5 Liên kết vai cột, dầm đỡ cầu trục với cột, chi tiết dầm đỡ cầu trục 4.3.VAI CỘT: Giả thiết tiết diện vai cột I200x12x500x8, tiết diện chữ I tổ hợp thép SS400  Tải trọng nội lực - Trường hợp nhà có cầu trục hoạt động: - Nội lực : Lực cắt Moment SVTH: XXXXXXXXXX Với MSSV: XXXXXX 70 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO  Kiểm tra tiết diện ngang vai cột: - Moment quán tính - Moment kháng uốn - Điều kiện ứng suất pháp lớn thớ tiết diện: - Điều kiện ứng suất tiếp lớn thớ bụng - Kiểm tra điều kiện ứng suất tương đương : Kiểm tra ổn định cục bộ: Bản cánh =>thỏa điều kiện Bản bụng SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 71 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO → → Vậy ta không cần gia cường thêm sườn → Vậy tiết diện I500x8x200x12 chọn hợp lý  Tính liên kết hàn:  Tính chiều cao đường hàn góc liên kết cánh bụng: - Chọn que hàn N46, phương phán hàn tay: Bảng 43 TCVN 5575:2012 - Chiều cao đường hàn thỏa mãn điều kiện sau → chọn  Tính chiều cao đường hàn góc liên kết vai cột vào cột: chọn que hàn N46, phương pháp hàn tay Bảng 43 TCVN 5575:2012 - Theo tiết diện kim loại đường hàn: - Theo tiết diện biên nóng chảy → Vậy ta chọn hf =6(mm) SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 72 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO 4.4 KẾT CẤU BAO CHE:  Các thông số ban đầu: -TLBT mái (tấm lớp, xà gồ, giằng xà gồ)là: - Hoạt tải tiêu chuẩn mái TCVN 2737-1995 -Áp lực gió tiêu chuẩn -Hệ số khí động , hệ số điều chỉnh cao độ - Khoảng cách xà gồ -Tấm lợp tole sóng vuông cao 25mm, dày 0.35mm(độ dày thép 0.3mm) -Xà gồ Z200( - Cả tole xà gồ có giới hạn chảy , cường độ tính tốn  Tải trọng phân bố mái Tĩnh tải Hoạt tải Gió hút  Thành phần tải trọng gây uốn lợp(tấm lợp rộng 1000mm) TT+HT: TT + GIÓ:  Moment uốn khả chịu lực lợp( sơ đồ tính dầm liên tục > nhịp) Moment uốn: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 73 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Khả chịu lực  Thành phần tải trọng gây uốn xà gồ TT+HT: TT+ GIÓ:  Moment uốn xà gồ - Do TT+HT Moment gối: Moment nhịp: - Do TT+GIÓ : Moment gối: Moment nhịp:  Khả chịu lực xà gồ: - Do TT+HT: Khả chịu lực gối(cánh chịu nén) Khả chịu lực nhịp biên (cánh chịu nén) - Do TT+gió hút: SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 74 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Khả chịu lực gối (cánh chịu nén) Khả chịu lực nhịp biên ( cánh chịu nén) - Trong công thức tính khả chịu lực xà gồ mái lấy: Module chống uốn hữa hiệu: Tiết diện gối xà gồ ghép chồng lên nên ta có module chống uồn tiết diện nhịp có module chống uốn ; ; Tại vị trí mà cánh xà gồ chịu nén, khả chịu lực tiết diện giảm so với chịu kéo, kể đến cách nhân thêm hệ số Vậy tiết diện xà gồ Z200 chọn hợp lý 200 78 72 Hình 4.6 Xà gồ Z200 SVTH: XXXXXXXXXX MSSV: XXXXXX 75 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP SVTH: XXXXXXXXXX GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO MSSV: XXXXXX 76 ... XXXXXX       13 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO Hình 2.1 Mơ hình khung ngang 2D Hình 2.2 Mơ hình khung ngang 3D c Phân tích nội lực khung ngang Sap2000: *Sơ đồ chất tải: SVTH: XXXXXXXXXX... ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG 2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG:  Nhịp cầu trục: LCR = 75 ft = 22.86(m)  Cao... XXXXXX 23 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG 3.1.THIẾT KẾ DẦM MÁI: 3.1.1.Tính tốn tiết diện ngang - Từ kết phân tích nội lực khung ngang, ta lựa