ĐỀ TÀI : THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP doc

THIẾT KẾ XÀ GỒ:Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ.Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings

THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG

- Độ dốc mái: i =10%    5 , 17  (sin   0 , 099; cos  0 , 995 )

- Sức nâng cầu trục: Q = 12,5(Tấn), cần trục làm việc trung bình

- Cao trình đường ray: 9,7(m)

- Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Nghệ An) có:

bt

B THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

I THIẾT KẾ XÀ GỒ:

Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ.Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings Design Manual” Sau

đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ

- Tấm lợp mái : (single skin panels) hình dạng tấm lợp mái chọn như sau:

Có các thông số kỹ thuật :

Chiều dày

(mm)

Trọng lượng 1 tấm(kG/m2)

D.tích 1tấm(m2)

Tải trọng cho phép(kN/m2)

- Lớp cách nhiệt:

60 1.75

- Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên nhằmlàm tăng ổn định cho mái

Chiềudày(mm)

Diện tích(cm2)

Tải trọngcho phép(KN)

Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

L(mm)

1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ:

Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân

xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái

Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1,5 m

 Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là : 1 , 51m

71 , 5 cos

5 , 1

2 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn:

Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốnxiên

Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngangmột góc  = 5,71o (Độ dốc i = 10%)

a Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”

Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là

         

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên cóthể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái  y

b Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

M W

M

c y y

x

x y

        

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên cóthể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái  y

Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng.

II THIẾT KẾ KHUNG NGANG

1.Xác định các kích thước chính của khung ngang.

Hk

(mm)

Khoảngcách

Zmin

(mm)

Bề rộnggabarit

Bk

(mm)

Bề rộngđáy

Kk

(mm)

T.lượngcầu trụcG

Pmax

(kN)

Áplực

Pmin

(kN)

- Ray cầu trục:

Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau:

Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm)

- Dầm cầu trục:

Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta

chọn dầm tiết diện chữ I định hình cao 50 cm

có các thông số như sau:

Với: H 1,09 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục)K

Trong đĩ: H1 - cao trình đỉnh ray, H1= 9,7m

H3 - Phần cột chơn dưới nền, coi mặt mĩng ở cốt 0,000 ,( H3=0)

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

1.3 Theo phương ngang.

Coi trục định vị trùng với trục đường trục của cột Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầutrục:

K 1

z L  h 0,75 0,5 0, 25m Z    0,18m (tra theo catalo)

CÁC KÍNH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG

2 Tải trọng tác dụng lên khung ngang

2.1 Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải):

- Tải trọng mái và xà gồ : trên thực tế tải này truyền lên khung dưới dạng lực tập trung tại điểm đặtcác xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố (trên mặt bằng)

- Tải trọng bản thân của tôn tường và xà gồ tường đặt tại các cao trình của xà gồ tường:

Với cột cao 11,1 m, nhưng do có 1,1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kể đến, chỉ tính đếntrọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1,1m trở lên trên, tương ứng với chiều dài cột là10m , giả thiết dùng 6 xà gồ 200Z17 đặt cách nhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân tập trungđặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên khôngxét đến

2.2 Hoạt tải mái:

Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không ngườiqua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là 0,3 kN/m2

Quy đổi thành lực phân bố đều trên xà ngang:

nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình hoặc nhẹ

p =1.1 : hÖ sè vît t¶i cña ho¹t t¶i cÇu trôc

Pmax =78,3(KN)-¸p lùc tiªu chuÈn lín nhÊt cña mét b¸nh xe cÇu trôc t¸c dông lªn ray (tra catalocÇu trôc)

Pmin =16,9(KN) - ¸p lùc tiªu chuÈn nhá nhÊt cña mét b¸nh xe cÇu trôc t¸c dông lªn ray ë phÝa cétbªn kia

Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin :

Các áp lực D ;D truyền vào vai cột và lệch tâm so với trục cột (trục định vị tâm cột) làmax min 1

e L  0,5h 0,75 0,5.0,5 0,5m   Trị số momen lệch tâm tương ứng:

W 1, 25kN / m , hệ số vượt tải 1,2

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng của nhà và độ dốc của mái, ta có thể xác định các hệ số khíđộng của tải trọng gió theo chỉ dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN2737.

Ứng với h / L 0,617 và  5,710 nội suy được:Ce1   0 , 58 ; Ce20,423 ;

Ứng với b / L 102 /18 5,67 2   và lấy: h / L 0,617 0,5  y : Ce30,523

Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định được hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao

và dạng địa hình Nội suy ta có:

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m2 bề mặt thẳng đứng của công trình là:

- Mức đỉnh cột ở cao trình 11,1 (m) có kc= 1,018 (nội suy)

- Mức đỉnh mái ở cao trình 11,1 + 9tg5,710=12 m (m) có km= 1,032 (nội suy)

*Gió theo phương ngang nhà:

- Tải trọng gió tác dụng lên cột:

+ Phía đón gió: 1,2.1,25.1,018.0,8.6.1,04 = 7,62 (kN/m)

+ Phía khuất gió: 1,2.1,25.1,018.0,523.6.1,04 = 4,98 (kN/m)

- Tải trọng gió tác dụng lên mái:

+ Phía đón gió: 1,2.1,25.1,032.0,58.6.1,04 = 5,6 (kN/m)

+ Phía khuất gió:1,2.1,25.1,032.0,423.6.1,04 = 4,09 (kN/m)

*Gió theo phương dọc nhà:

- Tải trọng gió tác dụng lên cột: 1,2.1,25.1,018.0,523.6.1,04 = 4,98 (kN/m)

- Tải trọng gió tác dụng lên mái: 1,2.1,25.1,032.0,7.6.1,04 = 6,77 (kN/m)

3 Xác định sơ bộ tiết diện khung

3.1 Xác định sơ bộ tiết diện cột.

3.1.1 Xác định chiều dài tính toán.

Do sức nâng của cầu trục là không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không đổi xác định theo công thức sau:

(giả thiết momen quán tính của tiết diện xà và cột là như nhau)

Trường hợp cột liên kết ngàm với móng

0,56

1, 2460,14

3.1.2 Xác định sơ bộ tiết diện.

Chiều cao tiết diện cột h được chọn sơ bộ theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:

 h(1/15 1/ 20) H (0,555 0,74) m, chọn h=0,56 m

Theo các điều kiện về cấu tạo và ổn định cục bộ chọn được kích thước tiết diện cột như sau:

cm cm

.

1445,39( )56

l

.

3.2 Xác định sơ bộ tiết diện xà ngang (xà dầm).

3.2.1.kích thước tiết diện

Vì nhịp khung là 18m nên ta chọn phương án chia xà ngang thành 2 đoạn Dự kiến đoạn xà gần gốidài 3m, có dạng hình nêm, độ cứng đầu và cuối đoạn là I1 và I2 (giả thiết độ cứng của xà và cộttại vị trí liên kết xà-cột là như nhau, tức I1=Icot) Đoạn còn lại tiết diện không đổi và có độ cứng

1 20 2 12

8 ,

Hình3.3: Tiết diện đoạn xà

4 SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG.

toán, tiết diện và tải trọng

khai báo được tính toán sơ

Hình 4.1: Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải)

- Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái

Hình 4.2: Sơ đồ tính hoạt tải mái trái

Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

Hình 4.3: Sơ đồ tính hoạt tải mái phải

- Phương án 4 : Hoạt tải cả mái

Hình 4.4: Sơ đồ tính hoạt tải cả mái

- Phương án 5 : Dmax trái

- Phương án 6 : Dmax phải

- Phương án 7 : T trái +

Hình 4.7: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái +

Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải

Phương án 11 : Gió trái

Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà

- Phương án 12 : Gió phải

Hình 4.12: Sơ đồ tính khung với gió phải ngang nhà

- Phương án 13 : Gió dọc

Hình 4.13: Sơ đồ tính khung với gió dọc nhà

Hình 5.2: Mômen do tĩnh tải

Hình 5.3: Lực dọc do tĩnh tải

Hình 5.4: Lực cắt do tĩnh tải

Hình 5.5: Mômen do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.6: Lực dọc do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.7: Lực cắt do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.8: Mômen do hoạt tải chất nửa mái phải

Hình 5.9: Lưc dọc do hoạt tải chất nửa mái phải

Hình 5.10: Lực cắt do hoạt tải nửa mái phải

Hình 5.11: Mômen do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải)

Hình 5.12: Lực dọc do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải)

Hình 5.13: Lực cắt do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải)

Hình 5.14: Mômen do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Hình 5.15: Lực dọc do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Hình 5.16: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Hình 5.17: Mômen do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Hình 5.18: Lực dọc do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Hình 5.19: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Hình 5.20: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột trái

Hình 5.21: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột trái

Hình 5.22: Lực cắt do lực hãm T +đặt lên cột trái

Hình 5.23: Mômen do lực hãm T- đặt lên cột trái

Hình 5.24: Lực dọc do lực hãm T- đặt lên cột trái

Hình 5.25: Lực cắt do lực hãm T - đặt lên cột trái

Hình 5.26: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.27: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.28: Lực cắt do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.29: Mômen do lực hãm T- đặt lên cột phải

Hình 5.30: Lực dọc do lực hãm T- đặt lên cột phải

Hình 5.31: Lực cắt do lực hãm T- đặt lên cột phải

Hình 5.32: Mômen do gió trái sang

Hình 5.33: Lực dọc do gió trái sang

Hình 5.34: Lực cắt do gió trái sang

Hình 5.35: Mômen do gió phải sang

Hình 5.36: Lực dọc do gió phải sang

Hình 5.37: Lực cắt do gió phải sang

Hình 5.38: Mômen do gió dọc

Hình 5.39: Lực dọc do gió dọc

Bảng thống kê nội lực

TABLE: Element Forces - Frames TT Tĩnh tải

Frame Station OutputCase P V2 M3 HTT Hoạt tải trái

V 0,77 0,63 5,17 4,65 -4,31 -3,88 0,86 0,77 3,07 2,76 -1,62 -1,46 1,50 1,35 -1,50 -1,35 0,92 0,82 -0,92

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

6 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

6.1 Thiết kế tiết diện cột

1.1 Thiết kế tiết diện cột.

1.1.1 Xác định chiều dài tính toán:

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiêt làbằng nhau, ta có:

xà ngang…) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình + 4,850 tức

là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến hãm, nên lấy ly = 485 (cm)

1.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện

Tiết diện cột khung và các đặc trưng hình học của tiết diện chọn như phần thiết kế sơ bộ

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất):

40,5 25 1 46

 

65744,67

21, 22146

Độ lệch tâm quy đổi: m e   m x

Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có:

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

1.2 Kiểm tra tiết diện cột đã chọn.

1.2.1 Kiểm tra bền.

Do m  e 0,988.11,3 11,16 20   Không phải kiểm tra bền

1.2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

* Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thứcsau

e

N

.f.A

* Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thứcsau.(theo điều 5.4.2.5 TCXDVN : 338-2005)

f A

c

N

c y

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

x f

x w

6.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

.1.Đoạn xà 3m (tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực cho ta cặp nội lực tính toán:

N= 41,85 KNM= 230,32 KN.mV= 73,9 KNĐây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng4,13,23,29 gây ra

1.1 Chọn tiết diện và kiểm tra theo yêu cầu cấu tạo.

Mô men chống uốn cần thiết cảu tiết diện xà ngang xác định:

Thùc hiÖn: nhãm 9 46

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng





f

E t

b

f f

2 12

3

4 x

0,5 25 1 5625.60

Đồ áN kết cấu THéP GVHD: THs Nguyễn thanh hng

Do mx = 26,44 > 20   me mx 20 1 nên tiết diện xà ngang đợc tính toán kiểm tratheo điều kiện bền

Như vậy tiết diện đó chọn thoả món cỏc điều kiện về ổn định cục bộ

.2.Đoạn xà 6m (Tiết diện khụng đổi).

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toỏn:

N= -12,39 KNM= 88,79 KN.mV= 20,67 KNĐõy là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do cỏc trường hợp tải trọng4,7,13,17,25 gõy ra

2.1 Tiết diện và đặc trưng hỡnh học

Mụ men chống uốn cần thiết cảu tiết diện xà ngang xỏc định:

.

0,5 25 1 3025.28

.2.2 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền.

Do mx = 177,54 > 20   me mx 20 1 nên tiết diện xà ngang được tính toán kiểmtra theo điều kiện bền

2.3 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng.

Do tiết diện xà được chọn có tiết diện nhỏ hơn đoạn xà 3m nên không cần kiểm tra ổn định cục

bộ của bản cánh và bản bụng

Kiểm tra chuyển vị ngang ở đỉnh cột.

Thùc hiÖn: nhãm 9 49

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

Sử dụng phần mềm SAP để tính toán, chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợp tĩnh tải

và tải trọng gió trái là:  x 0,118 3,625 4,507(  cm)

* Tiết diện dầm vai đã chọn được kiểm tra theo các điều kiện bền uốn, cắt và ứng suất tương

đương tại chỗ ngàm với bản cánh cột:

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

* Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bụng dầm vai:

- Bản cánh: o

dv f

21  15,8 kN/cm2

- Bản bụng:

dv w dv w

21  79 kN/cm2

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết với dầm vai vào cột là hf = 0,7 cm

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định như sau:

- Phía trên cánh ( 2 đường hàn): lw = 25 - 1 = 24 cm

- Phía dưới cánh ( 4 đường hàn): lw = 0,5(25 - 1) = 11 cm

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

- Chiều rộng B của bản đế ( cạnh vuông góc với mặt phẳng uốn ) được cấu tạo trước theo cáckích thước của tiết diện cột:

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

Thùc hiÖn: nhãm 9 53

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

2 i i bt

i d

M  Trong đó :

 : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại ô bản

- Với bản kê 4 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b1/a1

a1 là cạnh ngắn của ô bản, d =a1

- - Với bản kê 3 cạnh : Giá trị này được tra bảng dựa trên tỷ số: b2/a2

a2 là chiều dài biên tự do của ô bản, d = a2

b2 là chiều dài cạnh vuông góc với biên tự do của ô bản,

Căn cứ vào các kích thước như trên hình vẽ ta tính được các giá trị:

+ Chiều cao: hdd phụ huộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực

do ứng suất phản kực của bê tông móng:

Lực truyền vàomột dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Ndd = (16 + 12,5).41.0,46 = 537,51 (kN)

Theo cấu tạo chọn chiều cao của đường hàn liên kếtdầm đế vào cột là hf = 0,8 cm

Từ đó xác định được chiều dài tính toán của mọtt đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

 

min

53751

26,72( ) 2.0,7.1800.0,8.1

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng

Sơ đồ tính là công xon ngàm vào bản bụng cột chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều do áplực dưới đáy móng :



Khả nănh chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức:

2 min

§å ¸N kÕt cÊu THÐP GVHD: THs NguyÔn thanh hng



Khả nănh chịu lực của các đường hàn này được kiểm tra theo công thức:

2 min

7.2.5.Tính bulông neo ở chân cột:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực ở chân cột gây kéo nhiều nhất cho các bu lông neo:

N=14,47kNM=356,14kN.mV=89,33 kNChiều dài vùng bê tông chịu nén dưới bản đế là c= 41,9 cm.Chọn khoảng cách từ mép biên bản

đế chân cột đến tâm bu lông neo là 6 cm, xác định được:

Do T2 < T1 nênđường kính bu lông neo đã chọn là đạt yêu cầu

7.2.6 Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế.

Lục kéo trong bản cánh cột do mô men và lực dọc phân vào theo cong thức: