THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN KẾT CẤU THÉP 2

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD PGS TS TRẦN QUANG HƯNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA XÂY DỰNG DDCN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN KẾT CẤU THÉP 2 NỘI DUNG THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰN.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA XÂY DỰNG DD&CN  THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN KẾT CẤU THÉP NỘI DUNG: THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Quang Hưng Sinh viên thực : Nhóm học phần : Nhóm 11 Nh13.67 Đà Nẵng, tháng năm 2017 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG LỜI MỞ ĐẦU Môn học “Kết cấu thép” đồ án “Kết cấu thép” học phần vô quan trọng sinh viên ngành XDDD&CN Môn học cung cấp kiến thức thép cách tính tốn, sử dụng vật liệu phổ biến cho công trình thực tế Trong kì học thứ sinh viên X1, chúng em may mắn tiếp nhận đồ án KCT Q trình thực có khó khăn, vất vả, chúng em hiểu rõ lợi ích mang lại Chúng em học nghiên cứu “thiết kế khung thép nhà công nghiệp” Để hoàn thành nhiệm vụ, thân sinh viên phải tự tìm tịi kiến thức, nghiên cứu phần mềm hỗ trợ Auto Cad, SAP2000, Revit, Tesla… Đặc biệt, lần chúng em thực đồ án hình thức làm việc nhóm Ban đầu, hầu hết thành viên gặp khó khăn, bỡ ngỡ khơng lần xuất mâu thuẫn Tuy nhiên chúng em tin rằng, vượt qua thử thách, thành cơng đến với nhóm Các bạn bắt đầu đồng lịng đồn kết sau thất bại Đến bây giờ, đồ án hồn thành, khơng biết kết cuối nào, nhóm cố gắng hài lịng với nổ lực Chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.Ts Trần Quang Hưng (trưởng khoa XDDD&CN giảng viên chịu trách nhiệm đồ án KCT nhóm 13-67) quan tâm, theo sát hỗ trợ chúng em hồn thành đồ án Những buổi học lí thuyết hay lúc thông đồ án với thầy hành trang quý giá chúng em mang theo sau Bên cạnh đó, chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô khác khoa giúp đỡ tạo điều kiện cho sinh viên chúng em suốt thời gian qua Chúng em cố gắng nhiều để tương lai trở thành kỹ sư tốt, xứng đáng sinh viên khoa XDDD&CN trường ĐHBK-ĐHĐN Nhóm 11 Trưởng nhóm Huỳnh Mai Bảo Lâm SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG MỤC LỤC I SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp có cầu trục Các số liệu thiết kế sau: • Nhịp khung: L=33m • Bước khung:B=8m;tồn nhà dài 26B=208m • Sức trục:Q=125KN; Số cầu trục làm việc xưởng chiếc, chế độ làm việc trung bình • Cao trình đỉnh ray:=5,1m • Vùng gió: IIB • Dạng địa hình xây dựng cơng trình:B • Chiều cao dầm cầu trục:=0,8m; Chiều cao ray hr =0,12m • Nhịp cửa trời :2m • Chiều cao cửa trời: Hct=1,35m • Mái lợp tơn múi dày 0,47m • Vật liệu:Thép CCT34,hàn tự động,que hàn N46(d=35mm) tương đương • Be tơng móng cấp độ bền B15 • Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao1,5m phía dưới,thưng tơn phía SVTH: NHĨM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Nhiệm vụ thiết kế 2.i.1 Thuyết minh tính tốn • Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột • Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió • Thiết kế xà gồ • Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M,N,V cho trường hợp tải trọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tôt hợp nội lực cho tiết diện đặc trưng cột xà mái • Thiết kế khung ngang gồm cột xà Tính chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà 2.2 Bản vẽ thể • 01 vẽ khổ A1 • Sơ đồ khung ngang • Hệ giằng mái, giằng cột • Cột khung, mặt cắt chi tiết thân cột • Xà , mặt cắt chi tiết xà • Bảng thống kê vật liệu, ghi dẫn cần thiết SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG II TÍNH TỐN THIẾT KẾ Sơ đồ kết cấu khung Khung ngang gồm cột đặt, 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 kiến trúc thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc =5,71o (tương đương với i=10%) Do tính chất làm việc khung ngang chịu tải trọng thân tải trọng gió chủ yếu, nên thông 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 (0,350,4) chiều dài nửa xà Tiết diện cịn lại lấy khơng đổi Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà,mang tính chất thơng gió, sơ chọn chiều cao cửa trời 2m chiều rông cửa trời 4m Hình 0- Sơ đồ khung ngang  1.i.1 Kích thước theo phương đứng Chiều cao cột : Hd = H1 - ( hdct+ hr ) + hch Trong đó: H1= 5,1m cao trình đỉnh ray Hdct = 0,8m chiều cao dầm cầu trục hr = 0,12m chiều cao ray hch = 1m chiều sâu chôn chân cột  Hd=5,1-(0,8+0,12)+1=5,18m SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG  Chiều cao cột trên:Htr=(hdct+hr)+ K1+0,5 = (0,8+0,12)+1,6+0,5= 3,02m Trong đó:  K1= 1,6m khoảng cách từ đỉnh ray đên sđiểm cao xe con.Giá trị tra calato cầu trục(phụ thuộc vào sức trục Q= 125KN nhịp cầu trục S= 31)  0,5m khoảng cách an toàn từ điểm cao xe đến xà ngang  Chiều cao toàn cột: H= Hd+Htr= 5,18+3,02= 8,2 m 1.2 Chọn sơ kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy theo trục định vị mép cột) L= 33m Lấy gần nhịp cầu trục S= 30,5m (theo catalog bảng 4.2 với cầu trục dầm kiểu ZLK tương ứng với sức tải cẩu 125KN), khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép cột: Zmin= 275 mm Tiết diện cột - Chiều cao tiết diện: h=( )H = ( ).8,2= 54,6782 cm Chọn h= 60(cm) - Bề rộng tiết diện cột b= (0,30.5)h b= ( )H b= (0,30,5).60= 1830cm b=( )= (27,3341) cm Chọn b= 30cm - Chiều dày bụng tw nên chọn vào khoảng ( )h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ,không nên chọn tw mỏng:tw6 mm;tw= ( ).60= (0,60,86) cm Chọn tw= 1,2cm - Chiều dày cánh tf chọn khoảng ( )b; tf= ( ).30= 0,861,07 cm Chọn tf= 1,4cm - Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép cột Z= (L-2h-S) Trong đó: L- nhịp nhà; h- chiều cao tiết diện cột; S- nhip cầu trục Z= 0,5.(33-2.0,6-30,5)= 0,4Zmin= 0,275 m.Thỏa mãn điều kiện an toàn Tiết diện xà mái - Chiều cao tiết diện nách khung: h1 ≥ L = x 33 = 0,825 m Chọn h1 = 85cm - Bề rộng tiết diện nách khung: b f = (1/2 : 1/5)h1 b ≥ 180 mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bề rộng cột bf ≈ ( : )h1 = ( : ) x = 0,2 : 0,5 m → Chọn bf = 30 cm - Chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,52)b h2= (1,52).0,3= 0,450,6 → Chọn h2 = 60 cm - Chiều dày bụng tw nên chọn vào khoảng ( : )h Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn mỏng: tw ≥ mm SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG tw = ( : )h1 = ( : ) x = : 1,43 cm → Chọn tw = 1,2 cm - Chiều dày cánh tf ≥ b → tf ≥ x 30 = cm Và tf ≥ tw → Chọn tf = 1,4cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu đoạn (0,35 : 0,4) chiều dài nửa xà Ltđ = (0,35 : 0,4) x = 5,78 : 6,6 (m) → Chọn Ltđ = m Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung áp lức đứng cầu trục trọng lượng thân dầm, trọng lượng ray, dầm hãm hoạt tải cầu trục) nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột) Sơ chọn tiết diện dầm vai: Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục: λ = (L - S)/2 = (33 – 30,5)/2 = 1,25 m + Chiều dài vai (từ mép cột đến cạnh vai cột): Lv = λ - hc + 0,15= 1,,25 – 0.6+ 0,15 = 0,8 m Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh vai cột lấy 150 mm + Chọn chiều cao dầm điểm đặt Dmax: h = 30 cm + Chiều cao tiết diện vai cột mép cột: hv = 45 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: bf = 28 cm + Chiều dày bụng vai cột: tw = 1,2 cm + Chiều dày cánh vai cột: tf = 1,4 cm Tiết diện cửa trời + Chiều cao tiết diện cột cửa trời: hcct = 16 cm + Bề rộng tiết diện cột: bcct = 12 cm + Chiều dày bụng: tw = 0,5 cm + Chiều dày cánh: tf = 0,5 cm SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG 1.3 Hệ giằng Hình 0- Sơ đồ hệ giằng SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.i.1 Tải trọng thường xuyên  Tải trọng thường xuyên phân bố trền xà mái +Tải trọng mái tôn, hệ giằng, xà gồ, thủy tinh cách nhiệt: gtc= 19 daN/m +Hệ số độ tin cậy tải trọng thường xuyên ng= 1,1 Qtc=gtc.B= 19 = 152 N/m2 Qtt=ng.gtc.B= 19.8.1,1= 167,2 daN/m  Tải trọng kết cấu bao che bao gồm +Tường tôn lớp dày 0,47 mm có trọng lượng tiêu chuẩn 2x4,2 daN/m , có lớp cách âm bơng thủy tinh có trọng lượng tiêu chuẩn 1,2 daN/m2 +Dầm sườn tường giống xà gồ mái có trọng lượng tiêu chuẩn 11.6 daN/m2 gtc=21,2 daN/m2 : qtt=ng.gtc.B= 21,2.1,1.8 = 186,6 daN/m2  Tải trọng thân dầm cầu trục: Gdct=αdct.L2dct= 30.82 = 1920 daN + Với αdct = 30 hệ số trọng lượng thân  Tĩnh tải tường phân bố lên cột Tên cấu kiện Vật liệu cấu kiện Gtc (T/m2) Hệ số tin cậy Gtt (T/m) 1.Thưng tôn lớp Tôn lớp 0,0084 1,1 0,074 0,0128 1,1 0,113 Tổng tĩnh tải mái tác dụng lên kèo mái theo phương đứng ( Tấn / m) : 0,187 Xà gồ+bông thủy tinh Xà gồ + thủy tinh + Tĩnh Tải mái: Tên cấu kiện Vật liệu cấu kiện Gtc (T/m2) Hệ số tin cậy Gtt (T/m) Mái tôn cách nhiệt Tôn + Bông thủy tinh 0,0054 1,1 0,04752 Xà gồ, hệ giằng mái Xà gồ + hệ giằng mái 0,0136 1,1 0,12 Tổng tĩnh tải mái tác dụng lên kèo mái theo phương đứng ( Tấn / m) : 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái  Hệ số độ tin cậy hoạt tải sửa chữa mái np=1,3 SVTH: NHÓM 11 0,167 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP  GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Theo tiêu chuẩn tải trọng tác động TCVN 2737-1995,với mái tơn khơng sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn 30daN/m mặt nhà hoạt tải sửa chữa mái phân bố xà mái xác định sau: ptc=30.B ptt=np.30.B  Khi qui tải trọng phân bố theo xà giá trị tải trọng nhân với cosα p=ptt.cosα= 1,3.30.8.cos(5,71) = 310,45 daN/m + Hoạt tải sửa chữa mái: Cấu kiện chịu tải Mặt phẳng tác dụng Ptc (T/m2) Hệ số tin cậy Ptt (T/m) Mái tôn Mặt khung 0,03 1,3 0,312 Tổng hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên kèo theo phương đứng (Tấn / m): 0,31 2.3 Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 q=n.Wo k C B (daN/m) Trong đó: q: áp lực gió phân bố mét dài khung Wo: áp lực gió tiêu chuẩn,gió vùng IIB có Wo=95daN/m2 n= 1,2 hệ số tin cậy tải trọng gió k: hệ số phụ thuộc vào độ cao C: hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu B: bước khung SVTH: NHÓM 11 10 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Thỏa mãn - Kiểm tra bu lông chịu cắt : Hình 5- 3b Chi tiết đỉnh xà Lực cắt tác dụng lên bulong - Khả chịu cắt bu lông ф20 : Vậy Nvb = 210,93 daN < [N]vb = 1034,35 Thỏa mãn  Tính bích tính đường hàn bích xà Thiết kế bích đường hàn chi tiết đỉnh xà giống chi tiết nối tiết diện thay đổi -Kiểm tra bích: Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn sau: cm cm SVTH: NHÓM 11 52 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Vậy chọn GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG cm -Kiểm tra liên kết đường hàn mặt bích với đoạn xà:  Tính liên kết đường hàn mặt bích với xà phương pháp gần đúng: Chọn chiều cao đường hàn 6mm Lực dọc N momen M đường hàn góc cánh chịu: ứng suất trog đường hàn góc cánh: => Tải trọng gió tính tốn tác dụng lên cột sườn tường phân bố theo chiều cao cột: =95.1,016.0,8.1,2.5,5=509,626 daN/m Trọng lượng thân tường tôn Trọng lượng xà gồ chữ Z: 11,6 daN/m Trọng lượng tôn : Q =  =4,2.5,5=23,1 daN/m Kiểm tra tiết diện cột sườn tường cấu kiện chịu nén lệch tâm: Tại tiết diện cột: (sau dựng mơ hình tính toán SAP2000) M=-9173,27 daNm ; N=-509,63 daN ; V=0 KN Độ lệch tâm tương đối: SVTH: NHÓM 11 57 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP  GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Kiểm tra điều kiện ổn định mặt phẳng Do m>20 nên cần kiểm tra điều kiện bền theo công thức: daN/cm2 (thỏa mãn) daN/cm2 (thỏa mãn)  Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngồi mặt phẳng khung : Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng mô men uốn M x hình dáng tiết diện đến ổn định cột theo phương vng góc với mặt phẳng uốn (phương mặt phẳng uốn), c phụ thuộc vào m x = 76,76>10 nên hệ số Hệ số uốn dọc trục y-y tiết diện xác định tra bảng D.8, TCXDVN 338:2005 tương ứng với Tính theo phụ lục E, TCXDVN 338:2005 (phụ thuộc hệ số chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên ) Tính hệ số Max( ) ; )< (thỏa mãn) Độ mảnh quy ước cột: =>  GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG , nên ta có: Tải trọng gió trung bình tác dụng lên nhịp: =95.1,01.0,8.1,2.16,5=1519,85 daN/m Trong đó: - k hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao địa hình nội suy theo chiều cao trung bình xà mái nhịp  Tải trọng gió tính tốn tác dụng lên chống dọc truyền vào qua xà mái hệ cột sườn tường:  Kiểm tra ổn định chống dọc cấu kiện chịu nén tâm: (Thỏa mãn) 6.3.2 Hệ giằng cột  Tải trọng gió dọc đc truyền vào hệ giằng cột : Q = 7979,26 daN SVTH: NHÓM 11 62 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP  GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Lực hãm dọc nhà cầu trục gây ra: Lựa chọn sơ chống dọc tiết diện C24, chống xiên thép góc tiết diện L60x60x8 Có đầu liên kết cứng, đầu liên kết khớp với bụng cột Sơ đồ tính tải trọng hình dưới: Hình 6- 3b Sơ đồ tính tốn hệ giằng cột Sau tính tốn kiểm tra, ta có được: + Lực dọc lớn chống dọc: N = -11186,2 daN (nén) + Lực dọc lớn chống xiên: N = 16643,8 daN (kéo)  Kiểm tra điều kiện ứng suất: + Thanh chống dọc C24: A=30,6 cm2 (Thỏa mãn) + Thanh chống xiên L60x60x8: A = 9,03 cm2 (Thỏa mãn) SVTH: NHÓM 11 63 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP  GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Tính tốn kiểm tra bu lơng: +Thanh chống dọc: Chọn bu lông M20 cấp độ bền 8.8 để liên kết với cột Hình 6- 3c Chi tiết liên kết chống dọc Lực cắt tác dụng lên bu lông: Khả chịu cắt bu lông: (Thỏa mãn) Khả bu lông chịu ép mặt: (Thỏa mãn) + Thanh chống xiên: Chọn bu lông M20 cấp độ bền 8.8 để liên kết với cột SVTH: NHÓM 11 64 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Hình 6- 3d Chi tiết liên kết chống xiên Lực cắt tác dụng lên bu lông: Khả chịu cắt bu lông: (Thỏa mãn) Khả bu lông chịu ép mặt: (Thỏa mãn) SVTH: NHÓM 11 65 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Hình 6-3e Bố trí khơng gian hệ giằng cột III TIÊU TÀI LIỆU THAM KHẢO CHUẨN VÀ Đồ án dựa TCVN 2737- 1995 TCVN 5575-2012 Các giáo trình tham khảo bao gồm:  “Thiết kế Kết cầu thép nhà cơng nghiệp”- Chủ biên: Gs Đồn Định Kiến tác giả: Phạm văn Tư, Nguyễn Quang Viên Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật  “Kết cấu thép cấu kiện bản”- Chủ biên: Phạm Văn Hội tác giả: Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật  Các tư liệu khác từ Internet SVTH: NHÓM 11 66 ...THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG LỜI MỞ ĐẦU Môn học ? ?Kết cấu thép? ?? đồ án ? ?Kết cấu thép? ?? học phần vô quan trọng sinh viên ngành XDDD&CN Môn học cung cấp kiến thức thép. .. xe +Tc1=0,05.( 12, 5+4,5) /2= 0, 425 T  T=n.nc.Tc1 ∑yi = 1 ,2. 0,85.0, 425 .2, 6 = 1, 127 T STT Loại tải ∑yi n nc Tổng (Tấn) T 2, 6 1 ,2 0,85 1, 127 SVTH: NHÓM 11 13 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS... Chiều dày cánh: tf = 0,5 cm SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG 1.3 Hệ giằng Hình 0- Sơ đồ hệ giằng SVTH: NHÓM 11 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: PGS.TS