ĐỒ án kết cấu THÉP thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp ( nhà xưởng khung thép yamil) nhà xưởng với 15 bước cột

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hây gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Cần Thơ với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em xuốt thời gian học tập trường Nếu khơng có lời hướng dẫn ,dạy bảo thầy em nghĩ đồ án em khó khăn để hoàn thiện Và em xin chân thành cám ơn thầy Ths Đỗ Hưng Thời nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án Bước đầu vào thực tế em hạn chế cịn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báo thầy bạn học lớp để kiến thức em đồ án hoàn thiện Sau lần e xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắt tới thầy Ths Đỗ Hưng Thời giúp đỡ, trao dồi kiến thức, đóng góp ý kiến giúp đỡ em trình học tập, nguyên cứu hoàn thành đồ án em chân thành cảm ơn ! SVTH Nguyễn Duy Anh SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời MỤC LỤC Chương : XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG Kích thước theo phương đứng: Kích thước theo phương ngan Chọn sơ kích thước ,tiết diện cột Chọn sơ tiết diện xà ngan Chương II : BỐ TRÍ HỆ GIẰNG I AI Khái niệm Thanh giằng chéo cột Hệ giằng mái Hệ giằng cột AI Cách bố trí giằng Cách bố trí hệ giằng mái Cách bố trí hệ giằng cột Chương III : THIẾT KẾ TẤM LỢP TOLE I Đặc trưng tiết diện hình học Sơ đồ tính tải trọng tác dụng lên tơn sóng Tải trọng gió Hoạt tải mái Trọng lượng thân tôn Tổ hợp tải trọng tác dụng lên tôn Chương IV : THIẾT KỆ HỆ XÀ GỒ I AI Thiết kế hệ xà gồ Tính tốn xà gồ Chọn sơ xà gồ Tải trọng tác dụng lên xà gồ Nội lực sinh xà gồ Kiểm tra tiết diện xà gồ Chương V : THIẾT KẾ HỆ SƯỜN TƯỜNG I AI Chọn tiết diện sơ sườn tường Tải trọng tác dụng lên sườn tường Theo phương đứng ( trục X-X ) Theo phương ngang ( trục y – y ) BI Tính tốn sườn tường IV Kiểm tra tiết diện sườn tường Chương VI : TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGAN I AI I AI Tĩnh tải Hoạt tải mái SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời Tải trọng gió Tải trọng gió tác động lên cột Tải trọng gió tác động lên mái IV Hoạt tải cầu trục Chương VII : XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP LỰC BI Các trường hợp chất tải Tổ hợp tải trọng Biểu đồ nội lực Nội lực tĩnh tải Nội lực hoạt tải chất đầy HT1 Nội lực hoạt tải nửa mái trái HT2 Nội lực hoạt tải nửa mái phải HT3 Nội lực áp lực đứng cầu trục lên cột trái (HT4) Nội lực áp lực đứng cầu trục lên cột phải (HT5) Nội lực lực hãm ngang cầu trục lên cột trái hướng (HT6) Nội lực lực hãm ngang cầu trục lên cột trái hướng vào (HT7) Nội lực lực hãm ngang cầu trục lên cột phải hướng (HT8) 10 Nội lực lực hãm ngang cầu trục lên cột phải hướng vào (HT9) 11 Nội lực Gió trái 12 Nội lực gió phải GP 13 biểu đồ đường bao IV Tổ hợp nội lực Chương VIII : THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN I AI BI Thiết kế tiết diện cột Xác định chiều dài tính tốn Chọn kiểm tra tiết diện với cặp nội lực Nmax-Mtu AI Thiết kế tiết diện xà ngang Chọn kiểm tra tiết diện đoạn xà thay đổi tiết diện Chọn kiểm tra tiết diện đoạn xà không thay đổi tiết diện Chương VIII : THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT I I AI BI Vai cột Tiết diện dầm vai Kiểm tra tiết diện dầm vai Chân cột Tính tốn đế Tính tốn dầm đế Tính tốn sườn A Tính tốn sườn B Tính tốn bulơng neo Tính tốn đường hàn liên kết cột vào đế Liên kết cột với xà ngan SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời Tính toán buloong liên kết Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt bulơng Tính tốn mặt bích Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích IV Mối nối đỉnh xà V Mối nối nhịp Chương IX : TỔNG HỢP TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời MÃ ĐỀ :H2L7Q5 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: Thiết kế khung ngang chịu lực nhà công nghiệp tầng, nhịp ( nhà xưởng khung thép Yamil) nhà xưởng với 15 bước cột với số liệu cho trước sau: Nhịp khung ngang Bước khung Sức nâng cầu trục Cao trình đỉnh ray Độ dốc mái Chiều dài nhà -Phân vùng gió: II-A ( địa điểm xây dựng: Thành phố Cần Thơ ) - - Vật liệu thép nhóm C Mác CCT34 có cường độ:[tr.18 TCVN 5575:2012] Chọn sơ thép có độ dày: t = 20 mm => f = 2100 KG/ cm2 Fy = 2200 KG/cm2 Fu = 3400 KG/cm2 Trong đó: fy : cường độ chịu uống tiêu chuẩn thép Fu : cường độ kéo đứt tiêu chuẩn thép F : cường độ tính tốn thép -Que hàn N42 sử dụng phương pháp hàn tay (Bh=0.7 ; Bt = 0.1 ) kiểm tra cường độ đường hàn phương pháp siêu âm CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời CHỌN SỐ LIỆU BAN ĐẦU: -Chọn cốt nhà trùng với cốt có cao độ ±0.00m để tính tốn độ cao -Với cầu trục có sức trục Q = 20T tra bảng II.3 , trang 87, sách thiết kế khung nhà thép công nghiệp tầng, nhịp – TS.Phạm Minh Hà, ta có thơng số sau: Sức trục Q (T) Nhịp Lk (m) 20 16.5 I, Kich thước theo phương đứng: - Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H2 = Bk + Hk = 1.33 + 0.2 = 1.53 m Với : - Bk = 0.2 (m) – khe hở an toàn cầu trục xà ngang Hk = 1.33 (m) – theo thông số cầu trục chọn  Chọn H2 = 1.53 m Ciếu cao cột khung tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: H = H1 + H2 + H3 = 8.4 + 1.53 +0 = 9.93 m Trong : H1 – cao trình đỉnh ray H3 – phần cột cốt Chiều cao phần cột tình từ vai cột đỡ dầm trục đến đáy xà ngang Ht =H2 + Hdct +Hr = 1.53 + 0.7 + 0.2 = 2.43 m Trong đó: - Hdct – chiều cao dầm cầu trục Ta lấy : ( - )B = ( - ).6 = (0.6 – 0.75)m  Chọn Hdct = 0.7 m Hr – chiều cao ray đệm, Hr = 0.2 m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời Hd = H – Ht = 9.93 – 2.43 = 7.5 m II, Kích thước theo phương ngang: - Coi trục định vị trùng với mép cột a = Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: 19.5−16.5 L== = 1.5 m Với - Lk = 16.5 m- Nhịp cầu trục lấy theo catalo L = 19.5 m - lấy theo yêu cầu thiết kế chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng: H = ( - )H = ( - )*9.93 = (0.68 – 0.505) m  Chọn H = 0.7 m = 700 cm - Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: Z = L1 – h/2 = 1.5 – = 1.15 m > zmin = 0.19 m Chọn sơ tiết diện: 1.Chọn sơ kích thước, tiết diện cột: - Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng H = ( - )H = ( - )*10.1 = (0.68 – 0.505) m  Chọn H = 700 mm ( chọn thép theo tiêu chuẩn thép hình chữ I công ty thép mạnh phát ) Bề rộng tiết diện cột chọn theo điều kiện cấu tạo độ cứng: bf = (0.3 -0.5)h = (0.3-0.5)x600 =(180-300)mm  Chọn bf = 300 mm - Bề dày bụng: tw =( - )h = (- )x700 = (6 - 8.57)mm ≥ 6mm  Chọn tw = 12 mm Bề dày cánh tf = (10-20)mm tf > tw Chọn tf = 20 mm ( tiết diện thép lấy dựa theo tiêu chuẩn thép hình chữ I cơng ty thép mạnh phát) SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời  W=151 ( Kg/m) -tiết diện cột hình vẽ: Hình 1.1-tiết diện chọn sơ 2.chọn tiết diện xà ngang: -Đầu đoạn xà (thay đổi tiết diện) Hxl = ( -)L = ( -)x19000 = (316 380)mm Chọn hxl = 350 mm Bxl = (0.3-0.5)hxl = (0.3-0.5)x450 = (108 - 180) Chọn bxl= 175 mm Tw = mm Tf = 11 mm W = 49,6 Kg/m ( tiết diện thép lấy dựa theo tiêu chuẩn thép hình chữ I cơng ty thép mạnh phát ) SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời ` Hình 1.2-tiết diện đầu xà chọn sơ Cuối đoạn xà ( tiết diện không đổi) Hxn = 250 mm Bf =125 Tw = 6.5 mm Tf = mm W = 29,6 Kg/m SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời Hình 1.3- tiết diện đoạn xà sơ Hình 1.4- tiết diện sơ khung ngan 10 SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời III.Liên kết cột với xà ngang Cặp nội lực dùng để tính tốn liên kết gây kéo nhiều cho bu lông tiết diện đỉnh cột Từ bảng tổ hợp nội lực chọn được: M = -11064.23kG.m N = 1382.05 kG.m Q = -3419.82 kG.m 1.Tính tốn buloong liên kết: -Chọn bulơng cường độ cao, cấp bền 8.8, có f vb = 3200 kg/cm ftb = 4000 kg/cm2 , đường kính bulơng dự kiến d =27 mm Bố trí bulơng thành dãy với khoảng cách bulông tuân thủ quy định bảng I.13 phục lục trang 80 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp – TS Phạm Minh Hà TS Đoàn Tuyết Ngọc Và bố trí hình: - Phía cánh ngồi cột bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích, với kích thước lấy sau: Bề dày ts ≥ tw = 0,8 cm → Chọn ts = cm + Bề rộng ( phụ thuộc vào kích thước mặt bích ) → Chọn ls = cm + Chiều cao hs = 1,5ls = 1,5.9 = 13,5 cm → Chọn hs = 15 cm Khoảng cách từ tâm bu lông gần nhau: + Nhỏ 2,5d = 2,5x2,7 = 6.75 cm + Lớn nhất: d=8 x 2,7=21.6 cm [128 t=12 x 1=12 cm Khoảng cách từ tâm bu lông đến mép sườn → Chọn ls = cm + Nhỏ 1,3d =1,3x2,7= 3,51 cm + Lớn |4 d=4 x 2,7=10.8 cm t=8.1=8 cm 90 SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời Khả chịu kéo bulông: [ N ]tb=f tb Abn=4000 x 4.59=18360(kg) Trong đó: + ftb : : cường độ tính tốn chịu kéo bulơng tra bảng I.9 phục lục trang 79 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp – TS Phạm Minh Hà TS Đoàn Tuyết Ngọc, ta được: ftb = 400 (N/mm2) = 4000 (kg/cm2) + Abn : diện tích tiết diện thực thân bulông tra bảng I.11 phục lục trang 80 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp – TS Phạm Minh Hà TS Đoàn Tuyết Ngọc, ta được: A = 5.72 (cm2) A bn = 4.59 (cm ) Khả chịu trượt bulơng cường độ cao: Trong đó: + fub : cường độ kéo đứt tiêu chuẩn vật liệu bulông tra bảng I.12 phục lục trang 80 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp – TS Phạm Minh Hà TS Đoàn Tuyết Ngọc fub = 1350 N/mm2 = 13500 (kg/cm2) (với mác thép 40CrVA) 91 SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời + fhb : cường độ tính tốn chịu kéo vật liệu bulông cường độ cao liên kết ma sát f hb=0,7 f ub=0,7.13500=9450 kG/cm2 γ b : hệ số điều kiện làm việc liên kết, b1 số bulông liên kết n = 14 > 10 + ,γ b : hệ số ma sát hệ số độ tin cậy liên kết Với giả thiết không gia công bề mặt cấu kiện nên ta có: μ=0,25 , γb 2=1,7 + nf : số lượng mặt ma sát liên kết, nf = [N ] =f b -Theo mục 6.2.5 TCVN 338-2005, trường hợp bulơng chịu cắt kéo đồng thời cần kiểm tra điều kiện chịu cắt chịu kéo riêng biệt - Lực kéo tác dụng vào bulơng dãy ngồi mơmen lực dọc phân vào (coi tâm quay trùng với dãy bulơng phía cùng): N bmax ¿ x (82 +162 +242+322 + 402+482 ) = 4460.72 kg Do: Nbmax = 4460.72 (kg) < N tb = 18360 (kg) nên bulông đủ khả chịu lực (Lấy dấu trừ N lực nén) Trong đó: + hi : khoảng cách từ dãy bu lông thứ i liên kết đến tâm quay + h1 : khoảng cách dãy bu lơng ngồi + số hàng bu long Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt bulông: 3419.82 Q= n14 =244.3 (kG)Vậy bulơng chọn đủ khả chịu lực Tính tốn mặt bích Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn 92 SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời b1 ∑ { t ≈ 1,1 √ (b+h1) f Với: + Ni : lực kéo tác dụng lên bu lơng dãy thứ I BÍCH hi Ni=N bmax h1 + b : bề rộng mặt bích, thường lấy bề rộng cánh cột + b1 : khoảng cách dãy bu lông + h1 : khoảng cách bu lơng ngồi dãy → Chọn t = cm 4.Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi kể sườn ∑ lw=4 (14.5−1)+2 (9−0.8)=70.4 cm Lực kéo cánh moment lực dọc phân vào theo: N k =( 11064.23 x 100 1382.05 602 − )=17749.36 kG Chiều cao cần thiết đường hàn : h yc = f Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích (xem đường hàn chịu lực cắt lớn đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực): h yc= f Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf = 0.6cm 93 SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP IV CBHD: Đỗ Hưng Thời MỐI NỐI ĐỈNH XÀ Trong bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực gây kéo nhiều cho bulông đỉnh xà ( đỉnh mái): M = - 3289.91kG.m N = - 3007.32 kGm Q = 567.65 kG.m Tương tự trên, chọn bulông cường độ cao (cấp bền 8.8), đường kính bulơng dự kiến d =16mm Bố trí bulơng thành hàng Ở phía ngồi cánh xà ngang bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích hình, có kích thước sau: + Bề dày ts = 0,8 cm + Chiều cao: hs = cm + Bề rộng: ls = 1,5hs = 1,5.9 = 13,5 cm → Chọn ls = 15 cm 94 SVTH : Nguyễn Duy Anh MSSV: 1900372 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CBHD: Đỗ Hưng Thời Lực kéo tác dụng vào bulông dãy mômen lực dọc phân vào ( mơmen có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bulơng phía cùng) theo cơng thức SƯỜN 8X9X15 N = bmax ¿ 3289.91 x 100 x 34 − 3007.32 x 0,993 + 567.65 x 0,119 2(102+242 +342)88 ¿ 2693.7