Đề tài: Thép vật liệu xây dựng

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP NHÓM SV THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP A. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệu cho trước như sau: - Nhịp khung ngang: L =18(m) - Bước khung (bước cột): B = 6(m) - Chiều dài nhà: b = 102(m) - Độ dốc mái: i =10%  17,5=⇒ α 099,0(sin = α ; )995,0cos = - 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: áp lực gió 22 0 /25,1/125 mkNmdaNW == - Vật liệu thép CCT34 có : * Cường độ tính toán: 22 /21/210 cmkNmmNf == * Cường độ chịu cắt : 22 /12/120 cmkNmmNf v == * Cường độ chịu ép mặt: 22 /32/320 cmkNmmNf em == * Mođun đàn hồi: 2425 /10.1,2/10.1,2 cmkNmmNE == - Bê tông móng : B15 có 2 8,5 0,85 / b R MPa kN cm= = 2 0,75 0,075 / bt R MPa kN cm= = 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/m 2 ) D.tích 1tấm (m 2 ) Tải trọng cho phép (kN/m 2 ) 0,7 6,59 8,39 1,96 - Lớp cách nhiệt: 200 60 1.75 2 0 - Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái. • Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ “ Z “ ∗ Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ được chế tạo từ thép cán nguội). Tiết diện I x (cm 4 ) W x (cm 3 ) I y (cm 4 ) W y (cm 3 ) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm 2 ) Tải trọng cho phép (KN) 200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44 Xà gồ chữ Z(200Z17). Xà gồ chữ C(180ES20). Tiết diện I x (cm 4 ) W x (cm 3 ) I y (cm 4 ) W y (cm 3 ) Trọng lượng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm 2 ) L (mm) 180ES20 491,7 49,17 73,73 12,12 6,11 2,0 7,8 20 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 1.75 180 2 0 8 5 ⇒ Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là : m51,1 71,5cos 5,1 0 = . (Độ dốc i = 10% ⇒ α = 5,71 o ). a.Tĩnh tải: Vật liệu mái Hệ số vượt tải Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m 2 ) Tải trọng tính toán (kG/m 2 ) Lớp tôn lợp mái 1,05 6,59 6,92 Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,98 Xà gồ mái 180ES20 1,05 6,11 6,42 Bọt thuỷ tinh cách nhiệt 1,2 10.08 12,1 b . Hoạt tải: Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17: ( ) ( ) xg tc tc tc tc m m xg 0 a 1,5 q g p g 6,59 10,08 30 4,74 75,09 cos cos5,71 = + + = + + + = α (kG/m). ( ) ( ) xg tt tt tt tt m m xg 0 a 1,5 q g p g 6,92 12,1 39 4,98 92,44 cos cos5,71 = + + = + + + = α (kG/m). 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 uốn xiên. Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang một góc α = 5,71 o (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 TCXD 2737-1995 n p tc (kG/m 2 ) p tt (kG/m 2 ) 1,3 30 39 y y x y x x y a q.sin a q.cos a q q.cos a q q.sin a x tc tc 0 x q q .sin 75,09.sin5,71 7,47 kG / m= α = = . tc tc 0 y q q .cos 75,09.cos5,71 74,72 kG / m= α = = . tt tt 0 x q q .sin 92,44sin5,71 9,19 kG / m= α = = . tt tt 0 y q q .cos 92,44.cos5,71 91,98 kG / m= α = = . *Theo điều kiện bền: y x td x y c x y M M f W W σ = σ + σ = + ≤ γ γ c = 1 hệ số điều kiện làm việc. f =2100 kG/cm 2 : cường độ của thép xà gồ Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : tt 2 2 2 y x q .B 91,98.600 .10 M 41391 8 8 − = = = (kG.cm) tt 2 2 2 x y q .B 9,19.600 .10 M 1033,9 32 32 − = = = (kG.cm) q y q x 6000 3000 3000 Mx My Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y: 2 2 td x y c 41391 1033,9 1301,1kG / cm f 2100kG / cm 35,88 7,01 σ = σ + σ = + = < γ = *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 có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái y δ Công thức kiểm tra : 3 1 5.10 B B 200 − ∆ ∆   < = =     Ta có : tc 4 2 4 y y 6 x q .B 5 5 74,72.10 .600 . . 1,67cm 384 E.I 384 2,1.10 .358,8 − ∆ = = = 3 3 1,67 0,0028 2,8.10 5.10 B 600 − − ∆ = = = < Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng. b. Kiểm tra với xà gồ chữ “C” *Tải trọng tác dụng: Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20: ( ) ( ) xg tc tc tc tc m m xg 0 a 1,5 q g p g 6,59 10,08 30 4,11 41,29 2cos 2cos5,71 = + + = + + + = α (kG/m). ( ) ( ) xg tt tt tt tt m m xg 0 a 1,5 q g p g 6,92 12 39 6,42 50,15 2cos 2cos5,71 = + + = + + + = α (kG/m). Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là : tc tc 0 x q q .sin 41,29.sin5,71 4,11kG / m= α = = . tc tc 0 y q q .cos 41,29.cos5,71 41,09 kG / m= α = = . tt tt 0 x q q .sin 50,15.sin 5,71 4,99 kG / m= α = = . tt tt 0 y q q .cos 50,15.cos5,71 49,9 kG / m= α = = . *Theo điều kiện bền : f W M W M c y y x x yxtd γσσσ ≤+=+= γ c = 1 hệ số điều kiện làm việc. f =2100 kG/cm 2 : cường độ của thép xà gồ Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : tt 2 2 2 y x q .B 49,9.600 .10 M 22455 8 8 − = = = kG.cm tt 2 2 2 x y q .B 4,99.600 .10 M 561,38 32 32 − = = = kG.cm. q y q x 6000 3000 3000 Mx My Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y: 2 2 td x y c 22455 561,38 503kG / cm f 2100kG / cm 49,17 12,12 σ = σ + σ = + = ≤ γ = *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 có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái y δ . 200 16 500 14 14 Công thức kiểm tra : 3 1 5.10 B B 200 − ∆ ∆   < = =     Ta có : tc 4 2 4 y y 6 x q .B 5 5 41,09.10 .600 . . 0,67cm 384 E.I 384 2,1.10 .491,7 − δ = = = 3 0,67 0,0011 5.10 B 600 − δ = = < 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. 1.1. Các thông số. - Cầu trục: Sức trục Q (T) Nhịp L k (m) Ch.cao Gabarit H k (mm) Khoảng cách Z min (mm) Bề rộng gabarit B k (mm) Bề rộng đáy K k (mm) T.lượng cầu trục G (T) T.lượng xe con G xc (T) Áp lực P max (kN) Áp lực P min (kN) 12,5 16,5 1090 180 3830 2900 6,54 0,803 78,3 16,9 - 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: H r = 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: 1.2. Theo phương thẳng đứng. Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: 2 K k H H b 1,09 0,3 1,39(m)= + = + = Loại ray Khối lượng 1m dài, kg Kích thước (mm) H B b KP-70 52,83 120 120 70 120 120 28 Với: K H = 1,09 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục) K b 0,3(m)= khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang. Chọn H 2 =1,4 (m) Chiều cao của cột khung: (coi cao trình đáy cột ở cốt +0.00) 1 2 3 H H H H 9,7 1,4 0 11,1(m)= + + = + + = Trong đó: H 1 - cao trình đỉnh ray, H 1 = 9,7m H 3 - Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt 0,000± ,( H 3 =0). Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: t 2 dct r H H H H= + + = 1,4+0,5+0,14 = 2,04(m) Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột: d t H H H= − = 11,1-2,04 = 9,06(m) 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 cầu trục: K 1 L L 18 16,5 L 0,75(m) 2 2 − − = = = Chiều cao cột chọn theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo: 1 1 h H (0,74 0,555m) 15 20   = ÷ = ÷  ÷   . Chọn h=0,5m Khe hở giữa cầu trục với mép cột: 1 min z L h 0,75 0,5 0,25m Z 0,18m= − = − = > = (tra theo catalo) CAÙC KÍNH THÖÔÙC CHÍNH CUÛA 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 đặt các xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố (trên mặt bằng). ( ) ( ) tc tc tc xg tc tôn c.nh m n.g 0,0659 0,1008 (g g ) 12.0,0474 2.0,0611 g .B .6 1,236 kN / m cos L cos5,71 18   +   + + = + = + =     α     ( ) ( ) tt tt tt xg tt tôn c.nh m n.g 0,0692 0,121 (g g ) 12.0,0498 2.0,0642 g .B .6 1,389 kN / m cos L cos5,71 18   +   + + = + = + =     α     - Tải trọng bản thân khung ngang : Chương trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết diện cột và rường ngang . - 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 đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1,1m trở lên trên, tương ứng với chiều dài cột là 10m , giả thiết dùng 6 xà gồ 200Z17 đặt cách nhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến . ( ) tuong G 0,0692.10.6 0,0498.6.6 5,94 kN= + = -Tĩnh tải dầm cầu trục: Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đệm :Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men. G tc = (g dct +g ).l = (1,5+ 0,5283).6 = 12,17kN G tt = 1,05 .G tc = 1,05.12,17 = 12,78 kN M tc = G tc .e = G tc (L 1 -0,5h) = 12,17.0,5 = 6,09 kNm M tt = G tt .e = G tt (L 1 -0,5h) =12,78.0,5 = 6,39 kGm 2.2. Hoạt tải mái: Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là 0,3 kN/m 2 . Quy đổi thành lực phân bố đều trên xà ngang: ( ) tt p 1,3.0,3.6 2,34 kN / m= = 2.3.Hoạt tải do cầu trục: a. Áp lực đứng của cầu trục: Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định các tung độ i y của đường ảnh hưởng từ đó xác định được áp lực lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột: . .sin 41, 29. sin5,71 4,11kG / m= α = = . tc tc 0 y q q .cos 41, 29. cos5,71 41, 09 kG / m= α = = . tt tt 0 x q q .sin 50,15.sin 5,71 4 ,99 kG / m= α = = . tt tt 0 y q q .cos 50,15.cos5,71 49, 9 kG / m=. .cos 75, 09. cos5,71 74,72 kG / m= α = = . tt tt 0 x q q .sin 92 ,44sin5,71 9, 19 kG / m= α = = . tt tt 0 y q q .cos 92 ,44.cos5,71 91 ,98 kG / m= α = = . *Theo điều kiện bền: y x td x y c x y M M f W. giá trị lớn nhất ở giữa nhịp. Ta có : tt 2 2 2 y x q .B 91 ,98 .600 .10 M 41 391 8 8 − = = = (kG.cm) tt 2 2 2 x y q .B 9, 19. 600 .10 M 1033 ,9 32 32 − = = = (kG.cm) q y q x 6000 3000 3000 Mx My Sơ