Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1.Số liệu thiết kế: 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= 15m. - Bước khung: B= 12 m. - Số bước khung: n= 18. - Sức nâng cầu trục: Q= 20/5T. - Số cầu trục làm việc trong xưởng: 2 - Chế độ làm việc: nhẹ - Cao trình đỉnh ray: H1= 11m. - Độ dốc mái: i= 10 %. - Địa điểm xây dựng: Hà Nội - Kết cấu bao che: tôn mạ màu. - Vật liệu thép mác CCT34s có cường độ (f=21KN/cm2 ,fv=12KN/cm2 ,fc=32KN/cm2 ) Hàn tay, dùng que hàn N42. 2.Xác định các kích thước chính của khung ngang: 2.1.Theo phương đứng: - Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H2=HC+0,1+f = 2,4+0,1+0,3= 2,8(m) Với: HC= 2,4m là chiều cao cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất cầu trục, tra trong catalo cầu trục. f = 200 - 400 mm : xét đến độ võng của vì kèo. - Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng tới đáy xà ngang: H=H1+H2+H3=11+2,8+0,6=14,4(m). Trong đó: H1=11m là cao trình đỉnh ray. H3=(0,6 1)m là phần cột chôn dưới nền. Chọn H3=0,6(m).

Trang 1

Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam TKMH:KCT 1 Khoa Công Trình Thuỷ

- Địa điểm xây dựng: Hà Nội

- Kết cấu bao che: tôn mạ màu

Vậy chọn Hdct=1,4(m)

Hr là chiều cao của ray và đệm, lấy sơ bộ là 0,2m

- Chiều cao cột dưới, tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Hd =H- Htr=14,4 - 4,4=10(m)

Trang 2

Hình1: Các kích thước chính của khung ngang.

2.2.Theo phương ngang:

2.2.1.Sơ bộ kích thước tiết diện cột và xà ngang.

- Vì nhà có cầu trục với sức nâng là 20/5<30(T) nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray của cầu trục:

−

= 1(m) Trong đó:

L là khoảng cách giữa hai trục định vị (nhịp khung), thường có mô đun 6m hoặc 3m

LK là nhịp của cầu trục, phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng và công nghệ, lấy theo catalô

cầu trục Ngoài các cầu trục tiêu chuẩn, các nhà cung cấp còn sản xuất cầu trục phi tiêu chuẩn , tức là nhịp cầu trục LK bất kỳ miễn sao đảm bảo khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột phải lớn hơn zmin Chọn LK = 13(m)

- Do sử dụng cột có tiết diện thay đổi nên chọn tiết diện cột theo yêu cầu về độ cứng như sau:

+ Chiều cao tiết diện cột trên:

Trang 3

20

1.(11+2,8)≥0,69 (m) Chọn hcột dưới= 0,9(m)

+ Bề rộng tiết diện cột dưới:

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột trên:

+ Bề rộng tiết diện cột: b = 0,3 (m)

+ Chiều dày bản cánh: tf = 0,018 (m)

+ Chiều dày bản bụng: tw= 0,016 (m)

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột dưới:

+ Bề rộng tiết diện cột: b = 0,4 (m)

+ Chiều dày bản cánh: tf = 0,018 (m)

+ Chiều dày bản bụng: tw = 0,016 (m) Chọn sơ bộ kích thước tiết diện xà ngang 3m đầu xà:

+ Chiều cao tiết diện đầu xà: h1= 0,7(m)+ Chiều cao tiết diện cuối xà: h2= 0,5(m)

+ Chiều dày bản cánh xà: tf = 0,018(m)

+ Chiều dày bản bụng xà: tw= 0,016(m)

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện xà ngang 3m giữa xà:

+ Chiều cao tiết diện xà: h = 0,5(m)

Trang 4

+ Chiều dày bản bụng xà: tw= 0,016(m)

- Khoảng cách từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong của cột (z) không được nhỏ hơn khoảng cách zmin trong catalô cầu trục, để đảm bảo cho cầu trục không vướng vào cột khi hoạt động Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

z =L1-h cột trên =1-0,7=0,3(m)> zmin=0,18(m)

+11m

+13,8m +14,6m

Hình2: Các kích thước cụ thể của khung ngang.

A

Trang 5

Bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng là một bộ phận trọng yếu của kết cấu nhà, có tác dụng:

- Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của nhà

- Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió lên tường hồi, lực hãm của cầu trục

- Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu dàn, cột

- Làm cho dựng lắp an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xưởng được chia làm hai nhóm: giằng mái và giằng cột

2.2.2.2.1.Bố trí hệ giằng mái.

Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương ngang nhà tại hai gian đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ở một số gian giữa nhà tùy thuộc vào chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng

bố trí không quá 5 bước cột Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập Các thanh giằng chéo này có thể là thép góc, thép tròn hoặc cáp thép mạ kẽm đương kính không nhỏ hơn 12 mm Ngoài ra, cần bố trí các thanh trống dọc bằng thép hình (thường là thép góc) tại những vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà ( cột ), chân cửa mái… Trường hợp nhà có cầu trục, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọc thép đầu cột để tăng cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tải trọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận

11500 12000 12000 12000 12000 12000 12000 12000 11500 500 500

và các thanh chéo chữ thập Các thanh giằng cột bố trí suốt chiều cao của hai cột đĩa cứng: lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa dưới của vì kèo; lớp dưới, bên dưới dầm cầu trục cho đến chân cột Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục cột ; các thanh giằng lớp dưới đặt trong hai mặt phẳng của hai nhánh

Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt của các kết cấu dọc Nếu khối nhiệt độ quá dài, một tấm cứng không

Trang 6

Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ,cũng thường bố trí giằng lớp trên Giằng này tăng độ cứng dọc chung, truyền tải trọng gió từ dàn gió đến đĩa cứng Các thanh giằng lớp trên này tương đối mảnh nên có thể bố trí ở hai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể.

12000

18

Hình5: Hệ giằng cột.

2.3.Sơ đồ tính khung ngang:

Do sức nâng của cầu trục không lớn nên ta chọn phương án cột có tiết diện thay đổi với độ cứng của cột dưới là I1 và của cột trên là I2 Vì nhịp khung là L= 15m nên ta chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm Dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 3 m, với độ cứng tương ứng đoạn đầu và cuối là I2 và I3 Đoạn thứ 2 có độ cứng không đổi là I3 và dài 3m, điểm cuối cách đầu xà là 8m Đoạn còn lại có độ cứng thay đổi lần lượt ứng với đầu xà và cuối xà là I3 và I4

Do nhà có cầu trục nên coi liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm cứng tại cốt-0,6m

Liên kết giữa cột với xà ngang, liên kết tại đỉnh xà ngang và liên kết giữa các đoạn xà ngang là cứng Trục cột khung lấy trùng vớt trục định vị để đơn giản hóa tính toán

Trang 7

3.1 Tải trọng thường xuyên:

Chọn độ dốc mái i=10 % suy ra α =5,71 độ , sinα = 0,099 ,cosα=0,995

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng các bộ phận chi tiết (mái tôn+xà gồ+giằng), trọng lượng bản thân dầm cầu trục Trong đó:

- Trọng lượng bản thân kết cấu: SAP tự tính

- Trọng lượng các bộ phận chi tiết:

mái tôn+xà gồ+giằng có gtc =20-40kG/m2

Trang 8

Hình7: Sơ đồ tính khung với tĩnh tải.

3.2.Hoạt tải mái:

Theo TCVN 2737 -1995, trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái lợp tôn) là 0,3kN/m2 và hệ số vượt tải n=1,3

Quy đổi về hoạt tải phân bố đều trên xà ngang: qtt = 4,7

995,0

12.3,0.3,

Trang 9

-***^^^^^*** -Hình 8: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái.

3.3 Tải trọng gió:

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột

và gió tác dụng lên mái Theo TCVN 2737 -1995, Hà Nội thuộc phân vùng gió II-B

có áp lực gió tiêu chuẩn là w0 =0,95 kN/m2

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc mái, các hệ số khí động có thể được xác định theo sơ đồ trong bảng 6 TCVN 2737 -1995 kết hợp nội suy ta tính được Ce1=-0,592 ;

n là hệ số vượt tải trọng của tải trọng gió, n=1,2

wo là áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào phân vùng gió (địa điểm xây dựng)

Trang 10

hệ số k trung bình cho cả mái là kmái=1,061 1,074

dấu "+" thể hiện gió có chiều hướng từ ngoài vào trong nhà

dấu "-" thể hiện gió có chiều hướng từ trong nhà ra ngoài

Trường hợp nhà có chiều cao không vượt quá 10m, tải trọng gió được coi là không đổi Với nhà có chiều cao trên 10m, tải trọng phân bố theo quy luật hình thang, do đó

để thuận tiện trong tính toán có thể quy đổi thành tải trọng phân bố đều trên suốt chiều cao của cột bằng cách nhân trị số của q với hệ số quy đổi αH, lấy như sau:

Trang 11

Hình 10: Sơ đồ xác định hệ số khí động với tải trọng gió phải.

Hình 11: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió trái sang.

Trang 12

Hình 12: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang.

3.4.Hoạt tải cầu trục:

Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang xác định như sau:

3.4.1.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 2 cầu trục vào vị trí bất lợi nhất như hình 6 Xác định được các tung

độ yi của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục truyền lên vai cột:

Dmax=n.nc.∑Pmax.yi

Dmin=n.nc.∑Pmin.yi

Trong đó :

n=1,2 là hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục;

nc là hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời của nhiều cầu trục,

nc=0,85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình,

n=0,9 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nặng;

Trang 13

Q là sức nâng thiết kế của cầu trục;Q= 20/5T

G là trọng lượng toàn bộ cầu trục, tra catalô;G= 25T

no là số bánh xe cầu trục ở một bên ray;no=2

yi là tung độ đường ảnh hưởng

=> Pmin=200 250

2

+-185=40(kN)

Trang 14

Hình 15: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục khi D max lên cột phải.

3.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục.

Lực hãm ngang T của cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm, xác định theo công thức:

Tmax =n.nc.∑ tc

T1 yi Trong đó:

o

Q G T

no là số bánh xe cầu trục ở một bên ray;

yi là tung độ đường ảnh hưởng

=> Tmax =1,2.0,85.7,1.2,94=21,29(kN)

Lực hãm ngang T tác dụng lên cột khung đặt tại cao trình đỉnh ray và có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột, cụ thể ở đây đặt cách mặt vai cột 1,6m

Trang 15

Hình 16: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái.

Trang 16

Hình 18: Quy ước chiều dương của nội lực theo SBVL.

Dưới đây thể hiện hình dạng biểu đồ nội lực cho khung với các trường hợp chất tải (đơn vị tính kN, kN.m)

Trang 17

Hình 18: Biểu đồ mômen do tĩnh tải.

Trang 18

Hình 19: Biểu đồ lực dọc do tĩnh tải.

Hình 20: Biểu đồ lực cắt do tĩnh tải.

Trang 19

Hình 21: Biểu đồ mômen do hoạt tải chất cả mái

Hình 22: Biểu đồ lực dọc do hoạt tải chất cả mái.

Trang 20

Hình 23: Biều đồ lực cắt do hoạt tải chất cả mái.

Hình 24: Biểu đồ mômen do hoạt tải đứng cầu trục trái.

Trang 21

Hình 25: Biểu đồ lực dọc do hoạt tải đứng cầu trục trái.

Hình 26: Biểu đồ lực cắt do hoạt tải đứng cầu trục trái.

Trang 22

Hình 27: Biểu đồ mômen do hoạt tải đứng cầu trục phải.

Hình 28: Biểu đồ lực dọc do hoạt tải đứng cầu trục phải.

Trang 23

Hình 29: Biểu đồ lực cắt do hoạt tải đứng cầu trục phải.

Hình 30: Biểu đồ mômen do hoạt tải ngang cầu trục trái.

Trang 24

Hình 31: Biểu đồ lực dọc do hoạt tải ngang cầu trục trái.

Hình 32: Biểu đồ lực cắt do hoạt tải ngang cầu trục trái.

Trang 25

Hình 33: Biểu đồ mômen do hoạt tải ngang cầu trục phải.

Hình 34: Biểu đồ lực dọc do hoạt tải ngang cầu trục phải.

Trang 26

Hình 35: Biểu đồ lực cắt do hoạt tải ngang cầu trục phải.

Hình 36: Biểu đồ mômen do gió trái.

Trang 27

Hình 37: Biểu đồ lực dọc do gió trái.

Hình 38: Biểu đồ lực cắt do gió trái.

Trang 28

Hình 39: Biểu đồ mômen do gió phải.

Hình 41: Biểu đồ lực dọc do gió phải.

Trang 29

Hình 42: Biểu đồ lực cắt do gió phải.

Trang 30

N -119,65 -35,45 -609,28 -144,83 -4,137 4,137 ±19,364 ±1,624

Q -10,413 -8,816 -25,133 -25,133 -13,845 7,445 ±63,71 ±58,611đỉnh cột M 55,6501 43,5905 261,384 58,432 30,6251 2,6376 ±32,4433 ±42,5623

N -95,969 -35,45 -609,28 -144,83 -4,137 4,137 ±19,364 ±1,624

Q -10,413 -8,816 -25,133 -25,133 -13,845 7,445 ±33,473 ±38,54cột trên chân

cột MN -51,10822,627 43,5905 -203,65 -42,113 30,6251-35,45 10,769 -10,769 -4,137 2,6376 ±55,44334,137 ±19,364 ±42,5623±1,624

Q -10,413 -8,816 -25,133 -25,133 -13,845 7,445 ±33,473 ±38,54giữa cột M 45,5359 62,9862 -148,36 13,1797 48,311 -13,741 ±108,1401 ±113,4488

Trang 31

Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam TKMH:KCT 1

Khoa Công Trình Thuỷ

Trang 32

Cấu Tiết Nội Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2

Q 53,297 -69,024 -49,391 36,7668 -100,42 3,9114

M 199,497 -202,31 100,702 336,795 -278,54 266,8706

Đỉnh cột N -705,25 -115,33 -709,391,3 1,7 1,3,5 -678,491,2,8 1,3,5,7-113,4 1,2,4,6,8-721,06

Q -35,883 -35,546 3,37 -70,591 -27,329 -35,263

M 158,987 -102,83 -62,602 228,556 -228,79 29,1257Đỉnh

Trang 33

5 Thiết kế tiết diện cấu kiện.

5.1 Thiết kế tiết diện cột.

Trang 34

- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột một bậc được xác định riêng

H

H =0,378x

104,4=0,859

- Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất trong phần cột dưới và phần cột trên:

m= 712,829 9,6

74,129

d t

N N

- Tính hệ số:

C1= 1

2

t d

- Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung xác định bằng khoảng cánh các điểm

cố kết dọc ngăn cản không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà:

5.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện:

5.1.2.1.Chọn và kiểm tra tiết diện cho phần cột dưới:

- Chiều cao tiết diện chọn từ điều kiện độ cứng:

Trang 35

Dùng thép CCT34 với độ dày t<2cm, có cường độ tính toán là f= 21KN/cm2

Hệ số điều kiện làm việc γc=1

- Độ lệch tâm e=M

N =

482,561712,829= 0,676(m).

- Cột dưới có dạng tiết diện chữ H và mặt phẳng tác dụng mômen trùng với mặt phẳng

bụng cột, sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng tiết diện η=1,25.

- Diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức:

Ayc=  +( ÷ ) N h

M f

N

c 1,25 2,2 2,8

γ =712,829 1, 25 (2, 2 2,8) 482,561

- Tiết diện cột được chọn như hình vẽ:

+ Bản cánh: (1,8x50)cm

+ Bản bụng: (1,6x86,4) cm

- Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

+ Diện tích mặt cắt ngang: A=twhw+2.tfb= 1,6x86,4+2x1,8x50=318,24(cm2)

x

yy

Trang 36

+ Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:

Wx=I x.2

h =

436111 290

×

=43,706<[ ]λ =120 + Độ mảnh tính toán của tiết diện theo phương y:

×

=92,08=λmax< [ ]λ =120 + Độ mảnh quy ước của tiết diện theo phương x:

43,706 21 4

2,1 10

x x

f E

A A

×

=

× =0,65 nội suy có ŋ=1,212

Trang 37

N A

σϕ

0,174 318, 24× =12,87(kN/cm2) < f γc=21(kN/cm2) →

thoả mãn điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung

- Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số moment ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn Vì cặp nội lực dùng để tính toán cột là tại tiết diện chân cột và do các trường hợp tải trọng (1,3,5,7) gây ra nên trị số của môment uốn tại tiết diện đỉnh cột dưới tương ứng là: M=55,65+0,9x(261,384+30,625-32,443)=289,26(kN.m)

Vậy trị số của môment tại 1/3 chiều cao cột dưới, kể từ tiết diện chân cột:

2

1 M M

Có

4

2,1 103,14 3,14

21

c

E f

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	3,02 MB