thuyết minh đồ án thép 2

thuyết minh đồ án thép 2

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THÉP 2 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG ,1 NHỊP

- 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)

60 1.75

Chiềudày(mm)

Diệntích(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

0  (Độ dốc i = 10   = 5,71o)

a.Tĩnh tải :

Vật liệu mái Hệ số

vượt tải

Tải trọng tiêuchuẩn (kG/m2)

Tải trọng tínhtoán (kG/m2)

+ 4,74= 74,97 (kG/m)

qtt = (6,92 + 12 + 39) cos 5 , 71 0

5 , 1

+ 4,74.1,05 = 92,29(kG/m)

Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ: Tổ hợp gió và tĩnh tải (chiếu lên phương gió) với hệ

số tin cậy 0,9, gió lấy theo TCVN tại Huế (Wo=95daN/m2)

9 , 0 71 , 5 cos

5 , 1 2 , 1 92 , 0 95

9 , 0 cos ) (

9

,

q x gió   mái  xagô         

2 Kiểm tra lại xà gồ đó 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  = 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

M

c y y x

x y x

tt y

32

10 600 18 , 9 32

tt x

03 , 1299 33

, 147 7 , 1151 01

, 7

75 , 1032 88

, 35

5 , 41323

cm kG f

*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 bó qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái  y

Công thức kiểm tra : 5 10 3

200

1 B B

B q x

tc y

8 , 358 10 1 , 2

600 10 6 , 74 384

5

384

5

6

4 2 4

Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

* Kiểm tra xà gồ chịu tải gió:

kG.cm 37863

kG.m 63 , 378 8

6 14 , 84 8

kG B

03 , 1481 01

, 7

625 , 2984 88

, 35

37863

cm kG f

E

B q x

tc y

8 , 358 10 1 , 2

600 10 14 , 84 384

5

384

5

6

4 2 4

Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo độ võ cho phép khi chịu tải trọng gió

b Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

*Tải trọng tác dụng:

Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20:

qtc = (6,59+ 10 + 30) 2 cos 5 , 71 0

5 , 1

+ 6,11 = 41,23 (kG/m)

qtt = (6,92 + 12 + 39) 2 cos 5 , 71 0

5 , 1

Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ: Tổ hợp gió và tĩnh tải (chiếu lên phương gió) với hệ

số tin cậy 0,9, gió lấy theo TCVN tại Huế (Wo=95daN/m2)

9 , 0 71 , 5 cos

5 , 1 2 , 1 92 , 0 95

9 , 0 cos ) (

9

,

W

M W

M

c y y x

x y x

c = 1 hệ số điều kiện làm việc

10 600 82 , 49 8

32

10 600 98 , 4 32

25 , 560 17 , 49

c y

x



*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 bó qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái  y

Công thức kiểm tra : 5 10 3

200

1 B B

B q x

tc y

7 , 491 10 1 , 2

600 10 01 , 41 384

5

384

5

6

4 2 4

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

* Kiểm tra xà gồ chịu tải gió:

kG.cm 37314

kG.m 14 , 373 8

6 92 , 82 8

kG B

55 , 1016 12

, 12

3123 17

, 49

37314

cm kG f

E

B q x

tc y

7 , 491 10 1 , 2

600 10 14 , 84 384

5

384

5

6

4 2 4

Vậy xà gồ “C” 180SE20 đảm bảo độ võ cho phép khi chụi tải trọng gió

B.CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG.

1.Các thông số của cầu trục: Với sức trục Q = 16 tấn, chế độ làm việc trung bình,

chọn trục định vị trùng với mặt ngoài của cột và  = 750 mm

Các thông số kỹ thuật

Trọng lượng(T)

con

Toàn cầutrục

2.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)

3.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:

4.Kích thước của khung ngang:

Xác định chiều cao cột và vai cột: Sơ đồ cấu tạo khung nhà

Hc = Ht + Hd = 2,08+9,16 = 11,24 m.

C TÁC DỤNG VÀ CÁCH BỐ TRÍ HỆ GIẰNG MÁI , GIẰNG CỘT

*Tác dụng của hệ giằng :

- Bảo đảm tính bất biến hình và độ cứng không gian của hệ khung

- Bảo đảm ổn định tổng thể cho một số cấu kiện chịu nén

- Chịu các tải trọng dọc nhà

- Bảo đảm cho việc thi công dựng lắp được an toàn và thuận tiện

a.Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái

- Tác dụng

+ Bảo đảm ổn định cho dàn theo phương ngoài mặt phẳng uốn

+ Dàn gió chịu tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc nhà

+ Hệ giằng dọc theo đầu cột chịu lực hãm theo phương dọc nhà

*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1

bTác dụng và cách bố trí hệ giằng cột

- Tác dụng :

+ Bảo đảm sự bất biến hình học

+ Bảo đảm độ cứng của toàn nhà theo phương dọc

+ Chịu tác dụng của các tải trọng dọc nhà và đảm bảo ổn định cho cột

*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1

, 5 cos

) 10 59 , 6 (

m kG

, 5 cos

) 12 92 , 6 (

m kG

- Tải trọng do xà gồ tường tôn đặt tại các cao trình của xà gồ tường:

Với cột cao 11,24 m, nhưng do có 1m tường gạch tự mang ở dưới cùngkhông kể đến, chỉ tính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1m trở lêntrên, tương ứng với chiều dài cột là 10,24 m , giả thiết dựng 6 xà gồ 200Z17 dặt cáchnhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, cũng gây ramômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến

6 24 , 10 92

3.Hoạt tải do cầu trục:

a Hoạt tải đứng cầu trục:

max min       

Áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực

Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung

và 1 mụ men

Mmax= Dmax e =272,65.0,5 = 136,32 (kN.m)

Mmin= Dmin e = 70,43.0,5 = 35,22 (kN.m)

kN n

D

1 , 1

65 , 272

max

max   

kN n

D

1 , 1

43 , 70

Với T1 : lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray.

n

T T

o

o 4 , 309 2

618 , 8

- Gió tác dụng lên tường dọc đưa về phân bố đều trên cột khung

- Gió tác dụng trên mái kể từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên đưa về thành lực tậptrung đặt ngang cao trình cánh dưới dàn vì kèo

Tải trọng tác dụng lên mỗi m2 bề mặt đứng của công trình là

W = nWokc

Trong đó:

+Wo : áp lực gió ở độ cao 9m, theo đầu bài cho công trình được xây dựng ở vùng II

B nên có Wo = 95 daN/m2=0,95kN/m2

+ n = 1,2 hệ số vượt tải lấy theo TCVN 2737-1995

+ k : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình, tra bảng 5TCVN 2737 – 1995, và nội suy ta có

Mức cột có chiều cao dưới 10m : k = 1,0

+ c : hệ số khí động

Các trị số Ce được tra trong TCVN 2737-1995 (Bảng 6 - trang 25)

+ Trị số Ce1 được nội suy với góc dốc của mái là  = 5,7o (độ dốc i = 1/10);

c = + 0,8 đối với phía gió đẩy

c = - 0,6 đối với phía gió hút

Sử dụng phần mềm SAP2000 Version 9.03 xác định nội lực.

*Các phương án chất tải và biểu đồ nội lực :

277,69 kG/m 269,93kG/m

- Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái

Q

N

M

- Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

Q

N

M

- Phương án 4 : Hoạt tải cả mái

Q

N

M

- Phương án 5 : Dmax trái

Q

N

M

- Phương án 6 : Dmax phải

Q

N

M

- Phương án 7 : T trái +

Q

N

M

- Phương án 8 : T trái -

Q

N

M

- Phương án 9 : T phải +

Q

N

M

- Phương án 10 : T phải -

Q

N

M

- Phương án 11 : Gió trái

Q

N

M

- Phương án 12 : Gió phải

Q

N

M

III TỔ HỢP NỘI LỰC:

Từ kết quả tính toán nội lực như trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm ra trường hợp nội lực bất lợi nhất để tính toán tiết diện khung

Ta xét 2 loại tổ hợp, tổ hợp cơ bản 1, tổ hợp cơ bản 2

Tổ hợp Cơ Bản 1: gồm Tĩnh tải và một hoạt tải

Tổ hợp Cơ Bản 2 : gồm Tĩnh tải và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9

IV.Tính toán tiết diện cột :

Thiết kế cột tiết diện không đổi từ trên xuống dưới :

Chọn 2 cặp nội lực nguy hiểm để tính toán :

Ta tính cho cặp nội lực 1 rồi kiểm tra lại với cặp 2

1.Tính tiết diện cột với cặp 1 :

a.Chiều dài tính toán cột theo 2 phương :

- Theo phương trong mặt phẳng uốn : lx   l.

Giả thiết tỉ số độ cứng giữa rường ngang và cột II 11,5

cot

xa  :

5 , 1

1 24

24 , 11 : cot cot

- Theo phương ngoài mặt phẳng uốn :

Theo phương y thì các cột liờn kết với nhau bởi các xà gồ tường và dầm cầu trục, vì liên kết xà gồ với cột không đủ cứng nên chiều dài tính toán lấy theo sơ đồ 2 đầu

khớp tại vị trí dầm cầu trục và chân cột Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng

1 ( ) 15

33 8 , 2 25 , 1 2150 1

34096 )

8 , 2 2 , 2 ( 25

,

h

e f

Theo cấu tạo :

- Điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng :

mm mm

tf : đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng ,không gây ứng suất phụ phát

1 20

E t

cm A

A

A f  w   

c.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:

+Mômen quán tính của tiết diện:

4 2

3 3

2 3

3

58384,7

22 2 , 1 2

8 , 58 12

2 , 1 22 2 12

6 , 57 8 , 0

2 12

2

3 3

3

05 , 2132 12

8 , 0 6 , 57 12

22 2 , 1 2 12

12

.

.

2

cm t

h b

t

+ Bón kớnh quán tính:

4,64 98,88 2132,05

c 3 , 24 98,88 58384,7

cm A

I i

m A

I i

y y

x x

m h

2150

29 , 126

; 29 , 126 64 , 4 586

06 , 2 10 1 , 2

2150

23 , 64 23

, 64 24,3 1561

l

E

f i

l

y y y

y y

x x x

x x

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : 1 , 67 (cm)

1946,156

88 , 98 33

x   

x

W

A e m

+ Từ mx = 1,67 ,x  2 , 06 và Af/Aw=26,4/46,08 = 0,57 < 1

mx =1,67 < 5 tra bảng II.4 ta có :

  ( 1 , 9  0 , 1 m x )  0 , 02 ( 6  m x )  x = (1,9-0,1.1,67)-0,02.(6-1,67).2,06= 1,555

Độ lệch tâm tính đổi m1 m x  1 , 555 1 , 67  2 , 596< 20 ; không cần kiểm tra bền

d.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra theo công thức : f

A

N

c lt

34096

cm kG f

A

N

c lt





e.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng:

- Kiểm tra theo công thức : f

A C

N

c y

59 , 0

132 , 1

34096

cm kG f

w

t

h t h

hw = h - 2.tf = 60 - 2.1,2 = 57,6 cm ; tw = 0,8 cm

72

8 , 0

6 , 57

1135500 88

, 98

34096

cm kG W

M A

, 1946

1135500 88

, 98

W

M A

, 1544

) 6 , 238 ( 94 , 1544

2 (

) 1 2 (

34096

cm kG t

h

N

w w

9 , 739 ).

1 154 , 1 2

, 0 4 154 , 1 ) 154 , 1 2 ( 94 , 1544

10 1 , 2 ) 1 154 , 1 2 (

35

,

4

4 )

2 (

) 1 2 (

35 , 4

2 2

6

2 2

, 3 2 , 2098

6 , 57 76

w

t

h t

h

Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

g.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh :

Điều kiện kiểm tra : 

o

t

b t b

67 , 1 1 , 0 36 , 0 ( )

1 , 0 36

b

y f

Chiều rộng tính toán của phần bản cánh nhụ ra : 10 , 6

2

8 , 0 22 2

t b

6 , 10 t

b

f

o f

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

2.Kiểm tra tiết diện cột với cặp số 2:

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

1946,156

88 , 98 7 , 591

+ Từ mx = 30,06 , x  2 , 06 và Af/Aw=26,4/46,08 = 0,57< 1

5 < mx =30,06 >20 tra bảng II.4 ta có :  1 , 4  0 , 02  x = 1,4 - 0,02.2,06= 1,358

Độ lệch tâm tính đổi : m1 m x  1 , 358 30 , 06  40 , 84>20 ; không cần kiểm tra bền

a.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra theo công thức : f

A

N

c lt

10108 A

b.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

- Kiểm tra theo công thức : f

A C

N

c y



+y 115,56; tra bảng II.1 phụ lục II được y 0,4899

+C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mômen uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm tương đối mx = 13,92> 10

d

y x

m 1

1 C

6

Vớic  98 , 134 tra bảng II.1 phụ lục II được hệ số c =0,597

+ Tính  dđược xác định như đối với dầm :  d phụ thuộc vào  1,

f

E H

h I

I

2

v x

3 2

f

1 v

t b

at 1 hb

t H 8 : 



08 , 21 4

, 2 22

8 , 0 8 , 18 1 22 40

4 , 2 586

3 2

40 23422

2131 7256

,

3

6 2

1

1 004 , 1 543 , 1 21 , 0 68 , 0 21 , 0 68

88 , 82 4899 , 0 128

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

V Tính toán thiết kế rường ngang :

Ứng với mỗi tiết diện ta có nội lực tương ứng , và ta sẽ chọn tiết diện đỳng theo nội lực đó.Dự định thay đổi tiết diện tại tiết diện 1/6 L

Chọn 3 cặp nội lực nguy hiểm:

I Chọn tiết diện đầu rường:

1 Chiều dài tính toán:

- Trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của rường lr = 10,6175m

Liờn kết 2 đầu rường coi là ngàm   0 , 5: lx   l.r  0 , 5 10 , 6175  5 , 309 m

- Ngoài mặt phẳng uốn : ly bằng khoảng cách giữa các điểm cố kết ngăn cảnchuyển vị ( khoảng cách giữa các xà gồ ) ly  1 , 52 m

2 Sơ bộ chọn tiết diện đầu rường:

a Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện đầu rường :

Chọn tw = 0,8 cm

hkt = k

w t f M

4267

2

3 f h

Q 2

3

v r



Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt

c Xác định các kích thước của tiết diện cánh rường :

Diện tích cần thiết của tiết diện cánh xà được xác định theo công thức

Ayc=    

h

e ) 8 , 2 2 , 2 ( 25 ,

4267

= 53,94 (cm2)

Ngoài ra bf,tf cần phải thoả món các điều kiện sau:

+ Chiều dày bản cánh cần hàn phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng xà, không gây những ứng suất phụ phát sinh lớn

Để thoả món những yờu cầu này thì tw  tf  3 tw  8 mm  tf  24 mm

E

t

b

6 f

Ngoài ra , để dÔ liờn kết xà theo phương ngang với

cấu kiện khác như xà gồ chữ Zvà đảm bảo ổn định

tổng thể cho xà thì :

bc=(

2

1 5

hr





Từ các điều kiện trên ta chọn bf=22 cm , t f =1 cm

Diện tích tiết diện là : A = hwtw + 2 bftf = 33.0,8 + 2 22.1 = 70,4cm2

3 Kiểm tra lại tiết diện vừa chọn :

a.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:

+Mômen quán tính của tiết diện:

4 2

3 3

f f

2 f

3 f f w

1 22 2 12

33 8 , 0 b t.

2

h 12

t.

b 2 12

3 3

w w

22 1 2 12

t.

h 12

1776 A

I i

m c 65 , 14 70,4

15115 A

I i

y y

x x

I 2

+ Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện:

97 , 0 10 1 , 2

2150

26 , 30 E

f

; 26 , 30 02 , 5

152 i

l

16 , 1 10 1 , 2

2150

23 , 36 E

f 23

, 36 14,65

530,9 i

l

6 y

y y

y y

6 x

x x

x x

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : 26 , 42 (cm)

864

4 , 70 12 , 324 W

A e m

2

c x

cm / kG 2150 2150

1 f cm / kG 8 , 1661 864

c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

- Kiểm tra theo công thức : f

A C

N

c y



+y 30,26; tra bảng II.1 phụ lục II được y 0,936

+C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mômen uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm tương đối mx = 26,42> 10

d

y x

m 1

1 C

h I

I

2

o x

3 2

f

1 o

t b

at 1 hb

t l 8 : 



31 , 1 2

22

8 , 0 17 1 22 35

2 152

35 15115

1776 342

,

2

6 2

1

1 672 , 3 25 , 14 21 , 0 68 , 0 21 , 0 68

,

0,039

1

936 , 0 42 , 26 1

4 , 70 936 , 0 039

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

d Kiểm tra bền theo điều kiện chịu nén uốn :

x

f W

M A

1383000 4

w

t

h t h

hw = h - 2.tf = 35 - 2.1 = 33 cm ; tw = 0,8 cm

41 , 25

8 , 0

33 t

, 70

4267 W

M A

, 70

4267 W

M A

, 1661

) 6 , 1540 ( 8 , 1661

) 2 (

E ) 1 2 (

cm / kG 63 , 161 8 , 0 33

4267 t

63 , 161 ).

1 927 , 1 2

10 1 , 2 8 , 3 f

E 8 , 3 7 , 958 389

, 0 4 927 , 1 ) 927 , 1 2 (

8 , 1661

10 1 , 2 ).

1 927 , 1 2 (

35

,

4

4 )

2 (

E ) 1 2 (

2 6

2 2

h

w

w w

Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

f.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh rường :