TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế khung thép nhà công nghiệp nhẹ một tầng một nhịp (nhà có 2 cầu trục hoạt động, chế độ làm việc trung bình, móc mềm). Với các thông số thiết kế như sau: Nhịp khung, L (m) Bước cột, B (m) Số bước cột, n Sức nâng cầu trục, Q (T) Cao trình ray, H1 (m) Độ dốc mái, i (%) Địa điểm Địa Hình 33 6,2 11 10,0 10,8 12 Huyện Yên Minh Hà Giang C Các dữ liệu khác: mác thép CCT34. Sử dụng phương pháp hàn tay, không bản lót, que hàn N42. Loại bulông chịu lực của kết cấu là bulông tinh. Mái lợp tôn, có một hệ giằng xà gồ. Bê tông B20.
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP SỐ LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế khung thép nhà công nghiệp nhẹ tầng nhịp (nhà có cầu trục hoạt động, chế độ làm việc trung bình, móc mềm) Với thơng số thiết kế sau: Nhịp khung, L (m) Bước cột, B (m) Số bước cột, n Sức nâng cầu trục, Q (T) Cao trình ray, H1 (m) Độ dốc mái, i (%) Địa điểm Địa Hình 33 6,2 11 10,0 10,8 12 Huyện Yên Minh Hà Giang C B 8250 8250 Các liệu khác: mác thép CCT34 Sử dụng phương pháp hàn tay, khơng lót, que hàn N42 Loại bulông chịu lực kết cấu bulông tinh Mái lợp tơn, có hệ giằng xà gồ Bê tông B20 THIẾT KẾ HỆ GIẰNG 2.1 Hệ giằng mái Hệ giằng mái sử dụng khung thép nhẹ bố trí theo phương ngang nhà hai gian đầu hồi (hay gần đầu hồi), đầu khối nhiệt độ số gian nhà tùy thuộc chiều dài nhà, cho khoảng cách giằng bố trí khơng q bước cột Bản bụng hai xà ngang cạnh nối giằng chéo chữ thập Các giằng chéo thép trịn hay cáp thép mạ kẽm đường kính không nhỏ 12 mm (khi sức trục từ trở xuống), thép góc (khi sức trục lớn) Ngồi ra, cần bố trí chống dọc thép hình (thường thép góc) Độ mảnh chống khơng vượt q 200 8250 THANH CHỐ NG, L50x5 8250 THANH GIAÈ NG, Ø 20 A 6200 6200 6200 6200 6200 6200 6200 6200 Hình Hệ giằng mái SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang 6200 6200 10 6200 11 12 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH Trường hợp nhà có cầu trục với sức nâng 10 tấn, cần bố trí thêm giằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà truyền tải trọng ngang tải trọng gió, lực hãm cầu trục khung lân cận Nếu sức trục 10 khơng cần Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía (khi chịu tải trọng bình thường, cánh xà cánh nén); chịu tải trọng gió, cánh xà chịu nén nên phải gia cường giằng chống xiên (liên kết với xà gồ) Tiết diện chống không nhỏ , điểm liên kết với xà gồ cách xà khoảng từ Hình Chi tiết giằng chống xiên liên kết xà ngang với xà gồ 1.2.2 Hệ giằng cợt Hệ giằng cột có tác dụng đảm bảo độ cứng dọc nhà giữ ổn định cho cột, tiếp nhận truyền xuống móng tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà tải trọng gió lên tường đầu hồi, lực hãm dọc nhà cầu trục ĐỈ NH CỘ T THANH GIẰ NG, Ø 20 ±0.000 6200 6200 6200 6200 6200 6200 6200 6200 Hình Hệ giằng cột SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang 6200 6200 10 6200 11 12 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH Hệ giằng cột thường bố trí hai lớp: - Hệ giằng cột (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) - Hệ giằng cột (từ mặt đến mặt dầm vai) Hệ giằng cột gồm giằng chéo bố trí gian có hệ giằng mái Trường hợp nhà khơng có cầu trục nhà có cầu trục với sức nâng 15 dùng giằng chéo chữ thập thép trịn đường kính khơng nhỏ 20 mm Nếu sức trục 15 cần dùng thép hình, thường thép góc Độ mảnh giằng không vượt 200 THIẾT KẾ XÀ GỜ 3.1 Xà gờ cán nóng a Tải trọng tác dụng Độ dốc mái: Khoảng cách bố trí hai xà gồ: Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng: Chọn sơ tiết diện xà gồ dạng chữ [ có số hiệu [10 với thông số tiết diện sau: Hoạt tải tác dụng xác định theo TCVN 2737-1995: Tải trọng tiêu chuẩn tải trọng tính tốn tác dụng lên xà gồ: b.Sơ đồ tính Tải trọng tác dụng lên xà gồ phân theo hai phương: SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH Hình Mặt cắt ngang xà gồ Sơ đồ tính biểu đồ mơmen: giằng xà gồ thép trịn có Hình Sơ đờ tính và biểu đồ mô men của xà gồ c Kiểm tra về cường độ Mômen uốn theo phương x y xà gồ: Kiểm tra bền cho tiết diện: THỎA SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH d Kiểm tra về biến dạng Do có hệ giằng xà gồ theo phương x nên ta xét độ võng xà gồ theo phương y Độ võng xà gồ xác định sau: Kiểm tra độ võng: THỎA Vậy tiết diện xà gồ chọn thỏa mãn điều kiện biến dạng * Ngoài ra, cần kiểm tra xà gồ chịu tác dụng của tải trọng gió bốc Công trình xây dựng tại Huyện Yên Minh – Hà Giang (vùng I), áp lực gió Tải trọng gió và thành phần của tỉnh tải mái ngược chìu nên tải trọng phương y của xà gồ ) tác dụng vào xà gồ là: (theo Kiểm tra độ bền xà gồ trường hợp này theo công thức: THỎA Vậy tiết diện xà gồ đã chọn thõa mãn điều kiện về cường độ 3.2 Xà gồ dập nguội Với nhịp 6.2m; giá trị tải trọng (có chiều hướng vào mái) và theo sơ đồ có giằng giữa, tra bảng III.2 phụ lục III chọn số hiệu thép Z15024 làm tiết diện xà gồ SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 4.1 Theo phương đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: đó: HK = 1,010m (tra catalo cầu trục); bK = 0,3m (khe hở an toàn dầm cầu trục xà ngang) chọn: Chiều cao cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: đó: H1: cao trình đỉnh ray, H1 = 10,8 m; H3: coi mặt móng cốt ± 0.000 (H3 = 0) Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: với: Hdct chọn sơ 0,7 m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: 4.2 Theo phương ngang Vì sức trục < 30T nên coi trục định vị trùng với mép cột (lấy a = 0) Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục là: Chiều cao tiết diên cột chọn theo yêu cầu độ cứng: chọn: Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung: 4.3 Sơ đồ tính khung ngang Do sức nâng cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cột không đổi, với độ cứng I1 Vì nhịp khung L = 33m, nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 6,5m Với đoạn xà 10,0m (tiết diện thay đổi), độ cứng đầu xà cuối xà I1 I2 Với đoạn xà 10,0 m (tiết diện không đổi), độ cứng I2 Giả thiết sơ tỷ số I1/I2 = 2,5 Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết cột móng ngàm mặt móng (cốt 0.000) Chiều dài dầm vai chọn sơ bộ: chọn: Liên kết cột xà ngang liên kết đỉnh xà ngang cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hố tính tốn thiên an tồn SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang I2 I2 I2 +12.200 +9.900 I1 I1 700 9900 700 12200 2300 I1 GVHD: LÊ VĂN TRÌNH 2000 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP ±0.000 I1 5500 11000 11000 5500 33000 Hình Sơ đờ tính khung ngang TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 5.1 Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) Để đơn giản việc tính toán,trọng lượng thân lợp, lớp cách nhiệt xà gồ mái lấy 0,15 kN/m2 Trọng lượng kết cấu cửa mái lấy khoảng 0,15 kN/m2 mặt cửa mái: Trọng lượng trần treo; trần thạch cao khoảng 0,15 kN/m2 Trọng lượng thân kết cấu hệ giằng lấy 15% trọng lượng xà ngang( chọn sơ trọng lượng thân xà ngang 1kN/m) Tổng tải trọng phân bố xà ngang: Trọng lượng thân tôn tường xà gồ tường lấy tương tự mái 0,15 kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt đỉnh cột: Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ kN/m Quy thành lực tập trung mômen lệch tâm đặt cao trình vai cột: SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH 6,820 kN 6,820 kN 700 9900 700 +12.200 +9.900 12200 12,481 kN 2300 12,481 kN 2000 3,429 kN/m ±0.000 5500 11000 11000 5500 33000 Hình Sơ đồ tính khung khung với tĩnh tải 5.2 Hoạt tải mái Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công sửa chữa mái phụ thuộc vào loại mái.Với mái lợp vật liệu nhẹ :tôn,fibroximang…trị số tiêu chuẩn hoạt tải mái ; hệ số độ tin cậy tương ứng Quy đổi tải trọng phân bố lên xà ngang: +12.200 +9.900 700 9900 700 12200 2300 2000 2,418 kN/m ±0.000 5500 11000 11000 5500 33000 Hình Sơ đờ tính khung khung với hoạt tải SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: LÊ VĂN TRÌNH 5.3 Hoạt tải cầu trục Hoạt tải cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng lực hãm ngang cầu trục Các loại tải trọng thông qua bánh xe cầu trục truyền xuống vai cột Theo bảng II.3 phụ lục [1], thông số cầu trục sức nâng 10T sau: Nhịp Lk (m) Chiều cao Gabarit Hk (mm) K cách zmin (mm) Bề rộng Gabarit Bk (mm) Bề rộng đáy Kk (mm) T lượng cầu trục G (T) T lượng xe Gxe (T) Áp lực Pmax (kN) Áp lực Pmin (kN) 31 1010 180 5930 5100 17,620 0,833 94,300 43,800 a Áp lực đứng cầu trục Áp lực đứng Dmax, Dmin cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tập trung đặt vai cột Trị số Dmax ,Dmin xác định đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm cầu trục bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi Với khung nhịp, nhà có cầu trục hoạt động, cần xét đến tải trọng cầu trục đặt sát 5930 P P P CT-2 0,044 270 5930 0,866 5100 6200 0,177 830 5100 6200 Hình Sơ đờ xác định đường ảnh hưởng SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 Trang P CT-1 1100 GVHD: LÊ VĂN TRÌNH 85,473 kN 700 9900 700 +9.900 12200 184,020 kN +12.200 2300 2000 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP ±0.000 5500 11000 11000 5500 33000 lên cột trái 184,020 kN 700 9900 700 +9.900 12200 85,473 kN +12.200 2300 2000 Hình 10 ±0.000 5500 11000 11000 5500 33000 Hình 11 SVTH: LƯU ĐÌNH LỘC – STT: 65 lên cột phải Trang 10