ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II- NHÀ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II- NHÀ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA XÂY DỰNG -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP II

GVHD: PHẠM XUÂN TÙNG SVTH: NGUYỄN HỮU DIỆU

MSSV: 52132016 LỚP : 52XD-1

Đại Học Nha Trang, Năm 2013

PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

- - I./ CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG

Từ các số liệu ban đầu:

Nhịp nhà L= 80 (ft) = 24,384 ( m) ,B= 13x6 = 78m ,sức cẩu của cầu trục Q=75T

Tra bảng catalogue của cầu trục ta chọn được cầu trục như sau:

Bề rộng của cầu trục (kích thước theo phương dọc nhà của cầu trục):

Nhịp cầu trục ( khoảng cách giữa tim hai đường ray) :

Chiều cao ray và đệm : hr  200 mm

Chiều cao dầm cầu chạy :hdcc  600 mm

Không bố trí đoạn chôn cột : hm  0 mm

Chiều cao gabarit của cầu trục : Hk  3700 mm

Độ vỏng của dàn mái : f B 24000 240mm

100

1100

H h

h

Ht  r  dcc  k  100   200  600  3700  240  4740

Chiều cao của cột dưới:

mm h

h h

H

Hd  r  r  dcc m  8700  200  600  0  7900

Các kích thước này ta lấy là bội số của 200mm vậy chiều chọn là:

m H

Kích thước của phần đầu dầm cầu trục : B1  400 mm

Khe hở an toàn đầu mút cầu trục và mép trong của cột trên : D  60 mm

=> Vậy các kích thước theo phương ngang như sau:

mm L

7502

2250024000

11

110

Ta chọn ht là bộ số của 250mm vậy ta được: ht  500 mm

Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột : a  250 mm

Bề rộng cột dưới : hd    a  750  250  1000 mm

=> Kiểm tra : h d H d (727 800)mm

11

110

Sơ đồ bố trí như sau:

III./ KÍCH THƯỚC DÀN MÁI

Ta chọn dạng dàn và kích thước dàn mái theo các dạng điển hình ta được:

IV./ HỆ GIẰNG

1./ Hệ giằng mái

a./ Giằng trong mặt phẳng cánh trên

HỆ GIẰNG CÁNH TRÊN

41 40

39 38

37 21

240000

6000 111000

18 5

b./ Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

6000 111000

6000

41 40

39 38

37 21

4 3

2

HỆ GIẰNG ĐỨNG CỦA DÀN

PHẦN II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG

/ 417 , 5 /

7 , 541 995

, 0

/ 665 , 5 /

5 , 565 76

, 23 7 , 541 )

/ 98 3 , 1 995 , 0

75 7

, 5

/ 88 , 5 /

588 6

B Q

Qtt  tt o    

III./ ÁP LỰC CẦU TRỤC TÁC DỤNG LÊN CỘT

 Sức cẩu của cầu trục: Q= 75 T, L = 24m, tra bảng ta có:

o

4

11575

max 1 min

n

G Q P

o

4

11575

max 1 min

Từ các số liệu trên ta sắp xếp các bánh xe cầu trục như sơ đồ dưới đây

1 6 , 108 2

Lực hãm của xe con:

Lực hãm của một bánh xe:

T n

G Q T

o

4

)3875(05.0)(

05.0

Áp lực ngang:

T = nn cT 1Σ y i = 1.20.851,41 2,96 = 4,26 T

IV./ TẢI TRỌNG GIÓ

Với áp lực gió vùng B,địa hình II

Áp lực gió tiêu chuẩn: q 0 95 daN / m2

Hệ số vượt tải : n=1,3 ; B=6m

Tại cao trình 10m : k=1

Tra bảng được: Ce3   0 , 6 ; Ce   0 , 8

 Sơ đồ khung như sau:

 Áp lực gió tại cao trình 10m:

W         i

Tại đỉnh dàn (16,4m): k1  1 , 094

Tại đáy dàn (13m): k2  1 , 048

Tra bảng và nội suy được: Ce1   0 , 578 ; Ce2   0 , 435

 Ta được

)(3,846))578,0(2,18,02,2(62

)048,1094,1(953,

) ( 8 , 1461 ))

435 , 0 ( 2 , 1 ) 6 , 0 ( 2 , 2 ( 6 2

) 048 , 1 094 , 1 ( 95 3 ,

- -

 Mô hình và tính toán bằng phần mền Etabs 9.7.0

 Giả thiết tiết diện cột theo độ cứng: J1 : J2 : Jd = 10 : 1 : 30

J1 là momen quán tính cột dưới

J2 là momen quán tính cột trên

Jd là momen quán tính dàn

Vậy ta chọn kích thước tiết diện như sau:

Cột dưới: bxh=1x1(m) ; cột trên bxh=0,1x1(m) ; dàn bxh = 3x1(m)

 Các số liệu đưa vào tính toán:

qh   461 , 7 daN / m   4 , 617 kN / m

Wđ  846 , 3 ( daN )  8 , 643 kN

kN daN

Wh   1461 , 8 ( )   14 , 618

Ta tiến hành tìm nội lực cho khung

Kết quả nội lực như sau:

Story Column Load Loc P V2 V3 T M2 M3 STORY1 C1 TH2 8

1167.18 -67.46 -0.09 0.032 -0.266 445.376 STORY1 C3 TH5 8

1167.18 41.67 -0.09 -0.032 -0.266

386.951 STORY1 C3 TH5 4

1167.18 41.67 -0.09 -0.032 -0.611

220.288 STORY1 C1 TH2 4

1167.18 -67.46 -0.09 0.032 -0.611 175.551 STORY1 C1 TH2 0

1167.18 -67.46 -0.09 0.032 -0.957 -94.275 STORY1 C3 TH5 0

1167.18 41.67 -0.09 -0.032 -0.957 -53.625 STORY1 C3 TH4 8

1165.82 24.99 -0.34 -0.124 -1.014 -425.38 STORY1 C1 TH3 0

1165.82 0.8 -0.34 0.124 -3.705 373.373 STORY1 C1 TH3 4

1165.82 0.8 -0.34 0.124 -2.359 370.163 STORY1 C1 TH3 8

1165.82 0.8 -0.34 0.124 -1.014 366.954 STORY1 C3 TH4 4

1165.82 24.99 -0.34 -0.124 -2.359

325.426 STORY1 C3 TH4 0

1165.82 24.99 -0.34 -0.124 -3.705

225.473 STORY1 C1 TH23 0

1128.77

149.36 0.47 -0.171 5.103

667.989 STORY1 C3 TH29 0

1128.77 114.34 0.47 0.171 5.103 493.211 STORY1 C1 TH23 8

1128.77

104.97 0.47 -0.171 1.382 349.357 STORY1 C3 TH29 8

1128.77 81.1 0.47 0.171 1.382

288.551 STORY1 C1 TH23 4 - - 0.47 -0.171 3.243 -

-1128.77 127.17 114.928 STORY1 C3 TH29 4

1128.77 97.72 0.47 0.171 3.243 69.087 STORY1 C3 TH26 0

1127.55 99.33 0.24 0.088 2.63 338.547 STORY1 C3 TH26 8

1127.55 66.09 0.24 0.088 0.709

323.137 STORY1 C1 TH24 8

1127.55 -43.54 0.24 -0.088 0.709 278.777 STORY1 C1 TH24 0

1127.55 -87.93 0.24 -0.088 2.63

247.107 STORY1 C1 TH24 4

1127.55 -65.74 0.24 -0.088 1.669 60.223 STORY1 C3 TH26 4

1127.55 82.71 0.24 0.088 1.669 -25.537 STORY1 C1 TH8 8

1122.19 -65.35 -0.08 0.029 -0.242 400.61 STORY1 C3 TH11 8

1122.19 42.14 -0.08 -0.029 -0.242

348.027 STORY1 C3 TH11 4

1122.19 42.14 -0.08 -0.029 -0.554

179.472 STORY1 C1 TH8 4

1122.19 -65.35 -0.08 0.029 -0.554 139.209 STORY1 C1 TH8 0

1122.19 -65.35 -0.08 0.029 -0.866

122.192 STORY1 C3 TH11 0

1122.19 42.14 -0.08 -0.029 -0.866 -10.917 STORY1 C3 TH10 8

1120.97 27.13 -0.3 -0.112 -0.916

382.612 STORY1 C1 TH9 8

1120.97 -3.92 -0.3 0.112 -0.916 330.03 STORY1 C1 TH9 4

1120.97 -3.92 -0.3 0.112 -2.128 314.36 STORY1 C1 TH9 0

1120.97 -3.92 -0.3 0.112 -3.34 298.69 STORY1 C3 TH10 4

1120.97 27.13 -0.3 -0.112 -2.128

274.096 STORY1 C3 TH10 0

1120.97 27.13 -0.3 -0.112 -3.34 -165.58 STORY1 C3 TH28 0

-STORY1 C1 TH22 8

STORY1 C3 TH28 4

Cột trên và cột dưới coi như cấu kiện nén lệch tâm trong mặt phẳng khung , nén đúng tâm ngoài mặt phẳng khung

N

Ntt   ct  132 , 87

Phần cột dưới:

Trọng lượng bản thân cột : Gc  1 , 45 kN

Nhánh cầu trục: Chọn cặp nội lực : N1 = -1049,43 kN , M1 =878,324 kNm

kN G

N

Ntt1  1  cd  1050 , 88

Nhánh mái: Chọn cặp nội lực: N2 = -131,42 kN, M2 = -201,283 kNm

kN G

10 8

8 , 4

62 , 7 87 , 132

88 , 1050

16 , 0 8 , 4

8 10 1

N

M

87,

132

3,201

50

146 5 , 2 25 , 1 89 , 137 )

8 , 2 2 , 2 ( 25

,

1

cm R

h

e N

1 Tính các đặc trưng hình học:

6,1101,2

21003

,50

17,2101,2

210057

,68

3,5035,

8

420

57,6821

1440

2,236750

59180.22

35,8134

2,9335

2113459180

13412,12502,

1

36

2

2,933512

16,4712

362

,

1

2

59180)

12

2,1361,242,136(212

2

6 2

3 2

4 3

2 3

J

W

cm F

J

r

cm F

J

r

cm F

cm J

cm J

2 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

a Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng uốn:

Độ lệch tâm tương đối m:

32,82,2367

134147

b Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:

7634,0)

28,11

Với cặp nôi lực đang xét là tổ hợp số 24

Từ đó xác định được gía trị M tại vị trí 1/3 cột trên: M = 166,438 kNm

Giá trị moment tính toán:

m kN M

Mtt  166 , 438

Độ lệch tâm tương đối:

1068,0134/2,2367

87,132/438,166/

N M

e

m

x

tt x

1

86,3134278,0954,0

87,133

2 2

2

cm kN cm

kN F

 Kiểm tra :

88,3221

21000)

6,11.036.0(2)

1.036.0.(

25

,142,1

4,17

b

c c c

8,05.09.0()

5.09.0(6

,471

6,47

h

b b b

IV THIẾT KẾ CỘT DƯỚI RỔNG

 Phần cột dưới:

 Nhánh cầu trục: Chọn cặp nội lực : N1 = -1050,88 kN , M1 =878,324 kNm

 Nhánh mái: Chọn cặp nội lực: N2 = -132,87 kN, M2 = -201,283 kNm

 Hd = 8 m , hd = 1m , Jt / Jd = 1/10

 Giả thiết: C=100 ta xác định được

 Khoảng cách Từ trọng tâm đến nhánh cầu truc: y1 = 0,45m = 45cm

 Khoảng cách Từ trọng tâm đến nhánh mái: y2 = 0,5m = 55 cm

 Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:

kN C

M C

y N

100

32,878100

55.88,10501

2 1

 Lực nén lớn nhất trong nhánh mái :

KN C

M C

y N

100

283,201100

45.87,132

2 1 2

66,1496

cm R

5,1188

cm R

1 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đả chọn

a.Nhánh cầu trục:

.76,106812

222,1.212

16

,

47

4,100)222,12(6,

47

1

4 3

3 1

2 1

cm J

cm F

3 3

1

34,8550

56,21332

2

06,204

,100

85,40428

26,34,100

76,1068

.85,404284

,242,12212

222,1.212

,93

)91,38,2225,06,47(

)5,017,2(2,9312

12

6,

;8,3

2

2 2

F

J

r

c Với toàn bộ cột dưới:

 Fd = Fnh1 + Fnh2 = 100,4+93,2 = 193,6cm2

 Khoảng cách từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung tiết diện:

cm Z

h

C d  0 1002,1797,83

cm C

2 , 93

2

1     

 Khoảng cách từ trọng tâm nhánh mái đến trọng tâm chung tiết diện:

cm y

C

 Moment quán tính cột dưới trong mặt phẳng uốn:

4 2

2 2

2 2 2

1 1 2

1 J F y F y 2133,56 1341 100,4 47,1 93,2 50,73 466056,2cm J

63,3206,49

1600

03,496

,

193

2,466056

2 xác định hệ thanh bụng

 Thanh xiên

Khoảng cách giữa các nút giằng a = 1m

Các thanh gằng hội tụ tại trục nhánh

Vậy chiều dài thanh xiên: S  a2c2  1002 97,832 140cm

Góc  giữa thanh xiên và trục nhánh:

37,44100

83,





 tg

Vậy ta chọn sơ bộ tiết diện thanh xiên: L80x8 có

8,12

Nội lực trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q149,6kN gây ra

kN

Q

6993,0.2

6,149sin

Độ mảnh: 89,17   150

57,1

Điều kiện ổn định:

Ta có:

tx tx

tx tx

A

N





  với  tx 0,63; 0,75;A tx 12,8cm2

2 2

/21/

68,178,12.63,0

75

,

0

96,106

cm kN cm

8,12

3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:

Các thông số tính toán:

Lực dọc trong các nhánh cột:

kN C

M C

y

N

1083,97

24,87810

83,97

1073,5088,

2 1

M C

y

N

1083,97

3,20110

83,97

101,4787,

2 2

1 2

1600

67,3026,3

44,194,100739,0

65,1442

2 2

b Kiểm tra nhánh mái:

Ta có:

47 , 43 4 , 18 800

3 , 26 8 , 3 100

28,32,9388,0

6,269

2 2

C kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x

 Kiểm tra với cặp nội lực: N1 = -1050,88 kN , M1 =878,324 kNm

63,12,466056

1,476,1935,83

5,83835

,

0

1 1

e

e

m

cm m

6,193334,0

88,1050

N

d lt

73,506,193151

15151

,

1

2 2

y F e

e

m

cm m

6,193.217,0

87,132

d Tính liên kết hàn giữa thanh xiên và nhánh cột:

Thanh xiên là thép L80x8 nên:

 Chọn chiều cao đường hàn sóng: hs = 8mm

 Chiều cao đường hàn mép: hm = 6mm

Chiều dài các đường hàn cần thiết:



cm R

h

N l

cm R

h

N l

g m m

g s

s

66,575,06,126,0

96,1063,0)

(

.3,0

4,1075,06,128,0

96,1067,0)

(

7,0

1 Thiết kế :

 Vị trí khoách đại cao hơn mép trên vai cột 500mm.Mối nối cánh ngoài ,cánh

trong,bụng trên cùng một tiết diện

 Chọn cặp nội lực gây nén lớn nhất cho cánh ngoài và cánh trong cột trên từ bảng

M N

N

c t

) 2 , 1 50 (

1 , 442 2

4 , 1114 )

kN h

M N

N

c t

) 2 , 1 50 (

8 , 451 2

6 , 1115 )

 Chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cột trên: h = 1,2 cm

 Chọn bản K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều dày và chiều rộng cánh

cột trên

 Ứng suất trong đường hàn đối đầu:

2 2

/21/

24,15)5.0232(2,1

06,567

N

h h

 Với mối nối cánh ngoài theo cấu tạo đường hàn lấy như mối nối cánh trong

 Mối nối bụng cột: Lực cắt ở cột trên là khá nhỏ , đường hàn lấy theo cấu tạo , hàn suốt với chiều cao đường hàn bằng chiều dày bàn thép bụng : h = 12mm

Mối nối hai phần cột

2 Thiết kế dầm vai:

 Sơ đồ tính: như 1 dầm đơn giản gối lên hai nhánh cột , nhịp dầm l=1m

 Phản lực gối tựa: RA = RB = N trong 283 , 53kN

2

06 , 567

 Moment uốn giữa dầm vai: M N trong l 141,76kNm

4

106,5674

 Chiều dày bản bụng dầm vai:

 Xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung Dmax + Gdcc

 Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai: z = b + 2 = 30 + 2x2 = 34 cm

 Dmax tác dụng lên vai cột: 1806kN ; Gdcc= 17,28kN

 Rem =32kN /cm2

 Bề dày bản bụng cần thiết:

G D

em

dcc

322230

28,1718062

 Chiều cao bụng dầm vai:

 Điều kiện bảo đảm độ cứng liên kết hai nhánh cột:

hdv 0 h d= 0,51000 = 500mm

 Điều kiện chiều cao dầm vai phải đủ chứa 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bản bụng nhánh cầu trục

Giả thiết chiều cao đường hàn góc: hh = 12mm

 Tính chiều dài 1 đường hàn cần thiết:

cm R

h

B G D

l

g h

dcc

18007,02,14

53,28328,1718061

).(

4 min

max 1

N l

g h

trong

187,02,14

06,5671

).(

.4

7,9746

578,1

10076,141

cm KN cm

kN W

y N C

y N C

M

nen

32,140332

,1403

;36

,

1205

max

9783,0

321,8789783

,0

471,01050

;9783,0

471,035,4939783

 Lực kéo lớn nhất lên nhánh mái:

1403,74 ;1474,86  1474,86

max

9783,0

9,9479783

,0

471,088,1050

;9783,0

471,088,10509783

kN kN

kN

C

M C

y N C

y N C

32,1403

cm R

N F

32,1403

cm kN cm

M .0 2 0,50,77952 9,73

=> vậy giá trị: Mmax 32,69kN.cm

chiều dày bản đế cần thiết: 3,056

1.21

69,3266

cm R

q2dd   d  0 , 779  ( 5  23 , 5 / 2 )  13 , 05 /

Tổng phản lực lên dầm đế:

.5,3913005,13

Chọn chiều dày đường hàn sống là: 12 mm

Chiều dày đường hàn mép là: 10 mm

Chiều cao dầm đế cần phải bố trí đủ đường hàn liên kết giữa dầm đế và chân cột

Tính chiều dài cần thiết đường hàn sống và đường hàn mép:

cm R

h

N

l

cm R

h

N

l

g m

5,391)

.(

53,46.122.1

5,391)

Để bố trí thanh giằng cột thuận lợi , chọn hdd = 26cm , dd = 10mm

Đường hàn ngang liên kết dầm đế với bản đế hàn suốt : hh = 10mm

Bản Đế

 Sườn ngăn:

Chọn chiều cao sườn ngăn h= 26cm , sn = 10mm

Đường hàn ngang liên kết sườn ngăn với bản đế, hàn suốt: hh = 12mm

d Tính bulông neo:

Ta chọn nội lực để tính Bu Lông neo tại tiết diện chân cột ở bảng tổng hợp nội lực ứng

với trường hợp Nnh min với Nnh=

h

M N

2

Ta được : Nnh min= -701,227 < 0 ( N = -493.35 kN ; M = -947.902 kN.m)

Chọn bulông có độ bền lớp 8.8

Cường độ chịu kéo tính toán: 40KN/cm2

Diện tích bulông cần thiết:

2

40

35,493

cm R

PHẦN VI THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

- -

I SƠ ĐỒ VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DÀN VÌ KÈO

Sơ đồ tính toán như sau:

Ta chọn dạng dàn và kích thước dàn mái theo các dạng điển hình ta được:

II TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC TÍNH TOÁN DÀN VÌ KÈO

Các giả thiết và số liệu tính toán:

3 Nội lực tính toán của dàn

Sữ dụng phần mền Etabs 9.4.7 tính toán nội lực dàn

Sơ đồ mô hình như sau:

Phân bố tải gió lên dàn

Ta tiến hành chạy mô hình và được nôi lực như sau :

III XÁC ĐỊNHTIẾT DIỆN CÁC THANH DÀN

1 Chiều dài tính toán các thanh dàn

Hệ dàn không phân nhỏ như sơ đồ

Do hệ dàn đối xứng nên chi cần tính 1 nữa dàn

Chiều dài tính toán các thanh dàn được tính như sau:

Các thanh bụng: bao gồm tất cả các thanh đứng và thanh xiên ( trừ thanh xiên đầu dàn)

Thanh cánh: (các thanh còn lại của dàn)

Trong mặt phẳng khung: l0x = khoảng cách 2 mắt dàn

Ngoài mặt phẳng khung: l0y = khoảng cách 2 điểm giằng

2 xác định tiết diện các thanh dàn

Nội lực dàn

- Tiết diện nhỏ nhất là L50X5

- Chọn không quá 68 loại thép

- Độ mảnh cho phép của thanh bụng chịu nén là 150

- Độ mảnh cho phép của thanh chịu kéo là 400

- Độ mảnh cho phép của thanh cánh chịu nén là 150

- Độ mảnh cho phép của thanh xiên đầu dàn chịu nén là 120

- Thép góc không đều cánh được ghép cạnh ngắn lại với nhau

-Với các thanh chịu nén N(+)

)(

2

cm R N

2

cm R

N

chon





Đa số các thanh trong dàn chịu lực nén

Cần hạn chế tối ta việc sữ dụng quá nhiều loại thép trong dàn vì khó chế tạo và tốn kém

Kết quả tính toán được lập thành bảng sau

THIẾT KẾ DÀN CÁC THANH BỤNG + THANH XIÊN ĐẦU DÀN

m2

rx-

8,

22

2,9

5

1,7

1

1,42

5

0,

39

0,97

5

2L140x90x10

44,4

6,7

7

3,5

4

15,3

0,

78

0,97

5

2L90x56x6

17,0

8

4,4

9

2,3

11,8

3,2

9

1,8

8

15,

9

Ghép cạnh ngắn

11,8

3,2

9

1,8

8,

22

2,9

5

1,7

8,

22

2,9

5

1,7

8 2,9

Ghép cạnh ngắn

11,8

3,2

9

1,8