TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP I. SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1.1 Số liệu chung: Nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp. Bước cột đều nhau B = 6m. Mái dùng tấm panen (bề rộng tấm mái 1,5m) hoặc lợp tole trên dàn thép (dầm mái). Độ dốc mái . Tường bao che tự chịu lực. Khu vực xây dựng công trình thuộc địa hình B (tương đối trống trải). Nhà có hai cầu trục, làm việc ở chế độ trung bình. Vật liệu: thép CCT34, CCT38, CCT42, que hàn N42, N46, N50, bulông từ thép độ bền thuộc lớp 4.6, 4.8, 5.6, 6.6, 8.8. Móng bê tông mác 250 (B20); 350 (B25). 1.2 Số liệu riêng của sinh viên: Nhịp nhà L (m), chiều dài khối nhà A (m), cao trình đỉnh ray Hr (m). Sức trục Q (Tấn). Áp lực gió tiêu chuẩn tại độ cao 10m so với mặt đất W0 (daNm2) xác định theo vùng gió.
TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP TẦNG NHỊP I./ SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1.1 - Số liệu chung: - Nhà công nghiệp tầng, nhịp Bước cột B = 6m - Mái dùng panen (bề rộng mái 1,5m) lợp tole dàn thép (dầm mái) Độ dốc mái i=1/10=10 % - Tường bao che tự chịu lực - Khu vực xây dựng cơng trình thuộc địa hình B (tương đối trống trải) - Nhà có hai cầu trục, làm việc chế độ trung bình - Vật liệu: thép CCT34, CCT38, CCT42, que hàn N42, N46, N50, bulông từ thép độ bền thuộc lớp 4.6, 4.8, 5.6, 6.6, 8.8 Móng bê tông mác #250 (B20); #350 (B25) 1.2 - Số liệu riêng sinh viên: - Nhịp nhà L (m), chiều dài khối nhà A (m), cao trình đỉnh ray Hr (m) - Sức trục Q (Tấn) - Áp lực gió tiêu chuẩn độ cao 10m so với mặt đất W (daN/m2) xác định theo vùng gió Hình 1: Kích thước khung nhà cơng nghiệp tầng, nhịp Bảng 1: Số liệu mã đề 42 Mã đề 42 Nhịp Chiều dài Cao trình Sức trục Vùng khung L nhà A Q (Tấn) gió 50/10 IIa đỉnh ray Hr (m) (m) (m) 33 150 12,0 1.3 - Tổng hợp số liệu thiết kế: - Thiết kế khung ngang chịu lực nhà công nghiệp tầng, nhịp với số liệu cho trước sau: - Nhịp khung ngang: L = 33m - Bước khung: B = 6m - Sức nâng cầu trục: Q = 50/10 (Tấn) (nhà có cầu trục hoạt động, làm việc chế độ trung bình) - Cao trình đỉnh ray: +12.000m - Độ dốc mái: - Chiều dài nhà: i = 10% A = 150m - Phân vùng gió: IIa (Khu vực xây dựng cơng trình thuộc địa hình B tương đối trống trải - Vật liệu thép mác CCT34 có cường độ f = 21 kN/cm2 ; fv = 12 kN/cm2 fc = 32 kN/cm2 - Hàn tay, dùng que hàn N42 - Bulông từ thép độ bền thuộc lớp 4.6 - Móng bê tơng mác 250, 300 II./ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG: * Các số liệu cần trục: Nhịp khung ngang L = 33m, cầu trục cho Q1 = 500 kN; ta có: nhịp cầu trục Lk =L – λ=33 −2 ×1=31m ;với λ: khoảng cách từ trục ray đến trục định vị cột chọn sơ λ ≥ B 1+ ( ht − a ) + D=400+ ( 500 −250 )+60=710( mm) Chọn λ=1000(mm) Trong đó: + B1: Phần đầu cầu trục bên ray + ht : Bề rộng phần cột giật bậc + a: a=250 mm (30 < sức trục Q < 75 tấn) + D: Khe hở an toàn cầu trục mặt cột (60-75mm) Tra phụ lục VI, bảng VI.1, trang 136 Giáo trình thiết kế kết cấu thép nhà cơng nghiệp – Thầy Đồn Định Kiến; ta thông số cầu trục sau: Sức trục Q (Tấn) Móc Móc phụ 50 10 Nhịp Lk (m) 31,5 HK Zmin BK KK (m) (m) (m) (m) 3,15 0,3 6,65 3,2 Trọng lượng cầu trục G (Tấn) Trọng lượng xe G (Tấn) 84,0 18,0 Áp lực (Tấn) 51,5 2.1 - Theo phương đứng: Chiều cao cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: H = H + H2 + H3 Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray, H1 = 12m H3 - phần cột chơn nền, coi mặt móng cốt ±0.00, H3 = H2 - Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H2 = Hk + bk Với: - Hk: tra catalo cầu trục (bảng VI.1, phụ lục VI, trang 136, Giáo trình thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp); - bk: khe hở an toàn cầu trục xà ngang => H2 = Hk + bk = 3,15 + 0,3 = 3,4 (m) Chọn H2 = 3,5 (m) Vậy: H = H1+ H2 + H3 = 12 + 3,5 + = 15,5 (m) Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: Ht = H2 + Hdct + Hr = 3,5 + 0,6 + 0,2 = 4,3 (m) Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: Hd = H – Ht = 15,5 – 4,3 = 11,2(m) 2.2 - Theo phương ngang: Trục định vị cách với mép cột khoảng a = 250mm Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: L1 = L− LK +2 a 33 −31+0,5 = =1,25 m 2 Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng: ( 151 ÷ 201 ) H=( 151 ÷ 201 ) 15,5=( 1,03÷ 0,775 ) m h= => Chọn h = 0,8m Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: z = L1 – h = 1,25 – 0,8 = 0,45 (m) > zmin = 0,3m Hình 2-1: Các kích thước khung ngang 2.3 Sơ đồ tính khung ngang Do sức nâng cầu trục không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi, với đố độ cứng I1 Vì nhịp khung 33m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện đầu xà 6,5m Với đoạn xà dài 6,5m, độ cứng đầu cuối xà I I2 tương ứng (giả thiết độ cứng xà cột chỗ liên kết xà - cột nhau) Với đoạn xà dài 10m, độ cứng đầu cuối xà giả thiết I (tiết diện không đổi) Giả thiết sơ tỷ số độ cứng (tức tiết diện cấu kiện xà cột tiết diện khai báo phần mềm SAP2000 tiết diện chọn phần ví dụ tính tốn) Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết cột khung với móng ngàm mặt móng ( cốt ±0.000) Liên kết cột với xà ngang liên kết đỉnh xà ngang cứng Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hóa tính tốn thiên an tồn Sơ đồ tính khung ngang hình Hình 2-2: Sơ đồ tính khung ngang III./ Tải trọng tác dụng lên khung ngang: 3.1 - Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): Độ dốc i %=10 % góc dốc α =5,71 °( cosα=0,995 ; sinα=0,099) Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng lớp mái, trọng lượng thân xà gồ, trọng lượng thân khung ngang dầm cầu trục Trọng lượng thân lợp, lớp cách nhiệt xà gồ mái lấy 0,15 kN/m2 Trọng lượng thân xà ngang chọn sơ 1kN/m Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang 1,1.0,15.6 1, 05.1 2, 05( kN / m) 0,995 Hình 3-1: Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên Trọng lượng thân tôn tường xà gồ tường lấy tương tự với mái 0,15 kN/m2 Quy thành tải tập trung đặt đỉnh cột: 1,1 x 0,15 x x 15,5= 15,345 kN Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ kN/m Quy thành tải tập trung mơ men lệch tâm đặt cao trình vai cột:1,05 x x = 6,3 kN 6,3 x ( L1 – 0,5 x h ) = 6,3 x ( 1,25 – 0,5 x 0,55 ) = 6,14 kNm 3.2 - Hoạt tải mái: Theo TCVN 2737-1995 [2], trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công sửa chữa mái (mái lợp tôn) 0,3 kN/m2, hệ số vượt tải 1,3 Quy đổi tải trọng phân bố xà ngang: 1,3.0,3.6 2,35(kN / m) 0,995 Hình 3-2: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái Hình 3-3: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái phải 3.3 - Tải trọng gió: Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai thành phần gió tác dụng vào cột gió tác dụng mái Tải trọng gió tính theo cơng thức: q = γp.W0.k.ce.B.αH Trong đó: - γp: hệ số vượt tải tải trọng gió γp = 1,2 - w0: áp lực gió tiêu chuẩn, w0 = 0,83 kN/m2 cơng trình thuộc vùng gió II-a - k: hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao - ce: hệ số khí động, phụ thuộc vào hình dạng nhà - B: bước khung, B = 6m - αH: hệ số quy đổi, αH = 1,1 H = 15,5m (Giáo trình thiết kế khung thép nhà cơng nghiệp tầng, nhịp trang 21) - Địa hình B: z = H = 15,5 => k = 1,085 tra bảng III.2 trang 90 nội suy (Giáo trình thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp) Căn vào hình dạng mặt nhà góc dốc mái, hệ số khí động xác định theo sơ đồ bảng III.3 trang 91 Giáo trình thiết kế khung thép nhà cơng nghiệp tầng, nhịp H/L = 0,469 Nội suy ta có: ce1= -0,5057 ; ce2 = -0,4 ; ce3 = -0,5 Tải trọng gió tác dụng lên cột: + Phía đón gió: 1,2 x 0,83 x 1,085 x 0,8 x x 1,04 = 5,39 kN/m + Phía khuất gió:1,2 x 0,83 x 1,085 x 0,5 x x 1,04 = 3,37 kN/m Tải trọng gió tác dụng mái: + Phía đón gió:1,2 x 0,83 x 1,085 x 0,5057 x x 1,04 = 3,41 kN/m + Phía khuất gió:1,2 x 0,83 x 1,085 x 0,4 x x 1,04 = 2,7 kN/m Hình 3-4: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió xác định hệ số khí động Hình 3-5: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió trái sang Hình 3-6: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang 3.4 - Hoạt tải cầu trục