Trang 6 Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng nhằm đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng.. Cấu tạo Hệ giằng trong nhà công nghiệ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ KHOA KIẾN TRÚC – XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHĨM TRẦN CHÍ DƯƠNG 188577 NGUYỄN NHẤT DUY 189688 PHAN ANH DUY 188347 HỒNG KHÁNH DUY 188740 MỤC LỤC SỐ LIỆU THỐNG KÊ (H7L6Q5) TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA CỬA KHUNG NGANG 1.1 1.2 1.3 1.4 Thông số cầu trục: Kích thước theo phương đứng: Kích thước theo phương ngang: Sơ đồ kế cấu khung ngang: 6 7 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN 2.1 Hệ giằng 2.1.1 Nhiệm vụ hệ giằng 2.1.2 Cấu tạo 2.2 Thiết kế Tole 2.2.1 Sơ đồ tính Tole 2.2.2 Tải trọng lên Tole 10 2.2.3 Nội lực kiểm tra tiết diện Tole sóng 11 SỐ LIỆU THIẾT KẾ ( H7L6Q5) Sức Ch.cao Kh Bề rộng Bề T.lượn T.lượn Nhịp áp lực Áp lực Thiết kế khung ngangCách chịu lựcgabarit nhà công tầng, 1gnhịp trục gabarit rộngnghiệpg 1cầu xe với số liệu cho Lk Pmax Pmin Q nhƣ sau: Hk Lk Bk đáy Kk trục G Gxe trƣớc (m) (kN) (kN) (T) (mm) (mm) (mm) (mm) (T) (T) - Cao trình đỉnh ray: Hr = +8 (m) 10 19,5 960 180 3830 2900 7,16 0,803 67,5 18,3 - Nhịp nhà : L = 21 (m) - Sức nâng cầu trục: Q= 10 (T), nhà có cầu trục hoạt động, chế độ làm việc trung bình - Bước cột: B = (m) - Độ dốc mái: i = 15 % - Chiều dài nhà: 102 (m), nhà có 17 bước cột - Phân vùng gió: II-A (Địa điểm xây dựng TP.Cần Thơ) - Vật liệu thép CCT34 có cường độ: f = 21 (kN/cm2) fv = 12 (kN/cm2) fc = 32 (kN/cm2) - Hàn tay, dùng que hàn N42 TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG TCVN 5575-2012 : Tiêu chuẩn kết cấu thép TCVN 2737-1995 : Tải trọng & tác động CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1.1 Thông số cầu trục: Từ số liệu ban đầu: nhịp nhà L= 21 m, sức nâng cầu trục Q= 10 T, tra bảng catalogue cầu trục để chọn cầu trục phù hợp 1.2 Kích thước theo phương đứng: Chiều cao cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà: H = H1 + H2 + H3 = + 1,3 + = 9,3 m Trong đó: H1 : cao trình đỉnh ray, H1 = (m) H3 : phần cột chơn cốt nền, coi mặt móng cốt 0.000 (H3 = 0) H2 : chiều cao từ mặt ray đến mép xà Được tính: H2 = Hk + bk = 960+300 = 1260 mm, chon H2 = 1300 mm Với: + Hk = 960 (mm) : theo thông số cầu trục chọn + bk = 300 (mm) : khe hở an toàn cầu trục xà ngang Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà : Ht = H2 + Hdct + Hr = 1,3 + 0,6 + 0,2 = 2,1 m Trong đó: Hdct : chiều cao dầm cầu trục,Hdct = (1/8 1/10) x B = 0,75 0,6 chọn sơ Hdct = 0,6 m Hr : chiều cao tổng cộng ray đệm ray, thường lấy 0.2 m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: Hd = H – Ht = 9,3 – 2,1 = 7,2m 1.3 Kích thước theo phương ngang: - Với Q = 10T < 30T nên coi trục định vị trùng với mép cột (a = 0) - Coi trục định vị trùng với mép cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: L1 = = = 0,75m Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng: H = xH = x9,3 = (0,62 0.465) m Chọn h = 0,5 (m) Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: D = L1 – h = 750 - 500 = 250 mm > Dmin = 180mm 1.4 Sơ đồ kết cấu khung ngang: Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện khơng đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu kiến trúc thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc i = 15 % Do tính chất làm việc khung ngang chịu tải trọng thân tải trọng gió chủ yếu, nên thông thường nội lực xà ngang vị trí nách khung thường lớn nhiều nội lực vị trí nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách cột biên đoạn 10m Do yêu cầu thiết kế nên khung có căng, chọn sơ tiết diện căng Ø 40 dày 4mm vị trí căng đoạn thay đổi tiết diện dầm xà ngang CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN 2.1 Hệ giằng 2.1.1 Nhiệm vụ hệ giằng Hệ giằng nhà công nghiệp đóng vai trị quan trọng: Đảm bảo độ cứng không gian nhà Ổn định hệ khung dựng lắp Giảm bớt chiều dài tính tốn xà cột theo phương ngồi mặt phẳng, từ tăng ổn định tổng thể cho khung ngang Truyền tải trọng gió lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng nhằm đảm bảo làm việc không gian hệ thống khung nhà xưởng 2.1.2 Cấu tạo Hệ giằng nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm hai phận hệ giằng mái hệ giằng cột 2.1.2.1 Hệ giằng cột Hệ giằng cột đảm bảo bất biến hình độ cứng toàn nhà theo phương dọc, chịu tải trọng tác dụng dọc nhà đảm bảo ổn định cột Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí khối nhà hai đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió cách nhanh chóng Hệ giằng cột bố trí theo hai lớp Hệ giằng cột bố trí từ mặt dầm hảm đến đỉnh cột, hệ giằng cột bố trí từ mặt đến mặt dầm vai Theo tiết diện cột, hệ giằng cột đặt vào bụng cột Do sức trục Q=10T, chọn tiết diện giằng làm thép trịn 25 Trên đỉnh cột bố trí chống dọc nhà Cao trình đỉnh ray 11m, bố trí thêm chóng dọc nhà vị trí cao độ +5.500m Chọn tiết diện chóng dọc theo độ mảnh max 200, chọn 2C20 2.1.2.2 Hệ giằng mái Hệ giằng mái bố trí hai giang đầu nhà chổ có hệ thống giằng cột Hệ giằng mái bao gồm giằng xiên chống, yêu cầu cấu tạo chống có độ mãnh max 200 Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện 25, chống chọn 2C20 Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía (để giữ ổn định cho xà chịu tải bình thường – cánh xà chịu nén) Khi khung chịu tải gió, cánh xà chịu nén nên phải gia cường chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách bước xà gồ lại bố trí chống xiên Tiết diện chống chọn 2C20, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800mm Ngồi bố trí chống dọc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi thi công lắp ghép 2.2 Thiết kế tole: - Chọn bước xà gồ (lấy từ đến 2m)= m , tức ta có 24 xà gồ 2.2.1 Sơ đồ tính tole - Dầm liên tục 24 nhịp , gối đỡ xà gồ - Sơ chọn tole dợn sóng dày 0,5 mm 2.2.2 Tải trọng lên tole 2.2.2.1 Tải trọng gió (xem trần thị thôn trang 374 ) - Ta có i =15 % => α= 8,5o Dựa vào tỉ số: = = 0,44 góc = 8,5° tra bảng ( TCVN 2737-1995) ta chọn hệ số khí động theo sơ đồ 2.Ta chon trượng hợp gió bốc mái với hướng gió thổi đầu hồi ( = 900 ) Ta hệ số khí động Ce1= -0,442, Ce2= -0,4, Ce3 = -0,5 (Các thông số lấy theo sơ đồ bảng TCVN 2737-1995) Xét tải trọng tác dụng lên tole ta lấy c = -0,7 q1 = qc.n.k.B.c= 83 x 1,2 x 1,165 x x (-0.7)= -81,22 daN/m Với : k= 1,165 tra bảng (TCVN 2737-2012) lấy theo địa hình B B= m : bề rộng tính tốn tole sóng c = -0,7 n: Hệ số tin cậy tải trọng gió theo mục 6.3 TCVN 2737 – 1995, lấy n =1,2 qc = W0 = 95 - 12 = 83 daN/m2 : áp lực gió tiêu chuần khu vực II-A ( TP Cần Thơ) Đối với vùng ảnh hưởng bão đánh giá yếu (phụ lục D, TCVN 27371995), giá trị áp lực gió Wo giảm 10 daN/m2 vùng I-A, 12 daN/m2 vùng II-A 15daN/m2 vùng III-A 2.2.2.2 Hoạt tải mái q2 = pc.n.B= 30 x 1,3 x = 39 daN/m Với: pc : hoạt tải tiêu chuẩn mái tole n: hệ số vượt tải lấy n = 1,3 B = m : bề rộng tính tốn tole sóng 2.2.2.3 Trọng lượng tole sóng q3= gc.n.B= (1,2xδxt).n.B= (1,2x0,0005x7850)x1,1x1= 5,18 daN/m Với: gc : trọng lượng mái tole δ : Bề dày tole t : trọng lượng riêng thép n : hệ số vƣợt tải lấy n = 1.1 B = m : bề rộng tính tốn tole sóng 2.2.2.4 Tổng tải trọng tác dụng lên tole Tổ hợp : hoạt tải + tỉnh tải q(1)= q2 + q3 = 39 + 5,18 = 44,18 daN/m qc(1)= + = + = 34,7 daN/m Tổ hợp : gió + tỉnh tải q(2)= q1 + q3 = - 81,22 + 5,18 = -76,04 daN/m qc(2)= + = + = -62,97 daN/m => Trong trường hợp ta sử dụng tải trọng trường hợp để kiểm tra 2.2.3 Nội lực kiểm tra tiết diện tole sóng - Nội lực Dùng công thức lập sẵn dầm liên tục nhiều nhịp chịu tải phân bố điều ta có : Mmax= = = 6,34 daN.m Với + q: chọn từ tổ hợp + l =1 m : nhịp tính toán tole ( bước xà gồ chia cosα) - Đặc trưng hình học tole F=1,2 x 0,05x100 = cm2 Jx= 8x(2x0,05x1,652) + 7x(6,4x0,05x0,852) + 16x(0,05x ) = 4,84 cm2 Wx= = = 2,93 cm3 - Kiểm tra độ chịu uốn sóng tơn = = = 216,4 daN/cm2 = 216,4 daN/cm2 < R. = 3285 =3285 daN/cm2 - Kiểm tra độ võng tole sóng f= qc(2) = + = + = 62,97 daN/m => f = x = 0,081 Ta xét = = 0,00081 < [] = = 0,05 Kết luận : với khoảng cách xà gồ ( chiều dày nhịp tole )là 1m ta chọn chiều dày 0,5 mm thoả mãng độ bền lẫn độ võng Tuy nhiên chọn chiều dày tole cần lưu ý đièu kiện chống rỉ tole 10 2.3 THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI: Xà gồ cấu kiện chịu uốn xiên dùng thép hình cán nóng dạng chữ I chữ [ chữ Z Với nhà có bƣớc khung khơng q lớn B = (m) ta chọn xà gồ dạng thép cán nóng loại chữ [ có số hiệu 6CS4x0.85 Ta có thơng số sau: D = 150 (mm); B = 102 (mm); t = 2.2 (mm); d = 21.2 (mm); R = 4.8 (mm); Diện tích tiết diện: 8.19 (cm2); Ix = 327.99 (cm4); Wx = 43.732(cm3); Iy = 114.46 (cm4); Wy = 17.42 (cm3); x0= 3,63 (cm) Trọng lượng thân xà gồ : gxg = 6,38 (kg/m) 2.3.1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ a) Tải trọng gió q1 = qc.n.k.B.c= 83x1,2x1,165x1x(-0.7)= -81,22 daN/m.( theo mục số 2.2.2.1) b) Trọng lượng lợp : Tole dày t = zem = 5x10-4m , lớp cách nhiệt có gcn = daN/m2 gtl= t 7850+gcm=5x10-4x1.2x7850+2 = 6,71 daN/m2 c) Trọng lượng thân xà gồ là: gxg = 6,38 (daN/m) d) Hoạt tải sửa mái: q2= pc.n.B= 30x1.3x1= 39 daN/m pc= 30 (daN/m2) theo TCVN 2737:1995 e) Tổ hợp tải tác dụng lên xà gồ: 11 - Tổ hợp 1: hoạt tải + tĩnh tải q(1) = q2 + gxg + gtl = 39 + 6,38 + 6,71 = 52,1 daN/m qc(1) = q2/np + gxg + gtl = 39/1,3 + 6,38 + 6,71 = 43,1 daN/m - Tổ hợp 2: gió bốc ( =900) + tĩnh tải q(2) = q1 + gxg + gtl = -81,22 + 6,38 + 6,71 = -68,13 daN/m qc(2) = q1/np + gtl + gxg = -81,22/1,3 + 6,38 + 6,71 = -49,4 daN/m Chọn kết tải trọng tổ hợp để tính xà gồ 2.3.2 Nội lực xà gồ Thanh xà gồ tính tốn dầm liên tục dầm đơn giản nhận xà ngang làm gối đỡ Ta sử dụng thép tròn 20 để làm giằng xà gồ xem gối đỡ xà gồ liên tiếp Độ dốc mái i = 15%; nhịp L= 21 m góc = 8,6 ( sin = 0,15 ; cos = 0,989) .hình - Nội lực xà gồ tính tốn theo hai phƣơng x-x, y-y: Mx= = = 303,21 daN.m Mx= = = 11,5 daN.m Kiểm tra điều kiện bền = + = + = 759,4 daN/cm2 < f.c = 2100 daN/cm2 Với : c = hệ số điều kiện làm việc - Kiểm tra điều kiện độ võng fx = = = 1,2 cm f y= = = 0,52 cm f = = = 1,31 cm Ta xét = = 0,0022 < [] = = 0,05 Vậy chọn xà gồ thỏa mãn điều kiện bền độ võng 2.4 HỆ SƯỜN TƯỜNG 2.4.1 Chọn tiết diện 12 Hệ sườn gồm có dạng chủ yếu Hệ sườn tường cho vách che tole sử dụng thép có tiết diện thơng thường : chữ C, chữ Z, chữ I, thép hộp Hệ sườn tường đỡ tường gạch xây thường dùng thép chữ I Vì nhà có bước khung khơng q lớn B = (m), dựa vào catalo sườn tường, chọn sườn Tường tiết diện chữ C có số hiệu 6CS4x0.85 có đặc trưng tiết diện hình học sau: D = 150 (mm); B = 102 (mm); t = 2,2 (mm); d = 21,2 (mm); R = 4,8 (mm); Diện tích tiết diện: 8,19 (cm2); Ix = 327,99 (cm4); Wx = 43,732(cm3); Iy = 114,46 (cm4); Wy = 17,42 (cm3); x0= 3,63 (cm) Trọng lượng thân sườn tường: gst = 6,38 (kg/m).2.4.2 Tải trọng tác dụng lên sườn tường Tải trọng tác dụng lên sườn tường gồm có: trọng lượng vách (tole), trọng lượng thân dầm sườn tường tải trọng gió Ta chọn khoảng cách dầm sườn tường a =1m ta cần bố trí: Đối với nhà: nst= 1+(9,3/1) = 10,3 => chọn 11 dầm sườn tường 2.4.2.1 Theo phương đứng: (theo phƣơng trục x-x) Dầm sườn tường chịu trọng lượng thân trọng lượng vách: =gtc.a+gst=(0,0005×7850)×1+6,38=10,3 (kg/m) = gtc.a.ng+gst.nst=(0,0005×7850)×1×1,2+6,38×1,1=11,7 (kg/m) Trong đó:nst = nxg = ng = 1,1 13 2.4.2.2 Theo phương ngang: (theo phương trục y-y) Dầm sườn tường chịu tải trọng gió: == Wo.k.c.a = 83x1,165x0,8x1 = 77,36 (kG/m) == Wo.k.c.a.n = 83x1,165x0,8x1x1.2 = 92,83 (kG/m) Trong đó: W0 = 83: áp lực gió vùng II-A (TP Cần Thơ) K = 1,165 : Hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng địa hình c=Ce= 0,8: Hệ số khí động, chọn trường hợp nguy hiểm đầu hồi đón gió n = 1,2: Hệ số vượt tải 2.4.2.3 Tính tốn - Thanh dầm sườn tường tính tốn dầm đơn giản nhận cột làm gối đỡ - Nội lực dầm sườn tường tính tốn theo hai phương x-x; y-y: MX=(.)/8=(11,7×62)/8= 52,65 (kg.m) My=(.)/8=(92,83×62)/8= 417,74(kg.m) Với: lx = ly = B = (m) 2.4.2.4 Kiểm tra tiết diện sườn tường - Kiểm tra điều kiện bền WX = 43,732(cm3); 14 WY = 17,42 (cm3); = + = + = 1257,5 (kG/cm2) < f γc=2100 (kG/cm2) Với : γc = hệ số điều kiện làm việc => Dầm sườn tường thỏa điều kiện bền - Kiểm tra điều kiện độ võng ∆X = = x = 0,72 (cm) ∆y = = x = 1,9 (cm) ∆ == = (cm) = = 0,003 < [] = = 0,005 => Dầm sườn tường thỏa điều kiện độ võng Vậy chọn tiết diện sườn tường chọn đạt yêu cầu CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 3.1 Tĩnh tải: Độ dốc mái i = 15% góc α = 8,6 (sinα = 0,15 ; cosα = 0.989) Tải trọng thân: chương trình sap tự tính toán ta khai báo tiết diện cột xà ngang, n = 1,05 (Dựa theo bảng TCVN 2737-1995) Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang: bao gồm trọng lượng lớp mái, trọng lượng thân xà gồ, sườn tường, trọng lượng thân khung ngang, giằng cột dầm cầu trục Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang: Trọng lượng thân lợp ( tole lớp cách nhiệt ) xà gồ mái tính 1(m) dài sau ( không kể đến trọng lượng thân xà ngang): gtlngB qtl+xg = + nggxgB = + 1,1× 6,38 × = 86,9 (daN/m) Trọng lượng thân xà ngang chọn sơ 100 (kG/m) Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang: q = qtl+xg + 1,1 × g.xng = 86,9 + 1,1 × 100 = 196,9 (daN/m) Trọng lượng thân hệ sườn tường quy thành tải tập trung đỉnh cột biên (bao gồm 11 dầm tole): 15 Qst = 1,1gtc.B.H + 1.1ndst.gdst.B = 1,1 × 6,71 × × 9,3 + 1,1 × 11 × 6,38 × = 875,05 daN Trọng lượng thân giằng cột giằng đầu cột quy thành tải tập trung đỉnh cột biên: Qgc = 1,1 × 6,38 × + 1,1 × 6,38 × = 84,2 (daN) Tổng tải trọng tập trung đỉnh cột biên là: Q = Qst + Qgc = 875,05 + 84,2 = 959,25 (daN) Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ 100 (kG/m) Quy thành tải tập trung mơment lệch tâm đặt cao trình vai cột: Qdct = 1,05 × gdct × B = 1,05 × 100 × = 630 (daN) Mdct = 630 × ( L1 – 0,5h ) = 630 × (0,75 – 0,5 × 0,45) = 331 (daN.m) 3.2 Hoạt tải mái: Theo TCVN 2737:1995, trị số hoạt tải thi công sửa chữa mái (mái tole) 30 (daN/m2), hệ số vượt tải 1,3 16 Quy đổi tải trọng phân bố xà ngang : qht = = = 236,6 (kG/m) 17 3.3 Hoạt tải cầu trục: Theo bảng số liệu cầu trục 10 (T) với chế độ làm việc trung bình: Sức trục Q (T) 10 Nhịp LK (m) 19.5 Ch.cao gabarit HK (mm) 960 Kh.cách Bề rộng Zmin Bề rộng gabarit BK T.lượng xe Áp lực Áp lực đáy KK T.lượng cầu trục Pmax Pmin (mm) (mm) (mm) G (T) Gxe (T) (kN) (kN) 180 3830 2900 7,16 0,803 67,5 18,3 Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng lực hãm ngang xác định sau: 3.3.1 Áp lực đứng cầu trục: 18 Tải trọng thẳng đứng bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục xác định cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm xếp bánh xe cầu trục sát vào vị trí bất lợi nhất, xác định tung độ yi đường ảnh hưởng, từ xác định áp lực thẳng đứng lớn nhỏ bánh xe cầu trục lên cột: Sơ đồ chất tải để xác định Dmax, Dmin Dmax = nc.γp ∑Pmax γi = 0,85 × 1,1 × 67,5 × 2,73 = 172,3 kN = 17230 daN Dmin = nc.γp ∑Pmin.γi = 0,85 × 1,1 × 18,3 × 2,73 = 46,71 kN = 4671 daN Với: Σyi = y1 + y2 + y3 + y4 = + 0,52 + 0,845 + 0,362 = 2,73 Trong đó: γp: hệ số vượt tải họat tải cầu trục γp=1.1 nc: hệ số tổ hợp, lấy 0.85 xét tải trọng hai cầu trục làm việc chế độ làm việc nhẹ trung bình Pmax: áp lực lớn tiêu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray Pmin: áp lực nhỏ tiêu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray phía cột bên yi : tung độ đường ảnh hưởng Các lực Dmax Dmin thông qua ray dầm cầu trục truyền vào vai cột, lệch tâm so với trục cột : e = a + L1 – 0,5h = + 0,75 – 0,5 × 0,5 = 0,5 (m) 19 Với: +a khoảng cách từ mép cột đến trục định vị, lấy a=0 (trục định vị trùng với mép cột) +L1: Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục, L1 = (750 1000) mm với sức trục 30T, tùy thuộc bề rộng nhịp nhà +h: chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng, thường chọn khoảng 1/15 ÷ 1/20 chiều cao cột (1/15 ÷ 1/20) × 9,3 = 6,2 ÷ 0,465 Trị số momen lệch tâm tương ứng: Mmax = Dmax.e = 17230 × 0,5 = 8615 daN.m = 8,615 T.m Mmin = Dmin e= 4671 × 0,5 = 2335,5 daN.m = 2,336 T.m 20