Đồ án kết cấu công trình thép

PHAN THÀNH TRUNGCHƯƠNG 1: KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệpKhung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I.. Mặt cắt dầm, cột cửa trời 1.3 Hệ giằn

Trang 1

MỤC LỤC

4.1.5 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng 45

Trang 2

5.1 Dầm mái 48

6.1.5 Thiết kế đường hàn liên kết cột vào bản đế 59

6.2.3 Kiểm tra liên kết hàng giữa bản bích – cột – vì kèo: 61

6.3.4 Kiểm tra liên kêt đường hàn bản bích và kèo: 63

Trang 3

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP GVHD: TS PHAN THÀNH TRUNG

CHƯƠNG 1: KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp

Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện không đổi liên kếtngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độdốc với góc dốc 6 o(tương đương với i 10%) Do tính chất làm việc của khung ngangchịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở

vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết

diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn 0.35 0.4 chiều dài nửa xà.Tiết diện còn lại lấy không đổi

Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều caocửa mái là 2m và chiều rộng cửa mái là 4m

Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang 1.1.1 Số liệu thiết kế

Thiết kế nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp có cầu trục chạy dọc theo chiều dài nhà xưởng, với các số liệu

Trang 4

Sức nâng của cầu trục: Q 5 T

Khoản

g cách

minZ

Bềrộnggabarit

kB

Khoản

g cáchbánh xe

kK

TrọnglượngcẩutrụcT

Trọnglượng

xe conT

Áplực

maxP

T

Áplực

minP

Trang 5

1.2 Xác định kích thước khung ngang

1.2.1 Chiều cao cột

Hình 1.3 Chiều cao cộtXem mặt móng ở cốt 0.000

Trang 6

bk 0.3 m

, khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

Chọn H2 1.3 m

Chiều cao phần cột trên được xác định như sau:

1.2.2 Chọn sơ bộ tiết diện

Dựa vào các công thức kinh nghiệm ta chọn sơ bộ các tiết diện sau

1.2.2.1 Tiết diện cột

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột a 0 Khoảng cách từ trục định vị trục raycẩu trục:

k 1

Trang 7

z L h 1000 750 250 mm z 180 mm

Thỏa mãn điều kiện an toàn

Trang 8

Hình 1.5 Mặt cắt vai cột1.2.2.2 Tiết diện xà mái

Chiều cao tại nút dầm máy kiên kết với cột

Trang 9

Bề dày bản bụng nên chọn vào khoảng 1

Tiết diện dầm mái tại nút khung là I 700 300 10 12

Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là I 450 300 10 12

Tiết diện dầm mái có thể ghi là I 700 450 300 10 12

Trang 10

- Cửa trời có tác dụng thông gió cho nhà xưởng Kích thước cửa trời phụ thuộc vào yêu

cầu thông thoáng của nhà Thông thường, bề rộng cửa trời trong khoảng 1/ 8 1/ 4 nhịp nhà

Trang 11

và chiều cao cửa trời bằng 1/2 bề rộng Theo đề bài, bề rộng cửa trời 4m chiều cao cửa trời là2m Cột và dầm mái cửa trời tiết diện chữ I với các thông số như sau :

- Chiều cao cột và dầm mái cửa trời là 200mm

- Bề rộng bản cánh cột và dầm mái cửa trời là 100mm

- Bề dày bản bụng của cột và dầm mái cửa trời là 8mm

- Bề dày bản cánh của cột và dầm mái cửa trời là 10mm

Tiết diện dầm cột cửa trời là I 200 100 8 10

Hình 1.9 Mặt cắt dầm, cột cửa trời1.3 Hệ giằng

- Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu khônggian, có các tác dụng:

- Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà;

- Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nhưgió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất xuống móng

- Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấu kiệnchịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,

- Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công

- Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột

Trang 12

Hình 1.10 Hệ giằng mái1.3.2 Hệ giằng cột

- Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột

bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió một cách nhanh chóng Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột,

hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột Do sức trục

Q = 5T, chọn tiết diện thanh giằng làm từ thanh thép tròn Φ25 Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà Chọn tiết diện thanh chống dọc theo độ mảnh λmax ≤ 200, chọn I20

Hình 1.11 Hệ giằng cột

Trang 13

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI VÀ SƯỜN

TƯỜNG2.1 Thiết kế xà gồ mái:

- Chọn tấm mái Tôn múi tráng kẽm có độ dày 0.7 mm, trọng lượn mái tôn

840 6.59 774.907 79.810 61.126 62.884 10.533 11.050 96.0 30.

8Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật sườn tường

- Lấy trọng lượng tiêu chuẩn xà gồ:

- Sơ đồ tính:

Trang 14

- Phân tải trọng theo 2 phương:

6.8 kN / cm f 21 kN / cm61.13 10.53

Trang 15

Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn

200Vậy độ võng xà gồ trong giớ hạn cho phép

840 6.59 774.907 79.810 61.126 62.884 10.533 11.050 96.0 30.8

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật sườn tường

- Lấy trọng lượng tiêu chuẩn xà gồ:

- Tải gió tác dụng lên sườn tường:

- Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió III-B, có áp lực tiêu chuẩn

2 0

W 1.25 kN / m

Trang 16

Với cao trình tại đỉnh cột là 9400 mm : k 0.9856

Trang 17

Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn

200Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép

Trang 18

CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG3.1 Tải trọng tác dụng lên khung

3.1.2.1 Hoạt tải sửa chửa mái:

- Hoạt tải gây ra do quá trình sửa mái (không bao gồm cấu kiện, máy móc)

Khoản

g cách

minZ

Bềrộnggabarit

kB

Khoản

g cáchbánh xe

kK

TrọnglượngcẩutrụcT

Trọnglượng

xe conT

Áplực

maxP

T

Áplực

minP

T

Trang 19

- Hệ số vượt tải (mục 5.8 TCVN 2737:1995): n= 1.1

- Hệ số tải cầu trục chế độ làm việc vừa và nhẹ nc 0.85

- Số lượng bánh xe: 2 bánh

Hình 2.1 Đường ảnh hưởng cầu trục lên vai cột

- Từ các kích thước của cầu trục Bk 4500(mm) và Kk 3800 (mm) ta có:

Trang 20

q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.

W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng III-B cóW0 1.25 kN / m

n = 1.2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao tra bảng 5

c: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu tra bảng 6

B: là bước khung

❖ Đối với trường hợp gió thổi ngang nhà:

Hình 2.2 Sơ đồ khí động của khung điển hình

(m) Hệ số k Hệ số c

Tải trọng tínhtoán kN/m

Trang 21

4 Mái cửa trời đón gió 12.82 1.0451 -0.48 -4.51

7 Cột cửa trời khuất gió 12.7 1.0355 -0.6 -5.59

8 Mái cửa trời khuất gió 12.82 1.0451 -0.4 -3.76Dấu “-” có nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung

3.2 Mô hình hóa khung ngang bằng Etab 9.7.1

3.2.1 Sơ đồ kết cấu

- Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng với liên kết giữa cột với móng là liênkết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng Nhịp tính toán khung lấy theo khoảngmép ngoài 2 trục cột

- Dùng phần mềm Etab v9.7.1 để mô hình kết cấu và phân tích nội lực khung Cột vàdầm được thay thế bằng các thanh tại trục phần tử

- Các liên kết giữa cột và dầm mái, đỉnh khung, cột cửa trời và dầm mái, cột cửa trời vàdầm mái cửa trời, đỉnh cửa trời là liên kết cứng

- Các tiết diện được khai báo theo kích thước sơ bộ đã chọn

- Tải trọng được gán vào khung theo các giá trị được tính toán ở trên

- Đặc trưng vật liệu: thép CCT 34, f = 21 kN/cm , E = 2.1x10 kN/cm 2 8 2

Hình 3.1 Sơ đồ khung ngang

Trang 22

STT Ký hiệu Ý nghĩa

6 TTRAID Áp lực ngang ở cột trái, hướng ra khung

7 TPHAID Áp lực ngang ở cột phải, hướng ra khung

8 GIOTRAI Gió thổi ngang nhà, hướng trái sang

9 GIOPHAI Gió thổi ngang nhà, hướng phải sang

Bảng 3.1 Kí hiệu tải trọng tác dụng lên khung ngang

3.3 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung

- Tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 3.2 Tĩnh tải tác dụng lên khung

Trang 23

- Hoạt tải mái trái (HTMT)

Hình 3.3 Hoạt tải mái trái

- Hoạt tải mái phải (HTMP)

Hình 3.4 Hoạt tải mái phải

Trang 24

- Áp lực lớn nhất tác dụng lên cột trái (DmaxT)

Hình 3.5 Áp lực lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

- Áp lực lớn nhất tác dụng lên cột phải (DmaxP)

Hình 3.6 Áp lực lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột phải

Trang 25

- Áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái chiều hướng ra khung (TmaxT+)

Hình 3.7 Lực hãm cầu trục tác dụng lên cột trái hướng ra ngoài khung

- Áp lực hãm ngang tác dụng lên cột phải chiểu hướng ra khung (TmaxP+)

Hình 3.8 Lực hãm cầu trục tác dụng lên cột phải hướng ra ngoài khung

Trang 26

- Tải trọng gió thổi từ trái sang (GIOTRAI)

Hình 3.9 Tải trọng gió thổi từ trái sang

- Tải trọng gió thổi từ phải sang (GIOPHAI)

Hình 3.10 Tải trọng gió thổi từ phải sang

Trang 27

- Moment do tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 3.11 Moment do tĩnh tải tác dụng lên khung

- Moment do hoạt tải mái trái tác dụng lên khung

Hình 3.12 Moment do hoạt tải mái trái tác dụng lên khung

Trang 28

- Moment do hoạt tải mái phải tác dụng lên khung

Hình 3.13 Moment do hoạt tải mái phải tác dụng lên khung

- Moment do lực hãm tác dụng lên cột phải hướng vào khung

Hình 3.14 Moment do lực hãm tác dụng lên cột phải hướng vào khung

Trang 29

- Moment do lực hãm tác dụng lên cột phải hướng ra khung

Hình 3.15 Moment do lực hãm tác dụng lên cột phải hướng ra khung

- Moment gió trái

Hình 3.16 Moment do gió trái gây ra

Trang 30

- Moment gió phải

Hình 3.17 Moment do gió phải gây ra

- Moment do cầu trục tác dụng lớn nhất lên cột trái

Hình 3.18 Moment do cầu trục tác dụng lớn nhất lên cột trái

Trang 31

- Moment do cầu trục tác dụng lớn nhất lên cột phải

Hình 3.19 Moment do cầu trục tác dụng lớn nhất lên cột phải

- Biểu đồ moment

Hình 3.20 Biểu đồ moment

Trang 32

Biểu đồ lực cắt

Hình 3.21 Biểu đồ lực cắtBiểu đồ lực dọc

Hình 3.22 Biểu đồ lực dọc3.4 Tổ hợp nội lực:

- Có 2 loại tổ hợp nội lực cơ bản theo TCVN 2737:1995:

+ Trường hợp cơ bản 1 bao gồm nội lực do tĩnh tải và một loại hoạt tải gây ra, giátrị hoạt tải được lấy toàn bộ

Trang 33

+ Trường hợp cơ bản 2 bao gồm nội lực do tĩnh tải và 2 loại hoạt tải gây ra trở lên.Các giá trị hoạt tải được nhân với hệ số tổ hợp là 0 9.

- Quy tắc tổ hợp tải trọng:

+ Tĩnh tải có trong mọi trường hợp tải trọng

+ Nếu tổ hợp lực có hãm T thì phải kể đến D , T phải nằm cùng phía với D max max+ Có thể kể đến Dmax mà không có T (khi xe con đứng yên và cẩu hàng)

+ Tại mỗi tiết diện cần tìm ra 4 cặp nội lực sau:

max tu tu min tu tu max tu tu max tu, tu

HTmáiphải

trái

Dmaxphải

T maxtrái

T maxphải

Trang 35

Trang 36

N -63.22 13.6 -63.22 -64.82 -66.56 -66.56

Bảng 3.3 Các giá trị nội lực gây bất lợi nhất cho khung ngang

3.5.1 Kiểm tra chuyển vị

3.5.1.1 Kiểm tra chuyển vị ngang

- Theo mục 5.3.4 TCVN 5575 – 2012chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng không vượt quá 1/300 chiều cao khung Kiểm tra theo TTGH II nên dùng tải trọng tiêu chuẩn

- Chuyển vị ngang tại đỉnh khung ứng với tải trọng thường xuyên và tải trọng gió

Thoả điều kiện chuyển vị

3.5.1.2 Kiểm tra chuyển vị theo phương đứng

- Theo Bảng 1 TCVN 5575 -2012, chuyển vị đứng của dầm mái không được vượt quá 1/400 nhịp của dầm mái

- Chuyển vị đứng lớn nhất tại dầm mái ứng với tải tổ hợp tải trọng thường xuyên và hoạt tải chất đầy

L 27000

400 400Thoả điều kiện chuyển vị

Trang 37

Trang 38

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỘT4.1 Kiểm tra tiết diện cột

4.1.1 Nội lực và tiết diện:

x

1462735180

)I

Trang 39

0

- Chiều dài tính toán theo phương x:

- Chiều dài tính toán của cột phụ trong mặt phẳng khung thuộc vào sơ đồ tính và nội lực

dọc trong cột, đối với cột tiết diện không đổi là: lx H

+ Trong đó:

H là chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột

là hệ số chiều dài tính toán

- Chiều dài tính toán theo phương y:

- Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (l ) lấy bằng khoảng ycách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang)

y

L 1.5 m

(Bước xà gồ vách)4.1.2 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mãnh

Trang 40

Thỏa điều kiện độ mảnh.

4.1.3 Kiểm tra điều kiện bền:

- Kiểm tra điều kiện bền theo công thức sau:

2 x

MN

min

147.03 119.04 100

4.76kN / cm 21kN / cm156.6 3900

4.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tồng thể

4.1.4.1 Trong mặt phẳng khung

- Ổn định tổng thể của cột trong mặt khung được xác định theo công thức:

c e

N

A f

Trang 41

726 10f

- TH2: Mmin 353.29 kN.m , Ntu 168.20 kN ,Qtu 77.86 kN ,TH83+ Độ lệch tâm tương đối mx

2 x

726 10f

Trang 42

2 2 e

N 168.20 9.26kN / cm 21kN / cm

A 0.116 156.6Thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

- TH3: Nmax 224.03 kN ,Mtu 241.36 kN.m ,Qtu 68.61 kN ,TH32+ Độ lệch tâm tương đối mx

2 x

x x

Trang 43

+ Hệ số uốn dọc ngoài mp uốn:

x x

Trang 44

(M là moment tại vị trí 1/3 chiều cao cột trong cùng trường hợp tải)1/3+ Độ lệch tâm tương đối:

x x

Thỏa điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

Vậy thỏa điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

4.1.5 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng

Trang 45

+ Trong đó: là độ mảnh giới hạn của bản bụng cột, xác định theo mục 7.6.2 TCVN 5575:2012

M 353.29(kN.m)

N 118.20(kN)

V 77.86(kN)

tu max tu

MPa

74.2045.591.61 1

MPaMPa

Trang 46

10.72 MPa0.42h226.36 120.17t

Chọn w w

h120.17

9.45 MPa0.4h233.11 120.17t

Chọn w w

h120.17

Trang 47

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ XÀ NGANG5.1 Dầm mái

5.1.1 Tiết diện tại nách khung

- Tiết diện dầm mái là: I 700 450 300 10 12

5.1.1.2 Đặc trưng hình học tiết diện dầm

- Moment quán tính của tiết diện:

x

1109535413

)I

00

Trang 48

5.1.1.3 Kiểm tra điều kiện bền:

- Độ lệch tâm tương đối mx

Thoả điều kiện bền theo ứng suất pháp

- Kiểm tra điều kiện theo ứng suất tiếp (điều kiện chịu cắt):

2 max

Thoả điều kiện bền theo ứng suất tiếp

- Kiểm tra điều kiện bền khi tiết diện bị cắt uốn đồng thời:

2w

Trang 49

2c

σ = 1.15×γ×f = 1.15×1×21 = 24.15 (kN/cm )

- Kết luận: σ < σtd

Thoả điều kiện bền theo ứng suất tương đương

5.1.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể

- Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện (theo bảng 13, TCVN 5575:2012):

Không cần gia cố sườn ngang

5.1.2 Tiết diện tại đỉnh khung

- Tiết diện dầm mái có thể ghi là: I 700 450 300 10 12

Trang 50

Hình 1.7 Mặt cắt dầm không thay đổi

- Do lực dọc trong dầm mái rất nhỏ nên thông thường tổ hợp nguy hiểm nhất là tổ hợp

có mô men lớn nhất

5.1.2.1Nội lực kiểm tra tiết diện đỉnh khung

5.1.2.2 Đặc trưng hình học tiết diện dầm

- Moment quán tính của tiết diện:

x

40982958

)I

5.1.2.3 Kiểm tra điều kiện bền:

• Kiểm tra điều kiện theo ứng suất pháp (điều kiện chịu uốn):

2max

c

σ = γ×f = 1×2100 = 2100 (daN/cm ) 21 kN cm/

Trang 51

- Kết luận max

Thoả điều kiện bền theo ứng suất pháp

- Kiểm tra điều kiện theo ứng suất tiếp (điều kiện chịu cắt):

2 max

Thoả điều kiện bền theo ứng suất tiếp

- Kiểm tra điều kiện bền khi tiết diện bị cắt uốn đồng thời:

2w

σ = 1.15×γ×f = 1.15×1×21 = 24.15 (kN/cm )

- Kết luận: σ < σtd

Thoả điều kiện bền theo ứng suất tương đương

5.1.2.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể

- Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện (theo bảng 13, TCVN 5575:2012):

Tiêu đề	Đồ án kết cấu công trình thép
Tác giả	Huỳnh Hoàng Phong
Người hướng dẫn	TS. Phan Thành Trung
Thể loại	Đồ án

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	3,92 MB