phần thuyết minh đồ án kết cấu thép

Kích thướt nóc gió cửa trời :Vì khung nóc gió cửa trời không thuộc kết cấu chịu lực nên có thể chọn kích thước sơ bộ như sau:Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không

1.4.Thiết kế xà gồ và sườn tường: 10

1.4.1Thiết kế sườn tường: 10

1.4.1.Thiết kê xà gồ mái: 12

CHƯƠNG 2 : TẢI TRỌNG 15

2.1 Tĩnh tải: 15

2.2 Hoạt tải: 15

2.2.1 Hoạt tải sửa chửa mái: 15

2.2.2 Hoạt tải cầu trục: 15

2.2.3 Tải trọng gió: 16

CHƯƠNG 3 : NỘI LỰC KHUNG: 19

3.1 Mô hình hóa khung ngang bằng SAP2000: 19

4.1 Kiểm tra tiết diện cột 43

4.1.1 Nội lực và tiết diện: 43

4.1.2 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mãnh: 44

4.1.3 Kiểm tra điều kiện bền: 45

4.1.4 Kiểm tra ồn định tổng thể trong mặt phẳng uốn: 46

4.1.5 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn: 47

4.1.6 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng: 49

4.1.7 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh: 51

4.2 Kiểm tra tiết diện nách kèo: 51

4.2.1 Nội lực và tiết diện: 51

4.2.2 Kiểm tra điều kiện bền: 52

4.2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể: 53

4.2.4 Kiểm tra ổn định cục bộ bảng bụng: 53

4.2.5 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh: 53

4.3 Kiểm tra tiết diện đỉnh kèo: 54

4.3.1 Nội lực và tiết diên: 54

4.3.2 Kiểm tra ổn định tổng thể: 55

4.3.3 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng: 56

4.3.4 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh: 56

4.4 Tính toán và kiểm tra tiết diện vai cột: 56

4.4.1 Chọn tiết diện vai cột: 56

4.4.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện đã chọn: 57

4.4.3 Kiểm tra ổn định tổng thể: 58

4.4.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản bụng: 58

4.4.5 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh: 58

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CHI TIẾT LIÊN KẾT 59

5.1 Liên kết chân cột với ngàm móng: 59

5.1.1 Nội lực tính toán: 59

5.1.2 Tính bản đế : 59

5.1.3 Tính sườn ngăn : 61 2

5.1.4 Tính dầm đế : 62

5.1.5 Tính bulông neo : 63

5.1.6 Tính liên kết hàn chân cột vào bản đế: 64

5.2 Liên kết vì kèo vào cột: 65

5.2.1 Nội lực tính toán và khả năng chịu kéo của bulông: 65

5.2.2 Khả năng chịu cắt của bulông: 66

5.2.3 Xác định chiều dày bản bích: 66

5.2.4 Kiểm tra liên kết hàng giữa bản bích – cột – vì kèo: 67

5.3 Liên kết đỉnh kèo: 67

5.3.1 Nội lực tính toán và khả năng chịu kéo của bulông: 67

5.3.2 Khả năng chịu cắt của bulông : 68

5.3.3 Xác định chiều dày bản bích: 69

5.3.4 Kiểm tra liên kêt đường hàn bản bích và kèo: 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

3

PHẦN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Loại cầu trục : có xe con Sức nâng của cầu trục: 25T

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚT KHUNG 1.1.1 Chọn sơ bộ kích thướt dầm cầu chạy:

Tải trọng cẩu trục Q = 25 (T), bước khung là 6 (m), ta chọn sơ bộ kích thướt dầm cầu chạy: Kích thướt khung theo phương đứng: Chiều dài cột dưới:

Chiều cao từ mạt ray cẩu trục đến đấy xà ngang: H2 = Hk + b = 1380 + 200 = 1580mmk

5

Trong đó: b : khe hở an toàn giữa cẩu trục và xà ngang ( lấy không nhỏ hơn 200, chọnk

bk =200mm ) Chọn H = 1600mm2

Chiều cao của cột khung tính từ mặt móng đến đáy xà ngang H= H + H + H123 = 8500 + 1600 + 0 = 10100 mm Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray H1 = 8.5 m

H3- phần cột chô dưới nên, coi mặt móng ở cos ±0.000 m (H )3

Chiều cao của phần cột tính từ mặt trên của vai cột đến đáy xà ngang

Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung chọn h = 300mm Vậy chiều cao của dầm mái đều tại nút2

khung và tại đỉnh khung

Bề rộng tiết diện b = 1

Chọn b = 300mm

Bề dày bản bụng nên chọn vào khoảng (1/100 ÷ 1/70)h và để đảm bảo điều kiện chống gỉ1

không nên chọn bé hơn 6 mm

Tiết diện dầm mái tại nút khung là: I – 600×300×8×10 Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là: I-400×300×8×10 Tiết diện dầm mái có thể ghi là: I-(600~400)×300×8×10 1.2.3 Kích thướt nóc gió (cửa trời) :

Vì khung nóc gió (cửa trời) không thuộc kết cấu chịu lực nên có thể chọn kích thước sơ bộ như sau:

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 như gió 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 kiện chịu 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 1.3.1 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 = 25T, 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

1.3.2 Hệ giằng mái:

Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có độ mảnh λmax ≤ 200 Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện Φ25, thanh chống chọn I30 Theo chiều 8

cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén) Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên Tiết diện thanh chống chọn L 75x75x8, điểm liên kết với xà gồ Ngoài ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện I20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép.

Hình 1 1 Hệ giằng mái

9

1.4 Thiết kế xà gồ và sườn tường: 1.4.1 Thiết kế sườn tường:

Bảng 1 2 Thông số kỹ thuật sườn tường

Lấy trọng lượng tiêu chuẩn xà gồ: g =0.1(KN/m )tcxg 2

Chọn khoảng cách bố trí giữa các sườn là a = 1.5mxg 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

Độ võng theo phương y do q gây ray

Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép 1.4.1 Thiết kê xà gồ mái:

Bảng 1 3 Thông số kỹ thuật xà gồ mái

Lấy trọng lượng tiêu chuẩn xà gồ: g =0.1(KN/m )tcxg 2

CHƯƠNG 2 : TẢI TRỌNG 2.1 Tĩnh tải:

Tải trọng phân bố thường xuyên lên xà mái bao gồm: mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái Lấy gtc 0 30 kN m. / 2 , hệ số tin cậy n 1 1

2.2.1 Hoạt tải sửa chửa mái:

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

Đường ảnh hưởng khi áp lực tác động lên vai cột: Trong đó: q là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.

Wo là áp lực gió tiêu chuẩn, ở vùng gió IIIB Wo = 1.25 ( KN/m ) 16 Hình 1 4 Đường ảnh hưởng cầu trục lên vai cột

k : là hệ số phụ thuộc vào chiều cao C : là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu

Dấu “ – “ có nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.

17 Hình 2 1 Sơ đồ khí động của khung điển hình

CHƯƠNG 3 : NỘI LỰC KHUNG: 3.1 Mô hình hóa khung ngang bằng SAP2000:

3.1.1 Sơ đồ kết cấu:

Bảng 3 1 Kí hiệu các tải trọng tác dụng lên khung ngang

18 Hình 3 1 Sơ đồ khung ngang điển hình

3.2 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung:

- Hoạt tải mái phải (HT2):

- Hoạt tải mái trái và phải (HT3):

21 Hình 3 5 Hoạt tải mái phải

Hình 3 6 Hoạt tải chất đầy

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

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

22 Hình 3 7 Áp lực lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 3 8 Áp lực lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột phải

(M là moment tại vị trí 1/3 chiều cao cột trong cùng trường hợp tải)1/3

Độ lệch tâm tương đối:

(M là moment tại vị trí 1/3 chiều cao cột trong cùng trường hợp tải)1/3

Độ lệch tâm tương đối:

(M là moment tại vị trí 1/3 chiều cao cột trong cùng trường hợp tải)1/3

Độ lệch tâm tương đối:

Ứng suất tiếp trung bình trong tiết diện khảo sát:

4.2 Kiểm tra tiết diện nách kèo: 4.2.1 Nội lực và tiết diện:

A Ix Iy Wx Wy Sx ix iy Loy

10640 652274666.7 45024746.7 2174248.89 150082.489 1221400 247.596 65.051 1500

Bảng 4 2 Đặc trưng tiết diện hình học xà mái 4.2.2 Kiểm tra điều kiện bền:

4.3 Kiểm tra tiết diện đỉnh kèo: 4.3.1 Nội lực và tiết diên:

4.4 Tính toán và kiểm tra tiết diện vai cột: 4.4.1 Chọn tiết diện vai cột:

- Khoảng cách e từ trọng tâm ray đến mép trong cột :

- Moment uốn và lực cắt tại tiết diện ngàm:

M D G e 343.4 11.34 0.25 88.68 kN.m

V D G 343.4 11.34 354.74 kN Như đã chọn bên trên: I 550x250x10x12 4.4.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện đã chọn:

- Đặc trưng tiết diện hình học:

9560 375705547 16039666.7 1502822.19 64159 868820 198.242 40.961

Bảng 4 4 Đặc trung tiêt diện hình học vai cột - Kiểm tra điều kiên bền:

b 200 b Thoả điều kiện ổn định tổng thể 4.4.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản bụng:

t E 10 210000 không cần kiểm tra ổn định 4.4.5 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh:

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CHI TIẾT LIÊN KẾT 5.1 Liên kết chân cột với ngàm móng:

Kiểm tra ứng xuất của bê tông dưới bản đế với cặp nội lực 1: M= 432.72 (kNm) và

Bề dày bản đế được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực trong bê tông móng.

Moment tại ô bản đế thứ i : Mii ia2

Trong đó: : Hệ số, tra bảng dựa vào tỷ số các cạnh của chúng.

i:Ứng suất của phản lực tại ô bản thứ i.

- Sơ đồ tính của sườn là dầm công xôn, ngàm vào bản bụng cột bằng 2 liên kết hàn

- Chiều dài truyền tải là 194 mm, bề rộng chuyền tải là

244 12 238 247( )

- Tải trọng và nội lực tác động vào sườn :

59

Kiểm tra liên kết đường hàn của sườn vào bản bụng:

- Đường hàn vào bản bụng là đường hàn tay :

- Bề rộng truyền ứng suất từ bản đế vào dầm đế 179(mm) - Tải trọng và nội lực tác dụng lên dầm đế :

- Bulông neo đươc neo vào cổ cột hoặc bệ móng BTCT, thường dùng tối thiểu 4 bulông - Bulông chịu kéo lớn nhất ứng với cặp nội lực : M= 432.72 (kNm) và N= 329.51 (kN) - Chọn kích thướt từ bản mép bản đế đến bulông là 70 (mm), khoảng cách giữa 2 bulông là

- Chọn bulông neo 09Mn2Si từ 33(mm) đến 60 (mm) fba 185(Mpa)

- Diện tích cần thiết của bulông neo:

5.1.6 Tính liên kết hàn chân cột vào bản đế: - Nội lực tính toán đường hàn:

5.2 Liên kết vì kèo vào cột:

5.2.1 Nội lực tính toán và khả năng chịu kéo của bulông: Hình 5 4 Mô hình liên kết nách kèo

Hình 5 5 Bố trí bulông liên kết nách kèo

5.2.2 Khả năng chịu cắt của bulông:

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

- Chọn liên kết hàn sườn vào bảng bụng cột là đường hàn tay: hf = 10(mm) ; f 0.7 - Tổng chiều dài đường hàn lw 290 2 144 4 722 2 2600(mm)

5.3 Liên kết đỉnh kèo:

65 Hình 5 6 Mô hình liên kết đỉnh kèo

5.3.1 Nội lực tính toán và khả năng chịu kéo của bulông:

- Chon bulông đường kính 18 có A= 2.54 (cm2) ; Abn = 1.92 (cm2) - Khả năng chịu kéo của bulông

5.3.2 Khả năng chịu cắt của bulông :

5.3.4 Kiểm tra liên kêt đường hàn bản bích và kèo:

- Chọn liên kết hàn sườn vào bảng bụng cột là đường hàn tay: hf = 6(mm) ; f 0.7 - Tổng chiều dài đường hàn lw 290 2 146 4 380 2 1924(mm)

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 TCVN 5575- 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.

2 TS Phạm Minh Hà – Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp – Nhà xuất bản xây dựng.

3 Giáo trình kết cấu công trình thép – PGS.TS Lê Anh Thắng 4 Kết Cấu Thép – Cấu kiện cơ bản GS.TS Phạm Văn Hậu.

68