đồ án kết cấu công trình thép

Thông số trọng lượng sơ bộ:Trọng lượng tấm lợp và xà gồ: 10-15 daN/m 2Trọng lượng bản thân kết cấu và hệ giằng: 15-20 daN/m 2 Tra bảng Dữ liệu cầu trục ta được thông số: CHƯƠNG 4: Kích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: Ph.D Nguyễn Ngọc Dương SVTH: Nguyễn Công Chiến MSSV: 19149234

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2022

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 1

1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp 1

1.2 Số liệu thiết kế 1

1.3 Kích thước của khung ngang 2

1.4 Kích thước sơ bộ tiết diện 4

1.4.1 Tiết diện cột 4

1.4.2 Tiết diện dầm mái 5

1.4.3 Tiết diện dầm vai 6

1.4.4 Tiết diện cửa trời 7

1.4.5 Hệ kết cấu giằng 8

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG 11

2.1 Thiết kế xà gồ mái 11

2.1.1 Xác định tải trọng 12

2.1.2 Kiểm tra cường độ: 13

2.1.3 Độ võng: 14

2.1.4 Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ 14

2.2 Thiết kế sườn tường: 15

2.2.1 Sơ đồ tính và tải trọng 16

2.2.2 Nội lực 17

2.2.3 Kiểm tra tiết diện xà gồ 17

CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG 18

3.1 Tải trọng tác dụng lên khung 18

3.1.1 Tĩnh tải 18

3.2 Hoạt tải: 19

3.2.1 Hoạt tải sửa chữa mái 19

3.2.2 Tải trọng gió 21

3.3 Mô hình hóa khung ngang bừng ETAB 9.7.1 22

3.3.1 Sơ đồ kết cấu 22

3.4 Tổ hợp tải trọng 23

3.4.1 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung 26

3.5 Kiểm tra chuyển vị công trình 38

3.5.1 Chuyển vị theo phương ngang 38

3.5.2 Chuyển vị theo phương đứng 39

3.6 Bảng thống kê tổ hợp nội lực 40

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỘT 41

4.1 Kiểm tra tiết diện cột 41

4.1.1 Thông số chung 41

4.1.2 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh 42

4.1.3 Kiểm tra điều kiện độ bền 43

4.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể 44

4.1.5 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng 47

4.2 Thiết kế liên kết bản cánh với bản bụng 49

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ XÀ NGANG 50

5.1 Dầm mái 50

5.1.1 Tiết diện tại nách khung 50

5.1.2 Tiết diện tại đỉnh khung 52

5.2 Thiết kế liên kết hàn bản cánh và bản bụng dầm 54

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ LIÊN KẾT CỘT 56

6.1 Chi tiết chân cột 56

6.1.1 Thiết kế bản đế 56

6.1.2 Thiết kế dầm đế 58

6.1.3 Thiết kế sườn ngăn A 59

6.1.4 Thiết kế sườn ngăn B 59

6.1.5 Thiết kế bu lông neo 61

6.1.6 Thiết kế đường hàn liên kết cột vào bản đế 63

6.2 Chi tiết vai cột 64

6.2.1 Kiểm tra tiết diện vai cột 65

6.2.2 Kiểm tra ép mặt cục bộ tại bản bụng vai cột 66

6.2.3 Kiểm tra chuyển vị tại vị trí đặt lực 67

6.2.4 Thiết kế kiên kết giữa dầm vai và cột 67

6.2.5 Thiết kế sườn ngang gia cường 68

6.3 Chi tiết liên kết xà với cột 68

6.3.1 Thiết kế bu lông liên kết 69

6.3.2 Thiết kế bản bích 71

6.3.3 Thiết kế đường hàn liên kết tiết diện xà ngang với mặt bích 71

6.4 Chi tiết xà ở đỉnh 72

6.4.1 Thiết kế bu lông liên kết 72

6.4.2 Thiết kế bản bích 74

6.4.3 Thiết kế đường liên kết tiết diện xà ngang với mặt bích 74

6.5 Liên kết chân cửa trời 75

6.5.1 Kiểm tra điều kiện bền 76

6.5.2 Kiểm tra bu lông tại vị trí cột cửa mái 76

6.5.3 Thiết kế bản bích 77

6.6 Thiết kế chi tiết nối xà ngang 79

6.6.1 Thiết ké bu lông liên kết 79

6.6.2 Tính toán mặt bích 80

6.6.3 Thiết kế liên kết mặt bích với cột và xà ngang 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO………82

CHƯƠNG 1: KÍCH TH ƯỚC KHUNG NGANG

CHƯƠNG 2: S đồồ khung ngang và kếết cấếu nhà cồng nghi p ơ ệ

Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc

= 6 (tương đương với 10%) Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và 0 i=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 cao cửa mái

là 2m và chiều rộng cửa mái là 4m

Hình 1.1, Sơ đồ khung ngang

Thép CCT34;

Hàn tự động, dùng que hàn N42 (d = 3 5 mm) hoặc tương đương

Bê tông móng cấp độ bền B20, R = 11.5 (MPa)b

Giả sử cột được liên kết với móng ở cao trình ±0.000 Mái và vách lợp bằng tôn.Thông số trọng lượng sơ bộ:

Trọng lượng tấm lợp và xà gồ: 10-15 (daN/m )2

Trọng lượng bản thân kết cấu và hệ giằng: 15-20 (daN/m ) 2

Tra bảng Dữ liệu cầu trục ta được thông số:

Bảng 1.1 Thông số dầm cầu trục 20TTHÔNG SỐ CỦA CẦU TRỤC 20T

Bề rộngcầu trục

B (mm)

K.cáchbánh xe

K (mm)

Trọnglượngcầu trục

G (T)

Trọnglượngxecon

Gxc(T)

Áplực

Pmax(T)

Áplực

Pmin(T)

Sơ dồ mặt bằng cột

Hình 1.2 Hệ lưới cột trên mặt phẳng

CHƯƠNG 4: Kích thướ ủc c a khung ngang

Chiều cao của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột (đáy xà ngang):

Trong đó:

- H : cao trình đỉnh ray, là khoảng cách nhỏ nhất từ mặt nền đến mặt ray cầu trục, xác định 1theo yêu cầu sử dụng và công nghệ (H = 8.5m);r

- H : chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang;2

- H : phần cột chôn dưới nền, cột được liên kết với móng ở ±0.000 (H = 0);3 3

Vậy tiết diện cột là : I-850x300x10x14

Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột :

Chiều cao tiết diện nách khung:

Vây: Tiết diện dầm mái tại nút khung là I-800x250x10x12

Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là I-450x250x10x12

Hình 1.5 Tiết diện dầm mái

CHƯƠNG 8: Tiếết di n dấồm vaiệ

Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục:

Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột):

Tiết diện dầm vai: I – 500x200x8x10

Hình 1.6 Tiết diệm dầm vai

Chọn chiều cao tiết diện cột cửa trời: hc_ct = 200 (mm);

Chọn bề rộng tiết diện cột: bc_ct = 100 (mm);

Chọn chiều dày bản bụng: t = 8 (mm);w

Chọn chiều dày bản cánh: t = 10 (mm).f

Tiết diện cột cửa trời: I – 200x100x8x10

Hình 1.7 Tiết diện cột cửa trời

CHƯƠNG 10: H kếết cấếu giằồngệ

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 phẳngkhung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất…xuốngmóng;

Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấukiện 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

CHƯƠNG 11: H giằồng máiệ

Hệ giằng mái được bố trí theo phương ngang tại hai gian đầu hồi (hoặc gần đầu hồi),sao cho:

Khoảng cách giữa các giằng bố trí không quá năm bước cột;

Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữthập

Chọn thanh giằng xiên tiết diện Ø20 Bố trí hệ giằng cột tại vị trí có giằng mái theo phương ngang, chọn các thanh chống dọc 2Z200.

Hình 1.9 Hệ giằng cột

Hình 1.10 Kích thước khung ngang

CHƯƠNG 13: THIẾT KẾ XÀ GỒ VÀ SƯỜN TƯỜNG

CHƯƠNG 14: Thiết kế xà gồ mái

Xà gồ mái trong khung thép nhẹ thường dùng thép cấu tạo hình nguội thành mỏng,

tiết diện chữ C hoặc chữ Z Vì xà gồ có độ cứng nhỏ khi chịu uốn theo phương trong

mặt phẳng mái nên thường cấu tạo thêm hệ giằng xà gồ bằng thép tròn, đường kính

không nhỏ hơn 12mm

Hình 2.11 Bố trí xà gồ cộtCHƯƠNG 15: Xác định tải trọng

Dùng xà gồ Z200×62×68×20×1.8 có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật xà gồ mái

- Hệ giằng: sử dụng thép 16, tải trọng tiêu chuẩn g = 1.578 10 ( N/ )2 k m Dựa theo sơ đồ bố trí

hệ giằng ta có tổng chiều dài hệ giằng mái là 231 (m), tổng chiều dài hệ giằng xà gồ là 300 (m)

Bảng 2.4 Tính tải trọng các vật liệu nằm trên dầm mái

Vật liệu làm mái Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán

- Hoạt tải tác dụng được xác định theo TCVN 2737-1995: pm 0.3kN / m

Bảng 2.5 Trị số tiêu chuẩn của hoạt tải máiTCVN 2737-1995 Ptc (KN/m0.30 2) Hệ số vượt tải1.3 Ptt (KN/m0.39 2)

Hình 2.13 Sơ đồ tính mặt phẳng theo 2 phương

10.53 kN / cm f 21 kN / cm

37.317 7.405

Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn

CHƯƠNG 17: Đ võng:ộ

Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương y

Độ võng theo phương y do q gây ra x

200

Vậy độ võng xà gồ trong giới hạn cho phép.

CHƯƠNG 18: T i tr ng gió tác d ng lến xà gồồả ọ ụ

Gió tác động lớn nhất lên xà gồ là trường hợp gió thổi dọc nhà, gây ra lực bốc mái với hệ số khí động

c = - 0.7 Vùng gió IIIA nên W = 1.1 (kN/m ) Chiều cao cột H = 10.2 (m) và dạng địa hình A nên0 2lấy k = 1.1824

Lực gió bốc theo phương vuông góc với mặt phảng mái:

Thoả điều kiện bền.

Theo điều kiện biến dạng:

Sơ đồ tính của xà gồ theo phương trong mặt phẳng là dầm đơn giản nên:

6

200 200

L

Thỏa điều kiện biến dạng

CHƯƠNG 19: Thiếết kếế sườ ườn t ng:

Tường nhà công nghiệp gồm lớp tôn tường và xà gồ cột;

Khoảng cách bố trí xà gồ cột theo phương đứng là 1.3 (m)

Hình 2.14 Bố trí xà gồ cột Dùng xà gồ Z150×62×68×18×1.8 có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.6 Đặc trưng hình học của xà gồ cột

Chọn sơ bộ xà gồ mái là loại xà gồ Z có đặc trưng tiết diện

- Lấy trọng lượng tiêu chuẩn xà gồ: g = 4.24 10 (kN/m )tcxg 2 2

- Chọn khoảng cách bố trí giữa các sườn là axg 1.3 m

W0: Áp lực gió tiêu chuẩn (đề bài thuộc vùng có áp lực gió IIIA) nên W = 1.1 (KN/m );0 2

Với cao trình tại đỉnh cột là 10200 (mm): k= 1.1824 (nội suy từ bảng 5, TCVN 2737 – 1995);k là hệ

số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạng địa hình (dạng địa hình A);

c = 0.8 là hệ số khí động;

w = 1.2 là hệ số vượt tải của tải trọng gió;

Do công trình có chiều cao cột H = 10.2 (m) nên lấy H= 1.04;

2 0

CHƯƠNG 23: T I TR NG VÀ N I L C KHUNGẢ Ọ Ộ Ự

CHƯƠNG 24: T i tr ng tác d ng lến khungả ọ ụ

CHƯƠNG 25: Tĩnh t iả

- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:

Tôn múi tráng kẽm có độ dày 0.7 (m), trọng lượng mái

L ggS

Hệ giằng: sử dụng thép 16, tải trọng tiêu chuẩng 1.578 10 (2 kN m Dựa theo sơ đồ bố trí hệ / )giằng ta có tổng chiều dài hệ giằng mái là 231 (m), tổng chiều dài hệ giằng xà gồ là 300 (m)

L= L + L = 231 + 300= 531 (m)gm gxgTải trọng phân bố của hệ giằng:

Tải trọng bản thân do tôn, xà gồ, hệ giằng:

- Tải trọng kết cấu bao che sườn tường:

Tôn múi tráng kẽm có độ dày 0.7 (m), trọng lượng mái

Hệ giằng: sử dụng thép 16, tải trọng tiêu chuẩn g 1.578 10 (kN/m)2 Dựa theo sơ đồ bố trí hệ giằng sườn tường ta có tổng chiều dài hệ giằng là 124 (m)

Tải trọng phân bố của hệ giằng:

Bảng 3.7 Thông số của cầu trục 20TTHÔNG SỐ CỦA CẦU TRỤC 20TSức

Bề rộngcầu trục

B (mm)

K.cáchbánh xe

K (mm)

Trọnglượng cầutrục G (T)

Trọnglượng

xe con

Gxc (T)

Áplực

Pmax(T)

Áplực

Pmin(T)

- Áp lực đứng lên vai cột được xác định theo công thức:

Dmax n nc Pmaxtc yi

Dmin n nc Pmin yi

- Hệ số vượt tải ( mục 5.8 TCVN 273:1995): n=1.1

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

yi: tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh xe của cầu trục, lấy với tung độ ở gối bằng 1

đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột Cách tính giá trị T cũng xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng lực T truyền lên cột qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục (hoặc mặt dầm hãm), có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột

Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục:

4xc

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

Áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng III-B có W = 1.1 (kN/m) 0

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

Tĩnh tải tác dụng lên khung

Hoạt tải mái trái (HTMT)

Hoạt tải mái phải (HTMP)

Áp lực lớn nhất tác dụng lên cột trái (DMAXT)

Áp lực lớn nhất tác dụng lên cột phải (DMAXP)

Áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái, chiều hướng ra ngoài khung (TMAXTD)

Áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái, chiều hướng ra ngoài khung (TMAXTA)

Áp lực hãm ngang tác dụng lên cột phải, chiều hướng ra ngoài khung (TMAXPD)

Áp lực hãm ngang tác dụng lên cột phải chiểu hướng vào khung (TMAXPA)

Tải trọng gió thổi từ trái sang (GT)

Tải trọng gió thổi từ phải sang (GP)

Moment do tĩnh tải (TT)

Momen hoạt tải mái trái (HTMT)

Momnen hoạt tải mái phải(HTMP)

Moment do áp lực ngang cột trái, hướng ra ngoài khung (TMAXTD)

Moment do áp lực ngang cột trái, hướng vào khung (TMAXTA)

Moment do áp lực ngang cột phải, hướng vào khung (TMAXPD)

Moment do áp lực ngang cột phải, hướng ra ngoài khung (TMAXPA)

Moment do cầu trục tác dụng lớn nhất lên cột phải (DMAXT)

Moment do cầu trục tác dụng lớn nhất lên cột trái (DMAXP)

Momen gió trái

Momen gió phải

Biểu đồ momen

Biểu đồ lực cắt

Biểu đồ lực dọc

Biểu đồ bao momen

Biểu đồ bao lực cắt

Biểu đồ bao lực dọc

CHƯƠNG 34: Ki m tra chuy n v cồng trìnhể ể ị

CHƯƠNG 35: Chuy n v theo phể ị ương 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

- Kiểm tra chuyển vị đứng với tổ hợp tải trọng TH44: TT + GT + Dmax_T+ TmaxD

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

Hình 3.19 Chuyển vị ngang của khung

CHƯƠNG 36: Chuy n v theo phể ị ương đ ngứ

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

- Kiểm tra chuyển vị ngang với tổ hợp tải trọng TH3: TT + HTMT + HTMP

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

Hình 3.20 Chuyển vị đứng của khung

fE

Độ mảnh quy ước của cột:

21

2100021

me: Độ lệch tâm tương đối tính đổi: me m

mN

�: là hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện được nội suy từ , m, w

fAA

Hình 4.22 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh

CHƯƠNG 42: Ki m tra điếồu ki n đ bếồnể ệ ộ

Cấu kiện chịu kéo lệch tâm

Trong đó: A là diện tích tiết diện thực của cấu kiện n

Wn là mô đun kháng uốn của tiết diện thực

Độ lệch tâm tương đối tính đổi: me m

Trong đó: η tra từ TCVN 5575 – 2012 bảng D.9 phụ lục D TCVN 5575 – 2012

Kiểm tra bền khi cột có độ lệch tâm quy đổi m > 20e

Hình 4.23 Kiểm tra điều kiện bền cấu kiện chịu nén

CHƯƠNG 43: Ki m tra điếồu ki n n đ nh t ng thể ệ ổ ị ổ ể

CHƯƠNG 44: Trong m t ph ng khungặ ẳ

- Hệ số tra Bảng D.10, Phụ lục D, TCVN 5575:2012e

- x 1.3, m lấy từ bảng 4.3 ứng với từng trường hợp, sau đó tra bảng suy ra e e

- Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng cột:

822 10f

1.3

1.25Tra bảng D.10 TCVN 5575:2012 ta có: = 0.097e

822 10f

A

A

= 1.525 (tra bảng D.9, phụ lục D, TCVN 5575:2012)

+ Độ lệch tâm tính đổi: me m 1.525 1.329 2.026 20

N

A fx

1.3

1.525Tra bảng D.10 TCVN 5575:2012 ta có: = 0.454e

Thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

CHƯƠNG 45: Ngoài m t ph ng khungặ ẳ

Ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung được xác định theo công thức:

1 0.073 5.53 1.3 1.3 0.899

210000y

- Hệ số c kể đến ảnh hưởng của moment uốn M, và hình dạng tiết diện đối với ổn định cả cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn, phụ thuộc vào m (Mục 7.4.2.5 TCVN 5575 – x2012)

cm

nếu mx 10 II

5 2 0.2 x 10 0.2 x 1

nếu 5 mx 10 IIITrong đó:

+ c và c trong công thức (III) chính là c được tính theo công thức (I) và (II)5 10

+ α, β được lấy theo bảng 16 TCVN 5575-2012 dựa vào c, mx

+ c được tính như sau:

210000

210c

Ef

Độ lệch tâm tương đối:

'Wx

x

mN

Trong đó:

+ M là giá trị lớn nhất ở 1/3 đoạn cột về phía có M lớn hơn.

+ φ được tính theo phụ lục E, TCVN 5575:2012 (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm cóbcánh chịu nén với một điểm cố kết ở giữa nhịp) như đã tính toán bên trên ta có ��=1

+ φ hệ số uốn dọc đối với trục y-y (trục ngoài mặt phẳng khung), phụ thuộc vàoy y, tra Bảng D.8,

TCVN 5575:2012, ta có:

21.1

0.96210

y

y y

cm

Khi mx 10ta có: 10

cm

c y