đồ án kết cấu thép thiết kế khung nhà công nghiệp một tầng

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG:... + Nhánh 2 nhánh mái có tiết diện dạng chữ C, thiết kế tổ hợp từ một thépbản & hai thép góc.Ghi chú: Dùng tiết diện là thép hình đơ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA XÂY DỰNG

- -ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD: PHẠM XUÂN TÙNG

SVTH: ĐẶNG HOÀNG LONG

MSSV: 60132168

LỚP : 60.CNXD_1

Trang 2

THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

 ĐỀ BÀI :

Nhà công nghiệp một tầng bằng thép mặt bằng hình chữ nhật có nhịp là L = 27m Nhà có cầu trục chế độ trung bình, sức trục là Q = 100T Chiều cao đỉnh ray cầu trục là H 1 = 8.5m Vùng gió IA Xem cột liên kết với móng tại cao trình ±0.000 Mái lợp bằng panen bê tông cốt thép Bố trí và thiết kế kết cấu chịu lực cho công trình nói trên bao gồm:

 YÊU CẦU:

 Xác định kích thước, bố trí và tính toán cột của hệ khung chịu lực.

 Xác định kích thước và tính toán hệ dàn mái.

Trang 3

- Gió vùng IA: Có q o = 65-10 = 55 daN/m 2 (TCVN 2737-1995)

II SỐ LIỆU TRA BẢNG:

 Từ các số liệu thiết kế: Tra bảng Catalog của cầu trục ta chọn được cầu trục như sau:

 Loại ray thích hợp: KP – 120.

 Chiều cao gabarit của cầu trục (tính từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của cầu trục): Hc = 4000mm ;

 Bề rộng cầu trục: Bk = 8800mm ;

 Nhịp cầu trục: (khoảng cách giữa tim 2 đường ray): Lk = 25m.

 Khoảng cách từ tim ray đến mút ngoài cùng của cầu trục: B 1 = 400mm.

 F = 250mm.

 Khoảng cách 2 trục bánh xe: T = 4560mm.

III XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG:

Trang 4

Hdct =(18 ÷

1

10)×Lnhịp dầm(Vì chiều dài nhịpnhà L=27 m<30 m nên chọn B=6 m)

 Chiều cao ray: H r=200 mm

 Kích thước thực của cột trên H t từ vai đỡ dầm cầu trục đến dạ vì kèo:

H t=H2+H dct+H r=4450+750+200=5400 mm

2 Cột dưới:

 Không bố trí đoạn chôn dưới đất: Hm =0

 Chiều cao cột dưới:

H d=H−H t=16150−5400=10750 mm

IV XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG:

 Khoàng cách từ mép ngoài đến trục định vị:

Với nhà có cầu trục Q=100 T chọn a=500 mm

 Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị:

 Khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột: D=60 mm

 Phần đầu cầu trục bên ngoài ray: B1=400 mm (tra theo bảng catalog cầu trục)

 Kiểm tra điều kiện kích thước theo phương ngang:

λ ≥ h t−a+D+B1=450−500+60+400=410 mm (thỏa)

Trang 5

Trọng lượng các lớp mái:

Tĩnh tải Tải tiêu chuẩn

Lớp cách nước 2 giấy 3 dầu 20 1,2 24

 Quy tải các lớp mái thành tải phân bố đều:

 Ta có độ dốc: ⅈ= 1

10⇒cos α=0,995

 Suy ra:

g m c

= 337 0,995=338,7 daN ∕ m

2

g m

= 381,4 0,995=383,3 daN ∕ m

2

2 Trọng lượng bản thân và hệ giằng:

Trang 6

 Theo công thức:

II TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỘT:

 Trọng lượng dầm cầu trục:

III HOẠT TẢI MÁI:

 Sử dụng mái Panel bêtông cốt thép nên ta lấy hoạt tải mái Q=75 daN /m 2 , lấy hệ số vượt tải n=1,2.

 Giá trị hoạt tải mái đưa vào tính toán là:

Q 0tt =Q

cos α×n =

75 0,995 ×1,2 = 90,45 daN ∕ m

2

 Hoạt tải mái dồn về 1 khung thành tải phân bố đều:

Q tt=Q tt0× B=90,45 ×6=542,7 daN ∕ m

IV ÁP LỰC CẦU TRỤC TÁC DỤNG LÊN CỘT:

 Sức cẩu của cầu trục: giả thuyết bài toán với Q=100 T, L=27 m, sau khi tra bảng ta có:

Bk=8800mm ,T =4560 mm , B1 =400 mm , P 1 max c =44 T , P 2 max c =45 T

 Trọng lượng cầu trục: G ct=135 T

 Trọng lượng xe con: G xecon=43 T

 Số bánh xe con 1 bên: n0=4

Từ các số liệu trên ta sắp xếp các bánh xe cầu trục như sơ đồ dưới đây:

Trang 8

 q0=83 daN /m2:áp lực gió tiêu chuẩn

 k =1,18 hệ số áp lực gió theochiều cao (lấy tại cao trình 10 m)

Trang 9

 Cột trên và cột dưới coi như cấu kiện chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung,

nén đúng tâm ngoài mặt phẳng khung

 Trọng lượng bản thân cột trên: Gc = 717023,4 ×5,4=3871926,15 daN

 Tải trọng dùng để tính toán:

N tt=41103,25+3871926,15=3913029,4 daN

II XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN :

a Trong mặt phẳng khung:

 Các thông số:

 Tỉ lệ độ cứng đơn vị của các phần (đoạn cột):

 Tỉ số lực nén tính toán trong phần cột dưới và cột trên:

m = Nd

Nt =

263307,06 41103,25 = 6,4

 Tính hệ số C1:

C1=Ht

Hd ×√J1

J2×m =

5,4 10,75×√101×6,4 = 0,63

Trang 10

 Ta có: Hd

Ht=

10,75 5,4 =1,99>0,6 v à m = 6,4>3, c1=0,63 và k = 1,99 Tra bảng phụ

lục II6.b trang 114 sách “Thiết kế Kết cấu thép nhà công nghiệp” ta được:

m1 = 1,46 ; m2 ¿ 1

c1=

1,46 0,63=2,32

 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột;

III THIẾT KẾ CỘT TRÊN ĐẶC :

 Chọn tiết diện cột trên có dạng chữ H, đối xứng theo cả 2 phương

 Giả thuyết η=1.25 (hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện) Diện tích yêu cầu của tiết diện theo công thức gần đúng:

 Chọn tiết diện sơ bộ:

 Chiều dày bản bụng:

Trang 12

 Cột không cần kiểm tra bền vì không có tiết diện giảm yếu và m1=10,39 < 20

2 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

 Với λx= 2,08 và m1 = 10,39 tra bảng II.2 trang 106 ta được: φlt= 0,119

 Điều kiện ổn định:

σx = N

φlt A =

41103,25 0,119×262 = 1318,34 (daN/ cm

2

) < γc.R = 1×2100 = 2100 (daN/ cm2).

 Thoả mãn điều kiện ổn định

 Mômen tại chân cột : M 1 = 90,7288 (kN.m) = 9072,88 (daN.m)

 Mômen tại đỉnh cột : M 2 = 185,5453 (kN.m) = 18554,53 (daN.m)

 Mômen ở vị trí 2/3 đoạn cột:

262 4211,19 = 1,4

 Xác định hệ số α, β:

Tra bảng II.5 trang 112 Ta có :

1<m x ≤5=¿α=0.65+ 0.005m x=0.65+0.005 ×1,4=0,657

Trang 13

Ta có: λc = 3,14×√E/R = 3,14×√2,1×10 6 /2100 = 99,3 < λy= 391,72 =>β=√φ c / φ y

Từ λy = 391,72 tra bảng II.1/105 được φy= ¿0,154

Từ λc = 99,3 tra bảng II.1/105 được φc=0,589

2 ) < γc.R = 2100 (daN/ cm 2 )

 Thoả mãn điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung

 KẾT LUẬN: Như vậy, tiết diện cột đã chọn ở trên là hợp lý

IV THIẾT KẾ CỘT DƯỚI RỖNG :

Chọn cặp nội lực nguy hiểm:

 Nhánh cầu trục: Chịu nén (mômen dương, combo 23):

+) Nhánh 1 (nhánh cầu trục) có tiết diện dạng chữ I, được thiết kế tổ hợp từ

ba tấm thép bản

Trang 14

+) Nhánh 2 (nhánh mái) có tiết diện dạng chữ C, thiết kế tổ hợp từ một thépbản & hai thép góc.

(Ghi chú: Dùng tiết diện là thép hình đơn giản cho chế tạo nhưng khó điều chỉnh kích thước để có được tiết diện ổn định đều theo cả hai phương trong

và ngoài mặt phẳng khung).

 Giả thuyết khoảng cách hai trục nhánh C = hd = 1,5m

 Phương trình xác định vị trí trọng tâm tiết diện:

97561,68 1,5 = 187917,75 (daN).

 Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:

129796,76 1,5 = 215413,05 (daN).

 Giả thuyết hệ số uốn dọc φ = 0,8 ta tính được diện tích tiết diện yêu cầu cho từng nhánh:

2

Chiều cao tiết diện phần cột dưới được chọn trước: h d = 1500 mm

Chiều rộng tiết diện cột (chiều cao của tiết diện nhánh):

bd = (1/20  1/30) Hd = (0,54 0,36) m Chọn bd = 36 cm

Sơ đồ tiết diện cột dưới như sau:

Trang 15

Hình 6.2 Sơ đồ hình dạng tiết diện cột dưới rỗng

Trang 16

 Đặc trưng hình học: δb=12cm; δc=20cm.

 Diện tích nhánh 1:

Trang 17

 Các đặc trưng hình học của tiết diện:

Trang 18

 Khoảng cách giữa 2 trục nhánh: C = hd – zo = 150 – 3,35 = 146,65 cm.

 Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện tới nhánh 1:

y1 =Anh2

A ×C =

130,8 178,4 + 130,8×146,65 = 62,04 cm

 Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện tới nhánh 2:

y2 = C – y1 = 146,65 – 62,04 = 84,61 cm

 Mômen quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x – x:

Jx =∑Jxi+∑yi2 Anhi = (14296.27+1679,96 ) + ( 62,042×178,4 + 84,612× 130,8 ) = 1639009 cm4.

 Bán kính quán tính toàn tiết diện:

rx =√Jx

A =√1639009178,4 + 130,8 = 72,81 cm

 Khoảng cách giữa các nút giằng: a = 100 cm

 Chiều dài thanh xiên: S =√a2 + C2 =√1002 + 146,65 2 = 177,5 cm.

 Góc α giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:

Trang 19

 Lực dọc trong thanh xiên:

Ntx =Q

2sin α =

21717,5 2×0,83 = 13082,83 (daN).

 Chọn thanh xiên là thép góc L125×10 Các đặc trưng hình học như sau:

Atx = 24,3cm2, rmintx = 3,85cm

 Kiểm tra thanh bụng xiên:

 Độ mảnh: λmax = S/rmin = 177,5 /3,85 = 46,1< [λ] = 120.λ] = 120

Tra bảng II.1 được φmintx = 0,88

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên γ = 0,75 (kể đến sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thanh)

 Điều kiện ổn định:

σtx = Ntx

γ φmintx Atx =

13082,83 0,75× 0,88 ×24,3 = 815,74 (daN/ cm

2

) < R= 2100 (daN/ cm2)

 Thỏa mãn điều kiện ổn định

 Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x – x là: λx = l1x/rx =157 0 / 72,81 = 21,56Với α = 55,71o nội suy bảng 3.5/Trang 49 được k = 26

Theo λtđ = 28,21 tra bảng II.1 phụ lục II được φ = 0.942

 Tính lực cắt qui ước:

Qqư = 7,15× 10 -6 ×(2330−E

R )×

N φ =7,15× 10-6×(2330−2,1×10

6

2100 )×

241653,52 0,942 = 2439,49 daN

 Nhận thấy rằng, lực cắt đã dùng để tính thanh giằng Q > Qqư Do vậy không cần phải tính lại thanh bụng xiên và λtđ

 Thanh bụng ngang chịu lực cắt rất bé tính theo Qqư = 2439,49 (daN) nên chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn [λ] = 120.λ ] = 120 Dùng một thép góc đều cạnh L70×5mm

2 Kiểm tra tiết diện cột đã chọn.

97561,68 146,65 = 126348,83 (daN).

 Độ mảnh của nhánh:

Trang 20

 Ta có : l xn h1=l xnh 2=a=100 cm ;l ynh 1=l ynh 2=H d=10750 mm

λy1 = lynh1

ry1 =

10750 15,67×10=68,6

Tra bảng II.1 phụ lục II ta được φmin1= ¿0,886

 Kiểm tra ứng suất:

σnh1 =Nnh1

φmin Anh1 =

126348,83 0,886 ×178,4 =799,36 (daN / cm

129796,76 146,65 = 132711,07 (daN).

 Độ mảnh của nhánh:

λmax= max ¿

Tra bảng II.1 phụ lục II ta được φmin2= ¿0,677

 Kiểm tra ứng suất:

σnh1 =Nnh2

φmin Anh2 =

132711,07 0,677 ×130,8 = 1498,69 (daN / cm

2 ) < R.γ = 2100 (daN / cm 2 )

 Thỏa mãn điều kiện ổn định

PHẦN 4:

CHI TIẾT CỘT

I CHI TIẾT NỐI CỘT:

 Vị trí khoách đại cao hơn mép trên vai cột 750mm Mối nối cánh ngoài, cánhtrong, bụng trên cùng một tiết diện

 Chọn cặp nội lực gây nén lớn nhất cho cánh ngoài và cánh trong cột trên:

M+ ¿¿= 503,5666 (kN.m) = 5035666 (daN.cm), Ntư = −411,0325(kN ) = - 41103,25 (daN) (combo 28)

M− ¿¿ = -289,5426 (kN.m) = -2895426 (daN.cm), Ntư = −318,2843(kN ) = -

31828,43 (daN) (combo 2)

 Nội lực mà cánh ngoài và cánh trong phải chịu:

Trang 21

 Mối nối ngoài:

II CHI TIẾT VAI CỘT:

 Chiều dày bản bụng:

Trang 22

δⅆcv ≥ D max+G dct

(b s+2 δbd)× R em

 Chọn chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục cột: b s=300 mm=30 cm

 Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục cột: δ bd=20 mm=2 cm

 Phản lực gối tựa của dầm cầu vai:

 Kiểm tra dầm vai:

Sơ đồ tính: như 1 dầm đơn giản gối lên hai nhánh cột, nhịp dầm l = hd = 1,5 m

Kiểm tra chịu uốn của dầm vai, coi như chỉ có bản bụng chịu:

Trang 23

 Moment kháng uốn của bản bụng dầm vai:

 Thỏa mản điều kiện chịu uốn

 Các đường hàn ngang liên kết bản cánh trên, cánh dưới với bản bụng của dầm vai đều lấy theo cấu tạo

III CHI TIẾT CHÂN CỘT

Thiết kế chân cột có bản đế phân cách Xác đinh kích thuwcs

Bêtông mác 150 có Rn = 60 (daN/cm2)

Chọn các dầm đế có chiều dày: δ dd=1 cm

Chọn sườn ngăn có chiều dày : δ=1 cm

Đoạn coongxon nhô ra từ dầm đế: C1 = 12 cm

Diện tích yêu cầu bản đế từng nhánh:

Bê tông móng mác 150 có Rn = 60 (daN/cm2)

Chọn chiều rộng B của bản đế theo yêu cầu cấu tạo:

Trang 24

Ứng suất thực tế ngay dưới bản đế:

Suy ra M max=5184 daN cm

 Chiều dày cần thiết của bản đế:

⇨l h=36 cm

Chọn dầm đế có tiết diện: 400x16mm

Trang 25

 Kiểm tra sườn:

Tải tác dụng lên sườn

Chọn chiều dày sườn: δ=1.6 cm

Chiều cao sườn

Chọn bulông neo có cấp độ bền 8.8

Lực kéo trong nhánh mái:

N bl 2=M2

c −N2× y1

c

Không có nội lực cho giá trị dương, nên bố trí theo cấu tạo

 Chọn hai bulông neo Φ 48 có: ATHbl=2×13.75=27.5 c m2

 Nhánh cầu trục:

Chọn bulông neo có cấp độ bền 8.8

Lực kéo trong nhánh cầu trục:

Trang 26

 Chọn hai bulông neo Φ 48 có: ATHbl=2×13.75=27.5 c m2.

PHẦN 5 THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

I SƠ ĐỒ VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DÀN VÌ KÈO.

Trang 27

Ta ch n d ng dàn mái và kích th c dàn mái theo các d ng đi n hình ta đ c: ước dàn mái theo các dạng điển hình ta được: ển hình ta được: ược:

II T I ẢI

TR NG VÀ N I L C TÍNH TOÁN DÀN VÌ KÈO ỌNG VÀ NỘI LỰC TÍNH TOÁN DÀN VÌ KÈO ỘI LỰC TÍNH TOÁN DÀN VÌ KÈO ỰC TÍNH TOÁN DÀN VÌ KÈO.

Các giả thiết và số liệu tính toán:

 Tải trọng được dồn về các mắt dàn.

 d − ¿ khoảng cách các mắt dàn theo phương ngang là: 3m.

Trang 28

Hình 5.2: Sơ đồ phân bố tải gió

4 Nội lực tính toán của dàn.

Sử dụng phần mền Etabs 9.7.4 tính toán nội lực dàn

Sơ đồ mô hình như sau:

III XÁC NH TI T DI N CÁC THANH DÀN ĐỊNH TIẾT DIỆN CÁC THANH DÀN ẾT DIỆN CÁC THANH DÀN ỆN CÁC THANH DÀN.

1 Hệ dàn.

Hệ dàn phân nhỏ như sơ đồ

Do hệ dàn đối xứng, L = 27m nên ta thay đổi tiết diện thanh cánh 1 lần để tiết kiệm vật liệu

Ta tiến hành chạy mô hình và được nôi lực như sau :

Hình 5.3: Mô hình Etabs dàn vì kèo

1 Xác định tiết diện các thanh dàn.

Tiết diện nhỏ nhất là L50x50

Chọn không quá 6  8 loại thép

Độ mảnh cho phép của thanh bụng chịu nén là 150 (Phụ lục I.5/104)

Độ mảnh cho phép của thanh cánh chịu kéo là 400

Độ mảnh cho phép của thanh cánh chịu nén là 120

Độ mảnh cho phép của thanh xiên đầu dàn chịu nén là 120

Trang 29

Thanh cánh dưới:

 Trong mp khung: lx = khoảng cách hai mắt dàn

 Ngoài mp khung: ly = khoảng cách hai điểm giằng

Mái lợp bằng panen bêtông cốt thép kích thước 1.5m×6m, đóng vai trò như là các điểm giằng, do đó với các thanh cánh trên, chiều dài tính toán lox = loy

= (1,5)m

Đối với các thanh cánh dưới, chiều dài tính toán xác định được: l0x = loy

=( 6;7,5)m, tức là bằng khoảng cách hai mắt dàn

Thanh bụng xiên có hệ phân nhỏ:

 Thanh B3 chịu kéo với: Nmax = 1594,0705 (kN)

Chiều dài tính toán: l x=l y=6 m

Diện tích tiết diện cần thiết:

Độ mảnh cho phép của thanh cánh dưới chịu kéo: [λ]=400

Bán kính quán tính yêu cầu tiết diện :

 Không cần kiểm tra lại điều kiện độ mảnh

Kiểm tra lại tiết diện theo điều kiện độ bền:

σ = N

A=

159407,05 98.2 =1623,29 daN /c m

1 chịu nén với: Nmax = -1370,0682 (kN)

Trường hợp của chúng ta, mái lợp bằng bê tông cốt thép, do vậy theo cả hai phương chiều dài tính toán l x=l y=1.5 m

Trang 30

Giả thuyết λgt = 80, tra bảng II.1 phụ lục II (nội suy theo R = 2100 daN/cm2)

Độ mảnh cho phép của thanh cánh trên chịu kéo: [λ]= 120

Bán kính quán tính yêu cầu tiết diện :

 Không cần kiểm tra lại điều kiện độ mảnh

Ta có: λmax = 24,3 tra bảng II.1 phụ lục II ta được ϕ min=0,953

Vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu

Thanh xiên đầu dàn D5,D6,D19,D20 chịu nén: N1 = −899,5392 kN,

N2 = −835,6349 kN

Độ mảnh cho phép của thanh xiên dầu dàn chịu nén: [λ]=120

Chiều dài tính toán được xác cho từng đoạn như sau:

 Trong mặt phẳng dàn: l 1x = 1.95m, l 2x = 1.95m

 Ngoài mặt phẳng dàn:

a2/ a1 = 1 J1/ J2 = 1 Tra bảng 4.3 (sách Đoàn Định Kiến) được μ12 = 2

Giả thiết λmax = λgt = 80; tra bảng II.1 phụ lục II ta được φmin = 0.72

Diện tích yêu cầu: Ayc = 89953,92/(0,72×2100) = 59,49 cm2

Bán kính quán tính cần thiết:

r xyc = 390

120 = 3,25cm; ryyc =390

120 = 3,25cm

Chọn tiết diện chữ T bằng 2 thép góc đều cạnh

Tiết diện thanh 2L160×16 có đặc trưng hình học như sau:

Tiêu đề	Đồ Án Kết Cấu Thép Thiết Kế Khung Nhà Công Nghiệp Một Tầng
Tác giả	Đặng Hoàng Long
Người hướng dẫn	GVHD: Phạm Xuân Tùng
Trường học	Trường Đại Học Nha Trang
Chuyên ngành	Khoa Xây Dựng
Thể loại	đồ án

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	750,58 KB