Thuyết minh đồ án Kết cấu nhà thép công nghiệp

Thuyết minh đồ án Kết cấu nhà thép công nghiệp TCVN 2023 Thuyết minh đồ án Kết cấu nhà thép công nghiệp TCVN 2023

Trang 1

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐHXD MIỀN TRUNGKHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌCKẾT CẤU NHÀ THÉP

CÔNG NGHIỆP NHẸ MỘT TẦNG MỘT NHỊP

Giảng viên hướng dẫn : ThS Lê Văn Trình

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Minh Tâm

Lớp : D21XDK3

MSSV : 21DQ5802011009 STT : 19

Phú Yên, 2024

Trang 2

MỤC LỤC NỘI DUNG

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 5

2 THIẾT KẾ HỆ GIẰNG 5

2.1 Hệ giằng mái 5

2.2 Hệ giằng cột 6

3 THIẾT KẾ XÀ GỒ CÁN NÓNG 9

3.1 Tải trọng tác dụng 9

3.2 Sơ đồ tính 9

3.3 Kiểm tra về cường độ 10

3.4 Kiểm tra về biến dạng 10

4 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 7

4.1 Theo phương đứng 7

4.2 Theo phương ngang 8

4.3 Sơ đồ tính khung ngang 8

5 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 12

5.1 Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải) 12

5.2 Hoạt tải mái 13

5.3 Hoạt tải cầu trục 14

a Áp lực đứng của cầu trục 14

b Lực hãm ngang của cầu trục 16

5.4 Tải trọng gió 17

a Gió theo phương ngang Error! Bookmark not defined.b gió theo phương dọc nhà Error! Bookmark not defined.6 XÁC ĐỊNH VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC 20

6.1 Chọn sơ bộ tiết diện cột và xà ngang 20

a Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện 20

b Tiết diện cuối xà thay đỗi tiết diện và tiết diện xà không thay đỗi tiết diện 21c Tiết diện dầm vai 22

Trang 3

7.2 Kiểm tra tiết diện 43

a Kiểm tra bền cho cột 44

b Kiểm tra ổn định tổng thể cho cột 45

c Kiểm tra ổn định cục bộ cho cột 46

d Kiểm tra với các cặp nội lực khác 47

8 THIẾT KẾ XÀ NGANG 48

8.1 Đoạn xà thay đổi tiết diện 48

a Kiểm tra bền cho xà thay đổi 49

b Kiểm tra ổn định cục bộ cho xà thay đổi 49

8.2 Đoạn xà không thay đổi tiết diện 50

a Kiểm tra bền cho xà không thay đổi 50

b Kiểm tra ổn định cục bộ cho xà thay đổi 51

9 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT 51

9.1 Vai cột 51

a Kiểm tra bền cho tiết diện tại vị trí ngàm với cột 51

b Kiểm tra ổn định cục bộ cho tiết diện tại vị trí ngàm với cột 52

c Kiểm tra khả năng chịu lực cho các đường hàn liên kết dầm vai vào cột 53

9.2 Chân cột 55

a Tính toán bản đế 55

b Tính toán dầm đế 56

d Tính toán sườn B 58

e Tính toán bulong neo 59

f Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế 60

9.3 Liên kết cột với xà ngang 62

a Tính toán bulong liên kết 62

b Tính toán mặt bích 63

c Tính toán đường hàn liên kết cột (xà) với mặt bích 63

9.4 Mối nối đỉnh xà 64

a Tính toán bulong liên kết 64

b Tính toán mặt bích 65

Trang 4

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Hệ giằng mái 6

Hình 3 Chi tiết thanh giằng chống xiên liên kết giữa xà ngang với xà gồ 6

Hình 4 Hệ giằng cột 7

Hình 5 Mặt cắt ngang xà gồ 10

Hình 6 Sơ đồ tính và biểu đồ momen của xà gồ 10

Hình 7 Sơ đồ tính khung ngang 9

Hình 8 Sơ đồ tính khung với tĩnh tải 13

Hình 9 Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái 14

Hình 10 Sơ đồ xác định đường ảnh hưởng 15

Hình 11 Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục 16

Hình 12 Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục 17

Hình 13 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió ngang nhà Error! Bookmark not defined.Hình 14 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió dọc nhà Error! Bookmark not defined.Hình 15 Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện 21

Hình 16 Tiết diện cuối xà thay đổi tiết diện và tiết diện xà không thay đổi tiết diện .22Hình 17 Tiết diện dầm vai 23

Hình 18 Sơ đồ phần tử trong SAP2000 24

Hình 19 Sơ đồ tên tiết diện khung trong SAP2000 24

Hình 20 Sơ đồ tiết diện khung trong SAP2000 25

Hình 21 Tĩnh tải tác dụng lên khung (kN, kN/m) 25

Hình 22 Hoạt tải cả mái tác dụng lên khung (kN/m) 26

Hình 23 Hoạt tải mái trái tác dụng lên khung (kN/m) 26

Hình 24 Hoạt tải mái phải tác dụng lên khung (kN/m) 27

Hình 25 Dmax trái tác dụng lên khung (kN) 27

Hình 26 Dmax phải tác dụng lên khung (kN) 28

Hình 27 Tmax trái tác dụng lên khung (kN) 28

Hình 28 Tmax phải tác dụng lên khung (kN) 29

Hình 29 Gió trái tác dụng lên khung (kN/m) 29

Hình 30 Gió phải tác dụng lên khung (kN/m) 30

Hình 31 Gió Y tác dụng lên khung (kN/m) Error! Bookmark not defined.Hình 32 Kết quả chuyển vị đỉnh cột trái do TT gây ra 38

Hình 33 Kết quả chuyển vị đỉnh cột trái do GXT gây ra 38

Hình 34 Bố trí sườn ngang 47

Hình 35 Các kích thước dầm vai Error! Bookmark not defined.Hình 36 Kích thước bản đế và sơ đồ ứng suất 56

Hình 37 Tính toán bu lông neo 59

Trang 5

Hình 38 Các kích thước của chân cột 61

Hình 39 Các kích thước của mối nối cột với xà ngang 64

Hình 40 Các kích thước mối nối đỉnh xà 67

Hình 41 Các kích thước của mối nối xà tại nhịp 68

Trang 6

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNGNGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung thép nhà công nghiệp nhẹ một tầng một nhịp (nhà có2 cầu trụchoạt động, chế độ làm việc trung bình,móc mềm).Với cácthông số thiết kế như sau:

Nhịpkhung, L

Bướccột B(m)

Sốbướccột, n

Sức nângcầu trục Q

Caotrìnhray H1

Độdốcmái, i

DỮLI UỆU

Áp lựcgió, Wo(daN/m

Chu kỳdaođ ngộngriêng, T1

Các dữ liệu khác: Thép CCT42 Bê tông móng B20.Sử dụng phương pháp hàn tay,không bản lót, que hàn N46 Bulông chịu lực của kết cấu là bulông tinh Mái lợp tôn,có một hệ giằng xà gồ

2 THIẾT KẾ HỆ GIẰNG2.1 Hệ giằng mái

Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theophương ngang nhà tại hai gian đầu hồi (hay gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ởmột số gian giữa nhà tùy thuộc chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bốtrí không quá 5 bước cột Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi cácthanh giằng chéo chữ thập Các thanh giằng chéo này có thể là thép tròn hay cáp thépmạ kẽm đường kính không nhỏ hơn 12 mm (khi sức trục từ 5 tấn trở xuống), thép góc(khi sức trục lớn) Ngoài ra, cần bố trí các thanh chống dọc bằng thép hình (thường làthép góc) tại các vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà (cột),

Trường hợp nhà có cầu trục, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọctheo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tảitrọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận Độ mảnh củathanh chống không được vượt quá 200.

Trang 7

Hình 1 Hệ giằng mái

Trường hợp nhà có cầu trục với sức nâng trên 10 tấn, cần bố trí thêm các thanhgiằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phươngdọc nhà và truyền các tải trọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khunglân cận Nếu sức trục dưới 10 tấn thì không cần.

Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (khi chịu tải trọng bìnhthường, cánh trên của xà là cánh nén); khi chịu tải trọng gió, cánh dưới của xà chịunén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết với xà gồ) Tiết diệnthanh chống không nhỏ hơn, điểm liên kết với xà gồ cách xà khoảng từ 600÷800.

Hình 2 Chi tiết thanh giằng chống xiên liên kết giữa xà ngang với xà gồ

2.2 Hệ giằng cột

Hệ giằng cột có tác dụng đảm bảo độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột, tiếpnhận và truyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tải trọnggió lên tường đầu hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục.

Trang 8

Hình 3 Hệ giằng cột

Hệ giằng cột thường bố trí hai lớp:

- Hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột).- Hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai).

Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong những gian có hệ giằngmái Trường hợp nhà không có cầu trục hoặc nhà có cầu trục với sức nâng dưới 15 tấncó thể dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính không nhỏ hơn 20mm Nếu sức trục trên 15 tấn cần dùng thép hình, thường là thép góc Độ mảnh củathanh giằng không được vượt quá 200.

3 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG3.1 Theo phương đứng

- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

H3: chiều cao phần cột chôn dưới cốt mặt nền, chọn sơ bộ H3=0,5m

- Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Hr là chiều cao ray chọn sơ bộ bằng 0.2 (m).

- Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Trang 9

3.2 Theo phương ngang

Vì sức trục < 30T nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (lấy a = 0).Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục là:

z L  h   m  z  m (Tra catalo cầu trục)

3.3 Sơ đồ tính khung ngang

Do sức nâng của cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cột không đổi,

với độ cứng là I1 Vì nhịp của khung L = 24m, nên chọn phương án xà ngang có tiếtdiện thay đổi hình nêm Với đoạn xà tiết diện thay đổi (4m), độ cứng ở đầu xà và cuối

xà là I1 và I2 Với đoạn xà tiết diện không đổi (8m), độ cứng là I2 Giả thiết tỷ số I1/I2=2.

Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột và móng là ngàm tại mặt móng(cốt 0.000) Chiều dài dầm vai chọn sơ bộ:

Trang 10

Hình 4 Sơ đồ tính khung ngang

4 THIẾT KẾ XÀ GỒ CÁN NÓNG4.1 Tải trọng tác dụng

Độ dốc mái: i12%  6.84o  sin(6.84) 0.119;cos(6.84) 0.99 

Khoảng cách bố trí giữa hai xà gồ: axg 1.5m

Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng: gmtc 0.074kN m/ 2

Chọn sơ bộ tiết diện xà gồ dạng chữ [ có số hiệu [12 với các thông số của tiết diệnsau:

4.2 Sơ đồ tính

Tải trọng tác dụng lên xà gồ được phân theo hai phương:

Trang 11

a) Theo phương y b) Theo phương x

Hình 6 Sơ đồ tính và biểu đồ momen của xà gồ

4.3 Kiểm tra về cường độ

Mômen uốn theo phương x và y trong xà gồ:

4.4 Kiểm tra về biến dạng

Do có hệ giằng xà gồ theo phương x nên ta chỉ xét độ võng của xà gồ theophương y Độ võng của xà gồ được xác định như sau:

1.97()384384 2.1 10304

cmE I

Vậy tiết diện xà gồ đã chọn thỏa mãn điều kiện về biến dạng.

Ngoài ra cần kiểm tra xà gồ chịu tác dụng của tải trọng gió bốc Công trình xây dựngcó áp lực gió W0125daN m/ 2 Tải trọng gió bốc và thành phần qy

của tĩnh tải máingược chiều nhau nên tải trọng gió qgio

(theo phương y của xà gồ) tác dụng vào xà gồlà:

Ta nội suy từ bảng 9 trong TCVN 2737-2023 , h=12,3m ta được k(Ze)=0,76

Trang 12

1.653 10384 384 2,1 10 304

4.5 Xà gồ dập nguội

Với bước cột 6,2m, tải trọng tính toán qytt= 0.797(daN/cm) Tải trọng gây võng

0.654( / )

một thành giằng  Chọn Z15015

Trang 13

5 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG5.1 Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải)

- Để đơn giản việc tính toán,trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt vàxà gồ mái lấy 0,15 kN/m2:

Trang 14

2 bt 1.05 1.5 6.2 9.765() 976.5()

Hình 4 Sơ đồ tính khung với tĩnh tải

5.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa máiphụ thuộc vào loại mái Với mái lợp vật liệu nhẹ như :tôn,fibroximang…trị số tiêuchuẩn của hoạt tải mái ptcm 0.3(kN m/ 2); hệ số độ tin cậy tương ứng p 1.3

Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang:

a Hoạt tải cả mái

Trang 15

b Hoạt tải mái trái

c Hoạt tải mái phải

Hình 5 Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái

5.3 Hoạt tải cầu trục

Hoạt tải cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãmngang của cầu trục Các loại tải trọng này thông qua bánh xe cầu trục truyền xuống vai

cột Theo bảng II.3 phụ lục [1], các thông số cầu trục sức nâng 10T như sau:

Lk (m)

Bk (mm)

Bề rộngđáy

Kk (mm)

T lượngcầu trục

G (T)

T.lượngxe con

Gxe (T)

Áp lực

a Áp lực đứng của cầu trục

Trang 16

Áp lực đứng Dmax, Dmin của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tậptrung đặt tại vai cột Trị số của Dmax ,Dmin có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi các bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất Với khung 1 nhịp, nhà có 2 cầu trục hoạt động, cần xét đến tải trọng của 2 cầu trục đặt sát nhau: ( cộng cho trọng lượng của dầm cầu trục )

Hình 6 Sơ đồ xác định đường ảnh hưởng

Các tung độ đường ảnh hưởng:

6, 2 0, 7

0,8876, 2

6, 2 3,9

0,3716, 2



Trang 17

Dmax a Dmax lên cột trái

b Dmax lên cột phải

Hình 7 Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục

b Lực hãm ngang của cầu trục

- Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

' 0.1 100 8.03 2

5.402 540.2( )4

oo

Trang 18

a Tmax Lên cột trái

b Tmax Lên cột phải

Hình 8 Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục

5.4 Tải trọng gió

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió Wk tại độ cao tương đương Ze được xác địnhtheo công thức:

Trong đó:

+w: hệ số vượt tải gió, w 2,1

+W3s,10 là áp lực gió 3s ứng với chu kì lặp 10 năm: W3s,10 0,852 W 0

+k Ze( ) là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa

hình tại độ cao tương đương Ze + c là hệ số khí động

Trang 19

+ Gf là hệ số hiệu ứng giật lấy

+ B là bề rộng đón gió

Xác định các giá trị

- Chiều cao đỉnh mái: hm 12,3( )m

- Chiều cao cột : hc 10,4( )m

- áp lực gió W0125(daN m/ 2)

- W3s,100,852 W00,852 125 103,125( daN m/ 2)

Xác định chiều cao tương đương Ze

Ta có h = 12,3m < b = 80,6m

Trong đó: + h là chiều cao nhà

+ b là chiều rộng nhà , vuông góc với hướng gió=> Ze h 12,3m

Xác định k(Ze): (dạng địa hình C)

Ta nội suy từ bảng 9 trong TCVN 2737-2023 , ta được k(Ze)=0,76

Ta có emin( ;2 ) min(80,6;2 12,3) 24,6b h    m d 24m

=> htt  h 12,3m

Gió theo phương ngang nhà

Trang 20

Hình 1 12 Vùng ảnh hưởng của gió ngang nhà tác dụng lên khung

- Xác định các hệ số khí độngTa có

6,84 

Bảng 1 1 Bảng tra hệ số c cho tường thẳng đứng

Bảng 1 2 Bảng tra hệ số c khi góc hướng gió = 00

Trang 21

Giá trị tính toán của tải trọng gió:

Trang 22

Hình 1.13 Gió ngang phải

Hình 1.14 Gió ngang trái

6 XÁC ĐỊNH VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC6.1 Chọn sơ bộ tiết diện cột và xà ngang

a Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện

- Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng:

Trang 23

Hình 9 Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện

b Tiết diện cuối xà thay đỗi tiết diện và tiết diện xà không thay đỗi tiết diện

- Mômen quán tính đối với trục x của tiết diện cột:

32

Trang 24

Giải phương trình trên ta thu được nghiệm: hw 38.335cm Chọn hw 40cm

Hình 10 Tiết diện cuối xà thay đổi tiết diện và tiết diện xà không thay đổi tiết diện

c Tiết diện dầm vai

Chiều rộng bản cánh dầm vai: bdvf 30cm

Chiều dày bản cánh dầm vai: tdvf 1cm

Chiều dày bản bụng dầm vai được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phảnlực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

0.41620 2 1 24.5 1

Với: b chọn sơ bộ là 20cm.dct

Chiều cao của bản bụng dầm vai w1

Trang 25

a.Tiết diện tại đầu dầm vai b Tiết diện tại vị trí trọng tâm dầm cầutrục

Hình 11 Tiết diện dầm vai

6.2 Xác định nội lực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phầnmềm SAP2000 Trọng lượng bản than kết cấu khung ngang được khai báo trong SAP.Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng biểu đồ và bảng thống kê nội lực Dấu củanội lực lấy theo quy định chung trong sức bền vật liệu.

- Với cột khung: cần xác định nội lực tại các tiết diện đỉnh cột, chân cột và vai cột(trường hợp không có dầm vai cột đỡ cầu trục thì xác định tại tiết diện giữa cột).

- Với xà ngang: trường hợp xà có tiết diện không đổi thì cần xác định nội lực ở cáctiết diện hai đầu và giữa nhịp Nếu xà có tiết diện thay đổi tì cần xác định nội lực ở cảtiết diện hai đầu và chổ thay đổi tiết diện.

Dữ liệu đầu vào:

Trang 26

Hình 12 Sơ đồ phần tử trong SAP2000

Hình 13 Sơ đồ tên tiết diện khung trong SAP2000

Trang 27

Hình 14 Sơ đồ tiết diện khung trong SAP2000

Hình 15 Tĩnh tải tác dụng lên khung (kN, kN/m)

Trang 28

Hình 16 Hoạt tải cả mái tác dụng lên khung (kN/m)

Hình 17 Hoạt tải mái trái tác dụng lên khung (kN/m)

Trang 29

Hình 18 Hoạt tải mái phải tác dụng lên khung (kN/m)

Hình 19 Dmax trái tác dụng lên khung (kN)

Trang 30

Hình 20 Dmax phải tác dụng lên khung (kN)

Hình 21 Tmax trái tác dụng lên khung (kN)

Trang 31

Hình 22 Tmax phải tác dụng lên khung (kN)

Hình 23 Gió trái tác dụng lên khung (kN/m)

Trang 32

Hình 24 Gió phải tác dụng lên khung (kN/m)

Kết quả bảng nội lực như sau:P: Lực dọc N (kN)V2: Lực cắt V (kN)M3: Momen M (kN.m)