Đồ Án môn học kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦYSỐ LIỆU TÍNH TOÁN Số liệu chung:  Nhà xưởng có 2 cầu chạy cùng sức trục đang hoạt động, chế độ làm việc trung bình.. THUYẾT MIN

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

Chiều cao cột dưới

Chiều cao thực của phần cột dưới:

 Cao trình đỉnh ray Hr = 9.2 m = 9200 mm

 Chiều cao ray và đệm hr, giả định lấy hr = 200 mm

 Chiều cao dầm cầu chạy, lấy bằng 1/10 B => hdcc = 600 mm

 Chiều cao đoạn cột chôn dưới đất, không bố trí nên Hm = 0

Chiều cao cột trên

Chiều cao thực của phần cột trên:

 Chiều cao ray và đệm hr, giả định lấy hr = 200 mm

 Chiều cao dầm cầu chạy, lấy bằng 1/10 B => hdcc = 600 mm

 Chiều cao gabarit của cầu trục Hk = 2750 mm.

 Độ rỗng của dàn mái nhà lấy bằng 1/100 của nhịp nhà, f = 300 mm

II/- XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG

Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị

 Khoảng cách từ tim ray cho tới trục định vị:

Chiều cao tiết diện cột trên

Chiều cao tiết diện cột dưới

 Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột : a ≥ ht + B1 + D – λ

SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Trang 4

 Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột D = 60 mm

 Kích thước phần đầu cầu trục B1 = 300 mm

 Chiều cao tiết diện cột dưới: h d    a 750 250 1000  mm

 Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng khung ngang, ta có:

Như vậy, trị số chiều cao tiết diện cột dưới đã chọn là đạt yêu cầu.

Độ lệch tâm

 Cột trên và cột dưới: 0

III/- KÍCH THƯỚC DÀN MÁI VÀ CỬA MÁI

Với nhịp nhà L = 30m, ta chọn dạng dàn và kích thước dàn như sau:

 Chiều cao đầu dàn: Vì kèo điển hình là hình thang cân nên H 0 = 2200 mm

 Chiều cao giữa dàn: Chọn độ dốc I = 10% => h gd = 3700 mm

    (Thường chọn Lcm là bội số của 3)

SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Hình 1.1 Kích thước dàn và cửa mái Trang 5

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY

 Bậu cửa dưới lấy chiều cao 600 mm.

 Bậu cửa trên cao 400 mm.

 Phần cánh cửa lật cao 1200 mm

 Chiều cao cửa mái: H cm = 2×1250 = 2500 mm.

Hình 1.2 Kích thước khung nhà.

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC

Tĩnh tải tác dụng lên mái

Tải trọng thường xuyên gồm có trọng lượng bản thân của kết cấu, trọng lượng mái, trọng lượng hệ giằng….các tải này khi tính khung được đưa về thành tải trọng phân bố đều trên xà ngang

 Theo cấu tạo của mái ta có bảng tính sau:

(daN/m 2 ) Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán

 Độ dốc mái i = 10% => góc dốc α=5 0 43’ => cosα = 0.995

=> Trọng lượng mái trên 1 m 2 mặt bằng:

1.2 Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng

 Theo công thức kinh nghiệm: g d c 1.2 d  L 1.2 0.75 30 27(d   aN m/ 2 )

1.3 Trọng lượng kết cấu cửa trời:

 Trọng lượng kết cấu cửa trời: g ct c  ct l ct 0.5 12 6(  daN m/ 2 )

1.4 Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời

 Trọng lượng bậu cửa trời: g bc c 150(daN m/ )

 Trọng lượng kính và khung cánh cửa: g cc c 40(daN m/ 2 )

Hoạt tải sửa chữa mái

Tải trọng sửa chữa mái lợp tôn được lấy bằng: p m c 0daN/m 2 => p m =γ Q × p m c =1.3×309daN/m 2

Tải sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều p m × B9×6#4daN/m 2 =2.34kN/m

Quy về tải tập trung trên nút dàn

 Nút biên dàn (Nút 1 và 23):

 Nút chân cửa trời (7 và 17):

 Nút biên cửa trời (8 và 16):

 Nút giữa cửa trời (9 và 15):

 Nút biên dàn và chân cửa trời: P 5  p 0.75 3.78 0.75 1.76(   kN)

Tải trọng tác dụng lên cột

4.1 Do trọng lượng dầm cầu trục

⇒G dct =α dct L dct 2 0 6 2 80daN.8kN

4.2 Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục

Các tải trọng này được xác định theo công thức:

D max =γ Q n th P max c ∑ y i ; D min =γ Q n th P min c ∑ y i

Các số liệu tính toán:

- Sức cẩu của cầu trục 30T = 300 kN

- Hệ số tổ hợp nth = 0.9 (2 cầu trục, chế độ làm việc nhẹ và trung bình)

- Từ bảng catalogue của cần trục, ta tra ra giá trị của Pmax = 345 kN, tổng trọng lượng cầu trục G = 620 kN, số lượng bánh xe một bên ray n0 = 2.

- Giá trị Pmin: min 0 max

- Từ các kích thước của cầu trục Bk = 6300, K = 5100, ta có thể sắp xếp các bánh xe theo sơ dồ dưới đây:

Hình 2.1 Sơ đồ tính Dmax , Dmin

Từ hình vẽ ta có:

=> Áp lực đứng của bánh xe cầu trục: max 1.1 1.95 666.02( )

4.3 Do lực xô ngang của cầu trục

 Từ bảng catoluge của cầu trục, ta tra ra giá trị G xc 0kN Giả định rằng cầu trục sử dụng móc mềm, f ms =0.1 Tổng lực hãm tác dụng lên toàn cầu trục là:

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

2 5kN SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Trang 11

=> Lực xô ngang tính toán của cầu trục là:

 Lực xô ngang đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai cột 0.6 m, tức là ở cao trình 9 m.

4.4 Moment lệch tâm tại 1 bên vai cột

2 2 cm m d ct bc cc cm

 Do trọng lượng dầm cầu trục

Tải trọng gió

Ta tính tải gió thổi từ phía trái sang, gió thổi từ phía bên phải ta lấy đối xứng

Công trình được giả định xây tại Hải Phòng, vùng gió IVB, địa hình B Do vậy theo Bảng 4 – TCVN 2737-1995, áp lực gió tiêu chuẩn q 0 = 1.55 kN/m 2 , có trị số không đổi ở độ cao 10m, với độ cao lớn hơn điều chỉnh bằng hệ số k > 1, lúc này gần đúng có thể coi phân bố dạng hình thang.

Hệ số khí động được tra theo bảng 6 - TCVN 2737-1995, và được tính toán như sau:

Bảng tra hệ số khí động c 1

Bảng tra hệ số khí động của mặt khuất gió c 3

Hình 2.2 Hệ số gió động của công trình 4.1 Gió tác dụng lên tường dọc (kể cả chiều cao đầu dàn)

=> Đưa về phân bố đều trên cột khung.

 Tải trọng tính toán tác dụng lên khung: q Q    c k q 0 B (kN/m)

Trong đó: γQ – hệ số vượt tải, (γQ = 1,2)

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY c – hệ số khí động phụ thuộc vào hình dạng nhà lấy theo tiêu chuẩn k – hệ số độ cao và địa hình

4.2 Gió tác dụng trên mái (gió tốc mái)

 Gió đẩy ngang tại nút 7 và 8:

 Gió hút ngang nút 16 và 17:

 Tải gió tốc mái tại các nút (gió thổi từ trái sang): W  Q  c k tb   q 0 B d

Hình 2.3 Ký hiệu nút của dàn

Tĩnh tải

1.3 Biểu đồ lực dọc N (kN):

1.4 Biểu đồ lực cắt Q (kN):

Hoạt tải

2.3 Biểu đồ lực dọc N (kN):

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY 3.3 Biểu đồ lực dọc N (kN):

D max phải

Lực xô trái

Lực xô phải

Tải gió từ trái sang phải

Tải gió từ phải sang trái

VI/- TỔNG HỢP NỘI LỰC TRÊN CỘT

Mô phỏng cột thép với các vị trí cần tính nội lực:

Hình 2.4 Các tiết diện trên cột

Bảng tổng hợp nội lực trên cột:

VII/- TỔ HỢP NỘI LỰC

Bảng tổ hợp nội lực:

Tổ p cơ bản 1 Tiết diện MMax

Tổ hợp cơ bản 2 Tiết diện MMax

VIII/- KIỂM TRA CHUYỂN VỊ

Chuyển vị ngang

Hình 2.5 Chuyển vị ngang tại đỉnh cột trên do tĩnh tải tác dụng

Hình 2.6 Chuyển vị ngang tại đỉnh cột trên do hoạt tải tác dụng

 Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh cột trên:

=> Chuyển vị ngang của dàn nằm trong giới hạn cho phép

Chuyển vị đứng

Hình 2.7 Chuyển vị đứng tại mắt dàn do tĩnh tải tác dụng

Hình 2.8 Chuyển vị đứng tại mắt dàn do hoạt tải tác dụng

 Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh cột:

=> Độ võng dàn nằm trong giới hạn cho phép

 Kết luận: Độ cứng của cột thỏa mãn.

THIẾT KẾ CỘT

Cột trên

 Chọn cặp nội lực tính toán: M = 170.5 (kNm); N tư = 46.03 (kN) max 170.5 46.03

Cột dưới

 Chọn cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục (nhánh phải):

 Chọn cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái (nhánh trái):

 Chọn lực cắt lớn nhất do tải gió gây ra: Q max = 165.39 (kN)

IX/- CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN

Trong mặt phẳng khung

 Tỉ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cột:

 Tỉ số lực nén tính toán lớn nhất của phần cột dưới và phần cột trên:

 Ta có các tỷ số:

=> Hệ số quy đổi tính toán của cột: μ 1=2,μ 2 =3

Ngoài mặt phẳng khung

Chọn sơ bộ tiết diện

Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng ghép từ ba bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước ht = 500 mm.

 Diện tích yêu cầu của tiết diện:

 Chọn các kích thước còn lại:

Hình 3.1 Tiết diện cột trên

Kiểm tra tiết diện đã chọn

2.1 Các đặc trưng hình học của tiết diện:

 Diện tích của tiết diện vừa chọn:

 Moment chống uốn của tiết diện:

 Bán kính quán tính tiết diện:

 Độ lệch tâm tương đối:

 Độ lệch tâm tính đổi: m 1    m 1.2 

1, tra bảng ta được   lt 0.037

 Từ  2 y và f, tra bảng ta được hệ số uốn dọc  0.675

 Điều kiện bền của tiết diện: th W x c

 Kết luận: Tiết diện đã chọn thỏa điều kiện bền

2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của cột

2.3.1 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

 Điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn của cột:

=> Cột thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn của cột

2.3.2 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

 Điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

 Cặp nội lực nguy hiểm mà ta đang xét là từ tổ hợp nội lực 1+7 ở tiết diện D – D

 Moment tương ứng ở đầu kia của cột là: Mtư = -35.35 (KNm)

3 đoạn cột được xác định như sau:

 Độ lệch tâm tương đối:

 Do mx > 5, tra bảng phụ lục 7, ta đươc  = 0.9

 Hệ số ảnh hưởng của moment trong mặt phẳng uốn C:

=> Cột thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn của cột

 Kết luận: Tiết diện đã chọn thỏa điều kiện ổn định tổng thể

2.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của tiết diện

 Điều kiện ổn định cục bộ đối với bản cánh: f f f f b b t t

=> Bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

 Điều kiện ổn định cục bộ đối với bản cánh: w w w w b b t t

 Do tiết diện chữ I, 0.8 2 x 1.953 và m = 24.522 > 1

=> Bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

 Kết luận: Tiết diện đã chọn thỏa điều kiện ổn định cục bộ

XI/- THIẾT KẾ CỘT DƯỚI

1 Chọn sơ bộ tiết diện

 Chọn lực cắt lớn nhất do tải gió gây ra: Q max = 165.39 (kN)

 Khoảng cách 2 trục nhánh C = hd = 1 m.

 Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh cầu trục (nhánh 1): y 1 = 0.55 m

 Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh mái (nhánh 2): y 2 = 0.45 m

 Giá trị lực dọc trên từng nhánh:

 Giả thiết hệ số φ = 0.9, diện tích yêu cầu của các nhánh là:

 Bề rộng tiết diện cột dưới b lấy từ

1.2 Chọn sơ bộ tiết diện nhánh cầu trục (nhánh 1):

Chọn tiết diện là thép hình chữ I tiết diện chữ I tổ hợp từ ba bản thép có các kích thước và đặc trưng như sau:

 Diện tích tiết diện: Anh1 = 33×1+2×20×1 = 73 cm 2

 Moment quán tính đối với trục x: Ix1 = 1336.083 cm 4

 Bán kính quán tính đối với trục x:

 Moment quán tính trục đối với trục y: Iy1 = 14858.08 cm 4

 Bán kính quán tính đối với trục y:

1.3 Chọn sơ bộ tiết diện nhánh mái (nhánh 2):

Dùng tiết diện tổ hợp từ một thép bản PL320 x 10 và hai thép góc đều cạnh 2L100x10 (A1g = 19.2cm 2 , z0g = 2.83 cm) có các kích thước và đặc trưng như sau:

 Diện tích tiết diện: Anh2 = 32×1+19.2×2 = 70.4 cm 2

 Moment quán tính đối với trục x: Ix2 = 348.055 cm 4

 Bán kính quán tính đối với trục x:

 Moment quán tính trục đối với trục y: Iy2 = 11562.69 cm 4

Hình 3.3 Tiết diện nhánh mái

Hình 3.2 Tiết diện nhánh cầu trục

 Bán kính quán tính đối với trục y:

 Khoảng cách từ mép ngoài thép đến trục x:

Hình 3.4 Tiết diện cột dưới Các kích thước và đặc trưng của toàn tiết diện

 Khoảng cách giữa 2 trục nhánh: C = hd – z0 = 100 – 2.254 = 97.456 cm

 Diện tích tiết diện cột dưới: A = Anh1 + Anh2 = 98.24 + 70.4 = 143.4 cm 2

 Khoảng cách giữa các trục nhánh đến trục chính của tiết diện y1, y2:

 Momen quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:

 Bán kính quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:

 Momen quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm y-y:

 Bán kính quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm y-y:

Kiểm tra giả thuyết độ cứng cột

 Sai số so với giả thiết :

Xác định hệ thanh bụng

 Chọn trước hệ thanh bụng xiên là thép L80x8, có các thông số: A = 12.8 cm 2 , rminx 1.57 cm

 Khoảng cách các điểm giằng đã chọn là 0.84m

 Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.

 Góc  giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:

3.1 Kiểm tra thanh bụng xiên:

 Ứng suất trong thanh giằng xiên do lực cắt thực tế gây ra được kiểm tra theo điều kiện: tx tx tx

=> Tra bảng ta được hệ số uốn dọc φ = 0.663

 Lực cắt quy ước trong cột dưới:

 Lực cắt thực tế tác dụng lên cột dưới: Qthucte = 165.39 kN

 Thấy rằng Qqu < Qthucte => lấy Q = Qthucte = 165.39 kN để kiểm tra.

 Lực nén trong thanh xiên do lực cắt Q gây ra:

 Điều kiện ổn định của thanh xiên:

0.75 0.663 12.8 tx kN cm f kN cm

 Kết luận: Thanh xiên đảm bảo điều kiện ổn định.

 Vì Qqu nhỏ, nên chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn [λ] = 150.λ] = 150.

=> Chọn thanh bụng ngang là thép L50x5, có: A = 4.8 cm 2 , rminx = 0.98 cm.

3 Kiểm tra tiết diện đã chọn

4.1 Kiểm tra độ mảnh toàn cột max max( , ) [λ] = 150 ] 120 td y

 Đô mảnh ban đầu của toàn tiết diện cột lấy với trục ảo x – x:

 Góc nghiêng của thanh xiên: α = 49 0 => hệ số k = 27.6

 Độ mảnh tính đổi của toàn cột theo trục ảo x – x:

=> Độ mảnh quy ước của toàn cột: td td f 1.159

 Độ mảnh ban đầu của toàn tiết diện cột lấy với trục ảo y – y:

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY 4.2 Kiểm tra ổn định từng nhánh:

 So với f  c 21(kN cm/ 2 ), ứng suất vượt quá:

=> Không cần phải chọn lại tiết diện

 Ta có  17.419(kN cm/ 2 ) f  c 21(kN cm/ 2 )

=> Nhánh mái thỏa điều kiện ổn định

 Kết luận: Các tiết diện đã chọn đảm bảo khả năng chịu lực.

4.3 Kiểm tra ổn định toàn cột theo trục ảo (x – x)

SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Trang 48 Điều kiện ổn định toàn thân cột c lt

 Độ lệch tâm tương đối

 Từ m = 3.249 và  td 1.159=> hệ số φlt = 0.188

 Ứng suất trong thân cột do cặp lực 1 gây ra:

 Độ lệch tâm tương đối

 Từ m = 7.695 và  td 1.159=> hệ số φlt = 0.113

 Ứng suất trong thân cột do cặp lực 1 gây ra:

 Kết luận: Tiết diện đã chọn thỏa điều kiện ổn định toàn cột

Liên kết thanh giằng vào nhánh cột

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY 4.1 Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột:

 Dùng que hàn 42 và thép CTC34: f wf kN/cm 2 , f ws 5kN/cm 2

 Dùng phương pháp hàn tay: β f =0.7,β s =1.

 Thanh xiên là thép góc L80x8, giả thiết chiều cao đường hàn sống h s mm

 Chiều cao đường hàn mép h m =6.

 Chiều dài cần thiết của đường hàn sống l s và đường hàn mép l m để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là: l s = 0.7N tx h s (β f w ) min γ= 0.7×118.986

4.2 Đường hàn liên kết thanh bụng vào nhánh cột:

 Vì đường hàn chịu lực cắt quy ước Q q ư =8.323kN bé Vì vậy chọn theo cấu tạo với h s =6mm , h m =4mm ,l h ≥5cm

XII/- THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CỘT

1.1 Nội lực tính toán mối nối cột:

1.2 Thiết kế mối nối hai phần cột:

 Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài và cánh trong phải chịu: max

 Cánh ngoài nối bằng một đường hàn đối đầu thẳng, chiều dài đường hàn bằng bề rộng cánh cột trên (200 mm), chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cánh cột trên (10 mm).

 Ứng suất trong đường hàn đối đầu cánh ngoài là:

 Chọn bản nối “K” có chiều dày và chiều rộng bằng chiều dày (10mm) và chiều rộng (200mm) bản cánh của cột trên.

 Ứng suất trong đường hàn đối đầu cánh trong là:

 Mối nối bụng cột, tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối Vì lực cắt cột trên khá bé, đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt, với chiều cao đường hàn đúng bằng chiều dày thép bản bụng (10mm).

1.3.1 Chọn tiết diện dầm vai

 Dầm vai tính toán như dầm đơn giản nhịp l = hd = 1m.

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán dầm vai:

 Moment uốn lớn nhất tại vị trí ngay dưới lực S tr max dv 46.042 0.5 23.021( )

 Chọn chiều dày bản đậy nhánh cầu trục của cột δ bđ mm; chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục b s Pmm.

 Theo điều kiện ép cục bộ của lực tập trung ( D max +G dcc )

 Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai : δ dv = D max +G dcc

 Giả thiết chiều cao đường hàn góc 6mm Chiều cao bụng dầm vai phải đủ chứa các đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụng nhánh cầu trục và bản thép “K”.

 Bụng nhánh cầu trục cột dưới xẻ rảnh cho bản bụng dầm vai luồn qua Hai bản này liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc Chiều dài một đường hàn cần thiết: l h 1 =D max +G dcc +B

 Chiều dài 1 đường hàn cần thiết liên kết bản “K” vào bụng dầm vai: l h 2 = S tr

Vậy chiều cao dầm vai h dv Pcm

 Chọn chiều dày bản cánh dưới dầm vai bằng 20

 Chiều cao bản bụng dầm vai h bdv P−(2+2)Fcm

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai:

 Thiên về an toàn, quan niệm chỉ có bản bụng dầm vai chịu uốn

 Moment chống uốn của bản bụng:

 Kiểm tra điều kiện chịu uốn của tiết diện hình chữ nhật max

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

Chi tiết c hân cột – Liên kết cột với móng

Nôi lực tính toán chân cột:

 Giả thiết hệ số tăng cường độ do nén cục bộ mặt bê tông móng

 Bê tông móng M200 (B15), có R b 8.5 kN cm/ 2

 Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh cầu chạy:

 Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái:

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

 Chiều dài L của bản đế từng nhánh tính được là:

L A B  cm => Chọn L 1 yc bđ 25cm

 Chọn kích thước bản đế 450x250mm cho cả 2 nhánh.

 Ứng suất thực tế ngay dưới bản đế

Theo các kích thước cạnh ô và loại ô, tính moment uốn trong các ô này và nhận thấy rằng:

 Xét ô1: thuộc bản dầm công sôn với phần nhịp vươn ra là 4cm moment uốn lớn nhất tại gối là:

 Xét ô2: thuộc bản kê 3 cạnh với kích thước theo phương tự do là 17 cm, theo phương kia là 14.044 cm:

Với b /a.044 / 17=0.826 =>Tra bảng 3.7 (sách Đoàn Định Kiến) được α =0.093

Với b/a.956/17=0.644 =>Tra bảng 3.7 (sách Đoàn Định Kiến) được α =0.063

 Xét ô2: thuộc bản kê 3 cạnh với kích thước theo phương tự do là 17 cm, theo phương kia là 12 cm Với b/a/17=0.706 => Tra bảng 3.7 (sách Đoàn Định

 Chiều dày cần thiết của bản đế mỗi nhánh: δ 2 =√ 6 M /( fγ)= √ 6 × 25.53/(21 × 1)=2.71 cm δ 1bđ =√ 6 M / ( fγ )= √ 6 × 21.789/ ( 21 ×1 )=2.495 cm

=> Chọn chung chiều dày bản đế cho cả 2 nhánh: δ bđ =3cm

Hình 3.8 Chân cột – Phần nhánh mái

Hình 3.10 Chân cột – Phần nhánh cầu trục

Các bộ phận chân cột

 Được xem như dầm đơn giản có đầu thừa, gối tựa là các đường hàn Toàn bộ lực Nnh truyền từ nhánh cột xuống bản đế thông qua hai dầm đế và sườn ngăn hàn vào bụng của nhánh Vì vậy dầm đế chịu tác dụng của phần phản lực σnh thuộc diện truyền tải của nó.

Hình 3.11 Sơ đồ tính toán dầm đế

 Tải trọng lên dầm đế ở nhánh mái: q 2dđ =(4+0.5×18)×0.95.35kN/cm

 Phản lực lớn nhất tại gối của dầm đế:

 Lực này do 2 đường hàn liên kết với sống và với mép thép góc nhánh cột phải chịu. Giả thiết chiều cao đường hàn sống h s mm, chiều cao đường hàn mép h m =8mm

 Chiều dài cần thiết của đường hàn sống và đường hàn mép: l s =N 2 dđ b g × b g −a g h s (β f w ) min #7.12

(Với b g - chiều rộng cánh thép nhánh, a g =1.544cm- khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái đến đường hàn sống thép góc nhánh mái).

 Chọn chiều dày dầm đế δ = 1cm, tính chiều cao dầm đế theo điều kiện đảm bảo khả năng chịu uốn: x dd d a d

=> Chọn chiều cao dầm đế là 30cm

Hình 3.12 Sơ đồ diện truyền tải

 Tải trọng tác dụng lên sườn: q A ×0.95.1kN/cm

 Moment uốn và lực cắt lớn nhất tại tiết diện ngàm (chỗ có 2 đường hàn góc liên kết sườn với bụng cột):

 Chọn chiều dày sườn δ A mm

 Chiều cao của sườn tính theo công thức sau: h A =√ ( 6 × M A ) / ( δ A × fγ ) = √ ( 6 × 1675.8)/ ( 1 × 21 × 1)!.88 cm

=> Chọn h A 0cm a) Kiểm tra 2 đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột:

 Chọn chiều cao đường hàn h h mm, hàn suốt

 Độ bền của đường hàn kiểm tra theo σ tđ σ tđ =√¿ ¿ ¿ ¿10.378kN/cm 2 N 1 dđ h s (β f w ) min +1= 156.3

=> Chọn chiều cao dầm đế là 30cm Vì dầm đế có tiết diện rất lớn mà nhịp console dầm đế lại bé nên không cần kiển tra về uốn và cắt.

2.3.4 Sườn ngăn nhánh cầu trục

 Chiều cao của sườn tính theo công thức sau: h A =√ ( 6 × M A ) / ( δ A × fγ ) = √ ( 6 ×1191.1 )/( 1 ×21 ×1).44 cm

=> Chọn h A 0cm c) Kiểm tra 2 đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột:

 Độ bền của đường hàn kiểm tra theo σ tđ σ tđ =√¿ ¿ ¿ ¿8.59kN/cm 2 Cường độ tính toán của bu lông f = 18 (kN/cm 2 ) a) Nhánh mái

 Cặp nội lực M, N cho lực kéo bulông lớn nhất (tổ hợp 1, 7):

 Diện tích tiết diện cần thiết của bulông neo:

A bn , neo yc =N bl /f ba 2/18T.56cm 2

 Chọn 4 bulông neo có đường kính 48 (Abn = 4 × 14.72X.88 cm 2 )

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY b) Nhánh cầu trục

 Diện tích tiết diện cần thiết của bu long neo:

A bn , neo yc =N bl /f ba u7.487/18B.08cm 2

 Chọn 4 bulông neo có đường kính 42 (Abn = 4 × 8.26= 44.8 cm 2 )

2.4.2 Sườn đỡ bu lông neo

 Để an toàn, lấy N = 982 kN thiết kế sườn đỡ cho cả 2 nhánh.

 Sườn đỡ vươn ra 1 đoạn là 140mm, khoảng cách từ tâm bu lông đến ngàm là 90mm.

 Coi sườn đỡ như một dầm công xôn chịu lực của bu lông neo.

 Lực dọc tác dụng lên sườn:

 Chọn bề dày sườn δ = 10mm chiều cao sườn là: h s =√ 6 M δγf max = √ 6 × 1 2209.5 ×21 = 25.125 cm

 Sườn đỡ bu lông neo được hàn vào dầm đế bằng 2 đường hàn góc Chọn chiều cao đường hàn góc hh = 10mm

 Độ bền của đường hàn được kiểm tra theo σtd: σ td =√ ( M W max gh ) 2 + ( Q A max gh ) 2 = √ ( 2209.5 196.23 ) 2 + ( 245.5 40.6 ) 2 7 kN /c m 2

=> σtd= 12.7 kN/cm 2 < fwf γc = 18 kN/cm 2 (thỏa mãn)

2.4.3 Dầm đỡ bu lông neo

Lực dọc lớn nhất tác dụng vào dầm đỡ bulông: max 982

 Phản lực tại gối tựa: Q = 122.75

 Nội lực Mmax = 705.8 kN.cm

 Chọn chiều dài dầm đỡ h = 14cm, tính chiều dày dầm đỡ theo công thức: δ dd =6M max h dd 2 f =6×705.8

=> Chọn chiều dày dầm đỡ là h = 12 mm

 Dầm đỡ bu lông neo được hàn vào sườn đỡ bằng 2 đường hàn góc Chọn chiều cao đường hàn góc hh = 10mm

=> σtd= 15.92 kN/cm 2 < fwfγc = 18 kN/cm 2 (thỏa mãn)

Chi tiết vai cột

1.1 Nội lực tính toán mối nối cột:

1.2 Thiết kế mối nối hai phần cột:

 Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài và cánh trong phải chịu: max

 Cánh ngoài nối bằng một đường hàn đối đầu thẳng, chiều dài đường hàn bằng bề rộng cánh cột trên (200 mm), chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cánh cột trên (10 mm).

 Ứng suất trong đường hàn đối đầu cánh ngoài là:

 Chọn bản nối “K” có chiều dày và chiều rộng bằng chiều dày (10mm) và chiều rộng (200mm) bản cánh của cột trên.

 Ứng suất trong đường hàn đối đầu cánh trong là:

 Mối nối bụng cột, tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối Vì lực cắt cột trên khá bé, đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt, với chiều cao đường hàn đúng bằng chiều dày thép bản bụng (10mm).

1.3.1 Chọn tiết diện dầm vai

 Dầm vai tính toán như dầm đơn giản nhịp l = hd = 1m.

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán dầm vai:

 Moment uốn lớn nhất tại vị trí ngay dưới lực S tr max dv 46.042 0.5 23.021( )

 Chọn chiều dày bản đậy nhánh cầu trục của cột δ bđ mm; chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục b s Pmm.

 Theo điều kiện ép cục bộ của lực tập trung ( D max +G dcc )

 Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai : δ dv = D max +G dcc

 Giả thiết chiều cao đường hàn góc 6mm Chiều cao bụng dầm vai phải đủ chứa các đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụng nhánh cầu trục và bản thép “K”.

 Bụng nhánh cầu trục cột dưới xẻ rảnh cho bản bụng dầm vai luồn qua Hai bản này liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc Chiều dài một đường hàn cần thiết: l h 1 =D max +G dcc +B

 Chiều dài 1 đường hàn cần thiết liên kết bản “K” vào bụng dầm vai: l h 2 = S tr

Vậy chiều cao dầm vai h dv Pcm

 Chọn chiều dày bản cánh dưới dầm vai bằng 20

 Chiều cao bản bụng dầm vai h bdv P−(2+2)Fcm

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai:

 Thiên về an toàn, quan niệm chỉ có bản bụng dầm vai chịu uốn

 Moment chống uốn của bản bụng:

 Kiểm tra điều kiện chịu uốn của tiết diện hình chữ nhật max

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

Chi tiết c hân cột – Liên kết cột với móng

Nôi lực tính toán chân cột:

 Giả thiết hệ số tăng cường độ do nén cục bộ mặt bê tông móng

 Bê tông móng M200 (B15), có R b 8.5 kN cm/ 2

 Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh cầu chạy:

 Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái:

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

 Chiều dài L của bản đế từng nhánh tính được là:

 Chọn kích thước bản đế 450x250mm cho cả 2 nhánh.

 Ứng suất thực tế ngay dưới bản đế

Theo các kích thước cạnh ô và loại ô, tính moment uốn trong các ô này và nhận thấy rằng:

Với b /a.044 / 17=0.826 =>Tra bảng 3.7 (sách Đoàn Định Kiến) được α =0.093

Với b/a.956/17=0.644 =>Tra bảng 3.7 (sách Đoàn Định Kiến) được α =0.063

 Xét ô2: thuộc bản kê 3 cạnh với kích thước theo phương tự do là 17 cm, theo phương kia là 12 cm Với b/a/17=0.706 => Tra bảng 3.7 (sách Đoàn Định

 Chiều dày cần thiết của bản đế mỗi nhánh: δ 2 =√ 6 M /( fγ)= √ 6 × 25.53/(21 × 1)=2.71 cm δ 1bđ =√ 6 M / ( fγ )= √ 6 × 21.789/ ( 21 ×1 )=2.495 cm

=> Chọn chung chiều dày bản đế cho cả 2 nhánh: δ bđ =3cm

Hình 3.8 Chân cột – Phần nhánh mái

Hình 3.10 Chân cột – Phần nhánh cầu trục

Các bộ phận chân cột

 Được xem như dầm đơn giản có đầu thừa, gối tựa là các đường hàn Toàn bộ lực Nnh truyền từ nhánh cột xuống bản đế thông qua hai dầm đế và sườn ngăn hàn vào bụng của nhánh Vì vậy dầm đế chịu tác dụng của phần phản lực σnh thuộc diện truyền tải của nó.

Hình 3.11 Sơ đồ tính toán dầm đế

 Tải trọng lên dầm đế ở nhánh mái: q 2dđ =(4+0.5×18)×0.95.35kN/cm

 Phản lực lớn nhất tại gối của dầm đế:

 Lực này do 2 đường hàn liên kết với sống và với mép thép góc nhánh cột phải chịu. Giả thiết chiều cao đường hàn sống h s mm, chiều cao đường hàn mép h m =8mm

 Chiều dài cần thiết của đường hàn sống và đường hàn mép: l s =N 2 dđ b g × b g −a g h s (β f w ) min #7.12

(Với b g - chiều rộng cánh thép nhánh, a g =1.544cm- khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái đến đường hàn sống thép góc nhánh mái).

 Chọn chiều dày dầm đế δ = 1cm, tính chiều cao dầm đế theo điều kiện đảm bảo khả năng chịu uốn: x dd d a d

=> Chọn chiều cao dầm đế là 30cm

 Chiều cao của sườn tính theo công thức sau: h A =√ ( 6 × M A ) / ( δ A × fγ ) = √ ( 6 × 1675.8)/ ( 1 × 21 × 1)!.88 cm

=> Chọn h A 0cm a) Kiểm tra 2 đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột:

 Độ bền của đường hàn kiểm tra theo σ tđ σ tđ =√¿ ¿ ¿ ¿10.378kN/cm 2 N 1 dđ h s (β f w ) min +1= 156.3

=> Chọn chiều cao dầm đế là 30cm Vì dầm đế có tiết diện rất lớn mà nhịp console dầm đế lại bé nên không cần kiển tra về uốn và cắt.

2.3.4 Sườn ngăn nhánh cầu trục

 Chiều cao của sườn tính theo công thức sau: h A =√ ( 6 × M A ) / ( δ A × fγ ) = √ ( 6 ×1191.1 )/( 1 ×21 ×1).44 cm

=> Chọn h A 0cm c) Kiểm tra 2 đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột:

 Độ bền của đường hàn kiểm tra theo σ tđ σ tđ =√¿ ¿ ¿ ¿8.59kN/cm 2 Cường độ tính toán của bu lông f = 18 (kN/cm 2 ) a) Nhánh mái

 Diện tích tiết diện cần thiết của bulông neo:

A bn , neo yc =N bl /f ba 2/18T.56cm 2

 Chọn 4 bulông neo có đường kính 48 (Abn = 4 × 14.72X.88 cm 2 )

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY b) Nhánh cầu trục

 Diện tích tiết diện cần thiết của bu long neo:

A bn , neo yc =N bl /f ba u7.487/18B.08cm 2

 Chọn 4 bulông neo có đường kính 42 (Abn = 4 × 8.26= 44.8 cm 2 )

2.4.2 Sườn đỡ bu lông neo

 Để an toàn, lấy N = 982 kN thiết kế sườn đỡ cho cả 2 nhánh.

 Sườn đỡ vươn ra 1 đoạn là 140mm, khoảng cách từ tâm bu lông đến ngàm là 90mm.

 Coi sườn đỡ như một dầm công xôn chịu lực của bu lông neo.

 Lực dọc tác dụng lên sườn:

 Chọn bề dày sườn δ = 10mm chiều cao sườn là: h s =√ 6 M δγf max = √ 6 × 1 2209.5 ×21 = 25.125 cm

 Sườn đỡ bu lông neo được hàn vào dầm đế bằng 2 đường hàn góc Chọn chiều cao đường hàn góc hh = 10mm

=> σtd= 12.7 kN/cm 2 < fwf γc = 18 kN/cm 2 (thỏa mãn)

2.4.3 Dầm đỡ bu lông neo

Lực dọc lớn nhất tác dụng vào dầm đỡ bulông: max 982

 Phản lực tại gối tựa: Q = 122.75

 Nội lực Mmax = 705.8 kN.cm

 Chọn chiều dài dầm đỡ h = 14cm, tính chiều dày dầm đỡ theo công thức: δ dd =6M max h dd 2 f =6×705.8

=> Chọn chiều dày dầm đỡ là h = 12 mm

 Dầm đỡ bu lông neo được hàn vào sườn đỡ bằng 2 đường hàn góc Chọn chiều cao đường hàn góc hh = 10mm

=> σtd= 15.92 kN/cm 2 < fwfγc = 18 kN/cm 2 (thỏa mãn)

Chi tiết chân cột – Liên kết cột với móng

THIẾT KẾ DÀN

Nội lực

Loại thanh Ký hiệu TT HT DT DP TTRAI TPHAI GT GP

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY Đứng

Tổ hợp nội lực

THCB 1 THCB 2 Nội lực tính toán

Nmax Nmin Nmax Nmin Nmax Nmin kN kN kN kN kN kN

Hình 4.1 Ký hiệu thanh dàn

Hình 4.2 Ký hiệu nút dàn

II/- XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN THANH DÀN

 Bản mã: ta có N max = 200.73 kN => bề dày bản mã toàn bộ dàn là 8mm.

Thanh xiên đầu dàn (4-9)

Chiều dài tính toán được xác định như sau:

Chọn tiết diện: ta có thanh chịu kéo với N = 82.65 kN và chịu nén với N = 172.46 kN

 Xét trường hợp N nén = 172.46 kN

 Diện tích yêu cầu: A yc 2.46/(0.539×21).24cm 2

 Bán kính quán tính cần thiết: r x−yc 0

 Chọn tiết diện chữ T bằng 2 thép góc đều cạnh ghép lại

 Dựa vào A yc , r xyc ,r yyc tra phụ lục 9 (sách Ngô Vi Long) chọn thanh 2L90x6 có:

A=2×10.6!.2cm 2 >A yc r x =r x1 =2.78cm>r x−yc r y =3.96cm>r y−yc

 Vậy tiết diện trên đảm bảo yêu cầu độ mảnh.

 Kiểm tra lại tiết diện về khả năng chịu lực: λ y =l y /r y 80/3.96=¿95.96¿ λ x =l x /r x '8.8/2.47h.35

 Tra bảng D8 (TCVN 5575:2012) được φ min =0.612 ¿>σ= N φ min A ng = 172.46

 Vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu.

 Kiểm tra lại cho trường hợp N kéo = 82.65kN

 Diện tích yêu cầu: A yc 65/21=3.94cm 2

400=0.95cm SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Trang 71

A=2×10.6!.2cm 2 >A yc r x =r x1 =2.78cm>r x−yc r y =3.96cm>r y−yc

 Vậy tiết diện trên đảm bảo yêu cầu độ mảnh.

 Kiểm tra lại tiết diện về khả năng chịu lực: σ= N

A ng 65 21.2 =3.9kN/cm 2 A yc r x =3.87cm>r x−yc r y =5.39cm>r y−yc

=> Vậy đảm bảo yêu cầu độ mảnh.

 Kiểm tra lại tiết diện về khả năng chịu lực: λ x =l x /r x 00/3.87w.52 λ y =l y /r y `0/5.39=¿111.32¿

 Kiểm tra lại cho trường hợp N kéo = 200.73 kN

 Diện tích yêu cầu: A yc 0.73/21=9.56cm 2

A=2×19.79.4cm 2 >A yc r x =3.87cm>r x−yc r y =5.39cm>r y−yc

=> Vậy tiết diện trên đảm bảo yêu cầu độ mảnh.

 Kết luận: Vậy tiết diện thanh 23-31 cần chọn là 2L125×7.

 Diện tích yêu cầu: A yc 1.82/(0.539×21)=9.88cm 2

 Bán kính quán tính cần thiết: r x−yc (7.5

 Chọn tiết diện chữ T bằng 2 thép góc đều cạnh Dựa vào A yc , r xyc ,r yyc tra phụ lục 9 (sách Ngô Vi Long) chọn được tiết diện thanh 2L110×8 có:

SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Trang 73 r x =3.39cm>r x−yc r y =4.8cm>r y−yc

 Kiểm tra lại tiết diện về khả năng chịu lực: λ x =l x /r x (7.5/3.39.81 λ y =l y /r y W5/4.8=¿119.79¿

 Kiểm tra lại cho trường hợp N kéo = 67.09 kN

 Diện tích yêu cầu: A yc g.09/21=3.19cm 2

 Bán kính quán tính cần thiết: r x−yc (7.5

A ng g.09 34.4 =1.95kN/cm 2 A yc r x =3.87cm>r x−yc r y =5.39cm>r y−yc

 Kiểm tra lại tiết diện về khả năng chịu lực: λ x =l x /r x 01.5/3.87w.91 λ y =l y /r y `3.5/5.39=¿111.87¿

3.3 Kiểm tra lại cho trường hợp N kéo = 77.43 kN

 Diện tích yêu cầu: A yc w.43/21=3.69cm 2

 Bán kính quán tính cần thiết: r x−yc 01.5

400=1.51cm SVTH: Trần Nhật Linh – MSSV: 81302103 Trang 75

A ng w.43 21.2 =1.97kN/cm 2

Tiêu đề	Đồ Án môn học kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng
Tác giả	Nguyễn Văn A, Trần Thị B
Người hướng dẫn	PTS. Nguyễn Văn C
Trường học	Trường Đại học X
Chuyên ngành	Kết cấu thép
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	4,87 MB