ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, tài liệu hướng dẫn thiết kế kết cấu khung thép, dành cho các bạn nghiên cứu, tham khảo trong quá trình học tập của mình về một học kết cấu thép

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG ĐỒ ÁN THÉP II THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 1.1: Các số liệu thiết kế : - Nhòp nhà : L = 24 m - Cao trình đỉnh ray : Hr = 9 m - Sức trục : Q = 300 KN - Gió vùng II : wtc = 0.55 KN / m 2 . Các số liệu tra bảng : Từ số liệu thiết kế , chọn loại ray KP70, có các đặc trưng : -H k = 2750 mm -Bề rộng cầu trục :B k = 6300 mm -Nhòp cầu trục : L k = 22.5m . - Khoảng cách 2 trục bánh xe : K = 5100 mm . -Khoảng cách tim ray đến mút ngoài cùng của cầu trục : B 1 = 300 mm -F=500mm , 1.2: Kích thước theo phương đứng : 1.2.1:Cột dưới Chiều cao ray và đệm : giả đònh lấy bằng h r =200 mm Chiều cao dầm cầu chạy : h dcc =1/10 B = 600 mm Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất : h m = 0 . SVTH : nguyen van a 1 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Chiều cao gabarit cầu trục : H k = 2750 mm Độ võng dàn mái : 1/10 nhòp nhà : f = 300 mm Từ đó tính được : H d = H r – h r –h dcc + h m = 9000 – 200 – 600 + 0 = 8200mm. 1.2.2:Cột trên Chiều cao gabarit cầu trục : H k = 2750 mm Độ võng dàn mái : 1/100 nhòp nhà : f = 240 mm fHhhH kdccrt ++++= 200 = 200 + 600 + 2750 + 200 + 240 = 3990 mm Chọn H t = 4000 mm H d = 8200 mm 1.3 Xác đònh kích thước theo phương ngang : Nhòp nhà xưởng : L = 24000mm Nhòp cầu trục: L k = 22500mm Kích thước phần đầu B 1 = 300mm Khe hở an toàn giữa mép cột trên và cần trục D= 70mm - Khoảng cách từ tim ray đến trục đònh vò : mm LL K 750 2 2250024000 2 = − = − = λ -Chiều cao tiết diện cột trên , chọn sơ bộ : h t = 1/10 H t = 4000 10 1 × =400 mm Chọn h t =500mm -Khoảng cách trục đònh vò đến mép ngoài cột SVTH : nguyen van a 2 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG λ −++≥ DBha t 1 = 500 + 300 + 70 -750 = 120mm, chọn a = 250 mm , trục đònh vò trùng tim cột trên - Bề rộng cột dưới xác đònh theo công thức : h d = λ + a = 750 + 250 = 1000 mm . Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng khung ngang dd Hh ) 11 1 10 1 ( −≥ =750-820mm )( 20 1 trdd HHh +≥ =610mm MẶT CẮT KHUNG NGANG Q=30T SVTH : nguyen van a 3 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Nhòp cầutrục L K 100 f B 1 h ct a D H K h r d dcc h d A H d H t h 0 II) XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG : 1)Tónh tải mái : Trọng lượng các lớp mái : Panen cỡ lớn : 1.5KN / m 2 . hệ số vượt tải n = 1.1 Bêtông cách nhiệt 0.4KN/ m 2 . hệ số vượt tải n = 1.2 Lớp chống thấm 0.1KN / m 2 n = 1.2 Vữa tô trát 0.8 KN /m 2 n = 1.2 Gạch lá nem 1.2 KN / m 2 n = 1.1 Tổng tải trọng tính toán : g tt = 1.5x1.1 + 0.4x1.2 + 0.1x1.2 + 0.8x1.2 + 1.2x1.1 = 4.53KN / m 2 . Tải tính toán tính trên mặt bằng g tt o = α cos tt g = 995.0 53.4 =4.55 KN / m 2 Trọng lượng kết cấu mái cộng hệ giằng :g tc 1 = 0.3 KN / m 2 . hệ số vượt tải n = 1.2 Giá trò tính toán g tt 1 = 0.3x1.2=0.36 KN / m 2 Trọng lượng kết cấu cửa mái : g tc 2 = 0.12KN / m 2 . hệ số vượt tải n = 1.2 Giá trò tính toán g tt 2 = 0.12x1.2=0.144 KN / m 2 SVTH : nguyen van a 4 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Tải trọng các lớp lợp + hệ kết cấu mái + hệ giằng coi như phân bố đều trên suốt nhòp nhà xưởng . mKNLlBgBgBgg tttttt tt /892.2924/126144.0636.0655.4/ 210 =××+×+×=++= ∑ 2) Tải trọng sửa chửa mái : Hoạt tải . Theo TCVN 2737 -1995 : Mái lợp panen btct : 0.75KN/ m 2 mặt bằng nhà xưởng . n = 1.3 Độ dốc mái i = 10% α cos⇒ =0.995 Giá trò tính toán : ./980.0.3.1 cos 75.0 2 mKN a p tt ht =×= Tải sửa chửa dồn về một khung thành tải phân bố đều : mKNBp tt ht /879.56980.0. =×= . 3) Áp lực cầu trục lên vai cột : D max = ∑ icQ yPnn max D min = ∑ icQ yPnn min , n Q =1.2 ; n c = 0.85. Tra bảng cầu trục có được : P max = 315KN . Tổng trọng lượng cầu trục : G = 385 T . Số bánh xe một bên ray : n 0 = 2 . P min = 95 KN Dùng lý thuyết đường ảnh hưởng cho hệ dầm đơn giản , xắp tải và khảo sát hàm tuyến tính để tìm ra vò trí các bánh xe dầm cầu chạy cho giá trò max của ∑ i y . SVTH : nguyen van a 5 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG P 1 P 2 P 4 P 3 Y 3 Y 1 Y 2 Y 4 Với số liệu cụ thể : B = 6300mm . K = 5100mm , thì cách xắp tải như sau sẻ cho giá trò max ( ∑ i y ) từ đó sẻ cho giá trò max của áp lực lên vai cột : y 1 = 1 ; y 2 = 1 6 2.16 − =0.8 ; y 3 = 1 6 1.56 − =0.15 ; y 4 = 0 95.1 321 =++= ∑ yyyy i D max = ∑ icQ yPnn max = 1.2x0.85x315x1.95 = 626.535 KN. D min = ∑ icQ yPnn min = 1.2*0.85*95*1.95 = 188.955 KN. 4) Lực xô ngang của cầu trục : Các số liệu : G xc = 120 KN. Móc mềm có : f ms = 0.1 . n ’ xc = 2 : số bánh xe hãm . n xc = 4 : tổng số bánh của xe con . Lực hãm ngang tác dụng lên toàn bộ cầu trục : .5.31 0 KNT = Lực ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe lên cầu trục do hãm : 75.15 2 5.31 0 0 1 KN n T T === Lực xô ngang cầu trục : SVTH : nguyen van a 6 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG KNyTnnT i 717.2895.1*75.15*85.0*1.1. 11 === ∑ Lực xô ngang ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy . . 5) Tải trọng gió : Cao trình thanh cánh dưới : H = 12.2 m → k = 1.21 . Cao trình đỉnh mái : H = 9.2 +2.2x2+ 12x0.10 = 14.8 m → k = 1.25 . .23.1 2 21.125.1 = + = tb k Tải trọng gió gồm : Tải phân bố tác dụng lên cột Tải tập trung đặt tại đáy vì kèo . ∑ = ii hckBqnW 0 ' 0 ' ∑ = ii hckBqnW MẶT CẮT KHUNG NGANG 0.7 -0.8 -0.6 -0.6 -0.6 0.8 -0.561 -0.528 Các số liệu có : q 0 = 83 daN / m 2 . n = 1.3 , hệ số vượt tải . B = 6 m . SVTH : nguyen van a 7 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Tính c 1 bằng tra bảng và nội suy : 0 53.8 15 1 =→= α i 64.0 24 4.15 == L H Từ α và H / L , nội suy có được c 1 = -0.561 . Tính c 3 : H / L = 0.64 . ∑ == .524/120/ LB → c 3 = -0.528 . Tính tải tập trung : ∑ = ii hckBqnW 0 = 1.3x83x1.23x6x(0.8x2.2-0.561x0.6+0.7x2.2-0.8x0.6) = = 1977.536 daN = 19.775 KN . ' 0 ' ∑ = ii hckBqnW = 1.3x83x1.23x6x(-0.6x0.6-0.6x2.2 -0.6*0.6-0.528*2.2) = = -2549.4daN = -25.494 KN . Tính tải phân bố đều : .266.668.6268.021.16833.1 0 KNdaNckBnqq ==××××== 136.461.413)528.0(21.16833.1 ' 0 ' KNdaNckBnqq −=−=−××××== III) XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG VÀ TỔ HP NỘI LỰC : III.1 TĨNH TẢI : Các giả thiết tính toán : .30;7 == ct d ct cd J J J J Các số liệu tính toán : tónh tải coi như phân bố đều , có giá trò tính toán : N = 29.892 KN/m . H t = 4 m , H cd = 8.2 m , độ lệch tâm e = 250mm. Nhòp L = 24 m . Bỏ qua trọng lượng cột . SVTH : nguyen van a 8 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG BT2BT1 M 29.892KN/m29.892KN/m Giải bài toán 1 : Lực dọc trong cột trên khung : N 2 = Ql / 2 = 29.892x24 / 2 = 358.704 KN . → Moment lệch tâm ở vai cột : M = N 2 x e = 358.704 x 0.25 = 89.676 KNm . Hệ cơ bản : ptct : r 11 ϕ 1 + R 1P = 0 . Mômen ở đầu xà ngang do ϕ =1 24 75.322 cdd xa B JE L EJ M × −=−= =-0.313EJ Mômen ở đầu cột do ϕ =1 gây ra 1−= ctr cd J J µ =7-1=6 h h ctr = α = 2.12 4 =0.328 A=1+ αµ =1+0.328x6=3.295 B=1+ µα 2 =1+0.328 2 x6=1.752 C=1+ µα 3 =1+0.328 3 x6=1.247 F=1+ µα 3 =1+0.328 3 x6=1.081 K=4AC-3B 2 =4x2.967x1.211-3x1.069 2 =7.219 =−= h EJ K C M B 1 cot 4 -0.057EJ Phản lực ở đầu cột do ϕ =1 gây ra 22 1 2.12219.7 752.166 × × == h EJ K B R B EJ 1 =0.01EJ 1 r 11 = cot B xa B MM + =-0.313EJ-0.057EJ=-0.369EJ r 1p = B p M = 12 2 ql =29.892x24 2 /12=1434.816(KNm) Góc xoay ϕ = 11 1 r r p − =- EJ369.0 816.1434 − = EJ 057.3887 Mômen cuối cùng SVTH : nguyen van a 9 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG -Ở đầu xà M xa B = × xa B M ϕ + B p M =-0.313EJ × EJ 057.3887 +1434.816=220.111 (KNm) -Ở đầu cột trên M cot B =- × cot B M ϕ =-0.057EJ × EJ 057.3887 =-220.111(KNm) R B = B R .ϕ =0.01EJ 1 EJ 057.3887 =38.042KN Mômen ở vai cột M c = M cot B + R B × h ctr =-220.111+38.042x4=-67.944(KNm) Mômen ở chân cột M A = M cot B + R B × h=-220.111+19.54x12.2=243.997(KNm) C A B D 220.111 67.944 243.997 Giải bài toán 2 Moment lệch tâm ở vai cột : M e = N 2 x e = 358.704x 0.25 = 89.676 KNm M B =- [ ] e M K cB 4)1(3)1( −+− αα =- [ ] 219.7 247.14)328.01(752.13)328.01( ×−+×− x-89.676 =16.653(KNm) R B = [ ] = +−−− h M K AB e )1()1(6 αα [ ] 2.12 676.89 219.7 )238.01(295.3752.1)328.01(6 −+−−− =-10.771KN Momen tại các tiết diện khác M tr C = M B +R B × h 2 =16.653-10.771x4=-26.432(KNm) M d C = M tr C + M e =-26.432+89.676=63.244(KNm) M A = M B +R B × h+ M e =16.653-10.771x12.2+89.676=-25.080(KNm) SVTH : nguyen van a 10 [...]... 3 Moment kháng uốn : W = 6 6 Kiểm tra chòu uốn của dầm vai , coi như chỉ có bản bụng chòu : σ= dv M max 111.781 × 100 = = 19.16 KN / cm 2 〈 21KN / cm 2 W 583.33 Các đường hàn ngang liên kết bản cánh trên , cánh dưới với bản bụng của dầm vai lấy theo cấu tạo 2 )Thiết kế chân cột : Thiết kế chân cột phân cách Các số liệu thiết kế có : Bêtông mác 250 , SVTH : nguyen van a 33 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths... hàn cần thiết : SVTH : nguyen van a 30 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG ls = 0.7 N 0.7 × 89.84 = = 9.52cm hs ( β R g ).γ 0.7 × 12.6 × 0.75 lm = 0.3.N 0.3 × 89.94 = = 5.71cm hm ( β R g ).γ 0.6 × 12.6 × 0.75 V-THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT : 1) Thiết kế vai cột : 1.1 : Thiết kế mối nối hai phần cột : Vò trí khoách đại cao hơn mép trên vai cột 500mm.Mối nối cánh ngoài ,cánh trong , bụng trên cùng một tiết... ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG -3.518 -34.089 30.085 15.489 -100.346 MP 7.931 0 93.911 III.5 NỘI LỰC DO TẢI TRỌNG GIÓ GÂY RA : Hệ cơ bản : W W q q HCB Chỉ có một ẩn chuyển vò ∆ ở đầu cột Ptct : r11 ∆ + R1P = 0 Vẽ các biểu đồ : Biểu đồ M 1 đã được vẽ ở III.3 P Để vẽ biểu đồ M 0 ta có công thức 9 BF − 8C 2 2 qh =-49.675KNm MB=2K MB’=33.954KNm MA=-108.032KNm SVTH : nguyen van a 17 ĐỒ ÁN KẾT... 7.138 -7.138 -3.714 14.1 SVTH : nguyen van a 19 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Chân cột A GVHD :Ths NGÔ VI LONG 1.0 218.917 358.704 43.326 70.992 -30.063 626.535 144.098 188.955 100.346 93.991 522.5 100.346 93.991 559.313 0.9 218.917 358.704 38.994 63.893 -27.057 563.882 129.688 170.060 -90.311 90.311 SVTH : nguyen van a 20 84.592 470.3 84.592 503.382 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG TỔ HP NỘI LỰC Tiết diện... dày bản đậy nhánh cầu trục Dmax tác dụng lên vai cột : 626.535KN Gdcc : giả đònh lấy bằng 15KN Rem =32KN /cm2 +G D 626.535 + 15 max dcc Bề dày bản buụng cần thiết : σ bb = ( b + 2δ ) R = ( 30 + 2 × 2 ) × 32 = 0.589cm em Chọn δbb = 14mm 1.2.2: Chiều cao bụng dầm vai : Điều kiện bảo đảm độ cứng liên kết hai nhánh cột : hdv ≥ 0.5hd = 0.5 × 1000 = 500mm SVTH : nguyen van a 32 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths... Chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cột trên : δh = 1.4 cm Chọn bản K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều dày và chiều rộng cánh cột trên ng suất trong đường hàn đối đầu : σ h = N trong δ h l h = 447.120 = 11.83KN / cm 2 1.4 * (28 − 2 * 0.5) Với mối nối cánh ngoài theo cấu tạo đường hàn lấy như mối nối cánh trong SVTH : nguyen van a 31 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Mối nối... 1+2+3+5+7 -251.643 986.47 1+3+5+7 -401.832 922.58 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG N max = 429.696 KNm , M tu = -243.725KN Phần cột dưới : Nhánh mái : Chọn cặp nội lực nguy hiểm M2 = 942.502 KNm , N2 = 592.656 KN Nhánh cầu trục : Chọn cặp nội lực nguy hiểm :M1 = -401.832 KNm, N1 =922.568KN IV.2 Xác đònh chiều dài tính toán : a) Trong mặt phẳng khung : Các thông số : K1 = iì J J 1 8.2 = t ÷ d... 318325.8cm 4 SVTH : nguyen van a 27 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP rd = λx = GVHD :Ths NGÔ VI LONG Jd = 47.41 Fd l x1 1640 = = 34.59 rd 47.41 Kiểm tra giã thiết độ cứng : J cd 318325.8 = = 5.601 J ct 56823 Sai số so với giả thiết : ∆ = 5.601 − 8 = 30% 8 Vậy tiết diện cột đã chọn là chấp nhận được 2: Kiểm tra tiết diện đã chọn : Các thông số tính toán : Lực dọc trong các nhánh cột : N nh1 = N1 × y2 M 1 37.15 401.832... tỉnh tải ta có kết qủa Lưc dọc N=70.992 KN SVTH : nguyen van a 11 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Momen MB = -40.267(KNm) M C = -18.678(KNm) tr M C = - 0.930 (KNm) d MA = 43.326 (KNm) -40.267 -18.678 -0 93 43.326 III.3 ) ÁP LỰC CỦA CẦU TRỤC Dmax , Dmin LÊN VAI CỘT : Dmax=626.535KN Dmin=188.955KN Dmax Dmin Dmax BT1 Dmin Mmax Mmin BT2 Rõ ràng ở bài toán 1 không gây ra moment rong khung , vậy chỉ... Nhánh mái : L100X12 có : F = 22.8 cm2 , Jx = Jy = 209cm4 , z = 2.91 cm SVTH : nguyen van a 26 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD :Ths NGÔ VI LONG Fnh2 = 1.4 × 30+2 × 22.8 = 87.6cm2 Moment quán tính của tiết diện đối với mép ngoài tiết diện : Sx = 1.4 × 30 × 1.4/2+2 × 22.8 × (1.4+2.91) = 225.936 cm3 Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép ngoài tiết diện : c0 = Sx 225.836 = = 2.579cm Fnh 2 87.6 Moment quán