Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp

Bố trí khung ngang: Khung ngang bố trí theo phương ngang nhà, các cột khung tạo nên lưới bước khung có môđun là 6m.. 4.Hệ giằng : Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của nhà công nghiệp

TÍNH TOÁN KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1

Kết cấu khung : Thép CT3

Kết cấu bao che :

Mái : Tấm Panen BTCTTường : Xây gạch

Móng : Bêtông cốt thép M150 4./Liên kết : Dùng liên kết hàn và bulông

5./Địa điểm xây dựng : Thành phố Đà Nẵng

PHẦN I :

KHUNG NGANG 1.Sơ đồ khung:

Khung gồm cột và sườn ngang Liên kết giữa cột và sườn ngang là liên kết cứng hoặc khớp (tổng quát

ta chọn liên kết cứng ) Cột bậc thang phần trên đặcvà phần dưới rỗng Dàn hình thang 2 mái dốc với tấm lợp bằng BTCT, độ dốc i=1/10

+10.000

B£T¤NG §¸ 4X6 M100

NÒN §ÍT THI£N NHI£N

§ÍT §¾P §ÌM Kü L¸NG V÷A XI M¡NG M75

MƯT C¾T NGANG

17.600

+20.100

2.Kích thước khung ngang :

Xác định các kích thước chính của khung, cột, dàn là dựa vào nhịp L, bước cột B, sức trục Q và cao trình ray Hr

F L

B H

t

Loại ray KP-100 có các kích thước sau :

;

4 0

a

1 0 0 b

;

1 08

b

1 5 0 B

c = 100 : Khe hở an toàn giữa đỉnh xe con và mép dưới của dàn vì kèo

f = 200400mm :Khe hở phụ thuộc đến độ võng kết cấu và việc bố trí thanh giằng

Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dưới rường ngang :

hr : Chiều cao ray và đệm sơ bộ lấy hr = 150mm

Chiều cao phần cột dưới: Hd = H - Htr + hch

= 14200 – 5350 - 850 = 9700mm

với hch = 850 là phần cột được chôn dưới đất

Chiều dài toàn cột h = Htr + H d =

Chiều cao đầu dàn lấy theo thiết kế định hình

2200, với độ dốc i = 1/10

 Chiều cao giữa dàn là 2200 +( 1/10) (24000/2) =

3400 mm Hệ thanh bụng là loại hình tam giác có thanh đứng Khoảng cách mắt trên 3000 Bề rộng cửa trời lấy = 12(m) , chiều cao cửa trời gồm 1 lớp kính 1,5(m), bậu trên 0,2(m), bậu dưới 0,8(m)

3 Bố trí khung ngang:

Khung ngang bố trí theo phương ngang nhà, các cột khung tạo nên lưới bước khung có môđun là 6m

4.Hệ giằng :

Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của nhà

công nghiệp có tác dụng :

Bảo đảm độ cứng không gian của nhà xưởng

Chịu lực dọc như lực gió ở đầu hồi ,lực hãm dọc của cầu trục

Làm giảm chiều dài tính toán trong cấu kiện chịu nén như thanh cánh trên của dàn, cột,

Thuận tiện cho việc lắp đặt an toàn

PHẦN II : TÍNH TOÁN KHUNG NGANG I/ Tính tải trọng tác dụng lên khung :

1/ Tải trọng tác dụng lên dàn :

1 1.1/ Tải trọng thường xuyên :

a/ Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng :

Cấu tạo của lớp mái Tải

trọng t/

c (Kg)/m2

mái

Hệ số vượttải

ttrọng ttoán (Kg)/m2

mái-Tấm panen 1,5x6 (m)

-Lớp cách nhiệt dày 12

272080

1,11,2

1,21,21,1

16572

342488

 (Kg/m2)

383 995 ,

c/ Trọng lượng kết cấu cửa trời :

Có thể tính theo công thức kinh nghiệm : gctr = ctr.Lctr

(Kg/m2 mặt bằng nhà)

Trong đó ctr = 0,5 ; Lctr :nhịp cửa trời

Cũng có thể dùng trị số : 12-18 (Kg/m2) cửa trời , ở đây lấy bằng g ct tc  12(Kg/m2)  gctrtt = 1,1.12 = 13,2 (Kg/m2)

d/ Trọng lượng cánh và bậu cửa trời :

Trọng lượng cánh cửa ( kính + khung ): tc

24

1006 2 6 12 2 , 13

2

g B

1.2/ Tải trọng tạm thời :

Theo TCVN 2737- 90 , tải trọng tạm thời trên mái là :

ptc = 75 (Kg/m2) mặt bằng với hệ số vượt tải np = 1,4

Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang :P= np.ptc.B = 0,63 (T/m)

2/ Tải trọng tác dụng lên cột :

a/ Do phản lực của dàn :

Tải trọng thường xuyên :V= 30 , 43

2

24 2536 2

.





L q

(T) Tải trọng tạm thời : V’ = 7 , 56

2

24 630

PL

(T)

b/ Do trọng lượng dầm cầu trục :

Trọng lượng dầm cầu trục sơ bộ tính theo công thức sau :

c/ Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :

Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu

trục tác dụng thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản

lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2

cầu trục xác nhau ở vào vị trí bất lợi nhất Cầu trục 75T có áp lực đứng tiêu chuẩn max của một bánh xe là :

P1maxtc = 35T

 P1mintc = (Q + G ) / no - P1maxtc = (75 + 115) /4 - 35 = 12,5 T

P2maxtc = 36T

 P2mintc = (Q + G ) / no - P2maxtc = (75 + 115) /4 - 36 = 11,5 T

Khoảng cách giữa P1max và P2max là T = 4560 ( tra bảng) Bề rộng B = 8800

Ta có vị trí giữa các bánh xe như hình vẽ sau:

Từ đường ảnh hưởng trên ta có :

Dmax = n.nc.(P1maxc.y1 + P2maxc y2)

=1,2 0,85.(350.(0,1) + 360.( 1+0,86+0,57+0,43)) =1086KN = 108,6T

Dmin = 1,2.0,85 ( 125.0,1 + 115.2,86) = 348KN = 34,8T Các lực Dmax , Dmin đặt vào nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng 1/2 bd

Do đó tại vai cột có sinh ra môment lệch tâm : Mmax =

Dmax .e = 54,3T.m

Mmin = Dmin.e

= 17,4T.m

d) Do lực hãm của xe con:

 khi xe con hãm phát sinh lực quán tính tác dụng

ngang nhà theo phương chuyển động Lực hãm xe

con , qua các bánh xe cầu trục , truyền lên dầm hãm vào cột

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe tính:

4 , 1 4

) 38 75 (

05 , 0 ) (

Lực hãm ngang Tmax truyền lên cột được xác định theo đường ảnh hưởng như đối với Dmax

Tmax = n.nc.T1c.y = 1,2.0,85.1,4.(0,1+2,86) = 4,266 T

3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung :

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737-95 Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao < 36 (m)  tính với

thành phần tĩnh của gió Aïp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10 (m) trở xuống thuộc khu vực II B có q0tc  80(Kg/m2)

0,6

-0,6 -0,8

-0,6

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính :Phía gió đón : q = .n.qo.K.C.B =

Tính khung nhằm mục đích xác định các nội

lực :mômen, lực dọc, lực cắt trong các tiết diện khung Việc tính khung trong các tiết diện khung rỗng như là dàn cột khá là phức tạp, nên trong thực tế, đã thay thế sơ đồ tính toán của khung bằng sơ đồ dơngiản hoá bằng cách giả thiết như sau :

Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng

tương đương đặt tại cao trình cánh dưới của dànTheo kinh nghiệm có thể giả thiết tỉ số các

mômen quán tính như sau

Momen quán tính dàn : Jd= 

/ )

hd =3400 chiều cao giữa dàn

: hệ số kể đến độ dôïc cánh trên i= 1/10   = 0,8

Jd= 0 , 8 1476000 4

2100 2

340 22800000

2

.

cm R

.

) 2 (

d mã

R K

D N

J   với NA phản lực tựa của dàn truyềnxuống

NA = A’ + A =30,43+7,56= 38 T

Dmax áp lực do cầu trục ; k1= 2,5  3 khi cột bậc thang bước B= 6(m) , lấy K1 =2,5

4 2

2100 5 , 2

) 151160

2 38000

50 , 1

6 , 0 (

6 ,

J h

J L

30 J

J

; 10

2

d 2

trục cột trên Khi đó đối với tải trong thẳng đứng

truyền từ trên xuống phải kể thêm mômen lệch tâm ởchổ đổi tiết diện cột :Me = Ve

2./Tímh khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

a./Với tĩnh tải :

Dùng phương pháp chuyểnvị, ẩn số là góc xoay 1, 2

và một chuyển vị ngang  ở đỉnh cột Trường hợp

ở đây, khung và tải trọng đối xứng nên  = 0 và 1 = 2

= Ẩn số là hai góc xoay bằng nhau của nút khung

Quy ước dấu như sau :

Môment dương khi làm căng thớ bên trong của cột và dàn

Phản lực ngang là dương khi có chiều hướng từ bên trong ra ngoài Tức là đối với cột trái thì hướng từ phải sang trái

Môment ở đầu xà do  = 1 gây ra :

24

3J E 2 J E 2

C 4 -

H J E

1

05 , 15 6,64

1,76 6

K

B 6

H

J E

r1p = -2,541224

12

L q -

phản lực môment tại nút B do tải trọng ngoài gây ra)Mà: r11 + r1p = 0   =

1 11

1

J E 0,301

121,92

M = -20,67 [T.m]

Môment ở đầu cột trên :

cột B

Nội lực ở các tiết diện khác thì dùng trị số phản lực :

Môment ở chân cột :

MA = MB + RBh = -20,66 + 2,8415,05 = 22,1 [T.m]

Môment lệch tâm ở tại vai cột : Me = V 30,43 1,02-0,5

 t

d h h

= 7,61[T.m] Nội lực do Me gây ra tra ở bảng III.2 phụ lục

K

C B

] 27 , 1 4 ) 356 , 0 1 ( 76 , 1 3 [ ) 356 , 0 - (1

61 , 7 64

, 6

0,356)]

(1 3,136 - [1,76 0,356)

(1 6

-RB = - 0,733 [T]

Mômen tại các tiết diện khác :

t C

M = MB + RBHt = 1,54 -0,733 5,35 = -2,38[T.m]

d C

22 , 20 24 , 0

b./Với hoạt tải :

Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhâncác trị số của momen do tải trọng thường xuyên (c) với tỷ số :p/q = 0,63/2,54=0,248

Ta có được biểu đồ nội lực trên nhờ suy ra từ tính chất khung đối xúng chịu tải trọng đối xứng

c/ Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục:

Trọng lượng dầm cầu trục Gdct = 1,037 =1,0 T

Mdct = 1.0,5 = 0,5 T.m

Biểu đồ moment Me nhân với hệ số -Mdct/Me = -

0,0657(vì hai moment này đặt cùng một vị trí nhưng ngược chiều )

Cộng biểu đồ này với biểu đồ moment do tải trọng thường xuyên trên mái ta được biểu đồ moment do toàn bộ tải trọng thường xuyên lên dàn và cột

7,85

22,1 5,47 5,47

1,54 1,54

5,23 5,23

2,38 2,38

0,06

0,06 (cc)

d./Tính khung với moment cầu trục M max , M min :

Giả thiết độ cứng của xà ngang là vô cùng, ẩn số theo phương pháp chuyyẻn vị là chuyển vị ngang của nút trên

M = (-7,14).(-2,38)=16,99 [T.m]

d C

M = (-2,29) (-2,38)=5,45 [T.m]

d C

1 3

64 , 6

136 , 3 12 - K

A 12 -

H

J E H

J E H

J E

1 2

64 , 6

76 , 1 6 K

6

H

J E H

J E H

J E B

J E 5,667 - 1,59

R

2

1 C

H

J E 0,42 -

2

1 3

1 2

1 - 5,667 H - 4,077 1,59

H

H

J E H

J E H

J E R

J

E 

= -11,334 3

1 H

J

E 

r1p = RB + RB’ = 5,23 - 1,68 = 3,55 [T]

1 2

3 1 11

4,714

H

J E 11,334 -

3,55

r

-r -

J

E 

 - 11 = -3,5 [T.m]

t C

M =

1

2 2

,714 4 H

J E 0,42 -

M =

1

2 2

1 4 , 714 H

J E 0,42 -

J E

1 4 , 714 H

J E 4,077 -

J E

J

E 

 - 3,53 = -11 [T.m]

t C

M =

1

2 2

,714 4 H

J E 0,42

M =

1

2 2

1 4 , 714 H

J E 0,42

J E

1 4 , 714 H

J E 4,077

J E

16,99 37,34

e./Tính khung với lực hãm ngang T :

Lực hãm T đặt ở cao trình dầm hãm của một trong hai cột đở cầu trục Chiều của lực có thể hướng sang trái hoặc sang phải

2

1

H

J E 1,59   

A B

A B

, 6

)]

289 , 0 2 ( 136 , 3 2 76 , 1 3 [ 0,289)

)]

289 , 0 355 , 0 2 ( 136 , 3 2 76 , 1 3 [(

0,289) -

(0,355 6

C B

(1 -

-2 2

] 27 , 1 2 76 , 1 ) 289 , 0 2 [(

0,289) -

(1 -

, 6

] 27 , 1 2 76 , 1 ) 289 , 0 355 , 0 2 [(

0,289) -

334 , 11

2,97 -

r r

H



Có được  vậy ta lấy biểu đồ đơn vị nhân với  rồi cộng với biểu đồ mômen trong hệ cơ bản ta

được biểu đồ mômen cuối cùng do lực hãm ngang

T gây ra phía trái là :

J

E 

 - 7,4= -1,14 [T.m]

t C

-1

2 2

3,94 H

J E 0,42

M =

-1

2 2

1 3 , 94 H

J E 0,42

J E

1 3 , 94 H

J E 4,077

J E

3,94 H

J E 0,42

1 3 , 94 H

J E 4,077

J E

f./Tính với tải trọng gió :

Trình tự tính toán cũng như tính với lực hãm ngang

C 8 F B 9

27 , 1 8 1 , 1 76 , 1 9

3 2

RBo = - 0 , 609 15 , 05

64 , 6 2

1,10 136 , 3 3 - 1,27 1,76 2

0,609

0,457 -

r1P = RBo + RB’o + W = 4,06 + 3,05+ 4,7 = 11,81[T]

Phương trình chính tắc :

R11 + r1P = 0

  =

3 1 11

1P

H

J E 11,334 -

11,81

r

1

2

J E

H

 - 7,83 = 17,1[T.m]

1

H

J E 0,42

-   15,68

1

2

J E

H

 + 5,18 = -1,41[T.m]

1

H

J E 4,077

-   15,68

1

2

J E

H

 - 15,7 = -79,63[T.m]

1

2

J E

H

 + 5,87= -19,06[T.m]

MC’ = 2

1

H

J E 0,42   15,68

1

2

J E

H

 - 3,89 = 2,7[T.m]

MA’ = 2

1

H

J E 077 ,

4   15,68

1

2

J E

H

 + 11,78 = 75,7[T.m]

19,06

2,7 75,7

Nội lực gió từ trái sang phải

III./Xác định nội lực tính toán :

Sau khi xác định nội lực do các tải trọng tác dụng lên khung gây ra ta tiến hành tổ hợp một cách bất

)

17,1

1,4 1

79,6 3

(Mcc)

lợi nhất để xác định nội lực tính toán mà chọn

tiết diện khung

Ta cần xác định hai loại tổ hợp : Tổ hợp cơ bản 1và tổ hợp cơ bản 2

Tại mỗi tiết diện ta cần tìm ba cặp nội lực nhưsau :

-  max

M và Nt.ứ

-  max

M và Nt.ứ

- Nmax và Mt.ứ

Tổ hợp cơ bản loại 1 : Tỉnh tải + 1 hoạt tải

Tổ hợp cơ bản loại 2 : Tỉnh tải + ít nhất hai hoạt tải

Ta có bảng tổ hợp nội lực sau :

TIẾTDIỆN B DIỆN CTIẾT T TIẾT

DIỆN CD TIẾT DIỆN A

-2 21,2 31,32 -3,1

4 0 2,6 0 2,6 0 24 0 2,74

4 0 1,49 0 1,49 0 14,5 0 1,34

7 Giọ trại 1 17,1 0

-1,41 0 1,41- 0 79,6- 0 8,10.9 15,39 0 -

1,27 0 1,27- 0 71,6- 0 7,29

8 Giọ phaíi 1

-19,06 0 2,7 0 2,7 0 75,7 0 7,530.9 -

,N M

min,

-N

Nmax , M

M+ max,N M-

1./Chiều dài tính toán cúa cột trong mặt

28 , 37

08 , 140 2

2 1

i

= 0,26 Từ k và c1 tra bảng (có nội suy ) ta được 1 = 1,94

2./Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng

khung :

l1y = Hd = 9,7[m]

l2y = Ht - Hdct = 5,35 -1 = 4,35 [m]

II./Thiết kế tiết diện cột :

1./Xác định cặp nội lực tính toán cho cột :

Đó là cặp nội lực nguy hiểm cho tiết diện cột

dựa vào bảng tổ hợp nội lực

+Với đoạn cột trên có tiết diện đối xứng : chọn cặp có giá trị tuyệt đối mômen lớn nhất

+ Mmax = -56,08 [T.m]

+ N = 37,28 [T]

+Với đoạn cột dưới có tiết diện không đối xứng có hai cặp nội lực nguy hiểm cho từng nhánh đó là: (nhánh trong và nhánh ngoài)

[T.m]

78,25 min

N M

[T.m]

18 , 109 max

N M

2./Thiết kế tiết diện cột trên đặc :

Chọn tiết diện cột có hình dạng chữ I đối xứng,được ghép từ 3 bản thép với chiều cao tiết diện đã chọn h = ht = 500mm

a./Chọn tiết diện :

2100

37280 )

/ 3 , 2 25 , 1

Chọn chiều dày bản cánh : c = 14mm ;

Chiều rộng bản cánh bc = 380mm ;

Diện tích vừa chọn là :

F = Fb + 2Fc = 144,16[cm2]

b./Kiểm tra tiết diện đã chọn

x

x

y y

472 500

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện :

Jx = 24 , 3 1 , 4 38 ]

12

4 , 1 38 [ 2 12

2 , 47 8 ,

38 1,4 2 12 12

2794,24

16 , 144 150

 7,74[cm]

Ta có  x = 1,85 < 5 ; 5 < m = 7,08 < 20

Tra bảng II.4 phụ lục II ta được :

 = 1,4 - 0,02 x = 1,4 - 1,850,02 = 1,36Độ lệch tâm tính đổi :

m1 = m = 1,367,74 = 10,53< 20 nên cột không cần kiểm tra bền

* Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng

uốn: Với  x = 1,85 và m1 = 10,53 tra bảng II.2 phụ lục II

tt = 0,126Điều kiện ổn định :

Vậy cột ổn định trong mặt phẳng uốn

*Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng

Ta có : MB = -56,08 [T.m] Tính mômen ở đầu cột đối diện ứng với trường hợp tải trọng đã chọn

MC(1,2,4,6,8) = -1,98 [T.m]

Mômen ở 1/3 đoạn cột là :

M = MC + 2M1 3M2

= -1,98 + 2

3

98 , 1 08 ,

56 



= -38,05 [T.m]

Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung :

N

= 1604 [kG/cm2]

 =1604 [kG/cm2] < R = 2100 [kG/cm2]Vậy cột trên thoả mãn điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung

*Kiểm tra ổn định cục bộ :

+Với bản cánh của cột (theo bảng 3.3)

2100

2,1.10 1,46)

0,1 (0,36 )

0,1 (0,36

c

4 , 1 2

0,8 - 38 2

b

+Với bản bụng của cột : vì khả năng chịu lực củacột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn [ho/

c] được xác định theo bảng 3.4

Ứng với m = 7,74 và  = 1,85 ta có :

= (0,9 + 0,5.) RE = 57,7Tiết diện đã chọn có :

0,8

47,2 

b o

h

 = 59 > 57,7Vậy bản bụng không thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ

Vậy ta phải chọn lai kích thước của bản bụng :

Chọn b = 10mm ; tính các đặc trưng hình học của tiết diện và kiểm tra lại tiết diện vừa chọn

x

x

y y

470 500

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện :

F= Fb + 2Fc = 153,4[cm2] =A

Jx = 24 , 3 1 , 4 38 ]

12

4 , 1 38 [ 2 12

b o

h

 = 47 > 58,2 Vậy thoả mãn  471

b o

h

 =472,2 RE =69,6

Do đó không cần đặt sườn ngang theo tính toán và tiết diện chọn như hình vẽ trên là đảm bảo

3./Thiết kế tiết diện cột dưới rỗng :

a./Chọn hình thức cột rỗng dùng hệ bụng thanh giằng:

Dựa bảng tổ hợp chọn cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1 cầu trục(cặp1)

và nhánh 2 mái (cặp 2)

[T.m]

78,25 min

N M

[T.m]

18 , 109 max

N M

Sơ bộ chọn khoảng cách giữa hai trục nhánh C =

22 , 129

M N

T

Nnh2 = 177 , 19

1

18 , 109 2

02 , 136

M N

1 (   và chọn b = 360 mm

*./Nhánh 1 : Dùng tiết diện chữ I được tổ

hợp từ 3 bản thép có kích thước như hình vẽ :