Đồ án kết cấu thép 2 thiết kề nhà công nghiệp một tầng một nhịp L=21m

đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà Đồ án Kết cấu thép II Số liệu cho trớc: L (m) H 1 (m) Q (T) B (m) i (%) Chiều dài nhà Phân vùng gió- Dạng địa hình 21 5,5 12,5 6 1/15(6,67%) 90 I.C Nhiệm vụ: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với các số liệu sau: - Sức nâng của cầu trục: Q (T) - Số lợng cầu trục: 2 (chế độ làm việc trung bình) - Nhịp khung: L (m) - Bớc khung: B (m) - Chiều dài nhà: 90(m) - Cao trình đỉnh ray: H 1 (m) - Độ dốc mái (lợp tôn): i (%) - Vật liệu thép CT34s có: f = 21 kN/cm 2 ; f v = 12 kN/cm 2 ; f c = 32 kN/cm 2 - Hàn tay, dùng que hàn N42 - Vật liệu bulông liên kết và bulông neo tự chọn - Bê tông móng cấp độ bền B20 Thuyết minh tính toán I - Thiết kế xà gồ mái Hệ thống mái thiết kế là mái nhẹ. Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lợng bản thân của xà gồ và chịu các hoạt tải sửa chữa mái khi mái h hỏng hoặc khi mái đợc bảo dỡng. Lớp mái và xà gồ đợc chọn trớc theo tài liệu Pre Engineered Buildings Design Manual . Sau đó đợc kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ. SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 1 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà - Cấu tạo mái bao gồm các lớp: + Lớp bao che: bằng lớp tôn sóng dày 0,7 mm. Có các thông số kỹ thuật : Chiều dày (mm) Trọng lợng 1 tấm (kG/m 2 ) D.tích 1tấm (m 2 ) Tải trọng cho phép (kN/m 2 ) 0,7 6,55 8,35 1,96 + Lớp cách nhiệt: dày 8 cm. SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 2 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà - Xà gồ: Ta chọn xà gồ hình chữ Z ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ C ở ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái. + Chọn sơ bộ xà gồ chữ Z (là loại xà gồ đợc chế tạo từ thép cán nguội): Section Properties: số hiệu section chiều dày thick (mm) diện tích area (cm ) 2 trọng l ợng Weight (kg/m) thông số theo trục x-x thông số theo trục y-y I x (cm ) 4 w (cm ) 3 i (cm) I y (cm ) 4 w (cm ) 3 (cm) x x y y 200z15 1.50 5.18 4.06 308.3 30.83 7.72 42.49 5.98 2.87 200z17 1.75 6.04 4.74 358.8 35.88 7.71 49.86 7.01 2.87 200z20 2.00 6.90 5.42 409.1 40.91 7.70 57.30 8.05 2.88 200z22 2.25 7.76 6.09 459.1 45.91 7.69 64.83 9.10 2.89 200z25 2.50 8.62 6.77 509.0 50.90 7.68 72.43 10.16 2.90 200z30 3.00 10.35 8.12 607.9 60.79 7.66 87.88 12.32 2.91 i Chọn xà gồ 200Z17 có các thông số kĩ thuật: Tiết diện I x (cm 4 ) W x (cm 3 ) I y (cm 4 ) W y (cm 3 ) Trọng l- ợng (kG/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm 2 ) Tải trọng cho phép (KN) 200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44 + Tại mép biên chọn xà gồ chữ C mã hiệu [180ES20 có các thông số: Tiết diện I x (cm 4 ) W x (cm 3 ) I y (cm 4 ) W y (cm 3 ) Trọng l- ợng (kg/m) Chiều dày (mm) Diện tích (cm 2 ) L (mm) SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 3 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà [180ES20 390,5 43,4 74,1 12,7 5,88 2,0 7,5 20 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 6m 6m 6m khung xà gồ hệ giằng 21m 1.5 8 5 180 20 2.0 85 200 60 30 30 1,75 2 0 xà gồ chữ z 200z17 xà gồ chữ c 180es20 1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ - Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái. : góc dốc của mái, tg = 1/15 3,814 0 ; cos = 0,9978; sin = 0,0665 Bớc xà gồ chọn là 1,5m trên mặt bằng. Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái: 0 1,5 1,5033 cos3,814 = m. 1.1. Tĩnh tải SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 4 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà Vật liệu mái Hệ số v- ợt tải Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m 2 ) Tải trọng tính toán (kG/m 2 ) 1 lớp tôn lợp mái 1,05 6,55 6,8775 Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,977 Xà gồ mái180ES20 1,05 5,88 6,174 Bọt thuỷ tinh cách nhiệt 1,2 10 12 1.2. Hoạt tải Hoạt tải sử dụng lấy p tc = 30 kG/m 2 với hệ số vợt tải n = 1,3 p tt = 30.1,3 = 39 kG/m 2 . 1.3. Tải trọng tác dụng lên xà gồ giữa q tc = (6,55 + 10 + 30). 0 1,5 cos3,814 + 4,74 = 74,72 kG/m q tt = (6,8775 + 12 + 39). 0 1,5 cos3,814 + 4,977 = 91,98kG/m 1.4. Tải trọng tác dụng lên xà gồ biên q tc = (6,55 + 10 + 30). 0 1,5 cos3,814 + 5,88 = 75,86 kG/m q tt = (6,8775 + 12 + 39). 0 1,5 cos3,814 + 6,174 = 93,18kG/m 2. Tính toán xà gồ Xà gồ dới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa đợc tính toán nh cấu kiện chịu uốn xiên. Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phơng với trục x-x tạo với phơng ngang một góc = 3,814 o (độ dốc i = 1/15). * Theo phơng trong mặt phẳng xà gồ là một dầm đơn giản. * Theo phơng ngoài mặt phẳng xà gồ là một dầm liên tục 2 nhịp. x x y y q q cos q s i n x x y y q q cos q s i n 3.814 1500 SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 5 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà 3000 M q tt 6000 m x y x M q tt 3000 m y x y (Sơ đồ tính xà gồ theo phơng x-x và y-y) 2.1. Tính toán xà gồ chữ Z Tải trọng tác dụng theo các phơng x-x và y-y là : q x tc = q tc .sin = 74,72.sin3,814 0 = 4,97 (kG/m) q y tc = q tc .cos = 74,72.cos3,814 0 = 74,56 (kG/m) q x tt = q tt .sin = 91,98.sin3,814 0 = 6,12 (kG/m) q y tt = q tt .cos = 91,98.cos3,814 0 = 91,78 (kG/m) a. Kiểm tra điều kiện bền của xà gồ tđ = x + y = . y x c x y M M f W W + c = 1 hệ số điều kiện làm việc. f =2100 kG/cm 2 : cờng độ của thép xà gồ M x = 2 2 91,78 6 413,01 8 8 tt y q Bì ì = = (kG.m) M y = 2 2 6,12 6 6,885 32 32 tt x q Bì ì = = (kG.m) tđ = 2 2 413,01 10 6,885 10 1249,3 35,88 7,01 ì ì + = (kG/cm 2 ) < f. c = 2100 (kG/cm 2 ). Vậy xà gồ giữa đã chọn thỏa mãn điều kiện bền. b. Kiểm tra điều kiện độ võng của xà gồ Xà gồ có độ võng theo cả 2 phơng tuy nhiên độ võng theo phơng mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phơng vuông góc với mặt phẳng mái y . Theo phơng oy: 4 2 4 6 5 5 74,56 10 600 . . 1,67 384 384 2,1 10 358,8 tc y y x q B E I ì ì ì = = = = ì ì ì cm. Điều kiện kiểm tra: 3 3 1,67 1 2,78 10 5 10 600 200B B = = ì < = = ì SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 6 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà Vậy xà gồ giữa đã chọn đảm bảo điều kiện độ võng. 2.2. Tính toán xà gồ chữ C Tải trọng tác dụng theo các phơng x-x và y-y là : q x tc = q tc .sin = 75,86.sin3,814 0 = 5,04 (kG/m) q y tc = q tc .cos = 75,86.cos3,814 0 = 75,69 (kG/m) q x tt = q tt .sin = 93,18.sin3,814 0 = 6,196 (kG/m) q y tt = q tt .cos = 93,18.cos3,814 0 = 92,975 (kG/m) a. Kiểm tra điều kiện bền của xà gồ tđ = x + y = . y x c x y M M f W W + M x = 2 2 . 92,975 6 418,39 8 8 tt y q B ì = = (kG.m) M y = 2 2 . 6,196.6 6,97 32 32 tt x q B = = (kG.m) tđ = 2 2 418,39.10 6,97.10 1018,9 43,4 12,7 + = (kG/cm 2 ) < f. c = 2100 (kG/cm 2 ). Vậy xà gồ biên đã chọn thỏa mãn điều kiện bền. b. Kiểm tra điều kiện độ võng của xà gồ Xà gồ có độ võng theo cả 2 phơng tuy nhiên độ võng theo phơng mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phơng vuông góc với mặt phẳng mái y . Theo phơng oy: 4 2 4 6 . 5 5 75,69 10 600 . . 1,56 384 . 384 2,1 10 390,5 tc y y x q B E I ì ì = = = = ì ì cm. Điều kiện kiểm tra: 3 3 1,56 1 2,6 10 5 10 600 200B B = = ì < = = ì Vậy xà gồ biên đã chọn đảm bảo điều kiện độ võng. * Kết luận: tiết diện xà gồ: Đối với xà gồ giữa là 200Z17. Đối với xà gồ biên là 180ES20. SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 7 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà II - xác định các kích thớc chính của khung ngang 1. Các thông số của cầu trục: Với nhịp nhà L = 21m, Q = 12,5T < 30T, chế độ làm việc trung bình, chọn trục định vị trùng mép ngoài của cột (a = 0), = 750 mm, L k = 19,5m. Các thông số kỹ thuật của cầu trục: Sức trục Q(T) Nhịp cầu trục L k (m) Kích thớc gabarit chính (mm) áp lực bánh xe lên ray (kN) Trọng lợng (kG) H k Z min B K P max c P min c Xe con (G) Toàn cầu trục (G xc ) SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 8 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà 12,5 19,5 1090 180 3830 2900 84,3 21,6 803 8680 2.Ray cầu trục Loại ray sử dụng là KP-100 có các thông số kỹ thuật sau: Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: H r = 150 + 50 = 200 (mm). 3. Dầm cầu trục Từ bớc cột và các thông số của cầu trục ta chọn dầm tiết diện chữ I tổ hợp hàn. Chiều cao dầm cầu trục đợc xác định: H dct = 1 1 ( ) (0.75 0.6) 8 10 Bữ ì = ữ m. Lấy H dct = 0,6 m. Các kích thớc của dầm cầu trục nh hình vẽ. 3. Kích thớc của khung ngang Coi mặt móng ở cốt 0.00 để tính toán các thông số chiều cao. 3.1. Theo phơng đứng Chiều cao của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột (đáy xà): H = H 1 + H 2 + H 3 Trong đó: H 1 : cao trình đỉnh ray, H 1 = 5,5 m. H 2 : chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang, H 2 = H k + b H k : chiều cao gabarit của cầu trục, H k = 1090 mm. b: khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang, lấy không nhỏ hơn 200mm. Chọn b =210 mm H 2 = 1,09 + 0,21 = 1,3 m. H 3 : chiều cao phần cột chôn dới cốt mặt nền (H 3 = 0 m do ta coi mặt móng ở cốt 0.00) H = 5,5 + 1,3 + 0 = 6,8 m. Chiều cao phần cột trên từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: H t = H 2 + H dct + H r = 1,3 + 0,6 + 0,2 = 2,1 m. Chiều cao phần cột dới tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột: H d = H - H t = 6,8 - 2,1 = 4,7 m. 3.2. Theo phơng ngang Với nhịp nhà L= 21m, sức trục Q = 12.5T < 30 T(sức trục trung bình) thì khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị a = 0, chọn = 750 mm, L k = 19,5m. SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 Loại ray Khối lợng 1m dài,kG Kích thớc (mm) H B d KP-100 88,96 150 150 38 9 2056020 600 200 12 x x y y d b 1 h t a L c h d 150 38 150 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng: h = 1 1 ( ) (0, 45 0,34) 15 20 Hữ = ữ m. Chọn h = 0,40 m. Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và mép trong của cột: z = - h = 0,75 - 0,4 = 0,35 m > z min = 18 cm. i = 1 / 1 5 5500 1300 4700 2100 6800 19500 750750 a 21000 b + 5.50 + 6.80 0.00 q = 12.5 t 3.3. Sơ đồ tính khung ngang Do sức nâng của cầu trục Q = 12,5T không lớn nên chọn phơng án tiết diện cột không đổi với độ cứng I 1 . Vì nhịp khung là 21m nên chọn phơng án xà ngang (rờng ngang) có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 3,5m. Với đoạn xà dài 3,5m độ cứng ở đầu và cuối xà là I 1 và I 2 tơng ứng (giả thiết độ cứng của xà và cột tại vị trí liên kết cột - xà là nh nhau). Với đoạn xà dài 7m, độ cứng giả thiết là I 2 (tiết diện không đổi). Giả thiết tính toán nội lực trong khung với I xà = I tb = 1,5.I cột . Liên kết cột - xà, cột - móng là liên kết ngàm, trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản tính toán và thiên về an toàn. Sơ đồ tính khung ngang: SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 10 [...]... sau: Bản cánh: (1x20) cm Bản bụng: (0,8x41) cm Tính các đặc trng hình học của tiết diện đã chọn: SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 19 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths Nguyễn thị thanh hoà A =0,8.41 +2. (1 .20 ) = 72, 8 (cm2); Ix = 0,5. (20 0,8)413 20 .43 3 4 2. = 22 238 cm 12 12 Iu = 0,8 3.41 1 .20 3 + 2 = 1335 cm 4 12 12 ( ( W x = I x 2 / h = ) ( 22 238 .2 = 1034 cm 3 43 ix = ) 22 238 = 17,48( cm ) 72, 8 iy... 2. 0,6.( 20 1) = 22 ,8 cm 2 ) 0,6.( 20 1) Ww = 2 = 72, 2( cm3 ) 6 Khả năng chịu lực của các đờng hàn này đợc kiêm tra theo công thức : 2 SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 29 đồ án kết cấu thép ii td M = s W w GVHD : ths Nguyễn thị thanh hoà 2 2 2 2 Vs 821 ,66 106, 02 + A = 72, 2 + 22 ,8 = w ( ) ( = 12, 29 kN / cm 2 < ( f w ) min c = ( 0,7.18).1 = 12, 6 kN / cm 2 ) d)Tính toán sờn B:... bộ của bê tông móng: Lbd N N + 2. B m R 2. Bbd mcb Rb bd cb b 2 6M + = Bbd mcb Rb 2 = 329 ,86 6. 122 ,09.10 2 329 ,86 + + = 51( cm ) 2. 32. 1 ,2. 0,9 32. 1 ,2. 0,9 2. 32. 1 ,2. 0,9 (ở trên giả thiết bê tông móng mác 20 0 có R b = 90kG/cm2 và hệ số tăng cờng độ mcb = 1 ,2) ; SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 27 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths Nguyễn thị thanh hoà Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông... các đờng hàn trong liên kết (coi lực cắt chỉ do các đờng hàn liên kết ở bản bụng chịu): Aw = 2. 0,6.49 = 58,8 (cm2) 19.,06 3 2. 8,6.0,6 3 0,6.49 3 2 3 Ww = 2 + 0,6.19 .26 ,3 2 + + 2. 0,6.8,6 .24 ,7 2 + = 1543, 42( cm ) 12 12 12 52 Khả năng chịu lực của các đờng hàn trong liên kết đợc kiểm tra theo công thức: td 100,43.10 2 = 1543, 42 2 2 ( ) ( 313,85 2 2 + = 8, 42 kN / cm < ( f w ) min... (cm2); 0,5. (20 0,8 )23 3 20 .25 3 4 Ix = 2. = 6574 cm 12 12 ( W x = I x 2 / h = ix = x = ( 6574 .2 = 525 cm 3 25 ) ) 6574 = 10,6( cm ) 58,4 l x 5 ,28 .10 2 = = 49,81 < [ ] = 120 ix 10,6 SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 24 đồ án kết cấu thép ii x = x GVHD : ths Nguyễn thị thanh hoà f 21 = 49,81 = 1,57 E 2, 1.10 4 M A 51,89.10 2 58,4 mx = = = 18,34 N Wx 31,46 525 Từ 5 < m x = 18,34 < 20 và x = 1,57... 24 ,15 kN / cm 2 ) Chọn chiều cao đờng hàn liên kết sờn B vào dầm đế hf=0,6cm Diện tích tiết diện và mômen chống uốn của các đờng hàn này là: Aw = 2. 0,6( 20 1) = 22 ,8( cm 2 ) 0,6( 20 1) Ww = 2 = 72, 2( cm3 ) 6 2 Khả năng chịu lực của các đờng hàn liên kết đợc kiểm tra theo công thức: td M = s W w 2 2 2 2 Vs 663,08 120 ,56 + A = 72, 2 + 22 ,8 = w ( ) ( = 10,60 kN / cm 2 < ( f w )... liên kết ở một bản cánh cột (kể cả các đờng hàn liên kết dầm đế vào bản đế): l 1w ( 32 1) ( 20 0,8) ( 32 20 ) = 2. 1 + 2. 1 + 2. 1 = 56 ,2( cm ) 2 2 2 Chiều cao cần thiết của các đuờng hàn liên kết ở bản cánh cột: h fyc = Nk 394 = = 0,56( cm ) l1w ( f w ) min c 56 ,2 ( 0,7.18).1 Chiều cao cần thiết của các đuờng hàn liên kết bản bụng vào cột: h fyc = V 52, 82 = = 0,05( cm ) l 2 w... bản đế với giả thiết c2 =11cm và bề dày của dầm đế là 1cm: Lbd = h + 2tdd + 2c2 = 43 + 2. 1 + 2. 11 =67 (cm) > 51 cm Tính lại ứng suất phản lực của bê tông móng phía dới bản đế: max = N 6M 329 ,86 6. 122 ,09.10 2 + = + = Bbd Lbd Bbd L2 32. 67 32. 67 2 bd = 0,664(kN / cm 2 ) < mcb Rcb = 1 ,2. 0,9 = 1,08(kN / cm 2 ) 10 110 110 21 0 87 Ô -2 0,664 0,481 0,318 0,356 Ô-1 23 3 155 19 0 21 0 ) 155 670 10 21 0 155 10 155... của bản cánh xà ngang xác định theo công thức: 35 0,8.333 2 yc Aà = (b f t f ) yc = 738 = 18 ,20 (cm 2 ) 2 12 34 2 Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thớc tiết diện của bản cánh đợc chọn là: tf = 1cm; bf = 20 cm Tính lại các đặc trng hình học: A=0,8.33 +2. (1 .20 ) = 66,4 (cm2); SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 22 đồ án kết cấu thép ii Ix = GVHD : ths Nguyễn thị thanh hoà 0,5. (20 0,8)33... kiện độ cứng : h= (1/15 ữ 1 /20 )H = (0,55 ữ 41,5) cm chọn h = 43cm Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng: bf =(0,3 ữ 0,5)h = ( 12, 9 ữ 21 ,5)cm; bf =(1 /20 ữ 1/30)ly = (16 ,25 ữ 10,83) cm chọn bf =20 cm Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức: A yc = 329 ,86 170, 82. 10 2 2 1 ,25 + ( 2, 2 ữ 2, 8) = ( 62, 24 ữ 73,86 ) cm 21 .1 42. 329 ,86 ( ) Bề dày bản bụng: . đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà Đồ án Kết cấu thép II Số liệu cho trớc: L (m) H 1 (m) Q (T) B (m) i (%) Chiều dài. móng là liên kết ngàm, trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản tính toán và thiên về an toàn. Sơ đồ tính khung ngang: SVTH : nguyễn duy chữ - lớp 04x1 10 đồ án kết cấu thép ii GVHD. chữ - lớp 04x1 18 đồ án kết cấu thép ii GVHD : ths. Nguyễn thị thanh hoà V. Thiết kế tiết diện cấu kiện 1.Thiết kế tiết diện cột a) Xác định chiều dài tính toán Chọn phơng án cột tiết diện không