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

i% Chiềudài nhà Phân vùng Dạng địa hình 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 l

i(%)

Chiềudài nhà

Phân vùng Dạng địa hình

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)

- Cấu tạo mái bao gồm các lớp:

+ Líp bao che: b»ng líp t«n sãng dµy 0,7 mm Cã c¸c th«ng sè kü thuËt :

ChiÒu dµy

(mm) Träng lîng 1 tÊm(kG/m2) D.tÝch 1tÊm(m2)

T¶i träng cho phÐp(kN/m2)

+ Líp c¸ch nhiÖt: dµy 8 cm

- Xà gồ: Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoàibiên 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):

trọng l ợng Weight (kg/m)

thông số theo trục x-x thông số theo trục y-y

l-Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

Tải trọngcho 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:

Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

L(mm)

1.1 TÜnh t¶i

VËt liÖu m¸i HÖ sè

v-ît t¶i

T¶i träng tiªuchuÈn (kG/m2)

T¶i träng tÝnhto¸n (kG/m2)

* 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

  (kG/cm2) < f.c = 2100 (kG/cm2).

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 nhỏnên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phơng vuông góc với mặt phẳng mái y Theo phơng oy:

Tải trọng tác dụng theo các phơng x-x và y-y là :

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 nhỏnên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phơng vuông góc với mặt phẳng mái y Theo phơng oy:

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.

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, Lk= 19,5m.Các thông số kỹ thuật của cầu trục:

Hk Zmin B K Pmaxc Pminc Xe con

(G) trục (GToàn cầuxc)

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: Hr = 150 + 50 = 200 (mm)

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 ± 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 = H1 + H2+ H3

Trong đó: H1: cao trình đỉnh ray, H1= 5,5 m

H2: chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang, H2= Hk+ b

Hk: chiều cao gabarit của cầu trục, Hk= 1090 mm

b: khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang, lấy không nhỏ hơn 200mm Chọn b =210 mm

Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng:

Do sức nâng của cầu trục Q = 12,5T không lớn nên chọn phơng án tiết diện cột không

đổi với độ cứng I1 Vì nhịp khung là 21m nên chọn phơng án xà ngang (rờng ngang) cótiết 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 I1 và I2 tơng ứng (giả thiết độ cứng của xà và cộttại vị trí liên kết cột - xà là nh nhau) Với đoạn xà dài 7m, độ cứng giả thiết là I2 (tiết diệnkhông đổi) Giả thiết tính toán nội lực trong khung với Ixà = Itb = 1,5.Icột Liên kết cột - xà,cột - móng là liên kết ngàm, trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản tínhtoán và thiên về an toàn Sơ đồ tính khung ngang:

Iii - tác dụng và cách bố trí hệ giằng máI, giằng cột

1 Tác dụng của hệ giằng mái, giằng cột

Hệ giằng là một bộ phận quan trọng của kết cấu nhà, có các tác dụng:

+ Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của nhà.+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phơng dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung

nh gió lên tờng hồi, lực hãm của cầu trục

+ Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột …

+ Làm cho lắp dựng an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xởng đợc chia thành hai nhóm: giằng mái và giằng cột

2 Bố trí hệ giằng mái, giằng cột

5250 5250

(Sơ đồ giằng mái và giằng cột)

iV - xác định các loại tảI trọng tác dụng vào khung ngang

1 Tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải)

Tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lợng của cáclớp mái, trọng lợng bản thân xà gồ, trọng lợng bản thân khung ngang và dầm cầu trục.

Độ dốc mái i = 1/15   = 3,8140 ( sin = 0,0665 ; cos = 0,9978 )

- Trọng lợng bản thân các tấm lợp , lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0,15 kN/m2, trọng ợng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1 kN/m2

l-Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

1,1 0,15 6

1,05 1 cos

Sơ đồ tính toán khung với tải trọng thờng xuyên(tĩnh tải)

2 Hoạt tải mái

- Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (máilợp tôn) là 0,3 kN/m2, hệ số vợt tải là 1,3

Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang: q = 1,3 0,3 6

cos

= 2,35 (kN/m)

- Tải trọng gió tính toán tác dụng lên cột và xà ngang đ ợc xác định theo công thứcsau : qtt = p .Wo k C B (kN/m).

Trong đó:

+ p =1,2 : Hệ số vợt tải của tải trọng gió

+ W0 : Giá trị áp lực gió ở độ cao 10 m

+ k :Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địa hình, ở đây áp dụng dạng địa hình B, hệ số k đợc xác định:

Mức đỉnh cột, cao trình +6,8 m  k1  0,5832

Mức đỉnh mái, cao trình +7,5 m  k2  0,60

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở xuống chân cột hệ số k lấy: k k 1  0,5832

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở lên đỉnh mái hệ số k lấy trung bình:

Lấy Ce = +0,8 đối với phía gió đẩy

Phía gió hút, tra bảng với 90

2 21

(Sơ đồ tính khung với tảI trọng gió)

4 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng Phụ lục, các thông số cầu trục sức nâng 12,5 tấn nh sau:

Nhịp

cầu Kích thớc gabarit chính(mm) áp lực bánh xelên ray (kN) Trọng lợng(kG)

4.1 áp lực đứng của cầu trục

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục đợcxác định bằng cách dùng đờng ảnh hởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xecủa 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định đợc các tung độ yi của đờng ảnhhởng, từ đó xác định đợc áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầutrục lên cột: Dmax= nc  p.P max yi

Các lực Dmax, Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm

so với trục cột là e =  - 0,5.h = 0,55 (m) Trị số của các mômen tơng ứng :

Mmax = Dmax.e = 214,71 0,55 =118,1 (kN.m)

Mmin = Dmin.e = 55,01 0,55 = 30,26 (kN.m)

214,71 kN

118,1 kN.m

Dmax lên cột trái

l = 21m Dmax lên cột phải

55,01 kN 30,26 kN.m

214,71 kN 118,1 kN.m

(Sơ đồ tính khung với tải trọng đứng của cầu trục)

4.2 Lực hãm ngang của cầu trục

Lực hãm ngang T của toàn bộ cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm xác

To : lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục, T0 = 0,5 f (Q + Gxc)

f = 0,1 : hệ số ma sát (= 0,1 đối với cầu trục có móc mềm)

(Sơ đồ tính khung)+ Giả thiết cột có kích thớc nh sau:

Các biểu đồ thể hiện hình dạng biểu đồ nội lực cho nửa khung bên trái với các trờnghợp chất tải ( riêng nội lực do hoạt tải chất cả mái xác định bằng cách cộng nội lực do 2trờng hợp chất hoạt tải mái nửa trái và nửa phải)

Hình14 Quy ớc chiểu dơng của nội lực theo SBVL

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 đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiết làbằng nhau, ta có :

25 , 0 21

2 , 8 63 , 0

I

14 , 0 25 , 0

56 , 0 25 , 0 14 , 0

56 , 0

b) Chọn và kiểm tra tiết diện

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

10 82 , 170 8 , 2 2 , 2 25 , 1 1 21

86 , 329

A =0,8.41+2.(1.20) = 72,8 (cm2);

 4

3 3

22238 12

41 ) 8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

43 20

1335 12

20 1 2 12

41 8 , 0

cm

 3

1034 43

2 22238 /

, 17

10 89 ,

  120 60

28 , 4

10 60 ,

i l

15 , 2 10 1 , 2

21 02 ,

21

72 86 , 329 10 82 ,

Với x =2,15 và m e=4,87, tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy có e=0,22

Điều kiện ổ định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung đợc kiểm tra theo công

8 , 72 22 , 0

86 , 329



 (kN/cm2)< f c=21(kN/cm2 )

Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phơng ngoài mặt phẳng khung cần tínhtrị số mômen ở 1/3 chiều cao của cột dới kể từ phía có mômen lớn hơn Vì cặp nội lựcdùng để tính toán cột là tại tiết diện dới vai cột và do các trờng hợp tải trọng (1,4,7,9) gây

ra nên trị số của mômen uốn tại tiết diện chân cột tơng ứng là: 43,21 +(61,77-15,65+41,52).0,9 =122,07 (kNm).

Vậy trị số của mômen tại 1/3 chiều cao cột dới, kể từ tíêt diện vai cột:

3

82 , 170 07

8 , 72 10 41 , 85

2 '

ở trên:   1 vì c  3 , 14 E/ f  3 , 14 2 , 1 10 4 / 21  99  y  75 , 9

Theo bảng 2.1 ta có:   0 , 65  0 , 05m x  0 , 65  0 , 05 1 , 82  0 , 741

82 , 1 741 , 0 1

Với y=60 , tra bảng IV.2 phụ lục, nội suy có y=0,823

Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phơng ngoài mặt phẳng đợc kiểm tratheo công thức:







8 , 72 823 , 0 425 , 0

86 , 329

A c

N

y y

15 , 2 1 , 0 36 , 0 ( 6

, 9 1

) 8 , 0 20 ( 5 ,

b

=18,18Vì 0,8 < x  2 , 15  4 nên [b0/tf] xác định theo (2.49)

Với bản bụng cột: do mx = 3,6 > 1; x  2 , 15  2và khả năng chịu lực của cột đợcquyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn (do  x y) nên theobảng 2.2 ta có :

89 21

10 1 , 2 ) 15 , 2 35 , 0 2 , 1 ( )

35 , 0 2 , 1 (

4 2

h

x w

73 21

10 1 , 2 3 , 2 25 , 51

t

h t

81 , 0 2

x Vậy tiết diện đã chọn là đạt yêu cầu

2 Thiết kế tiết diện xà ngang

a) Đoạn xà 3,5m ( tiết diện thay đổi):

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán :

21

10 03 , 155

3

2

cm f

M W

2 , 1 15 , 1 (

61 , 39 2

3 8

33 8 , 0 2

35 738 )

( yc f f yc

13959 12

33 ) 8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

35 20

2 13959 /

4 , 66 82 , 50

10 03 , 155

Do m x  25 , 38  20 nên m e  m x>20(vì   1) nên tiết diện xà ngang đợc tính toánkiểm tra theo điều kiện bền:

) / ( 21 )

/ ( 19 , 20 798

10 03 , 155 4 , 66

82 ,

cm kN f

cm kN W

M A

N

c xn

10 03 ,

h

h W

340 61 , 39

2

t I

VS

w x

1 20

1 6

, 9 1

) 8 , 0 20 ( 5 ,

b

=15,81

174 21

10 1 , 2 5 , 5 25 , 41 8 , 0

10 1 , 2 2 , 3 2

, 3 25 , 41

10 1 , 2 5 , 2 5

, 2 25 , 41

b) Đoạn xà 7m ( tiết diện không đổi):

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán :

N = -31,46 kN

M = 51,89 kNm

V = -3,15 kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trờng hợp tảitrong 1, 4 gây ra.

Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức:

) ( 247 1

21

10 89 , 51

3

2

cm f

M W

2 , 1 15 , 1 (

k W x yc t w h

23 8 , 0 2

25 247 )

( yc f f yc

6574 12

23 ) 8 , 0 20 (

5 , 0 2 12

25 20

, 10

10 28 ,

57 , 1 10 1 , 2

21 81 ,

4 , 58 46 , 31

10 89 , 51



x x

W

A N

M m

Từ 5 m x  18 , 34  20 và x  1 , 57 ; 1 , 1 1 1 , 37

4 , 18

/ ( 43 , 10 525

10 89 , 51 4 , 58

46 ,

cm kN f

cm kN W

M A

N

c xn

n



Kiểm tra ứng suất tơng đơng tại chỗ tiếp xúc giữa bản cáh và bản bụng xà ngang.

Ta có:

) ( 240 2

) 1 25 )(

1 20

) / ( 09 , 9 25

23 525

10 89 ,

h

h W

240 15 , 3

2

t I

VS

w x

f t b

G D

t

c

dv f dct

dct dv

85 , 313 2

3

2

f t

V h

c v

dv w

dv w

w  50Các đặc trng hình học của tiết diện dầm vai:

3

67 , 34346 12

50 8 , 0 20 5 , 0 2 12

52

I dv

) ( 03 , 1321 52

2 67 ,

) / ( 31 , 7 52

50 03 , 1321

10 43 , 100

h

h W

M

dv

dv w dv x

510 85 , 313

cm kN t

I

S V

w

dv x

dv f

1

2

1 6 , 9 1

8 , 0 20 5 ,

f

E t

b

dv f

21

10 1 , 2 5 , 2

5 , 2 5 , 62 8 , 0

h

dv w

dv w

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đờng hàn liên kết dầm vai vào cột hf = 0,6cm Chiềudài tính toán của các đờng hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định nh sau:

2 12

49 6 , 0 7 , 24 6 , 8 6 , 0 2 12

6 , 0 6 , 8 2 3

, 26 19 6 , 0 12

06 ,

2

8 , 58 85 , 313 42

, 1543

10 43

10 1 , 2

21 6 2

2

Hinh15 CÊu t¹o vai cét.

cb bd b

cb bd bd

R m B

M R

m B

N R

m B

N

2

2

2

9 , 0 2 , 1 32

10 09 , 122 6 9 , 0 2 , 1 32 2

86 , 329 9

, 0 2 , 1 32 2

86 ,

max

67 32

10 09 , 122 6 67 32

86 , 329 6

bd bd bd

M L

B

N



) / ( 08 , 1 9 , 0 2 , 1 )

/ ( 664 ,

67 32

10 09 , 122 6 67 32

86 , 329 6

cm kN L

B

M L

B

N

bd bd bd bd

5 , 15

; 5 , 15

; 21

2

2 2

1

a

b cm b

cm d

a

Tra bảng [5] nội suy có b  0 , 0914

 2 0 , 0914 0 , 481 21 2 19 , 39 ( )

1 1

Ô 2 ( bản kê 2 cạnh liền kề):

457 , 0 19

7 , 8

; 7 , 8

; 19

2

2 2

1

a

b cm b

cm d

a

Tra bảng có b  0 , 06

 2 0 , 06 0 , 664 19 2 14 , 38 ( )

1 1

c

1 21

39 , 19 6

cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của

bê tông móng

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng :

32 , 346 481 , 0 32 ).

2

21 1 11



dd

Theo cấu tạo, chọn chiều cao của đờng hàn liên kết dầm đế vào cột h f  0 , 6 cm Từ

đó xác định đợc chiều dài tính toán của 1 đờng hàn liên kết dầm đế vào cột:

h

N l

c w f

dd

1 ).

18 7 , 0 (

6 , 0 2

32 , 346

2 2

M h

c s

s

1 21 1

66 , 821 6 6

2

2 1

2 1

20 1

02 , 106 3 20

1

66 , 821 6 3



td  15 , 36kN/cm2 1 , 15fc  1 , 15 21 1  24 , 15kN/cm2

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đờng hàn liên kết sờn A vào bản bụng cột hf=0,6 cm.Diện tích tiết diện và mô men chống uốn của các đờng hàn này là :

6 , 0

1 20 6 , 0

2 2

8 , 22

02 , 106 2

, 72

66 , 821

w

s w

s td

A

V W

2

11 96 , 10 2

2 2

V s  s.s  10 , 96 11  120 , 56

Chọn bề dày sờn ts=1cm Chiều cao của sờn xác định sơ bộ từ điều kiện chịu uốn:

M h

c s

s

1 21 1

08 , 663 6 6

2

2 1

2 1

20 1

56 , 120 3 20

1

08 , 663 6 3



td

 / 2 1 , 15 21 24 , 15 / 2

42 ,

Chọn chiều cao đờng hàn liên kết sờn B vào dầm đế hf=0,6cm Diện tích tiết diện vàmômen chống uốn của các đờng hàn này là:

6 , 0

1 20 6 , 0

2 2

8 , 22

56 , 120 2

, 72

08 , 663

w

s w

s

V W

e)Tính toán bu lông neo:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn các cặp nội lực sau để tính cho các bu lông neo:

- Cặp1: N = -9,33 kN

M = -91,40 kNm

V = 27,65 kNTổng hợp lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột xác định theo công

2

33 , 9 55

10 40 , 91 2

2

L

M T

1

19 4

52 , 161

n

T A

5 , 27 33 , 9 10 40 , 91 2 1 1 5

, 0 2

b

R B L

L N M



Tổng lực kéo trong các bu lông neo ở một phía chân cột:

) ( 32 , 137 33 , 9 9 , 0 32 67 076 , 0

2

29 , 105 55

10 64 , 218 2

2

L

M T

1

19 4

345

n

T A

ba

yc

Chọn bu lông  27 có Abn = 4,59 cm2 ( Bảng II.5 phụ lục)

Do chênh lệch bulông hai bên không lớn, ta bố trí mỗi bên 4 bulông  27

f)Tính toán các đờng hàn liên kết cột vào bản đế:

Các đờng hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế đợc tính toán trên quan niệm mômen và lực dọc do các đờng hàn ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đờng hàn ở bản bụngchịu Nội lực để tính toán đờng hàn chọn trong bảng tổ hợp nội lực chính là cặp đã dùng

để tính toán các bulông neo Các cặp khác không nguy hiểm bằng

Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phần vào theo(2.78):

A

N W

M

8 , 72

29 , 105 1034

10 64 ,

Tổng chiều dài tính toán của các đờng hàn liên kết ở một bản cánh cột (kể cả các

đờng hàn liên kết dầm đế vào bản đế):

2

20 32 2 1 2

8 , 0 20 2 1 2

1 32

c w w

k yc

1 18 7 , 0

2 , 56

394