Đồ án kết cấu thép thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp L=30m

a- Bố trí giằng trong mặt phẳng cánh trên : Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánhtrên và các thanh chống dọc nhà.. b- Bố trí gằng trong mặt ph

- Chiều cao dầm cầu trục : Hdct = 700(mm)

- Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình

+ Lk=28,5m+ H= 2,75m+ B = 6,3m+ L1=2,5m+ B1=0,3m

+ Loại ray KP70 tra bảng ta có Hr=120mm (theo bảng VI.7)

I/Thành lập sơ đồ kết cấu:

Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại nhà xởng 1 nhịp, chịu tải trọng cầu trục lớn do đó chọnsơ đồ khung có liên kết Dàn, Cột là liên kết cứng và dàn khung hình thang có mái dốc Sơ đồkhung ngang có dạng nh hình vẽ dới:

vu dinh phong 1

100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.

f: khe hở xét đến độ võng của kết cấu lấy 0,4m(theo sách thiết kế KC thép nhà CN )

g - ChiÒu cao ®Çu dµn: h0

Víi kÝch thíc lµ dµn h×nh thang lÊy h0=2200 (theo s¸ch thiÕt kÕ KC thÐp nhµ CN)

h- ChiÒu cao gi÷a dµn:h

hd=12,73m ht=4,27m

h3=0,8m

h=16,2m h1=12m

h2=3,4m

l=30m

h o =2,2m h=3,5m

d=3m

lct=12m Hct=2,5m

III/lập mặt bằng lới cột, bố trí hệ giằng mái, cột :

III.1/Lập mặt bằng lới Cột :

Nhà xởng đợc thiết kế có chiều dài nhà là : 102m do đó khi bố trí mặt bằng lới Cột takhông phải để khe lún nhiệt độ Mặt bằng lới Cột đợc bố trí nh hình vẽ dới

6000 6000

a- Bố trí giằng trong mặt phẳng cánh trên :

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánhtrên và các thanh chống dọc nhà Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trênchịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Cácthanh giằng chữ thập đợc nên bố trí ở đầu khối nhiệt độ và bố trí thêm ở giữa khối Mặt bằng bốtrí giằng cánh trên đợc thể hiện nh hình vẽ dới

b- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dới :

Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên nó cùng với

giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dới tại đầu hồinhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tờng Hồi nên còn gọi là dàn gió Do Xởng

có Cỗu trục Q = 75tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố trí thêm Hệ giằng cánh dời theo phơngdọc nhà Hệ giằng nhà đảm bảo cho sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục

bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận Mặt bằng bố trí nh hình vẽ dới

vu dinh phong 5

6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000

2

1

HÖ GI»NG C¸NH TR£N

vu dinh phong 6

6000 6000

vu dinh phong 7

đặt trong mặt phẳng trục Cột Các thanh giằng lớp dới đặt trong mặt phẳng hai nhánh Tấm

vu dinh phong 8

cứng đợc đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở khối nhiệt độ.Trong các gian đầu và cuối nhà bố trí giằng lớp trên giằng này làm tăng độ cứng dọc nhà,truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa cứng Việc bố trí giằng cột đợc thể hiện nh sau :

1

bố trí hệ giằng cột và giằng đứng

b- Tính toán khung ngang:

I-Tải trọng tác động lên khung ngang:

Tải trọng tính toán (daN/m 2 )

- Hai lớp gạch lá nem γ = 2000daN/m3 Dày 3cm 60 1,1 66

- 2 Lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp γ = 1800 daN/m3 Dày 3 cm 54 1.2 64,8

- Bê tông xỉ cách nhiệt γ = 500daN/m3 Dày 12 cm 60 1,2 72

- Lớp bê tông chống thấm γ = 2500daN/m3 Dày 4 cm 100 1,2 120

- Panen mái 1,5x6m; γ = 150daN/m2 Dày 10 cm=0,1m 150 1,1 165

Vậy ta lấy gom = 488daN/m2

i=1/12 ⇒tgα =1/12⇒cosα= 0.9965Tính trên mặt bằng

gm= gom/cosα=488/0.9965 = 489,7daN/m2

b- Trọng lợng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm)

vu dinh phong 9

gd = 1,1.1,2.αd.L(daN/m2)

αd=0,6 ữ 0,9 :Là hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn ứng với nhịp từ 24 ữ 36m L=30m tachọn αd=0,75

- Trọng lợng của bậu cửa:

gb=1,1.(100 ữ 150) daN/m của bậu cửa (trên + dới)

b- Do träng lîng cña dÇm cÇu ch¹y:

Theo c«ng thøc kinh nghiÖm:

Gdcc=αdcc.L2

dcc.1,1

vu dinh phong 11

Với Q=30T ta chọn αdcc =26, Ldcc=6m

⇒ Gdcc= 35.62.1,1= 1386 daN.=13,86daN

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

áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột Xác định do 2 cầutrục hoạt đông tại 2 nhịp liên tiếp

Đờng ảnh hởng của phản lực tại vai cột

Tra bảng VI-1,2 sách thiết kế KC thép nhà CN phụ lục cầu trục ta có :

P = 34,5tấn = 34500 daN

Q:trọng lợng vật cẩu=30T theo đầu bài Q =30T=300KN

G:trọng lợng của toàn bộ cần trục G = 62 t = 620 KN

Pmin = (Q+G)/no – Pmax = (300+620)/2 - 345 = 115 KN áp lực lớn nhất lên vai cột D max :

Dmax = n.nc.Pmax.∑yi = 1,2.0,85.345.( 0,15 + 1 + 0,8)= 686 KN

nc:hệ số tổ hợp xét đến ảnh hởng của nhiều cầu trục 1 lúc nc=0,85

n:hệ số vợt tải n=1,2

yi:Tung độ của đờng ảnh hởng

áp lực nhỏ nhất phía bên kia là D min :

Dmin=n.nc.Pmin.∑yi = 1,2.0,85.115.(0,15+1+0,8)=229 KN

d-áp lực ngang của cầu chạy:

Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy, má hãm lại tạo ra lực hãm ngang áp lực ngangtrên 1 bánh xe:

Tc

1= (Q+GXC).0,05/no.Tra bảng cầu trục ta có GXC =38T=380KN

vu dinh phong 12

Tc

1 = (300 + 120).0,05/2 = 10.5 KNCác lực ngang Tc

1 truyền lên cột thành lực hãm ngang T Lực T đặt ở cao trình dầm hãm lợidụng đờng ảnh hởng khi xác định lực nén lên vai cột ta có thể xác định đợc lực T nh sau(Tínhtheo phơng ngang):

T= n.nc Tc

1.Σyi=1,2.0,85.10.5.(0,15 + 0,8 + 1 ) = 20.88 KNLực này chỉ có thể có một trong 2 cột

II.3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang :

Theo TCVN 2737-95 Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm:

- Gió thổi lên mặt bằng tờng dọc đợc chuyển thành lực phân bố trên cột khung

- Gió trong phạm vi mái từ cánh dới dàn vì kèo trở lên đợc chuyển thành lực tập trung nằmngang đặt ở cao trình cánh dới vì kèo(đầu cột)

Trong phạm vi tờng dọc

Wo= 155daN/m2

Phía đón gió : qd=n.qo.k.c.B (daN/m)

Phía trái gió : qtr=n.qo.k.c’.B (daN/m)

Theo số liệu đã cho ta có q(đẩy)=9,66 KN q(hut)=6,5 KN

W=81,68 KN

III.Tổ hợp nội lực:

Ta tiến hành tổ hợp nội lực để tìm ra từng trờng hợp tải trọng bát lợi nhất để thiết kế khung

Do nhà có tờng tự mang nên lực dọc ở cột chỉ có V, V’;ở cột dới có thêm Dmax;Gdcc(bỏ qua trọnglợng bản thân của cột) Các kết quả giải đợc ta đa vào bảng tổ hợp

vu dinh phong 14

Với mỗi cột ta xét 4 tiết diện nguy hiểm nhất và tại mỗi tiết diện ghi trị số M,N,Q do mỗiloại tải trọng gây ra Riêng tiết diện A thì xét thêm lực cắt Q Các trị số trong bảng nội lực đ ợcghi làm 2 dòng ; Dòng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hơp cơ bản I(hệ số tổ hợp bằng 1) Dòngdới ghi trị số nhân 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản II

THCBI = Tải trọng thờng xuyên + 1tải trọng tạm thời

THCBII = Tải trọng thờng xuyên + 0,9xtải trọng tạm thời

Ta cần tìm tại mỗi tiết diện:

+ Tổ hợp gây mômen dơng: M+

max; Nt+ Tổ hợp gây mômen âm lớn nhất M-

max; Nt+ Tổ hợp gây lực nén lớn nhất: Nmax; M+

t(M+

t)

170,29 85,90

364,14

85,90 170,29

364,14

do tĩnh tải

vu dinh phong 15

14,45 30,25 57,24

1,58 17,73

3,86 30,06

do lùc h·m ngang t

vu dinh phong 16

vu dinh phong 17

238,4 34,34

8,4 275,09

do tải trọng gió

Phần 2 :Thiết kế cột

Nội lực tính toán đợc xác định bởi 3 cặp từ bảng tổ hợp

Với cột trên : N = 46.162daN; M = -37.480daNm

Với cột dới : N = 146.781daN; M = -30.181daNm

N = 142.405 daN; M = 84.772daNm

I- Xác định chiều dài tính toán:

Với cột của nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng ta có chiều dài tính toántrong mặt phẳng khung đợc xác định:

→ à2=à1/c1 =1,98/0,805= 2,46 <3 (thoả mãn)

→ l1x= 1,98.9,4 = 18,61m

vu dinh phong 18

l2x= 2,46.5,1 = 12,55mChiều dài tính toán ngòai mặt phẳng khung:

l1y = Hd=9,4m

l2y = Ht-hdcc = 5,1 – 0,7 = 4,4m(hdcc=0,7m theo tính toán phần I)

II-Thiết kế tiết diện cột:

II.1-Xác định lực tính toán của cột:

Vì khi tổ hợp nội lực ta cha kể đến tải trọng bản thân của cột nên ta cần tính thêm tải trọngbản thân của cột khi tính toán cột Ta coi tải trọng bản thân nh lực tập trung đặt tại tâm tiết diệncột ở trên đỉnh cột Ta tính toán theo công thức:Gc=gc.hc

a - Cột trên:

gc=[ΣN/KR]ψ.γ daN/m

K : Hệ số kể đến ảnh hởng của mô men làm tăng tiết diện cột Cột trên chọn k = 0,3; Cột

d-ới chọn k = 0,45

R: Cờng độ tính toán của thép làm cột.Vật liệu thép BCT3KΠ2 có R = 2150daN/cm2

ψ : Hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy ψ=1,6;

γ: Trọng lợng riêng của thép lấy γ = 7850daN/m3

ΣN: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi cha kể đến trọng lợng bản thân.Với cột trên

II.2-Thiết kế tiết diện cột trên

a-Hình dạng và cấu tạo tiết diện cột:

- Chiều cao tiết diện cột trên bt=0,5m(theo phần I)

vu dinh phong 19

c-Kiểm tra tiết diện đã chọn:

Tiết diện cột phải thoả mãn các điều kiện về bền về ổn định tổng thể và ổn định cục bộ

- Các đặc trng về hình học của tiết diện cột:

Diện tích tiết diện:

Jx = 1.46,83/12+2.(25.1,63/12+24,22.1,6.25) = 55.410 m4

Jy = 46,8.13/12+2.(1,6.253/12) = 4.171 cm4.Bán kính quán tính:

- Kiểm tra ổn định tổng thể của cột:

+ Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:

σx = N/(ϕlt.Ang) ≤ γ.Rvới m1 = 6,366; λx= 1,85cm

Tra bảng phụ lục II.2 nội suy ta có ϕlt=0,1972

+ Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung:

Tính mô men ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có

Mct= -807daNm.(theo bảng tổ hợp nội lực)Mô men ở tiết diện phần ba cột là(phía M lớn)

M’=Mct + 2[Mb-Mct]/3 = -807+ 2[-37.480 -( -807)]/3 = -25.256daNmM’= -25.256 > Mb/2 = -37.480/2= -18.740daNm(về trị số)

ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:

σy=N/(c.ϕy.Ang)≤γ.Rvới λy = 73,83 cm ;R=2150daN/cm2

Tra bảng phụ lục II.1 ta nội suy đợc ϕy= 0,758

Xác định c : hệ số kể đến ảnh hởng của mô men và hình dáng tiết diện phụ thuộc vào mx;

mx=e’/ρx=(M’/N)/(Wx/Ang)

vu dinh phong 21

mx = (35.047.102/46.162)/(2.216,4/117,44) = 4,02 có mx <= 5

C = β/(1+α.mx) Với 1 < mx<5 tra bảng phụ lục II-5 ta có:

α = 065 + 0,005mx = 0,65+0,005.4,02 = 0,67 với λy= 73,83cm và λc=3,14.(E/R)0,5 = 3,14(2,1.106/2150)0,5 = 98,1→ β=1

C = 1/(1+0,67.4,02) = 0,271

- Kiểm tra ổn định cục bộ của cột:

+ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo điều kiện : hb/σb < [ho/σb]

II.3-Thiết kế cột dới (ta dùng cột rỗng):

II.3.1- Chọn tiết diện nhánh:

Ta giả thiết gần đúng khoảng cách giữa 2 trục nhánh c = hd =100cm =1m

Các cặp nội lực: Nhánh ngoài cột dới : N2tt =144.852daN; M2 = 82.289daNm;

Nhánh trong cột dới : N1tt =149.228daN; M1 = -30.181daNm;

Thay các giá trị vào phơng trình:

Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy(tính sơ bộ)

Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,724/1 + 30.181/1 = 138.222,07 daNLực nén lớn nhất trong nhánh mái

Nnh2= N2.y2/c+M2/c =144.852x0,276/1 + 82.289/1 = 122.268,15 daNGiả thiết độ ổn định ϕ=0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh

Nhánh cầu chạy:

Aycnh1= Nnh1/ϕRγ = 138.222/(0,8.2150.1) = 80,36 cm2.Nhánh mái:

Aycnh2= Nnh2/ϕRγ = 122.268/(0,8.2150.1) = 71,09 cm2.Theo yêu cầu độ cứng bề rộng cột:

b = 40cm (tỷ số b/Hd = 40/940 = 1/23,5)

a - Nhánh cầu chạy dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ 3 bản thép có các kích thớc tiết diện là :

Bản bụng : 368.8→ Fb = 29,44 cm2Bản cánh:2.(200.16)→Fc= 64cm2

Anh1= 93,44 cm2.Tính các đặc trng hình học của nhánh:

zo=ΣAi zi /ΣAi = (50,4x0,7 + 2x15,6x2,75)/81,6 = 1,48 cm

Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện

với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái

Các đặc trng hình học của tiết diện Jx1= Jy1g= 147 cm4

rx = [Jx/(Anh2+ Anh2)]0,5 = [426.861/(93,44+81,6))]0,5 = 49,38 cm.

II.3.2 - Xác định hệ thanh bụng:

a - Bố trí thanh bụng :

- Khoảng cách các nút giằng a= 96cm thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

- Chiều dài thanh xiên:

b - Kiểm tra thanh bụng xiên - giằng cột:

Nội lực trong thanh xiên do lực cắt thực tế chân cột là: Q = 12.490daN

Ntx= Q/2sinα = 12.490/2x0,716207 = 8.719,55 daN

Kiểm tra độ mảnh của thanh bụng xiên

λmax = s/rmintx = 137,56/1,48 = 92,98 <[λ] = 150Tra bảng II.1 phụ lục ta có ϕ mintx = 0,65

Kiểm tra : σ = Ntx/ϕmin.Atx.γ≤ R

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên γ=0,75 kể đến lệch tâm của trục liên kết và trục thanh:

σ = 8.719,55/0,65x10,1x0,75 = 1770,92daN/cm2 < R=2150 daN/ cm2

→Thanh xiên ổn định

c - Kiểm tra thanh bụng ngang:

Độ mảnh các nhánh:

Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x: λx = lx1/rx = 1.861/49,38 = 37,69

với lx1=18,61 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dới đã tính

Với α=44o34’ nội suy bảng 3.5 đợc k = 28,5

λtđ = (λx +k.A/Atx)0,5 = (37,692 + 28,5.175,04 /10,1) 0,5 = 43,75 < [λ] =120

vu dinh phong 24

với A = Anh1+Anh2 = 93,44 + 81,6 = 175,04 cm2.Theo λtđ = 43,75 tra bảng II.1 đợc ϕ = 0,89

Tính Qq = 7,15.10-6(2.330 - E/R)N/ϕ

= 7,15.10-6(2.330 - 2,1.106/2,1.103)149.228/0,89 = 1.622daN

Ta thấy Qq<Q vây ta không cần phải tính lại thanh bụng xiên và λtđ

- Thanh bụng ngang tính theo Qq = 1.622daN vì Qq nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngangtheo độ mảnh giới hạn [λ] = 150

Vậy ta chọn thanh bụng ngang là thép góc L63x4, rmin=1,25cm

có λ = s/rmin=100cm/1,25cm = 80<[λ]

d -Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:

Nhánh cầu chạy: λy1 = ly1/ry1 = 940/12,72 = 73,90 = λ1max

λx1= lnh1/rx1= 100/4,78 = 20,92 Nhánh mái: λy2 = ly2/ry2 = 940/13,57 = 69,27 = λ2max

σ = Nnh1/ϕ1.Anh1≤ γR

σ = 100.204/0,758x93,44 = 1.415 daN/cm2 ≤ γR = 2150daN/cm2Lực nén lớn nhất trong nhánh mái

định và chịu lực theo phơng y – y của cột

Nhánh mái sau khi điều chỉnh lại tiết diện tổ hợp bao gồm :

1 thép bản 360x16→F = 57,6cm2 và 2 thép góc đều cạnh L100x100x8→F = 38,4m2

vu dinh phong 25

(A1g= 19,2cm2) Anh2 = 57,6 + 38,4 = 96cm2

Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái:

zo=ΣAi zi /ΣAi = (57,6x0,7 + 2x19,2x2,83)/96 = 1,55 cm

Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện

với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái

Các đặc trng hình học của tiết diện Jx1= Jy1g= 179 cm4

Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy

Nnh1= N1.y1/c+M1/c =149.228x0,4989/0,9845 + 30.181/0,9845 = 106.278 daNLực nén lớn nhất trong nhánh mái

Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 82.289/0,9845 = 155.032 daN

λ2max = 68,86→tra bảng ϕ1=0,785

σ = Nnh2/ϕ2.Anh2 = 155.032/(0,785x96) = 2.057 daN/cm2 < γR = 2150daN/cm2Vậy cột thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực theo trục y-y

e - Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:

Các cặp nội lực:

Nhánh mái : N2tt = 144.852daN; M2tt = 82.289daNm;

Nhánh cầu chạy: N1tt = 149.228daN; M1= 30.181daNm;

Cặp 1: e1 = M1/N1 = 30.181/149.228 = 0,202m = 20,2cm

độ lệch tâm tơng đối m = e1.A.y1/Jx = 20,2x189,44 x49,89/461.547 = 0,414

λtđ = λtđ (R/E)0,5 = 37,7.(2,15.103/2,1.106) 0,5 = 1,206 Với λx = lx1/rx = 1.861/49,36 = 37,7

Tra bảng phụ lụcII-3 ta có ϕlt= 0,751

ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện

N1/ϕlt.A = 149.228/0,751x189,44 = 1.049 daN/cm2 ≤ γR = 2150daN/cm2Cặp 2: e2 = M2/N2 = 82.289/144.852 = 0,57 m = 57cm

Độ lệch tâm tơng đối

m = e2.A.(y2+zo-1,6)/Jx = 57x189,44.(48,56+1,55-1,6)/461.547 = 1,135 1,6 : chiều dày của bản thép của tiết diện nhánh mái

Tra bảng phụ lụcII-3 ta có ϕlt = 0,444

ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện

N2/ϕlt.A = 144.852/0,444x189,44 =1.722daN/cm2 ≤ γR = 2150daN/cm2

g - Tính liên kết các thanh giằng vào các nhánh cột:

Đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột phải chịu đợc lực

Ntx = 8.883daN

Với thép CT3 dùng que hàn N-46 Rbtc≤ 3.450daN/cm2 ta có:

Rgh=1.800daN/cm2, Rgt=0,45 RbtcdaN/cm2= 0,45x3.450=1.550daN/cm2

hàn tay có βh=0,7; βt=1;

βt.Rgt = 1x1.550 =1.550 daN/cm2

βh.Rgh = 0,7x1.880 = 1.260 daN/cm2 = (βh Rg)min

vu dinh phong 27