Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp L=24m

3,Tiến độ thực hiện 1, Nhận đợc sơ đồ sinh viên phải triển khai ngay trong thời gian 2 tháng2,Trong quá trình thực hiện đề tài của sinh viên bắt buộc phải thông qua giáoviên hớng dẫn tố

Thiết kế môn học kết cấu thép

(ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp )

A-Đề bài

I - Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế khung ngang nhà xởng 1 tâng, 1 nhịp có cửa mái & cầu trục đi dọc bên trong xởng với các số liệu:

7 Cao trinh đỉnh ray H1=11 m

8 Địa điểm xây dựng: Hải Dơng

II – yêu cầu thiết kế: yêu cầu thiết kế:

1,tính toán thiết kế một khung điển hình gồm

 Hệ giằng mái ,hệ giằng cột

 Hệ giằng cột và các chi tiết của cột ,các mặt cắt cột

 Dàn mái và các nút điển hình khuyếch đại dàn

 Bảng thống kê thép cho một dàn mái

3,Tiến độ thực hiện

1, Nhận đợc sơ đồ sinh viên phải triển khai ngay trong thời gian 2 tháng2,Trong quá trình thực hiện đề tài của sinh viên bắt buộc phải thông qua giáoviên hớng dẫn tối thiểu các lần với nội dung hoàn thành sau:

 Lần1: Lựa chọn sơ đồ kết cấu, tải trọng tác dụng lên khung và dàn

 Lần2: tính toán nộilực,tổ hợp nội lực khung và dàn,lựa chọn nội lựctính toán

 Lần3: tính toán và bố trí các tiết diện của cột ,lựa chọn dàn và

ph-ơng án bố trí bản vẽ (kèmtheo thuyết minh đợc chế bản )

Lần4: Bảnvẽ và thuyết minh tính toán đã hoàn thiện(đều đợc chế bản và vẽ trên máy vi tính

B

- tính toán

I-Xác định sơ bộ kích th ớc khung ngang

1-Sơ đồ khung ngang:

Lựa chon sơ đồ khung ngang

nh hình vẽ:

Hình 1 : Sơ đồ khung ngang

2- Bố trí khung ngang:

-Hệ thống lói cột nh hình vẽ, nhà nhịp :

L =24, bớc khung B=12 để đảm bảo bền vững cho kết cấu bao che cần

bố trí thêm khung chống gió ( gômg cột và xà ngang, các cột cách nhaukhông quá 6 m)

- H1 : Là cao trình dỉnh day đợc cho trong nhiêm vụ thiết kế : H1 = 11m  H= H1 + H2 = 11+ 4.4 =15,4 m.

(Theo quy phạm QPXD 57-73 thì H là bội số của 1,2 khi nhỏ hơn 10,8 m vàcủa 1,8 nếu lớn hơn 10,8 m.)

Trong đó : Hr là chiều cao đáy và đệm ấy sơ bộ là 0,2 m

- Chiều dài phần cột dới:

-Chọn dàn hình thang liên kết cứng với cột

-Chiều cao đầu dàn là: h0=2200mm

- Bố trí các hệ giằng mái và hệ giằng cột

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

+ Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực củanhà

+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phơng dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nh gió lên tuờng hồi, lực hãm của cầu trục

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

+ Làm cho dựng lắp an toàn thuận tiện

*)Hệ thống giằng của nhà xởng đợc chia làm 2 nhóm : giằng mái và giằng cột

4.1-Hệ giằng ở mái:

- Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dới dàn trở lên, chúng đợc bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn mặt phẳng cánh dới dàn và mặt phẳng đứng

- Thanh chống dọc nhà dùng để cố định các nút quan trọng của nhà:nút

đỉnh nóc(bắt buộc), nút đầu dàn, nút dới chân cửa trời.Những thanh chốngdọc này cần thiết để đảm bảo cho độ mảnh của cánh trên trong quá trình dựng lắp không vợt quá 220

4.1.2-Giằng trong mặt phẳng cánh d ới

- Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh

trên,nghĩa là ở 2 đầu của khối nhiệt độ & ở khoảng giữa, cách 50-60m Nó cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình Hệgiằng cánh dới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chịu gió thổi lêntờng hồi nên còn gọi là dàn gió

- Trong những nhà xỡng có cầu trục Q>10 tấn, hoặc có cầu trục chế độ làm việc nặng,để tăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dới theo ph-

ơng dọc nhà Hệ giằng này đảm bảo sự làm việc cùng nhau giữa các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung, sang các khung lân cận Bề rộng của giằng thờng lấy bằng chiều dài khoang đầu tiên của cánh dới dàn Trong nhà xỡng nhiều nhịp, hệ giằng dọc đợc bố trí dọc 2 hàng cột biên & tại một số hàng cột giữa, cách nhau 60-90m theo phơng bề rộng nhà

4.1.3-Hệ giằng đứng

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình giữ cố định & vị trí cho dàn vì kèo khi dựng lắp.Thông thờng hệ giằng đứng đợc bố trí tại các thanh đứng

đầu dàn, thanh đứng giữa dàn (hoặc dới chân cửa trời), cách nhau 10-15m theo phơng dọc nhà.Theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tại các gian có giằng nằm ở cánh trên & cánh dới Kết cấu chịu lực của cửa trời cũng có các hệ giằng cánh trên, hệ giằng đứng nh đối với dàn mái

4.2-Hệ giằng ở cột.

- Hệ giằng ở cột đảm bảo sự bất biến hình & độ cứng của toàn nhà theo

ph-ơng dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà & bảo đảm ổn định của cột

- Trong mỗi trục dọc mỗi khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng,các cột khác tựa vào tâm cứng bằng các thanh chống dọc.Tấm cứng cần có 2 cột, dầm cầu trục, các thanh ngang & các thanh chéo chữ thập.Các thanh giằng cột bố trí suốt chiều cao của 2 cột đĩa cứng trong phạm vi đầu dàn, chính là

hệ giằng đứng của mái, lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến mút gối tựa dới củadàn kèo; Lớp dới bên dới dầm cầu trục cho đến chân cột.Các thanh giằng lớptrên đặt trong mặt phẳng trục cột;Các thanh giằng lớp dới đặt trong 2 mặt phẳng của 2 nhánh

- Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độ của các kết dọc.Nếu khối nhiệt độ quá dài một tấm cứng không đủ để giữ cố định cho toàn bộ các khung thì dùng 2 tấm

cứng, sao cho khoảng cách từ đầu khối đến trục tấm cứng không quá 75m và khoảng cách giữa trục hai tấm cứng không quá 50m

- Sơ đồ các thanh của tấm cứng có nhiều dạng; chéo chữ thập một tầng đơn giản nhất hoặc hai tầng khi cột cao kiểu khung cổng khi bớc cột 12m hoặc khi cần làm lối đi thông qua

- Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ, cũng thờng bố trí giằng lớp trên Giằng này tăng độ cứng dọc khung , truyền tải trọng gió từ dàn gió

đến đĩa cứng Các thanh giằng lớp trên này tơng đối mảnh nên có thể bố trí ởhai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể

II-Tính tải trọng tác dụng lên khung

Tải trọng do các lớp mái Tải trọng tiêu

chuẩn Hệ số vợttải (n) toán (daN/mTải trọng tính2)Tấm panel sờn bêtông cốt

- Đổi ra phân bố trên mặt bằng với đọ dốc i=1/10 có cos= 0.995

m daN

g tc

995 0

417



m daN

g tt

995 0

1.1.4-Trọng l ợng cánh cửa trời và bậu cửa trời

B B

.

) 35 2 , 1 120

n=1,1:hệ số vợt tải

120daN/m –trọng lợng 1 m dài bậc cửa

1,2 m2 –diện tích 1m dài cửa kính

35 daN/m2 – trọng lợng cửa kính tác dụng

 gktb =2.1,1 12

12 30

) 12 35 2 , 1 12 120 (

- Theo TCVN 2737-95 tải trọng tạm thời trên mái là:

Ptc=75daN/m2 mặt bằng với hệ số vợt tải np=1,3

Tải trọng tính toán phân bố đều trên đờng ngang là:

24 61,75 2

.

KN L

g

-Tải trọng tạm thời:

) ( 4 , 140 2

24 7 , 11 2

Trong đó ldct : Nhịp cầu trục tính bằng m (bằng bớc cột B)

dct : Là hệ số trọng lợng dầm cầu trục , Q= 125 T >75 T  lấy

dct=40

Gdct=40122= 5760 (daN) = 57,6 KN

- Gdct đặt ở vai đỡ dầm cầu trục , là tải trong thờng xuyên

2.3-Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục

- Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục đợc xác định bằng cách dùng đờng ảnh hởng của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất

- Cầu trục Q=125 T ; L k = 22 (m)  Tra bảng VI.2 , trong phụ lục về cầu

trục , sách Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp ta có :

+) áp lực nhỏ nhất của bánh xe:

 Pc

1min= P c ma

n

G Q

1 0

2 0

2.4-Do lực hãm của xe con.

- Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe tính theo công thức:

Tc

1=0.05(Q+Gxe)=0.05(125+43)/4=2,1 T ( n0 :Số bánh xe một bên cầu trục)

- Lực hãm ngang T1tc truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm,

giá trị T cũng xác định bằng đờng ảnh hởng nh khi xác định Dmax & Dmin

T=no.n.T1tc.yI = 0.851.221 (1,03 + 1,93) = 63,4 KN

3-Tải trọng gió tác dụng lên khung.

- Tải trọng gió đợc tính theo TCVN 2737-95 cho nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió

- Địa điểm xây dng :  Vùng áp lực gió : IIb

Ta có :

+ áp lực tốc độ gió khu vực IIb là : qo=70 daN/m2

+hệ số k với địa hình che khuất 0,65 : ở độ cao 10m

0,9 : ở độ cao 20m 1.2 : ở độ cao 40mNội suy ỏ độ cao 17 m  k = 0,825 , ở độ cao 23,05 m (Điểm cao nhất của mái )  k=0,946

+ Các hệ số khí động lấy theo bảng ghi trên hình vẽ , trong đó -0,6 là trị số

c1đợc nội suy với góc dốc của mái là 1/10 tơng đơng với góc 60

-0,6

-0,4 0,8

-0,6 -0,6

-0,6 -0,8

0,7

w w'

q' q

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột :





W=nqokBCihi

W=1,30,70,885512( 0,82,2 – 0,61,1 + 0,72,2 – 0,80,55 + 0,6.0,55+0,6.2,2+0,6.1,1+0,44.2,2)

= 52,97 (KN)

B - tính nội lực khung 1-Sơ bộ chọ tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung:

Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực :momen uốn ,lực dọc ,lựccắt,lực cát trong các tiết diện khung.Việc tính khung cứng có các thanh rỗng

nh dàn,cột khá là phức tạp,nên trong thực tế,đã thay sơ đồ tính toán thực của khung = sơ đồ đơn giản hoá ,với các giả thiết sau:

-Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tơng đặt tại cao trình cánhdới của dàn Chiều cao khung tính từ đáy cột đến mép dới cánh dới vì

kèo.Độ cứng của xà ngang tơng đơng với dàn đợc tính bằng công thức:

Jd = (Ftr ztr2 + Fd.zd ).

Ftr,Fd:tiết diện của cánh trên cánh dới vì kèo

Ztr,Zd:khoảng cách từ trọng tâm cánh trên và cánh dới đến trục trung hoà của dàn ở tiế diện giữa nhịp

Để tính khung cần sơ bộ cho trớc độ cứng J của dàn ,của các phần

cột ,hay ít ra cần bít tỉ số của đọ cứng này.Có thể sơ bộ tính áng chừng theo công thức sau:

-Momen quán tính của dàn:

Jd = 

2

max

D

1

max

2



-Momen quán tính phần cột trên :

h K J

+ k2 =1,2 đến 1,8 khi dàn liên kết cứng với cột

2-Tính khung với tải trọng thờng xuyên tác dụng trên xà ngang

- TảI trọng thờng xuyên tác dụng lên xà : q = 61,75 KN/m

- Dùng phơng pháp chuyển vị, với ẩn số là góc xoay 1 & 2 & đợc chuyển vịngang  ở đỉnh Trờng hợp ở đây khung đối xứng & tải trọng đối xứng nên

=0 & 1=2= ẩn số là 2 góc xoay ở nút khung

h1

h

61,75 KN/m



h h

308 , 1 4

.

4

EJ J

E H

J E K

872 , 1 6

6

J E J

E H

J E K

M  = 0,375EJ1 + 0.04EJ1 = 0,415EJ1

R1P - Tổng phản lực mômen ở nút B do tải trọng ngoài gây ra

R1P= - ql2/12=- 61,75.242/12= - 2964 KNm

- Giải phơng trình chính tắc ta đợc:



=-1 1

11

415 , 0

2964

EJ EJ

1

KN EJ

Mômen phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch tâm của trục cột trên với trục cột dới

24 75 , 61





- Nội lực trong khung do Me có thể tìm đợc bằng bảng ở phụ lục đối với cột 2

đầu ngàm Vì trong trờng hợp này có thể coi Jd= & ngoài ra khung không

có chuyển vị ngang vì có tải trọng đối xứng.Dấu Me ngợc với dấu trong bảng:

1308 4

353 0 1 872 , 1 3 353 , 0

1

C 4 1

3 ) 1 (

KNm

M K

, 7

353 0 1 471 , 3 872 , 1 353 , 0 1

6

1

A B 1 6

KN H

M K

96,5 143,5

- Cộng biểu đồ ta đợc biểu đồ mômen cuối cùng do tải trọng thờng xuyên gây ra toàn mái

MB= - 285,75+48 =-237,75(Knm)

) ( 5 , 143 72

49 , 71

) ( 5 , 96 168 49 , 71

KNm M

KNm M

3-Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái(hoạt tải)

- Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của mômen

do tải trọng thờng xuyên gây ra với tỷ số : 0 , 19

75 , 61

7 , 11





q p

50,11 50,11

18,1 18,1

27,13 27,13

44,99 44,99

4-Tính khung với mômen cầu trục : M max, M min

- Mmax,Mmin đồng thời tác dụng ở 2 cột, Mmax cột trái hoặc có thể cột phải.Dới

đây xét trờng hợp Mmax ở cột trái, Mmin ở cột phải

-Giải khung bằng phơng pháp chuyển vị với sơ đồ xà ngang cứng vô cùng, ẩn

số chỉ còn là chuyển vị ngang của nút

1 3

1

2

1 2

1 2

1

447 , 5

647 , 7

471 , 3 12

12

469 , 1

647 , 7

872 , 1 6 6

h

J E h

J E H

J E K

A R

h

J E h

J E H

J E K

B M

1 2

1 2

453 , 0 17

6 447 , 5

469 , 1

h

J E h

J E h

J E h

R M c

978 , 3

447 , 5

469 , 1

h

J E h

h

J E h

J E h

R M

r11= 3 1

3

1 10 , 894

447 , 5 2

2

h

J E h

J E

Mô men lệch tâm do cần trục (gần đúng e=bd /2=1,25/2 =0,625)

Mmax= D max e=1500 0,625=937,5 (KNm)

Mmin= Dmin.e=454,3 0.625=283,94 (KNm)

- Để xác định nội lực do Mmax , Mmin gây ra trong hệ cơ bản ta nhân nội lực

do Me gây ra với tỷ số : -

e M

Mmax

cho cột trái và

-e M

240

94 , 283 min

-Từ đó có mômen ở cột trái do Mmax gây ra trong hệ cơ bản :

MB=-3,9 48= - 187,2(KNm)

 3 , 9  72 280 , 8 ( )

) ( 2 , 655 168

) 9 , 3 (

KNm M

KNm M

tr c

d c

183 , 1 (

KNm M

KNm M

d c

tr c

3 11

1

8 , 84 894

, 10

34 , 54

J E

h EJ

h r

1

2 2

J E

h h

, 3

1

2 2

J E

h h

) ( 4 , 242 8 , 280 ) 8 , 84 ( 453

, 0

) ( 8 , 616 2

, 655 ) 8 , 84 ( 453

, 0

1

2 2

1

1

2 2

1

KNm EJ

h h

EJ M

KNm EJ

h h

EJ M

,

1

1

2 2

J E

h h

, 0

1

2 2

J E

h h

, 3

) ( 3 , 160 74

, 198 ) 8 , 84 ( 453

, 0

1

2 2

1

1

2 2

1

KNm EJ

h h

EJ M

KNm EJ

h h

EJ M

A

d c

181,35

134,5

616,8

242,4 62,63

6 -Tính khung với lực ngang T:

- Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai khoảng hdcc=1 m

- Lực T có thể tác dụng ở cột trái hay cột phải ,chiều hớng vào cột hoặc đi ra khỏi cột

- Dới đây giải khung với trờng hợp lực T dặt vào cột trái hớng từ trái sang phải Các trờng hợp khác có thể suy ra từ trờng hợp này

- Phơng trình chính tắc :

r11 + R1P = 0

308 , 1 2 872 , 1 294 , 0 353 , 0 2 294 , 0 353 , 0

7

647 , 7

308 , 1 2 872 , 1 294 , 0 2 293 , 0

1

2 2

C 2 B 2 1

2 2

2

KNm x

H T K

C B K

A B

R T

2 2

.

) ( 38 , 99 5 87 , 42 97 , 114

KNm H

H T H R

M

M

KNm h

T H R

M

M

KNm h

H R

M

M

dct d

B B

T

A

dct tr

B B

T

c

dct tr B B

3 11

894 , 10

87 , 42

EJ

h J

E

h r

, 1

1

2 2

J E

h h

2

1 66 , 9 133

, 0

) ( 48 , 90 38 ,

0

1

2 2

J E

h h

+ Đối với cột bên phải ta có:

413 146,98

78,8 99,38 114,97

7-Tính khung với tải trọng gió:

- ở đây tính với trờng hợp gió thổi từ trái qua phải Với trờng hợp gió thổi từ phải qua trái chỉ việc thay đổi vị trí cột

- Ta có biểu đồ M do =1 gây ra trong hệ cơ bản & tính đợc :

- Ta tính mômen & phản lực do q & q’ gây ra trong hệ cơ bản

- Đối với cột trái



a' c' b'

a c

a

c

Hệ cơ bản q

W'

q' W

) ( 6 , 117 17

495 , 7 647

, 7 12

308 , 1 8 108 , 1 872 , 1 9

.

12

8

2 2

KNm h

q K

C F

q K

F A C

B

R T

647 , 7 2

108 , 1 471 , 3 3 308 , 1 872 , 1 2

.

2

3

17 495 , 7 17 3 , 55 6 , 117 2

.

) ( 29 , 79 2

6 495 , 7 6 3 , 55 6 , 117 2

.

2 2

2 2

KNm x

h q h R

M

M

KNm H

q H R

M

M

B B

T

A

tr tr

B B

122 , 4

KNm M

KNm M

KNm M

27 , 143

6 , 43

) ( 68 , 64 55 0 6 , 117

3 11

894 , 10

87 , 77

EJ

h J

E

h r

, 1

1

2 2

J E

h h

, 0

1

2 2

J E

h h

, 3

1

2 2

J E

h h

, 1

1

2 2

J E

h h

, 0

1

2 2

J E

h h

, 3

1

2 2

J E

h h

EJ





15.56

c' b'

140,4 126,36

-27,53 -24,78

140,4 126,36

18,1 16,3

140,4 126,36

50,11 45,1

140,4 126,36

-2,91 -2,62

0 0

242,4 218,16

0 0

-616,8 -555,12

1557,6 1401,8

-134,5 -121

1557,6 1401,8

-43,8 -39,4

0 0

123,6 111,24

0 0

-160,3 -144,27

510,6 459,54

398,8 358,9

510,6 459,54

 15

0 0

 48, 5

 43, 65

0 0

 48, 5

 43, 65

0 0

 413

 371 ,7

0 0

 42

 37, 7

 88, 44

0 0

 30, 3

 27, 27

0 0

 30, 3

 27, 27

0 0

 266 ,1

 239 ,5

0 0

0 0

24,48 22,03

0 0

24,48 22,03

0 0

-741,84 -667,6

0 0 8>Giã

ph¶i 1

0,9

-113 -101,7

0 0

11,21 11,21

0 0

11,21 11,21

0 0

624,6 562,14

0 0

1,2 -282,74 881,4

1,2,4,6,8 -631,6 867,36

1,2,4,6,8 -631,6 867,36

C t

M

N

1,3,5 147,4 741

1,2 -171,03 881,4

1,2 -171,03 881,4

1,3,5,7 140,34 867,36

1,2 -168,28 867,36

1,2 -168,28 867,36

C d

M

N

1,7 120,98 741

1,3,5 -568,8 2298,6

1,2 114,6 881,4

1,3,5 -568,8 2298,6

1,2,7 134,8 867,36

1,3,5 -502,27 2142,8

1,2,7 134,8 867,36

1,3,5 -502,27 2142,8 A

M

N

Q

1,4,5 1081,12 1251,6

1,4,5 1081,12 1251,6

1,2,4,5,8 1607,16 1326,9

1,3,5,7 -890,98 2142,8

1,2,3,5,8 1127,3 2269,16

Phần 3 Thiết kế cột

IV-Tính cột

1-Xác định chiều dài tính toán của cột:

- Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột: