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

MáI lợp bằng panel BTCT có lớp cách nhiệt cách nước cần thiết 10.Tường gạch tự mang 11.Vật liệu thép II – YÊU CẦU THIẾT KẾ: 1,tính toán thiết kế một khung đ iển hình gồm  Hệ giằng mái ,

7 Cao trinh đỉnh ray H1=11,8 m

8 Địa điểm xây dựng: huế

9 MáI lợp bằng panel BTCT có lớp cách nhiệt cách nước cần thiết

10.Tường gạch tự mang

11.Vật liệu thép

II – YÊU CẦU THIẾT KẾ:

1,tính toán thiết kế một khung đ iển hình gồm

 Hệ giằng mái ,hệ giằng cột

 Cột,các liên kết của cột

 Hệ dàn mái (về cấu tạp và một số nút cơ bản )

2,Thể hiện một khổ giấy A1 gồm:

 Sơ đồ mặt bằng bố trí lưới cột

 Sơ đồ khung ngang nhà

 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 đ ộ thực hiện

1, Nhận được sơ đồ sinh viên phải triển khai ngay trong thời gian 2 tháng

2,Trong quá trình thực hiện đề tài của sinh viên bắt buộc phải thông qua giáo viên hướng 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 và lựa chọn nội lực tính toán cho khung ngang

 Lần3: tính toán cột ;các chi tiết liên kết như chân cột, vai cột

Lần4: Tớnh toỏn dàn và các chi tiết của dàn

L?n 5: Hoàn chỉnh thuyết minh và bản vẽ

B- TÍNH TOÁN

I-XÁC Đ ỊNH S Ơ BỘ KÍCH TH Ư ỚC KHUNG NGANG

1-Sơ đồ khung ngang:

Lựa chon sơ đồ khung ngang

như hình vẽ:

30000

3000 3000 3000 3000

-Hệ thống lưói cột như hình vẽ, nhà nhịp :

L =30 m, bước khung B=15m , để đảm bảo bền vững cho kết cấu bao che

cần bố trí thêm khung chống gió ( gôm cột và xà ngang, các cột cách nhau không quá 6 m)

(100 là khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo )

f : khoảng cách xét đến độ võng của vì kèo và việc bố trí thanh canh dưới ( f = 200  400 ta lấy f = 350)

Trong đó : Hr là chiều cao day va đệm lấy sơ bộ là 200 mm

- Chiều dài phần cột dưới:

-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 của nhà

+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như 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 xưởng được 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 dưới dàntrở lên, chúng được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn mặt phẳng cánh dưới dàn và mặt phẳng đứng

giữa dàn

4.1.1-Giằng trong mặt phẳng cánh trên

- Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà.Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Các thanh giằng chữ thập nên bố trí hai đầu khối nhiệt độ.Khi khối nhiệt độ quá dài thì bố trí thêm ở quảng giữa khối ,sao cho khoảng cảch giữa chúng không quá 50-60m Các dàn còn lại được liên kết vào các khối cứng bằng xà gồ hay sườn của tấm mái

- Thanh chống dọc nhà dùng để cố định các nút quan trọng của nhà:nút đỉnh nóc(bắt buộc), nút đầu dàn, nút dưới chân cửa trời.Những thanh chống dọc này cần thiết để đảm bảo cho độ mảnh của cánh trên trong quá trình dựng lắpkhông vượt quá 220

hÖ gi»ng c¸nh trªn tl1:250

4.1.2-Giằng trong mặt phẳng cánh d ư ới

- Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được 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 Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chịu gió thổi lên tường hồi nên còn gọi là dàn gió

- Trong những nhà xưỡng 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 dưới theo

phương dọc nhà Hệ giằng này đảm bảo sự làm việc cùng nhau giữa các khung,

truyền tải trọng cục bộ tỏc dụng lờn một khung, sang cỏc khung lõn cận Bề rộngcủa giằng thường lấy bằng chiều dài khoang đầu tiờn của cỏnh dưới dàn Trong nhà xưỡng nhiều nhịp, hệ giằng dọc được bố trớ dọc 2 hàng cột biờn & tại một sốhàng cột giữa, cỏch nhau 60-90m theo phương bề rộng nhà.

hệ giằng cánh d ới tl1:250

4.1.3-Hệ giằng đ ứng .

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng cỏc thanh đứng, cú tỏc dụng cựng với cỏc giằng nằm tạo nờn khối cứng bất biến hỡnh giữ cố định & vị trớ cho dàn vỡ kốo khi dựng lắp.Thụng thường hệ giằng đứng được bố trớ tại cỏc thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn (hoặc dưới chõn cửa trời), cỏch nhau 10-15m theo phương dọc nhà.Theo phương dọc nhà chỳng được đặt tại cỏc gian cú giằng nằm

ở cỏnh trờn & cỏnh dưới Kết cấu chịu lực của cửa trời cũng cú cỏc hệ giằng cỏnh trờn, hệ giằng đứng như đối với dàn mỏi

hệ giằng đứng tl 1:200

4.2-Hệ giằng ở cột.

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

dọc, chịu cỏc tải trọng tỏc dụng dọc nhà & bảo đảm ổn định của cột

- Trong mỗi trục dọc mỗi khối nhiệt độ cần cú ớt nhất một tấm cứng,cỏc cột khỏctựa vào tõm cứng bằng cỏc thanh chống dọc.Tấm cứng cần cú 2 cột, dầm cầu trục, cỏc thanh ngang & cỏc thanh chộo chữ thập.Cỏc thanh giằng cột bố trớ suốt chiều cao của 2 cột đĩa cứng trong phạm vi đầu dàn, chớnh là hệ giằng đứng của

mái, lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến mút gối tựa dưới của dàn kèo; Lớp dưới bên dưới dầm cầu trục cho đến chân cột.Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục cột;Các thanh giằng lớp dưới 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 giữatrục 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 bước cột 12m hoặc khi cần làm lối đi thông qua

- Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ, cũng thường 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 tương đối mảnh nên có thể bố trí ở hai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể

Tải trọng tínhtoán (daN/m2)Tấm panel sườn bêtông cốt

Lớp cách nước2giấy 3 dầu 20 1,2 24

Vữa ximăng lót dày 1,5cm 27 1,2 32

Hai lớp gach lá nem 4cm 80 1,1 88

1.1.2-Trọng l ư ợng bản thân dàn và hệ giằng

- Được tính sơ bộ theo công thức:

gđ=1.2đL = 1.2  0.6  30 x1.1= 23.76daN/m2

Trong đó: 1.2 là hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng

đ là hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6  0.9 lấy đ=0,6

1.1.3-Trọng l ư ợng kết cấu cửa trời

gcm = ncmLcm

để tính toán chính xác hơn ttải trọng nút dàn lấy gcm=1218, lấy gcm=15

gcmtt=15.1,1=16,5 daN/m21.1.4-Trọng l ư ợng cánh cửa trời và bậu cửa trời

-Trọng lượng cánh cửa (kính+khung)

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

Ptc=75daN/m2 mặt bằng với hệ số vượt tải np=1.3

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

-Lực tập trung tiêu chuẩn lên dàn đỡ:Ptc=1,5(A + A’)/1,2 =1882.0125KN =>

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

dct : Là hệ số trọng lượng dầm cầu trục dct=2437.khi Q<= 75 T

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

2.3-Do áp lực đ ứng 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 được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng 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=50 T ; Lk = 28,5 (m)  Tra bảng VI.2 , trong phụ lục về cầu trục , sách Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp ta có :

Sức

trục

Q(T)

NhịpLk(m)

H mm

Kmm

Bmm

Pc max(T)

G(T)

Gxe (T)

khoảng cách giữa các bánh xe là 5250 mm

số bánh xe ở một bên là : n0= 2

p lực xe lên ray là: pcmax= 49 T

- Đặt các bánh xe nên ray đường ảnh hưởng của phản lực tựa

15000 15000

p p

Hình 3 : Đư ờng ảnh h ư ởng của phản lực và vị trí các bánh xe cầu trục

 =(500 + 770)/2 – 490 = 145 KN

Dmin = n  nc p cminy

=1,20,85x145x3,112 = 460,264 kN (Trong đó nc=0.85 Là hệ số tổ hợp

2.4-Do lực hãm của xe con.

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

Tc1=0.05(Q+Gxe)/no=0.05(500+180)/2=17 KN ( 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 đường ảnh hưởng như khi xác định Dmax & Dmin

T=nc.n.T1tc.y = 0,851,217 3,112= 53,962 KN

3-Tải trọng gió tác dụng lên khung.

- Tải trọng gió được 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 dưng Huế:  Vùng áp lực gió : II b

Ta có :

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

+hệ số k với địa hình che khuất 0,61 : ở độ cao 10m

0,71 : ở độ cao 15m 0,78 : ở độ cao 20m

0,91 : ở độ cao 30mNội suy ỏ độ cao 15,4 m  k = 0,715 , ở độ cao 21,6m (Điểm cao nhất của mái )

+0,7

-0,6 -0,6 -0,6 -0,8

S

ơ đ ồ hệ số khí đ ộng

q' q

w' + mS'

w + mS

B1 B1 B1 B B B1

F 1'

F 1

S w S

Sơ đồ tải trọng gió

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

+ Phía đón gió : q=nqokCB1(da/m)

n:hệ số vượt tải = 1,3

B1:khoảng cách giữa các cột tường (B1 = 5m )

c:hệ số khí đông phía đón gió:

Đổi thành tải trọng phân bô đêu suốt chiều dài tính toán của cột bằng cách nhân với hệ số  =1,1 (H=15,4m <20m)

q=1.3700,7150.851,1 = 286.286 (daN/m) =2.862KN/m

+ Phía trái gió : q’=nqokC’B1(kg/m)

q’=1.3700,7150,50251,1 =179.6(daN/m)=1.796 KN/m

 Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về tập trung

ở cao trình cánh dưới dàn mái: W +mS ; W’ + mS’

W=nqokBCihi

- Trong đó: hi : là chiều cao từng đoạn ứng với hệ số khí động Ci.

- k : trong khoảng 15,4m đến 21,6mlấy là giá trị trung bình của 2 giá trị

max A

R K

) D 2 N (

J  

- Trong đó: NA phản lực tựa của dàn truyền xuống

NA = V+V’= 2303,46(KN)

Dmax= 1555,377(KN)

K1 hệ số phụ thuộc vào loại cột & bước cột:

- Khi cột bậc thang bước cột 15(m) K1=3.23.8 ở đây chọn K1=3.5

R M

tr d

- Trong đó: K2 : Hê số xét đến liên kết giữa dàn & cột

Dàn liên kết cứng với cột, K2=1.21.8 ở đây lấy K2=1.7

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

- Tải trọng thường xuyên tác dụng lên xà : q = 85,749 KN/m

- Nội lực trong khung do Me có thể tìm được bằng bảng ở phụ lục đối với cột 2 đầu ngàm Vì trong trường hợp này có thể coi Jd= & ngoài ra khung không có chuyển vị ngang vì có tải trọng đối xứng.Dấu Me ngược với dấu trong bảng:

M R

biểu đồ mô men hoạt tải (KN.m)

4-Tính khung với mômen cầu trục : Mmax , Mmin

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

phải.Dưới đây xét trường hợp Mmax ở cột trái, Mmin ở cột phải

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

số chỉ còn là chuyển vị ngang của nút

Phuong trinh chinh tac r11 + R1P = 0

- Trong đó :

+ r11 là phản lực ở liên kết thân do chuyển vị đơn vị =1 gây ra ở nút trên Dấu của chuyển vị & dấu của phản lực trong liên kết thêm quy ước hướng từ tráisang phải là dương.Dùng bảng phụ lục tính được mômen & phản lực ngang ở đầu B của cột

- Mômen do chuyển vị nút trên =1 dùng công thức của bảng III-2

5, 671 6,348

B

B

B M

A R

- R1P phản lực trong liên kết gôí tựa do tải trọng ngoài gây trong hệ cơ bản

Mô men lệch tâm do cần trục (gần đúng e=hd /2=1/2=0,5m)

D max =1555,377(KN)

Dmin = 460,264(KN)

Mmax= D max e=777,688(KNm)

Mmin= Dminx e=230,132 (KNm)

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

e

M M

- Cột phải: min 230,132

0, 4662 493,6

e

M M

182,588( )

d c tr c

- Biểu đồ mômen cuối cùng :

5 -Tính khung với lực ngang T:

- Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai khoảng hdcc=1,8 m

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

- Dưới đây giải khung với trường hợp lực T dặt vào cột trái hướng từ trái sang phải Các trường hợp khác có thể suy ra từ trường hợp này

Biểu đồ mômen cuối cùng

6-Tính khung với tải trọng gió:

- ở đây tính với trường hợp gió thổi từ trái qua phải Với trường 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 được :

q’=1,796 KN/m

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

- Đối với cột trái

2 2

MB’ = 454,56(KNm) MC’ = 85,884(KNm) MA’ = 1324,102(KNm)

Biểu đồ mômen cuối cùng

1974,397

288.911

-1974.397

204.689

2009.831

-671.79 2009

.831

81.155

329,062296,156

48.689-43.82

-329

062296

156

33.57530.217

329

062296

156

110.187-99.168

-329

062296

156

13.31111.98

563.435

507.091

-1555.3770

1486.1931337.573

1555.3771399.839

189.78

170.8

151,981

136,783

-0

0

92.57883.32

00

137.553

123.797

-460

264414

237

817.003

735.302

460

264414

237

88.384-79.546

3

00

454,08

0

0

92.561

83.304

1383.614

-0

0

149.231

134.308

-0

0

85.884

77.295

1191.691

0

0

130.104-117.094

- xác đ ịnh nội lực tính toán

sau khi tính tốn xong khung (tính được M,N,Q tại các tiết diện ) với từng loại tải trọng , tiến hành tổ hợp tải trọng một cách bất lợi nhất để xác định nội lực tính tốn mà chọn tiết diện khung.

Nội lực dọc N trong trong cột được xác định như khi dàn liên kết khớp với cột , như vậy chỉ cần dồn tải trọng đứng về cột một cách thơng thường ( việc xác định N bằng cách giải khung cứng , mất nhiều cơng mà kết quả sai khác khơng quá 1%) Phần cột trên chịu A, A’(V,V’), phần cột dưới chịu thêm Dmax , Gdct

và trọng lượng tường treo (nếu cĩ)

Các kết quả giải khung được ghi vào bảng nội lực Với mỗi cột xét 4 tiết diện tiêu biểu , tại mỗi tiết diện ghi trị số M,N do mỗi loại tải trọng gây ra, riêng tiết diện A sát mĩng thì thêm giá trị lực cắt Q.Các trị số M,N,Q của mỗi loại tải trọng (trừ trọng lượng bản thân ) được ghi làm 2 dịng, dịng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hợp cơ bản 1 , dịng dưới ghi trị số nhân với 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản 2(hệ số tổ hợp 0,9)

Dựa vào bảng nội lực trên , tiến hành tổ hợp tải trọng Đối với nhà cơng nghiệp, thơng thường xét 2 loại tổ hợp tải trọng:

- Tổ hợp cơ bản 1: gồm tải trọng thường xuyên +1 tải trọng tạm thời x hệ số

1

- Tổ hợp cơ bản 2: gồm tải trọng thường xuyên +nhiều tải trọng tạm thời x

hệ số 0,9

Tại mỗi tiết diện cột cần tìm 3 tổ hợp tải trọng sau:

+ Tổ hợp gây momen dương lớn nhất M+ max và lực nén tương ứng

+ Tổ hợp gây momen dương lớn nhất với dấu âm M- max và lực nén tương ứng+ Tổ hợp gây lực nén lớn nhất Nmax và trị số tương ứng M+ hoặc M- Với tổ hợp thứ 2 này , cần chú ý là nhiều tải trọng khơng gây thêm N nhưng cĩ gây M (giĩ,lực hãm) thì cũng cần kể thêm vàođể cùng vối trị số Nmax cĩ được Mmax tương ứng lớn nhất

- Tải trọng thường xuyên luơn luơn được kể đến trong mọi trường hợp bất

kể dấu thế nào

- Khơng thể đồng thời lấy cả 2 tải trọng(3-4,5-6,7-8) cùng 1 lúc được vì ở

đĩ cĩ Dmax bên trái thì khơng thể cĩ Dmax bên phải được , đã cĩ giĩ trái thì thơi giĩ phải chhỉ chọn được1 trong 2

- Khi đã kể đến lực hãm T thì tất phải kể đến lực đứng Dmax,Dmin Do điêù kiện làm việc thực tế của cầu trục , lực hãm T cĩ thể coi đặt vào cột này hay cột kia dù trên cột cĩ Dmax hay Dmin chứ khơng phải T chỉ đặt vào cột cĩ Dmax như thường quan niệm

Lực T cĩ thể thay đổi chiều nên các trị số nội lực sẽ mang dấu ( )

Do tính chất này mà khi đã xét tải trọng cầu trục D tất luơn cộng thêm tải trọng

T vì trị số momen sẽ luơn tăng thêm

Bảng tổ hợp nội lực sau lập theo các giá trị của bảng nội lực trên Tại mõi ơcủa bảng cĩ ghi rõ số thứ tự của các tải trọng dùng trong tổ hợp để tiện tính tốn , kiểm tra Cĩ một số ơ bỏ trắng bởi vì cặp giấ trị đĩ khơng xuất hiện

-Dựa vào bảng nội lực ta tìm ra được các cặp nội lực nguy hiểm nhất cho từng tiết diện là:

Tiết diện B:1,2,4,6,8 :M=-1030.487KNm;Ntư =2270.553KN

Tiết diện A:1,3,5,8:M=-2054.2KNm;Ntu =3705.826KN

IV-TÍNH CỘT

1-Xác đ ịnh chiều dài tính toán của cột:

- Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột:+ Phần cột trên :Tiết diện B với M= -1030.847KNm;

N=2270.553KN

- Các cặp khác có trị số nội lực nhỏ nên không nguy hiểm bằng cặp đã chọn

- Để chọn tiết diện cột dưới có thể chọn nhiều cặp tuỳ thuộc vào tính toán bộ phận nào đấy

- Để xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có (Nnhánh)max lớn nhất:

tr

h J K

7

2 1,971 1.0144

tr d

-Cột trên chọn đặc, tiết diện chữ H đối xứng, chiều cao tiết diện đã chọn từ trước:

Dựa vào các điều kiện cấu tạo chiều dày bản bụng khoảng b=

(1/701/100).htr nhưng không nhỏ hơn 8mm (vì cột đở dàn) chọn b=12 bề rộng cánh chọn trước theo điều kiện đảm bảo ổn định ngoài mặtphảng khung bC=(1/201/30).Htr ta chọn tiết diện như hình vẽ dưới đây:

Hình vẽ của tiết diện ngang cột trên