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

Nội dung Đồ án gồm:  Lựa chọn sơ đồ kết cấu , tải trọng tác dụng lên khung và dàn  Tính toán nội lực , tổ hợp nội lực và lựa chọn sơ đồ tính toán cho khung ngang  Tính toán cột các ch

 Địa điểm xây dựng : Huế

 Các số liệu khác cần cho thiết kế sinh viên tự chọn : tấm mái , vật liệu thép

II Nội dung Đồ án gồm:

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

 Tính toán nội lực , tổ hợp nội lực và lựa chọn sơ đồ tính toán cho khung ngang

 Tính toán cột các chi tiết liên kết nh chân cột , vai cột

 Tính toán dàn và các chi tiết liên kết của dàn

 Hoàn chỉnh thuyết minh và bản vẽ

B Kích thớc chính của khung ngang

a)Kích thớc cầu trục :

+ Nhịp cầu trục : Lc= Lk = L-2

+Trong đó : L=30m (nhịp nhà )

+ Sức nâng cầu trục Q=150(tấn)

Ta có Q>75 tấn nên khoảng cách từ trục ray đến trục định vị:=1250mm

áp lựcbánh xelên ray(t)

Trọng ợng (t)Móc

ta có : Hc = 48m00(mm)

+ 100: là khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

+ f : khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu và việc bố trí thanh giằng

( f = 200  400 ta lấy f = 400)

H2 = 4,8m+0,1+0.4=5.3 (m)+ Khoảng cách từ mặt nền tới ray cầu trục : H1=15,4m

 Chiều cao của xởng từ nền nhà tới đáy của vì kèo :

+ Chọn dàn hình thang liên kết cứng với cột

+ Chiều cao đầu dàn là: h0=2200mm

+ Độ dốc cánh trên i=10% = 1/10

chiều cao giữa giàn là 2200+

10

1.2

12000 30000

II T¶i träng t¸c dông lªn khung vµ dµn

1.T¶i träng t¸c dông lªn dµn

1.1-T¶i träng thêng xuyªn

a T¶i träng m¸i

§îc tÝnh to¸n theo cÊu t¹o cña m¸i nh b¶ng sau:

CÊu t¹o líp m¸i T¶i träng tiªu

chuÈn(kg/m2)

HÖ sè vîtt¶i (n)

T¶i träng tÝnhto¸n (kg/m2)

337 tc

m

2 m / daN 383 995 0

381 tt

gctrr = 16.1.1=17,6(daN/m2) d.Trọng l ợng cánh cửa trời và bậu cửa trời

+Trọng lợng cánh cửa (kính+khung)

2

m / daN ) 40 35 ( tc k

Chọn gktc=35 daN/m2 gk=35.1,1=38m,5 daN/m2

+ Trọng lợng bậu :

m daN

tc b

Chọn gbtc=100 daN/m gb=100.1,1=110 daN/m

+ Tải trọng thờng xuyên :

gB.gi 9.(33938323,7617,638,5)1107236,74daN/m + Tải trọng tam thời :

30 74 , 7236 2

L g

+ Tải trọng tạm thời:

) daN ( 5 , 13162 2

30 5 , 877 2

L p '

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

+dct : Là hệ số trọng lợng bản thân dầm cầu trục , do Q=150(tấn) nên

dct=(35-47) lấy dct=35

 Gdct=3592= 28m35 (daN)

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

2.3-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 , tảI trọng đứng của dầm cầu trục lên cột đợc xác định do tác dụng của 2 cầu trục hoạt động trong 1 nhịp , áp lực lớn nhất của 1 bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xecon mang vật nặng ở vị trí sát nhất với cột phía đó

 Lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất :

Tra bảng Q=150T thì Pc

1max= 32 T và Pc

2max= 33 T +Số bánh xe ở một bên là :n= 8m,

+Trọng lợng cầu trục: G=195t

 Lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của 1 bánh xe :

) T ( 125 , 11 32 8

195 150 c

max 1 P 0

n ct G Q c

min 1

) T ( 125 , 10 33 8

195 150 c

max 2 P 0

n ct G Q c

min 2

 áp lực thẳng đứng lớn nhất lên cột do P

C 1max

và P

C 2max

đợc xác định bằng ờng ảnh hởng phản lực khi có 1 bánh xe đặt vào vai cột , các bánh khác có

+Dmax = n  ncpcmaxy

2.4-Do lực hãm của xe con

Khi xe con hãm thì quán tónh tác dụng ngang nhà theo phơng thẳng đứng , lực con hãm xe thông qua bánh xe truyền lên dầm hãm tới cột

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

) T ( 9375 , 0 8

) 0 150 ( 05 0 0

n

) xe G Q ( 05 0 tc 1

( n0 :Số bánh xe một bên cầu trục)

 Lực hãm ngang T1

tc :T=no.nc.T1tc.yI

= 1,2.0,9.0,9375 (1,496 +5,79) = 7,377(T)

3-Tải trọng gió tác dụng lên khung.

 Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm:

- Gió thổi lên mặt tờng dọc , đợc truyền về phân bố trên cột khung

- Gió trong phạm vi mái từ cánh dới vì kèo trở lên, đợc chuyển thành lực tập trung nằm ngang đặt ở cao trình dới đát vì kèo

 áp lực gió tiêu chuẩn ở Huế thuộc khu vực II-B qo=70(daN/m

2) Do tại Huế thuộc vùng gió mạnh nên qo=8m0(daN/m2)

 Hệ số k với địa hình che khuất (C) là:

0,8mở độ cao H= 22,4m

0,8m8m ở độ cao H=28m,6m+Nội suy ỏ độ cao H=21,6m k=0,8m,ở độ cao H=27,8mmk=0,8m8m

+Để tiện tính toán đổi chiều dài này thành tải trọng phân bô đêu suốt chiều dài tínhtoán của cột bằng cách nhân với hệ số  =1,1

+Các hệ số khí động lấy theo bảng ghi trên hình vẽ , trong đó c1=-0,6008m đợc nội suy với góc dốc của mái là 1/10 tơng đơng với góc 60

-0,6 -0,6

K= 0 , 84

2

88 , 0 8 , 0

h M

l ).

p g (

370 91285200

R K

) D 2 N (

, 3

) 2 258057 6

, 121713 (

4 0 6 , 1

J h

h K

J

2 1

2

d tr 2

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

Dàn liên kết cứng với cột, K2=1,21,8m ở đây lấy K2=1,2

R M

6 , 0 2 , 1

- Với  = 1 , 59

30

6 , 21 14 , 2 L

H J

J 1

- Trong đó : r11 tổng phản lực mômen các nút trên của khung khi góc xoay  =1

R1P tổng mômen phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài:

- Ta quy ớc dấu nh sau:

Mômen dơng khi làm căng thớ bên trong của cột & dàn, phản lực ngang là dơng khi có dấu từ bên trong ra bên ngoài Tức là đối với cột trái thì hớng từ phải sang trái, ta hiểu phản lực là lực do nút tác dụng lên thanh

J E 2

4 , 22

J E 27 , 8

211 , 1 4 H

J E K

C 4

- Phản lực ở đỉnh cột do  =1 gây ra là:

2 1

4 , 22

J E 27 , 8

736 , 1 6 H

J E K

B 6

- Vậy : r11= cot

B xa

L g R

M

2 2

P 1 P

- Thay vào phơng trình chính tắc ta đợc:



=-1 1

11

P

EJ

32116 EJ

169 , 0

6 , 5427 r

, 8

211 , 1 4 ) 286 , 0 1 ( 736 , 1 3 ) 286 , 0

1

(

M K

C 4 1

B 3 ) 1 (

169 , 624 27

, 8

286 , 0 1 574 , 3 736 , 1 286 , 0 1

6

H

M K

1 A B 1 6

M

) KNm ( 472 , 458 312

, 164 16 , 321

M M

d

d C

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 , 121

74 , 7236

5 , 877 q

p



 Giá trị momen:

735,136

a c

MB= 0,121.-735,136 = -8m8m,95(KNm)

) KNm ( 78 , 16 697 , 138 121 , 0

M

) KNm ( 74 , 58 472

, 485 121 , 0





4-Tính khung với mô men cầu trục:

- 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

phải là dơng.Dùng bảng phụ lục tính đợc mômen & phản lực ngang ở đầu B của cột.

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

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

3 1 3

1 3

1 B

2 1 2

1 2

1 B

H

J E 186 , 5 H

J E 27 , 8

574 , 3 12 H

J E K

A 12 R

H

J E 259 , 1 H

J E 27 , 8

736 , 1 6 H

J E K

B 6 M

(Chiều dơng của mômen lấy theo hình vẽ của bảng cùng trùng với quy ớc đã chọn

về dấu của mômen uốn của cột trái )

- Mômen tại các tiết diện :(trong hệ cơ bản)

2 1 3

1 2

1 tr

B B

H

J E 22 , 0 4 , 6 H

J E 186 , 5 H

J E 259 , 1 H R M c

3 1 2

1 B

B A

H

J E 927 , 3 H H

J E 186 , 5 H

J E 259 , 1 H R M

H

J E 372 , 10 H

J E 186 , 5 2 R

2258 M

M e

27 , 711 M

M e

, 459 618 , 3 M

) KNm ( 48 , 594 312 , 164 618 , 3 M

d c

tr c

, 524 857

, 459 14 , 1 M

(KNm) 32

, 187 312 , 164 14 , 1 M

d c

tr c ,

- Gi¶i ph¬ng tr×nh chÝnh t¾c:

=

1 2

1 3

11

P

J E

H 91 , 220 EJ

372 , 10

H 29 , 109 r

H 915 , 220 H

EJ 259 , 1

1

2 2

, 475 24

, 524 EJ

H 91 , 220 H

EJ 22 , 0 M

(KNm) 92

, 235 32 , 187 EJ

H 91 , 220 H

EJ 22 , 0 M

1

2 2

1 d

c

1

2 2

1 tr

H 91 , 220 H

EJ 927 , 3

1

2 2

H 91 , 220 H

EJ 259 , 1

1

2 2



(KNm) 64

, 475 24

, 524 EJ

H 91 , 220 H

EJ 22 , 0 M

(KNm) 92

, 235 32 , 187 EJ

H 91 , 220 H

EJ 22 , 0 M

1

2 2

1 d

c

1

2 2

1 tr

H 91 , 220 H

EJ 927 , 3

1

2 2

+ Lực cắt:

QA= 98 , 11 ( KN )

16

64 , 475 22 , 1096

- Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai khoảng hdcc= 0,9(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 Cáctrờng hợp khác có thể suy ra từ trờng hợp này

211 , 1 2 736 , 1 ).

245 , 0 286 , 0 2 ( ) 245 , 0 286

211 , 1 2 736 , 1 245 , 0 2 245 ,

0

1

H T K

C 2 B 2

K

C 2 B 2

1

M

2 2

2 T

245 , 0 286 , 0 2 574 , 3 2 736 , 1 3 245 , 0 286

,

0

9

27 , 8

245 , 0 2 574 , 3 2 736 , 1 3 245

,

0

1

T K

2 A 2 B 3 K

2 A 2 B 3 1

R

2 2

2 2

M

M

) KNm ( 31 , 121 9 , 0 77 , 73 4 , 6 19 , 5 51 , 165 h

T H R

M

M

) KNm ( 04 , 138 5 , 5 19 , 55 51 , 165 h

H R

M

M

dct d B

B

T

A

dct tr

B B

T

c

dct tr B B

3 1 11

P

EJ

H 17 , 119 H

EJ 372 , 10

19 , 55 r

H 17 , 119 H

EJ 259

,

1

1

2 2

EJ

H 17 , 119

1

2





Mcd=M c + 131 , 31 95 , 09 ( KNm )

J E

H 17 , 119 H

EJ 22 , 0 M

1

2 2

1 T

MA= M A  + 175 , 97 643 , 95 ( KNm )

J E

H 17 , 119 H

EJ 927 , 3 M

1

2 2

1 T

QA= 46 , 19 ( KN )

16

09 , 95 95 , 643

EJ

H 17 , 119

H 17 , 119 H

EJ 22 , 0

1

2 2

MA,= M A= 467 , 98 ( KNm )

J E

H 17 , 119 H

EJ 927 , 3

1

2 2

643,95

26,2

467,98150,04

a' c' b'

a c

a

c

Hệ cơ bản q

W'

q' W

6-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 :

r11 nh trong trờng hợp trớc: r11 =  3 1 

H

EJ 372 , 10

2 1

H

EJ 463 , 0



- Ta tính

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

- Đối với cột trái :

) KNm ( 91 , 160 4

, 22 59 , 6 27

, 8 12

211 , 1 8 06 , 1 736 , 1 9 H

q K 12

C 8 F

2 tr

) KN ( 91 , 63 4 , 22 59 , 6 27

, 8 2

06 , 1 574 , 3 3 211 , 1 736 , 1 2 H q K 2

F A 3 C

4 , 22 59 , 6 4 , 22 91 , 63 91 , 160 2

H q H R

M

M

) KNm ( 15 , 113 2

4 , 6 59 , 6 4 , 6 69 , 63 91 , 160 2

H q H R

M

M

2 2

B B

P

A

2 2

tr tr

B B

86 , 3 q

q d

586 , 0 )(

91 , 63 ( R

) KNm ( 22 , 224 )

586 , 0 ).(

63 , 382 ( M

) KNm ( 31 , 66 )

586 , 0 ).(

15 , 113 ( M

) KNm ( 29 , 94 ) 586 , 0 ).(

91 , 160 ( M

1 3

11

P

EJ

H 468 , 146 J

E

H 372 , 10

82 , 67 r

- Giá trị của biểu đồ mômen cuối cùng: M=M.+MP

+ Cột trái:

MB = 160 , 91 23 , 49 ( KNm )

J E

H 468 , 146 H

EJ 259 , 1

1

2 2

MC = 113 , 15 80 , 93 ( KNm )

J E

H 468 , 146 H

EJ 22 , 0

1

2 2

H 468 , 146 H

EJ 927 , 3

1

2 2

93 , 80 81 , 957 2

H q H

M

d

A C

H 468 , 146 H

EJ 259 , 1

1

2 2



MC = 66 , 31 34 , 09 ( KNm )

J E

H 468 , 146 H

EJ 22 , 0

1

2 2

H 468 , 146 H

EJ 927 , 3

1

2 2

2

16 863 , 3 16

09 , 34 4 , 799 2

H q H

-8m8m,95 -8m0,1

131,625 118m,5

-58m,74 -52,9

131,625 118m,5

16,78m 15,1

131,625 118m,5

92,31 8m3,1

131,625 118m,5

 13,9

0 0

 95,0 9

 8m5,6

0 0

 95,09

 8m5,6

0 0

 643, 95

 579, 6

0 0

 135

0 0

 26,2 2

 23,6

0 0

 26,22

 23,6

0 0

 467, 98m

 421, 2

0 0

maxN Nmax, M M+

max N M

-max N Nmax, M

1-2 -8m24,1 1217,1

1-2-4-6-8m -138m4 1204

1-2-4-6-8m -138m4 1204

Ct

M

N

1-3-5 155,498m 108m5,5

1-2 -544,212 1217,1

1-2 -544,212 1217,1

1-3-5-7 164,27 108m5,5

1-2 -538m,4 1204

1-2 -538m,4 1204

Cd M

N

1-3-5 -1668m,8m 3694,4

1-3-5 -1668m,8m 3694,4

1-3-5 -148m8m 3436,35

1-3-5 -148m8m 3436,35

A

M

N

1-4-5 2503 1926,7

1-4-5 2503 1926,7

1-2-4-5-8m 3131,6 1964

1-3-5-7 -8m06,2 3436,4

1-2-3-5-8m 2017,5 3554,9

Qmax

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:

* Phần cột trên :Tiết diện B :M=-138m4 Kn.m=-138m4.102 dAn.m

N=1204 Kn=1204.102 dAn

* Phần cột dới: +M=-1668m,8mKn.m=-1668m,8m.102 dAn.m

N=3694,4 Kn =3694,4.102 dAn

+ M=2017,5Kn.m =2017,5.102 dAn.m

N=3554,9Kn=3554,9.102 dAn

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

- Để chọn tiết diện cột dới ta so sánh Nnh ở 2 bên , bên nào lớn hơn thì ta dùng giá trị đó để tính toán Vây ta dùng cặp nội lực M=-1668m,8mKn.m=-1668m,8m.102 dAn.m

, 6 7850 8 , 1 10 1

, 6 7850 8 , 1 10 1

K1= 0 , 25

4 , 6

16 10

1 H

H J

J i

i

tr d 1 2 1

2   

- Tỉ số lực nén tính toán trong cột dới và cột trên :

88 , 121869

57 , 377394 N

902 , 1



Vậy:

+chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung là:

-Cột trên: Lx2=2.Htr=2,64.6,4 = 17m

-Cột dới: Lx1=1.Hd=1,902.16=30,4m

+chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung là:

-Với cột trên là khoảng cách từ mặt trên dầm hãm tới hệ giằngdọc dới cánh dàn:

LY2=Htr-hdct=6,4 -0,9 =5,5m

-Với cột dới là khoảng cách mặt trên móng : mép trên đến vai cột : LY1=Hd=16m

2-Thiết kế tiết diện cột trên:

10 1384 N

88 , 121869 b

e 8 , 2 2 , 2

2.1-Kiểm tra tiết diện cột:

Tính các đặc trơng hình học của tiết diện:

b

12

b 2 12

h

.

4 2

3 3

cm 2 , 274651 52

3 5 , 28 12

3 52 2 12





4 3

3

cm 4 , 70322 12

6 , 1 52

2 , 274651 A

4 , 70322 A

2 b

J

2





+Độ mảnh:

X= 64 , 74

26 , 26

10 17 r

10 5 , 5 r

2100

74 , 64 E

2100

38 , 41 E

R

4 , 398 56 , 113 W

A e

C



=(1,9 -0,1m)-0,02(6-m)x =(1,9 - 0,1.4,94) - 0,02(6-4,94).2,05=1,36

+Độ lệch tâm tính đổi: m1=.m=1,36.4,94=6,72 <20

Vậy không phải kiểm tra bền nhng cột bị phá hoại về ổn định

2.2-Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng khung:

a) Trong mặt phẳng cột :

x=

lt

Ang

/ dan 99 , 1747 175

, 0 4 , 398

88 , 121869

2.3-Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng.

-Mômen tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng là mômen lớn nhất tại tiết diện ở 1/3 cột

-Mômen tính toán tại tiết diên B (đỉnh cột) có trị số

, 333 1384

10 3

1 M M M

B C

M ,

da n 88 , 121869 N

Với :C là hệ số kể tới ảnh hởng của MX và hình dạng tiết diện với ổn định của cột theo phơng vuông góc với mặt phẳng

+Độ lệch tâm tơng đối mX theo M’

mX= 3 , 69 5

04 , 9155 88 , 121869

4 , 398 7 , 103371 W

N

A M X ng '

/ dan 44 , 894 4 , 398 9 , 0 38 , 0

88 , 121869 F

2.4-Kiểm tra ổn định cục bộ:

+Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh

bO=(bC-b)/2=(52-1,6)/2=25,2

ta có 0,8m  2 , 05 4

    17 , 86

2100

10 1 , 2 05 , 2 1 , 0 36 , 0 R

E 1 , 0 36 , 0

b 4 , 8 2

2 , 25

b

C O C

+ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng:

ổn định cục bộ của bản bụng kiểm tra bằng điều kiện:

ở đây khả năng chịu lực của cột đợc xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn 

h

 đợc xác định theo bảng 3-4 sách Thiết kếkết cấu thép nhà công nghiệp

Với m=4,94  1 (độ lệch tâm tơng đối ) &   2 , 05  0 , 8

Tra bảng 3-4 tacó:

03 , 98 2100

10 1

10 1 , 2 05 , 2 5 , 0 9 , 0 R

E 5 , 0 9 , 0

3 2 60 2

h

h

b 0 b

C b

E 2 , 2 75 , 33 6 , 1

Vậy chọn tiết diện nh trên là đảm bảo

3-Thiết kế tiết diện cột d ới: .

3.1-Chọn tết diện cột:

3.11-Dạng tiết diện:

+Cột dới đặc có tiết diện dạng chữ H không đối xứng.Hình dáng này là do 2 cặp nội lực có mômen trái dấu dùng để tính cột dới(M1,N1) & (M2,N2) có trị số khác nhau để tính toán Đồng thời với hình dáng này thì liên kết dầm cầu trục với nhánh trong của cột đợc thực hiện dễ

Nhánh mái (phía ngoài) dùng thép bản

Nhánh cầu trục (nhánh trong) dùng thép cán hình chữ I

3.12-Diện tích tiết diện:

Chiều cao tiết diện cột dới hd=1750mm=175cm

Độ lệch tâm:

e= 55 , 56 cm

2 , 363144

10 5 , 2017 N

yc

cm 370 175

6 , 55 8 , 2 25 , 1 1 2100

2 , 363144

h

e ).

8 , 2 2 , 2 ( 25 , 1 R

N A

+Diện tích tiết diện: A=Anhm+Ab+Anhct=3.60 +2,5.(175-3-0,6)+132 =740,5 cm2

+Khoảng cách từ trục trọng tâm riêng X1-X1 của nhánh cầu trục đến trọng tâm toàn tiết diện :

5 , 740

3 , 86 5 , 428 ) 5 , 1 175 (

180 A

cm 129673 75450

12

4 , 171 5 , 2 12

3 1

x ph

x

3 2

x ri

x

cm 5 , 52528 61

, 101

74 , 5337420 y

J W

cm 64861 29

, 82

74 , 5337420 y

J W

74 , 5337420 A

Jx



