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

Hình 3: kích thớc khung1.3 Hệ giằng - 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

I.Tính toán Thiết kế– Thiết kế

1.sơ bộ kích thớc khung ngang

Lựa chọn sơ đồ nh hình vẽ:

Hình 1: sơ đồ khung ngang

Do đó:

H2 = 3700 + 100 + 300 = 4100 (mm) = 4,1 (m)Chiều cao của công trình:

H = H1 + H2 = 12 + 4,1 = 16,1 (m)Chiều cao cột trên:

Với Q = 100 T chọn k/c từ mép ngoài tới trục định vị theo phơng ngang lấy a = 500 (mm),khoảng cách từ trục định vị tới trục ray λ = 1000 (mm)

Bề rộng cột trên:

htr = (1/10 – 1/12)Htr, ta lấy htr = 500 (mm)

Bề rộng cột dới:

hd = a + λ = 0,5 +1 = 1,5 (m)Thoả mãn điều kiện chịu lực hd =1,5 (m) > (1/20 – 1/25)Hd = (1/20 – 1/25)12 = (0,6 – 0,8) (m)

Nhịp cầu trục:

Lctr = L - 2 λ = 24 – 2.1 = 22 (m)Cửa mái:

Lcm = (1/4 – 1/2)L, lấy Lcm = 12 (m)

hcm = 2,2 (m)gồm lớp kính cao 1,2 m; bậu trên cao 0,2 m và bậu dới cao 0,8 m

Chọn dàn hình thang liên kết cứng với cột

Chiều cao đầu dàn h0 = 2200 mm

độ dốc cánh trên i = 1/8

Suy ra chiều cao giữa dàn 2200 + 24000

2.8 = 3700 mm = 3,7 m

Hình 3: kích thớc khung

1.3 Hệ giằng

- 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 phơng dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung nhgió 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

1.3.1.Hệ giằng ở mái

Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dới dàn trởlên, chúng đợc bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn mặt phẳng cánh dới dàn vàmặt phẳng đứng giữa dàn

Giằng trong mặt phẳng cánh trên

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

- 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 chống dọc này cần thiết để

đảm bảo cho độ mảnh của cánh trên trong quá trình dựng lắp không vợt quá 220 Giằng trong mặt phẳng cánh dới.

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 tạonên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dới tại đầu hồi nhà dùng làmgối tựa cho cột hồi, chịu gió thổi lên tờng hồi nên còn gọi là dàn gió

- Trong những nhà xỡng có cầu trục Q>10 tấn, hoặc có cầu trục chế độ làm việcnặng,để tăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dới theo phơng dọcnhà Hệ giằng này đảm bảo sự làm việc cùng nhau giữa các khung, truyền tải trọngcục bộ tác dụng lên một khung, sang các khung lân cận Bề rộng của giằng thờnglấy 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 nhau60-90m theo phơng bề rộng nhà

-Hệ giằng đứng

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với các giằng nằmtạo nên khối cứng bất biến hình giữ cố định & vị trí cho dàn vì kèo khi dựng lắp.Thôngthờng hệ giằng đứng đợc bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn (hoặc dớichân cửa trời), cách nhau 10-15m theo phơng dọc nhà.Theo phơng dọc nhà chúng đợc đặttại các gian có giằng nằm ở cánh trên & cánh dới Kết cấu chịu lực của cửa trời cũng cócác hệ giằng cánh trên, hệ giằng đứng nh đối với dàn mái

đến mút gối tựa dới của dàn kèo; Lớp dới bên dới dầm cầu trục cho đến chân cột.Cácthanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục cột;Các thanh giằng lớp dới đặt trong 2 mặtphẳng của 2 nhánh

- Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở biếndạng 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 đếntrục 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 hoặchai 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 Cácthanh giằng lớp trên này tơng đối mảnh nên có thể bố trí ở hai đầu khối mà không gâyứng suất nhiệt độ đáng kể

2 TÝnh to¸n khung ngang

2.1 T¶i träng t¸c dông lªn khung ngang

g m c (daN/m 2 m¸i)

HÖ sè vît t¶i

T¶I träng tinh to¸n

c m

g   (daN/m2 mÆt b»ng)

Trọng lợng cánh cửa trời và bậu cửa trời

Các tải trọng này tập trung ở chân cửa trời, tiện cho tính toán ta quy đổi thành phân bố trên mặt bằng nhà Trọng lợng bậu 100 – 150 daN/m bậu, ta lấy bằng 125 daN/m bậu; trọng lợng cửa kinh và khung cánh cửa 35 – 40 daN/m2 cánh cửa, ta lấy bằng 40 daN/m2

Làm tròn g = 2467 (daN/m)Hoạt tải; p = n.B phtc = 1,3.6.75 = 585 (daN/m)

p = 585 daN/m

g =2467 daN/m

2.1.2 Tải trọng tác dụng lên cột

Do phản lực của dàn

Tải trọng thờng xuyên: A = g.L/2 = 2467.24/2 = 29604 daN

Tải trọng tạm thời A’ = p.L/2 = 585.24/2 = 7020 daN

Gdct đặt ở vai đỡ DCT và là tảI trọng thờng xuyên

Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục

áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray tra bảng VI.2:

2min 2max

0

100 168

43 24( ) 4

Mmin= Dmin.e = 679.0,75 = 509 (KNm)Với e = 1500/2 = 750 mm = 0,75 m

c

Làm tròn Tc

1 = 18 (KN)Vậy

c

c 1

T = n n T y 1, 2.0,85.18.(0,1 2,67) 50,857   (KN)Làm tròn T = 51 (KN)

2.1.3 Tải trọng gió tác dụng lên khung

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

- gió thổi lên mặt tờng dọc, đợc chuyển về thành phân bố trên cột khung

- gió trong phạm vi mái từ cánh dới dàn vì kèo trở lên, đợc chuyển thành lực tậptrung nằm ngang đặt ở cao trình cánh dới vì kèo

TảI trọng gió phân bố trên cột tính theo công thức:

phía đón gió: q n q k c B .0 (daN/m)Phía khuất gió q' n q k c B '.0 (daN/m)

Hệ số vợt tải n = 1,3

Bớc khung B = 6 m

Địa điểm xây dựng Nam Đàn – Nghệ An thuộc khu vực II.B, theo TCVN 2737 – 1995

áp lực gió q0 = 95 (daN/m2), hệ số k = 1 ở độ cao 10m

Tải trọng gió phân bố đều trong phạm vi dới 10m, trên 10m tải trọng gió phân bố tuyến tính Tiện cho việc tính toán ta coi tải trọng này là phân bố đều suôt chiều cao cột bằng cách nhân giá trị q ở độ cao dới 10m với hệ số α Với hệ số α = 1,1 (do H = 16,1m < 20m)Với tỉ số: H/L = 18.3/24 = 0,7625 ta có

q = 653 (daN/m)q’ = 435 (daN/m)Trờng hợp không sử dụng sờn tờng lực tâp trung nằm ngang của gió máI tính bằng công thức:

0

W= n q k Bc h i. iTrong khoảng 16,1 m đến 22m, dùng hệ số k trung bình

Nội suy ta có k = 1,278 ở độ cao 16,1 m, k = 0,93 ở độ cao 22m

K = 1,848Gió trong phạm vi mái từ cánh dới vì kèo trở lên đợc quy về lực tập trung nằm ngang đặt

ở cánh dới vì kèo

W 1,3.95.1,848.6. 0,8.0,733 0,7.2, 2 0,545.0,767 0,8.2, 2     1473 daN

W’ 1,3.95.0,866.6. 0,6.0, 733 0,6.2, 2 0,6.0, 767 0,5993.2, 2     2271 daN

3 Tính nội lực khung với phầm mềm sap2000

3.1 sơ bộ chọn tiết diện theo hình dáng và các yêu cầu cấu tạo

Chọn tiết diện chữ H cho toàn cột, đối xứng theo cả 2 phơng đợc cấu tạo bởi 3 bản thép

Với dàn vì kèo ta khai báo với EJ là vô cùng, khối lợng thể tích bằng 0.

Sơ đồ chất tải và biểu đồ nội lực:

Tĩnh tải (TT)

Ho¹t t¶i m¸i (HTMAI)

Ho¹t t¶i dÇm cÇu trôc khi mãc trôc bªn tr¸i (HTCTTRAI)

Ho¹t t¶i dÇm cÇu trôc khi mãc trôc bªn ph¶i (HTCTPHAI)

Lùc h·m lªn cét tr¸i (LUCHAMTRAI)

Lùc h·m lªn cét ph¶i (LUCHAMPHAI)

Giã tr¸i (GIOTRAI)

Giã ph¶i (GIOPHAI)

§¬n vÞ t¶I träng: KN, KN/m

§¬n vÞ m«men: KNm

B¶ng kÕt qu¶ lùc c¾t vµ lùc däc t¹i c¸c tiÕt diÖn trªn cét tr¸i

STT Frame JointText Text OutputCaseText CaseTypeText KNQ KNN KN-mM

C¸c phÇn tö khung

7 Giã tr¸i 1.00 -103.00 9.12 -98.35 -9.12 102.91 9.12 -1132.49 -9.12 -128.94

0.90 -92.70 8.21 -88.51 -8.21 92.62 8.21 -1019.24 -8.21 -116.05

8 Giã ph¶i 1.00 120.38 -9.12 108.75 9.12 -113.30 -9.12 1010.66 9.12 104.99

0.90 108.34 -8.21 97.87 8.21 -101.97 -8.21 909.59 8.21 94.49

e = M/N = 0, 31 (m)Thay vµo (*)

Ayc = 44,06 (cm2)

CÆp 1 t¹i tiÕt diÖn C t

M = 202,64 KNm, N = 307,21 KNSuy ra

e = M/N = 0, 66 (m) Thay vµo (*)

Ayc = 60,75 (cm2)

CÆp 2 t¹i tiÕt diÖn C t

M = 114,95 KNm, N = 369,21 KN

Suy ra

e = M/N = 0, 31 (m) Thay vµo (*)

Ayc = 45,05 (cm2)VËy ta chän Ayc = 60,75 (cm2)

e = M/N = 0, 47 (m)Thay vµo (*)

Ayc = 237,8 (cm2)

CÆp t¹i tiÕt diÖn A

M = 1724,55 KNm, N = 1452,27 KNSuy ra

e = M/N = 1,19 (m) Thay vµo (*)

Ayc = 453,83 (cm2)VËy Ayc = 453,83 (cm2)

Ta chän nh¸nh cÇu trôc lµ thÐp h×nh I50 cã:

Anhct = 100 cm2, Jx = 39727 cm4, Jy = 1043cm4.Nh¸nh m¸i lµ thÐp b¶n 50x2,4

Anhm = 50.2,4 = 120cm2

B¶n bông: Ab = 147.2,2 = 323,4cm2

TiÕt diÖn ch÷ H nh h×nh vÏ:

i i

A x

cm A

Xác định chiều dài tính toán:

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

H

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

307, 21

1,97 156,73

d tr

N m N

  

4,1 0,34 0, 6 12

tr d

H

1 1

+ 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=4,1 – 0,7 = 3,4 m

- Với cột dới là khoảng cách mặt trên móng : mép trên đến vai cột : LY1 = Hd = 12m

4.2 Kiểm tra tiết diện cột trên

cm

WX= 2 2.153402,78 3

6136,11 50

X tr

X X

Y Y

L

+Độ mảnh quy ớc:

ng X

C



=(1,9 -0,1m)-0,02(6-m)x =(1,9 - 0,1.1,94) - 0,02(6 - 1,94).0,94=1,62

+Độ mảnh quy đổi: m1=.m=1,62.1,94=3,15 < 20

từ m1 &  X tra bảng II -2 phụ lục II ta đợc lt=0,341

 Kiểm tra độ ổn định trong mặt phẳng khung

2165 / 180, 48 0,341

ng lt

N

Kg cm

Đảm bảo ổn định trong mặt phẳng khung

 Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung

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

- Mômen tính toán tại tiết diên B (đỉnh cột) có trị số MB= 169,22 KN do các tải trọng (1,4,6,8)

Vậy mômômen tơng ứng tại tiết diện kia (tiêt diện C) do các tải trọng này là: MC= 86 KN

+ ổn định tổng thể ngoai khung cột :

F C

ng X

Đảm bảo ổn định ngoài mặt phẳng khung

 Kiểm tra ổn định cục bộ

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh

bO=(bC - b)/2=(50 - 1,6)/2 = 24,2

ta có   0,94

6 C

2,1.10 0,36 0,1 0,36 0,1.0,94 13,3

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng:

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

b 0 h

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 

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

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

Tra bảng 3 - 4 tacó:

6 0

b

6

2,1.10 0,9 0,5 0,9 0,5.0,94 41, 4 3,1.

2300 2,1.10

C b

4.3 Kiểm tra tiết diện cột dới

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

3 1

811774, 6

10999, 66 73,8

64777,12

834,76 77,6

y

x x

y y y

L r

Nội suy với nhm 0,37

b

A

A  ta đợc  = 1,54

Độ lệch tâm tính đổi m1 = m. = 3,26.1,54 = 3,75 < 20

Vậy thỏa mãn điều kiện bền

Với   1,14& m1 = 3,75 tra bảng II-2 phụ lục 2 đợc lt = 0,312

 Kiểm tra ổn định cục bộ:

 Với bản cánh cột ở nhánh mái, tỷ số giới hạn tra theo bảng 3.3

6 c

2,1.10 0,36 0,1 0,36 0,1.1,04 14,96

xác định theo bảng 3-4

Khi m = 3,75 > 1,   1,14 ta có

6 b

2,1.10 0,9 0,5 0,9 0,5.1,04 46,33

 :

b

1, 4 1,5

b h

Bản bụng mất ổn định cục bộ, chỉ có một phần chiều rộng C1 sát 2 cánh cùng làm việc với cánh, chiều rộng đoạn C1 cùng làm việc:

2,1.10 64,64 2, 2 2, 2 66, 47

 

KN cm F

Vậy cột đảm bảo ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

+ Cặp nội lực tính toán ở tiết diện chân cột: tiết diện (1, 7, 3, 5)

1452, 27 1724,55

Với Y=93,31 tra bảng II -1 phụ lục II được Y =0,64

Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung theo công thức:

5,72 / y 0,73.0,64.543, 4

4.4 Thiết kế các chi tiết cột

 Nối phần cột trên với phần cột dưới

+ Cột trên có tiết diện dạng chữ H đối xứng.

+ Cột dới có tiết diện chữ H không đối xứng

Ta có chiều dài của cột tổng cộng: Hcột=H + Hdàn= 16,1 + 2,2 = 18,3m

+ Chọn phơng pháp

mối nối hai phần cột được thực hiện ở công trờng (để quá trình vận chuyển được dễ dàng hơn,vị trí mối nối bố trí cùng với cao trình vai cột

Cánh ngoài cột trên nối với cánh ngoài cột dưới bằng đờng hàn đối đầu

Cánh trong cột trên đợc hàn vào bản thép “K ” bằng đường hàn đối đầu Bản ghép

“K” chính là một phần của nhánh trong cột trên

Bụng cột trên liên kết với dầm vai thông qua bản đệm(sờn lót) & các đờng hàn góc.Để tránh biến hình & ứng suất hàn sinh ra trong quá trình thi công mối nối phải chọn trình tự hàn cho thích hợp

Nội lực tính mối nối là nội lực ở tiết diện ngang trên vai cột(tiết diện Ct)

Từ bảng tổ hợp nội lực cột, ở tiết diện Ct ta chọn ra 2 cặp nội lực nguy hiểm

nhất.Mmax,Nt & Mmin,Nt

' 1 ax 2

' 1

m trong

M N

b M N

dv =

em

dct

R Z

G D

G D

.

tr h

S

cm

*

Yêu cầu về cấu tạo :

+ Chiều dày bản cánh đới dầm vai hdv  0,5.bd=0,5.150 = 75cm ( điều kiện này nhằm

đảm bảo độ cứng ngàm giữa 2 phần cột.) Chọn hdv = 80cm

+ Chiều cao bản bụng dầm vai hbv phải đủ để bố trí các đờng hàn liên kết bản bụng dầm vai với nhánh cầu trục.

Vậy ta chọn bản đế có tiết diện A bd B L  76.180 10640  cm2

- Tính ứng suất tại mép bản đế theo phương pháp mặt phẳng uốn ở thớ nén nhiều

Mô = .ô. d2

Trong đó :

- ô - ứng suất nén của bê tông móng bên dới ô bản ô - đợc suy ra từ giá trị max và

min đã tính ở trên và lấy giá trị lớn nhất tơng ứng với mỗi ô để tính cho ô đó

- d – nhịp tính toán của ô bản

-  - hệ số phụ thuộc loại ô bản và tỷ số các cạnh ô hệ số  dùng để xác định mô

men uốn lớn nhất của bản kê 4 cạnh Giá trị này đợc tra bảng dựa trên tỷ số: b1/a1.Vói a1 – cạnh ngắn của ô bản d  a1

Hệ số  để xác định mô men uốn lớn nhất của bản kê 3 cạnh

b2 – chiều dài cạnh vuông góc với biên tự do

a2- chiều dài biên tự do

Nhận xét: ta thấy có 6 ô4 có kích thớc giống nhau, 4 ô3 có kích thớc giống nhau Ta tinh cho ô nao có nội lực lớn nhất

m bd

M

cm R

Chiều d y sày b ườn S  12mm

Chiều cao sườn

Chọn chiều d y sày b ườn S  12mm

Tải trọng tác dụng lên sườn :

q = s4´B = 76.8.30= 2640 KG/cmB = 76.8.30= 2640 KG/cm M=ql2/8=2640.502/8=813750kgcm

cm R

M h

S

2100 2 , 1

544860

6

Chiều cao đường h n cày b ần thiết liờn kết sườn ngăn v o dày b ầm đế

g S

1260 50 2

60 8 , 1210 )

( 2

- Tính chiều cao các đờng hàn

Với liên kết của dầm đế v bày b ản đế:

min

3260

1,31 2( ) 2.1260

dd h

b N M

.

2

Chọn 2bulụng d = 48 mm cú diện tich thu hẹp cho mỗi nhánh l : 2.13,75= 27,5cmày b 2

Cấu tạo chân cột

5.Thiết kế dàn vì kèo

5.1 Sơ đồ dàn vì kèo

Dàn có sơ đồ hình thang, độ dốc cánh trên đã chọn là i = 1/10, chiều cao đầu dàn tính

từ hai trục thanh cánh là 2,2 m Vì tim mắt tựa của dàn ở mép trong của cột trên nên chiềudài tính thực tế của dàn còn lại là: