Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp L=24m(ĐH Bách Khoa Đà Nẵng)

Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG Số liệu thiết kế : 1. Kích thước nhà -Nhòp L=24m ; B=6m ; D=144m ; Q=50/10T -Cao trình đỉnh ray H r =11m Chế độ làm việc trung bình 3.Vật liệu -Kết cấu khung :Thép CT 3 -Kết cấu bao che: +Mái : Tấm Panel BTCT kích thước 3x6 m +Tường : Tấm BTCT , xây gạch +Móng :BTCT mac 200 4.Liên kết hàn và bulông 5.Đòa điểm xây dựng :khu cong nghiep hoa khanh- Đà nẵng PHẦN THUYẾT MINH TÍNH TOÁN 1/ Sơ đồ khung ngang và kết cấu mái nhà công nghiệp Khung ngang : gồm có cột và rường ngang , liên kết cột và rường ngang là cứng Cột : chọn phương án cột có phần cột trên đặc và phần cột dưới rỗng Dàn hình thang hai mái dốc với mái lợp bằng tấm Bê tông cốt thép (Panel sườn ) , độ dốc mái i=1/10 SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 1  Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 40701413 24000 870 2200 A B -0.87 0.00 +14.13 +18.20 +20.50 +24.10 +21.00 +15.00 ± PHẦN I : KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1.Kích thước cột Nhà có cầu trục với sức trục Q=30/5T tra bảng VII .1 (phục lục VII sách giáo TKKCT NCN ) có : λ = 750 mm khi Q ≤ 75 T ⇒ Lcc = L - 2λ = 2400 – 2 × 750 = 22500 mm Hcc = 2750 mm loại ray KP – 70 H 1 = H r = 15000 mm H 2 là chiều cao tính từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới rường ngang H 2 = Hcc + 100 + f = 2750 + 100 + 350 = 3200 mm Trong đó : Hcc là chiều cao gabrit của cầu trục 100 khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu f khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu và thanh giằng , lấy bằng 200 ÷ 400 mm , ở đây ta chọn f = 350 mm. H 2 chọn chẵn modul 200 mm ⇒ Chiều cao từ mặt nền đến cao trình dưới rường ngang H H = H 1 + H 2 = 15000 + 3200 = 18200 mm ∗ Chiều cao phần cột trên : Htr = H 2 + Hcc + Hr Hcc chiều cao dầm cầu chạy lấy Hcc = B/8 = 6000 / 8 = 750 mm Hr cao trình ray tra bảng IV – 7 loại KP-70 có Hr = 120 mm ⇒ Htr = 3200 + 750 + 120 = 4070 mm ∗ Chiều cao phần cột dưới được tính từ bản đế chân cột đến chổ thay đổi tiết diện SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 2  Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 Hd = h – Htr + Hch = 18200 – 407 + 870 = 15000mm Chọn Hch = 870 mm ∗ Bề rộng cột trên : . Bề rộng phần cột trên cột lấy khoảng (1/8 1/12)H tr , = 750mm Chọn b tr =500mm ∗ Bề rộng cột dưới : Lấy khoảng cách từ trục đònh vò đến mép ngoài của cột a=250mm b d = a +  = 250 +750 = 1000mm ∗ Kiểm tra điều kiện không vướng vào cột trên b d – b t ≥ B 1 + C 1 Vì Q =30 / 5 T nên chọn C 1 = 60 mm Khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong của cột D=75mm Khoảng cách từ trục ray đến trục ray đến mút cầu chạy B 1 =300mm ⇒ 1000 – 500 = 500 ≥ 300 + 60 = 360 mm thoả mãn điều kiện Như vậy đảm bảo không bò vướng vào phần cột trên 2/Chiều cao dàn mái 24000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 i = 1 / 1 0 2200 80150 20 Chiều cao đầu dàn tại chỗ trục đònh vò chọn H đd = 2,2m Độ dốc cánh trên 1/10 Chiều cao giữa dàn H gd =2,2+24/2 x1/10=3,4m Hệ thanh bụng là loại tam giác có thanh đứng, khoảng mắt cánh trên lấy thống nhất là 3m ,tính đến trục đònh vò . Bề rộng cửa trời L ct =(0,30,5)L = 12m Chiều cao cửa trời gồm 1 lớp kính cao 1,5m . Bậu cửa phía trên cao 0,2m . SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 3  Kích thước dàn mái 5750 3 1 2 8 9 14 10 132000 15 21 16 22 6000 42000 5750250 6000 6000 60006000 42000 42000 6000 23 250 6000 A 24000 6000 6000 6000 B Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 Bậu cửa phía dưới cao 0,8m . Tổng chiều cao cửa trời là : H ct = H bt + H bd + i.h c = 1,5 + 0,2 + 0,8 = 2,5m Tổng chiều cao nhà là : H = H + H gd + H ct = 18,2 + 3,4 + 2,5 = 24,1m 3/Hệ gằng a/Hệ giằng cánh trên SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 4  A 57506000 42000 3 1 2 5750 250 6000 8 9 6000 6000 10 15 14 6000 42000 132000 16 21 22 42000 6000 23 250 B 12000 24000 6000 6000 b/Hệ giằng cánh dưới c/Hệ giằng cửa mái Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 5  6000 6000 3 2 8 9 14 10 120000 15 21 16 22 60006000 6000 60006000 6000 12000 57506000 3 5750 1 250 2 6000 8 9 14 6000 10 6000 132000 15 21 16 22 6000 23 250 d/Hệ giằng đứng Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 PHẦN II : TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG Tải trọng tác dụng lên khung ngang gồm : -Tải trọng thường xuyên do kết cấu chòu lực và kết cấu bao che -Tải trọng tạm thời do cầu trục -Tải trọng gió -Các loại tải trọng đặc biệt do động đất ,nổ …. Để tiện tính toán ta xét tải trọng tác dụng lên dàn,tải trọng lên cột ,tải trọng gió 1.Tải trọng tác dụng lên dàn -Tải trọng thường xuyên: +Tải trọng của mái +Tải trọng cửa trời +Trọng lượng bản thân kết cấu -Tải trọng tạm thời : +Tải trọng sửa chữa trên mái a.Tải trọng thường xuyên +Tải trọng các lớp mái tính theo cấu tạo TT Cấu tạo các lớp mái Tải trọng tiêuchuẩn (KG/m 2 mái) Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán (KG/m 2 mái) 1 2 3 4 5 Tấm mái cỡ 3 × 6m Lớp cách nhiệt dày 12cm bằng BT xỉ  = 500 KG/m 2 Lớp XM lót =1,5cm Lớp chống thấm 2giấy+3 d ầu Hai lớp gạch lá nem = 4cm có lát vữa 150 60 27 20 80 1,1 1,2 1,2 1,2 1,1 165 72 34 24 88 Cộng 337 381 Tải trọng trên phân bố trên mặt phẳng nghiêng độ dốc i =1/10 . Quy đổi ra mái bằng với cos = 0,995 g m tc =337/0,995=339 KG/m 2 mái g m tt =381/0,995 =383 KG/m 2 mái +Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng Tính sơ bộ theo công thức : g d =1,2 .n. d .L (KG/m 2 mặt bằng) g d =1,2x1,1x0,6 x 24 = 19KG/m 2 Trong đó : SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 6  Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 1,2 :hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng n=1,1 hệ số vượt tải  d =0,6 :hệ số trọng lượng bản thân dàn L=24m :nhòp dàn +Trọng lượng kết cấu cửa trời Trọng lượng này tập trung ở các chân cửa trời ta cũng phân bố trên mặt bằng nhà . Theo công thức kinh nghiệm : g 1 ct =1218 KG/m 2 ở đây lấy g 1 ct = 12KG/m 2 g 1 ct =12x1,1=13,2KG/m 2 +Trọng lượng kính và khung cửa trời Lấy bằng (3540)m 2 cánh cửa Trọng lượng bậu cửa trên và bậu cửa dưới lấy bằng 100KG/m dài Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là : g 2 ct =(1,1x35x1,5x6)+(1,1x100x6)=1006KG/m 2 Quy đổi ra lực tương đương trên mặt bằng nhà g ct =(g 1 ct .L ct .B+2q 2 ct )/L.B= (13,2 x12x6+2x1006)/30x6 =16,46KG/m 2 mặt bằng Tổng tải trọng phân bố đều lên trên xà ngang Gg=(g m +g d +g ct ).B= (383+29,7+16,46).6=2574,96KG/m b.Tải trọng tạm thời Lấy p tc =75KG/m 2 mặt bằng nhà với hệ số vượt tải n=1,4 Tải trọng tạm thời phân bố đều trên xà ngang p=n.p tc .B=1,4x75x6 = 630 KG/m 2 2.Tải trọng tác dụng lên cột a.Do phản lực của dàn : +Tải trọng thường xuyên : A = g.L/2 = 2536x24/2 = 30432KG =30,43T +Tải trọng tạm thời :A' = P.L/2 = 630.24/2 = 7560KG = 7,56T b.Trọng lượng do dầm cầu trục: G dct = n. dct .l dct 2 =1,2 x24x 6 2 = 1036,8KG ≈1,037T Trong đó : n=1,2 hệ số vượt tải  dct =24 hệ số trọng lượng dầm cầu trục ,lấy (2437) với sức trục Q ≤ 75T l dct =6m : nhòp dầm cầu trục lấy bằng bước cột 6m c/Do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu chạy Do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu chạy tác dụng lên cột thông qua dầm cầu chạy được xác đònh bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau ở vò trí bất lợi nhất. Cầu trục với sức trục 30T có áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe là : P max1 tc =31,5T P min1 tc = (Q+G)/n o - P max tc = (30+52)/2 –31,5 =9,5T Trong đó : SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 7  Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 n 0 =2 :số bánh xe mỗi bên cầu trục Q=30T sức trục G=52T trọng lượng cầu trục P max1 =1,2x31,5 = 37,8T P min1 = 1,2x 9,5 = 11,4T Cầu trục có bề rộng B ct = 6300mm Khoảng cách giữa hai bánh xe k =5100m Đặt bánh xe ở các vò trí sau: Tính được tung độ y i của đương ảnh hưởng và tính được áp lực lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột D max =n. n c .P max .y I =1,2.0,85.37,8.(1+0,8+0,15)=75,184T D min =n.n c .P min .Σy I =1,2.0,85.11,4.(1+0,8+0,15)=22,675T Trong đó: n c =hệ số tổ hợp ,n c =0,85 khi hai cầu trục chế độ làm việc nhỏ và trung bình. Các lực D max , D min đặt vào trục đó nhánh dầm cầu trục các cột, nên lệch tâm đối với cột dưới một đoạn là e lấy xấp xỉ e=b d /2=1/2. Do đó sinh ra momen lệnh tâm. M max =D max .e= 62,654.1/2=37,592Tm M min =D min .e = 18,9.1/2=11,337Tm . d/Đo lực hãm của xe con: - Khi xe con hãm phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động.Lực hãm xe con , qua các bánh xe cầu trục , truyền lên dần hãm vào cột. Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính: T TC 1 =0,1(Q+G T ) n T /n o Trong đó : 0,1 hsố ma sát n T =0,5: tỉ số giữa bánh xe thắng trên tổng số bánh xe n o =2 :số bánh xe hãm T TC 1 =0,1(30+12) 0,5/2 =1,05T. SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 8  5100 1200 5100600 6000 6000 0.15 1.000 0.8 P P P P 600 Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 Lực hãm ngang T 10 1 truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm : giá trò của T cũng được xác đònh bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác đònh D max và D min T=n c . n. T TC 1 . Σy I =1,2.0,85.1,05.(1+0,8+0,15) =2,09T 3 . Tải trọng gió tác dụng lên khung : Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737-90 .Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhòp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tónh của gió. Áp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực ΝB có q TC o = 80 KG/m 2 Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính: Phía đón gió : q = n. q o . K.C.B ( KG/m ) Phía trái gió : q' = n. q o .K.C '.B ( KG/m ) Trong đó : n=1,3 hệ số vượt tải B=6m: bước cột ( bước khung ) K= hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo chiều cao K=1,14 C : hệ số khí động lấy theo bảng (phụ lục V ) Giá trò tải trọng gió phân bố đều lên cột với hệ số quy đổi: α =1,1 là: q=1,3. 80. 1,14. 0,8. 6. 1,1 =626 (KG/m) q'= 1,3. 80. 1,14. 0,6. 6. 1,1 =469,5 (KG/m) Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về lực tập trung đặt ở độ cao trình cánh dưới dàn mái W=n.q o .K.B.C I h I Trong đó h I : chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí đọng C I K=1,14 W=1,3. 80. 1,14. 6 [0,8. 2,2 -0,7. 0,6 +0,7. 2,5-0,8. 0,6 +0,6( 0,6+2,5+0,6+2,2 )] =4375 KG =4,38 T. III.Tính nội lực của khung 1.Sơ đồ tính khung SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 9  W’ W q’ q 2,2 m 0,6m 2,5m 0,6m -0,6 -0,6 +0,64 -0,6 -0,7 0, 8 W’ W q’ q 2,2 m 0,6m 2,5m 0,6m -0,6 -0,6 +0,64 -0,6 -0,7 18,2m J d J 2 J 1 v v L H d H tr H e h tr e v h d Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 Tính khung nhằm mục đích xác đònh các nội lực : mômen uốn, lực dọc, lực cắt trong các tiết diện khung . Do viêc tính toán các khung cứng có các thanh rỗng như dàn và cột khá phức tạp nên trong thực tế đã thay đổi sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơn giản hóa vơứi các giả thuyết sau : + Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới của dàn : chiều cao khung tính từ đáy cột đến mép dưới Cánh dưới vì kèo : với cột bậc thì lấy trục cột dưới tầng với trục Cột trên :nhòp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục cột nối trên . Khi đó tải trọng đứng từ trên truyền xuống phải kể thêm momen lệch tâm ở chỗ đổi tiết diện cột : Để tính khung ,cầu sơ bộ chọn trước độ cứng J của dàn , của các phần cột hay ít ra cần biết tỉ số các độ cứng này . Có thể chọn sơ bộ theo công thức sau : Momen quán tính dàn J d = R hM d 2 . max Trong đó M max :Momen uốn lớn nhất trong xà ngang, coi như dầm đơn giản dưới tác dụng của toàn bộ tải trọng đứng tính toán ; h d : chiều cao dàn tại vò trí có M max ; R : cường độ tính toán của thép ; µ =0,8 hệ số kể đến độ dốc của cánh trên và sự biến dạng của các thanh bụng i=1/10 M max = 8 )9( 2 Lp+ = 24. 8 63,054,2 + 2 =288Tm h d =220+ 10 1200 =340 cm (h d : chiều cao giữa dàn ) J d = =8,0. 2100.2 340.10.228 5 1476000 cm 4 Momen quán tính của tiêùt diện cột dưới được xác đònh theo công thức gần đúng : J 1 =. RK DN x maA . .2 1 + b 2 d SVTH :Ngô Bùi Vỹ Hùng Lớp 98X1A Trang 10  [...]... tâm tiết diện nhánh mái là : zo= FI zI /FI = (46.1 ,2. 0,6 + 22 7,3.3, 82) 23 0 = 2, 2 cm 109,8 Các đặc trưng hình học của tiết diện 46.1 ,2 3 Jx2= +55 ,2 ( 2, 2 - 0,6 )2 + 2[ 5 12 + 27 ,3( 5, 02 - 2, 2 )2 ] = 1606 cm4 12 1606 r x2 = =3, 82 cm 109,8 1 ,2. 46 3 + 2[ 5 12 + 27 ,3 (25 − 3, 82) 2 ] = 3 525 1 cm4 Jy2 = 12 3 525 1 r y2 = = 17, 92 cm 109,8 Kiểm tra ổn đònh dưới nhánh 1: 25 − 1 - Bản cánh : bo / δ c = 2. 1,4 = 8,57 . = 829 ,4 06,1 .27 2,1).174, 021 3,0 .2[ ()174, 021 3,0(6]06,1 .22 7,1).174, 02[ ()174,01( 22 −+−+−+− .2, 09.19,07 = 3,507 Tm R B = K ABAB ) ]2( 23[)() ]2( 23[)1( 22 λαλαµλλ +−−++−− − .T = 09 ,2. 829 ,4 174, 021 3,0 .2( 28 ,2. 227 ,1.3[)174, 021 3,0(6)]174, 02( 28 ,2. 227 ,1.3[)174,01( 22 +−−++−− − =1,798. 98X1A Trang 12  Thuyết minh đồ án Kết Cấu Thép 2 M p P = 122 12 24.54 ,2 12 . 22 −=−=− Lq Tm ⇒ R 1P = M B P =- 122 Tm Giải phương trình chính tắc : ϕ = 1111 1 47, 324 376,0 122 EJEJr R p ==− Mômen. = 1 2 2 1 72, 22 . 578,1 EJ H H EJ - 10,04 = 25 ,81 Tm M C = ( +− ) 72, 22 ).(371,0 1 2 2 1 EJ H H EJ 5,98= - 2, 45 Tm M A = ) 72, 22 ).(088,4( 1 2 2 1 EJ H H EJ − - 24 ,51 = - 117,39 Tm Q = - 2 15. 626 ,0 15 45 ,23 9,117 2 + +− −=+ − d d CA qH H MM = 12, 36