thuyết minh đồ án kết cấu thép 1

Trường Đại Học Hàng HảiKhoa Công Trình Thủy TKMH KCT 1 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1 Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số li

Trang 1

Trường Đại Học Hàng Hải

Khoa Công Trình Thủy

TKMH KCT 1

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1

Số liệu thiết kế

Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệu cho

trước như sau:

- Địa điểm xây dựng: Hòa Bình

- Kết cấu bao che: Tôn mạ màu

- Các số liệu khác cần thiết cho thiết kế sinh viên tự lựa chọn: Vật liệu thép,

loại que hàn, chiều dày tôn, loại xà gồ

1.1 Xác định các kích thước chính của khung

Trong đó: H1=9m là cao trình đỉnh ray

Chiều cao cột trên, tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Trang 2

TKMH KCT 1

Với B=8m là bước khung

Vậy chọn Hdct=0,9 (m)

Hr là chiều cao của ray và đệm, lấy sơ bộ là 0,2m

Chiều cao cột dưới, tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Hd = H - Htr + H3=10,5-2,6+0=7,9(m) Với: H3 – phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền, H3=(0  1)m lấy 0m

1.1.2 Theo phương ngang

Vì sức trục Q=12,5 tấn nên chọn loại cột tiết diện thay đổi :

-Chọn kích thước tiết diện cột :

-Chiều dày bản bụng tw nên chọn:

Trang 3

TKMH KCT 1

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

Z=

L−L k

2 - htr=(33 – 31,5)/2 - 0,2 = 0,55 >Zmin=0,18mTiết diện cột :

+ Chiều cao tiết diện trên : htr =400 mm

+ Bề rộng tiết diện cột trên : btr = 200 mm

+ Chiều cao tiết diện dưới : hd = 600 mm

+ Bề rộng tiết diện cột dưới : bd = 250 mm

Chiều cao đầu dàn mái tại trục định vị hđg = 2,2 m Độ dốc cánh trên i = 1/10 nhưvậy chiều cao ở giữa dàn là:

Trang 4

TKMH KCT 1

Hình 1.1.3.1.1 Kích thước chính của khung ngang nhà công nghiệp

1.2 Bố trí hệ giằng và cột

Số bước khung n = 19, bước cột B = 8m, chiều dài nhà = 19x8 = 152m khôngcần bố trí khe nhiệt độ.(nhà toàn thép khoảng cách: dọc nhà >200m, ngang nhà >120mmới làm khe nhiệt độ)

Lưới cột:

Hình 1.2.1.1.1 Bố trí lưới cột



Trang 5

TKMH KCT 1

Bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột

Hệ giằng là một bộ phận trọng yếu của kết cấu nhà, có 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 phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳngkhung như gió lên tường hồi, lực hãm của cầu trục

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

+ Làm cho dựng lắp an toàn, thuận tiện

Hệ thống giằng của nhà xưởng được chia làm hai nhóm: giằng mái và giằngcột

1.2.2 Hệ giằng mái

Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trở lên,chúng được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dưới dàn

và mặt phẳng đứng giữa dàn

1.2.2.1 Giằng trong mặt phẳng cánh trên

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặtphẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổnđịnh cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị rangoài mặt phẳng dàn Các thanh giằng chữ thập nên bố trí hai đầu khối nhiệt độ Khikhối nhiệt độ quá dài thí bố trí thêm ở khoảng giữa khối, sao cho khoảng giữa chúngkhông quá 50 - 60 m Các dàn còn lại được liên kết vào các khối cứng bằng xà gồ haysườn của tấm mái

Thanh chống dọc nhà dùng để cố định các nút quan trọng của nhà: nút đỉnh góc( 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 lắp không vượt quá 220

Trang 6

TKMH KCT 1

Hình 1.2.2.1.1 Hệ giằng cánh trên

1.2.2.2 Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên,nghĩa là ở hai đầu của khối nhiệt độ và ở khoảng giữa, cánh 50 - 60 m Nó cùng vớigiằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dướitại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chịu tải trọng gió thổi lên tường hồi, nêncòn gọi là dàn gió

Trong những nhà xưởng có cầu trục Q ≥ 10 t, hoặc có cầu trục chế độ làm việcnặng, để tăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dưới theo phương theophương dọc nhà Hệ giằng này bảo đảm sự làm việc cùng nhau của các khung, truyềntải trọng cục bộ tác dụng lên khung sang các khung lân cận Bề rộng của hệ giằngthường lấy bằng chiều dài của khoang đầu tiên của cánh dưới dàn Trong nhà xưởngnhiều nhịp, hệ giằng dọc được bố trí dọc hai hàng cột biên và tại một số hàng cột giữa,cách nhau 60 - 90 m theo phương bề rộng nhà

Trang 7

TKMH KCT 1

(hoặc dưới chân cửa trời), cách nhau 12 - 15 m theo phương ngang nhà Theophương dọc nhà, chúng được đặt tại những gian có giằng nằm ở cánh trên và cánhdưới

Kết cấu chịu lực của cửa trời cũng có các hệ giằng cánh trên, hệ giằng đứng nhưđối với dàn mái

Hình 1.2.2.3.1 Hệ giằng đứng

1.2.3 Hệ giằng cột

Hệ giằng ở cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phươngdọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột Trong mỗi trụcdọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng ; các cột khác tựa vào tấm cứngbằng các thanh chống dọc Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục, các thanh ngang

Trang 8

TKMH KCT 1

và các thanh chéo chữ thập Các thanh giằng cột bố trí suốt chiều cao của hai cột đĩacứng: trong phạm vi đầu dàn - chính là hệ giằng đứng của mái ; lớp trên từ mặt dầmcầu trục đến nút gối tựa dưới của dàn kèo ; lớp dưới, bên dưới dầm cầu trục cho đếnchân cột Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục cột ; các thanh giằng lớpdưới đặt trong hai mặt phẳng của hai nhánh

Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cảntrở biến dạng nhiệt của các kết cấu dọc Nếu khối nhiệt độ quá dài, một tấm cứngkhông đủ để giữ ổn định cho toàn bộ các khung thì dùng hai tấm cứng, sao cho khoảngcách từ đầu khối đến trục tấm cứng không quá 75 m và khoảng cách giữa trục hai tấmcứng không lớn quá 50 m Sơ đồ các thanh của tấm cứng có nhiều dạng: chéo chữ thậpmột tầng - đơn giản nhất hoặc hai tầng khi cột quá cao; kiểu khung cổng khi bước cột

8 m hoặc khi cần làm nối đi thông qua

Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ,cũng thường bố trí giằng lớptrên Giằng này tăng độ cứng dọc chung, 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 màkhông gây ứng suất nhiệt độ đáng kể

Hình 1.2.3.1.1 Hệ giằng cột

1.3 Tải trọng tác dụng lên khung

1.3.1 Tải trọng thương xuyên

Chọn độ dốc mái i=10 % suy ra α =5,71 độ , sinα = 0,099 ,cosα=0,995

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọnglượng bản thân kết cấu, trọng lượng các bộ phận chi tiết (mái tôn+xà gồ+giằng), trọnglượng bản thân dầm cầu trục

Trang 9

TKMH KCT 1

Hình 1.3.1.1.1 Sơ đồ tính khung trường hợp tĩnh tải Trong đó:

- Trọng lượng bản thân kết cấu: SAP tự tính

-Trọng lượng mái tôn+xà gồ+giằng :

Quy tải trọng mái về các nút dàn:

- Trọng lượng bản thân dầm cầu trục :

Trang 10

TKMH KCT 1

1.3.2 Hoạt tải mái

Theo TCVN2737-1995, hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tôn) tiêuchuẩn ptc=30 kG/m2 , hệ số độ tin cậy: n=1,3

Quy về tải trọng tập trung tại các nút dàn như hình vẽ

Trang 11

TKMH KCT 1

Hình 1.3.2.1.1 Sơ đồ tính khung trường hợp hoạt tải toàn mái

1.3.3 Hoạt tải gió

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vàocột và gió tác dụng lên mái

n là hệ số vượt tải trọng của tải trọng gió, n=1,2

wo là áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào phân vùng gió (địa điểm xâydựng)

Trang 12

TKMH KCT 1

k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao, phụ thuộc vào dạngđịa hình

Ở đây ta chọn địa hình dạng A Sau khi nội suy ta có:

Tại đỉnh cột (cao trình +10,5m so với mặt nền), k=1,186

qđ=n.wo.k.Ce.B=1,2.0,65.1,186.0,8.8=5,95

qkh=n.wo.k Ce3.B=1,2.0,65.1,186.(-0,5).8=-3,7 Tại đỉnh mái (cao trình +14,35m so với mặt nền), k=1,232

qđ=n.wo.k.Ce.B=1,2.0,65.1,232.0,8.8=6,15

qkh=n.wo.k Ce3.B=1,2.0,65.1,232.(-0,5).8= -3,844

hệ số k trung bình cho cả mái là kmái=

dấu "+" thể hiện gió có chiều hướng từ ngoài vào trong nhà

dấu "-" thể hiện gió có chiều hướng từ trong nhà ra ngoài

+) Tải trọng tác dụng lên mái:

Trang 13

TKMH KCT 1

Hình 1.3.3.1.1 Sơ đồ xác định khí động với tải trọng gió trái

Trang 14

TKMH KCT 1

Hình 1.3.3.1.2 Sơ đồ xác định khí động với tải trọng gió phải

Trang 15

TKMH KCT 1

Hình 1.3.3.1.3 Sơ đồ khung tính gió trái sang

Hình 1.3.3.1.4 Sơ đồ tính gió phải sang

1.3.4 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phụ lục các thông số cầu trục sức nâng 10T như sau:

Trang 16

TKMH KCT 1

Trọng lượng xe con (T)

Trọng lượng toàn cầu trục (T)

Dmax=n.nc ∑¿ ¿ Pmax.yi

Dmin=n.nc ∑¿ ¿ Pmin.yi

Trong đó :

n=1,2 là hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục;

nc là hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời của nhiều cầu trục,

nc=0,85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trungbình,

nc=0,9 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nặng;

Pmax là áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray, tracatalô cầu trục;

Tra bảng ta có Pmax=113 kN

Pmin là áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ởphía cột bên kia:

Tra bảng ta có Pmin=47,5 kN

Trang 17

TKMH KCT 1

yi là tung độ đường ảnh hưởng

Hình 1.3.4.2.1 Đường ảnh hưởng để xác định Dmax, Dmin

=> ∑¿ ¿ yi=1+0,6375=1,6375

=>Dmax=1,2.0,85.113.1,6375=144 (kN)

Dmin=1,2.0,85.47,5.1,6375=60,51 (kN)

Trang 18

TKMH KCT 1

Hình 1.3.4.2.3 Hoạt tải đứng cầu trục phải

no là số bánh xe cầu trục ở một bên ray;

yi là tung độ đường ảnh hưởng

=> Tmax =1,1.0,85.3,33.1,6375=4,242(kN)

1

3,33 2

o

Q G T

n

Trang 19

TKMH KCT 1

Lực hãm ngang T tác dụng lên cột khung đặt tại cao trình đỉnh ray và có thểhướng vào hoặc hướng ra khỏi cột, cụ thể ở đây đặt cách mặt vai cột 1,1m

Hình 1.3.4.3.1 Hoạt tải ngang cầu trục trái

Hình 1.3.4.3.2 Hoạt tải ngang cầu trục phải

Trang 20

TKMH KCT 1

1.4 Xác định nội lực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằngphần mềm SAP 2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảngthống kê nội lực Dấu của nội lực lấy theo quy định của SBVL Các thành phần nội lực

có chiều như hình vẽ được quy định là dương

Hình 1.4.1.1.1 Quy ước chiều dương của nội lực theo SBVL Dưới đây thể hiện hình dạng biểu đồ nội lực cho khung với các trường hợp chấttải (đơn vị tính kN, kN.m)

Hình 1.4.1.1.2 Biểu đồ momen do tĩnh tải gây ra trên dàn

Trang 21

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.3 Biểu đồ lực dọc do tĩnh tải gây ra

Hình 1.4.1.1.4 Biểu đồ lực cắt do tĩnh tải gây ra

Trang 22

TKMH KCT 1

Trang 23

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.5 Biểu đồ lực dọc do HTDCTT gây ra

Hình 1.4.1.1.6 Biểu đồ lực cắt do HTDCTT gây ra

Trang 24

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.7 Biểu đồ momen do HTDCTT gây ra trên dàn

Hình 1.4.1.1.8 Biểu đồ lực dọc do HTDCTP gây ra

Trang 25

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.9 Biểu đồ lực cắt do HTDCTP gây ra

Hình 1.4.1.1.10 Biểu đồ momen do HTDCTP gây ra trên dàn

Trang 26

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.11 Biểu đồ lực dọc do HTNCTT gây ra

Hình 1.4.1.1.12 Biểu đồ lực cắt do HTNCTT gây ra

Trang 27

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.13 Biểu đồ momen do HTNCTT gây ra trên dàn

Hình 1.4.1.1.14 Biểu đồ lực dọc do HTNCTP gây ra

Trang 28

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.15 Biểu đồ lực cắt do HTNCTP gây ra

Hình 1.4.1.1.16 Biểu đồ momen do HTNCTP gây ra trên dàn

Trang 29

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.17 Biểu đồ lực dọc do GT gây ra

Trang 30

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.18 Biểu đồ lực cắt do GT gây ra

Hình 1.4.1.1.19 Biểu đồ momen do GT gây ra trên dàn

Trang 31

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.20 Biểu đồ lực dọc do GP gây ra

Hình 1.4.1.1.21 Biểu đồ lực cắt do GP gây ra

Trang 32

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.22 Biểu đồ momen do GP gây ra trên dàn

Hình 1.4.1.1.23 Biểu đồ momen do hoạt tải toàn mái gây ra trên dàn

Trang 33

TKMH KCT 1

Hình 1.4.1.1.24 Biểu đồ lực dọc do hoạt tải toàn mái gây ra trên dàn

Hình 1.4.1.1.25 Biểu đồ lực cắt do hoạt tải toàn mái gây ra trên dàn

Bảng 1.4.1.1.25.1 Bảng thống kê nội lực

Trang 34

TKMH KCT 1

Trang 35

TKMH KCT 1

HTDCTT -6,88 0 0 5 HTDCTP -6,88 0 0 6

Trang 36

TKMH KCT 1

TINHTAI 55,28 -0.0163 0 1

2 3

TỔ HỢP CƠ BẢN 1 TỔ HỢP CƠ BẢN 2 Mmax,

Ntư Mmin, Ntư

Nmax, Mtư Mmax, Ntư

Mmin, Ntư Nmax, Mtư

Trang 37

TKMH KCT 1

1.5 Thiết kế tiết diện cấu kiện

1.5.1 Thiết kế tiết diện cột

1.5.1.1 Xác định chiều dài tính toán

-Trong mặt phẳng khung Lx : theo TCVN, chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột khung 1 nhịp có xà đặt nghiêng ,chưa được đề cập đến Theo nhiều tài liệu nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam, cho phép tính Lx=μ.H theo tài liệu của Hoa Kì bằng cách tra đồ thị để có

hệ số chiều dài tính toán μ, phụ thuộc vào tham số

Trang 38

TKMH KCT 1

Trong đó : b,H – chiều dài nửa xà,chiều cao cột

Ic, Ixà – mô men quán tính của cột và xà

Để tiện cho tính toán ,GS Đoàn Định Kiến đã phóng to đồ thị ,đo trực tiếp và lập thành bảng 2.3( sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp)

1.5.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện

1) Chọn và kiểm tra tiết diện cột dưới :

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:

Trang 39

TKMH KCT 1

Dùng thép CCT34 với độ dày t<2 cm Có cường độ tính toán là f= 21KN/cm2

Hệ số điều kiện làm việc γc=1

Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức:

Diện tích tiết diện cột dưới :

=> chọn: tf=12mm Tiết diện cột dưới được chọn như hình vẽ:

Trang 40

TKMH KCT 1

Hình 1.5.1.2.1 Tiết diện cột dưới

*) Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

Diện tích mặt cắt ngang: A= t w . h w +2.t

fbf= 1.57,6+2.1,2.25=117,6 cm2.Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:

y

I

A 

Trang 41

TKMH KCT 1

λ x =

l x

i x = = 42,12 < [ λ ] = 120+ Độ mảnh tính toán của tiết diện theo phương y:

λ y =

l y

i y = =58,14 < [ λ ] = 120 + Độ mảnh quy đổi của tiết diện theo phương x:

= 1,668+ Độ mảnh quy đổi của tiết diện theo phương y:

+ Độ lệch tâm tương đối mx=

Tra bảng IV.5 với sơ dồ tiết diện số 5,ta có:

với Af/Aw =0, 5 có

với Af/Aw ≥1 có

Từ đó : me= ŋ.mx= 1.8,84= 8,84< 20 suy ra không cần kiểm tra bền

me :độ lệch tâm quy đổi

Với ¯λ x =1,667 và me=8,84 tra bảng IV.3 phụ lục kết hợp nội suy ta có

*) Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo

10,35.100 24,57

3.100 5,16

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	1,62 MB

thuyết minh đồ án kết cấu thép 1

Thiết kế các thanh dàn