đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

I.CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG: - Từ các số liệu ban đầu: nhịp nhà L = 30 m sức cẩu của cầu trục Q = 16 T tra catalogue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp với chế độ làm việc trungbình: -

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG

*************

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP

NĂM HỌC: 2011 – 2012

Trang 2

Phần I – Xác định kích thước khung ngang ………3

- Sơ đồ khung ngang ……… 3

I – Số liệu ……….3

II – Xác định kích thước theo phương đứng ………4

III – Xác định kích thước theo phương ngang ……….4

IV – Kích thước dàn mái và nội lực ……….4

V – Sơ đồ tính khung ngang ……….6

Phần II – Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang ……… 7

I – Tĩnh tải ………7

II - Hoạt tải mái ……… 8

III – Xác định nội lực ……….13

- Bảng phân tích tổ hợp ……… 13

- Bảng tổng hợp moment……… 14 - 24 A – Biểu đồ moment các tổ hợp……… 25 - 41 Phần III - Thiết kế tiết diện cấu kiện I - Thiết kế cột ……… 42

II – Thiết kế vai cột ………45

III – Thiết kế chân cột ………47

IV – Thiết kế xà ngang ……… 52

V – Liên kết cột với xà ngang ………55 Tài liệu tham khảo : - Sách giáo khoa kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

- Bài tập thiết kế kết cấu thép – Trần Thị Thôn

- Tiêu chuẩn kết cấu thép 338 - 2005

Trang 3

Yêu cầu thiết kế: Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng có sử dụng 02 cầu trục nâng

hàng, chế độ làm việc trung bình

Kích thước nhà, sức nâng cầu trục, chiều dài nhà, sức nâng cầu trục yêu cầu như sau:

-Chiều rộng nhà: L = 30 (m).

-Chiều dài nhà: 42 (m).

-Sức nâng của cầu trục Q = 16 (T).

PHẦN I

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

Trang 4

Khung ngang nhà cơng nghiệp mợt tầng, mợt nhịp bao gờm hai cấu kiện chính: cợt vàdầm mái Để đảm bảo đợ cứng theo phương ngang nhà, liên kết giữa cợt và dàn mái được thựchiện là liên kết cứng, liên kết giữa chân cợt và mĩng bê tơng cớt thép cũng là liên kết ngàmcứng

I.CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG:

- Từ các số liệu ban đầu: nhịp nhà L = 30 (m) sức cẩu của cầu trục

Q = 16 (T) tra catalogue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp với chế độ làm việc trungbình:

-Chiều cao H = 1.14 (m) (chiều cao gabarit của cầu trục được tính từ cao trình đỉnh k

ray cho đến điểm cao nhất của cầu trục)

-Bề rộng của cầu trục B = 5 (m) (tính theo phương dọc nhà cầu trục) k

-Do sức nâng cầu trục dưới 30T nên ta chọn L1=0.75m

-Nhịp cầu trục LK = L-2L1 = 30-2x0.75 =28.5m (tính bằng khoảng cách giữa hai timray)

-Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục: K = 4.2 (m)

-Kích thước khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang: bk= 0.3 (m)

-Ta chọn vật liệu thép mác CCT34s cĩ cường đợ:

f = 21kN/cm2

f v= 12kN/cm2

f c = 32kN/cm2

II/ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG:

- Giả sử theo nhiệm vụ thiết kế, ta có cao trình đỉnh ray H1 = 6.6 (m)

- Chiều cao ray và đệm Hr, giả định Hr =0.2 m

-Chiều cao dầm cầu trục

Hdct = (

10

1 8

Trong đĩ: H1 cao trình đỉnh ray

(H3 phần cợt chon dưới nền, coi mặt mĩng ở cợt ±0.000 chọn H3=0)

-Chiều cao phần cợt tính từ vai đỡ dầm cầu trục đến xà ngang

t

H = H2+Hdct+Hr=1.5+0.6+0.2=2.3m -Chiều cao của phần cợt tính từ mặt mĩng đến mặt trên của vai cợt:

Trang 5

-Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

Z=L1 – h = 0.75 – 0.5 = 0.25 (m) > zmin = 0.18 (m)

IV/ S Ơ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG:

Do sức nâng cầu trục khơng lớn nên chọn phương án cợt tiết diện khơng đởi, với đợ cứng là I1 Vì nhịp khung là 30m nên chọn phương án xà ngang cĩ tiết diên thay đởi hình nêm, dự kiến vị trí thay đởi cách đầu xà 6m Với đoạn xà dài 6m, đợ cứng ở đầu và cuới xà là I1 và I2tương ứng (giả thuyết đợ cứng của xà và cợt tại chỗ liên kết xà-cợt như nhau) Với đoạn xà dài 9m, đợ cứng ở đầu và cuới xà giả thuyết bằng I2 (tiết diện khơng đởi) Giả thuyết sơ bợ tỷ sớ đợ cứng I1/I2 = 2.818 (tức là tiết diện của các cấu kiện xà và cợt được khai báo trong phần mềm SAP2000 chính là các tiết diện được chọn ở phần tính toán trên) Do nhà cĩ cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cợt khung với mĩng là ngàm tại mặt mĩng (cớt ±0.000) liên kết giữa cợt với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng Trục cợt khung lấy trùng với trục định vị để đơngiản hoá tính toán và thiên về an toàn Sơ đờ tính khung ngang như sau:

Trang 6

-Vật liệu lợp mái.

-Kết cấu bao che xung quanh nhà

I/ TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN MÁI:

Đợ dớc mái i=10% α=5.71o (sinα = 0.999 ; cosα = 0.995)

-Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gờ mái lấy 0.15kN/m2.Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bợ 1kN/m.Tởng tỉnh tải phân bớ tác dụng lên xà ngang:

0 995 1.05 1 2.05( / )

6 15 0 1 1

m kN x

x x





Hình 2 : Sơ đờ tính khung với tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải)

-Trọng lượng bản than của tơn tường và xà gờ tường lấy tương tự như với mái là 0.15kN/

m2.Quy thành tải tập trung tại đỉnh cợt:

6 3 0 3 1

m kN x

x



Trang 7

Hoạt tải mái nửa trái

Hoạt tải mái nửa phải Hình 2: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái

a/ Hoạt tải mái nửa trái b/ Hoạt tải mái nửa phải

2 Tải trọng gió

-Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng lên mái.Theo TCVN 2737-1995 [2], Cần Thơ thuộc vùng phân gió II-A, có áp lực gió tiêu chuẩn wo = 0.83kN/m2, hệ số vượt tải là 1.2

-Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động có thể xác địnhtrong bảng III.3 Nội suy ta có:

Trang 8

• Phía khuất gió : 1.2x0.83x0.5x6=2.99(kN/m)

+Tải trọng gió tác dụng lên dàn mái :

• Phía đón gió : 1.2x0.83x0.324x6=2 (kN/m)

• Phía khuất gió : 1.2x0.83x0.4x6=2.39(kN/m)

a/ Hệ số khí động

b/ Gió trái sang

Trang 9

c/ Gió phải sang Hình 3 : Sơ đồ tính khung với tải trọng gió

a/ sơ đồ xác định hệ số khí động, b/ gió trái sang

c/ gió phải sang

3 Hoạt tải cầu trục

Theo bảng II.3 phục lục, các thong số cầu trục sức nâng 25 tấn như sau:

Bề rộng gabagit

B k (mm)

Bề rộng đáy

K k (mm)

T.lượng cầu trục G(T)

Trang 10

Đường ảnh hưởng xác định D max , D min

D max lên cột trái

Trang 11

D max lên cột phải Hình 4 : Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục

-Lực hãm ngang của cầu trục :

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe tiêu chuẩn lên ray :

)(2.42

)1.8160(05.0)(

05.0

0

n

Q Q

Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm (giả thuyết cách vai cột 0.7m)

T = ncγpƩT1tcyi = 0.85x1.1x4.2x2.264=8.89 (kN)

Trang 12

b/ Lực hãm lên cột phải

III.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC:

Nội lực trong khung ngang được xác định chất tải bằng phần mềm SAP 2000

Bảng tổ hợp nội lực :

-TT : Tĩnh tải (tải trọng thường xuyên)

-HT : Hoạt tải (hoạt tải chất đầy cả mái)

-HT1 : Hoạt tải chất nữa mái trái

-HT2 : Hoạt tải chất nữa mái phải

-GT : Gió trái sang

-GP : Gió phải sang

-ALCT : Áp lực lên cột trái

-ALCP : Áp lực lên cột phải

-LHCT : Lực hãm lên cột trái

-LHCP : Lực hãm lên cột phải

BẢNG PHÂN TÍCH TỔ HỢP

Trang 22

35 4.496825735

Trang 23

35 4.496825735

Trang 24

Biểu đồ momen (M)

Biểu đồ lực nén (N)

Biểu đồ lực cắt (V) Trường hợp 2 : TT + GT

Trang 25

Biểu đồ momen(M)

Biểu đồ lực nén(N)

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 3 : TT + GP

Trang 26

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 4 : TT + HT + GT

Trang 27

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 5 : TT + HT + GP

Trang 28

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 6 : TT + HT1 + GT

Trang 29

Biểu đồ lực cắt(V)

Trang 30

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 8 : TT + HT1 + GT + ALCT

Trang 31

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 9 : TT + HT2 + GP + ALCP

Trang 32

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 10 : TT + HT1 + GT + ALCT + LHCT

Trang 33

Trang 34

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 12 : TT + HT + GT + ALCT

Trang 35

Trang 36

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 14 : TT + HT + GT + ALCT + LHCT

Trang 37

Trang 38

Biểu đồ lực cắt(V) Trường hợp 16 : 0.9(TH1 + TH2 + TH3)

Trang 39

Trang 40

PHAÀN III

Trang 41

1.Chiều dài tính toán của cột trong và ngoài mặt phẳng khung.

-Chiều dài hình học của cột được tính từ mặt móng đến cánh dưới dàn

56 0

n

3 1 14 0 41 0

56 0 41 0

Với: lx =11m-chiều dài hình học của cột

2.Xác định nội lực tính toán.

-Chọn cột có tiết diện đối xứng

-Cặp nội lực nguy hiểm nhất cho cột là:Mmax  N tu,Nmax  M tu

3.Thiết kế tiết diện cột:

-Do cột có tiết diện đối xứng nên các cặp nội lực có thể gây nguy hiểm cho cột là

(Mmax & Ntư ) và (Nmax &Mtư)

-Theo cặp nội lực Mtư = -252.7 (kNm)

Nmax = -96.6 (kN)-Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng:

) 8 36 9 29 ( 50 89 73

10 69 121 ) 8 2 2 2 ( 25 1 1 21

89 73 )

8 2 2 2 ( 25

x

x x

Nxh

M fx

Trang 42

-Tính chất đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

A = twhw+2tfbf = 0.6x48+2(1x20) = 68.8cm2

4 3

3 3

3

9 29542 12

48 ) 6 0 20 ( 5 0 2 12

50 20 12

) (

5 0 2

x h

t b h

3 3

3

133412

201212

6.04812

2

x x

b t t

21 6

21 5

Áp dụng cơng thức nợi suy ta cĩ: =1

me = mx=1x9.6=9.6<20khơng cần kiểm tra bền

với x =1.7 và me=9.6 tra bảng IV.3 phục lục ta nợi suy : e 0.136

-Điều kiện ởn định tởng thể củ cợt trong mặt phẳng khung:

x

x =N/x N/ e A 73 89 / 0 136x68 8  7 9 (kN/cm2 )  fc  21 (kN/cm2 )

-Để kiểm tra ởn định tởng thể của cợt theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị sớmomen ở 1/3 chiều cao của cợt dưới kể từ phía cĩ momen lớn hơn Vì cặp nợi lực dùng để tính

Trang 43

-Vậy trị sớ momen tại 1/3 chiều cao cợt dưới:

3

)69.121(96.17369

21

10 1 2 14 3

Với λy=79.5 tra bảng D.8 TCXDVN 338 : 2005 ta cĩ  y  0 725

-Do vậy điều kiện ởn định tởng thể của cợt theo phương ngoài mặt phẳng khung:

y = N/c y A=73.89/0.19x0.725x68.8=7.85(kN/cm2)<fγc=21(kN/cm2)

-Điều kiện ởn định cục bợ của bản cánh và bản bụng cợt được kiểm tra theo cơng thức:

+Với bản cánh cột: Vì 0.8< x  1 7  4 nên tra bảng 35 TCXDVN338:2005 ta cĩ:

6 13 21

10 1 2 ) 7 1 1 0 36 0 ( )

1 0 36 0 ( 7

9 2

6 0 20 2

E t

b t

b

t

b

x f

o w

E x

t

h

x w

10 1 2 1 3 80 6 0

w

t

h t

-Coi như chỉ cĩ phân bản bụng cợt tiếp giáp với 2 bản cánh cịn làm việc Bề rợng của

bản bụng cợt:

)(9.278.546.085.085

 Khơng cần kiểm tra lại các điều kiện ởn định tởng thể

-Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cợt từ kết quả tính toán bằng phần mềm Sap 2000 ta

cĩ: Δx=2.26 cm do đĩ:

Δx/H=0.0226/7.5=0.9/300<1/300 (tra trong TCXDVN 338:2005)

Vậy tiết diện đã trọn đạt yêu cầu

II.Thiết Kế Vai Cột.

Với chiều cao tiết diện h = 50 cm

-Xác định momen và lực cắt tại chỗ liên kết công-sol vai cột với bản cánh cột:

Trang 44

-Chọn sơ bộ bề dày bản cánh dầm vai t f 1cm

Trang 45

Hình 1 :Cấu tạo vai cột

Từ đó bề dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào:

)

(8.0121)1220(

2.384)

2(

x x x f

t b

G D

t

c

dv f dct

dct dv

48 ) 8 0 20 ( 5 0 2 12

cm

W x dv  

)(3905.19)120

487

.627

1005

h

h W

M

dv

dv w dv

cm kN x

2 384 2

3 2

3

cm x

x

x f

t

V h

c v

dv w

dv



Trang 46

-Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và

bản bụng dầm vai:

+Bản cánh:

+Bản bụng:

7921

101.25.25

.2608.0

-Chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột hf = 0.6 cm

-Chiều dài tính toán của các đường hàn lien kết dầm vai với bản cánh cợt xác định như

sau:

+Phía trên cánh (2 đường hàn): l w b f  t f dv 20 119cm

f

dv f f

w 0.5(  ) 0.5(20 0.8) 18-Ở bản bụng: l w h w dv t f dv 48147cm

-Diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn trong liên kết: (coi lực cắt

chỉ do các đường hàn liên kết ở bản bụng chịu):

) ( 4 56 47 6 0 2

2h l x x cm2

h

l h l

h l h

l h

b l h l

w f w f

w f

f w f w w

2.12

212

2

.12

.2

3 2

2 384 3

1057

10 04

2 2

2

cm kN

x A

V W

M

w w

III.Thiết Kế Chân Cột.

1 Tính toán bản đế

-Từ bảng tổng hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột:

N=-112.43 (kN)

M=173.98 (kNm)

V=-43.63 (kN)

8.1521

101.22

12

16.91

)8.020(5

b

dv f o

) ( 3 1057 50

2 12

47 6 0 19 6 0 8 2 12

6 0 8 2 6 0 20 19 12

6 0 19

Trang 47

Hình 2: KÍCH THƯỚC BẢN ĐẾ

-Căn cứ kích thước, tiết diện cột đã chọn, dự kiến chọn phương án cấu tạo chân cột chotrường hợp có vùng kéo trong bêtông móng với 4 bulông neo ở phía chân cột.Từ đó xácđịnh được bề rộng bản đế:

Bbd= b+2c1=20+2x8=36 (cm).chọn c1=8cm

-Chiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bêtông móng:

loc b bd loc

b bd loc

b bd bd

R B

M R

B

N R

B

N L

, 2

, ,

6 2

x x

x x x x

x

10 173.98 6

33 1 75 0 36 2

112.43 33

1 75 0 36

-Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bulông neo, chiều dài của bản đế với giả thiết

c2=10.2 (cm) và bề dày của dầm đế là 0.8 (cm):

7236

1098.17367236

43.112

6

x x

x L

B

M L

B

N

bd bd bd bd

36

1098.17367236

43.112

6

2 2

x

x x

x L

B

M L

B

N

bd bd bd bd

Trang 48

x

x f

M t

c bd

2 Tính toán dầm đế:

-Kích thước dầm đế ta chọn như sau: tdd = 0.8 (cm)

bdd = Bbd=36 (cm)-Chiều cao hdd phụ thuộc vào đường hàn liên kết dầm đế vào cột phải đủ khả năng truyền lực do ứng suất phản lực của bêtông móng

-Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bêtông móng:

Ndd = (11+12.5) x 36 x 0.72 = 609.12(kN)

-Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàng liên kết với dầm đế vào cợt là hf = 0.6 cm

Từ đĩ xác định được chiều dài tính toán của mợt đường hàn lien kết dầm đế vào cợt:

2 ( ) 2 0.6609(0.7.1218) 1 40.2( )

min

cm x

x x

f h

N l

c w f

12266

x x

x f

t

M h

c s

4 139 3 25 8 0

1226 6

2 2

2

2 1

2

x x

-Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn A vào bản bụng cột

hf = 0.6 (cm), diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn này là:

Aw = 2 x 0.6 x (25-1) = 28.8 (cm2)

Ww = 2 x 0.6 x (25-1)2/6 = 115.2 (cm3)

-Khả năng chịu lực của các đường hàn được kiểm tra:

) / ( 6 11 8

28

4 139 2

115

2 2

cm kN A

V W

M

w

s w

Trang 49

1.5ls = 10.2 x 1.5 = 15.3 (cm)

) / ( 3 15 3 15

q s  

)(

9.7952

2.103.152

kNcm x

l q

M s s

) ( 06 156

9.79566

cm x

x

x f

t

M

h

c s

06 156 3 25

8 0

9 795 6

2 2

2

2 1

2

x x

-Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết sườn B vào bản bụng cột

hf = 0.6 (cm), diện tích tiết diện và momen chống uốn của các đường hàn này là:

Aw = 2 x 0.6 x (25-1) = 28.8 (cm2)

Ww = 2 x 0.6 x (25-1)2/6 = 115.2 (cm3)

-Khả năng chịu lực của các đường hàn được kiểm tra:

) / ( 8 8 8

28

06 156 2

115

9

2 2

cm kN A

V W

M

w

s w

50

2 20 43 112 10

98 173

y

a N M

n

T A

43 112 60

10 98 173 2

Trang 50

chịu.Nợi lực để tính toán đường hàn chọn trong bảng tở hợp nợi lực chính là cặp đã dung tínhtoán bulơng neo.Các cặp khác khơng nguy hiểm bằng.

-Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc phân vào:

) ( 75 291 2

43 112 50

10 98 173 2

2

kN x

N h

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột (cả đường hàn bản đế vào dầm đế)

      1 76.4( )

2

2542212

6.025212

1422

75.291

)

1

cm x

x f

l

N h

c w w

k yc

-Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột

48 1.( 0 7 18 ) 1 0.04( ).

2

63 43

) ( min

2

cm x

x f

l

V h

c w w

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	9,26 MB