Đồ án kết cấu thép Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng

Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kếKC thép nhà CN ứng với lọai ray KP120 ta có chiều cao là 0,17m , chiều cao của đệm II.2/ Các kích thớc theo phơng ngang: a-Tính bề rộng tiết

-C¸c sè liÖu kh¸c cÇn thiÕt cho thiÕt kÕ tù lùa chän

sơ đồ khung 1 nhịp

Tra phụ lục VI-2(tr-138 sách TK kết cấu thép nhà công nghiệp _Đoàn Định Kiến)

ta có các số liệu về cầu trục :

+ Lk=25,0 m+ Hc= 4,0 m

II/ Xác định các kích thớc khung ngang:

II.1/ Các kích thớc theo phơng thẳng đứng:

a- Chiều cao dầm cầu trục:

Chiều cao dầm cầu trục lấy thiết kế sơ bộ khoảng (1/81/10) bớc cột nên :

100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

f: khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu lấy bằng 0,3 (m) (theo sách thiết kế Kết cấu thép nhà CN )

H2=(4+0,3)+0,1= 4,4 (m)

c - Chiều cao của cột trên:

Htr = Hdct+H2+Hr

hr : Chiều cao của ray và đệm Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kế

KC thép nhà CN ứng với lọai ray KP120 ta có chiều cao là 0,17m , chiều cao của đệm

II.2/ Các kích thớc theo phơng ngang:

a-Tính bề rộng tiết diện cột trên:

b- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột trên a:

Khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục Do sức trục Q=100T >75T nên ta chọn a=500 mm

III/ Chọn kích thớc mái:

1 Dàn mái ( xà ngang):

a - Chiều cao đầu dàn:

Với kích thớc là dàn hình thang lấy Hđd=2,2 (m) (theo sách thiết kế KC thép nhà CN)

b - Chiều cao giữa dàn:

Ta chọn theo mẫu chuẩn trong giáo trình kết cấu thép nhà công nghiệp

Vì tấm lơp mái là panel bê tông cốt thép do vậy ta chọn độ dốc i=(1/101/12)

Chọn độ dốc mái là i = 1/10, Hđd=2,2 m , L =27 m

 Chiều cao giữa giàn là: Hgd =3,55 (m)

2. Cửa mái:

Lcm=(1/31/2)L =(913,5) Chọn Lcm =9 (m),

Chiều cao ô cửa a=1/15L=1/1527 =1,8 (m) ;

Chiều cao bậu cửa: hbc =400450 mm

13500

IV/ Bố trí hệ giằng mái, cột :

Nhà xởng đợc thiết kế có chiều dài nhà là : 3060 =180m < 200m do đó khi bốtrí mặt bằng lới Cột ta không phải để khe lún nhiệt độ Mặt bằng lới Cột đợc bố trí nh hình vẽ dới

IV.1/ Hệ giằng ở mái :

là 60m Mặt bằng bố trí giằng cánh trên đợc thể hiện nh hình vẽ dới.Thanh chống dọcnhà dùng để cố định những nút quan trọng của nhà nh:nút đỉnh nóc, nút dới chân củatrời

b- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dới :

Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên nó

cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằngcánh dới tại đầu hồi nhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tờng hồi nêncòn gọi là dàn gió Do xởng có cầu trục Q > 75tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố tríthêm hệ giằng cánh dới theo phơng dọc nhà Hệ giằng nhà đảm bảo cho sự làm việccùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang cáckhung lân cận Mặt bằng bố trí nh hình vẽ dới

và cách nhau 12 - 15m theo phơng ngang nhà, theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tạinhững gian có giắng cánh trên và cánh dới Hệ giắng dứng đợc bố trí nh sau :

27000

6000 3000

4500 4500

3000 6000

d- Bố trí hệ giằng Cột :

Đảm bảo sự bát biến hình và độ cứng của nhà theo hơng dọc,chịu thể tảI trọngtác dụng dọc vào nhà và độ ổn định của cột Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trụccác thanh giằng và các thanh chéo chữ thập Các thanh giằng bó trí suốt chiều cao của

2 cột đĩa cứng trong phạm vi đầu dàn chính là hệ giằng đứng của mái : Lớp trên từmặt dầm cầu trục đến nút gối tựa dới của dàn kèo Lớp dới bên dới dầm cầu trục cho

đến chân cột Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục Cột Các thanh giằnglớp dới đặt trong mặt phẳng hai nhánh Trong các gian đầu và cuối nhà bố trí giằng lớptrên giằng này làm tăng độ cứng dọc nhà, truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa cứng.Việc bố trí giằng cột đợc thể hiện nh sau :

+12.900 +18.200

6000 6000

b- Tính toán khung ngang:

I-Tải trọng tác động lên khung ngang:

I.1-Tải trọng tác động lên dàn: đợc tính ra đơn vị daN/m 2

a- Tải trọng mái:

Dựa vào cấu tạo của mái để tính trọng lợng từng lớp(đơn vị N/m2 mặt dốc mái)

Đổi ra N/m2 mặt bằng bằng cách chia cho cos ,  là góc dốc của mái

STT Tên lớp vật liệu  (m) (m) Gtc(daN/m2) n Gtt(daN/m2)

gm= gom/cos=546/0.995 = 548.7 (daN/m2)

b- Trọng lợng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm)

gd = 1,1.1,2.d.L (daN/m2)

d=0,6  0,9 :Là hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn, ứng với nhịp từ 24  36m.Với L=27m ta chọn d=0,7

1,2:hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng

L:nhịp dàn 27m theo đầu bài

1,1 Hệ số vợt tải

gd= 1,1.1,2.0,7.27= 24,95 daN/m2 mặt bằng

c-Trọng lợng cửa mái: (lấy theo kinh nghiệm)

gcm=1,1.(12  18) daN/m2 cửa trời

Ta lấy gcm=14 daN/m2 cửa trời

d- Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa:

- Trọng lợng cửa kính:

gk=1,1.(35  40) daN/m2 cửa

Ta lấy gk= 40 daN/m2

- Trọng lợng của bậu cửa:

gb=1,1.(100  150) daN/m bậu cửa (trên + dới)

G2 G3 G4 G5 G4 G3 G2

Tính cho 1 bớc khung :p =1,3.po .B =1,3.75.6=585 daN/m=5,85 KN/m

h- Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của hoạt tải

a- Do phản lực đầu dàn (lực đợc đặt vào trục cột biên):

Do tải trọng thờng xuyên :

A=g.L/2=32,65.27/2=440,77 KN

Do tải trọng tạm thời :

b- Do trọng lợng của dầm cầu trục:

Theo công thức kinh nghiệm:

Gdct=dct.L2

dcc.nVới Q=100T ta chọn dct =40, Ldct=6m , n=1,1

 Gdct= 40.62.1,1= 1584 daN=15,85 KN

c- 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 Xác định

do 2 cầu trục hoạt đông tại 2 nhịp liên tiếp

Đờng ảnh hởng của phản lực tại vai cột

Tra bảng VI-1,2 sách thiết kế KC thép nhà CN phụ lục cầu trục ta có :

Pc

1max = 44tấn = 440 KN Pc

2max = 45tấn = 450 KNQ:trọng lợng vật cẩu=100T theo đầu bài Q =100T=1000 KN

G:trọng lợng của toàn bộ cần trục G = GXe + GCT = 43+135= 178tấn=1780 KN

no:số bánh xe 1 bên ray no = 4 bánh

Pc 1min=(Q+G)/no - P c

1max= (1000+1780)/4 - 440 = 255 KN

Pc 2min=(Q+G)/no - P c

2max= (1000+1780)/4 - 450 = 245KN

p1 p1 p1

840 4560

840 1280

8800

1280 1280

nc:hệ số tổ hợp xét đến ảnh hởng của nhiều cầu trục 1 lúc,vì có cầu trục hoạt động

ở chế độ nặng nên lấy nc=0,9

n:hệ số vợt tải n=1,2

yi:Tung độ của đờng ảnh hởng

-áp lực nhỏ nhất phía bên kia là D min :

Dmin=n.nc.( Pc

1min.yi + Pc

2min.yi)

Dmin = 1,2.0,9.[255.0,1 + 245.( 1 + 0,86+ 0,5733 + 0,4333)]= 786,04KN

d-áp lực ngang của cầu chạy:

Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy, má hãm lại tạo ra lực hãm ngang áp lựcngang trên 1 bánh xe:

Tc

1= (Q+GXC).0,05/no.Tra bảng cầu trục ta có GXe =43T=430KN

Tc

1 = (1000 + 430) 0,05/4 = 17,88 KNCác lực ngang Tc

1 truyền lên cột thành lực hãm ngang T Lực T đặt ở cao trình dầmhãm, lợi dụng đờng ảnh hởng khi xác định lực nén lên vai cột ta có thể xác định đợclực T nh sau(Tính theo phơng ngang):

T= n.nc Tc

1.yi=1,2.0,9.17,88.(0,1 + 0,86 + 1 + 0,5733 + 0,4333) = 57,29KN

Lực này chỉ có thể có một trong 2 cột

II.3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang :

Theo TCVN 2737-95 Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm:

- Gió thổi lên mặt bằng tờng dọc đợc chuyển thành lực 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(đầu cột)

Trong phạm vi tờng dọc

Tra bảng tải trọng gió khu vực TP Hải Phòng thuộc vùng IV B ta có : qo= 155 daN/m2

Phía đón gió : qd=n.qo.k.c.B (daN/m)

Phía trái gió : qtr=n.qo.k.c’.B (daN/m)

500 27000

Ce1=0,7 Ce1=-0,8 Ce1=-0,6

Ce1=-0,6 Ce1=-0,5

Ce1=-0,6

Ce1=0,8 Ce1=-0,62

k:Trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đáy vì kèo và giá trị ở độ cao điểm cao nhất của mái k = (1,112 +1,168) /2 = 1,140

Lực tập trung W ở cánh dới vì kèo :

W = 1,3.155.1,14.6.[2,2.0,8 + 0,9.(-0,62) + 2,5.0,7 + 0,45.(-0,8)] = 3572,4

daN=35,72 KN

W’ = 1,3.155.1,14.6.[ 0,6.(2,2+0,9+2,5+0,45)] = 5003 daN=50,03 KN

III.Tính nội lực khung ngang

III.1 Sơ đồ khung ngang

Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung :mômen uốn, lực cắt, lực dọc trong các tiết diện khung Việc tính khung cứng có các thanh rỗng nh giàn, cột kháphức tạp nên thực tế ta thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ giàn đơn giản hoá vơíi các giả thiết :

- Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tơng đơng đặt tại cao trình dới của giàn

-Khi tính khung với tải rọng không phải là tải trọng đứng tác dụng lên giàn thì xem giàn cứng vô cùng

-Đối với cột bậc, trục cột dới coi nh trùng với cọt trên, nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai cột trên Khi đó tải trọng truyền xuống kể thêm mômen lệch tâm ở chỗ thay đổi tiết diện cột : M =V.e0

40 25

III.2 Tính nội lực khung.

a) Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang :

.4 22

EJ J

E L

EJ

Mômen ở đầu cột do  1

1 2

1 8 1 7

J J

Mômen cuối cùng :

-Tại đầu xà :

1 1

1 1

Biểu đồ mômen hình bên dới

Mômen lệch tâm tại vai cột :

Biểu đồ mômen do mômen lệch tâm Me hình bên dới

Cộng 2 biểu đồ mômen ta đợc biểu đồ mômen do tải trọng trên mái gây ra

Mômen tổng cộng do tĩnh tải gây ra :

MB=-230,18+34,95=-195,23(KN.m)

MC =-93,55 -90,71 =-184,26 (KN.m)

MCd=-93,55+129,68 =36,13 (KN.m)

MA=239,02-176,18 =62,84 (KN.m)

mc

ma

230,18 93,55

239,02

a

c b

62,84

36,13 184,26

195,23

+

34,95

b) Tính khung với hoạt tải phân bố đều trên xà ngang :

Ta có :P /g =5,85/32,65=0,17917 nên ta tính đợc mômen tại các tiết diện do hoạt tải :

MB=-195,23 0,17917= -34,98(KN.m)

MCt=-184,26 0,17917= -30,01 (KN.m)

MCd=36,13 0,17917= 6,47 (KN.m)

MA=62,84 0,17917= 11,26 (KN.m)

c) Tính khung với mômen 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 Để tiện tính toán ta xem (Dmax+Gdct) và (Dmin+Gdct) là những hoạt tải :

Dmax+Gdct=1440,69+15,85=1456,54 (KN.)

Dmin+Gdct=786,04+15,85=801,89 (KN.)Mômen lệch tâm do cầu trục: (e=hd/2=1,5/2=0,75)

Mmax=Dmax.e=1456,54.0.75=1092,41 (KN.m)

Mmin=Dmin.e=801,89.0,75=601,42 (KN.m)

Ta coi xà ngang có độ cứng là vô cùng,ẩn số là chuyển vị ngang của nút trên:

Mmax Jd= &

Mmin b

c a

b' c' a'

b c a

b' c' a'

Jd= &

b c a

p

R r

(Dấu trừ của phản lực qui ớc là chiều phản lực ngợc với chiều chuyển vị, nghĩa

là từ phải sang trái)

Vẽ biểu đồ mômen do Mmax,Mmin trong hệ cơ bản.Ta dùng kết quả đã tính với Me

ở trên và nhân với hệ số tỉ lệ:-Mmax/Me và -Mmin/Me

-Mmax/Me=-1092,41/220,39=-4,957-Mmin/Me=601,42/220,39=-2,729

Phản lực trong các liên kết thêm:

Nhân biểu đồ đơn vị với giá trị Delta và cộng với biểu đồ mômen trong hệ cơ bản do

Mmax, Mmin ta đựơc kết quả:

M = M +MP

1713,6 359,48

305,74

535,86

295,74 402

2

1 2 1

2

1 2 1

A

A C A

1 2 1

1 2 1

1 2 1

d C

Ph¬ng tr×nh chÝnh t¾c: r11.+R1p= 0

1 11

p

R r

1 2 1

2

1 3

0,1586 71, 2

80, 21 68,92( )

4,057 71, 2

103,75 392,61( )

392,61 149,12

41,99( )13,7 0,8

1

1 2 1

392,61

68,92 93,96

288,86

11,29

102,75

7-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 :

a'

b c

a

b' c'

a'



Jd= &

b c

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

- Đối với cột trái :

3

123, 49( )2

Giá trị của biểu đồ mômen cuối cùng:

-+ Cột trái:

2 1

2

1 3

2 1

2

1

4.057 111,5

395, 48 847,84( )

2

1

0,1586 111,5

123, 49 105,81( )

1 2 1

1 2 1

1 3 '

1, 443 111,5

143,3 304,19( )

0,1586 111,5

97,19 79,5( )

4.057 111,5

311, 24 763,6( )

763,6 395,48

105,81

Nội lực dọc N trong trong cột đợc xác định nh khi dàn liên kết khớp với cột , nhvậy chỉ cần dồn tải trọng đứng về cột một cách thông thờng ( việc xác định N bằngcách giải khung cứng , mất nhiều công mà kết quả sai khác không quá 1%) Phầncột trên chịu A, A’(V,V’), phần cột dới chịu thêm Dmax , Dmin, Gdct và bỏ quatrọng lợng tờng Sau khi tính toán xong khung (tính đợc M,N,Q tại các tiết diện )với từng loại tải trọng , tiến hành tổ hợp tải trọng một cách bất lợi nhất để xác địnhnội lực tính toán mà chọn tiết diện khung

Các kết quả giải khung đợc ghi vào bảng nội lực Với mỗi cột xét 4 tiết diện tiêubiểu , tại mỗi tiết diện ghi trị số M,N do mỗi loại tải trọng gây ra, riêng tiết diện Asát móng thì thêm giá trị lực cắt Q.Các trị số M,N,Qcủa mỗi loại tải trọng (trừ trọnglợng bản thân ) đợc ghi làm 2 dòng, dòng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hợp cơbản 1 , dòng dới ghi trị số nhân với 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản 2(hệ số tổ hợp 0,9).THCBI = Tải trọng thờng xuyên + 1tải trọng tạm thời

THCBII = Tải trọng thờng xuyên + 0,9xtải trọng tạm thời

Ta cần tìm tại mỗi tiết diện:

140.9

19.22

0

0

196.3

176.7

0

0

79.50

71.55

108

Phần 2 :Thiết kế 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=-820,7 (KN.m)

N=511.9 (KN.)

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

- Để chọn tiết diện cột dới có thể chọn nhiều cặp tuỳ thuộc vào tính toán bộ phậnnào đấy

- Để xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có (Nnhánh)max lớnnhất:

M=2655,8 (KN.m)

N=1219,3 (KN.)Nội lực tính toán đợc xác định bởi 3 cặp từ bảng tổ hợp

Với cột dới :

-Tại tiết diện A : N1 = 1808,5 (KN.) M1 = -1367 (KN.m)

- Tại tiết diện A : N2= 1219,3 (KN.); M2 = 2655,8 (KN.m)

I- Xác định chiều dài tính toán:

Với cột của nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng ta có chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung đợc xác định:

l1y = Hd=13,7 m

l2y = Ht-Hdcc = 5,3-0,7 = 4,6 m(Hdcc=0,7m theo tính toán phần I)

II-Thiết kế tiết diện cột:

II.1-Xác định lực tính toán của cột:

Vì khi tổ hợp nội lực ta cha kể đến tải trọng bản thân của cột nên ta cần tính thêmtải trọng bản thân của cột khi tính toán cột Ta coi tải trọng bản thân nh lực tậptrung đặt tại tâm tiết diện cột ở trên đỉnh cột Ta tính toán theo công thức :

 : Hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy =1,6;

: Trọng lợng riêng của thép lấy  = 78,50 KN/m3

N: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi cha kể đến trọng lợng bản thân.Vớicột trên N = Nt = N = 511.9 (KN.)

ổn định ngoài mặt phảng khung ta chọn tiết diện nh dới đây:

- Chiều cao tiết diện cột trên bt=0,5m(theo phần I)

- Chiều dày bản bụng : đợc chọn sơ bộ b= 12 mm

 F = 215,2 cm2.(thoả mãn)

c-Kiểm tra tiết diện đã chọn:

Tiết diện cột phải thoả mãn các điều kiện về bền về ổn định tổng thể và ổn định cục bộ

- Các đặc trng về hình học của tiết diện cột:

Diện tích tiết diện: F=215,2 cm2

X= 4077,9 18,95

215, 2

X X

x

y ry R

E

x rx R x E

với E=2,1.104 KN/cm2

- Độ lệch tâm tơng đối m và độ lệch tâm tính đổi m 1 :

Độ lệch tâm tơng đối: m = 158.215, 2

8,344077,9

ng x

e F W

Fng:=215,2 cm2 : Diện tích tiết diện nguyên

- Kiểm tra ổn định tổng thể của cột:

+ Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:

x = N/(lt.Fng)  .Rvới m1 = 11,34;  x 2,0

Tra bảng phụ lục II.2 nội suy ta có lt=0,1129

Cột đảm bảo ổn định trong mặt phẳng khung

+ Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung:

Tính mômen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có

Tra bảng phụ lục II.1 ta nội suy đợc y= 0,883

Xác định c : hệ số kể đến ảnh hởng của mô men và hình dáng tiết diện phụ thuộc vào độ lệch tâm mx;

 < 21,50 KN/cm2 vậy cột đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

- Kiểm tra ổn định cục bộ của cột:

+ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo điều kiện : hb/b < [ho/b]

21, 5

E

Ta có : bo/c= (bc- b)/2c = (40 – 1,2)/(2.2) = 9,7 < [bo/c] =17,5Thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ bản cánh

II.3-Thiết kế cột dới (ta dùng cột rỗng):

II.3.1- Chọn tiết diện nhánh:

Ta giả thiết gần đúng khoảng cách giữa 2 trục nhánh C = hd =150cm =1,5m

Các cặp nội lực: N1 =1837,65 KN M1= -1367 KN.m

N2 =1248,45 KN M2=2655,8 KN.mKhoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trục 2 nhánh là:

Fycnh2= Nnh2/R = 2895,6/(0,8.21,5 1) = 168,35 cm2.Theo yêu cầu độ cứng bề rộng cột: