ĐỒ ÁN THÉP 2 NHÀ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP: I> Số liệu đồ án: + Nhịp nhà: L = 33(m) + Cao trình đỉnh ray: Hr = 8.8(m) + Sức cẩu của cẩu trục: Q = 20(T) + Áp lực gió tiêu chuẩn: W0 =0. 55(KNm2) + Vật liệu lợp tôn kim loại: gtc = 0.1(KN m2) + Độ dốc mái: i = 10% + Bước khung: B = 6(m) + Cầu trục có chế độ làm việc trung bình, móc cẩu mềm. + Phương án 1: Tính nội lực khung bằng phương pháp chuyển vị có bảng tra. + Địa hình khu vực B.

+ Áp lực gió tiêu chuẩn: W0 =0 55(KN/m2)

+ Vật liệu lợp tôn kim loại: gtc = 0.1(KN/ m2)

+ Cầu trục có chế độ làm việc trung bình, móc cẩu mềm

+ Phương án 1: Tính nội lực khung bằng phương pháp chuyển vị có bảng tra + Địa hình khu vực B

II> Chọn sơ bộ kích thước tiết diện:

Trọng lượng cầu trục: Pct = 50(T)

 Xác định kích thước phương đứng:

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 2 | 63

+ Chiều cao dầm cầu chạy: hdcc = 1

10 B = 600(mm)

+ Dự định cột được chon ngầm dưới mặt nền => hm = 0

+ Chiều cao thực của phần cột dưới:

Hình 1: Mặt cắt ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp

 Xác định kích thước phương ngang:

+ Chiều cao tiết diện phần cột dưới:

+ Dự định chọn nhánh trong cột dưới trùng với trục dầm cầu chạy, tức là với tim ray, do vậy chiều cao tiết diện cột dưới được tính như sau:

Với: a ht B1 D ( với D là khe hở an toàn giữa cầu trục và cột, chọn

60mm)

≥ 500+280+60-750 = 90 Chọn a = 250(mm)

hd = 750(mm)

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 4 | 63

Hình 2: Các kích thước của khung ngang

III> Bố trí hệ giằng:

a Nhiệm vụ:

Tạo thành kết cấu không gian cứng bất biến hình

Giữ ổn định cho thanh chịu nén

Chịu tải trọng dọc nhà để truyền xuống móng; phân phối lực cục bộ sang các khung lân cận

Tạo điều kiện thuận lợi cho thi công

b Bố trí hệ giằng:

Giằng cột: bao gồm giằng cột dưới và giằng cột trên

Giằng mái: giằng trong mặt phẳng cánh trên, cánh dưới và hệ giằng đứng

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG CÁNH TRÊN TL1:1000

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG ĐỨNG TL1:1000

6000

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 7 | 63

g: Hệ số độ tin cậy về tĩnh tải, lấy g= 1.1

0

g (KN / m ): Tĩnh tải tiêu chuẩn mái phân bố trên m2 mặt bằng nhà

+ Ta tính tải trọng mái tác dụng lên khung như sau:

Tải trọng do dàn vì kèo tác dụng lên khung:

0

m

g g B = 1.1 x 25 x 6 = 165(daN/m) Tải trọng do dàn đỡ kèo, giằng mái tác dụng lên khung:

0cos

m g m

g B g

1.1 10 6 cos10

 Hoạt tải sữa chữa mái:

+ Tải trọng sửa chữa mái:

Hình 4: Hoạt tải sữa chữa mái tác dụng lên khung ngang

 Hoạt tải do cầu trục:

+ Tải trọng do dầm cầu chạy và dầm hãm cùng với rây, đệm coi như lực tập trung đặt trên vai đỡ cầu trục Đối với dầm nhịp 6m lấy theo kinh nghiệm 320 daN/m dài Như vậy lực tập trung tại vai cột là 320x6 = 1920 daN = 19.2(KN)

+ Tải trọng cầu trục Dmax, Dmin:

Hình 5:Sơ đồ tính toán áp lực cầu trục lên vai cột bằng đường ảnh hưởng.

+ Tải trọng truyền lên vai cột sẽ bằng tải trọng cầu trục tác dụng lên cộng với tải

trọng do dầm cầu chạy Do đó :

+ Tải trọng tác dụng lên vai cột trái: Nmax = 563+19.2 = 582.2KN

+ Tải trọng tác dụng lên vai cột phải: Nmin = 181+19.2 = 200.2KN

Nmax=582.2KN Nmin=200.2KN

Hình 6: Hoạt tải sữa chữa mái tác dụng lên khung ngang

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 11 | 63

11.4 0.42 33

- Giả định không có sườn tường

- Tải trọng phân bổ lên cột khung

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 12 | 63

Chọn sơ bộ tỉ lệ độ cứng như sau

d1

I I

Sơ đồ tính toán như sau:

1 Tĩnh tải: 2 Hoạt tải mái:

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 14 | 63

Bảng nội lực:

(Hệ số n=1)

19.2

51.49 -96.48 33.40 96.48 105.29 17.17

59.76 68.39 59.76 -2.23

641.96 100.18 641.96 59.41 19.75

60.84 86.33 60.84

20.16

261.04 46.29 261.04 113.30 19.75

54.07 -30.60 54.07

19.90 -54.07 9.76 54.07

400.92

71.98

66.53 174.95 66.53

37.20 -66.53 24.72 66.53 509.52 83.79

-H U Ỳ N -H T -H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 16 | 63

Bảng nội lực:

(hệ số n=0.9)

Tĩnh

60.3 64.4 60.3

36.1 -60.3 24.8 60.3 43.3 8.4

-Hoạt

35.3 37.7 35.3

21.1 -35.3 14.5 35.3 25.4 4.9

-T trái 5 0.9 1.5 -11.0 -1.5 29.8 1.5

29.5 -1.5

110.2

17.3

386.2

74.3

-Gió

phải 8 0.9 -7.6 129.6 7.6

37.5 -7.6 36.1 7.6 367.9 65.9

616.35 103.53 616.35 95.59 24.64

-7

1,2,3,5

93.34 107.97 93.34

42.34

617.32 123.09 617.32 220.26 42.49

-8

1,2,4

93.35 121.3 93.35

38.74

273.53 55.02 273.53 144.09 24.64

-9

1,2,4,6

94.32 150.59 94.32

43.12 -274.5 59.58 274.5 229.85 34.69

-10

1,3,7 -54.2 -20.49 54.2 5.84

578.18 82.26 578.18 -360 -55.58

-11

1,3,5,7

55.17 -23.31 55.17 25.58

579.15 101.82 579.15

484.67 -73.43

-12

1,3,8

65.42 164.51 65.42 -9.73 -589.4 95.72 589.4 459.4 84.61

-13

1,3,5,8

66.39 167.33 66.39

29.47

590.37 115.28 590.37 584.07 102.46

-14

1,4,7

55.18 -4.34 55.18 -10.3

235.36 33.75 235.36 -311.5 -55.58

-15

1,4,6,7

56.15 -33.63 56.15

14.68

236.33 38.31 236.33

397.26 -65.63

-16

1,4,8 -66.4 180.66 66.4

25.87

246.58 47.21 246.58 507.9 84.61

-17

1,4,6,8

67.37 209.95 67.37

30.25

247.55 51.77 247.55 593.66 94.66

- Kiểm tra chuyển vị:

Chuyển vị ngang của khung:

Nội lực tính toán được xác định cho mỗi đoạn cột , lấy từ bảng tổ hợp nội lực

Trong phần cột trên, tiết diện sẽ chọn là tiết diện đối xứng, cho nên chọn cặp nội lực M-N có giá trị momen và lực dọc lớn nhất (không cần để ý đến dấu của M) trong các cặp nội lực của tiết diện I-I và II-II;

Trong phần cột dưới, tiết diện sẽ chọn không đối xứng, do vậy cần xác định cặp nội lực nguy hiểm cho từng nhánh cột Ở đây, chúng ta hiểu “nguy hiểm” có nghĩa là gây ra lực dọc lớn nhất trong từng nhánh tương ứng Có thể sơ bộ tính lực dọc trong nhánh cầu trục và nhánh mái theo công thức:

Nc.truc = M+/hd + Ntu/2 Nmái = M-/hd + Ntu/2

Cặp nội lực

nguy hiểm

Cột trên

Cột dưới Nhánh cầu trục (M1, N1)

Nhánh mái (M2, N2)

c Chọn tiết diện sơ bộ:

Tiết diện cột trên chọn dạng chữ I đối xứng ghép từ ba bản thép, với chiều cao tiết

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 20 | 63

 Diện tích của tiết diện vừa chọn:

d Kiểm tra tiết diện đã chọn:

 Các đặc trưng hình học của tiết diện:



 Độ mảnh và độ mảnh quy ước của cột:

 Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi

N M 67.37 209.95 100

14.08kN/ m

A W 122.72 1551.27

Ta có 14.08kN/ cm2 f c 22kN/ cm => Thoả điều kiện bền 2

 Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

Momen ở 1/3 đoạn cột là:

Momen quy ước:

Độ lệch tâm tương đối:

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 22 | 63

2

67.37

9.1 / 0.076 0.794 122.72

y y

được:

Tiết diện cột đã chọn có Vậy tiết diện đã chọn là thỏa mãn

4 Cột dưới:

a Hình dạng cột:

b Chọn tiết diện:

 Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh cầu trục (nhánh 1):

Được xác định bởi phương trình:

 Giả thiết hệ số , diện tích yêu cầu của các nhánh là:

 Chọn bề rộng cột (chiều cao tiết diện nhánh):

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 24 | 63

 Nhánh mái (nhánh 2):

Dùng tiết diện tổ hợp từ một thép bản 260 x 20 và hai thép góc đều cạnh L100x10

có

Diện tích tiết diện nhánh 2:

Khoảng cách từ mép trái của tiết diện (mép ngoài bản thép) đến trọng tâm tiết diện nhánh mái là

Các đặc trưng hình học của tiết diện:

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 25 | 63

 Diện tích tiết diện cột dưới:

160

 Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện tới nhánh 1& nhánh 2

 Momen quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:

208265.28

c Xác định hệ thanh bụng:

 Bố trí hệ thanh bụng như hình:

Khoảng cách các nút giằng a = 100cm Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 26 | 63

Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:

Sơ bộ chọn thanh xiên là một thép góc L50 x 5 gồm các thông số:

Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q = 88.2 kN là:

Kiểm tra thanh bụng xiên:

Độ mảnh:

Tra bảng D.8 trang 109 TCVN 5575-2012 , ta được:

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên (kể đến sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thanh)

Điều kiện ổn định:

Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x là:

Kiểm tra ứng suất:

 Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:

Với cặp 1:

Dựa vào bảng D.11 (TCXDVN 338 : 2005), ta được:

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 28 | 63

Với cặp 2:

Dựa vào bảng D.11 (TCXDVN 338 : 2005), ta được:

e Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột:

 Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu N tx =168.03 kN

 Đường hàn liên kết thanh bụng vào nhánh cột:

Vì đường hàn chịu lực cắt quy ước rất bé Vì vậy chọn theo cấu tạo với

f Kiểm tra độ cứng cột:

Cột trên:

Cột dưới:

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 29 | 63

Vậy tỉ lệ độ cứng tính toán được lệch so với giả thiết nên không cần giả thiết lại

VII> Thiết kế chi tiết cột

1 Tính toán mối nối 2 cột và thiết kế vai cột:

Nội lực cánh ngoài mối nối chịu N ngoài (KN) 223.9

Chiều dài đường hàn đối đầu l w = b c - t f (cm) (b c : bề rộng cánh; t f : chiều dày cánh ) 16.8

Dùng mối nối đối đầu thẳng, ứng

suất trong đường hàn nối

2

w

trong w

+ bề rộng sườn gối dầm cầu chạy b = 300 mm

Chọn bề dày bản đậy nhánh cầu trục = 20 mm

+ Bề dày bản bụng :

max 582.2 19.2

0.55 (cm) ( 2 ) (30 2 2) 32

dcc dv

trong ct d ct cd

N h h h M

f l

+ Đường hàn liên kết bản bụng dầm vai vào nhánh cầu trục (bốn đường) sẽ chịu lực Dmax +

Gdcc cùng với phản lực do Ntrong gây ra :

max

min

198.2 500 582.2 19.2

750 0.43 (cm)

trong ct dcc

cd f

h h

4-4

325x320x20 550x320x20

810x320x10 910x320x10

165x150x8

CT2

L-50x5 6 I-360x200x10x15 1

a Thiết kế chân cột cho nhánh mái :

Lực nén lớn nhất phát sinh trong nhánh mái :

ô1

Bản đế Dầm đế

Dầm đế

Sườn ngang

b Xác định kích thước bản đế :

nen bd

b

N

KN cm F

Vì bd R nencb

 Thỏa điều kiện bền của bê tông móng dưới chân cột

 Xác định nội lực trong các ô bản đế : (Vì ô 2 nguy hiểm hơn ô 3 nên không cần xét ô 3)

- Ô bản 1: Dạng công sôn với phần vươn ra 20 mm

bd

N

kN cm F

Moment uốn lớn nhất trong các ô bản :

M

cm f

Chọn bề dày bản đế bằng 35 mm

Bản đế Dầm đế

Sườn ngang

4 Tính toán sườn ngăn :

+ Sườn ngăn được xem là công sôn, ngàm vào nhánh mái

M

f

 Chọn chiều cao sườn bằng: h s = 30cm

+ Sườn liên kết vào bản lưng nhánh mái bằng hai đường hàn góc

+ Chọn chiều cao đường hàn h f = 10 mm

+ Chiều dài đường hàn bằng chiều dài sườn ngang

- Đường hàn liên kết bản lưng với bản đế được chọn theo cấu tạo

- Đường hàn liên kết dầm đế với bản đế, chịu tải q2dđ = 16.2 kN/cm.Chiều cao đường hàn cần thiết :

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 38 | 63

6 Thiết kế bulông neo :

- Lực kéo lớn nhất trong nhánh mái là Nkéo = 908.1 kN Dùng bulông (cấp 8,8) có cường

độ chịu kéo ftb = 40 kN/cm2 Diện tích cần thiết của bulông neo :

Fbl = Nkéo/ftb = 908.1/40 = 22.7 cm2

Chọn 2 bulông Φ48 có Fbl = 2 x 14.72 = 29.44 cm2

7 Thiết kế vai đỡ bulông :

Chọn thép bản làm vai đỡ có kích thước : 10 x 80 x 200 mm

Chọn chiều cao đường hàn hf = 10 mm

Chiều dài đường hàn lw = 200 mm

Kiểm tra khả năng chịu lực của 4 đường hàn góc với :

 Thiết kế chân cột cho nhánh cầu trục :

Lực nén lớn nhất phát sinh trong nhánh cầu trục :

( ) ax

nen bd

b

N

KN cm F

Vì bd R nencb

ô1

Bản đế Dầm đế

Dầm đế

ô2

Sườn ngang

bd

N

kN cm F

Moment uốn lớn nhất trong các ơ bản :

M

cm f

Chọn bề dày bản đế bằng 20 mm

Dầm đế

Sườn ngang

3 Tính toán sườn ngăn :

+ Sườn ngăn được xem là công sôn, ngàm vào nhánh mái

M

f

 Chọn chiều cao sườn bằng: h s = 20cm

+ Sườn liên kết vào bản lưng nhánh mái bằng hai đường hàn góc

+ Chọn chiều cao đường hàn h f = 10 mm

+ Chiều dài đường hàn bằng chiều dài sườn ngang

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 44 | 63

5 Thiết kế bulông neo :

- Lực kéo lớn nhất trong nhánh mái là Nkéo = 1056.5 kN Dùng bulông (cấp 8,8) có cường

độ chịu kéo ftb = 40 kN/cm2 Diện tích cần thiết của bulông neo :

Fbl = Nkéo/ftb = 1056.5/40 = 26.41 cm2

Chọn 2 bulông Φ48 có Fbl = 2 x 14.72 = 29.44 cm2

6 Thiết kế vai đỡ bulông :

Chọn thép bản làm vai đỡ có kích thước : 10 x 80 x 200 mm

Chọn chiều cao đường hàn hf = 10 mm

Chiều dài đường hàn lw = 200 mm

Kiểm tra khả năng chịu lực của 4 đường hàn góc với :

5.83

24.46

4.37 4.37

Tổ hợp Nmax

Tổ hợp Nmin

Tổ hợp Nkéo

Tổ hợp Nnén

4.37 4.37

 Mô hình trên là tính và chọn thép cho cả hệ cửa mái

 Giá trị nội lực tính toán của 1 thanh:

- Nếu thanh chỉ chịu kéo (Nmax<0) hay nén (Nmin>0) thì lấy giá trị đó làm giá trị nội lực tính toán

- Nếu thanh chịu cả kéo và nén:

Nếu giá trị của lực kéo bé hơn (Nmax Nmin ) thì ta lấy giá trị chịu nén (Nmin) làm giá trị nội lực tính toán

Nếu giá trị của lực nén bé hơn (Nmax Nmin ) thì ta lấy giá trị chịu nén (Nmin) làm giá trị nội lực tính toán sau đó đi kiểm tra với giá trị chịu kéo (Nmax)

 Chiều dài tính toán của các thanh dàn được xác định như trong bảng sau:

Không có dàn phân nhỏ

Có dàn phân nhỏ

d 2

I29

Với Id (A ztr tr2 A z )d d2 778535.53cm 2 Với Atr 15.06cm ;z2 tr 168cm;Ad 11.64cm ;z2 d 217cm

1/2 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC MÁI (mm)

62.28

-1 38

61.75 -93.89

-93.98 -142.74

25.96

15 55

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 52 | 63

N1 = -118.38 kN ( thanh xiên đầu dàn) – 2L65x6

N2 = 43.99kN ( thanh canh dưới) – 2L60x5

I-360x200x10x15 1 I-360x200x10x15 1

Độ lệch tâm e của H so với tâm đường hàn: e = 60mm, L w = L bm – 1 = 44 cm

Đường hàn cần thiết để liên kết bản mắt vào sườn gối:

2

max min

Bulông:

max 2

121.18

60.592

1.95 17.5

b th

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 55 | 63

Độ lệch tâm e của H so với tâm đường hàn: e = 105 mm, L w = L bm – 1 = 25 cm

Đường hàn cần thiết để liên kết bản mắt vào sườn gối:

2

max min

Chọn mỗi bên 2 bu long, khoảng cách giữa các bulong là 10cm, z = 4 cm, l1 = 10cm

Lực kéo lớn nhất trong bulong xa tâm quay nhất:

0.42 17.5

b th

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 58 | 63

2 Mắt khuếch đại giữa dàn:

a Mắt khuếch đại đỉnh dàn:

Nct = -148.53 kN ( thanh cánh trên tại nút đỉnh dàn) – 2L65x6

Lực tính toán nối thanh cánh:

8x500x180

8x640x280

8x230x210

B-4.6 M12

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 59 | 63

115.63

4 26.94 12.6 0.4

Nbn= Nbm x cos(5.710) +Nxiên x cos(390) = 76.8 kN (với Nbm=62.61kN, Nxiên=15.55kN)

Đường hàn liên kết bản nối vào bản mắt: ( chọn h w = 4mm)

N

kN cm f kN cm A

Bản nối liên kết với bản mắt bằng các đường hàn thẳng đứng

Kiểm tra đường hàn ( l w = 23cm, h w = 4mm)

b Mắt khuếch đại dưới:

kN cm f kN cm A

Bản nối liên kết với bản mắt bằng các đường hàn thẳng đứng

Kiểm tra đường hàn ( l w = 19cm, h w = 4mm)

H U Ỳ N H T H I Ệ N T À I – 8 1 0 0 2 8 0 1 T r a n g 61 | 63

3 Các mắt trung gian:

a Các thanh bụng đứng chịu lực có Nmax = 18.07kN, tiết diện 2L – 50x5

max 1

2L-50x5 30 2L-50x5

CT9

2L-65x6 11

2L-65x6 12

2L-50x5 32 2L-50x5

16

2L-60x5 8

2L-60x5 17

2L-60x5 9

2L-60x5 7

2L-60x5 15

2L-60x5 8

8x380x175

8x205x340

20.4 24

3.42

30.1 25

5.74

12.8 26

7.20

21.4 27

6.52

26.8 28

8.16

24.3 29

11.31 16.16

20.52 143.80

825.7 888.0

60.4 513.9

180.96 258.56

328.32 2300.80

13211.2 14208.0

966.4 8222.4

KHỐI LƯỢNG CHIỀU DÀI

KHỐI LƯỢNG CHIỀU DÀI

TRỌNG LƯỢNG CHIỀU DÀI

1 CẤU

1 THANH CHIỀU DÀI SỐ

L-65x6 L-65x6 L-65x6

L-60x5 L-60x5 L-60x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5 L-50x5

32 33