ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

6 3 Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang ..... 2.2 Xác định kích thước theo phương đứng Chiều cao phần cột dưới:  Phần cột chôn ngầm dưới mặt nền hoàn thiện ℎ = 0 Khi cấu tạo cổ

Mục Lục

1 Số Liệu Đề Bài 4

2 Xác Định Kích Thước Chính Của Khung Ngang 5

2.1 Chọn cầu trục phù hợp 5

2.2 Xác định kích thước theo phương đứng 5

2.3 Xác định kích thước theo phương ngang nhà 5

2.4 Kích thước dàn mái và cửa mái 6

2.5 Hệ giằng 6

2.5.1 Hệ giằng ở mái 6

2.5.2 Hệ giằng ở cột 6

3 Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang 7

3.1 Tĩnh tải 7

3.2 Tải trọng sửa chữa mái 7

3.3 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột 7

3.4 Lực xô ngang của cầu trục 8

3.5 Tải trọng gió 9

4 Xác Định Nội Lực Khung Ngang Dựa Trên Cơ Sở PP Phần Tử Hữu Hạn 11

4.1 Biểu đồ tải trọng 11

4.2 Biểu đồ Mômen 17

4.3 Bảng nội lực 20

4.4 Bảng tổ hợp nội lực 21

5 Thiết Kế Cột 22

5.1 Xác định chiều dài tính toán của cột 22

5.1.1 Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung 22

5.1.2 Chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung 22

5.2 Thiết kế tiết diện cột trên 23

5.2.1 Chọn tiết diện sơ bộ 23

5.2.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn 23

5.3 Thiết kế tiết diện cột dưới 26

5.3.1 Chọn tiết diện sơ bộ 26

5.3.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn 26

 Địa điểm theo TCVN 2737-95 để phù hợp với vùng gió : IVA

 Liên kết dàn với đầu cột : Liên kết ngàm

2 Xác Định Kích Thước Chính Của Khung

 Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục K = 5 m

hở giữa cầu trục và mép trong cột trên)

2.2 Xác định kích thước theo phương đứng

Chiều cao phần cột dưới:

 Phần cột chôn ngầm dưới mặt nền hoàn thiện ℎ = 0 (Khi cấu tạo cổ móng sao cho mặt trên cổ móng vừa bằng cao trình nền)

 Ta có thể xác định chiều cao thực phần cột dưới theo công thức:

Chiều cao phần cột trên:

 Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép dưới kết cấu mái Lấy 100 mm

 Độ võng kết cấu mái f = (1/100)L = 0,33 m Lấy chẵn 0,3 m

 Chiều cao thực phần cột trên xác định theo công thức:

2.3 Xác định kích thước theo phương ngang nhà

Số liệu sơ khởi:

 Nhịp nhà xưởng L = 33 m

Từ đây ta xác định được khoảng cách từ tim ray cho đến trục định vị:

= −

2 = 0,75 Chiều cao tiết diện phần cột trên ℎ = = 0,425 Vì sức trục nhỏ (20T) nên ta chọn25cm Chiều cao tiết diện phần cột dưới ℎ = = 0,875 Vì sức trục nhỏ (20T) nên ta chọn 50 cm

Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột:

≥ ℎ + + − = 0,25 + 0,28 + 0,07 − 0,75 = −0,15 (với D : khe hở an toàn giữa cầu trục và cột Lấy D = 70 mm) Chọn a = 0 mm, tức là trục định vị trùng với mép ngoài cột trên

⇒ = 220

2.4 Kích thước dàn mái và cửa mái

Chọn chiều cao giữa dàn của dàn cánh song song:

2.5.1.1 Giằng trong mặt phẳng cánh trên

2.5.1.2 Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

2.5.1.3 Hệ giằng đứng

Được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn

2.5.2Hệ giằng ở cột

3 Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang

 Trọng lượng dầm cầu chạy và dầm hãm : 300 daN/m đối với dầm 6m

=> Lực tập trung tại mỗi cột : 1800 daN = 18 kN

Momen lệch tâm : 18 × 0.5 = 9

 Trọng lượng hệ giằng cột:

- Cột dưới : 15 daN/m

- Cột trên : 12 daN/m

3.2 Tải trọng sửa chữa mái

Trường hợp mái vật liệu nhẹ (tôn) : 30 daN/m2 (hoạt tải mái) Hệ số hoạt tải : 1,3 Mặt phẳng mái

nghiêng 2,860Giá trị tải sửa chữa mái đưa vào tính toán là:

2,86 × 1,3 = 39,05Tải sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều:

× = 234,3

3.3 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột

Số liệu tính toán được xác định như sau:

 Sức cẩu của cầu trục : 200 kN

Từ các kích thước của cầu trục = 6,3 , K = 5 m Ta có thể sắp xếp các bánh xe cầu trục như sơ

= = 1,1 × 0,9 × 85 × 1,95 = 164,1 Mômen lệch tâm : 164,1 × 0,5 = 82,05

3.4 Lực xô ngang của cầu trục

Trọng lượng xe con = 85 Giả định cầu trục sử dụng móc mềm, = 0,1

Tổng hợp lực hãm ngang tác động lên toàn cầu trục là:

ề à à

= 4,4; Tra bảng => = −0,5

k : hệ số độ cao và dạng địa hình Tại độ cao 13m (cánh dưới dàn vì kèo), địa hình A; Nội suy => = 1,22 Tại độ cao 18,6m (đỉnh mái), địa hình A; Nội suy => = 1,28 Trong khoảng từ độ cao cánh dưới dàn vì kèo đến đỉnh mái, hệ số k được lấy trung bình của 2

giá trị trên => = 1,25 Giá trị áp lực gió : Vùng IV => = 155Tải trọng gió phân bố đều trên cột:

4 Xác Định Nội Lực Khung Ngang Dựa Trên

Cơ Sở PP Phần Tử Hữu Hạn

4.1 Biểu đồ tải trọng

Tĩnh tải:

Hoạt tải sửa chữa mái:

Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên trái):

Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên phải):

Lực hãm lên cột trái:

Lực hãm lên cột phải:

Gió trái:

Gió phải:

4.2 Biểu đồ Mômen

Tĩnh tải

Hoạt tải sửa chữa mái:

Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên trái):

Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên phải):

Lực hãm lên cột trái:

Lực hãm lên cột phải:

Gió trái:

Gió phải:

5 Lực hãm lên

cột trái

1 -0.36 0.00 -12.30 0.00 -12.27 0.00 75.61 0.00 -9.01 0.9 -0.32 0.00 -11.07 0.00 -11.04 0.00 68.05 0.00 -8.11

1222.51 0.00 178.65

-8 Gió phải 1 -299.90 0.00 17.64 0.00 17.64 0.00 1249.05 0.00 -162.23

0.9 -269.91 0.00 15.88 0.00 15.88 0.00 1124.15 0.00 -146.01

5 Thiết Kế Cột

5.1 Xác định chiều dài tính toán của cột

5.1.1Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung

Đối với phần cột trên: =Đối với phần cột dưới: =

Hệ số quy đổi chiều dài tính toán được tra bảng theo 2 thông số và :

Ta thấy tỷ số = 0,44 < 0,6 và = 5,19 > 3 nên ta có thể lấy = 2 và = 3 (Chỉ đúng với

khung 1 nhịp và cột liên kết cứng với dàn mái)

Suy ra:

= = 2 × 9750 = 19500

= = 3 × 4250 = 12750

5.1.2Chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung

Chiều dài tính toán cột dưới lấy từ bản đế chân cột cho đến mặt trên vai cột, chính bằng chiều cao cột

dưới:

= = 9750 Chiều dài tính toán cột trên được lấy từ mặt trên dầm cầu trục đến hệ giằng cánh dưới của dàn mái:

= − ℎ = 4250 − 600 = 3650

5.2 Thiết kế tiết diện cột trên

5.2.1Chọn tiết diện sơ bộ

Chọn cặp nội lực = 344,05 , = 39,83

Ta chọn tiết diện cột trên dạng chữ H đối xứng

Độ lệch tâm = = ,, = 8,64 m Giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện = 1,25 Xác định sơ bộ diện tích tiết diện cần thiết:

Bề dày bản bụng sơ bộ = ÷ ℎ = 2,5 ÷ 3,57 Vì cột đỡ dàn vì kèo mái nên ta chọn

= 8

Bề rộng cánh tiết diện, ta chọn theo điều kiện bảo đảm ổn định ngoài mặt phẳng khung =

÷ = 142,67 ÷ 354,17 Chọn = 200 Chiều dày bản cánh chọn theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh Sơ bộ ta có thể chọn =

÷ = 8,33 ÷ 15 Chọn = 8

5.2.2Kiểm tra tiết diện đã chọn

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện:

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

Độ lệch tâm tương đối m được tính theo công thức:

′= max ;

2 ; 2 = max(−237,9; 12,8; −172,03) = −237,9

Độ lệch tâm tương đối:

= ′× =237,9

39,83×

50,722080,34= 0.15 < 1 Tra bảng ta xác định được hệ số , :

= 0,7

= 79,52 < = 3,14 = 99,3 => = 1

Tính được = = , × , = 0,9

Ta có = 79,52 Tra bảng được = 0,76 Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung:

=( − )/2=(20 − 0,8)/2

0,8 = 12 < 17,01 Với bản bụng cột, vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong

mặt phẳng khung nên tỉ số giới hạn [ℎ / ] được xác định theo bảng 3.4

Ứng với = 21,06 > 1 và ̅ = 1,78 > 0,8 ta có:

[ℎ / ] = 0,9 + 0,5 ̅ = (0,9 + 0,5 × 1,78) 2,1 × 10

2100 = 56,6 Tiết diện cột đã chọn có

ℎ

=ℎ − 2 × =25 − 2 × 0,8

0,8 = 29,25 < 56,6 Vậy tiết diện đã chọn là thỏa mãn

5.3 Thiết kế tiết diện cột dưới

5.3.1Chọn tiết diện sơ bộ

Nội lực tính toán ta chọn được là:

= 1339,14 ; = 206,56 Chọn tiết diện cột hình chữ H đối xứng

Chiều cao tiết diện cột đã chọn trước ℎ = = 50

Độ lệch tâm : = = ,, = 6,48 Diện tích yêu cầu của tiết diện sơ bộ tính theo:

= (50 − 2 × 1) × 1 = 48

Bề rộng cánh tiết diện, ta chọn theo điều kiện bảo đảm ổn định ngoài mặt phẳng khung =

÷ = 325 ÷ 812,5 Chọn = 300 Chiều dày bản cánh chọn theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh Sơ bộ ta có thể chọn =

÷ = 6,94 ÷ 12,5 Chọn = 10

= 2 × 30 × 1 = 60

5.3.2Kiểm tra tiết diện đã chọn

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện:

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

Với = 1,15 và = 7,73 tra bảng II.2 được hệ số = 0,112

Điều kiện ổn định:

= =

206,560,112 × 108= 17,08 < = 21

Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

0,35 × 0,31 × 108= 17,63 / < = 21

Kiểm tra ổn định cục bộ:

Với bản cánh cột, theo công thức ta có:

[ / ] = 0,36 + 0,1 ̅ = (0,36 + 0,1 × 1,15) × 2,1 × 10

2100 = 15,02 Tiết diện cột đã chọn có

=( − )/2=(30 − 1)/2

1 = 14,5 < 15,02 Với bản bụng cột, vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng thể trong

mặt phẳng khung nên tỉ số giới hạn [ℎ / ] được xác định theo bảng 3.4

Ứng với = 5,6 > 1 và ̅ = 1,15 > 0,8 ta có:

[ℎ / ] = 0,9 + 0,5 ̅ = (0,9 + 0,5 × 1,15) 2,1 × 10

2100 = 46,64 Tiết diện cột đã chọn có

= × = × = 48 > 46,64 không quá 5%

Vậy tiết diện đã chọn là thỏa mãn

5.4 Thiết kế các chi tiết cột

5.4.1Nối phần cột trên với phần cột dưới – Vai cột

5.4.1.1 Thiết kế dầm vai

Lựa chọn tiết diện dầm vai:

Ta có

= 511,58 Mômen uốn và lực cắt tại tiết diện ngàm:

: cường độ tính toán của thép khi ép mặt tì đầu

Chọn = 10 Chọn chiều cao dầm vai tại điểm đặt : ℎ = 30 Chọn góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang = 20 thì chiều cao dầm vai tại tiết diện ngàm

Kiểm tra tiết diện vừa chọn:

= ℎ

ℎ =

12789503994,6 ×

Chiều cao đường hàn cánh bụng:

ℎ ≥

51158 × 615

2 × 1260 × 83886,7 × 1= 0,15 Chọn ℎ = 5

Tính liên kết hàn giữa dầm vai và cánh cột:

Chọn chiều cao đường hàn ℎ = 5 Diện tích của các đường hàn:

= 0,7

5.4.2Chân cột – liên kết cột với móng

Cặp nội lực dùng để tính chân cột là:

= 1303,02 ( ) ; = 482,4 ( ) Cột đặt trên móng bêtông B20

5.4.2.1 Xác định kích thước bản đế

Chiều rộng B của bản đế:

= + 2 đ+ 2 = 300 + 2 × 10 + 2 × 100 = 520 ( ) (Chọn sơ bộ đ= 10 ( ); = 100 ( ) )

Chiều dài L của bản đế:

= 0.034 + 1,044 = 1,078 ( )

Chọn L = 1100 (mm) Chiều dày bản đế được xác định theo công thức:

=

Với chọn từ , ,

Ô (1) có:

=12Với : ứng suất lớn nhất của bêtông móng dưới bản đế

=> = 0,1 × 132,69 × 15 = 2985,53

Ô (4) có :

=Với : tra bảng 4.16 dựa vào tỷ số = = 3,33 => = 0,125

Vậy bản đế có kích thước : 110 x 52 x 5 cm

5.4.2.2 Xác định kích thước dầm đế

Dầm đế tính như dầm đơn giản có mút thừa, chịu tải trọng phân bố đều:

=Với:

4 − 30 = 2442390

=> ℎ đ≥ 6 × 2442390

3 × 2300 = 46,1 Chọn ℎ đ= 50

Kiểm tra độ bền cho đường hàn liên kết sườn cứng vào cạnh cột:

Chọn chiều cao đường hàn từ điều kiện:

ℎ ≤ ℎ ≤ ℎVới ℎ = 1,2 = 1,2 × 10 = 12

ℎ = 5 (tra bảng dựa vào = 10 )

Chọn ℎ = 6 Kiểm tra ứng suất trong đường hàn trên:

3 = 93,42

= 2 : số bulông ở 1 phía chân cột

= 2300 / : cường độ chịu kéo của bulông neo

=> =121189,67

2 × 2300 = 26,35 Chọn bulông có d = 60 mm có = 28,26

Tỉ số :

= −344,05 ( ), ư= 212,8 ( )

= 258,7 ( ), ư= −305,5 ( )

= −344,05 ( ), ư = 212,8 ( )

6.3 Xác định tiết diện thanh dàn

6.3.1Chiều dài tính toán của các thanh dàn

Tại nút có số thanh nén lớn hơn thanh kéo thì được xem là khớp, ngược lại số thanh kéo lớn hơn thanh

nén thì được xem là ngàm

Dựa vào bảng nội lực và phân tích ta suy ra:

Với ∶ chiều dài hình học của thanh

Bảng xác định chiều dài tính toán của các thanh dàn

=> = = 116,7 < [ ] = 120

Từ ta tra bảng => = 0,453

Suy ra :

= 109,630,453 × 17,42= 13,89 ≤ = 21,85 ( ) Vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn

6.3.2.2 Áp dụng cho thanh 7, 10, 13, 15 (thanh đứng)

264

120= 2,2 ( )

=[ ]=

330

120= 2,75 ( )

Do đa số ≈ 0,8 nên ta chọn hai thép góc đều cạnh

6.3.2.3 Áp dụng cho thanh 8, 9, 11, 12, 14 (thanh xiên)

6.3.3Tính thanh kéo đúng tâm

Áp dụng cho thanh 24, 25, 26, 27, 28 (thanh cánh trên)

Do đa số ≥ 2 nên ta chọn hai thép góc không đều cạnh và ghép cạnh bé

Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo công thức:

6.4 Tính toán các chi tiết của dàn

6.4.1Nút trung gian (không có nối thanh cánh)

Bản mã có = 10 ( )

Ta dùng que hàn 42, tra bảng I.1 có:

= 1650

= 1800 Hàn tay nên có = 0,7 , = 1

= 0,7 × 1800 = 1260

= 1 × 1650 = 1650

=> ( ) = 1260 Chọn ℎ = ℎ = 4 ( )

Liên kết thanh bụng vào bản mã :

= 2

= (1 − )

2Thanh bụng là thép góc đều cạnh nên = 0,7 ; 1 − = 0,3

21770,75 × 0,4 × 1260+ 1 = 6,8 ( ) Chọn = 80 ( ) Vì có 2 đường hàn sống nên mỗi đường hàn sẽ là 40 (mm)

=

9330,75 × 0,4 × 1260+ 1 = 3,5 ( )

 Phải chọn chiều dài đường hàn theo cấu tạo, mỗi đường hàn mép sẽ là 40 (mm)

Liên kết thanh cánh vào bản mã :

∆ = − = 110,48 − 104,29 = 6,19 ( ) Trường hợp độ dốc thanh nhỏ hơn 10% thì có thể xem ∆ vuông góc với P Với P = 6,21 kN

Chiều dài đường hàn:

=

76650,9 × 0,4 × 1260= 17 ( )

 Chọn mỗi đường hàn dài 9 cm

Chiều dài đường hàn liên kết thép cánh với bản mã:

Lực truyền vào:

= − = 11760 − 7665 = 4095

Chọn ℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

=

40950,9 × 0,4 × 1260= 9 ( )

 Chọn mỗi đường hàn dài 5 cm

Chiều dài đường hàn liên kết bản nối với nửa bản mã:

Hai đường hàn này tính chịu lực

Chọn ℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

=

40950,9 × 0,4 × 1260= 9 ( )

 Chọn mỗi đường hàn dài 5 cm

Chiều dài đường hàn nằm ngang liên kết sườn với bản ghép:

đ= 2 = 2 × 7665 × 2,86 = 765

Chọn ℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

7650,9 × 0,4 × 1260= 1,7 ( )

 Phải chọn chiều dài đường hàn theo cấu tạo, mỗi đường hànsẽ là 4 cm

6.4.3Nút giữa dàn cánh dưới

Lực dùng để tính toán nối thanh cánh bằng bản ghép:

= 1,2 × = 1,2 × 76,44 = 91,73 ( ) = 9173 Chọn bản thép có tiết diện 230 x 10 Diện tích chịu lực quy ước:

Chiều dài đường hàn:

=

63940,9 × 0,4 × 1260= 14,1 ( )

 Chọn mỗi đường hàn dài 7 cm

Chiều dài đường hàn liên kết thép cánh với bản mã:

Lực truyền vào:

= − = 9173 − 6394 = 2779

Chọn ℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

=

27790,9 × 0,4 × 1260= 6,1 ( )

 Phải chọn chiều dài đường hàn theo cấu tạo, mỗi đường hànsẽ là 4 cm

Chiều dài đường hàn liên kết bản nối với nửa bản mã:

Hai đường hàn này tính chịu lực

Chọn ℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

=

27790,9 × 0,4 × 1260= 6,1 ( )

 Phải chọn chiều dài đường hàn theo cấu tạo, mỗi đường hànsẽ là 4 cm

Chiều dài đường hàn nằm ngang liên kết sườn với bản ghép:

đ= 2 = 2 × 6394 × 2,86 = 638

Chọn ℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

6380,9 × 0,4 × 1260= 1,4 ( )

 Phải chọn chiều dài đường hàn theo cấu tạo, mỗi đường hànsẽ là 4 cm

6.4.4Nút liên kết dàn với cột

6.4.4.1 Nút dưới

Đường hàn liên kết với thanh cánh dưới:

= 2

= (1 − )

2Thanh cánh dưới là thép góc không đều cạnh, ghép cạnh bé nên = 0,75 ; 1 − = 0,25

=

41110,75 × 0,4 × 1260+ 1 = 11,9 ( ) Chọn = 120 ( ) Vì có 2 đường hàn sống nên mỗi đường hàn sẽ là 60 (mm)

=

13700,75 × 0,4 × 1260+ 1 = 4,6 ( )

 Phải chọn chiều dài đường hàn theo cấu tạo, mỗi đường hàn mép sẽ là 40 (mm)

Liên kết bản mã vào cột trên:

Phản lực đứng gối tựa của dàn:

Chọn tiết diện gối đỡ 12 x 3 cm, sườn gối 10 x 2 cm Kiểm tra sườn gối theo điều kiện ép mặt tỳ đầu của bản lên gối đỡ:

= 10 × 2 = 20 > = 1,4

Chiều dài gối đỡ được xác định từ điều kiện liên kết cột chịu phản lực V bằng 2 đường hàn đứng

Chọn chiều cao đường hànℎ = 4 Chiều dài đường hàn:

=

46940,75 × 0,4 × 1260+ 1 = 13,4 ( )

 Mỗi đường hàn dài 7 cm Vậy chọn chiều dài gối đỡ là 7 cm

Phản lực ngang H do mômen đầu dàn gây ra:

= 78,39

= 104,26 Chọn sườn gối có chiều dài 20 cm, liên kết với bản mã bằng 2 đường hàn dài 19 cm Hai đường hàn này chịu lực cắt V = 46,94 kN và mômen do lực H = 104,26 kN có độ lệch tâm e = 5 cm

Chiều cao đường hàn:

6+

2 × 0,75 × 19 × 1260 10426 1 +

6 × 5

19 + 4694 = 0,76 Chọn ℎ = 8

Ứng suất do lực cắt V gây ra: