Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP

- Chiều cao dầm cầu trục 700mm

- Chiều sâu chọn cột dưới cốt: 800mm

2 Có 2 cầu trục có sức nâng Q(T) =30T chế độ làm việc trung bình

3 Vật liệu:

Kết cấu khung: thép BCT3

Các lớp bên trên bao gồm

- Mái panen sườn BTCT 1.5x6m gc=150 daN/m2

1

B Trọng lượng Áp

lực bánh

xe lên ray

Xe con

Toàn cầu trục

b Đường ray:

Theo bảng IV.7 với loại ray KP-70 ta có:

Loại ray Khối

c Kích thước theo phương thẳng đứng:

* chiều cao H2 từ mặt ray đến cao trình cánh dưới dàn:

d kích thước theo phương ngang:

* Chiều rộng tiết diện cột trên

* Chọn dạng vì kèo hình thang liên kết cứng với cột

* Chiều cao đầu dàn lấy bằng 2200(mm)

* Độ dốc cánh trên là 1/12 nên ta có chiều cao giữa dàn là:

3 Sơ đồ khung ngang

II. Tính tải trọng tác dụng lên khung:

Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán

daN/m2

BT chống thấm dày 4cm

=0

d

α

là hệ số trọng lượng dàn:lấy bằng 0.6±

0.9 đối với nhịp 24±

* Trọng lượng bậu cửa: 150( / )

tc b

Theo công thức kinh nghiệm

c Do áp lực thẳng đứng của bánh xe con cầu trục:

Áp lực bánh xe qua dầm cầu trục chuyển thành lực tập trung ở vai cột

* Các tải trọng Dmax và Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột nên lệch tâm đối với trục cột dưới 1 đoạn e=hd/2=0.75m/2=0.375m Do đó tại vai cột xuất hiện momen lệch tâm:

3 Tải trọng gió tác dụng lên khung:

Theo tiêu chuẩn TCVN 2737-95 nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m do đó không xét đến phần gió động mà chỉ xét gió tĩnh Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm:

+ Gió thổi lên tường dọc được chuyển về thành phân bố trên khung

+ Gió trong phạm vi mái từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thành lực tập trung ở cao trình cánh dưới dàn vì kèo

Áp lực gió tiêu chuẩn: Tam Điệp - Ninh Bình thuộc vùng gió IV-B có

-0,6 -0,6

Wd =43,02(kN) Wh =46,38(kN)

III Tìm nội lực khung:

1 Sơ đồ tính khung ngang:

a giả thiết:

Thay dàn vì kèo bằng xà ngang đặc có độ cứng tương ứng đặt tại thanh cánh dưới dàn Chiều cao tính toán tính từ chân cột dưới đến thanh cánh dưới dàn Nhịp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục trọng tâm của cột trên

Khi tính toán khung đối xứng với tải trọng thẳng đứng đối xứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang thì chuyển vị ngang rất bé lúc đó chỉ còn ẩn só là góc xoay tại liên kết giữa dàn và cột

Khi tính khung với tải trọng không phải thẳng đứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang thì xem xà ngang là cứng vô cùng lúc đó chỉ còn ẩn số là chuyển vị ngang

b Sơ đồ tính toán khung ngang:

A Tính toán nội lực trường hợp điển hình bằng phương pháp chuyển vị:

1 Sơ bộ chọn tỉ số độ cứng giữa các bộ phận khung

2 tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

Dùng phương pháp chuyển vị ẩn số là góc xoay 1 2

, ϕ

ϕ

và 1 chuyển vị ngang ∆

ở đỉnh cột trường hợp ở đây là khung đối xứng tải trọng đối xứng nên

0 ,

Đối với cột bậc( thanh có tiết diện thay đổi) thì

* Ở đỉnh cột:

cot cot

1 1

1,27

4,839 3,72

tt e

d c

M (Tm)

0,292

1,113 0,856

2,88

0,292

1,113 0,856

2,88

Trọng lượng bản thân của dầm cầu trục ray cột trên sườn tường và A là tải trọng thường xuyên nên ta có thể cộng biểu đồ momen do Mtt và MA gây ra trực tiếp với biểu đồ nội lực do g gây ra lên dàn và cột

15,612 5,084

21,098

9,49

15,612 5,084

M (Tm) 21,098

9,49

3 tính khung với tải trọng tạm thời trên xà ngang:

Ta có biểu do nội lực do tải trọng tạm thời gây ra bằng cách nhân biểu đồ nội lực của tải trọng thường xuyên (g+A) với hệ số:

0,585

0,1853,17

Mp (Tm)

3,96

2,29

2,68 1,10 3,96

2,29

4 Tính khung với momen cầu trục Mmax Mmin

Mmax Mmin đồng thời tác dụng ở 2 cột ở đây Mmax xuất hiện ở cột trái Mmin

ở cột phải giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng

ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút

Đối với cột bên phải momen và phản lực có giá trị giống cột bên trái nhưng khác dấu

ta có biểu đồ nội lực cho khung khi ∆

M M

và

0,908,56

t c

1

d c

M (Tm)

5 tính khung với lực hãm ngang T:

Lực T đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục cách vai cột 0,7m ta xét lực T ở cột trái hướng từ trái sang phải Giải khung bằng phương pháp chuyển vị đối với

xà ngang có độ cứng vô cùng ẩn số chỉ còn là chuyển vị ngang nút

9 1

C B C

B

34

2.22

.21

2

2 2

−

−+

−+

−+

−

−

( ) (2 ) ( ) (2 )

2

.2,088.154.3, 43.1,18 3.1,66

A B A

B

34

2232

231

2

2 2

−

+

−

−++

Cột bên phải không có ngoại lực tác dụng nên momen và phản lực bằng 0

Giải phương trình chính tắc:

1 1

1,62

2,350,69

2.33

1, 265,64 /1, 2

c c

P D

Nhân biểu đồ M do ∆=1gây ra với ∆

vừa tìm được sau đó cộng với biểu đồ nội lực Mp ta được biểu đồ nội lực cuối cùng:

- Đối với cột trái:

2 1

A

- Đối với cột phải:

2 1

2 1

-Đối với cột phải:

Nhân giá trị của cột trái với trị số:

0,6241,09

Nhân biểu đồ M do ∆ =1 gây ra với ∆

vừa tìm được sau đó cộng thêm với biểu đồ nội lực gió ta được biểu đồ nội lực cuối cùng

1 2

gio

7 Tính toán lực dọc N lực cắt Q.

a Lực dọc do tĩnh tải gây ra cho cột.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

21.1

-0 42.80

15.6

-1 49.90 -5.08 51.30 9.49 54.30

1

-34

2 HT -3.96 7.90 -2.68 7.90 -1.10 7.90 2.29 0.90

0

-31

3 D trái 1.73 0 13.26 0 11.40- 65.64 19.20 65.64

2

-81

4 D phải -6.83 0 5.04 0 -2.67 28.35 28.13 28.35

2

83

0

24

0

37

15

7

8 phảiGió

13.8

11

hoạt tải cầu trục hoạt tải gió tổ hợp cơ bản 1Dmax

trái Tmax trái Dmax phải Tmax phải sangtrái sangphải

)

20.10

3.96 1.73 ±2.69 -6.83 ±0.89 9.48 13.89- -10.62 -33.99 -24.06 -8.19

2.68 13.26 ±1.49 5.04 ±0.11 5.60 -2.48 -3.07 -18.29 -18.29 0.71

) 9.49 2.29 19.2 ±6.30 28.13 ±4.65

93.9

-2 83.55 93.04 -84.43 33.72 111.82N(T) 54.3 7.90 65.6

Q(T) -1.34 0.31- -2.81 ±0.24 2.83 ±0.37 15.7 -11.6 -12.94 14.36 -3.93 0.829

III Thiết kế dàn mái:

III.1 sơ đồ và các kích thước chính của dàn

26300

III.2 Xác định tải trọng và nội lực:

2.1 Tải trọng tác dụng lên dàn:

Ta quy về lực tập trung đặt tại mắt dàn chính

a Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải

ta tính cho 1 bên và lấy đối xứng cho bên kia.

2.2 nội lực tính toán của các thanh dàn:

a giản đồ Cremona cho tĩnh tải:

Do đối xứng nên ta chỉ vẽ cho nửa trái

3000 3000 4500 4500 3000 3000 2650 2650

26300

a

b c d e

g 1

2

3 4

5

6

g' 6'

74384 9092

19647

745

784

87809 88133

− Giản đồ Cremona cho hoạt tải.

Do dàn đối xứng, nên ta chất tải cho nửa dàn bên trái, rồi cộng với nửa phải tương ứng bên kia được nội lực của toàn dàn So sánh với trường hợp chỉ chất hoạt tải nửa dàn, chọn nội lực nguy hiểm nhất ở mỗi thanh dàn

GIẢN ĐỒ CREMONA CHO HOẠT TẢI

3000

4500 2650 2650

5

6

H 6'

/2

1' 2' 3' 4' 5'

BẢNG NỘI LỰC DÀN DO HOẠT TẢI

− Giản đồ Crêmôna cho dàn phân nhỏ :

+ Ta vẽ giản đồ Crêmôna đơn vị cho các loại dàn phân nhỏ ( 3 Loại trên ) rồi nhân với

hệ số tương ứng là các G và P sẽ được giản đồ Crêmôna cho toàn G và P

0,566 0,434

1 2 x=1

2

0,648 0,813

0,822 0,648

0,556

0,556 0,778 0,716

A

B C 1

2

0,556

0,556 0,778 0,716

− Giản đồ cremona do momen đầu dàn:

+ Vẽ cho Mtr = +1 : Dựa vào tính chất đối xứng suy ra nội lực bên trái dàn do Mph= +1 gây ra cho bên trái dàn

1' 2' 3' 4' 5'

5'

4' 3'

0,082 0,058

3010

BẢNG TỔNG HỢP NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DÀN MÁI

Loại Tên Tĩnh tải Hoạt tải Mô men đầu dàn Tổ hợp

-Ta chọn bản mã chung cho cả dàn có bề dày δbm= 16(mm)

-Bề dày bản mã được chọn dựa trên nội lực lớn nhất thanh xiên X=102075(daN) Chọn theo bảng 4.4 giáo trình thiết kế KCT nhà công nghiệp

2.3Thanh cánh trên T 4

a) Thanh có nội lực tính toán là : N4= -114733(daN) là thanh chịu nén

b) Chiều dài tính toán của các thanh:

+ Theo phương trong mặt phẳng dàn: lx = l = 455 (cm)

+ Theo phương ngoài mặt phẳng dàn: ly=l1=(455 + 301)=756(cm).Theo phương ngoài mặt phẳng dàn thì l1 là khoảng cách giữa hai điểm cố định không cho cánh dàn chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Đó là panel mái ở chân cửa trời và thanh chống dọc nhà

c) Giả thiết λ = 90 tra bảng phụ lục II.1 được φ = 0,639

+ Diện tích của thanh được xác định

R

φ γ

(cm2)Với R = 2250 daN/cm2

[λ] = 120d) Bán kính quán tính cần thiết là:

x x x

l r

λ = = =

75694,58

y y y

l r

λ = = =

[ ]max 94,5 120

- Thanh có nội lực tính toán là :N4= -95597(daN) là thanh chịu nén

- Chiều dài tính toán của các thanh:

- Theo phương trong mặt phẳng dàn:lx = l = 150,5 (cm)

- Theo phương ngoài mặt phẳng dàn: ly=l1 =150,5(cm) Theo phương ngoài mặt phẳng dàn thì l1 là khoảng cách giữa hai điểm cố định không cho cánh dàn chuyển vị

ra ngoài mặt phẳng dàn

- Giả thiết λ = 60 tra bảng phụ lục II.1 được φ = 0,819

Diện tích của thanh được xác định:

R

φ γ

(cm2)-Bán kính quán tính cần thiết là:

x x x

l r

150,5

27,86,33

y y y

l r

- Thanh T2 có nội lực, chiều dài tính toán như thanh T3 lấy tiết diện như T3

- Thanh T1 có nội lực N1 = 19184 < N3 = |-95597| daN, chịu kéo chiều dài tính toán như thanh T3 Nên T1 tiết diện lấy như thanh T3

y ct

y

l r

λ

(cm)140

II.6 Thanh cánh dưới d1:

- Chọn tiết diện giống d2: lx=l= 600cm ly=600 cm

y ct

y

l r

λ

(cm)2L: 140 x 10 có A = 2 Ag = 2 27,3 = 54,6 (cm2), rx = 4,33 cm > rxct= 1,5 cm

100091

- Thỏa mãn điều kiện độ mảnh

- Kiểm tra ứng suất

372,56

428,85

42,58,85

1

2,001

2, 0011

- Thỏa mãn điều kiện độ mảnh

- Kiểm tra ứng suất

- Chọn tiết diện thanh xiên không đổi dạng chữ T ghép từ hai thép góc J1/J2=1

1 2

1

2,04

2,041

- Thỏa mãn điều kiện độ mảnh

- Kiểm tra ứng suất

2, 28

428, 4

686,3

1

20960,3

2, 28

426, 4

67,76,3

- Thỏa mãn điều kiện độ mảnh

- Kiểm tra ứng suất

- Thanh có nội lực tính toán là :N= -11755(daN) là thanh chịu nén

- Chiều dài tính toán của các thanh:

- Theo phương trong mặt phẳng dàn:lx = l = 270 (cm)

- Theo phương ngoài mặt phẳng dàn: ly=l1 =270 (cm) Theo phương ngoài mặt phẳng dàn thì l1 là khoảng cách giữa hai điểm cố định không cho cánh dàn chuyển vị

ra ngoài mặt phẳng dàn

- Giả thiết λ = 90 tra bảng phụ lục II.1 được φ = 0,693

Diện tích của thanh được xác định:

R

φ γ

(cm2)-Bán kính quán tính cần thiết là:

-Kiểm tra ứng suất:

2701132,39

x x x

l r

λ = = =

270111

2, 43

y y y

l r

− Tính toán tương tự với nội lực ghi trong bảng

− Với thanh bụng có λ > 60 thì có hệ số làm việc m= 0,8

− Với thanh bụng có nội lực nén quá nhỏ thì chọn tiết diện theo độ mảnh giới hạn [λ]=150

Các thanh bụng chia nhỏ đều dung tiết diện nhỏ nhất L50 x 5 có tất cả 8 thanh

3.1 Tính toán chi tiết dàn.

− Sơ đồ số nút như hình vẽ

4 5

− Đường hàn góc liên kết các thanh vào bản mã phải đảm bảo yêu cầu cấu tạo :

hhmin ≤ hh ≤1,2δmin ; δmin là chiều dày của thép mỏng nhất

− hhmin Tra bảng có được

+ Hệ số điều kiện làm việc là γ = 1

− Chiều dài của đường hàn sống là:

− Hệ số điều kiện làm việc là γ = 0,75

− Chiều dài đường hàn sống ở 1 bên là:

s s

do tgα = 1/12 < 1/8 nên ta coi như α = 0

+ Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 10 mm

+ Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 8 mm

+ Hệ số điều kiện làm việc là γ = 1

+ Chiều dài của đường hàn sống là:

daN

x3=-410

08da

Np=15091 daN

+ Chọn chiều cao đường hàn hhs = 8mm, hhm = 6mm, γ = 1

+ Chiều dài đường hàn:

− Thanh cánh

+ Ta nối 2 thanh cánh (có tiết diện thay đổi) bằng 2 bản thép

+ Khi đó lực tính toán mối nối

3.3 Tính mắt 3 (Nút nối ở hiện trường)

- Mắt 3 là vị trí nút nối dàn ở hiện trường để ghép 2 nửa dàn lại bản mã được chia đôi cho mỗi nửa dàn sau đó được ghép lại nhờ 2 bản nối, thanh cánh được phủ bằng bản ghép gẫy khúc, dùng 2 sườn đứng gia cường cho bản ghép và bản nối, đồng thời

T5=137680(daN)T5=137680(

- Kiểm tra cường độ của bản nối:

+ Bản nối có hai lỗ bulông Ø20 vậy có:

3.4 Tính mắt 4 (Nút nối ở hiện trường):

- Nút này nối tương tự như nút 3

D3=1449(daN) X4=14993(daN)

d2=113068(daN) d2=113068(daN)

3.5 Tính mắt 5 (mắt dưới liên kết giữa dàn và cột):

− Dàn liên kết cứng với cột bằng 2 nút dưới và trên ở đầu

+ Cấu tạo nút dàn gồm bản mã để liên kết các thanh dàn vào nó, sườn gối, gối đỡ và các

bu lông liên kết sườn gối vào cột Sườn gối liên kết hàn vuông góc vào bản mã và tỳ trực tiếp lên gối đỡ

+ Liên kết thanh

vào mắt : 1

+ Ta chọn chiều cao đường hàn sống là hhs = 10 mm

+ Ta chọn chiều cao đường hàn mép là hhm = 8 mm

+ Hệ số điều kiện làm việc là γ = 1

+ Chiều dài của đường hàn sống là:

Bề dày của bản sườn xác định theo điều kiện:

δs ≥ RA/(bsxRemđ) ; δs :bề dày của sườn gối 2

RA: phản lực đứng của gối tựa của dàn

bs: Bề rộng của sườn gối chọn

Vậy ta chọn bản sườn có tiết diện 24x2cm2

− Kiểm tra ổn định cục bộ của sườn gối:

Với e: là khoảng cách từ lực H1 đến giữa chiều dài đường hàn bản mã và sườn gối

Ta có: RA = 50693 (daN); Hmax = -19123(daN)

Bề cao tiết diện đường hàn tính theo điều kiện chịu lực là :

hh ≥ ([Hmax2.(1+6e/lh)2+RA 2]0,5/(2.lh.(β.Rg)min)

− Do lực đầu dàn là lực nén nên bu lông chỉ cần đặt theo cấu tạo

+ Ta bố trí 8 bu lông Ø20 với các khoảng cách dbl = 14 cm

− Tính toán gối đỡ:

+ Gối đỡ đã có các đường hàn liên kết với cột chịu lực 1,5RA

+ Giả thiết ta hàn bằng 2 đường hàn ở 2 bên mép của gối đỡ

+ Ta chọn chiều cao đường hàn là h = 12mm

+ Hệ số điều kiện làm việc là γ = 1

+ Chiều dài của đường hàn là:

+ Vậy ta chọn gối đỡ là 1 thép tấm có các kích thước bg.lg.δg = 450.320.30 mm

Thoả mãn các diều kiện về cấu tạo và chịu lực

3.6 Mắt 6: Mắt trên nối dàn với cột

− Là mắt trên tính tương tự như mắt dưới Cấu tạo bao gồm bản mã và bản sườn Thanh liên kết với bản mã tính bằng nội lực của thanh :

− Tính đường hàn liên kết thanh cánh trên T1 =19184(daN):

+ Đã tính trong mắt 1: hs.ls = 10.130 = 1300mm2

hm.lm = 8.50 = 400 mm2+ Thanh xiên dàn phân nhỏ có lực kéo nhỏ được liên kết bằng các đường hàn ở sống 50x4 và ở mép là 40x4mm Chọn chiều dày của bản

sườn là 20mm

− Tính đường hàn liên kết bản mã vào bản sườn:

+ Đường hàn này chịu 1 lực là H1 và Mlt = H1.e và

np

Với e: là khoảng cách từ lực H1 đến giữa chiều dài

đường hàn bản mã và sườn gối

− Bề cao tiết diện đường hàn tính theo điều kiện chịu lực là :

hh ≥([Hmax2.(1+6e/lh)2+Rnp 2]0,5/(2.lh.(β.Rg)min)

δs ≥ (0,5[3b1.H1/(l.R)]0,5

Trong đó : b1 là khoảng cách 2 hàng bu lông đứng b1 = 12,8 cm

l là chiều dài sườn gối l = 28 cm

− Kiểm tra ổn định cục bộ của sườn gối :

s s

− Tính toán bu lông liên kêt bản sườn :

+ Bản sườn được liên kết với cột trên bằng 6 bu lông Ø20

+ Có khoảng cách giữa các bu lông là lbl = 9cm

+ Lực kéo trong bu lông xa tâm quay nhất là: