Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II I)Đề Bài: Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với số liệu cho trước như sau: - Nhịp khung ngang: L= 27 m - Bước khung: B= 6 m - Sức nâng cầu trục: Q= 6.3 - Cao trình ray: H 1 = +7,5 m - Độ dốc của mái: i = 10% - Chiều dài nhà: 90 m - Phân vùng gió: III-A - Vật liệu thép mác CCT34 có cường độ : f = 210 N/mm 2 f v = 116 N/mm 2 f u = 310 N/mm 2 - Hàn tay, dùng que hàn N42. II)Thuyết minh: 1. Xác định các kích thước chính của khung ngang 1.1. Theo phương đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang : H 2 = H K + 0,1+f = 0,87 + 0,1+0,2 =1,17 (m) Với : H K = 0,87 (m) – tra catalo cầu trục f= 0,2 kt xét đến đọ võng của vì kèo và việc bố trí của hệ giằng . 0,1:khe hở an toàn  Chọn H 2 =1,2(m) . Chiều cao của cột khung,tính từ mặt móng đến đáy xà ngang : H = H 1 + H 2 + H 3 = 7,5 + 1,2+ 0 = 8,7 (m) Trong đó : H 1 : cao trình đỉnh ray , H 1 = 7,5(m). H 3 : phần cột chôn dưới cốt mặt nền,coi mặt móng ở cốt ± 0.000 Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang : H t =H 2 + H dct + H r = 1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 (m) Giả thiết: H dct =0,6 m Do H dct ( ) B B 0,6 0,75 m 8 10   ∈ ÷ = ÷  ÷   Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên cuả vai cột : H d = H – H t = 8,7 -2 = 6,7 (m). 1.2. Theo phương ngang Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột ( a=0 ) → Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục là : λ = K L L 27 25.5 0.75 2 2 − − = = (m). Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng: Trang 1 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa h = ( ) 1 1 1 1 H .7,8 0,41 0,55 15 20 15 20     ÷ = ÷ = ÷  ÷  ÷     (m) → Chọn h = 50 cm. Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung : z = λ – h = 0,75 -0,5 = 0,25 (m)> z min = 0,18 (m). 27000 i = 1 0 % q = 6.3 t a ± 0.00 + 7.50 + 8.70 i = 1 0 % b +10.00 1.3. Sơ đồ tính khung ngang Dựa trên sức nâng của cầu trục chọn phương án cột có tiết diện không thay đổi, với độ cứng là I 1 . Vì nhịp khung L = 27 m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 6 m. Với đoạn xà dài 6 m, độ cứng ở đầu xà và cuối xà là I 1 / I 2 tương ứng (giả thiết độ cứng của xà và cột tại chỗ liên kết xà - cột là như nhau). Với đoạn xà dài 7,5 m, độ cứng ở đầu xà và cuối xà giả thiết bằng I 2 (tiết diện không thay đổi). Gỉa thiết sơ bộ tỷ số độ cứng I 1 , I 2 là như nhau. Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột với móng là khớp cố định tại mặt móng (cốt ± 0.000). Liên kết giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng. Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn. Sơ đồ tính khung ngang như hình vẽ. 6000 7500 7500 6000 1 1 1 1 2 3 2 27000 13007500 1200 Trang 2 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa 2. Thiết kế xà gồ 2.1 Thiết kế xà gồ mái 2.1.1 Tải trọng tác dụng: a. Tĩnh tải : Chọn vách làm bằng tấm tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng bằng tc m g = 0,074 kN/m 2 Chọn sơ bộ chiều xà gồ chữ C mã hiệu 7CS2.5×105 có các thông số sau : I x = 413,73 cm 4 I y = 47, 87cm 4 A= 8,77 cm 2 q tc = 0,0682kN/m = tc xg g Chọn khoảng cách bố trí giữa các xà gồ là a xg = 1.5m tc tc tc vach xg xg q g a g= × + = 0,074.1,5+0,0682=0.18 kN/m tt tc g q q= × γ = 0,18.1,05= 0,189 kN/m b. Tải gió : Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái. Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió III-A, có áp lực tiêu chuẩn W 0 =1,25 kN/m 2 , được giảm đi 0.15kN/m 2 nên còn W 0 =1,1 kN/m 2 . Hệ số vượt tải 1,2. Nội suy ta có : C e1 = -0,284 ; C e2 = -0,4; C e3 =-0,5; k 1 = 0,9688 với cao trình tại đỉnh cột là:+8,7. k 2 = 1 với cao trình tại đỉnh mái. Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ vách : Phía đón gió : Wtc = 1,2. 0,9688. 1,1. 0,8. 1,5 = 1,53 (kN/m) Wtt = 0,9688. 1,1. 0,8. 1,5 = 1,275 (kN/m) Phía khuất gió : Wtc = 0,9688. 1,1. 0,5. 1,5 = 0,8 (kN/m) Wtt=1,2. 0,9688. 1,1. 0,5. 1,5 =0,959 (kN/m) Chọn tải gió W = 1,53 kN/m 2.1.2 Sơ đồ tính q y tt q x tt x y Trang 3 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa My 6000 M y tt qB 2 8 = q y tt Mx 6000 M x tt qB 2 8 = q x tt 2.1.3. Kiểm tra điều kiện về cường độ Có M xmax = 2 x q .B 8 = 2 1,53.6 5,885 8 = kNm. M ymax = 2 y q .B 8 = 2 0,189.6 0.85 8 = kNm. Do đó y x c M M f Wy Wx σ = + ≤ γ hay 2 2 c 588,5 65 18,65 kN / cm f 21.1 kN / cm 46,54 10,82 σ = + = < γ = Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn. 2.1.4 Kiểm tra độ võng - Độ võng theo phương y do q y gây ra tc 4 4 y y 8 8 x q .B 5 5 0,189.6 . . 0.021 384 EJ 384 2,1.10 .47,87.10 − ∆ = = = (m) y 3 3 2,1 1 3.5.10 5.10 B 600 B 200 − − ∆ ∆   = = < = =     Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép. - Độ võng theo phương x do q x gây ra tc 4 4 y y 8 8 x q .B 5 5 1,275.6 . . 0.024 384 EJ 384 2,1.10 .413,73.10 − ∆ = = = (m) y 3 3 2,4 1 4.10 5.10 B 600 B 200 − − ∆ ∆   = = < = =     Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép. 2.2 Thiết kế xà gồ mái Trang 4 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa 2.2.1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ Chọn tấm mái tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng bằng tc m g = 0,074 kN/m 2 Chọn sơ bộ chiều xà gồ chữ C mã hiệu 7CS2.5×105 có các thông số sau : I x = 413,73 cm 4 I y = 47, 87cm 4 A= 8,77 cm 2 q tc = 0,0682kN/m = tc xg g Chọn khoảng cách bố trí giữa các xà gồ là a xg = 1m Hoạt tải tác dụng được xác định theo TCVN 2737-1995 : tc m p 0,3= kN/m 2 ; Như vậy tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ ; xg tc tc tc tc m m xg a q (g p ). g cos = + + α = =(0,074+0,3). 1 cosα +0,0628=0,44kN/m; xg tt tc tc tc m g m p xg g a q (g . p . ). g . cos = γ + γ + γ α =(0,074.1,05+0,3.1,3). 1 cosα +0,0682.1,05 = 0,54 kN/m 2.2.2 Sơ đồ tính xà gồ q x q y y x a Mặt cắt xà gồ Phân tải trọng theo 2 phương tc tc x q q cos= α ; x q qcos= α ; tc tc y q q sin= α y q q sin= α ; Do đó ta có sơ đồ tính và biểu đồ mômen : Trang 5 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa 6000 M y tt qB 2 8 = q y tt Mx 6000 M x tt qB 2 40 = q x tt My 2.2.3 Kiểm tra điều kiện về cường độ Có M xmax = 2 x q .B 40 = 2 0,044.cos .6 0.039 40 α = kNm. M ymax = 2 y q .B 8 = 2 0,54.sin .6 2,42 8 α = kNm. Do đó y x c x y M M f W W σ = + ≤ γ hay 2 2 c 242 39 8.8 kN / cm f 21.1 kN / cm 46.54 10,82 σ = + = < γ = Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn. 2.2.4 Kiểm tra độ võng Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương y(tức là do q x gây ra) tc 4 4 x y 8 8 x q .B5 5 0,43.cos .6 . . 0.0073 384 EJ 384 2,1.10 .744.19.10 − α ∆ = = = (m) y 3 3 0.73 1 1,22.10 5.10 B 600 B 200 − − ∆ ∆   = = < = =     Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép. 3. Tải trọng tác dụng lên khung ngang 3.1.Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) Độ dốc mái i = 10% → α =5,71 0 (sinα = 0,0995; cosα = 0,995). Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm: trọng lượng của các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang dầm và dầm cầu trục. Tải trọng mái và xà gồ được truyền xuống xà ngang dưới dạng lực tập trung đặt tại đầu các xà gồ nhưng do số lượng xà gồ > 5 nên có thể quy về tải phân bố Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1 kN/m . Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang : 0,039 1,05. 0,0893 .6 1,05.1 1,94 / cos kN m α   + + =  ÷   (kN/m). Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như mái. Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột : 1,05. ( 0,039 0.0893+ ). 6.8.7 = 7,3 (kN) Trang 6 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1(kN/m). Quy thành lực tập trung và mômen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột : 1,05. 1. 6 = 6.3 (kN); 6,3. (L 1 -0.5h) = 6,3. (0.75- 0,5. 0,5) = 3.15 (kNm). 3.2.Hoạt tải mái Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái lợp tôn) là 0,3 (kN/m 2 ), hệ số vượt tải là 1,3. Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang : 1,3.0,3.6 2,352 cos α = (kN/m) 3.3. Tải trọng gió Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái. Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió III-A, có áp lực tiêu chuẩn W 0 =1,25 kN/m 2 , được giảm đi 0.15kN/m 2 nên còn W 0 =1,1 kN/m 2 . Hệ số vượt tải 1,2. Nội suy ta có : C e1 = -0,284 ; C e2 = -0,4; C e3 =-0,5; k 1 = 0,9688 với cao trình tại đỉnh cột là:+8,7, k 2 = 1 với cao trình tại đỉnh mái. Tải trọng gió tác dụng lên cột: Phía đón gió : 1,2. 0,9688. 1,1. 0,8. 6 = 6,14(kN/m) Phía khuất gió : 1,2. 1. 1,1. 0,5. 6 = 3.96 (kN/m) Tải trọng gió tác dụng lên mái : 1 2 0,9688 1 0,9844 2 2 k k k + + = = = Phía đón gió : 1,2. 0,9844. 1,1. 0,284. 6 = 2,21 (kN/m) Phía khuất gió : 1,2. 09844. 1.1. 0,4. 6 = 3,11 (kN/m) 3.4.Hoạt tải cầu trục Theo bảng II.3 phụ lục sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, các thông số cầu trục sức nâng 6.3T như sau : Nhịp L k (m) Ch.cao Gabarit H K (mm) Khoảng cách Z min (mm) Bề rộng gabarit B K (mm) Bề rộng đáy K K (mm) T.lượng cầu trục G (T) T.lượng xe con G xe (T) áp lực P max (kN) áp lực P min (kN) 25.5 870 180 4500 3800 12,74 0,605 58 26.3 Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang, xác định như sau : 3.4.1. Áp lực đứng của cầu trục : Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất (hình vẽ), xác định Trang 7 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa được các tung độ y i của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột : 4500 4500 p max p max p max p max 6000 6000 0.367 1 0.83 0.25 3800 700 3800 Đường ảnh hưởng để xác định Dmax, Dmin D max = c p max i n . . P .y 0,85. 1,1. 58. (1 0,367 0,83 0,25)=132 γ = + + + ∑ (kN) D min = c p min i n . . P .y 0,85. 1,1. 26.3. (1 0,367 0,83 0,25)=60.17 γ = + + + ∑ (kN). Các lực D max và D min thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là: e = L 1 – 0,5h =75 – 0,5.0,5 = 0,5 (m). Trị số của các mômen lệch tâm tương ứng: M max = D max .e = 132 0,5 = 66 (kNm) M min = D min . e = 60.17. 0,5 = 30.8 (kNm) 3.4.2. Lực hãm ngang của cầu trục Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray : tc xe 1 0 0,05(Q G ) 0,05.(63 6,05) T 1.726 n 2 + + = = = (kN). Lực hãm ngang của toàn cầu trục lên cột đặt vào cao trình dầm hãm (giả thiết cách vai cột 0,7m): tc c p 1 i T n T y 1,1. 0,85. 1.726. (1 0,367 0,83 0,25) 3.95 = γ = + + + = ∑ (kN) 4. Xác định nội lực Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP2000. Kết quả tính toán được thể hiện dưới các biểu đồ và bảng thống kê nội lực: Trang 8 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa 6700 2000 6000 7500 7500 6000 27000 1300 7.3 kn 7.3 kn 1.94 kn 3.15 kn 6.3 kn 3.15 kn 6.3 kn SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG VỚI TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN (TĨNH TẢI ) BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO TĨNH TẢI BIỂU ĐỒ LƯC DỌC DO TĨNH TẢI BIỂU ĐỒ LƯC CẮT DO TĨNH TẢI Tĩnh Tải Cột Chân cột Dưới vai Đỉnh cột M N V M N V M N V 0 -39.91 -13.41 86.72 -33.61 -13.41 113.55 -33.61 -13.41 Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm M N V M N V M N V -113.54 -15.87 -24.9 10.9 -14.61 -11.8 46.6 -13.3 1.28 Trang 9 Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa 2.352 kn HOẠT TẢI MÁI NỬA TRÁI BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO HOẠT TẢI MÁI TRÁI BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO HOẠT TẢI MÁI TRÁI BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO HOẠT TẢI MÁI TRÁI Hoạt tải mái trái Cột chân cột Dưới vai Đỉnh cột M N V M N V M N V 0.00 -23.92 -7.94 53.18 -23.92 -7.94 69.05 -23.92 -7.94 Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm M N V M N V M N V -69.05 -10.19 -23.05 33.44 -8.67 -7.18 28.29 -7.14 8.70 Trang 10 [...]... thể của cột trong mặt phẳng khung: Với λ x = 3, 7 và me = 0 tra bảng IV.3 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, lấy me=0.1 ta có : ϕe = 0,546 N/mm2 Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thức : N 187,2 σx = = = 3,25 (kN/cm2) . án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II I)Đề Bài: Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với số liệu cho trước như sau: - Nhịp khung ngang: . 3.4.Hoạt tải cầu trục Theo bảng II.3 phụ lục sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, các thông số cầu trục sức nâng 6.3T như sau : Nhịp L k (m) Ch.cao Gabarit H K (mm) Khoảng cách Z min (mm) Bề rộng gabarit B K (mm) Bề rộng đáy K K (mm) T.lượng cầu. (kNm) 3.4.2. Lực hãm ngang của cầu trục Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray : tc xe 1 0 0,05(Q G ) 0,05.(63 6,05) T 1.726 n 2 + + = = = (kN). Lực hãm ngang của toàn cầu