thiết kế nhà xưởng một tầng, một nhịp
GVHD : OÂNG KIM MINH ĐỀ BÀI ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP - Quy mô nhà xưởng một tầng, một nhịp. Cầu trục hai móc làm việc chế độ trung bình với sức trục Q = 30 / 5T . - Khẩu độ nhà: L = 30 m. - Bước cột: B = 6 m. -Không bố trí cửa trời. - Cao trình đỉnh ray: r H = 9 m. - Chiều dài theo phương dọc nhà: Y= 138 m. - Áp lực gió tiêu chuẩn q o = 95 daN/m 2 , dạng địa hình A. - Cao trình nền nhà: +0.00m. - Sử dụng thép BCT3, que hàn N42A phương pháp hàn tay, bu lông cấp độ bền nhóm 8.8. - Bê tông móng đá 1x2 M250. 1 GVHD : OÂNG KIM MINH PHẦN I. KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1. Chọn cầu trục: Từ các số liệu ban đầu của đề bài, tra bảng được các số liệu sau đây của cầu trục : - Loại rây thích hợp KP70. - Chiều cao từ đỉnh rây đến mép trên của cầu trục H k = 2750 mm. - Bề rộng cầu trục B k = 6300 mm. - Nhịp cầu trục (tim rây đến tim rây) L k = 28.5 m. - Khoảng cách hai trục bánh xe K= 5100 mm. - Tim rây đến mép ngoài cầu trục B 1 = 300 mm. - Áp lực bánh xe lên ray (T) : max 34.5 tc P T= , min 11.5 tc P T= . - Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục T= 1.05 T. - Lực hãm dọc tiêu chuẩn tác dụng lên đỉnh rây T d = 3.45 T. - Trọng lượng : + Xe con G= 12 T + Cầu chạy : 62 T. 2. Xác định kích thước theo phương đứng: - Cao trình đỉnh ray H r = 9 m - Chiều cao của ray và đệm ray cầu trục h r giả định lấy bằng 200 mm. - Chiều cao của dầm cầu chạy h dcc = (1/8÷1/10)B = (1/10÷1/8) ×6000 = (600÷750) mm => Chọn h dcc = 650 mm - Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất h m = 0 - Độ võng của dàn mái lấy bằng 1/100 của nhịp nhà: f = 30000 300 100 mm= . - Chiều cao cột dưới: H d = H r – h r – h dcc + h m = 9000 – 200 – 650 + 0 = 8150 mm - Chiều cao cột trên: H t = h r + h dcc + H k +100+ f = 200 + 650 + 2750 +100 + 300 = 4000 mm -Ta chọn H t = 4000mm, chọn H d = 8200mm 3. Xác định kích thước theo phương ngang nhà : - Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị : λ = 0,5(L – L K ) = 0,5(30000 – 28500)= 750 mm. - Chiều cao tiết diện cột trên có thể chọn sơ bộ: h t = (1/10 ÷ 1/11) H t = 400mm ÷ 364mm chọn h t = 400mm. - Chọn khe hở an toàn giữa đầu mút cầu trục và mép trong cột trên : D= 60 mm 2 GVHD : OÂNG KIM MINH - Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột : a ≥ h t + B 1 + D - λ = 400+300+60-750 = 10 mm. Ta chọn a = 250 mm (trùng tim cột trên). - Bề rộng cột dưới: h d = λ + a = 750 + 250 = 1000 mm. - Kiểm tra lại theo điều kiện độ cứng khung ngang ta có: h d ≥ (1/10 ~ 1/11)H d = (1/10 1/11)× 8200 = (820÷745) mm h d ≥ 1/20(H d + H t ) = (1/20)(8200 + 4000) = 610 mm Như vậy chiều cao tiết diện cột dưới đạt yêu cầu. 4. Kích thước dàn mái : - Chọn dàn máy dạng hình thang, liên kết cứng với cột. - Chọn độ dốc i = 1/10 - Chiều cao đầu dàn chọn : h o = 2200 mm. ⇒ Chiều cao giữa dàn : h giữa = 2200 + 2 L i = 2200 + 1 30000 10 2 × = 3700 mm. * Hệ giằng : - Bố trí hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên : gồm các thanh chéo chữ thập được bố trí ở đầu nhà, giữa nhà & cuối nhà nằm trong mặt phẳng cánh trên và các thanh giằng dọc nhà, do chiều dài nhà quá lớn nên bố trí các thanh giằng chữ thập ở giữa nhà. Tác dụng chính của các thanh chéo chữ nhật là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn. 6000 42000 6000 6000 6000 6000 6000 42000 6000 5500 138000 5500 500500 6000 6000 6000 6000 6000 SƠ ĐỒ HỆ GIẰNG CÁNH TRÊN 3 GVHD : OÂNG KIM MINH - Bố trí hệ giằng trong mặt phẳng cánh dưới :giằng trong mặt phẳng cánh dưới được 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. Bố trí hệ giằng cánh dưới tương tự như hệ giằng cánh trên nhưng có thêm các thanh chéo chữ thập ở hai bên nhịp nhà. 6000 42000 6000 6000 6000 6000 6000 42000 6000 5500 138000 5500 500500 6000 6000 6000 6000 6000 SƠ ĐỒ HỆ GIẰNG CÁNH DƯỚI - Bố trí hệ giằng cột : Hệ giằng ở cột bảo đảm sự bất biến hình học và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và bảo đảm ổn định của cột. 4 GVHD : OÂNG KIM MINH 6000 42000 6000 6000 6000 6000 6000 42000 6000 5500 138000 5500 500500 82000 22004000 SƠ ĐỒ HỆ GIẰNG CỘT PHẦN II : XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 1. Tải trọng thường xuyên (tỉnh tải) : Trọng lượng các lớp mái như sau : +Trọng lượng Tôn sắt tráng kẽm (m 2 ) 5 daN/m 2 +Trọng lượng xà gồ : 13 daN/m 2 +Trọng lượng dàn mái và hệ giằng: 7 daN/m 2 Tất cả tải trọng của trường hợp tĩnh tải được quy về lực tập trung tác dụng tại nút dàn, cụ thể như sau: Nút giữa: +Trọng lượng Tôn sắt tráng kẽm =1.1×5 daN/m 2 ×6m×1.5m = 49.5 daN +Dàn vì kèo mái tính trên 1m 2 mặt bằng nhà xưởng = 25×1.2×6×1.5 = 270daN +Kết cấu mái = 1.2×12×6×1.5 =129.6 daN +Trọng lượng dàn mái và hệ giằng =1.2×7 daN/m 2 ×6m×1.5m = 75.6 daN +Trọng lượng xà gồ : =1.2×14daN/m 2 ×6m = 101 daN Tổng G 2 : =701 daN Nút biên G 1 = 1/2G 2 =701/2 = 350.5 daN 2. Tải trọng sửa chữa mái : Theo TCVN - 1995 - Tải trọng sửa chữa mái : p c = 30daN/m 2 - Hệ số vượt tải: n = 1,3. - Độ dốc i = 1/10 ⇒ α = 5,71 o - Tải trọng sửa chữa mái tính toán : 5 GVHD : OÂNG KIM MINH q tt ht = (30 /cos 5,71 o )1,3 = 39.16 daN/m 2 Tải trọng sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều : q tt ht .B = 39.19 x 6 = 235.17 daN/m +Nút giữa P 2 = 235.17×1.5m = 353 daN +Nút biên P 1 = 1/2P 2 = 0.5×353 = 176.5 daN 3. Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột: Được xác định theo công thức : D max = n.n c .P max .Σy i D min = n.n c .P min .Σy i - Các số liệu tính toán xác định như sau : + Sức cẩu của cầu trục : 30/5 T. + Hệ số vượt tải: n = 1,1.y 3 + Hệ số tổ hợp, xét đến xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của hai cầu trục hoạt động cùng nhịp n c = 0,9. + Tra bảng catalogue của cầu trục P max = 34.5 T ; P min = 11.5 T ; B = 6300 mm ; K = 5100 mm - Từ kích thước B và K đã xác định ở trên ta vẽ biểu đồ đường ảnh hưởng của hai cầu trục đặt sát nhau : - Ta xác định : y 1 = 1; - y 2 = (6000-1200)/6000 = 0.8 - y 3 = (6000-5100)/6000 = 0.150 - Y4 = 0 ⇒ D max = 1,1×0,9×34,5×(1 + 0.8+ 0.150) = 66,6T. D min = 1,1×0,9×11,5 ×(1 + 0.8+0.150) = 22,2T. 4. Lực xô ngang của cầu trục: - Trọng lượng của xe con tra trong catalogue của cầu trục : G xc = 12 T. - Giả định rằng cầu trục sử dụng móc mềm f ms = 0,1. 6 GVHD : OÂNG KIM MINH - 5100 1200 5100 6000 6000 P 3 P 1 P 2 P 4 900 5100 1200 5100 y 3 y 1 y 2 y 4 - Số bánh xe được hãm của xe con : n’ xc = n xc /2 = 4/2 = 2. - Tổng hợp lực hãm ngang, tác động lên toàn cầu trục là : T o = [(Q + G xc )/n xc ]f ms .n’ xc = [(30 + 12)/4]0,1×2 = 2.1 T - Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục : T 1 = T o /n o = 2.1/2 = 1.05 T - Vậy lực xô ngang của cầu trục là : T = n . n c . T 1 . Σyi = 1,1×0,9×1.05×1.95 = 2.027 T Lực xô ngang này đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy, cách vai cột 0,65 m, tức là ở cao trình 8.85 m. 5. Tải trọng gió: Công trình được xây dựng tại vùng địa hình A, áp lực gió tiêu chuẩn qo = 95 (daN/m2). - Hệ số vượt tải n = 1.3 - Hệ số khí động c, hình vẽ sau : 7 GVHD : OÂNG KIM MINH 30000 ±0.000 +15900 Q=30/5(kN) i = 1 10 +12200 +14400 +9000 ce1 ce2 ce3+0.8 - Tra tiêu chuẩn 2737 : 1995 để được các hệ số C sau : h L = 12.2 + 2.2 = 14.4 m ; α = 5,71 o . h L /L = 14.4/30 = 0,48 ⇒ Ce 1 = -0,527 ; Ce 2 = -0,4. b/L = 6/30 = 0,2 ⇒ Ce 3 = -0,3974 . * Để thiên về an toàn và đơn giản trong tính toán : - Tại độ cao 14.4 m : k = 1.234 - Tại đỉnh mái cao 15.9 m : k = 1.249 ⇒ k TB = (1.234 +1.249)/2 = 1.2415 - Tải trọng gió phân bố đều trên cột : q đ = q o .n.c.k.B = 1.3 × 0.8 × 1.234 × 95 × 6 = 731.5 (daN/m) q h = q o .n.c.k.B =1.3 ×0.3974 × 1.234 × 95 × 6 = 363.4 (daN/m) Tải trọng gió phân bố trên mái W đ =q o .n.k.B.c.=95×1.3×1.249×6×-0.527×1.5= -731.62 (daN/m) W h = qo.n.k.B.c.=95×1.3×1.249×6×-0.4×1.5=-555.3 (daN/m) 8 GVHD : OÂNG KIM MINH PHẦN III : XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG III.1. Tĩnh tải : Lực dọc trong cột trên của khung bằng N 2 = 92,263 KN Momen lệch tâm đặt tại vai cột: M lt = N 2 .e = 92,263.0,25 = 23,06 kN.m Độ lệch tâm giữa cột trên và cột dưới : e = h d /2 – h t /2 =250 mm III.2. Hoạt tải : Lực dọc trong cột trên của khung bằng N2 = 34.617 KN Momen lệch tâm đặt tại vai cột: Mlt = N2.e = 34.617.0,25 = 6.9234 kN.m Độ lệch tâm giữa cột trên và cột dưới : e = hd /2 – ht /2 =250 mm 9 GVHD : OÂNG KIM MINH III.3. Áp lực đứng của cầu trục D max , D min lên vai cột : D max = 66.6 T D min = 22.2 T Độ lệch tâm e = 0,5 m Mô men lệch tâm được xác định như sau : M max = D max .e = 33.3 T.m M min = D min .e = 11.1 T.m 10 [...]... xét một trường hợp hướng ra hoặc hướng vào cột Trường hợp lực hướng ngược lại ta chỉ cần đảo dấu nội lực Trong trường hợp tải xô ngang, bỏ qua lực dọc phát sinh trong cột do rất nhỏ, do vậy không có moment lệch tâm tại vai cột 11 GVHD : OÂNG KIM MINH III.5 Tải gió : W đẩy = 731.5 daN ; W hút = -555.3 daN qđ = 731.5daN/m ; qh = 363.4 daN/m 12 GVHD : OÂNG KIM MINH PHẦN IV : THIẾT KẾ CỘT IV.1 Thiết kế. .. γ = 0,75 (do sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thực của thanh xiên) * Kiểm tra điều kiện ổn định thanh xiên: N tx 53 σtx = = = 11,25 kN / cm 2 < R = 21 kN / cm 2 γϕtx Atx 0,75.0,5763.10,9 Liên kết hàn giữa thanh xiên và nhánh cột có thể tính đơn giản như sau: khả năng chịu lực của 1cm đường hàn góc hh= 8 mm là : 0,7.0,8.15.1= 8,4 KN Như vậy chiều dài cần thiết của đường hàn lh= 53/8,4 = 6,4 cm... >1 ta có : h hb 48 = = 48 < b = 0,9 + 0,5λ δb 1 δb ( ) E 21000 E = ( 0,9 + 0,5.1,5 ) = 52,18 < 3 = 94,87 R 21 R Vậy tiết diện đã chọn như trên là thỏa mãn các điều kiện về chịu lực IV.2 Thiết kế cột dưới : Tóm tắt số liệu: Phần cột dưới: ta chọn cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục : M1 = -303,99 kN.m N1 = 1223,06 kN Phần cột dưới: ta chọn cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái : M2 = 324,47... 350679,79 (cm4) y2 = Jd 350679,79 = = 48,78 ( cm ) Fd 147,4 l 1607 λ x = x1 = = 32,94 rd 48,78 Khoảng cách giữa các nút giằng đã chọn a = 1m Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh Chọn sơ bộ thanh xiên là một thép góc U10 (Atx = 10,9 cm2, rmintx = 1,37 cm); Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên: 100 − 1,748 tg α = ⇒ α = 44,490 100 rd = Từ α tra bảng được k = 28,306 F 147,4 λtd = λx2 + k = 32,942... 3,2 ( cm ) Fnh1 ( ) ( ) 17 GVHD : OÂNG KIM MINH Jy1 = 13,81( cm ) Fnh1 l 100 λ x1 = nh1 = = 31,25 rx1 3,2 l 820 λ y1 = y1 = = 59,38 ry1 13,81 ry1 = Ở trên, chúng ta giả định khoảng cách các điểm liên kết hanh giằng vào nhánh cột lnh1 = 100 cm - Đối với nhánh mái: Fnh2 = 2.12,8+1,2.32 = 64(cm2) Moment tĩnh của tiết diện nhánh đối với mép ngoài của tiết diện Sx = 1,2.32.1,2/2 + 2.12,8.(1,2 + 2,27) = . OÂNG KIM MINH ĐỀ BÀI ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP - Quy mô nhà xưởng một tầng, một nhịp. Cầu trục hai móc làm việc chế độ trung bình với sức trục Q = 30 / 5T . - Khẩu độ nhà: L = 30 m. - Bước cột: B. được bố trí ở đầu nhà, giữa nhà & cuối nhà nằm trong mặt phẳng cánh trên và các thanh giằng dọc nhà, do chiều dài nhà quá lớn nên bố trí các thanh giằng chữ thập ở giữa nhà. Tác dụng chính. -555.3 daN q đ = 731.5daN/m ; q h = 363.4 daN/m 12 GVHD : OÂNG KIM MINH PHẦN IV : THIẾT KẾ CỘT IV.1 Thiết kế cột trên Tóm tắt số liệu: H t = 4 m H d = 8,2 m Tỉ số moment 9 cd ct J J = Chiều