Thuyết minh đồ án thép nhà công nghiệp 1 tầng

CHƯƠNG 1 SƠ BỘ KẾT CẤU 1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp  Khung ngang cấu tạo gồm hệ mái và dàn cột  Liên kết giữa dàn mái và hệ cột là liên kết cứng  Liên kết giữa cột

ĐỒ ÁN THÉPNHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

2 Nhà có cầu trục, chế độ làm việc trung bình, sức trục 30 tấn

3 Vật liệu: Kết cấu khung: CT34

Kết cấu bao che: Mái: Tấm BTCT

Tường: Tấm BTCT, xây gạch,Móng: Bê tông: B15, B20

4 Liên kết: Hàn và Bulong

5 Địa điểm xây dựng: TP Hồ Chí Minh, Vùng gió: IIIB

Phụ lục

Trang

1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp 3

Chương 2 Xác định tải trọng tác dụng vào khung ngang 8

6.3 Xác định nội lực xuất hiện trong dàn 52

CHƯƠNG 1

SƠ BỘ KẾT CẤU 1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp

 Khung ngang cấu tạo gồm hệ mái và dàn cột

 Liên kết giữa dàn mái và hệ cột là liên kết cứng

 Liên kết giữa cột và móng bê tông cốt thép là liên kết ngàm trong mặt phẳng khung vàkhớp ngoài mặt phẳng khung

 Dàn mái là panel nên ta chọn độ dóc i = 10%

1.2 Kích thước khung ngang

Chọn cốt nền nhà trùng với cốt 0.00 để tính toán thông số chiều cao

Ta có cao trình đỉnh rây: Hr = 7m, nhịp nhà L= 21 m

Mặt khác do tải trọng cầu trục Q = 30000 daN

 Tra catalogue theo nhịp ta được thông số về cầu trục:

Nhịp cầu trục là Lk = 19,5 mCác kích thước cơ bản khác :

 Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục 1050 daN

 Trọng lượng xe con : 12000 daN

 Trọng lượng cầu trục ; 47500 daN

1.2.1 Kích thước theo phương đứng

Chiều cao rây và đệm hr =200 mm ( giả định)

Chiều cao dầm cầu chạy :

 Chiều cao toàn cột: H = Ht + Hd – hm = 4000 + 6100 =10100 mm

1.2.2 Kích thước theo phương ngang

Chọn khe hở an toàn giữa đầu nút cầu trục và mép trog của cột D = 60 mm

Các kích thước theo phương ngang

 Khoảng cách từ tim rây đến trục định vị

 dd

3, 25 m 2

Chiều cao ô cửa: a = 151 L=1,4 m

Chiều cao bậu cửa dưới: 400 mm

Chiều cao bậu cửa trên: 200 mm

 Chiều cao cửa mái: 2m

1.3 HỆ GIẰNG

1.3.1 Hệ giằng mái:

Bố trí từ mép cánh dưới của dàn lên cánh trên

Giằng trong mặt phẳng cánh trên: được bố trí theo mặt phẳng cánh trên của dàn kèo,

bố trí hệ thanh chéo chữ thập Nhà có chiều dài là 60 m do vậy ta bố trí giằng ở 2 đầu hồi

1.3.4 Hệ giằng cột:

Bao gồm có hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dưới

 Ở cột trên ta bố trí giằng ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dưới

 Ở cột dưới ta không bố trí giằng cột dưới ở 2 đầu nhà để tránh hiệu ứng nhiệt

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG

Tải trọng tác dụng vào khung ngang bao gồm:

a) Các lớp cấu tạo mái

Theo cấu tạo của các lớp mái ta có bản thống kê các tải trọng mái như sau:

g  n d g tải trọng tính toán của các lớp (daN/m2)

Quy đổi tải phân bố trên gốc nghiêng cos 0,995 về mặt bằng

397

3990,995

tt

m

(daN/m2)b) Trọng lượng dàn và hệ giằng

Theo công thức kinh nghiệm: gtc  1,2  L (daN/m2)

Trọng đó: L = 21 m

(0, 6 0,9)

   đối với dàn nhịp từ 24-36 m ta lấy  0, 7

1,2: hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng

17,64

17,730,995

tc

d

(daN/m2)19,4

19,50,995

tt

d

(daN/m2)c) Trọng lượng kết cấu cửa mái

Có thể dùng trị số 12  18 (daN/m2); ta chọn

tc cm

g 15 (daN/m2)

tt cm

g 1,2.15 = 16,5 (daN/

m2)

d) Trọng lượng cánh cửa mái và bậu cửa mái

Các tải trọng này tập trung ở chân cửa trời Để tiện tính khung ta quy đổi thành tải phân bố trên mặt bằng

Trọng lượng bậu cửa từ 100 – 150 daN/m

Chọn

tc bc

g  120 (daN/m)

Trọng lượng cửa kính và khung cánh cửa từ 35 – 40 (daN/m2)

Chọn

tc k

g 35 (daN/m2)Vậy tải tập trung do cánh cửa mái và bậu cửa tại mắt dàn là

L B

= 25 (daN/m2)Tĩnh tải phân bố đều trên khung ngang

mái Đơn vị Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượttải Tải trọng tính toán

Cột dưới khoảng 200 đến 300 daN/m; chọn 250 daN/m

Cột trên khoảng 180 đến 240 daN/m; chọn 200 daN/m

2.2.2 Hoạt tải

Tải trọng tạm thời trên mái lấy theo nhiệm vụ thiết kế Khi không có yêu cầu đặt biệt thì lấy theo TCVN 2727-1995, ví dụ mái bằng không có người lên thì p tc 75 (daN/m2), hệ số vượt tải là 1,3

Tải trọng tạm thời phân bố lên xà ngang

.B

tt tc

p n p  1,3.75.6 = 585 (daN/m)

Bao gồm: Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột

Tải trọng do lực hãm của xe con

2.2.1 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột

a) Trọng lượng bản thân dầm cầu chạy

G đặt tại chỗ đở dầm cầu trục, là tải trọng thường xuyên và Gdccđặt lệch

tâm so với cột dưới một đoạn

800 400

b) Áp lực đứng của bánh xe cầu trục

Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung vào vai cột

Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên rây xảy ra khi xe con mang vật nặng vào vị trí sát nhất ở cột phía đó Trị số tiêu chuẩn max

tc

kN

Áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực Pmaxtc được xác định theo

đường ảnh hưởng của phản lực tựa của hai dầm cầu trục ở hai bên cộtVới vị trí bất lợi nhất của các bánh xe lên dầm

Với y1 = 1

2

1

9006000

y

y  => 2

3 20

y 

3

3 1

y

y y

2.2.2 Tải trọng do lực hãm của xe con

Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động Lực hãm của xe con qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm và vào cột

Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm

kNCác lực ngang 1

tc

T truyền lên cột thành lực T đặt ở cao trình dầm hãm, giá

trị T cũng được xác định bằng cách sắp xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng

2.3.1 Tải trọng gió phân bố đều trên cột

0

.

q nW k c B 

Trong đó: W0 là giá trịn áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng

k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao

c là hệ số khí động

n là hệ số vượt tải

B là bước khungCông trình thuộc địa hình B, vung gió IIIB ta được Wo = 125 daN/m2

Tại cao trình đấy giàn vì kèo: H = 10,1 m => k = 1,01

Tại cao trình đỉnh cửa mái: H = 15,35 m => k = 1,08

2.3.2 Tải trọng gió tập trung tại dầm cột

Lực tập trung của tải trọng gió đặt tại cao trình cánh vì kèo, được tính toánnhư sau

Giá trị k được lấy trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đấy vì kèo và giá trị tại điểm cao nhất của cửa mái



1, 01 1, 08

1,0452

3.1.1 Các giả thuyết đơn giản hóa khi giải phóng khung ngang

Thay thế cột bằng các cấu kiện thanh trùng với tim cột, có độ cứng bằng

độ cứng của cột

Cột trên và cột dưới được nắng trục thẳng hàng với nhau, thêm vào cột moment lệch tâm tại vai cột để kể đến sự lệch tâm giữa hai cột

Thay thế dầm bằng một thanh, nằm trùng với cánh dưới dàn, độ cứng bằng độ cứng trung bình của dàn

Khi tải trọng tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi như tải tác dụng đối xứngtrên khung, do vậy ẩn phản ứng chuyển vị ngang đầu cột   , còn hai ẩn0đối xứng chuyển vị xoay đầu cột bằng nhau 1  2  

Khi tải trọng tác dụng không trực tiếp lên xà ngang, ta coi như độ cứng của

J

J   ; chọn

cd ct

J

J   ; chọn

d ct

4 6,1

t

t d

H a

h H H

10,1258

Từ đó xác định được moment và lực cắt ở đỉnh cột do chuyển vị xoay bằng đơn vị gây ra

Biểu đồ moment trong hệ ban đầu: M p .M1M P0

Giá trị moment ở chân cột

EJ

EJ

cd pA

cd

h M

h

kNmGiá trị moment ở đỉnh cột

EJ

cd pB

cd

h M

h

kNmGiá trị moment ở đầu dàn

EJ

EJ

cd BC

cd

h M

h

kNmGiá trị moment ở giữa dàn

4 6,1

t

t d

H x

Biểu đồ moment cuối cùng cảu khung ngang trường hợp tĩnh tải bằng biểu

đồ tổng cộng của sơ đồ 1 và sơ đồ 2

Lực dọc tại tiết diện I-I ( đầu cột trên)

kNLực dọc tại tiết diện II-II ( chân cột trên)

cottren cot( g ) 303,7 (2 1, 22).4 316,58

TT A

kN

b) Nội lực do hoạt tải

Ta có thể nhanh chống tìm được biểu đò moment dựa vào kết quả tính trong trường hợp tĩnh tải bằng các nhân các tung độ của biểu đồ moment

do tĩnh tải với tỷ số p/q, với p là giá trị hoạt tải, q là giá trị tĩnh tải trên 1 m dài

Với q = 5,85 kN/m => ht

5,85

0, 20228,92

ht tt

c) Áp lực đứng Dmax và Dmin của cầu trục lên vai cột

Bài toán 2

Biểu đồ moment M0p do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản được xây dựng nhờ

phụ lục 16, tương tự như trường hợp tĩnh tải

Mô men lệch tâm tại vai cột:

max max 0,4.596,7 238,7

Đối với cột trái

Moment và phản lực tại đỉnh cột trái được xác định như sau:

Từ đó ta có biểu đồ moment cho trường hợp này như sau

Biểu đồ moment do tải ngoài gây ra

Sử dụng một mặt cắt bao quanh thanh xà ngang và chiếu tất cả lên

phương ngang, chúng ta có thể xác định r như hình vẽ11

 11 3

EJ10,59 cd

Biểu đồ moment do ngoại lực gây ra trên hệ cơ bản M P0

Moment tại tiết diện I-I (đầu cột trên):

-Xác định hệ số r11 và R1P:

EJ10,59 cd

13, 43

1, 26810,59

M M M =1,268.1,4773.10,1 – 23,33 = -4,41 kNm

Moment tại vị trí đặt lực xô ngang

0 1.

M M M = 1,268.(-0,2144).10,1 + 21 = 18,25 kNm

Moment tại chân cột

0 1

M  M M = -1,268.1,4773.10,1 = -18,92 kNm

Moment tại vị trí đặt lực xô ngang

0 1

M  M M = -1,268.(-0,2144).10,1 = 2,75 kNm

Moment tại chân cột

0 1

MIV = MI +QB.h – (q.h2/2)

= -41,25 + 0,429 x 7,3x 10,1 – (7,3.42/2) = -68 kN.mTính tương tự cho phía hút gió, ta có bẳng kết quả sau:

Moment tại tiết diện II-II và III-III (chân cột trên và đỉnh cột dưới):

MII = M P0+∆ M1 =26,87 + 10,2.(h3/ EJcd) (- 0,2144).(EJcd/h2) = 4,75 kN.m

Moment tại tiết diện IV-IV:

MIV = M P0+∆ M1 = -68 + 10,2.(h3/ EJcd) (- 3,8177).(EJcd/h2) = -461,3 kN.m

Cột phải:

Moment tại tiết diện I-I:

MI = M P0-∆ M1 = (-30,24) - 10,2.(h3/ EJcd ) 1,4773.(EJcd/h2) = -182,43 kN.m

Moment tại tiết diện II-II và III-III (chân cột trên và đỉnh cột dưới):

MII = M P0-∆ M1 = -20,61 - 10,2.(h3/ EJcd) (- 0,2144).(EJcd/h2) = 1,48 kN.m

Moment tại tiết diện IV-IV:

MIV = M P0-∆ M1 = -50,23 - 10,2.(h3/ EJcd) (- 3,8177).(EJcd/h2) = 343,1 kN.m

Chương 4 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT

 Chiều dài hình học của các cột Ht = 4m; Hd = 6,1 m

4.1 Xác định chiều dài tính toán

4.1.1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn

Chiều dài tính toán riêng cho từng phần cột

2

1,156,1 2,59

t d

2,075

1,81.15

 Cột dưới l2y H t H DCT  4 0.7 3,3( ) m

4.2 Xác định nội lực trong cột

 Tại cột trên ( tiết diện I-I)

Cặp nội lực dùng để thiết kế cột có giá trị

4.3 Xác định sơ bộ tiết diện cột trên

 Độ lêch tâm của toàn cột và diện tích yêu cầu

3126720

87,1 (c )35898

N

Sơ bộ giả thuyết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện η=1.25 và

diện tích yêu cầu tiết diện theo công thức:

t  1 cm

w

h  37,6 cm

 Diện tích tiết diện A = 109,6 cm2

 Các đặt trưng hình học của tiết diện:

1576,8 ( )40

Tra bảng II.4 ( Tr 310- Kết cấu thép và cấu kiện cơ bản) với sơ đồ tiết diện

 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

Tra bảng 4.9 phụ thuộc x 1,344 và m e7,57, ta được e= 0,24

2

e

N 35898 1871 .R 1.2100(daN / m ).A 0,175.109.6

Với  -tra bảng 4.4, dựa theo y y 47 và R = 2100 daN/cm2 ta được  = 0,876y

C – căn cứ vào m = 6,054 > 5 ta dùng công thức

 =1

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh

bo = 14,5 cm

62,1.10(0,36 0,1 ) (0,36 0,1.1,344) 15,63

14,5

14,51

 Kết luận tiết diện cột trên là hợp lý

4.4 Xác định tiết diện cột dưới

Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục: M = -408,3 kNm; Ntu = 931,6 kN

Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái: M = 530,1 kNm; Ntu = 658,6 kNLực cắt lớn nhất tại chân cột Q = 80,1 kN

Chọn khoảng cách các thanh giằng a = 100 cm

Nhánh mái:

2 2

44 530092065864,7 102487,1(daN)

, 1

2 2

, 2

92966,14

55,34 ( )0.8 1 2100

102487,1

61 ( )0.8 1 2100

300.8

3 3

4 1

1 1

1 1 1

1 1 1

100

21,62 1204,62

61012,58

X

X X

nh

Y

Y Y

nh nh X

X y Y

Chọn tiết diện nhánh 2 ( nhánh mái)

Nhánh 2 dùng tiết diện tổ hợp từ một thép bản 260x10 và hai thép góc đều cạnh L125x125x10

i i i

2

4 3

2

2 2

2

2 2

2 2 2

2

25 1

25 1x(3,27 0,5) 2 356 24,2(2 4.39 3.27)12

8481,95

10,75( )73,4

nh

Y Y

nh x x

A l

r



2 2

2

0027,483,64

610

56,7510,75

73,476,73 41,47( )135,8

nh A

Đặc trưng tiết diện cột dưới

Moment quán tính toàn tiết diện với trục x-x

2 1334,5 972,12 41,472 62,4 35,262 73,4 200884,17( 4).200884,17

38,46( )135,8

076,73

0,77 37 35' sin 0,61100

C tg

a

Từ  tra bảng ta có k = 33,89

Độ mảnh quy ước được xác định

d

135,8 32,9 33,89 39,68

9,35

tx

A k A

Kiểm tra tiết diện đã chọn

Xác định lại lực dọc trong mỗi nhánh

1 2 1 1

93161,7.35,26 4083470

96025,27d76,73 76,73

65864,7.41,47 5300920

104683,8 d76,73 76,73

 Đối với nhánh cầu trục

Ta có max max( x1; y1) max(21,62;48, 49) 48,49  tra bảng ta có  = 0,872 Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung theo công thức

1 1

96025,27

1764,76 2100 0,872.62,4

nh nh

N A





daN/cm2

 Đối với nhánh mái

Ta có max max(x2;y2) max(27,48;56,75) 56,75  tra bảng ta có  = 0,838 Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung theo công thức

2 2

104683,8

1701,9 2100 0,838.73,4

Cặp nội lực thứ nhất: M1 = -408,3 kNm; N1 = 931,6 kN

1 1

43,83.135,8.41,47

200884,172100

 

Với m và  , tra phụ lục tìm được   0,423lt

1

93161,7

1621,8 21000,423.135,8

2 2

80,48.135,8.35,26

200884,172100

 

Với m và  , tra phụ lục tìm được   0,479lt

1

65864,7

1012,55 21000,479.135,8

Kiểm tra thanh xiên, thanh bụng đã chọn

Chiều dài thanh xiên l gx  a2c2  100276,732 126cm

Với  x 32,9 tra bảng phụ lục được  0,928

Lực cắt quy ước trong cột dưới bằng

f 

daN

Do Q qu Q thucte nên chúng ta lấy Q = Qthựctế = 8010 daN

Lực nén trong thanh xiên do lực cắt Q gây ra là

8010

6565,572sin 2 0,61

tx

Q N



x max

min x

12679,751,58

g t

l r

x x

6565,57

1289,62 2100 0,75.0,726.9,35

t t

t t

N A



g 

daN/cm2

Liên kết hàn giữa thanh xiên và nhánh cột tính như sau:

Que hàn N42, hàn tay, hệ số điều kiện làm việc là 0,9

Chọn chiều cao đường hàn:

Nội lực để tính mối nối là nội lực ở ngay trên vai cột( tiết diện II-II) Từ bảng tổ hợp nội lực ở tiết diện II-II ta chọn được hai cặp nội lực nguy hiểm nhất là:

2

57,7 ; 316,6 37,6 ; 378

Kiểm tra liên kết hàn ở cánh trong cột trên

2

2285,4 10

1252,17 2100 /1.23

2

2306,25 10

1348,4 2100 /1.23

5.2 Thiết kế vai cột

Áp lực Dmax lên vai cột là 596,7 kN,

Trọng lượng bản thân dầm cầu chạy Gdcc = 12,96 kN

Bề rộng của sườn gối dầm cầu chạy b = 300 mm

Bề dày bản bản cánh dầm vai là d  30 mm

Cường độ tính toán thép dầm vai f = 2100 daN/cm2

Cường độ ép mặt thép dầm vai fem = 3200 daN/cm2

Bề dày bản bụng dầm vai được xác định theo công thức:

max 59670 1296

0,56( 2 ).f (30 2.3).3200

dcc bb

Chúng ta coi như chỉ có bản bụng dầm vai chịu lực Chiều cao dầm vaiphải lớn hơn hay bằng ½ chiều cao tiết diện cột dưới, tức là bằng 400 mm,

để đảm bảo độ cứng cho liên kết giữa 2 nhánh cột dưới

Mặt khác, dầm vai phải đủ khả năng chịu lực Theo điều kiện này, chiều cao dầm vai sẽ được xác định theo công thức:

6 6.5708

185 18,5 1

Các đường hàn liên kết giữa bản bụng dầm vai và 2 nhánh cột dưới, cũng như bản k vào bản bụng dầm vai đều phải được tính toán kiểm tra Trước hết, đường hàn liên kết bản bụng dầm vai vào bản lưng nhánh mái cần đủ khả năng chịu lực từ dầm vai truyền vào và bằng N tr / 2 142,7 kN Phản lựcnày do hai đường hàn ở hai bên bản bụng tham gia chịu lực Chiều cao đường hàn cần thiết:

Vậy chọn h theo điều kiện chống rỉ, h h =4 mm h

Đường hàn liên kết bản k với bản bụng dầm vai (bốn đường hàn) sẽ chịu lực N truyền xuống Tương tự như trên, ta chọn tr h = 4 mm h

Đường hàn liên kết bản bụng dầm vai vào bản bụng nhánh cầu trục( 4đường) sẽ chịu lực Dmax G dcc cùng với phản lực từ dầm vai do N gây ra tr

Chiều cao đường hàn cần thiết được xác định như sau

m cb

bd

ncb cb b

A m

A

Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh cầu trục

2 d

104683,8

758,57 138

Ứng suất thực tế ngay dưới bản đế

Chọn chiều cao đường hàn hh = 8mm

Chiều dài một đường hàn

sn sn

q l

Q q l

Chọn trước bề dày sườn ngăn là 10 mm Chiều cao sườn ngăn được xác

định theo điều kiện chịu uốn và bằng

6 6.132975,7

19,5cm1.2100

s s

M h

32.( ) 2.0,7.1.20

93,3 cm

h h h h

339,20.9 277,6 kN1.1

Mg = -461,3 kN là moment tại chân cột do tải gió gây ra

Lực kéo trong bulong neo chân cột nhánh mái là: