Thuyết minh + Bản vẽ Đồ án Kết cấu thép

Đồ án Kết cấu thép được thực hiện bởi sinh viên trường ĐH Xây dựng HN. Đây là tài liệu bổ ích để các bạn sinh viên tham khảo nhằm giúp đạt kết quả cao trong học tập. Đồ án gồm 2 phần: Phần Thuyết minh (Pdf) và phần bản vẽ (Cad). Trong file winzar bản vẽ mình có để phần cài đặt font chữ VNI Time để cài vào máy tính giúp đọc được phần thuyết minh. Các bạn nhớ doawn cả phần winzar để có bản vẽ nhé Thanks

L

Ờ I C Ả M Ơ N

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Giáo viên hướng dẫn

2.Có hai cầu trục có sức nâng Q(T) =50/10T,chế độ làm việc trung bình

3.Vật liệu: Kết cấu khung : Thép CT3

Kết cấu bao che: Mái : Tấm BTCT (chon loại 1,5 x 6 = 9m2 )

Tường:Tấm BTCT ; Xây gạchMóng :Bê tông :B12.5 ; B15

Theo đ/k cấu tạo ta chọn: hd = a + =0,25+0,75=1m

Đảm bảo điều kiện hd = 1m >1/25*11.95 m = 0,478 m

II CHOẽN TÍNH TOAÙN HEÄ MAÙI

Chiêu cao ô cửa a=1/15L=1/15*30m=2m ;

Chiêu cao bậu cửa hbc =400450 mm

Vậy ta chọn hbc= 400mm

Với Lcm= 12m, ta lấy Hcm=2.5m

Sơ đồ dàn máI ,cửa mái xem trang sau

III HEÄ GIAẩNG

1 Hệ giằng mái:

Bố trí từ mép cánh dới của dàn lên cánh trên

Giằng trong mp cánh trên: Đợc bố trí theo mặt phẳng cánh trên của dànkèo , bố trí hệ thanh chéo chữ thập Nhà có chiều dài là 96 m do vậy ngoàigiằng ở 2 đầu ta còn bố trí ở giữa nhà (trong gian giữa)

2 Hệ giằng cánh dới :Đợc bố trí cùng gian với hệ giằng cánh trên và bố trí

thêm hệ giăng doc nhà ở 2 bên ( xem sơ đồ)

- ở cột dới ta bố trí giằng ở gian giữa nhà để tránh gây hiệu ứng nhiệtnên ta không bố trí giằng cột dới ở hai đầu nhà (xem hình bên)

IV TÍNH TOAÙN KHUNG NGANG

1 Tải trọng tác dụng lên khung ngang nhà:

 Tải trọng tác dụng lên dàn:

Tải trọng tác dụng lên dàn bao gồm trọng lợng bản thân của mái, của cửa trời, của bản thân kết cấu và hoạt tải

a Tải trọng mái:

Theo cấu tạo của các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái nh sau:

STT Vaọt lieọu , quy caựch  (m) (t/m3) Gtc(t/m3) n Gtt(t/m3)

B B Taỷi troùng phaùm vi cửỷa maựi 0,538   0,623

9 Troùng lửụùng baọu cửỷa maựi 0,04Lcm (t/m) 0,1 1,1 0,11

10 Troùng lửụùng baọu cửỷa maựi 0,045(t/m) 0,045 1,05 0,047

  C Taỷi troùng phaùm vi chaõn cửỷa maựi G x B'(t) 0,87   0,942

- Tải trọng tính toán quy đổi về thành lực tập trung tạinút thứ k được xác định theo công thức :

Trong đó : Bj-1 , Bj bước khung hai bên lân cận của dàn vì

kèo ,

m – số lớp mái ;

Gm – Tải trọng tính toán của lớp mái thứ i ,

Gck – tải trọng tính toán của các cấu kiện ,

nm - hệ số độ tin cậy tải trọng các lớp mái ,

nck – hệ số độ tin cậy tải trọng các cấu kiện,

dk-1 , dk – panel bên trái , bên phải nút k , m

 - góc nghiêng của thanh cánh trên so với mặt

b Tải trọng tạm thời do thi công và sữa chửa mái

Tải trọng tạm thời xác định theo TCVN 2737-95

Ptc = 0,075 T/m2 mặt mái , hệ số vượt tải n= 1,3

Tải trọng tình toán : Ptt = n.Ptc = 1,3 0,75.6/Cos5,7 = 0,588

c.Hoạt tải gió.

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :

- Gió trong phạmvi mái ,Từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên,được chuyển về thành lực tập trung W nằm ngang đựat ở cánh dưới cao

- Gió thổi lên bề mặt tường dọc , được chuyển về thành lực tập trung phân bố trên cột Nếu trong trương hợp có bố trí hệ thống cột phụ thì tải một phần được truyền lên cột và một phần

truyền lên cột phụ từ đó quy về lực tập trung truyền vào khung.Trong trường hợp này với bước nhà B=12 , thì bố trí ba cột phụ trong một bước cột ,và có sơ đồ truyền tải như sau:

Aùp lực gió tác dụng lên công trình được xác định theo công thức:

qz – Aùp lực gió ở độ cao z

n – hệ số tin cậy của tải trọng gió n= 1,2

Wo – giá trị áp ực gió được xác định theo bản đồ phân vùng:

Vùng

Wo 0.055 0.083 0.095 0.11 0.125 0.155 0.185

Ci – hệ số khí động xác định theo quy phạm TCVN 2737-95

K(z) – hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao : K(z) = 1,84451

Zg – Độ cao grandient mà tại đó vận tốc gió không còn chịu ảnh hưởng sực cản mặt đệm

m – hệ số ma sát các lớp biên , xác định từ xử lý thống kê theo số liệu đo đạt profil gió trong lớp biên

Zg và hệ số m phụ thuộc vào dạng địa hình A,B, C như sau:

2 Tải trọng do phản lực của dàn.

a Do tải thường xuyên

Pm = Trong đó :

Vtx = 56.66 tấn – Phản lực tại gối tựa dàn do tải trọng thường xuyên

Gdđ – Trọng lượng bản thân của dàn đỡ trung gian, Gdđ =

 Trường hợp không sử dụng dàn phụ thì P’m chính bằng phản lực đầu dàn do tải tạm thời gây ra.

3 Tải trọng do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục

a Áp lực thẳng đứng do bánh xe cầu trục:

Dmax = n.nc.n.kđ. y + GdctDmin = n.nc.n.kđ. y + GdctTrong đó

n = 1,1 – hệ số tin cậy tải trọng

nc - hệ số kết hợp đồng thời 2 cầu trục đứng gần nhau

nc =

n – hệ số điều kiện làm việc của cầu trục

n =

- tra bảng cataloge cầu trục

Gdct - Trọng lượng bản thân dầm cầu trục

Gdct = 1,05 =1,05 5.10-4.B2.Q

= - Khi Q< 75 T

Q – Sức nặng cầu trục

Gct – Trọng lượng cầu trục ,Tra bảng cataloge cầu trục

no – số bánh xe ở một bên cầu trục

Kđ – Hệ số động

= 1,1 x 0,85 x 1,1 x 1x14,5x1.89 + 0.945 = 29.13 tấn

b Tải trọng do lực hãm ngang của xe con

T = n.nc.n.kđ. yTrong đó - Lực xô ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục khihãm phanh

= f(Q+Gxe)

f – hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray f = 0.1 khi bánh xe vàray bằng sắt

nph - số bánh xe khi phanh

n – tổng số bánh xe

no – số bánh xe ở một bên cầu trục ,Thường thì nph = ½ n

Vậy

= f(Q+Gxe) = 0,1.(50 + 18) = 0.85 T

T = n.nc.n.kđ. y = 1,1x0,85x1,1x1x0,85x1.89 = 1.65 T

d Tải trọng do sườn tường

- Chọn kết cấu sườn tường bao che là panel BTCT có chiều dài

80 mm

- Ta bố tri sườn tường từ vai cột trở lên , với chiều cao bố trí panel là7.8 m (chiều cao cột trên là 4.95 m ) do đó phần trọng lượng cửa kính trong phạm vi 7.8m là không đáng kể so với trọng lượng panel => bỏ qua trọng lượng của kính

- Tải trọng tiêu chuẩn panel sườn tường

= 7,8 6 0,08 2,5 = 9,36 T

- Tải trọng tính toán panel sườn tường

= n = 9,36x1,1 = 10.3 T

V TINH NỘI  LỰC KHUNG

1 Sơ đồ tính khung

Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung :mômem uốn lực cắt,lực dọc trong các tiết diện khung Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như giàn ,cọt khá là phức tạp , nên trong thực tế

đã thay sơ đố tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơm giạn hoá , với các giả thiết sau :

- Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới của dàn

- Khi tính khung với tải trọng không phải là tải trọng đứng tác dụng lên dàn thì xem dàn cứng vô cùng

Sơ đồ tính   :

Giả thiết : chọn

chọn

* Xác định r 1P

r1P = M B P =

Suy ra

Moment cuối cùng :

- Ở đầu xà : Mxà= Mxà B + M B P =

Mt C = MB + R B H2 = -4.212 (Tm) (5)

Md C = MC Tr + Me = 11.832 (Tm) (6)

MA = MB + RB *h + Me = -16.48 Tm (7)

 Moment tổng cộng do tính tải gây ra :

MB = -28.978 + (- 5.944 ) = -34.9 (Tm)

Mt C = - 21.518 + ( - 21.518) = -26 (Tm)

MA = 21.86 + 4.48 = 26.343 (Tm)

b) Tính khung với moment cầu trục:

Để tiện tính toán ta xem (Dmax + Gdct ) và (Dmin + Gdct ) là những hoạt tải:

Với sơ đồ xà ngang là cứng vô cùng, ẩn số theo phương chuyển

vị là chuyển vị ngang của nút trên ;

Lực T Đặt tại cao trình dầm hãm của 1 trong 2 cột đỡ cầu

trục Chiều lực có thể hướng từ sang trái hoặc phải Do dó nội lực khung luôn có dấu dương hoặc âm ,dấu dương ứng với 1 chiều, dấu âm ứng với chiều kia

Phương trình chính tắc :

Xác định  :

=0.495

Ta có r11 =1.566 EJ1

Xác định R1p tra banûg III2 (Trường hợp < a )

0.516-0.763

Tải trọng gió có thể đỗi chiều.Trong tính toán chỉ cần xét 1 trường hợp ,kết quả có thể sử dụng cho trườmg hợp kia bằng cách đảo biểu đồ gió lật 1800 quanh trục thăng đứng Chúng ta sử dụng giả thuyết khi tải trong không tác dụng vào xà

ngang ,độ cứng xà ngang cứng vô cùng Do vậy chuyển vị xoay bắng không còn chuyển vị ngang tại đỉnh cột

Momen do tải trọng gió gây ra:

BẢNG TỔ HỢP NỘT LỰC

THIẾT KẾ CỘT

 Chiều dài hình học các cột Ht = 4.95 m; Hd = 7.8 m

 Liên kết khung nhà, cột liên kết với móng ở đầu dướivà với tường ngang (dàn hoặc dầm) ở đầu trên Các liên kết này là liên kết ngàm

I XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN

1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn.

Chiều dài tính toán riêng cho từng phần cột

+ Cột trên:

+ Cột dưới:

Tính toán các tham số:

-Tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 cột

-Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất giữa phần cột trên và dưới là:

Từ Tra bảng II.6b hệ số qui đổi chiều dài tính toán

II XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG CỘT

+Tại cột trên (tiết diện B) cặp nội lực dùng thiết kế cột có giá trị

M = -47.33 (Tm) ;Ntu=50.68 (T)+Tại cột dưới:

Nhánh trái M = 71.87 (Tm) ; Ntu= 103.05(T)

A.THIẾT KẾ CỘT TRÊN

Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ 3 bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước h = 500mm

Độ lệch tâm

Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện

và diện tích yêu cầu của tiết diện theo công thực:

Chọn tiết diện như hình vẽ:

Kiểm tra tiết diện đã chọn

 Theo trục xx:

 Theo trục yy

Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tỷ đối m1

Ta có:

Tra bảng II.4 ta được

 Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng uốn:

Ta có tra bảng II.2 ta được

 Kiểm tra ổ định ngoài mặt phẳng uốn:

Ta có momen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có M2 = 42.32(Tm)

-Ứng với từng trường hợp tải trọng đã cộng ở đầu kia

(TH:1,2,4,6,8)

M1 = -28.638(Tm)

Momem ở 1/3 đoạn cột là:

Độ lệch tâm tương đối

Tra bảng II.5 phụ lục II

Cc Tra bảng II.1 phụ lục II ta được

 Kiểm tra ổn định cục bộ

a)Bản cánh

Theo công thức trong bảng 3.3 Thép chữ I có

b) Bản bụng

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 tỷ số giới hạn xác định theo bảng 3.4

Với

Kết luận tiết diện chọn là hợp lý

THIẾT KẾ CỘT DƯỚI

Nội lực từ bảng tổ hợp:

1 Chọn tiết diện nhánh

Giả thiết khoảng cách hai trục nhánh

Khoảng cách trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh hai là:

y1 = 0.55c = 55 (cm)

Khoảng cách trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh hai là:

2 Lực nén lớn nhất trong các nhánh

+Nhánh phải (nhánh cầu trục):

+Nhánh trái (nhánh mái):

Giả thiết hệ số ổn định , tính tiết diện yêu cầu cho từng nhánh riêng rẽ:

3 Chọn tiết diện nhánh 1:

Chọn tiết diện chữ I tổ hợp từ 3

bản thép

Đặc trưng hình học của tiết diện

4 Chọn tiết diện nhánh 2

Nhánh 2 dùng tiết diện tổ hợp từ một thép bản 380x20và hai thép góc đều cạnh L160x12có (A1g = 37.4cm2; z10 = 4.39(cm);

Tính khoảng cách giữa hai trục nhánh:

Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 1:

Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 2:

5 Đặc trưng tiết diên cột dưới :

Momen quán tính toàn tiết diện với trục x-x:

Xác định hệ thanh bụng: chọn a=76cm

Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q= -10.74(T)

Chọn sơ bộ thanh xiên là thép góc L80x6 có:

Kiểm tra thanh bụng xiên

Độ mảnh

Tra bảng II.1

Lấy hệ số điều kiện làm việc thanh xiên Điều kiện ổn định

Độ mảnh toàn cột theo trục ảo

góc tra bảng 3.5 ta có k = 29.1

Từ tra bảng II.1 phụ lục 2 ta có 0.821

Lực cắt qui ước:

Vậy Qmax =13.154 T > 1.132 Tnên không cần tính lại thanh bụng xiên và

Thanh bụng ngang tính theo lực cắt Qqư = 1.132 T Vì Qqư rất nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn Dùng một thanh thép góc đều cạnh L40x5 có rmin = 0.79 cm

6 Kiểm tra tiết diện đã chọn

Nội lực tính toán nhánh 1: Nnh1 = 66(T)

Từ tra bảng II.1 Phụ lục 2 ta có: 0.854

Kiểm tra ứng suất:

Nội lực tính toán nhánh 2: Nnh1 = 128.54(T)

Từ tra bảng II.1 Phụ lục 2 ta có: 0.81

Kiểm tra ứng suất:

7 Kiểm tra theo trục ảo

Độ lệch tâm

Theo m = 0.51 và tra bảng II.3 Phụ lục 2 ta có 0.5899

Độ lệch tâm

Theo m = 1.31 va tra bảng II.3 Phụ lục 2 ta có 0.381

8 Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột.

a) Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực Ntx = 6.838(T)

Với các loại thép có , dùng que hàn E42 thì

Hàn tay nên

Thanh xiên là thép L80x6 có góc giả thiết đường cao đường hàn sống hhs = 8cm; chiều cao đường hàn mép hhm = 6cm

Chiều cao cần thiết của đường hàn sống lhs và đường hàn mép để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là:

b) Đường hàn thanh bụng ngang L40x5 vào nhánh cột đử chịu lực cắt Qqư = 1.13T (rất bé) Vì vậy chọn với cấu tạo với

Kiểm tra lại tỷ số độ cứng giữa hai phần cột

Sai số do với tỷ lệ đã chọn

THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT

1 Mối nối hai phần cột

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

Nội lực lớn nhất mà mối nối cánh ngoài, cánh trong phải chịu

Đường hàn có chiều dài bằng bề rộng cánh cột trên,

chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cánh cột trên, ứng suất trong đường hàn:

Mối nối bụng cột, tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối Vì lực cắt ở cột trên khá bé đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt, với chiều cao đường hàn đúng bằng chiều dày thép bản bụng

2 Tính dầm vai

-Dầm vai như dầm đơn giản nhịp l = h t = 1 m.

-Dầm vai chịu uốn bởi lực từ cánh trong của cột trên S tr = 91.05T Sơ đồ như hình vẽ

-Phản lực gối tựa:

B =

-Mômen lớn nhất tại giữa nhịp:

Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục của cột

; chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục

Chiều dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung (Dmax+ Gdct )

Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai

Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai tính theo:

vậy chọn Bụng nhánh cầu trục của cột dưới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn qua Hai bản bụng này liên kết với nhau bằng 4đường hàn góc

 Chiều cao bụng dầm vai phải đủ chứa 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bụng nhánh cầu trục Giả thiết chiều cao đường hàn góc hh = 6mm Chiều dài một đường hàn cần thiết là:

 Chiều dài một đường hàn cần thiết liên kết bản K vào bụng dầm vai (để 4 đường hàn này đủ truyền lực Str)

 Theo yêu cầu cấu tạo :

Chọn hdv = 60cm chiều dày bản cánh dưới dầm vai bằng 10mm; chiều cao bản bụng dầm vai

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai

-Momen chống uốn bản bụng:

-Kiểm tra điều kiện uốn của tiết diện chữ nhật

3 Chân cột liên kết cột với móng

 Lực nén lớn nhất ở tiết diện chân cột

Nhánh cầu trục:

Nhánh mái:

 Vật liệu thép chân cột và thép bulông neo BCT3KT12

 Móng bê tông M150 có Rn = 60Kg/cm2

Giả thiết hệ số tăng cường độ do nén cục bộ mặt bê tông móng

Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái:

Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh cầu chạy:

Chiều rộng bản đế theo yêu cầu cấu tạo

Chiều dài L của bản đế từng nhánh tính được là:

chọn L2bd = 55(cm) chọn L2bd = 30(cm)Ứng suất thực tế ngay dưới bản đế

Tính chiều dày bản đế:

Ở nhánh mái (nhánh 2) momen lớn nhất ở bản kê 3 cạnh:

Ở nhánh cầu trục (nhánh 1) momen lớn nhất ở bản kê 3 cạnh:

Chọn chiều dày bản đế là 3.5cm cho cả chân cột

4 Tính kích thước dầm đế

Tải trọng truyền lên dầm đế ở nhánh mái:

Tổng phản lực truyền lên dầm đế:

Chọn chiều cao đường hàn sống và hàn mép hhs = 8mm; hhm =6mm

Chiều cao cần thiết của đường hàn sống và hàn mép

chọn dầm đế có tiết diện 400x450x10mm

Kiểm tra dầm đế về chịu uốn và cắt

Nhịp tính toán dầm đế ldđ = 258.3 + 20 = 278.3 mm = 27.83 cm

Kiểm tra bền:

Tính sườn ngăn A

Tải trọng truyền xuống sườn ngăn A:

Momen và lực cắt sườn ngăn

Chọn kích thước sườn ngăn là: 420x10mm

Momen chống uốn của sườn ngăn:

Kiểm tra sườn ngăn về uốn:

Tính liên kết hàn sườn ngăn vào nhánh cột chọn chiều cao đường hàn 10mm

Khả năng chịu lực của đường hàn

Vậy kích thước dầm đế và sườn ngăn chọn

Dầm đế: 450x10mm

Sườn ngăn 450x10mm

5 Tính bu lông neo