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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1.Số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang chịu lực nhà công nghiệp tầng,một nhịp với số liệu cho trước sau: - Nhịp khung ngang : L= 24 m - Bước cột : B= m - Sức nâng cầu trục : Q= 32 T - Số cầu trục làm việc xưởng :2 - Chế độ làm việc : Trung Bình - Cao trình đỉnh ray : H1= 11,3m - Độ dốc mái : i=10 % - Số bước khung : n=15 - Địa điểm xây dựng : Quang Ninh - Kết cấu bao che : Tôn mạ màu - Vật liệu thép mác CCT34 có cường độ f = 21 KN/cm2 ;fv=12KN/cm2 ,fc=32KN/cm2 ) Hàn tay ,dùng que hàn N42 2.Xác định kích thước khung ngang: 2.1 Theo phương đứng: Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H2 = Hk + bk = 1,46 + 0,5 = 1,96 m với Hk= 1,46 m (tra catalô cầu trục) bk chọn > 0,3m; ta chọn bk = 0,5m Chiều cao cột khung tính từ mặt móng tới đáy xà ngang: H = H1 + H2 + H3 = 11,3+ 1,96 +0,0 = 13,26 m Trong : H1 = 11,3m cao trình đỉnh ray H3 - phần cột chôn nền,coi mặt móng cốt 0,0m (H3 = m) - Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến dáy xà ngang SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Ht = H2 + Hdct + Hr = 1,96 + 1+ 0,2 = 3,16 m Trong Hdct chiều cao dầm cầu trục chọn sơ sau:  Hdct=  ÷ 1 ÷.B =(0,9 ÷ 1,125) m  10  với B = 9m bước khung Vậy chọn Hdct = (m) Hr : Chiều cao ray đệm, lấy sơ 0,2 m - Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: Hd = H - Ht = 13,26 – 3,16 = 10,1 m - Chiều cao kèo,tính từ đáy kèo đến điểm cao kèo: Hvk = L 24 tgα = = 1, 2m 2 10 Độ dốc mái i=10 % Hình 1.1 Các kích thước khung ngang 2.2 Theo phương ngang: 2.2.1 Sơ kích thước tiết diện cột xà ngang -Do sức nâng cầu trục Q=32 nên chọn trục định vị nằm vị trí trùng với mép cột biên ,khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: L1= L − Lk 24 − 22,5 = 0,75m = 2 Trong đó: L khoảng cách hai trục định vị (nhịp khung), thường có mô đun 6m 3m SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH L K nhịp cầu trục, phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng công nghệ, lấy theo catalo cầu trục Ngoài cầu trục tiêu chuẩn, nhà cung cấp sản xuất cầu trục phi tiêu chuẩn , tức nhịp cầu trục L K đảm bảo khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép cột phải lớn z Chọn LK = 22,5(m) - Do sử dụng cột có tiết diện thay đổi nên chọn tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng sau: + Chiều cao tiết diện cột trên: h cột ≥ 1 Htr = 3,16= 0,316 (m) 10 10 Chọn h cột trên= 0,4(m) + Bề rộng tiết diện cột trên: b cột trên=(0,3 ÷ 0,5).h cột trên=(0,3 ÷ 0,5).0,4=(0,12 ÷ 0,2) (m) Chọn b cột trên= 0,2(m) + Chiều cao tiết diện cột dưới: hcột ≥ 1 (H1+H2) = (11,3+1,96) = 0,663 (m) 20 20 Chọn hcột dưới= 0,7(m) + Bề rộng tiết diện cột dưới: bcột =(0,3 ÷ 0,5) hcột =(0,3 ÷ 0,5).0,7 = (0,21 ÷ 0,35) (m) Chọn bcột dưới= 0,4(m) + Chiều dày cánh: tf =10 ÷ 18 (mm) Chọn tf = 16(mm) + Chiều dày bụng: tw =12(mm) Chọn sơ kích thước tiết diện cột trên: + Chiều cao tiết diện: h = 0,4 (m) + Bề rộng tiết diện cột: b = 0,2 (m) SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH + Chiều dày cánh: tf = 0,016 (m) + Chiều dày bụng: tw= 0,012 (m) Chọn sơ kích thước tiết diện cột dưới: + Chiều cao tiết diện: h = 0,7 (m) + Bề rộng tiết diện cột: b = 0,4 (m) + Chiều dày cánh: tf = 0,016(m) + Chiều dày bụng: tw = 0,012 (m) Chọn sơ kích thước tiết diện xà ngang 4m đầu xà: + Chiều cao tiết diện đầu xà: h1= 0,4(m) + Chiều cao tiết diện cuối xà: h2= 0,3(m) + Bề rộng tiết diện: b = 0,2(m) + Chiều dày cánh xà: tf = 0,016(m) + Chiều dày bụng xà: tw= 0,012 (m) Chọn sơ kích thước tiết diện xà ngang m xà + Chiều cao tiết diện đầu xà: h1= 0,3(m) + Chiều cao tiết diện cuối xà: h2= 0,3(m) + Bề rộng tiết diện: b = 0,2(m) + Chiều dày cánh xà: tf = 0,016(m) + Chiều dày bụng xà: tw= 0,012(m) Chọn sơ kích thước tiết diện xà ngang m cuối xà: + Chiều cao tiết diện đầu xà: h1= 0,3(m) + Chiều cao tiết diện cuối xà: h2= 0,4(m) + Bề rộng tiết diện: b = 0,2(m) + Chiều dày cánh xà: tf = 0,016(m) + Chiều dày bụng xà: tw= 0,012(m) SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH - Khoảng cách từ trọng tâm ray cầu trục đến mép cột (z) không nhỏ khoảng cách zmin catalô cầu trục, để đảm bảo cho cầu trục không vướng vào cột hoạt động Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: z =L1 - h cột = 0,75 - 0,4=0,35(m) > zmin=0,18(m) Hình 1.2 Các kích thước cụ thể khung ngang 2.2.2.Bố trí lưới cột hệ giằng 2.2.2.1.Bố trí lưới cột mặt Lưới cột: cột khung tạo nên lưới cột, cột đầu hồi nhà phải dịch vào phía 500 mm so với trục định vị, với mục đích kết cấu bao che giữ kích thước thống 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16 B A Hình 1.3 Bố trí lưới cột 2.2.2.2.Bố trí hệ giằng Bố trí hệ giằng mái hệ giằng cột Hệ giằng phận trọng yếu kết cấu nhà, có tác dụng: SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH - Bảo đảm bất biến hình độ cứng không gian kết cấu chịu lực nhà - Chịu tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung gió lên tường hồi, lực hãm cầu trục - Bảo đảm ổn định cho cấu kiện chịu nén kết cấu dàn, cột - Làm cho dựng lắp an toàn, thuận tiện Hệ thống giằng nhà xưởng chia làm hai nhóm: giằng mái giằng cột a Bố trí hệ giằng mái Hệ giằng mái nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ bố trí theo phương ngang nhà hai gian đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu khối nhiệt độ số gian nhà tùy thuộc vào chiều dài nhà, cho khoảng cách giằng bố trí không bước cột Bản bụng hai xà ngang cạnh nối giằng chéo chữ thập Các giằng chéo thép góc, thép tròn cáp thép mạ kẽm đương kính không nhỏ 12 mm Ngoài ra, cần bố trí trống dọc thép hình (thường thép góc) vị trí quan trọng đỉnh mái, đầu xà ( cột ), chân cửa mái… Trường hợp nhà có cầu trục, cần bố trí thêm giằng chéo chữ thập dọc thép đầu cột để tăng cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà truyền tải trọng ngang tải trọng gió, lực hãm cầu trục khung lân cận 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16 B A Hình 1.4 Hệ giằng mái (giằng cánh trên) b Bố trí hệ giằng cột Hệ giằng cột đảm bảo bất biến hình độ cứng toàn nhà theo phương dọc, chịu tải trọng tác dụng dọc nhà đảm bảo ổn định cột Trong trục dọc khối nhiệt độ cần có cứng; cột khác SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH tựa vào cứng chống dọc Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục, ngang chéo chữ thập Các giằng cột bố trí suốt chiều cao hai cột đĩa cứng: lớp từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa kèo; lớp dưới, bên dầm cầu trục chân cột Các giằng lớp đặt mặt phẳng trục cột ; giằng lớp đặt hai mặt phẳng hai nhánh Tấm cứng phải đặt vào khoảng chiều dài khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt kết cấu dọc Nếu khối nhiệt độ dài, cứng không đủ để giữ ổn định cho toàn khung dùng hai cứng, cho khoảng cách từ đầu khối đến trục cứng không 75 m khoảng cách trục hai cứng không lớn 50 m Sơ đồ cứng có nhiều dạng: chéo chữ thập tầng - đơn giản hai tầng cột cao; kiểu khung cổng bước cột 12 m cần làm nối thông qua Trong gian đầu gian cuối khối nhiệt độ,cũng thường bố trí giằng lớp Giằng tăng độ cứng dọc chung, truyền tải trọng gió từ dàn gió đến đĩa cứng Các giằng lớp tương đối mảnh nên bố trí hai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể 10 11 12 13 14 15 16 Hình 1.5 Hệ giằng cột 2.3.Sơ đồ tính khung ngang: SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH ÐO? N XÀ ÐO? N XÀ ÐO? N XÀ Hình 1.6 Thay đổi tiết diện kèo Do sức nâng cầu trục không lớn nên ta chọn phương án cột có tiết diện thay đổi với độ cứng cột I1 cột I2 Vì nhịp khung L= 24 m nên ta chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm Dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà m, với độ cứng tương ứng đoạn đầu cuối I I3 Đoạn thứ với độ cứng tương ứng đoạn đầu cuối I I4 dài m Đoạn thứ với độ cứng tương ứng đoạn đầu cuối I4 I5 dài m Do nhà có cầu trục nên coi liên kết cột với móng liên kết ngàm cứng cốt 0,0m Liên kết cột với xà ngang, liên kết đỉnh xà ngang liên kết đoạn xà ngang cứng Trục cột khung lấy trùng vớt trục định vị để đơn giản hóa tính toán Tải trọng tác dụng lên khung ngang: 3.1 Tải trọng thường xuyên: Chọn độ dốc mái i=10 % suy α =5,71 độ , sinα = 0,099 ,cosα=0,995 SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.7 Sơ đồ tính khung với tĩnh tải Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng thân kết cấu, trọng lượng phận chi tiết (mái tôn+xà gồ+giằng), trọng lượng thân dầm cầu trục Trong đó: - Trọng lượng cột kèo : SAP tự tính - Trọng lượng phận chi tiết: mái tôn+xà gồ+giằng mái có gtc = 20-40kG/m2 gtt = n.g tc B = 1,05.20.9 = 189(kG/m) = 1,89(kN/m) Trong đó: n = 1,05 hệ số vượt tải gtc lấy 20 kG/m2 B bước khung - Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ 1kN/m quy thành tải trọng tập trung đặt tải cao trình vai cột Gdct = 1,05.1.9 = 9,45 (kN) 3.2.Hoạt tải mái: Theo TCVN 2737 -1995, trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công sửa chữa mái (mái lợp tôn) 0,3kN/m2 hệ số vượt tải n=1,3 SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Quy đổi hoạt tải phân bố xà ngang: q tt = 0,3.B.n = 1, 3.0,3.9 = 3,51 (kN/m) Hình 1.8 Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái Hình 1.9 Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái phải SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH 2 2 M  V   5945,76   404,5  σ td =  s ÷ +  s ÷ =  + = 10,69( kN / cm ) ÷ ÷  608,   93,6   Ww   Aw  σ td = 10,69(kN / cm ) [...]... NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.16 Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục khi Dmax lên cột trái Hình 1.17 Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục khi Dmax lên cột phải 3.4.2 Lực hãm ngang của cầu trục Lực hãm ngang T của cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm, xác định theo công thức: Tmax =n.nc ∑ T1tc yi Trong đó: tc T1 là lực hãm ngang tiêu... VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.19 Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải 4 Xác định nội lực: Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP 2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảng thống kê nội lực Dấu của nội lực lấy theo quy định của SBVL Các thành phần nội lực có chiều... 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 vào vị trí bất lợi nhất như hình 6 Xác định được các tung độ yi của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn... HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.41 Biểu đồ lực cắt do hoạt tải ngang cầu trục trái Hình 1.42 Biểu đồ mômen do hoạt tải ngang cầu trục phải SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 29 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.43 Biểu đồ lực dọc do hoạt tải ngang cầu trục phải... catalô; Gxe= 2,453T 0,05 là hệ số ma sát no là số bánh xe cầu trục ở một bên ray; yi là tung độ đường ảnh hưởng => Tmax =1,2.0,85.8,61.2,972 = 26,1(kN) Lực hãm ngang T tác dụng lên cột khung đặt tại cao trình đỉnh ray và có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột, cụ thể ở đây đặt cách mặt vai cột 1 m Hình 1.18 Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1... TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.14 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang 3.4.Hoạt tải cầu trục: Theo catalo cầu trục ta có: Kích thước gabarit chính (mm) Sức trục (T) 32 Nhịp Lk (m) 22.5 Áp lực bánh xe lên ray (T) Trọng lượng (T) Bề rộng B Đáy K Hct B1 Pmax Pmin Xe con G 4530 3600 1460 190 198 44.3 2.453 Toàn cầu trục 16.46 Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang. .. Hình 1.20 Quy ước chiều dương của nội lực theo SBVL Dưới đây thể hiện hình dạng biểu đồ nội lực cho khung với các trường hợp chất tải (đơn vị tính kN, kN.m) SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.21 Biểu đồ mômen do tĩnh tải Hình 1.22 Biểu đồ lực dọc do tĩnh tải SINH VIÊN:... HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.23 Biểu đồ lực cắt do tĩnh tải Hình 1.24 Biểu đồ mômen do hoạt tải chất mái 1 SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.25 Biểu đồ lực dọc do hoạt tải chất mái 1 Hình 1.26 Biểu đồ lực cắt do hoạt... TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.31 Biểu đồ lực dọc do hoạt tải chất cả mái Hình 1.32 Biều đồ lực cắt do hoạt tải chất cả mái SINH VIÊN: TRẦN HOÀNG TUẤN ANH LỚP: XDD51-ĐH1 - MSV:39920 - NHÓM N02 24 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.33 Biểu đồ mômen do hoạt tải đứng cầu trục trái Hình 1.34 Biểu đồ lực dọc... HẢI VIỆT NAM TKMH: KẾT CẤU THÉP 1 KHOA CÔNG TRÌNH GVHD: NGUYỄN VĂN NINH Hình 1.10 Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái 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 lên mái Theo TCVN 2737 -1995 Hà nội thuộc phân vùng gió IV-B có áp lực gió tiêu chuẩn là w0 =1,55 KN/m2 ,hệ số vượt tải n=1,2 Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc mái ... không gian kết cấu chịu lực nhà - Chịu tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung gió lên tường hồi, lực hãm cầu trục - Bảo đảm ổn định cho cấu kiện chịu nén kết cấu dàn,... I4 I5 dài m Do nhà có cầu trục nên coi liên kết cột với móng liên kết ngàm cứng cốt 0,0m Liên kết cột với xà ngang, liên kết đỉnh xà ngang liên kết đoạn xà ngang cứng Trục cột khung lấy trùng... bảng IV.3, phụ lục IV sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp kết hợp nội suy ta có ϕe =0,133 - Điều kiện ổn định tổng thể cột mặt phẳng khung kiểm tra theo công thức: σx = N 513,15