Bài giảng kết cấu thép 2

CHƯƠNG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG BẰNG KẾT CẤU THÉP 6.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP 6.1.1 ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG - Quá trình sản xuất công nghiệp thực công trình đặc biệt Công trình gọi Nhà công nghiệp (NCN) hay nhà xưởng - KCT NCN gồm cấu kiện thép tạo nên sườn chịu lực như: khung, cột, mái, dầm đỡ cầu trục - Phổ biến NCN tầng, với yêu cầu: nhịp rộng, chiều cao lớn, có cầu trục hoạt động - Việc lựa chọn loại vật liệu (thép hay BTCT) làm kết cấu chịu lực nhà xưởng cần vào: + Kích thước nhà + Sức nâng cầu trục + Các yêu cầu công nghệ sản xuất + Vấn đề cung cấp vật tư, thời hạn xây dựng công trình - NCN tầng KCT, NCN nhiều tầng thường BTCT + Dùng KCT có lợi khi: - Nhà xưởng cao (Chiều cao thông thủy nhà H≥15m) - Nhịp rộng ( L ≥24m) - Bước cột lớn ( B ≥ 12m) - Cầu trục nặng (Q ≥50T) + Các trường hợp khác dùng kết cấu bê tông, khung hỗn hợp thép- bê tông - Phụ thuộc vào chế độ làm việc cầu trục, người ta chia nhà công nghiệp thành loại: + Nhà công nghiệp có cầu trục: loại công nghiệp sản xuất công cụ sản xuất như: nhà máy nhiệt điện, xi măng, sắt thép, khí… - Nhẹ : sức trục Q < 20 T - Trung bình : sức trục Q≈ 20T  75T - Nặng : sức trục Q< 150T - Rất nặng : sức trục Q> 150T + Nhà công nghiệp cầu trục: ví dụ nhà máy dệt may, da, giầy, pin, … nói chung nhà công nghiệp cầu chạy Trong chương ta xét nhà công nghiệp nặng 6.1.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CẦU TRỤC - Trong NCN tải vận chuyển lớn, không khiêng được, để khắc phục người ta đưa loại KC cầu chạy (gọi cầu trục) - Tải trọng cầu trục loại tải trọng lặp, động lực, dễ gây hư hại kết cấu nên thiết kế cần ý đến chế độ làm việc cầu chạy - Mỗi gian thường có cầu chạy hoạt động, hoạt động hoạt động độc lập song đôi - Sức trục thường từ 5- 350 T Nếu cầu trục có sức nâng Q0 = 30/5T tức là: + Khi cẩu vật nặng< 5T dùng móc cẩu nhỏ + Khi cẩu vật nặng > 5T dùng móc cẩu lớn ( 1/2 nhịp dàn 10 c Tính khung với lực hãm ngang T  Lực T đặt cao trình dầm hãm hai cột đỡ cầu trục Chiều lực hướng sang trái phải, nội lực khung có dấu dương âm Trình tự tính toán giống tính với M max , M Biều đồ mômen chuyển vị   90 d Tính khung với tải trọng gió Cũng theo trình tự tính với mômen cầu chạy lực hãm Dùng lại biều đồ M cho chuyển vị   gây hệ có r11 Biểu đồ mômen q, q’ gây hệ công thức bảng III-2 phụ lục Ở cột trái, sau tính M B , RB , tính tiếp mômen tiết diện khác: 2 qh qh2 ; M A  M B  RB h  M C  M B  RB h2  2 91 Ở cột phải, trị số mômen, phản lực suy từ trị số tương ứng cột trái cách nhân với hệ số chuyển q’/q Phản lực liên kết thêm: r1 p  RB  RB'  W Chuyển vị    r1 p / r11 Mômen cuối M  M   M p 92 e Sự làm việc không gian khung Khi xác định chuyển vị ngang nút khung, kể đến làm việc đồng thời khung phẳng Các khung không đứng riêng lẻ, chúng có liên kết dọc hệ giằng, mái cứng, dầm cầu trục… Vì có tải trọng tác dụng cục lên khung đó, khung lân cận tham gia chịu lực, chuyển vị khung giảm đáng kể 93 - Ảnh hưởng hệ giằng dọc Khi có lực cục tác dụng lên thân cột, đưa tác dụng lên  cột mức cao hệ giằng thành lực tương đương Ptđ  ;   - chuyển vị khung tác dụng tải trọng;  - chuyển vị khung lực đơn vị tác dụng vào cao trình hệ giằng dọc Hệ giằng dọc tính dầm liên tục gối tựa đàn hồi, tác dụng Ptđ Giải hệ phương trình năm mômen, tìm mômen phản lực gối tựa 94 M i  M i 1  M i  Phản lực đàn hồi gối tựa i: Ro  viết B dạng Ro  Ptđ ;  - hệ số đàn hồi gối tựa, phụ thuộc vào chiều cao khung, J xà / J côt , B, J giang Lực tác dụng lên khung phản lực gối thứ i: Ri  Ptđ  Ro Nếu kể đến lực đặt khung bên cạnh, phản lực khung xét là: Ro  Ptđ  ' ( Ptđ'  Ptđ" ) với Ptđ' , Ptđ" " y y '   Ptđ ; - lực đặt lên hai khung lân cận, Ptđ'  Ptđ ; Ptđ"  y y y’, y” – tung độ đường ảnh hưởng phản lực tựa bên trái bên phải khung xét 95 Ri Đặt  kg  hệ số không gian Trong tính toán kể đến Rtđ làm việc không gian khung, hệ số nhân với chuyển vị khung phẳng, nhân với Ptđ để tính lực lên khung kg   kg  lực đặt lên khung Ri   kg Ptđ Hệ số không gian tính sau: Ptđ  ' ( Ptđ'  Ptđ" ) Ptđ  Ro =1   kg  Ptđ Ptđ Lại có " y '  y no   y  no    ' "  1 Ptđ  (   )Ptđ Ptđ  Ptđ = Ptđ + Ptđ = y y  y  Vậy  kg tính theo công thức sau:  kg     ' (   ) 96 - Ảnh hưởng mái cứng Kể đến liên kết khung khối nhiệt độ thông qua mái bê tông (coi cứng vô mặt phẳng mái) Khi có lực cục tác dụng lên khung thứ i đó, lực  tác dụng lên cao trình mặt mái Ptđ  Chuyển vị khung  tác dụng Ptđ chia hai thành phần, tổng chuyển vị tịnh tiến ' chuyển vị xoay " M  Ptđ e Ptđ Phản lực Ptđ gây chuyển vị thẳng là: R'  n Phản lực gối tựa R" khung thứ i hệ mái xoay xác định từ phương trình cân bằng: M  R1 l1  R2 l2   Rn ln suy M li " Ri   lk 97 P l thay M  Ptđ e = Ptđ li / ta có: Ri"  tđ i 2  lk Phản lực tổng cộng gối tựa thứ i biểu thị qua Ptđ sau: 2   l P P l ' " i tđ tđ i  ; Ri  Ptđ    Ri  Ri  Ri   n  lk  n  lk  Chuyển vị lớn đầu khối nhà, tải trọng khác khung đầu hồi lực tác dụng bé hơn; tính toán, tính với khung thứ hai Phản lực khung thứ hai có dạng: 1 l3 l  l22  l1l2  ' 1 "1   Ptđ     Ptđ    R2  Ptđ       n 2 lk   n 2 lk   n 2 lk  Có thể đưa vào hệ số  để tính phản lực gối tựa: 98 1 l22   ;  - tỷ số lực tác dụng lên khung R2  Ptđ     n  lk  thứ hai với lực tác dụng lên ba khung ' "  Pyi   Pyi   Pyi P P     Pyi  Pyi Dmax  1 l22   Hệ số  kg     n  n  lk  Trong m – hệ số kể đến biến dạng hệ mái cứng, với nhà nhịp có cửa trời dọc nhà m=0,9; với nhà hai ba nhịp có cửa trời nhà nhịp không cửa trời m=0,95 Khi tính khung kể đến làm việc không gian nhà, chuyển vị đầu khung giảm tính theo công thức: kg   kg  99 f Kiểm tra độ cứng khung ngang Đối với nhà nhịp riêng biệt tính theo sơ đồ phẳng lấy: Đối với nhà tính đến làm việc không gian lấy: với h’ khoảng cách từ chân cột đến đỉnh ray cầu trục g Xác định nội lực tính toán Sau tính xong khung với loại tải trọng, tiến hành tổ hợp tải trọng cách bất lợi để xác định nội lực tính toán mà chọn tiết diện khung Các kết giải khung ghi vào bảng nội lực Từ bảng tổng hợp ta tiến hành lập: bảng tổ hợp nội lực để tìm cặp nội lực gây nguy hiểm cho tiết diện tính toán 100 Khi tổ hợp tải trọng, cần theo nguyên tắc sau: - Tải trọng thường xuyên luôn kể đến trường hợp, không kể dấu nào; - Không thể đồng thời lấy hai tải trọng (hoặc 6, 8) lúc có Dmax bên trái tất đồng thời có Dmax bên phải; có gió trái gió phải; - Khi kể lực hãm T, tất phải kể lực đứng Dmax , Dmin Khi tiến hành tổ hợp, tiết diện cần tìm ba tổ hợp sau:  - M max Ntư -  Ntư M max - N max Mtư 101 d Liên kết dàn vào cột d.1 Khớp: d.2 Cứng: - Trục dàn đồng quy mép cột, không đồng quy trục cột - Bản gối thường nhô khỏi mắt chừng 8-20mm - Phản lực đứng từ dàn truyền lên cột qua gối có t  16  20 mm , diện tích kiểm tra theo điều kiện ép mặt Abg  V A / f c , hbản gối xác định theo khả chịu lực đường hàn liên kết mã vào gối chịu đồng thời VA H Ứng suất đường hàn:    V2   H2   c (  f w )min 102 VA Với  V  ; 2h f l w H 6.H e  ; H  h f l w 2h f l w e khoảng cách từ lực H đến trọng tâm gối; h f ,lw chiều Sơ đồ tính mối hàn mã gối cao chiều dài đường hàn Khi H có chiều tách gối khỏi cột gối H b kiểm tra chịu uốn M  ; ứng suất M Hb at Hb    :    c f ; b khoảng cách 2 W at hàng bu lông; a,t chiều dài bề dày gối 103 Với gối tựa phía lực đứng, lực H đặt trọng tâm gối, đường hàn gối kiểm tra theo: H   c (  f w )min   h f a Bulông liên kết gối với cột tính với lực H kéo tách gối khỏi cột, lúc tác dụng H liên kết quay quanh buloong xa lực H 104 [...]... thì khoảng cách giữa các trục của chúng không vượt quá: 40 50m đối với nhà; 25 30m đối với cầu cạn lộ thiên Ti v trớ cú khe nhit , trc nh v i qua gia khe nhit , trc hai ct k cn cng lựi vo so vi trc nh v 500mm 25 6 .2 KHUNG NGANG 6 .2. 1 KHI NIM T hp cỏc kt cu chu lc ca nh gi l khung nh Gm 2 loi: + Khung dc: + Khung ngang: 26 Chn gii phỏp khung ngang gm: + Xỏc nh s khung (bao nhiờu nhp, liờn kt cng... chiu cao t mt nn n cỏnh di vỡ kốo, xỏc nh theo cụng thc: H H 1 H 2 H 1 - cao trỡnh nh ray cu chy H 2 - t mt ray n mộp di vỡ kốo ph thuc ch yu vo kớch thc cu chy H 2 H c 100 mm f ; f l vừng vỡ kốo Chiu cao ct trờn H t : H t H 2 H dc H r 32 H dc - chiu cao dm cu trc, gi thit s b 1/8-1/10 nhp dm H r - chiu cao ray v m ray, thng ly 20 0mm Chiu cao ct di tớnh t mt múng n v trớ thay i tit din: H d ... khong cỏch li nht gia cỏc ct 20 + Nhp L: thng c quyt nh bi iu kin s dng, l bi s ca 6m hoc 3m Thng ly L= 18, 21 , 24 , 27 , 30, 33, 36m B trớ ct nh cụng nghip mt tng; I, II trc ngang v dc Nhm ỏp ng yờu cu tiờu chun húa v nh hỡnh húa, nhp nh v bc nh c chn theo mụun thng nht: 6m Do cn cú khong cỏch b trớ sn tng v tm mỏi khụng b ht, u hi trc ct lựi vo so vi trc nh v 500mm 21 B trớ ct trong nh cụng nghip... di hd do theo yờu cu cng, ly khụng nh hn (1 /20 )H khi nh cú cu trc ch lm vic trung bỡnh; khụng nh hn (1/15)H khi nh cú cu trc ch lm vic nng; hd a Nhp nh (khong cỏch gia cỏc trc nh v) xỏc nh theo yờu cu s dng v cu trc trong nh : L Lct 2 Vi Lct - nhp cu chy, khong cỏch 2 trc ca cu chy Kớch thc ngang ca ct khung (tra bng cu trc) nh cụng nghip 31 6 .2. 3 .2 Xỏc nh kớch thc theo phng ng Chiu cao s dng... múng, khe nhit cng l khe lỳn 24 Bảng 1 Khoảng cách lớn nhất giữa các khe nhiệt độ của khung thép nhà và công trình một tầng Đơn vị tính: m Khoảng cách lớn nhất Giữa các khe nhiệt Từ khe nhiệt độ độ hoặc từ đầu mút Đặc điểm của nhà và công trình nhà đến trục của Theo Theo dọc nhà ngang hệ giằng đứng gần nhất nhà 90 150 23 0 Nhà có cách nhiệt Nhà không cách nhiệt và các 75 120 20 0 xưởng nóng 50 130 Cầu... nhiờn liờn kt cng khú thc hin 28 6 .2. 3 CC KCH THC CHNH CA KHUNG 6 .2. 3.1 Xỏc nh kớch thc theo phng ngang Gm L, nhp ca mỏi Lcm, nhp cu chy Lct, chiu cao tit din ct trờn, chiu cao tit din ct di, khong cỏch cỏc mt dn Nhp khung: - Trc ct trờn, ly cỏch mộp ngoi ct mt on a: + a = 0: Q < 30T + a = 500mm: Q >75T hoc nh cú ch lm vic nng cn li i ct trờn; + cỏc trng hp cũn li ly a= 25 0mm - B rng ct trờn ca ct... dng lp an ton, thun tin 11 12 13 14 d Tm lp: - Cú nhiu loi vt liu lp nhng thng lp bng tụn, fibroximang - bn vng tng i lõu thng lp bng panen BTCT e Kt cu cu chy - Dm cu chy: l kt cu trc tip cu chy, chu ti trng di ng v ti trng ng - Cu chy: mang vt nng t v trớ ny n v trớ khỏc trong mt gian 15 f Dm, ct sn tng: Trong ngành xây dựng nói chung, công trình loại nào cũng cần có kết cấu bao che với mục đích... 1/10-1/ 12 H t Thng chn 500 ; 700; 1000mm, b rng 1000mm dựng khi cú li i qua bng ct thng 400x1800mm 29 - Khong cỏch t trc ray n trc nh v ly nh sau: B1 ( ht a ) D Trong ú: B1 : phn u cu trc t ray n mộp ngoi ly theo Catalụ cu trc D: khong h an ton gia cu trc v ct ly bng 60-75mm : ph thuc vo sc trc v ch lm vic ca cu trc ta cú: = 750mm khi Q75T, khụng cú li i ct trờn = 125 0mm... cỏc khe nhit theo phng ngang v dc; III trc b sung 22 6.1.5 KHE NHIT - Cỏc loi ti trng tỏc dng lờn cụng trỡnh: trng lng bn thõn, hot ti s dng, do thiờn nhiờn: giú, nhit , ng t - Kớch thc ca nh xng cú th rt ln Cỏc kt cu hng dc (x g, dm cu chy, h sn tng, dn kốo) b trớ liờn tc trờn sut chiu di khi nhit thay i, trong kt cu gõy ra ng sut do nhit khỏ ln 23 Hỡnh B trớ ct trong nh nhiu nhp Khe nhit v khe... Khung dc: + Khung ngang: 26 Chn gii phỏp khung ngang gm: + Xỏc nh s khung (bao nhiờu nhp, liờn kt cng hay khp) + Cỏc kớch thc c bn ca khung + B trớ khung trờn mt bng nh Khung nh cụng nghip nhiu nhp 27 6 .2. 2 S KHUNG NGANG Liờn kt khp gia ct v x ngang; liờn kt cng gia ct v múng + Cú cng yu hn + Vic lp rỏp rng ngang vo ct d dng, n gin + Cú th ỏp dng cho nh cú cu trc nh, chiu cao nh, hoc cho nh nhiu nhp ... phỏt trin bin dng do: My Mx c.f 1, 12. Wx 1 ,2. W y vừng x g ch cn kim tra mt phng tit din ca q y : L L 20 0 Khi khụng cú h ging, vừng 2x 2y 47 48 b X g tit din rng - Dựng nhp x... vượt quá: 40 50m nhà; 25 30m cầu cạn lộ thiên Ti v trớ cú khe nhit , trc nh v i qua gia khe nhit , trc hai ct k cn cng lựi vo so vi trc nh v 500mm 25 6 .2 KHUNG NGANG 6 .2. 1 KHI NIM T hp cỏc kt... ngang: 26 Chn gii phỏp khung ngang gm: + Xỏc nh s khung (bao nhiờu nhp, liờn kt cng hay khp) + Cỏc kớch thc c bn ca khung + B trớ khung trờn mt bng nh Khung nh cụng nghip nhiu nhp 27 6 .2. 2 S