Đồ Án Thép II Thiết Kế Kết Cấu Thép Khung Nhà Công Nghiệp 1 Tâng L=27 M , Hr=8m, D=108 M ( Kèm Bản Vẽ, Excel, Sap)

TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẲNGKHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP …………………NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌCTHIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TÂNG Họ và tên sinh viên : HOÀNG HỮU DƯ

TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẲNGKHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP …………………

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌCTHIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TÂNG

Họ và tên sinh viên : HOÀNG HỮU DƯƠNG

4/Tiêu chuẩn thiết kế : Theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam

5/Địa điểm xây dựng: Khu công nghiệp Hòa Khánh-TP Đà Nẵng

1/Bố trí mặt bằng ,mặt cắt ngang khung nhà và hệ giằng

2/Thiết kế cột khung và dàn mái

3/Tính toán cấu tạo chi tiết và lien kết cấu thép các bộ phận của khung ngang

IV/ HÌNH THỨC THỂ HIỆN :

1/Thuyết minh :

Viết tay sạch sẽ,rõ ràng kèm theo hình vẽ trên giấy A4 ,đóng tập

2/Bản vẽ: Bố trí các hình vẽ trên bản vẽ A1

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP

Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhịp có hai cầu trục sức nâng 30/5 T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà L = 27 m dài 108 m; bước cột B=6

m, cao trình đỉnh ray 8 m, mái lợp Panen Bêtong cốt thép Nhà xây dựng vùng gió IIB Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép CCT34 Móng Bê tong cấp độ bền B15

1 CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU.

1.1 Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp (Hình 1)

Khung ngang gồm có cột và rường ngang Liên kết cột với rường ngang là cứng hoặc khớp, ở đây trong đồ án môn học ta chọn cứng cho tổng quát Cột thường là bậc thang, phần trên đặc, phần dưới đặc hoặc rỗng Dàn hình thang hai mái dốc với mái lợp bằng BTCT Độ dốc từ 1/8 đến 1/12 Đồ án này chọn 1/10

1.2.Kích thước chính của khung ngang

Xác định các kích thước chính của khung, cũng như của cột, dàn, là dựa vào nhịp khung L Bước khung B, sức nâng cầu trục Q và cao trình mặt ray H r

H - Chiều cao Gabarit cầu trục

100 – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu

f – Khe hở phụ xét độ võng của kết cấu và thanh giằng lấy bằng 200 – 400

H - Chiều cao ray tra bảng IV – 7 = 120mm

Chiều cao phần cột dưới:

h - Phần cột chôn dưới mặt nền lấy 600 – 1000 mm, chọn 820 mm

Bê tong phần cột trên chọn: b t 500mm không nhỏ hơn 1/12 chiều cao h t

a – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột, a = 250mm

 - Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray, được xác định:

Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy h0 2200mm, độ dốc cánh trên

i=1/10=0.1 như vậy chiều cao giữa giàn là: 0 3550

1.1.Tải trọng thường xuyên

a)Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau

Cấu tạo của lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn

2

/

Hệ sốvượt tải

Tải trọng tínhtoán KG m/ 2 mái

Trong đó: n = 1.1 – Hệ số vượt tải

1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng

0.6

d

  - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 – 36m

c)Trọng lượng kết cấu cửa trời

Có thể tính theo công thức kinh nghiệm: 2

- Trọng lượng cánh cửa (kính + khung) 2

35 /

tc K

Tải trọng g ct và g Kb chỉ tập trung ở những chân cửa trời

Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà g ct

p  Kg m mặt bằng với hệ số vượt tải n  p 1.4

Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang

1.4 75 6 630 / 0.63 /

tc p

b)Do trọng lượng dầm cầu trục

Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức:

G đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên

c)Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục

Tải trọng áp lực 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 của phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất Cầu trục 30T có áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe là:

maxtc 33

Áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cũng có thể tra bảng cầu trục hoặc tính theo công thức:

min max

0

30 56.5

33 10,32

Cầu trục có bề rộng B ct 6300mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe K =

5100mm Đặt bánh xe ở vị trí như hình vẽ tính được các tung độ y i của đường ảnhhưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột theo công thức:

ax ax

min min

63.95 0.5 31.97520.03 0.5 10.015

d)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 xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm vào cột

Lực hãm ngang của xe con:

tc ng

3.Tải trọng gió tác dụng lên khung

Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95 Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió Áp lực gió tiêu chuẩn

ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực IIB (có thể kể đến ảnh hưởng của gió bão):

Phía đón gió: q n q    0 K C B

Phía trái gió: q    n q0 K C B

Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về tập trung đặt ở

cao trình cánh dưới của dàn mái:

0

W    n q K B C h i i

Trong đó:

i

h - Chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động C i

K = 1.103 ở 17.25m trong khoảng từ độ cao 11.2m đến 17.25m, dùng hệ số

III.Tính nội lực khung

1.Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung

Moment quán tính dàn:

ax

2

m d d

M - Moment uốn lớn nhất trong rường ngang, coi như dầm đơn giản

chịu toàn bộ tải trọng đứng tính toán

 - Hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanh bụng,

t d

2.Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang

Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay  1, 2 và một chuyển vị ngang

 ở đỉnh cột Trường hợp ở đây, khung đối xứng và tải trọng đối xứng nên   0

và 12  Ẩn số là 2 góc xoay bằng nhau của nút khung

Moment dương khi làm căng thớ bên trong của cột và dàn Phản lực ngang là dương khi có chiều hướng từ bên trong ra bên ngoài Tức là đối với cột trái thì hướng từ phải sang trái, ta hiểu phản lực là lực do nút tác dụng lên thanh.

1 11

302.555 /

p

R

EI r

Biểu đồ moment vẽ ở hình 7a

Moment phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch của trục cột trên với trục cột dưới bằng:

1  3 1  4 

1.73

e B

3.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (hoạt tải)

Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của moment do tải trọng thường xuyên ở biểu đồ hình 7c với tỷ số:

4.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục

Trọng lượng dầm cầu trục G dcc 1.04T đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra moment lệch tâm:

0.52

dcc dcc dcc

5002

d dcc

 (vì 2 moment này đặt cùng 1 vị trí nhưng ngược chiều)

Trọng lượng dầm cầu trục G dcc là tải trọng thường xuyên nên phải cộng biểu

đồ moment do G dcc với nội lực ở biểu đồ hình 7c để được moment do toàn bộ tải trọng thường xuyên lên dàn và lên cột:

5.Tính khung với moment cầu trục M max,Mmin

ax

m

M ,Mmin đồng thời tác dụng ở 2 cột, M max cột trái hoặc có thể cột phải Dưới đây xét trường hợp M max ở cột trái, Mmin ở cột phải

Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với sơ đồ xà ngang cứng vô cùng Ẩn

số chỉ còn là chuyển vị ngang của nút

2 1

1 2

1 3

Biểu đồ moment do   1 gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác như

T hay gió, nên ta tính luôn moment tại các tiết diện cột

Tiết diện vai cột:

2 1

R - Phản lực trong liên kết thêm do tải trọng ngoài gây ra trong hệ cơ bản

Vẽ biều đồ moment do M max,Mmin gây ra dùng các công thức ở phụ lục Cũng

có thể sử dụng ngay biểu đồ moment lệch tâm M e của tải trọng mái (hình 7b) nhânvới hệ số:

6.Tính khung với lực hãm ngang T

Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai cột 1m

Lực T có thể tác dụng ở cột trái hay cột phải, chiều hướng vào cột hoặc đi ra khỏi cột Dưới đây giải khung với trường hợp lực T đặt vào cột trái hướng từ trái sang phải Các trường hợp khác của T có thể suy ra từ trường hợp này

Trình tự tính toán giống như tính với M max,Mmin

Vẽ biểu đồ M do   1 gây ra trong hệ cơ bản và đã tính được:

7.Tính khung với tải trọng gió

Ở đây tính với trường hợp gió thổi từ trái qua phải Với gió thổi từ phải qua tráichỉ việc thay đổi trị số cột (Sơ đồ tải trọng gió ở hình 4b)

Đã có biểu đồ M do   1 gây ra trong hệ cơ bản (hình 10a) và có:

q

qh

Các trị số cột phải do q tác dụng được suy ra từ cột trái bằng cách nhân với hệ

IV.TÍNH CỘT

1.Xác định chiều dài tính toán của cột

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp

Các cặp khác có trị số nhỏ rõ ràng là không nguy hiểm bằng cặp đã chọn

a)Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột

Khi chọn tiết diện mỗi phần cột cần kể thêm trọng lượng bản thân của cột (hoặc đoạn cột)

Đối với cột trên: N N tu N max 41.749T

Đối với cột dưới:

 - Hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột.

h - Chiều dài đoạn cột

Đối với cột trên: h c h t 4.32m

Đối với cột dưới: h c h d 7.7m

Đối với cột trên:

41749

1.4 7850 87.395 /0.25 2100

2

0.957

t d

-Cột trên: l y2  h t H dcc 4.32 1 3.32  m

-Cột dưới: l y1h d 7.7m

2.Chọn tiết diện cột trên

Nội lực nguy hiểm cho cột trên là:

M = -40988daNm

41749 378 42127

tu c

a)Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện

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

c)Chiều rộng tiết diện b và bề dày các bản t t f, w

Dựa theo yêu cầu

43214.4

30 30

t f

Các đặc trưng hình học của tiết diện

-Độ mảnh và độ mảnh quy ước của cột

2 3.32 100

46.767.1

-Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:

Moment tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là moment lớn nhất tại tiết diện ở phần 3 cột

Vậy c xác định theo công thức:

Trong đó  và  là các hệ số xác định theo bảng 4.9 sách “Kết cấu thép cấu kiện cơ bản”

Với m  x 3.75 5

Với bản bụng được kiểm tra theo công thức:

w

46.8 2.3 72.73

t   f  không phải đặt sườn ngang

Vậy tiết diện đã chọn như hình là thỏa mãn

3.Thiết kế cột dưới rỗng

Dựa vào bảng tổng hợp nội lực ta có cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1

(nhánh cầu trục) là:

3.1.Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện

Cột dưới rỗng có tiết diện không đối xứng, bao gồm 2 nhánh: nhánh ngoài (nhánh mái) và nhánh trong (nhánh cầu trục) Nhánh ngoài dùng thép bản và 2 thép góc Nhánh trong dùng thép cán hình chữ I hoặc dùng tiết diện tổ hợp từ 3 thép bản Do cột dưới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng

Chiều cao tiết diện h chính là b d đã chọn là h b d 1000mm1m

Cột rỗng thanh giằng các nhánh được xác định như cột đặc chịu nén đúng tâm, với N f1,N f2

a)Chọn tiết diện nhánh

Xác định gần đúng khoảng cách y1 từ trọng tâm toàn tiết diện đến trọng tâm nhánh 1 và y2 đến trọng tâm nhánh 2 như sau:

1 2 1 1

2 1 2 2

Giả thiết độ mảnh của cột là:  gt 75

Từ gt và f tra bảng II.1 phụ lục II có hệ số  sách KCT cấu kiện cơ bản

0.749

  ( 0.7 0.9 nằm trong khoảng này)

Diện tích yêu cầu các nhánh là:

1

77839

490.749 2100 1

f f

2 2 2

108261

690.749 2100 1

f f

2 1.4 25 32.2 0.8

364712

x

1 1

1

3647

6.1795.8

x x

25 35 (25 0.8) 32.2

2199412

y

1 1

1

21994

15.1595.8

y y

w

60.3

h t

322 16

2 29.3 110.12100

f

x

Khoảng cách từ mép trái của tiết diện (mép ngoài bản thép) đến trọng tâm tiết diện nhánh mái là z0

0

1.632.2 1.6 2 29.3(1.6 4.03)

110.12

i i i

2

1899

4.15110.12

x x

2

16331.94

12.18110.12

y y

110.12 96.63

51.6795.8 110.12

b)Xác định hệ thanh bụng

Bố trí hệ thanh bụng như trên hình

Sơ bộ chiều cao dầm vai bằng 500mm

Chiều cao còn lại của cột 7700-500 =7200mm

Chia làm 8 đoạn của phần cột còn lại Khoảng cách các

nút giằng a 7200 / 8 900  mm

Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh

Chiều dài thanh xiên

d m

l i

+Kiểm tra khả năng chịu lực:

Tra bảng hệ số  ở phần phụ lục II.1 sách KCT cấu

kiện cơ bản

Theo max 84.7 và f 210 /N mm2 được min 0.69

Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên  c 0.75

(Kể đến sự lệch tâm giữa trục liên kết và trục thanh)

x x

Từ  0 34.86 và 2

210 /

f  N mm  Tra bảng hệ số ở phần phụ lục II.1 sách KCT cấu kiện cơ bản  0.92

Thanh bụng ngang tính theo lực cắt V f 1047.65daN

Vì V f rất nhỏ, chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn   150

c)Kiểm tra tiết diện cột đã chọn

Nhánh 1: Nội lực tính toán N f147440daN

Độ mảnh của nhánh

1 1

1

770

50.815.15

y y

f x x

l i

2

770

63.212.18

y y

y

l i

2

9021.694.15

f x x

l i

27161

26.8101355

1 1 26.8 (95.8 110.12) 51.67

0.59483909

2 2 56.81 95.8 110.12 44.96

1.09483909

Cột đã chọn đảm bảo khả năng chịu lực

d)Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột

Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực N d 6845.6daN

Với que hàn N42, mối hàn được thực hiện bằng thủ công có

Chọn chiều cao đường hàn sống là: h fs 6mm1.2tmin 1.2 8 9.6  mm

Chọn chiều cao đường hán mép là:h fm 4mm1.2tmin 1.2 8 9.6  mm

Thường chọn: h f tmin ; tmin 8mm Đồng thời: h fs 6mm h minf 4mm;

Các đường hàn góc cạnh đều thỏa mãn

Đường hàn thanh bụng ngang L60x5 vào nhánh cột tính chịu đủ lực cắt

I I



0.9 là hệ số kể đến biến dạng của thanh giằng

Sai số so với tỷ lệ đã chọn để giải khung là: 7 6.72100% 4% 30%

Nội lực lớn nhất mà mối nối cánh ngoài phải chịu:

Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng,

Chiều dài đường hàn: l w  b 2t50 2 1.6 46.8 x  cm

Chiều cao đường hàn lấy bằng chiều dày thép cánh cột trên t w  t tmin 1.6cm

Ứng suất trong đường hàn đối đầu nối cánh ngoài

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 tính như dầm đơn giản nhịp l b d 1m

Dầm vai chịu uốn bởi lực S tr 41.245T truyền từ cánh trong của cột trên Sơ

đồ tính toán như hình vẽ

Phản lực gối tựa: .( ) 41.425 1 500 /1000 

20.6231.0

Chiều dày bản cánh dưới dầm vai bằng 14mm

Chiều cao bản bụng dầm vai h dv 50 (2 1.4) 46.6   cm

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai Cánh dưới dầm vai là 1 bản thép nằmngang nối bản bụng của 2 nhánh cột dưới Cánh trên của dầm vai là 2 bản thép (bản đậy mút nhánh cầu trục và bản sườn lót) kích thước 2 bản thép này lấy bằng nhau do đó tiết diện ngang của dầm vai về 2 phía của lực S tr (Hai phía ax

dv m

M ) như nhau

Để kiểm tra uốn dầm vai chịu ax

dv m

M Tính moment chống uốn của tiết diện dầmvai và tìm vị trí trục trọng tâm x-x Khi điều kiện uốn thỏa mãn, cần phải tính liên kết giữa cánh và bụng dầm tiết diện chữ I không đối xứng

Chọn hệ tọa độ Oxy

Diện tích tiết diện dầm vai

c x c

307.7 /70917

x

daN cm I

Nội lực trong cánh trên dầm vai tính bằng: N min.A319816daN

Dùng lực này để tính đường hàn ngang liên kết bản đậy cũng như sườn lót với bản “K”

Chiều dài đường hàn chịu lực: w

f c

Các cặp nội lực để tính toán chân nhánh cột vẫn là các cặp nội lực tính toán tiếtdiện nhánh cột.

-Nhánh cầu trục: Mmin 27161daNm N; tu 101355daN

-Nhánh mái: Mmin 57583daNm N; tu 101355daN

Và đã tính được: N f177839daNm N; f2 108261daN

A A

Bê tong móng B15 có R b 8.5MPa R; bt 0.75MPa

Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái là:

2

108261

1061 1 1 1.2 85

f yc

f yc

2

2

1061

22.647

thuộc diện truyền tải của nó.

Tải trọng truyền lên dầm đế ở nhánh mái: dd

35

5 1 14.75

c d

Chiều dài cần thiết của đường hàn sống và đường hàn mép:

 

dd w1

1 w min

.( ) 33984 15 4.03

24.656 1 15 0.8 1260

2 w min

12.077 1 15 0.8 1260

dd dd

q l

Lực cắt sườn ngăn

V s q l s s 1344 16.77 22538.88  daN

Chọn chiều dày sườn: b s 1.0cm

Chiều cao của sườn: 6. 6 188988.509 23.24

1.0 2100 1

s s

Kiểm tra 2 đường hàn góc liên kết sườn A với bụng cột:

Chọn chiều cao đường hàn h f 8mm, hàn suốt

Độ bền của đường hàn kiểm tra theo td

Sườn hàn công xon A và dường hàn đủ khả năng chịu lực

Dầm đế có kích thước tiết diện 400 10mm

Sườn ngăn có kích thước tiết diện 300 10mm

Chung cho cả 2 nhánh

-Tính chiều cao các đường hàn ngang

Các kết cầu sườn như dầm đế, sườn A, bụng của nhánh cột đều liên kết với bản

đế bằng 2 đường hàn ngang ở 2 bên sườn Chiều cao đường hàn cần thiết cho mỗi liên kết cụ thể là:

Với liên kết của dầm đế vào bản đế:

d)Tính bu lông neo

Bu lông neo được tính với tổ hợp nội lực gây kéo lớn nhất giữa bản đế với móng Nghĩa là gây lực kéo lớn nhất trong nhánh cột Như vậy, N phải nhỏ nhất và

M phải lớn nhất (ở tiết diện chân cột A-A)

Ở đây lực gây kéo lớn nhất cho nhánh ngoài là tổ hợp (1,7)

35.13 0.9

28.7431.1

t b

g t

t b t