Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

- Tải trọng bản thân của tôn tường và xà gồ tường đặt tại các cao trình của xà gồtường:Với cột cao 7,79 m, nhưng do có 1,1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kểđến, chỉ tính đến trọng

Trang 1

THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP

- Độ dốc mái: i =10% ⇒ α =5,17o (sinα =0,099; cosα =0,995)

- Sức nâng cầu trục: Q = 12,5(Tấn), cần trục làm việc trung bình

- Cao trình đường ray: 6,4(m)

- Phân vùng gió II.A (địa điểm xây dựng: TP Cần Thơ ) có:

0 =95daN/m =0,95kN/mW

bt

R =0,95MPa 0,095kN / cm=

Trang 2

B THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

I THIẾT KẾ XÀ GỒ:

Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản thân của xà gồ Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered Buildings Design Manual” Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biếndạng của xà gồ

- Tấm lợp mái : (single skin panels) hình dạng tấm lợp mái chọn như sau:

Có các thông số kỹ thuật :

Chiều dày

(mm)

Trọng lượng 1 tấm(kG/m2)

D.tích 1tấm(m2)

Tải trọng cho phép(kN/m2)

Trang 3

- Lớp cách nhiệt:

- Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái

Trang 4

60 1.75 20

Wx(cm3)

Iy(cm4)

Wy(cm3)

Trọnglượng(kg/m)

Chiềudày(mm)

Diện tích(cm2)

Tải trọngcho phép(KN)

Iy(cm4)

Wy(cm3)

Trọnglượng(kg/m)

Chiềudày(mm)

Diệntích(cm2)

L(mm)

1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ:

Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái

Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1,5 m

⇒ Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là : 1,51m

71,5cos

5,1

Trang 5

Vật liệu mái Hệ số vượt

tải

Tải trọng tiêu chuẩn(kG/m2)

Tải trọng tính toán(kG/m2)

2 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn:

Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên

Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang một góc α = 5,71o (Độ dốc i = 10%)

ptc(kG/m2)

ptt(kG/m2)

Trang 6

a Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”

Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Trang 7

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái δy

Công thức kiểm tra : 1 5.10 3

Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

b Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

M W

M

c y

y x

x y

Trang 8

Ta có :

y x

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái δy.

Công thức kiểm tra : 1 3

Trang 9

II THIẾT KẾ KHUNG NGANG

1.Xác định các kích thước chính của khung ngang.

1.1 Các thông số Tra bảng II.3 ( Sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một

tầng, một nhip Trường đại học kiến trúc Hà Nội)

KhoảngcáchZmin(mm)

Bề rộnggabaritBk(mm)

Bề rộngđáyKk(mm)

T.lượngcầu trụcG(T)

T.lượng

xe conGxc(T)

ÁplựcPmax(kN)

ÁplựcPmin(kN)

- Ray cầu trục:

Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau:

Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm)

Trang 10

Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta

chọn dầm tiết diện chữ I định hình cao 50 cm

có các thông số như sau:

1.2 Theo phương thẳng đứng.

Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

H2 =HK+bk =1,090 0,3 1,39(m)+ =

Với: HK =1,090 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục)

bK =0,3(m) khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang.

Chọn H2=1,39 (m)

Chiều cao của cột khung: (coi cao trình đáy cột ở cốt +0.00)

H H= +H +H =6, 4 1,39 0 7,79(m)+ + =

Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray, H1= 6,4m

H3 - Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt 0,000± ,( H3=0)

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Ht =H2+Hdct +Hr =1,39+0,5+0,14 = 2,03(m)

Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột:

Hd = −H Ht =7,79 - 2,03 = 5,76 (m)

1.3 Theo phương ngang.

Coi trục định vị trùng với trục đường trục của cột Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Trang 11

z L= 1− =h 0,75 0,5 0,25m Z− = > min =0,18m (tra theo catalo)

1.3 Sơ đồ tính khung ngang.

Khai báo trong phần mềm sap2000

Vẽ hình chèn

2 Tải trọng tác dụng lên khung ngang

2.1 Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải):

- Tải trọng mái và xà gồ : trên thực tế tải này truyền lên khung dưới dạng lực tậptrung tại điểm đặt các xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố(trên mặt bằng)

) / ( 19 , 1 6 21

0474 , 0 14 71

, 5 cos

) 1008 , 0 0659 , 0 (

cos

)

m kN B

L

g n g

g g

tc xg

tc nh c

tc tôn tc

0498 , 0 14 71

, 5 cos

) 121 , 0 0692 , 0 (

cos

)

m kN B

L

g n g

g g

tt xg tt

nh c

tt tôn tt

Trang 12

- Tải trọng bản thân của tôn tường và xà gồ tường đặt tại các cao trình của xà gồtường:

Với cột cao 7,79 m, nhưng do có 1,1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kểđến, chỉ tính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1,1m trở lên trên, tươngứng với chiều dài cột là 6,4m , giả thiết dùng 4 xà gồ 200Z17 dặt cách nhau 2 m , trọnglượng quy thành lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều vớimômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến

2.2 Hoạt tải mái:

Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với máikhông người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là 0,3 kN/m2

Quy đổi thành lực phân bố đều trên xà ngang:

=2,35(kN/m)

995,0

6.3,0.3,1

Trang 13

Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin :

Các áp lực D ;D truyền vào vai cột và lệch tâm so với trục cột (trục định vị tâm max min

cột) là e L= 1−0,5h 0,75 0,5.0,5 0,5m= − = Trị số momen lệch tâm tương ứng:

Trang 14

Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,64m ; cách đỉnh cột một đoạn y = 7,79 – 6,4 = 1,39 m

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng của nhà và độ dốc của mái, ta có thể xác định các hệ

số khí động của tải trọng gió theo chỉ dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN 2737

Ứng với h/L = 0,37 và α =5,710 nội suy được: Cel = -0,36 ; Ce2 = -0,4;

Ứng với

Trang 15

Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp GVHD: THs Phạm nhật Thuật

và lấy:h /L = 0,35 < 0,5y : Ce3 = -0,5

Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định được hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình Nội suy ta có:

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m2 bề mặt thẳng đứng của công trình là:

- Mức đỉnh cột ở cao trình 7,79 (m) có kc= 1,14 (nội suy)

- Mức đỉnh mái ở cao trình 7,79 + 9tg5,710=9,3 m (m) có km= 1,16 (nội suy)

*Gió theo phương ngang nhà:

- Tải trọng gió tác dụng lên cột:

+ Phía đón gió: 1,2.0,95.1,14.0,8.6.1 = 6,29 (kN/m)

+ Phía khuất gió: 1,2.0,95.1,16.0,5.6.1 = 3,87 (kN/m)

- Tải trọng gió tác dụng lên mái:

+ Phía đón gió: 1,2.0,95.1,16.0,36.6.1 = 2,9 (kN/m)

+ Phía khuất gió:1,2.0,95.1,16.0,4.6.1 = 3,2 (kN/m)

3 Xác định sơ bộ tiết diện khung

3.1 Xác định sơ bộ tiết diện cột.

Trang 16

Hình3.2: Cấu tạo khung Hình3.3: Tiết diện đoạn xà 2

4 SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG.

tiết diện và tải trọng khai báo được

tính toán sơ bộ như bên

Hình 4.1: Sơ đồ tính khung ngang

I2 I2

2,96 kN 5.95 kNm 11.34 kN 5.95 kNm

Trang 17

- Phương án 2 : Hoạt tải mái nửa trái

Hình 4.2: Sơ đồ tính hoạt tải mái trái

- Phương án 3 : Hoạt tải mái nửa phải

Hình 4.3: Sơ đồ tính hoạt tải mái phải

- Phương án 4 : Hoạt tải cả mái

Hình 4.4: Sơ đồ tính hoạt tải cả mái

- Phương án 5 : Dmax trái

210002.35 kN

21000 2.35 kN

210002.35 kN

Trang 18

Hình 4.5: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng D max trái

- Phương án 6 : Dmax phải

Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng D max phải

110 kNm

21000

220 kN

28,07 kNm56,14 kN

Trang 19

Hình 4.9: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải +

- Phương án 11 : Gió trái

Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà

- Phương án 12 : Gió phải

Hình 4.12: Sơ đồ tính khung với gió phải ngang nhà

3,2 kN/m 2,9 kN/m

2,9 kN/m 3,2 kN/m

Gío Trái

Trang 20

5.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC.

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềmSAP2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ, và bảng tổ hợp nội lực.Dokhung có kết cấu đối xứng và tải trọng đối xứng nên ta chỉ tổ hợp nội lực và tính toán cho mộtnửa khung (chọn nửa khung bên trái) Số hiệu thanh (frame) và điểm (joint) trong SAP nhưhình 12

Hình 5.1: Số hiệu thanh và điểm trong SAP

Nội lực trong khung ngang được xác định chất tải bằng phần mềm SAP 2000

Bảng tổ hợp nội lực :

-TT : Tĩnh tải (tải trọng thường xuyên)

-HT : Hoạt tải (hoạt tải chất đầy cả mái)

-HT1 : Hoạt tải chất nữa mái trái

-HT2 : Hoạt tải chất nữa mái phải

-ALCT : Áp lực lên cột trái

-ALCP : Áp lực lên cột phải

-LHCT : Lực hãm lên cột trái

-LHCP : Lực hãm lên cột phải

-GT : Gió trái sang

-GP : Gió phải sang

Trang 21

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC

Hình 5.2: Mômen do tĩnh tải

Trang 22

Trang 23

Hình 5.6: Lực dọc do hoạt tải chất nửa mái trái

Trang 24

Hình 5.7: Lực cắt do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.8: Mômen do hoạt tải chất nửa mái phải

Hình 5.9: Lưc dọc do hoạt tải chất nửa mái phải

Trang 25

Hình 5.10: Lực cắt do hoạt tải nửa mái phải

Hình 5.11: Mômen do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải)

Hình 5.12: Lực dọc do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải)

Trang 26

Hình 5.13: Lực cắt do hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải)

Hình 5.15: Lực dọc do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Trang 27

Hình 5.16: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Hình 5.17: Lực MOMEN do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột trái

Trang 28

Hình 5.17: Mômen do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Hình 5.18: Lực dọc do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Hình 5.19: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmaxđặt trên cột phải

Trang 29

Hình 5.20: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột trái

Hình 5.21: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột trái

Hình 5.22: Lực cắt do lực hãm T +đặt lên cột trái

Trang 30

Hình 5.26: Mômen do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.27: Lực dọc do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Hình 5.28: Lực cắt do lực hãm T+ đặt lên cột phải

Trang 31

Hình 5.32: Mômen do gió trái sang

Hình 5.33: Lực dọc do gió trái sang

Hình 5.34: Lực cắt do gió trái sang

Trang 32

Hình 5.35: Mômen do gió phải sang

Hình 5.36: Lực dọc do gió phải sang

Hình 5.37: Lực cắt do gió phải sang

Trang 33

Bảng thống kê nội lực

Trang 34

Trang 35

6 THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

6.1 Thiết kế tiết diện cột

1.1 Thiết kế tiết diện cột.

1.1.1 Xác định chiều dài tính toán:

Chọn phương án cột tiết diện không đổi Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiêt làbằng nhau, ta có:

=0,35

2400

840.1

=)H

I

÷L

I(

=

14,0+35,0

56,0+35,0

=14,0+n

56,0+n

=μ

Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức:

lx =μ.H=1,36.840=1142 (cm).

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng khoảng cáchgiữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột,

xà ngang…) Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình + 4,2 m tức

là khoảng giữa phần cột tính từ mặt móng đến hãm, nên lấy ly = 420 (cm)

1.1.2 Chọn và kiểm tra tiết diện

Tiết diện cột khung và các đặc trưng hình học của tiết diện chọn như phần thiết kế sơ bộ

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội tính toán (bất lợi nhất):

1(

18,119

÷15,95(

=]50.266,118

3,42051)

8,2

÷2,2(+25,1.[

1.21

266,118

Trang 36

12

-50.25

1.46

=

3 3

y

)cm(2630

=50

65745.2

=h

2.I

=

x

)cm(22,21

=146

65745

=A

=146

5212

=A

=22,21

1142

=i

l

=λ

x

x x

[ ]λ =120

<

35,70

=97,5

420

=i

l

=λ

y

y y

7,1

=10.1,2

2182,53

=E

fλ

=

2,2

=10.1,2

2135,70

=E

fλ

=

Độ lệch tâm tương đối:

74,19

=2630

146x266,118

3,42051

=W

A

×N

M

=m

x x

Độ lệch tâm quy đổi: me =η.mx

Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số 5 ta có:

*Af /Aw =0,5: η =1, 25

* A f /A w ≥1: η=(1,4-0,2λx)=(1,4-0,2.1,7)=1,02 Với =1,09

1.46

2.25

=A

Trang 37

1.2 Kiểm tra tiết diện cột đã chọn.

1.2.1 Kiểm tra bền.

Do me =η.mx =1,02.19,74=20≤20 → Không phải kiểm tra bền

1.2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

* Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công thứcsau

x c

e

N

.f.A

σ = < γϕ

Với λx =1,7 và me =20, tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy ta có: φe =0,069 suy ra:

=11,74<γ f =1.21=21(kN/cm )

146.069,0

266,118

Trước hết ta cần tính trị số momen ở 1/3 chiều cao cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn

Vì cặp nội lực dùng tính toán cột là tại tiết diện chân cột và do trường hợp tải trọng1,8,12,16,24 gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tươngứng gây ra là:

-43,71 + ( -59,463 - 59,022 - 36,675 - 221,643 ) = -420,5(kN/m)

)m.kN(-420,5

=3

(-420,5))-

5,420 -420,5

=M

)m.kN(-420,5

=)2

420,5-

;max(-420,5

=)2

M

;Mmax(

42050

=W

A

×N

Theo bảng IV.2 phụ lục, nội suy ta có:

y

mφ

φ+1

1

=c

Trong đó: hệ số β,α tra theo bảng 16 TCXDVN 338 hoặc bảng phụ lục

α=0,65+0,05mx =1,3

341,2

=3,1.07,0+25,2

=α07,0+25,2

=ψ

→40

<

3,1

=21

10.1,22

4205065745

5212.341,2

=f

E2y

lhI

Trang 38

1

=mφ

φ+1

1

=c

x b y

=f

E14,3

=

4 c

Suy ra: =16,9<γ f =21(kN/cm )

146.773,0.062,0

266,118

=A.φ.c

N

=

c y

7,1.1,0+36,0(

=f

E)

λ.1,0+36,0(

=

t

x f

0

suy ra: ]=16,76

t

b[

<

6

=2

12

=t

b

f

0 f

w

t

h t

E x

t

h

x w

21

10x.21,3

<

46

=1

<

46

=1

Trang 39

h(t85

Không cần kiển tra lại các điều kiện ổn định tổng thể

1.2.4 Kiểm tra chuyển vị ngang ở đỉnh cột.

Sử dụng phần mềm SAP để tính toán, chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợptĩnh tải và tải trọng gió trái là: ∆ = −x 0,11 3,54 3, 44(cm)+ =

x 4 300=3,33.10 3

1

<

10.1,4

=8400

44,3

=

H

6.2 Thiết kế tiết diện xà ngang

1.Đoạn xà 4m (tiết diện thay đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực cho ta cặp nội lực tính toán:

M= 195,61 KN.mN= 26,96 KNV= 43,376 KNĐây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng

1,10,14,26 gây ra

1.1 Chọn tiết diện và kiểm tra theo yêu cầu cấu tạo.

Mô men chống uốn cần thiết cảu tiết diện xà ngang xác định:

21.1 =931,5(cm )

10.61,195

=γf

Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu Với bề dày bản bụngchọn sơ bộ là 1 cm

cm36,6)

÷(35,1

= 1

5,931)2,1

÷15,1(

=t

Wk

=h

w

yc x

→Chọn h=50 cm.

Kiểm tra bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt

)cm(11,0

=1.12.50

376,432

3

>

)cm(1

=t

(cm)1

≥γhf

V

×2

3

≥t

w

c v w

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà xác định theo công thức

3 2

tk

3 w w yc x

yc f

46 x - 2

50 x , 931 (

= h

2 ) 12

h t - 2

h W (

= )

t f = ÷ t f ≥t w;

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	5,31 MB