Đồ án tốt nghiệp Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

 Kích thước khung ngang theo phương thẳng đứng  Bao gồm chiều cao cột dưới Hd, chiều cao cột trên Ht, chiều cao toàn cột H.. Chiều dày mm Diện tích cm2  Tải trọng tác dụng lên xà gồ 

MỤC ỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO 4

THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP 5

SỐ LIỆU LIỆU THIẾT KẾ 5

CHƯƠNG 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA NHÀ THÉP 6

1.1 CẦU TRỤC 6

1.1.1 Các thông số của cầu trục 6

1.1.2 Ray cầu trục 6

1.2 DẦM CẦU TRỤC 6

1.3 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG THEO PHƯƠNG NGANG 7

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ XÀ GỒ 9

2.1 XÀ GỒ MÁI 9

2.1.2 Tĩnh tải 10

2.1.3 Hoạt tải 10

2.1.4 Kiểm tra với xà gồ chữ “Z” 12

2.1.5 Kiểm tra với xà gồ chữ “C” 13

2.2 XÀ GỒ TƯỜNG DỌC NHÀ 15

2.2.1 Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ 15

2.2.2 Tải trọng tác dụng lên xà gồ 15

2.2.3 Sơ đồ tính 16

2.2.4 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn 17

2.3 XÀ GỒ TƯỜNG KHUNG DẦU HỒI 17

2.3.2 Tải trọng tác dụng lên xà gồ 18

2.3.3 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn 18

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KHUNG NGANG 20

SVTH : LÊ VŨ LINH MSSV : 1151160066 Trang 2

3.1.1 Khung chính 20

3.1.2 Khung đầu hồi 21

3.2 HOẠT TẢI 22

3.2.1 Hoạt tải mái 22

3.2.2 Hoạt tải do cầu trục 22

3.2.3 Tải trọng gió 26

CHƯƠNG 4 : TÍNH NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ KHUNG 30

4.1 KHUNG CHÍNH 30

4.1.1 Sơ đồ tính 30

4.1.2 Các trường hợp tải 30

4.1.3 Nội lực 35

4.1.4 Thiết kế tiết diện cột 41

4.1.5 Thiết kế tiết diện xà ngang đoạn 3.5m 49

4.1.6 Thiết kế tiết diện xà ngang đoạn 10.4m 54

4.2 KHUNG ĐẦU HỒI 57

4.2.1 Sơ đồ tính 57

4.2.2 Các trường hợp tải 59

4.2.3 Nội lực 63

4.2.4 Thiết kế tiết diện cột khung 69

4.2.5 Thiết kế tiết diện cột tường 74

4.2.6 Thiết kế tiết diện xà ngang 76

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ CHI TIẾT KHUNG 80

5.1 CHI TIẾT VAI CỘT 80

5.1.1 Nội lực và sơ đồ tính 80

5.1.2 Sơ bộ tiết diện 80

5.1.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn 81

5.2 CHI TIẾT CHÂN CỘT 84

5.2.1 Tính toán bản đế 84

5.2.2 Tính dầm đế 87

5.2.3 Tính sườn A 88

5.2.4 Tính sườn B 89

5.2.5 Tính bulông neo ở chân cột: 90

5.3 LIÊN KẾT CỘT VỚI XÀ NGANG 91

5.3.1 Tính bu lông liên kêt 92

5.3.2 Tính mặt bích 93

5.3.3 Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột với mặt bích 93

5.4 MỐI NỐI ĐỊNH XÀ 94

5.4.1 Tính bu lông liên kêt 94

5.4.2 Tính mặt bích 95

5.4.3 Tính toán đường hàn liên kết tiết diện xà với mặt bích 96

5.5 MỐI NỐI XÀ( Ở NHỊP) 96

5.5.1 Tính bu lông liên kêt 96

5.5.2 Tính mặt bích 98

5.5.3 Tính toán đường hàn liên kết tiết diện xà với mặt bích 98

5.6 THIẾT KẾ DẦM CẦU TRỤC: 99

5.6.1 Sơ đồ tính và nội lực 99

5.6.2 Lực dọc cầu trục 99

5.6.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn 101

SVTH : LÊ VŨ LINH MSSV : 1151160066 Trang 4

[1] TS Phạm Văn Hội (1999), Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật , Hà Nội, 1998

[2] Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp – GS Đoàn Định Kiến ( Chủ biên ) – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 1995

[3] "Thiết kế khung thép nhà công nghiệp" - Phạm Minh Hà (Chủ biên)

[4] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam : TCXDVN 338 : 2005 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế

[5] Trần Thị Thôn(2010), Thiết kế kết cấu thép, Nhà xất bảng Đại học Quốc Gia TPHCM, HCM, 2003

Ngày nộp bài và bảo vệ (dự kiến): 17/1/2015 / GVHD

STT Mã SV Họ và tên Sinh viên Lớp Mã đề

58 1151160066 Lê Vũ Linh XC11A 58

120 120 28

CHƯƠNG 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA

Bk Kk Hk Zmin Pmaxc Pminc

Xe con

Toàn cầu trục

20 25.5 4630 3800 1330 180 13.8 3.92 1.236 15.44

1.1.2 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 + 80 = 200 (mm)

1.2 DẦM CẦU TRỤC

 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 hình bên

 Kích thước khung ngang theo phương thẳng đứng

 Bao gồm chiều cao cột dưới Hd, chiều cao cột trên Ht, chiều cao toàn cột H

Loại ray Khối lượng

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

2 c k 1.33 0.32 1.65( )

H H  b   m

 Trong đó: Hc = HK = 1.33 m - chiều cao gabarit cầu trục

bk khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang, lấy không nhỏ hơn 200mm

 Chiều cao của cột khung (tính từ mặt móng):

1 2 3 7.4 1.65 0.1 9.15( )

H H H H     m

 Trong đó:

 H1 =7.4 (m) - cao trình đỉnh ray

 H3 = 0.1 (m) – Phần cột chôn dưới cốt mặt nền, lấy sơ bộ khoảng 0÷1m

 Chiều cao của cột trên:

 Hdct = 0.8 (m) - chiều cao dầm cầu trục

 H - chiều cao của ray và đệm, lấy sơ bộ 0.2m r

 Chiều cao của cột dưới:

1.3 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG THEO PHƯƠNG NGANG

 Chọn trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0)

 Chiều cao tiết diện cột (chọn cột không thay đổi tiết diện):

 Theo yêu cầu về độ cứng:

 Trong đó:

 B1 = 0.26 (m) – Phần đầu của cầu trục bên ngoài ray, tra bảng cầu trục

 D = 0.07 (m) – Khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột, lấy từ 0.06 – 0.075

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ XÀ GỒ

2.1 XÀ GỒ MÁI

 Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ

 Độ dốc mái: i=15%, suy ra: α= 8.53o, sinα= 0.148, cosα= 0.989

 Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, trọng lượng bản thân xà gồ và xà gồ được chọn trước, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà

Tải trọng cho phép (KN/m 2 )

 Xà gồ: ta chọn xà gồ chữ “Z” ở bên trong và xà gồ chữ “C” ở ngoài biên nhắm tăng

ổn định cho mái.Từ catolog thép hình chữ Z của công ty Ngô Long SJC ta chọn:

Chiều dày (mm)

Diện tích (cm 2 )

Z200x62x68 379.5 37.317 48.723 7.405 4.95 1.8 6.3

Chiều dày (mm)

Diện tích (cm2)

 Tải trọng tác dụng lên xà gồ

 Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng bản thân xà gồ và

tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái và gió

 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 : 1,52m

53.8cos

5.1

Tải trọng tiêu chuẩn

Tải trọng tính toán

 qo= 83 daN/m2 (áp lực gió TPHCM vùng IIA )

 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn

 Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa và gió 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  = 8,53o (Độ dốc i = 15)

2.1.4 Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”

q.cos a

q

q.sin a

x

2.1.4.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn :

 Theo điều kiện bền:

y x

td

M M

f

      (c = 1 hệ số điều kiện làm việc)

2 d

560 100 21 100

1770 2238( )37.317 7.405

 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 y mặt phẳng

 Công thức kiểm tra :

3

15.10200

2.1.5.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn :

 Theo điều kiện bền:

y x

td

M M

f

      (c = 1 hệ số điều kiện làm việc)

2 d

 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 y mặt phẳng

 Công thức kiểm tra : 1 3

5.10200

2.2.1 Chọn tiết diện sơ bộ xà gồ

 Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm bao che, trọng lượng bản thân xà gồ và xà

gồ được chọn trước, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của

xà gồ

 Tấm tường : chọn là tôn của mái để bao che

Chiều dày (mm) Trọng lượng 1 tấm

(KG/m 2 )

Diện tích 1 tấm (m 2 )

Tải trọng cho phép (KN/m 2 )

Chiều dày (mm)

Diện tích (cm2) Z250x72x78 774.907 61.126 79.810 10.533 6.59 2 8.4

2.2.2 Tải trọng tác dụng lên xà gồ

 Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn tường, tải trọng bản thân xà gồ và tải

trọng do hoạt tải gió

 Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1.5 m

 Tĩnh tải :

hiệu

Hệ số vượt tải

Tải trọng tiêu chuẩn

Tải trọng tính toán

1 lớp tôn lợp mái g2 1.05 6.59 kG/m2 6.92 kG/m2

Xà gồ mái Z250x72x78 g1 1.05 6.59 kG/m 6.92 kG/m

 Hoạt tải :

2.2.4 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn

 Nội lực xà gồ : mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp

1

17.3 8( ) 8

td

M M

 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 y mặt phẳng

Công thức kiểm tra :

3

15.10200

Chiều dày (mm)

Diện tích (cm2) Z250x72x78 698.485 55.097 71.764 10.533 5.93 1.8 7.56

2.3.2 Tải trọng tác dụng lên xà gồ

 Tương tự như xà gồ dọc nhà

2.3.3 Kiểm tra lại xà gồ đã chọn

 Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp tường (theo phương đứng) và hoạt tải gió (theo phương ngang) được tính toán như cấu kiện chịu uốn xiên

 Tương tự như xà gồ tường dọc : tổ hộp nội lực

 Nội lực xà gồ : mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp

Dieä n tíc h truy eà n

ta û i leâ n xa ø g oâ

 

1

17.3 6.875( ) 6.875

td

M M

f

      (c = 1 hệ số điều kiện làm việc)

2 d

556.9 100 74.4 100

1797.4 2238( )55.097 9.458

 Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:

Công thức kiểm tra :

3

15.10200

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN

3.1.1.2 Tải trọng bản thân khung ngang :

 Chương trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết diện cột và rường ngang

3.1.1.3 Tải trọng do xà gồ tường tôn

 Đặt tại các cao trình của xà gồ tường :

 Cột cao 9.15m

 Xà gồ tường dùng 6 thanh Z250x72x78, trọng lượng quy thành lực tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét đến:

86.92 (8 9.15) 6.92 6 8 839( )

3.1.2 Khung đầu hồi

Khung đầu hồi: Giá trị tải trọng bằng một nửa giá trị tải trọng khung chính

3.2 HOẠT TẢI

3.2.1 Hoạt tải mái

 Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái không người qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn: ptc=30kG/m2

3.2.1.1 Khung chính

 ptt =1.3308 = 312 (KG/m)

3.2.1.2 Khung đầu hồi

 ptt =1.3304 = 156 (KG/m)

3.2.2 Hoạt tải do cầu trục

Thông số cầu trục sức nâng 20 tấn như sau :

Bk Kk Hk Zmin Pmaxc Pminc

Xe con

Toàn cầu trục

 Áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột Dmax xác định theo đường ảnh hưởng phản lực :

 Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin :

Khung đầu hồi :

 Điểm đặt của Dmax , Dmin trùng với điểm đặt của dầm cầu trục

 Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung

5.42 T.m

Dm a x lê n c ộ t tra ù i Dm a x lê n c ộ t p ha û i

KHUNG ĐẦ U HỒ I

Khung đầu hồi :

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:

 Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển thành phân bố trên cột khung

 Gió thổi trong phạm vi mái được tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân

Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió II-A, áp lực phân bố là:

 Mức đỉnh cột ở cao trình 9.05 (m) có k1= 0.98 (nội suy)

 Mức đỉnh mái ở cao trình 12.1 (m) có k2= 1.03 (nội suy)

 Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình :

 n = 1.3 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

 c : Hệ số khí động , được tra bảng với sơ đồ sau đây:

3.2.3.2 Khung đầu hồi

 Khung đầu hồi chịu tải gió theo 2 phương, gió theo phương dọc nhà và gió phương ngang nhà

Áp lực gió phương ngang nhà và dọc nhà có giá trị bằng một nửa tải gió khung chính

 Gió thổi phương dọc nhà, khung đầu hồi chịu áp lực gió đẩy có c=+0.8 và gió hút có c=-0.6

 Giĩ theo phương ngang nhà cũng gây ra giĩ hút tại khung đầu hồi nhưng trị số nhỏ hơn giĩ dọc nhà nên ta khơng xét đến

 Vậy ta lấy giá trị áp lực giĩ lớn nhất cĩ c=+0.8 để tính tốn cột giữa khung đầu hồi

 Sơ đồ tính cột giữa khung đầu hồi:

 Tải giĩ tác dụng lên cột :

 Tải giĩ :

q = ( nW okcB).α = (1.3830.98(+0.8)6.875)1.04 = +605 (kG/m)

Gió d ọc nha ø

P

SƠ ĐỒ TÍNH CỘT GIỮA KHUNG ĐẦU HỒI

CHƯƠNG 4 : TÍNH NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ KHUNG

4.1 KHUNG CHÍNH

4.1.1 Sơ đồ tính

Qui ước chiều dương của nội lực

 Giả thiết cột (cột khung chính, cột khung đầu hồi, cột giữa khung đầu hồi)có kích thước như sau:

N

 Phương án 1 : Tĩnh tải

 Phương án 2: Hoạt tải nửa trái

 Phương án 3: Hoạt tải nửa phải

 Phương án 4: Hoạt tải cả mái

 Phương án 5: Dmax trái

 Phương án 6: Dmax phải

7.6 T.m

D ma x lê n c ộ t p ha û i

 Phương án 10: T phải –

 Phương án 11: Gió trái ( gió theo phương ngang nhà )

 Phương án 12: Gió phải ( gió theo phương ngang nhà )

 Phương án 3: Hoạt tải nửa phải

 Phương án 4: Hoạt tải cả mái

 Phương án 5: Dmax trái

 Phương án 6: Dmax phải

 Phương án 7: T trái +

 Phương án 8: T trái –

 Phương án 9: T phải +

 Phương án 10: T phải –

 Phương án 11: Gió trái ( gió theo phương ngang nhà )

 Phương án 12: Gió phải ( gió theo phương ngang nhà )

 Phương án 13: Gió dọc nhà

 Biểu đồ bao:

Cấu kiện Tiết diện Nội lực

Phương án chất tải Tĩnh

tải

HT mái trái

HT mái phải

HT cả mái

Gió trái

Gió phải

Gió dọc

Dmax trái

Dmax phải

T trái +

T phải +

Cấu kiện Tiết diện Nội lực Tĩnh

tải

HT mái trái

HT mái phải

HT cả mái

Gió trái

Gió phải

Gió dọc

Dmax trái

Dmax phải

T trái +

T phải +

4.1.4 Thiết kế tiết diện cột

4.1.4.1 Xác định chiều dài tính toán

 Với tiết diện tính toán như trên ta tính moment quán tính của cột và xà ngang:

 Trong đó: Ixà,Icột – momen quán tính của tiết diện xà và cột

 Trường hợp liên kết cột khung với móng và ngàm:

0.56 0.243 0.56

1.450.14 0.243 0.14

n n



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

lx = μ×H = 1.45×9,15 = 13.26 (m)

 Trong đó: μ – hệ số chiều dài tính toán

H - Chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột

 Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà Cố định theo phương dọc nhà gồm có xà gồ tường và dầm cầu trục Liên kết xà gồ với cột

không đủ cứng nên chiều dái tính toán ngoài mặt phằng lấy từ chân cốt tới dầm cầu trục là 6.5m nên ly = 6.5m

y y l i

 Độ lệch tâm quy đổi: m e .m x

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

N

f A





 Mômen tưng ứng với trường hợp tải đó tại đỉnh cột:

Với λy = 98.8 tra bảng IV.2 [3], nội suy có y = 0.607

 Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo công thức:

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

N

f A

trọng (1)+0.9{(4)+(6)+(9)+(10)} gây ra nên trị số mômen tại tiết diện chân cột do các trường hợp tải trọng tương ứng gây ra là: M 410.02(kN.m)

 Mômen tưng ứng với trường hợp tải đó tại đỉnh cột:

65.12( )3

Kiềm tra tương tự với tổ hợp 1

4.1.4.5 Thiết kế đường hàn bản cánh với bản dụng cột

 Đường hàn sẽ bị phá hoại do ứng suất tiếp tại vị trí tiếp giáp bản cánh với bản bụng Lực cắt lớn nhất: Vmax, M , Ntu tu: Tổ hợp: (1)+0.9{(4)+(6)+(9)+(10)}

V

f I

4.1.5.2 Kiểm tra tiết diện chọn sơ bộ với tổ hợp M max

 Như tiết diện sơ bộ đã chọn: b = 200 mm , h = 500 mm , t w 10mm ,tf  12 mm

 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn: