đồ án môn học kết cấu thép 2 thiết kế khung nhà công nghiệp một tầng

Trường Đại học Bách Khoa TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng SVTT: Trần Đại Nghiệp - 81302509... Phần cột trên: Ta chọn được cặp nội lực nguy hiểm xem Gc như là một

Trang 1

Trường Đại học Bách Khoa TPHCM GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng SVTT: Trần Đại Nghiệp - 81302509

1 | T r a n g Đ ồ á n K ế t c ấ u t h é p 2

MỤC LỤC PHẦN 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 2

I/ DỮ LIỆU: 2

II/ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC: 3

III/ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG: 6

PHẦN 2: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG PHƯƠNG ÁN CỘT DÀN THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 12

I/ XÁC ĐỊNH CÁC TẢI TRỌNG ĐẶT LÊN KHUNG NGANG: 12

II/ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN: 14

PHẦN 3: THIẾT KẾ CỘT 34

I/ XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỘT: 34

II/ NỘI LỰC TÍNH TOÁN CỦA CỘT: 36

III/ THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT TRÊN: 36

IV/ THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT DƯỚI: 39

V/ THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT: 48

VI/ THIẾT KẾ DÀN MÁI 60

VII/ THIẾT KẾ MẮT DÀN: 70

Trang 2

Hr Cao trình đỉnh ray - m

Q Sức trục - T

2 Thông số kỹ thuật:

3 Tiêu chuẩn thiết kế:

TCXDVN 2737 – 1995: Tiêu chuẩn về tải trọng tác động

TCXDVN 5575 : 2012: Tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép

Trang 3

II/ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC:

1 Thông số cầu trục:

Dựa vào các số liệu ban đầu: Sức trục Q= 30T, nhịp nhà L= 27m Tra Catalogue của

cầu trục ta được các số liệu sau:

Ptc min (kN)

T (kN)

Trong đó :

+ Lk: Nhịp cầu trục (khoảng cách giữa 2 tim ray)

+ Bk: Bề rộng cầu trục

+ K : Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe cầu trục

+ T: Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục

+ Gxc: Trọng lượng xe con

+ Gct: Trọng lượng cầu trục

2 Xác định kích thước theo phương đứng:

Trang 4

100𝐿 = 1

Trang 5

 Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị: 𝜆 = 𝐿 − 𝐿𝑘

2 = 27−25.5

Trang 6

Với D = 70mm là khoảng hở an toàn giữa đầu mút cầu trục và mép trong cột trên

Vậy trục A, B ở mép ngoài cột trên và h d = λ = 750

a Tải trọng thường xuyên

Tấm panel bê tông cốt thép cỡ lớn

Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 4cm

Lớp chống thấm 2 giấy 3 dầu, giả định

Các lớp vữa tô trát, tổng chiều cao dày

4cm

Hai lớp gạch lá nem, dày mỗi lớp 3cm

1.5 0.4 0.1 0.8 1.2

1.1 1.2 1.2 1.2 1.1 Tổng tải trọng tiêu chuẩn qtc = 4 kN/m2

Tổng tải tính toán qtt = 4.53 kN/2

Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng:

Giá trị tiêu chuẩn g1tc = 0.3 kN/m2, n=1.2 -> Giá trị tính toán g1tt = 0.36 kN/m2

Trọng lượng kết cấu cửa mái:

Giá trị tiêu chuẩn g2tc = 0.15 kN/m2, n=1.2 -> Giá trị tính toán g2tt = 0.18 kN/m2

Trang 7

* Tĩnh tải mái được dồn về các khung ngang Tải trọng các lớp lợp và kết cấu mái

cùng hệ giằng được coi là một tải phân bố đều trên suốt nhịp nhà xưởng, còn tải trọng

cửa mái được coi như phân bố đều trên suốt bề rộng cửa mái

b Tải trọng sửa chữa mái

Giá trị tải sữa chữa mái đưa vào tính toán là:

𝑞ℎ𝑡𝑡𝑡 = 75

𝑐𝑜𝑠10𝑜𝑥1.3 = 0.99 𝑘𝑁/𝑚2 Tải sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều:

𝑞ℎ𝑡𝑡𝑡 𝐵 = 0.99𝑥6 = 5.94 𝑘𝑁/𝑚

c Áp lực của cầu trục lên vai cột

Các tải trọng này được xác định theo công thức:

Dmax = n x nc x Pmax x ∑yi

Dmin = n x nc x Pmin x ∑yi

Trang 8

2 Theo phương ngang:

a Lực xô ngang của cầu trục

Trang 9

b Tải trọng gió

Theo TCVN 2737 – 1995, tải trọng gió tác dụng lên khung được xác định theo công thức:

q = n x c x k x qo x B

Công trình được xây dựng ở Hà Tĩnh, vùng áp lực IV-B chịu ảnh hưởng thường xuyên

của gió bão Các hệ số như sau:

 Áp lực gió tiêu chuẩn qo = 1.55 kN/m2

Trang 10

+ Tại cao trình trục thanh cánh dưới H = 8.8 + 4 = 12.8 m -> k1 = 1.045

+ Tại cao trình đầu dàn H = 14.3 m -> k2 = 1.068

+ Tại cao trình chân cửa mái H = 14.3 + 0.9 = 15.2 m -> k3 = 1.082

+ Tại cao trình đỉnh cửa mái H = 15.2 + 1.95 = 17.15 m -> k5 = 1.101

Tải trọng gió phân bố đều từ chân cột đến độ cao 10m trên cột đón gió là:

Trang 11

Trang 12

PHẦN 2: TÍNH TOÁN KHUNG NGANG PHƯƠNG ÁN CỘT DÀN

THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

I/ XÁC ĐỊNH CÁC TẢI TRỌNG ĐẶT LÊN KHUNG NGANG:

1 Tĩnh tải và momen lệch tâm:

Trọng lượng các lớp mái, kết cấu mái và hệ giằng:

(g1tt + qtt) x 6 = (0.36 + 4.53) x 6 = 29.34 kN/m

Trọng lượng các lớp mái và kết cấu cửa mái:

(g2tt +qtt) x 6 = (0.18 + 4.53) x 6 = 28.26 kN/m

Trọng lượng bậu cửa : 1kN/m

Trọng lượng cửa kính và khung cách cửa : 0.4 x 6 =2.4 kN/m

Momen lệch tâm của tĩnh tải do dời từ tim cột trên sang tim cột dưới:

-> Tổng momen lệch tâm tác dụng tại tim cột dưới: ∑M = 83.34 – 4.05 =79.29 kNm

2 Hoạt tải sửa mái:

Trang 13

Tải tập trung tại 2 vai cột:

5 Tải trọng gió:

Tải trọng gió đặt 2 bên cột

Trang 14

Tải trọng gió phân bố mặt bên cửa mái

Tải trọng gió đặt trên giàn

II/ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN:

- Sử dụng phần mềm SAP2000 v14.2.2

1 Sơ đồ hóa kết cấu trong SAP2000:

Trang 15

2 Tổ hợp tải trọng:

1 Tĩnh tải - TT

2 Hoạt tải sửa mái - HT

3 Dmax trái (Dmin phải) - DT

4 Dmax phải (Dmin trái) - DP

5 T trái - TTR

6 T phải - TTP

7 Gió trái - GT

8 Gió phải - GP

Trang 17

Trang 18

2 HOẠT TẢI MÁI

Sơ đồ chất tải

Biểu đồ M Biểu đồ N

Biểu đồ V

Trang 19

Trang 20

Trang 21

Trang 22

Trang 23

Trang 24

5 T TRÁI

Trang 25

Trang 26

6 T PHẢI

Trang 27

Trang 28

7 GIÓ TRÁI

Trang 29

Trang 30

8 GIÓ PHẢI

Trang 31

Trang 33

Hoạt tải mái (2)

Dmax trái (3)

Dmax phải (4)

T trái (5)

T phải (6)

Gió trái (7)

Gió phải (8)

Vmax THCB1 THCB2

Trang 34

Nội lực tính toán được xác định từ bẳng tổ hợp nội lực

Phần cột trên: Ta chọn được cặp nội lực nguy hiểm

xem Gc như là một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi cột

Gc =gc x Hc

gc =

R K

N





Y x g (KG/m)

Y: hệ số cấu tạo,trọng lượng các chi tiết lấy bằng 1.4 – 1.8

K:hệ số kể đến ảnh hưởng của moment

K = (0.250.3) đối với cột trên

K = (0.40.5) đối với cột dưới

R:cường độ tính toán của vật liệu thép làm cột (R = 220MPa)

hc: chiều dài đoạn cột

Trang 35

Nhìn vào bảng tổ hợp nội lực ở tiết

diện I-I và II-II, ta nhận thấy đây là

cặp giá trị có giá trị moment và lực

dọc tương ứng trội hơn hẳn các cặp

N M N

Trang 36

2 2

1.6 8.8 14.08( ) 1.84 4 7.36( )

với: Nc.truc , Nmai - lực nén trong nhánh cầu trục và nhánh mái

III/ THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT TRÊN:

Chiều cao tiết diện cột ht = 340 mm

1 Chọn sơ bộ tiết diện:

Tiết diện cột trên dạng chữ I đối xứng theo cả hai phương được cấu tạo từ ba bản thép

c = ( 1/20 – 1/36 )bc = (10.55  19 ) mm Chọn c = 20 mm

Trang 37

2 Kiểm tra tiết diện đã chọn :

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện:

2

2 34 2 1.8 (34 2 2) 190( )

A        cm > At-yc=183 (cm2)

Jx = 12



+ 2[

3

40 2 12



+

3

360 1.8 12



Vậy lmax = lx = 50.17 < [l] = 120 => thoả

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

x

e e A x m

A A

 



Trang 38

Tra bảng phụ lục II.4 sách thầy Đoàn Định Kiến ta được:

1.4 0.02 1.4 0.02 1.58 1.368  

Tra bảng phụ lục 4 , theo m1 =10.05 và 2x =1.58 , có được lt = 0.129

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:

Cặp nội lực đang xét là cặp nội lực nguy hiểm tại tiết diện I-I, được tổ hợp nội lực



= 99.3 Tra bảng II.5 phụ lục II ta có: a = 0.65 + 0.005my = 0.67; b =1

=> C = 0.23

Với ly=40.07 Tra bảng II.1 phụ lục II ta được y =0.9

Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng uốn :

sy =

A C

 =16.38

Trang 39

t

b )/2( 

Vậy tiết diện đã chọn thoả mãn tất cả các yêu cầu

IV/ THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT DƯỚI:

Hình dạng tiết diện: cột dưới rỗng gồm hai nhánh:

Nhánh mái cấu tạo dạng thép chữ U gồm 1 bản thép lưng và 2 thép góc làm cánh

Nhánh cầu trục cấu tạo dạng théo chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại

Trang 40

r N

N f2  2 2  2Trong đó C, r1, r2 được chọn sơ bộ như sau:

f f

N A

f f

N A

- Đối với nhánh cầu trục, ta chọn tiết diện chữ I tổ hợp đối xứng gồm 3 bản ghép

lại Bản bụng có kích thước 10x316 mm, bản cánh có kích thước 12x165 mm

- Đối với nhánh mái, chọn tiết diện dạng chữ C tổ hợp gồm 1 bản thép lưng 16x310

Trang 41

Các đặc trưng hình học của tiết diện :

Đối với nhánh cầu trục :

x x

y y

Trang 42

Z A

x f

2

18645.14 125.2

y f

Khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh 2(Nhánh MÁI):

r1 = C – r2 =71.41-25.89= 45.52(cm) Moment quán tính toàn tiết diện đối với trục trọng tâm x –x:

Trang 43

d

J i

L i

0 =

tx

d x

lx = 1x

x

L

i = 140834.52 = 40.79

Góc a giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:

70

C

l  = 1.02=> a =45034’ => sina = 0.714 Chiều dài thanh xiên:

max  max( 0, y) y  69.2  [ ] 120  (thoả)

+ Theo trục thực i-i cho nhánh cột:fi  ( 80 ,0)=(80,44.78)

1 1

f f

x f

2 2

f f

x f

b Kiểm tra bền

Trang 44

Theo m =1.5; 0=1.42 tra bảng II.3 phụ lục II ta được jlt =0.370

Kiểm tra ổn định của cột dưới trong mặt phẳng khung:

Trang 45

Theo m = 3.54 ; td=1.34 tra bảng II.3 phụ lục II ta được jlt = 0.212

Kiểm tra ổn định ổn định của cột dưới trong mặt phẳng khung:

l

i = 703.56= 19.66 Vậy ly1>lx1=>lmax=ly1=64.42 tra bảng II.1 phụ lục II ta được:jmin =0.807

Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung :

min 1

1021.95 0.807 71.2

f

N A

l

i = 70

Vậy ly2 >lx2=>lmax=ly2=69.01 tra bảng II.1 phụ lục II ta được: jmin = 0.786

Kiểm tra ổn định nhánh mái ngoài mặt phẳng khung:

min f2

N A

711.340.80 125.2 =7.22(kN/cm2) < [f]g =21 kN/cm2

Nhánh 1:

1 1

f f

y f

Trang 46

f

l i

f f

y f



Đình Kiến, ta có : [

 = 16.76 Tiết diện cột đã chọn có:

 = 6.25 < [

x

e e A x m

Trang 47

e Kiểm tra hệ bụng thanh giằng

Lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế với Q =188.91 (kN) là

Ntx =

sin2

Điều kiện ổn định

stx =

tx tx

giữa trục liên kết và trục thanh)

Từ ltđ = 44.78 tra bảng II.1 phụ lục II được j = 0.888



)711.340.888 = 7.61(kN)

không cần phải tính lại thanh bụng xiên và l0

f Tính liên kết hàn giữa thanh xiên vào các nhánh cột

Trang 48

bh fwf = 0.7 x 18 = 12.6(kN/cm2)Suy ra: (bRg)min =12.6 kN/cm2

Thanh xiên là thép góc đều cạnh L80x8

chiều cao đường hàn mép hw-m = 6mm

=> Chiều dài đường hàn sống và mép là

)(

7.0

N

0.8 12.6

1320

.29.75

3.0

N

0.6 12.6

1320

.29.75

1 Nối cột trên với cột dưới:

Từ bảng tổ hợp nội lực cột, ở tiết diện C ta chọn hai cặp nội lực nguy hiểm nhất:

Trang 49

h 

Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng chiều dài đường hàn bằng chiều rộng

cánh cột dưới = 310 cm, chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cánh ở cột trên =2 cm

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 của cột trên khá

bé nên đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt với chiều cao

2 Tính toán dầm vai cột:

Pdv=Nnh2=538.9 kN truyền từ cánh trong của cột trên Sơ đồ tính như sau:

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	2,96 MB