ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 DH KIẾN TRÚC TPHCM THẦY HOÀNG BẮC AN HƯỚNG DẪNCHƯƠNG 1SƠ ĐỒ KẾT CẤU41.1 SƠ ĐỒ KHUNG NGANG VÀ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP5CHƯƠNG 1SƠ ĐỒ KẾT CẤU41.1 SƠ ĐỒ KHUNG NGANG VÀ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP51.1.1 Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp 1 tầng.51.1.2 . Sơ đồ khung ngang.51.2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG.61.2.1 Chọn cầu trục phù hợp.61.2.2 Kích thước phương ngang theo phương đứng nhà xưởng.61.2.3 Kích thước khung ngang theo phương ngang nhà xưởng.71.2.4 Kích thước cột.71.2.5 Kích thước giàn mái và cửa mái.8CHƯƠNG 1SƠ ĐỒ KẾT CẤU41.1 SƠ ĐỒ KHUNG NGANG VÀ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP51.1.1 Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp 1 tầng.51.1.2 . Sơ đồ khung ngang.51.2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG.61.2.1 Chọn cầu trục phù hợp.61.2.2 Kích thước phương ngang theo phương đứng nhà xưởng.61.2.3 Kích thước khung ngang theo phương ngang nhà xưởng.71.2.4 Kích thước cột.71.2.5 Kích thước giàn mái và cửa mái.81.3 Hệ giằng.91.3.1 Hệ giằng mái ( theo phương dọc nhà xưởng, liên kết các khung ngang).91.3.2 Hệ giằng cột.9CHƯƠNG 2TÍNH TOÁN KHUNG NGANG102.1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG.102.1.1 Tải trọng tác dụng lên giàn mái trục AB, dầm mái trục BC.102.1.2 Tĩnh tải tác dụng vào giàn mái trục AB, dầm mái trục BC.102.2 Tĩnh tải tác dụng vào cột trục.112.2.1 Do trọng lượng của dầm cầu chạy.112.2.2 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột.112.2.3 Lực xô ngang của cầu trục.122.2.4 Hoạt tải sửa chữa mái.132.3 Tải trọng gió.13CHƯƠNG 1SƠ ĐỒ KẾT CẤU41.1 SƠ ĐỒ KHUNG NGANG VÀ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP51.1.1 Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp 1 tầng.51.1.2 . Sơ đồ khung ngang.51.2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG.61.2.1 Chọn cầu trục phù hợp.61.2.2 Kích thước phương ngang theo phương đứng nhà xưởng.61.2.3 Kích thước khung ngang theo phương ngang nhà xưởng.71.2.4 Kích thước cột.71.2.5 Kích thước giàn mái và cửa mái.81.3 Hệ giằng.91.3.1 Hệ giằng mái ( theo phương dọc nhà xưởng, liên kết các khung ngang).91.3.2 Hệ giằng cột.9CHƯƠNG 2TÍNH TOÁN KHUNG NGANG102.1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG.102.1.1 Tải trọng tác dụng lên giàn mái trục AB, dầm mái trục BC.102.1.2 Tĩnh tải tác dụng vào giàn mái trục AB, dầm mái trục BC.102.2 Tĩnh tải tác dụng vào cột trục.112.2.1 Do trọng lượng của dầm cầu chạy.112.2.2 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột.112.2.3 Lực xô ngang của cầu trục.122.2.4 Hoạt tải sửa chữa mái.132.3 Tải trọng gió.132.3.1 Xác định tải trọng gió tác dụng lên cột khung.142.3.2 Xác định tải trọng gió phải tác dụng lên khung.152.4 SƠ ĐỒ TẢI TRỌNG.172.4.1 Khung ngang và giải phóng momen nút giàn.172.4.2 Tĩnh tải (TT) tác dụng vào khung ngang.172.4.3 Hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên khung ngang.182.4.4 Hoạt tải gió tá dụng lên khung ngang.212.4.5 Hoạt tải cầu trục tác dụng lên vai cột của khung ngang.222.4.6 Hoạt tải do lực hãm của xe con Tmax tác dụng lên khung ngang.232.5 BIỂU ĐỒ NỘI LỰC M, N, Q.242.5.1 Tĩnh tải (TT)242.5.2 HT 1252.5.3 HT2272.5.4 HT3282.5.5 HT4302.5.6 Dmax Trái312.5.7 Dmax phải332.5.8 T trái +342.5.9 T trái –362.5.10 Gió trái372.5.11 Gió phải392.6 Tổ hợp nội lực trong khung ngang.402.6.1 Tổ hợp cơ bản 1402.6.2 Tổ hợp cơ bản 240CHƯƠNG 3THIẾT KẾ CỘT KHUNG413.1 THIẾT KẾ CỘT TRỤC A413.1.1 Thiết kế cột dưới trục A413.1.1.1Xác định chiều dài tính toán của cột.413.1.1.2.Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ nhất của cột trục A.433.1.1.3Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ hai của cột dưới trục A.473.1.1.4Kiểm tra khả năng chịu các cặp nội lực còn lại của cột trục A.503.2 Thiết kế cột trên trục A513.2.1 Xác định chiều dài tính toán của cột.513.2.1.1Chiều dài tính toán của cột theo phương trong mặt phẳng cột:513.2.1.2Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ nhất của cột trục A.533.2.1.3Kiểm tra khả năng chịu cặp nội lực thứ hai của cột trục A.563.2.2 Kiểm tra khả năng chịu các cặp nội lực còn lại của cột trục A.603.3 Nối phần cột trên và cột dưới –Vai cột603.3.1 Mối nối hai phần cột603.3.2 Chi tiết vai cột.613.4 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CHÂN CỘT.62
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - CHƯƠNG MỞ ĐẦU: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ CHƯƠNG SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG Nhịp AB có cửa mái cầu trục chạy phân xưởng Nhịp BC cầu trục Thông số thiết kế: Chiều dài nhà: Nhịp khung: L1=27m; L2=18m Bước khung: B=9m Sức nâng cầu trục: Q= 20/5 (tấn), chế nặng Cao trình mặt ray: H1 = 12,8+0,052.77=16.804m; Hk =4.3m Mái lợp tôn có độ dốc i=10%, dạng dàn cánh song song Cường độ thép: CT38; Bê tông B20 SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN Vùng gió IIB Liên kết dàn với đầu cột : Liên kết cứng 1.1 SƠ ĐỒ KHUNG NGANG VÀ KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP 1.1.1 Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp tầng Số bước khung : n= 138/9= 15,3 (bước khung).chọn 16 bước khung 14 bước m bước 6m SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - 1.1.2 Sơ đồ khung ngang 1.2 KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1.2.1 Chọn cầu trục phù hợp Từ số liệu thiết kế: nhịp nhà 27m, sức nâng cầu trục 20/5(tấn) có chế độ làm việc nặng, theo TCLX-3332-54 chọn cầu trục phù hợp với thông số sau: Loại ray: chuyển động KP70 đường sắt P43 Nhịp cầu trục ( khoảng cách tim ray, phương ngang nhà xưởng ) L ct= 25,5m Chiều cao cầu trục ( từ cao trình đỉnh ray đến điểm cao cầu trục) Hct=2,4m Bề rộng cầu trục ( phương dọc nhà xưởng): B ct =6,3m Khoảng cách trục bánh xe cầu trục ( phương dọc nhà xưởng): K ct =4,4m Khoảng cách từ tim ray mép cầu trục: B1=0,26m Áp lực tối đa bánh xe cầu trục tác động lên ray: P tcmax=24,5Tấn Trọng lượng xe con: G=9,3tấn Trọng lượng toàn cầu trục: Gct=41 Tấn 1.2.2 Kích thước phương ngang theo phương đứng nhà xưởng • Cột trục A trục B Chiều cao phần cột dưới: Cao trình đỉnh ray: Hđỉnh ray= +16804 mm SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN Chiều cao dầm cầu chạy(Chọn sơ 1/10 bước cột ): hdcc=0,9m Chiều cao sơ ray có đệm: hray = 0,2m Phần cột chôn ngầm mặt hoàn thiện: ∆ = 1m → Chiều cao phần cột dưới: Hcột = Hđỉnhray +∆ - hdcc - hray = 16,8+1-0,9-0,2=16,7m Chiều cao phần cột trên: Chiều cao cầu trục: Hct = 2,4m Khe hở an toàn đỉnh cầu trục mép kết cấu mái: C=0,1m → Chiều cao thực phần cột trên: Hcột trên= hdcc+hray+Hcầu trục+C= 0,9+0,2+2,4+0,1=3,6m Chiều cao toàn cột: Hcột=Hcột trên+Hcột dưới= 3,6+16.7= 20,3m • Cột trục C Góc nghiêng mái i =10%→ tan i= 0,1 Chiều cao cột trục C: hcột = Hcột - HK - tani.L2 =20,3-4,3-0,1.13,5=14,65m (Chú ý: Do dầm trục BC, ta lựa chọn phương án thiết kế đầu dầm gối lên cột, nên chiều cao cột trục C phải trừ chiều cao dầm trục BC) 1.2.3 Kích thước khung ngang theo phương ngang nhà xưởng Số liệu sơ bộ: Nhịp khung trục có cầu trục L1=27m, Nhịp khung trục cầu trục L 2=18m Nhịp cầu trục Lct= 25,5m Khoảng cách từ tim ray mép cầu trục: B 1= 0,26m Cao trình vai cột:Hvai cột= Hray - hdcc - hray= 16.8 - 0,9 - 0.2=15,7m Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị ( trục định vị trùng với trục cột): Cột làm bàng thép tổ hợp , tiết điện đặc chữ I không đổi, Chiều cao tiết diện cột xác định sơ theo công thức: → Chọn chiều cao cột trục A B hcột =0,9m Khe hở an toàn D mép dầm cầu trục mặt cột xác định theo công thức: λ = B1 + D + 0,5hcột → D= 0,75 - 0,26 - 0,5.0,9 =0,04m Vai cột đỡ dầm cầu chạy ray làm thép I tổ hợp có tiết diện không đổi, có chiều cao xác định sơ hvc = 0,4m 1.2.4 Kích thước cột Cột sử dụng thép tổ hợp, tiết diện chữ I không thay đổi theo chiều cao • Kích thước cột trục A trục B Chiều cao tiết diện cột hc = 0,9m Bề rộng cánh: bf=(0,3hc÷0,5hc)=(0,27m÷0,45m) Chọn bf =0,4m Chiều dày cánh tf= (1/28÷1/35)bf = (0,014m÷0,011m) Chọn tf=14mm SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN Chiều dày bụng: tw=(1/70÷1/100)h = (0,012m÷0,008m) Chọn tw = 12mm Theo điều kiện ổn định cục bộ: Trong đó: b0 = 0,5.(bf - tw) = 0,5.(0,4 - 0,012)=0,194 ; độ mảnh qua ước cột( λ độ mảnh lớn cột) Vậy sơ tiết diện cột trục A cột trục B: h = 900mm, bf = 400mm, tf = 14mm, tw = 12mm • Kích thước cột trục C Chiều cao tiết diện cột: h ≥ H/25= 13,6/25≥ 0,544m Chọn h =0,55m Bề rộng cánh: bf=(0,3hc÷0,5hc)=(0,165m÷0,275m) Chọn bf =0,25m Chiều dày cánh tf= (1/28÷1/35)bf = (0,009m÷0,007m) Chọn tf=9mm Chiều dày bụng: tw=(1/70÷1/100)h = (0,0078m÷0,0055m) Chọn t w = 8mm Vậy sơ tiết diện cột trục C: h = 550mm, bf = 250mm, tf = 9mm, tw = 8mm 1.2.5 Kích thước giàn mái cửa mái Tổng chiều dài nhịp giàn mái: l gm = L1 - hc =27 - 0,9= 26,1m ( Chiều dài nhịp mái ta tính từ mép cột trục A đến mép cột trục B, ta liên kết giàn mái với cánh cột) Chiều cao giàn hợp lý theo điều kiện kinh tế: Tuy nhiên khó thỏa mãn điều kiện vận chuyển, nên thường lấy chiều cao giàn nhỏ hơn: chọn hg = 3,5m Chiều cao đầu giàn thường lấy ho =2,2m K/c nút giàn cánh trên: d1=3m d1 =1,5m Chọn d1 =1,5m K/c nút giàn cánh dưới: d =(3m; 4,5m; 6m) Thanh cánh thường chịu kéo nên lấy d2 =3m Sơ kích thước cửa mái: nhằm mục đích lấy ánh sáng tự nhiên, thông gió, cấu tạo mái,ta chọn kích thước cửa mái sau: Chiều cao cửa mái(theo phương đứng nhà xưởng): H cửa mái =2m Bề rộng cửa mái( theo phương ngang nhà xưởng): bcửa mái = 9m SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - 1.3 Hệ giằng 1.3.1 Hệ giằng mái ( theo phương dọc nhà xưởng, liên kết khung ngang) Hệ giằng cánh trên: Hệ giằng mặt phẳng cánh giàn mái xà gồ mái với khoảng cách xà gồ 1,5m ( theo phương ngang nhà xưởng) - Để tạo thành miếng cứng mặt phẳng cánh khoảng cách gian bố trí hệ giằng không vượt 70m Do nhà công nghiệp có 16 bước khung ( tương đương với 16 gian nhà), khoảng cách bước khung 9m Như ta bố trí hệ giằng gian số 1, 9,18 27( gian số 1, số 27 gian đầu hồi nhà) - Gồm chéo chữ thập - Chọn thép hình U-35x45x2,4( 35mmx45mmx2x4mm) làm giằng Hệ giằng cánh dưới: Những gian bố trí hệ giằng cánh ta bố trí hệ giằng cánh - Gồm chéo chữ thập - Chọn thép hình U-35x45x2,4( 35mmx45mmx2x4mm) làm giằng Hệ giằng đứng: Những gian bố trí hệ giằng cánh hệ giằng cánh ta bố trí hệ giằng đứng - Gồm chéo chữ thập - Chọn thép hình U-35x45x2,4( 35mmx45mmx2x4mm) làm giằng 1.3.2 Hệ giằng cột Giằng cột cao trình đỉnh cột cột để giảm chiều dài tính toán cột mặt phẳng Ở vị trị cột bố trí dầm tiết diện chữ I SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - CHƯƠNG TÍNH TOÁN KHUNG NGANG 2.1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 2.1.1 Tải trọng tác dụng lên giàn mái trục AB, dầm mái trục BC Các nút giàn thuộc giàn cánh Nhận xét: Tại nút 1đến nút nút 14 đến nút 19 chịu tải trọng tập trung tải trọng kết cấu mái, trọng lượng thân giàn hoạt tải mái Tại nút 8, 9,10, 11, 12 chịu tải trọng tập trung trọng lượng thân giàn Tại nút 13 phải chịu tải trọng (1) phải chịu thêm tải trọng cửa mái truyền xuống Theo sơ đồ cấu tạo giàn, khoảng cách xà gồ mái d=1,5m nên ta có tải trọng tập trung nút giàn: 2.1.2 Tĩnh tải tác dụng vào giàn mái trục AB, dầm mái trục BC Trọng lượng lớp mái: gồm tôn lợp mái, xà gồ hệ giằng Lấy gtcmái =18daN/m2 mặt mái( đưa trọng tập trung nút ta cần để ý đến góc nghiêng mái), hệ số vượt tải lấy n gm = 1,1 Tải trọng tính toán: gm = gtcmái.ngm = 1,1.18=19,8 daN/m2 - Tại nút 1, 13,19 : daN SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Tại nút đến nút 10 nút 16 đến nút 24: - daN Tải trọng mái tôn, xà gồ truyền vào dầm BC: Ta coi tải phân bố dầm: Trọng lượng mái tôn+ xà gồ+ giằng cửa mái 18daN/m Lực phân bố dầm cửa mái: P3 =1,1.18.9.1,5/2= 133,65 daN/m P4 =1,1.18.9.1,5= 267,3 daN/m /m 2.2 Tĩnh tải tác dụng vào cột trục 2.2.1 Do trọng lượng dầm cầu chạy Trọng lượng dầm cầu chạy dầm hãm 120daN/m Hệ số vượt tải n= 1,1 ⟹Lực tập trung tính toán vai cột: Q1 = 1,1.120.9=1188daN Trọng lượng hệ sườn tường + tole ốp tường + giằng cột 15daN/m Hệ số vượt tải n= 1,1 Lực phân bố tính toán tác dụng dọc trục A C: q =1,1.15.9=148,5daN/m Trọng lượng hệ sườn tường + tole ốp tường + giằng cột cửa mái 15daN/m Hệ số vượt tải n= 1,1 Lực phân bố tính toán tác dụng dọc trục cột cửa mái: q3=1,1.15.9=148,5daN/m 2.2.2 Áp lực thẳng đứng cầu trục lên vai cột Số liệu tính toán xác định sau: - Sức nâng cầu trục Q=20/5T= 200kN - Hệ số vượt tải cầu trục: n=1,1 - Hệ số tổ hợp ( xét đến xác suất xảy đồng thời tải trọng tối đa cầu trục - hoạt động nhịp kề dầm cầu chạy) n c =0,85 Áp lực tiêu chuẩn tối đa bánh xe cầu trục tác động lên ray:P tcmax - =245kN Tổng trọng lượng cầu trục G =41 = 410kN Số bánh xe cầu trục tác động lên ray n =2 Áp lực tiêu chuẩn tối thiểu bánh xe cầu trục tác động lên ray xác định bởi: Từ Bct =6,3m Kct = 5m ta xếp bánh xe cầu trục sơ đồ dưới: SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Sơ đồ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa( dầm cầu chạy) Từ hình vẽ ta có: y1 =1; ; Tải trọng tiêu chuẩn tính toán Dmax cầu trục tác dụng lên vai cột tính theo công thức: ⟹ Dttmax=n.Dtcmax =1,1.537,28= 591,01kN Tải trọng tiêu chuẩn tính toán D cầu trục tác dụng lên vai cột tính theo công thức: ⟹ Dttmin=n.Dtcmin =1,1.131,58= 144,73kN 2.2.3 Lực xô ngang cầu trục Số liệu tính toán xác định sau: Trọng lượng xe con: Gxecon =9,3T =93kN Số bánh xe xe tác động lên ray n o =2 Lực xô ngang tiêu chuẩn tính toán cầu trục ( lực hãm xe con) tính toán theo công thức: SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Lực xô ngang đặt cao trình mặt dầm cầu chạy, tức cao trình +14,9 2.2.4 Hoạt tải sửa chữa mái Hoạt tải tiêu chuẩn sửa chữa mái lấy theo TCVN 2737-1995, với mái nhẹ ptc =30daN/m2 mặt Hoạt tải sửa chữa mái tác dụng tập trung nút giàn - Tại nút 1, 7và nút 13,19 P1 = ptc.n.B.d/2 = 30.1,3.9.1,5/2 = 263,25daN - Tại nút đến nút nút 14 đến nút 18: P2 = ptc.n.B.d = 30.1,3.9.1,5 = 526,5 daN Hoạt tải phân bố dầm cửa mái: P3=1,3.30.9.1,5/2=263,25daN/m P4=1,3.30.9.1,5=526,5daN/m Hoạt tải phân bố dầm mái BC: g2 =1,3.30.9=351daN/m 2.3 Tải trọng gió Kích thước chiều cao cấu kiện khung ngang Hệ số khí động ce cao trình xác định hệ số k Xác định h/s khí động ce GTvà GF( nhà kín có cửa trời phần bán mái) Theo mục 6.3 TCXDVN 2373-1995, tải trọng gió tác dụng lên khung ngang xác định theo công thức w=Wo.n.c.k.B ( Wo = 95daN/m2) Với dạng địa hình IIB, theo TCXDVN 2737-1995, ta tra hế số k phụ thuộc vào độ cao dạng địa sau: - Tại cao độ +10m : - Tại cao độ +22,5m ( Đỉnh cột trục A B): - Tại cao độ +24,1m ( Chân cột cửa mái): - Tại cao độ +26,1m ( Đỉnh cột cửa mái): - Tại cao độ +26,9m( Đỉnh cửa mái): - Tại cao độ +16m ( Đỉnh mái nhịp BC): - Tại cao độ +14,65m ( Đỉnh cột trục C): k = 1,0 k= 1,13 k= 1,15 k = 1,17 k = 1,18 k=1,06 k= 1,04 SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - - f.γc =2300.1=2300daN/cm2 ( thỏa mãn điều kiện ổn định) Kiểm tra điều kiện độ mảnh: Bán kính quán tính tiết diện giàn, Tra bảng: rx =2,18cm ry =3,29cm Tra bảng độ mảnh giới hạn Vậy cánh chọn 2L100x75x8 ghép cạnh lớn, tiết diện chữ T 4.3.2 Thiết kế tiết diện cánh Chiều dày mã chọn tbm = 12mm Chiều dài giàn cánh l =3000mm Thanh cánh giàn liên kết qua mã nên: Chiều dài tính toán mặt phẳng giàn lx = l =3000mm Chiều dài tính toán mặt phẳng giàn ly = l =3000mm Giả thiết độ mảnh giàn λ gt=80 Tra bảng hệ số uốn dọc chịu nén tâm ta có φ=0,698 Diện tích tiết diện cần thiết: Chiều cao chiều rộng yêu cầu tiết diện: - cm2 Chiều cao: SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 75 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Chiều rộng: Từ Act, hyc byc Tra bảng thép hình ta chọn tiết diện giàn cánh - gồm: L100x50x8( A=22,8cm2) ghép cạnh lớn, tiết diện có dạng chữ T Kiểm tra điều kiện ổn định tiết diện chọn: Ứng suất chịu nén tâm - f.γc =2300.1=2300daN/cm daN/cm2 ( thỏa mãn điều kiện ổn định) Kiểm tra điều kiện độ mảnh: Bán kính quán tính tiết diện giàn, Tra bảng: rx =5,17cm, ry =3,19cm Tra bảng độ mảnh giới hạn - - Vậy cánh chọn 2L100x50x8 ghép cạnh lớn, tiết diện chữ T 4.3.3 Thiết kế tiết diện đứng Chiều dày mã chọn tbm = 12mm Chiều dài đứng l =2200mm Thanh cánh giàn liên kết qua mã nên: - Chiều dài tính toán mặt phẳng giàn l x = l =2200mm - Chiều dài tính toán mặt phẳng giàn ly = l =2200mm Giả thiết độ mảnh giàn λ gt=80 Tra bảng hệ số uốn dọc chịu nén tâm ta có φ=0,698 Diện tích tiết diện cần thiết: cm2 Từ Act, Tra bảng thép hình ta chọn tiết diện giàn cánh gồm: L60x50x8( A=16,4cm2) tiết diện có dạng chữ T Kiểm tra điều kiện ổn định tiết diện chọn: Ứng suất chịu nén tâm daN/cm2 SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 76 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - f.γc =2300.1=2300daN/cm2 ( thỏa mãn điều kiện ổn định) Kiểm tra điều kiện độ mảnh: Bán kính quán tính tiết diện giàn, Tra bảng: r x =1,84cm, ry =3,11cm Tra bảng độ mảnh giới hạn - - Vậy đứng chọn 2L60x50x8 ghép cạnh nhỏ, tiết diện chữ T 4.3.4 Thiết kế tiết diện xiên Chiều dày mã chọn tbm = 12mm Chiều dài đứng l =2800mm Thanh cánh giàn liên kết qua mã nên: - Chiều dài tính toán mặt phẳng giàn l x = l =2800mm - Chiều dài tính toán mặt phẳng giàn ly = l =2800mm Giả thiết độ mảnh giàn λ gt=80 Tra bảng hệ số uốn dọc chịu nén tâm ta có φ=0,698 Diện tích tiết diện cần thiết: cm2 Từ Act Tra bảng thép hình ta chọn tiết diện giàn cánh gồm: L100x50x8( A=22,8cm2) ghép cạnh lớn, tiết diện có dạng chữ T Kiểm tra điều kiện ổn định tiết diện chọn: Ứng suất chịu nén tâm - f.γc =2300.1=2300daN/cm daN/cm2 ( thỏa mãn điều kiện ổn định) Kiểm tra điều kiện độ mảnh: Bán kính quán tính tiết diện giàn, Tra bảng: r x =3,19cm, ry =5,17cm Tra bảng độ mảnh giới hạn SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 77 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - - - Vậy cánh chọn 2L100x50x8 ghép cạnh nhỏ, tiết diện chữ T 4.4 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT 4.4.1 Liên kết giàn với cột trục A cột trục B 4.4.1.1 Liên kết giàn cánh với cột trục A cột trục B Hình thức liên kết: Thanh giàn cánh liên kết bu lông với thép, thép liên kết vuông góc với mặt bích thông qua liên kết hàn, mặt bích liên kết bulong với cánh cột - Nhóm bu lông chịu lực cắt giàn gây - Nhóm bu lông chịu cắt kéo nội lực đỉnh cột gây a) Thiết kế nhóm bulong Nhóm bu lông số liên kết 37 với cánh cột trục A, 68 với cánh cột trục B - Nội lực 146: Nk = 109,4kN; Nn = -126,2kN - Nội lực 161: Nk = 139,5kN; Nn = -191,3kN Lực gây cắt cho bulong nhom N =191,3kN Chọn bu lông cường độ cao có cấp độ bền 8.8 Khả chống trượt bu lông cường độ cao : Trong đó: SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 78 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN fhb =0,7fub =0,7.110=77 kN/cm2 cường độ chịu kéo tính toán bu long cường độ cao liên kết truyền lực ma sát ( thép 40Cr làm bu lông có f ub = 11000daN/cm2) Abn tiết diện bu lông γb1 = hệ số điều kiện làm việc bu lông μ =0,25 hệ số ma sát liên kết bu lông cường độ cao ( chọn trường hợp không gia công bề mặt cấu kiện ) γb2 = 1,7 hệ số tin cậy liên kết bu lông cường độ cao nf =2 số lượng mặt ma sát liên kết bu lông Chọn số bulong nhóm 1: n= lực cắt tác dụng lên bulog: N c =N/3 = 191,3/3 = 63kN Khả chịu cắt bulong: Vậy chọn bu long có đường kính d =22mm.( A = 3,03cm 2) Thiết kế nhóm bulong Nội lực đỉnh cột A M( KN.m) N(KN) Q(KN) -187.1 27.7 -52.3 M( KN.m) N(KN) Q(KN) 387.8 -129.5 105.4 Nội lực đỉnh cột B Để cho đơn giản thuận tiện cho việc thi công, ta thiết kế liên kết giàn cánh với cột trục A cột trục B giống Chọn cặp nội lực để thiết kế: M = 387,9kN.m; N = 129,5kN; Q = -105,4kN SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 79 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Bố trí bulong nhu hình vẽ Chọn bu lông cường độ cao có cấp độ bền 8.8 Theo điều kiện khả chịu kéo bu lông cường độ cao Lực gây kéo M lực N tác dụng lên bu lông xa tâm quay nhất: Điều kiện: (1) Theo điều kiện khả chịu cắt bu long cường độ cao Lực cắt tác dụng lên bu lông cường độ cao làm thép hợp kim 40Cr Điều kiện: Từ (1) (2) ta chọn đường kính bulong d = 42mm (2) Thiết kế liên kết hàn thép mặt bích - Kích thước mặt bích: t =12mm; b = 125mm; h =400mm - Bề dày thép t =12mm Tính toán chiều cao đường hàn ta chiều cao đường hàn h =10mm 4.4.1.2 Liên kết giàn cánh với cột trục A cột trục B Hình thứ liên kết: tương tự liên kết giàn cánh với cánh cột SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 80 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Nhóm bu lông số liên kết giàn 128 với cánh cột trục A, giàn 61 với - cánh cột trục B Nội lực giàn 128: Nk = 107,8kN; Nn = 213,1kN Nội lực giàn 145: Nk = 52,3kN; Nn = 217kN a Thiết kế nhóm bulong Lực gây cắt cho bulong nhom N =217kN Chọn bu lông cường độ cao có cấp độ bền 8.8 Khả chống trượt bu lông cường độ cao : Trong đó: fhb =0,7fub =0,7.110=77 kN/cm2 cường độ chịu kéo tính toán bu long cường độ cao liên kết truyền lực ma sát ( thép 40Cr làm bu lông có f ub = 11000daN/cm2) Abn tiết diện bu lông γb1 = hệ số điều kiện làm việc bu lông μ =0,25 hệ số ma sát liên kết bu lông cường độ cao ( chọn trường hợp không gia công bề mặt cấu kiện ) γb2 = 1,7 hệ số tin cậy liên kết bu lông cường độ cao nf =2 số lượng mặt ma sát liên kết bu lông Chọn số bulong nhóm 1: n= lực cắt tác dụng lên bulog: N c =N/3 = 217/3 = 68,6kN Khả chịu cắt bulong: Vậy chọn bu long có đường kính d =22mm.( A thbl = 3,03m2) b Thiết kế nhóm bulong 2: Tương tự nhu - Số bulong n =8 - đường kính bulong d =42mm - Bố trí hàng cột Thiết kế liên kết hàn thép mặt bích: tương tự Chiều cao đường hàn h =10mm SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 81 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - 4.4.2 Thiết kế chi tiết mắt giàn Nhịp giàn dài L = 27m Để thuận tiện cho việc vận chuyển công trường lắp ghép ta chia làm 4đoạn , sau phần lắp ghép công trường Những mắt giàn thi công nhà máy dùng liên kết hàn, mắt giàn thi công công trường dung liên kết bulong Có 11 nút giàn điển hình, nút giàn có cấu tạo giống thiết kế giống đơn giản Chọn vị trí nút giàn mà có nội lực giàn lớn nhất, nút có cấu tạo tương tự bố trí giống a Thiết kế nút số N1 N4 - N3 giàn cánhN5 Lực dọc lớn trên: N =409,5kN Lực dọc lớn giàn xiên: N = 217kN Dùng que hàn N42, hàn góc, phương pháp hàn tay kiểm tra mắt thường, thép giàn CT38 Cường độ tính toán của liên kết hàn f = 1800daN/cm2 - Chọn chiều cao đường hàn: h= 10mm Tính đường hàn liên kết giàn cánh với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =23cm Chọn lhm =10cm SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 82 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Tính đường hàn liên kết giàn xiên với mắt.Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =13cm Chọn lhm =6cm a Thiết kế nút số - Lực dọc lớn giàn cánh trên: N = 409,5kN - Lực dọc lớn đứng.: N = 157,3kN - Dùng que hàn N42, hàn góc, phương pháp hàn tay kiểm tra mắt thường, thép giàn CT38 Cường độ tính toán của liên kết hàn f = 1800daN/cm2 - Chọn chiều cao đường hàn: h= 10mm Tính đường hàn liên kết giàn cánh với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =23cm Chọn lhm =10cm Tính đường hàn liên kết đưng với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: b Chọn lhs =9cm Chọn lhm =3cm Thiết kế nút số7 SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 83 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - - Lực dọc lớn giàn cánh dưới: N =345,1kN Lực dọc lớn đứng.: N = 159,3kN Lực dọc lớn xiên: N = 217kN Dùng que hàn N42, hàn góc, phương pháp hàn tay kiểm tra mắt thường, thép giàn CT38 Cường độ tính toán của liên kết hàn f = 1800daN/cm2 - Chọn chiều cao đường hàn: h= 10mm Tính đường hàn liên kết giàn cánh với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =20cm Chọn lhm =9cm Tính đường hàn liên kết giàn xiên với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =13cm Chọn lhm =4cm Tính đường hàn liên kết giàn đứng với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =9cm Chọn lhm =4cm c - Thiết kế nút số Lực dọc lớn cánh 67: N = 132,9kN Lực dọc lớn cánh 68: N = 131,2kN N48 N9 SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 N1 Trang 84 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Lực dọc lớn đứng 162: N = 57,7kN - Lực dọc lớn xiên 136: N = 17,8kN - Lực dọc lớn xiên 137: N = 20,6kN - Dùng que hàn N42, hàn góc, phương pháp hàn tay kiểm tra mắt thường, thép giàn CT38 Cường độ tính toán của liên kết hàn f = - 1800daN/cm2 Chọn chiều cao đường hàn: h= 10mm Tính đường hàn liên kết giàn N67&N68 với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =8cm Chọn lhm =4cm Tính đường hàn liên kết giàn N162 với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =4cm Chọn lhm =4cm Tính đường hàn liên kết giàn N136,N137với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: a) - Chọn lhs =4cm Chọn lhm =4cm Thiết kế nút số Lực dọc lớn 57: N = 288,8kN Lực dọc lớn 58: N = 288,8kN Lực dọc lớn 162: N = 57,7kN Dùng que hàn N42, hàn góc, phương pháp hàn tay kiểm tra mắt thường, thép giàn CT38 Cường độ tính toán của liên kết hàn f = - 1800daN/cm2 Chọn chiều cao đường hàn: h= 10mm SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 85 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - Tính đường hàn liên kết giàn N57, N58 với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: Chọn lhs =17cm Chọn lhm =7cm Tính đường hàn liên kết giàn N162 với mắt Tổng chiều dài đường hàn cần thiết: Bố trí đường hàn sống đường hàn mép: d Chọn lhs =4cm Chọn lhm =4cm Thiết kế nút giàn số Vị trí nút giàn số nút liên nối đoạn giàn liên kết bulong công trường Các cặp giàn liên kết bulong công trường gồm: - Thanh cánh trên: 151-152; 155,-156 - Thanh đứng:92; ; 104, Lực dọc lớn giàn trên: N151 = 409,5kN; N152 = 319kN; N155 = 319,4kN; N156 =403kN ⟹ Chọn Ntk1 409,5kN Lực dọc lớn giàn đứng: N 92 =98,7 kN; N92 = 129,3kN ⟹ Chọn Ntk92 = 129,3kN Chọn bulong cường độ cao có cấp độ bền 8.8, Số bulong cánh liên kết vơi mắt n =3, đứng liên kết với mắt n =2 Khả chống trượt bu lông cường độ cao : Trong đó: fhb =0,7fub =0,7.110=77 kN/cm2 cường độ chịu kéo tính toán bu long cường độ cao liên kết truyền lực ma sát ( thép 40Cr làm bu lông có f ub = 11000daN/cm2) Abn tiết diện bu lông γb1 = hệ số điều kiện làm việc bu lông SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 86 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN μ =0,25 hệ số ma sát liên kết bu lông cường độ cao ( chọn trường hợp không gia công bề mặt cấu kiện ) γb2 = 1,7 hệ số tin cậy liên kết bu lông cường độ cao nf =2 số lượng mặt ma sát liên kết bu lông ⟹ Lực cắt tác dụng lên bulong ( bulong nhóm 1): N =N tk1/2 = 409/6 =68kN Lực cắt tác dụng lên bulong ( bulong nhóm 2): N =N tk2/2 = 129,3/2 =63,6kN Khả chịu cắt bulong: - Bulong nhóm 1: Chọn đường kính bulong d =22cm ( Abn =3,03cm ) - Bulong nhóm 2: Chọn đường kính bulong d =22cm ( Abn =3,03cm2) e Thiết kế nút số Các cặp giàn liên kết bulong công trường gồm: - Thanh cánh dưới: 79-127 - Thanh đứng:92 - Thanh xiên: 113-114 Lực dọc lớn giàn chọn N tk1 =336,9kN Lực dọc lớn giàn đứng chọn N tk2 =129,3kN Lực dọc lớn xiên chọn N tk3 =105,6 Chọn bulong cường độ cao có cấp độ bền 8.8, Số bulong cánh liên kết vơi mắt n =3, đứng liên kết với mắt n =2.( hình vẽ) Khả chống trượt bu lông cường độ cao : Trong đó: fhb =0,7fub =0,7.110=77 kN/cm2 cường độ chịu kéo tính toán bu long cường độ cao liên kết truyền lực ma sát ( thép 40Cr làm bu lông có f ub = 11000daN/cm2) Abn tiết diện bu lông γb1 = hệ số điều kiện làm việc bu lông μ =0,25 hệ số ma sát liên kết bu lông cường độ cao ( chọn trường hợp không gia công bề mặt cấu kiện ) γb2 = 1,7 hệ số tin cậy liên kết bu lông cường độ cao SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 87 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN nf =2 số lượng mặt ma sát liên kết bu lông ⟹ Lực cắt tác dụng lên bulong ( bulong nhóm 1): N =N tk1/5 = 336,9/5 =67,2kN Lực cắt tác dụng lên bulong ( bulong nhóm 2): N =N tk2/2 = 129,3/2 =64,65kN Lực cắt tác dụng lên bulong ( bulong nhóm 3): N =N tk2/2 = 105,6/2 =52,8kN Khả chịu cắt bulong: - Bulong nhóm 1: Chọn đường kính bulong d =22cm ( Abn =3,03cm ) - Bulong nhóm 2: Chọn đường kính bulong d =22cm ( Abn =3,03cm2) - Bulong nhóm 3: Chọn đường kính bulong d =22cm ( Abn =3,03cm2) SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 88 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: THẦY HOÀNG BẮC AN - TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn đồ án thiết kế kết cấu thép 2, THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG- NHỊP, Trường ĐH Kiến Trúc TP.HCM Th.s Bùi Giang Nam( chủ trì) - Ts Nguyễn Văn Hiếu - Th.s Lê Văn Thông - Th.s Phạm Sóng Hồng Kết cấu thép , Nhà xuất xây dựng, T.g Nguyễn Tiến Thu Bài tập kết cấu thép, NXB ĐH Quốc Gia TP.HCM, T.g Trần Thị Thôn Phạm Văn Hội , Nguyễn Quang Viện, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Thanh , Hoàng Văn Quang Kết cấu thép công trình dân dụng công nghiệp NXB khoa học kĩ thuật thuật Hà Nội 1996 TCVN 2737 - 2012 Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575 - 2012 Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế SVHT: LÝ VĂN VINH- ĐH KIẾN TRÚC TPHCM LỚP XD13/A2 Trang 89