Thuyết minh tính toán đồ án thép 2 Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp (Khung zamil)

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... a.Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái - Tác d

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THÉP 2 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG ,1 NHỊP

( KHUNG ZAMIL)

A THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI:

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 biến dạng 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)

Header Page 1 of 126

Footer Page 1 of 126

60 1.75

Wx(cm3)

Iy (cm4)

Wy(cm3)

Trọng lượng (kg/m)

Chiều dày (mm)

Diện tích (cm2)

Tải trọng cho phép (KN)

200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44

Xà gồ chữ Z(200Z17) Xà gồ chữ C(180ES20)

Tiết diện Jx

(cm4)

Wx(cm3)

Jy (cm4)

Wy(cm3)

Trọng lượng (kg/m)

Chiều dày (mm)

Diện tích (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 , 52 m

53 , 8 cos

5 , 1

Tải trọng tính toán (kG/m2)

1 lớp tôn lợp mái 1,05 6,59 6,92

Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,98

Xà gồ mái 180ES20 1,05 6,11 6,416 Bọt thuỷ tinh cách

5 , 1

+ 4,74 = 75,56 (kG/m)

qtt = (6,92 + 12 + 39)

0

53 , 8 cos

5 , 1

+ 4,74.1,05 = 93,01(kG/m)

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  = 8,53o (Độ dốc i = 15)

a Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”

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

Footer Page 3 of 126

c y y x

x y

B.qM

2 2 2

tt y

32

10 600 79 , 13 32

B q M

2 2 2

tt x

2 y

x

01 , 7

8 , 1551 88

, 35

98 , 41391

*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

Công thức kiểm tra : 3

10 5 200

1 B

600.10.72,74.384

5I

.E

B.q.384

5

6

4 2

x

4 tc y

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

b Kiểm tra với xà gồ chữ “C”

*Tải trọng tác dụng:

Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20:

qtc = (6,59+ 10 + 30)

0

53 , 8 cos 2

5 , 1

+ 6,11 = 41,52 (kG/m)

qtt = (6,92 + 12 + 39)

0

53 , 8 cos 2

5 , 1

M

c y y x

x y

B.qM

2 2 2

tt y

32

10 600 48 , 7 32

B q M

2 2 2

tt x

2 y

x

12 , 12

5 , 841 17

, 49

*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

Công thức kiểm tra : 5 10 3

200

1 B

600.10.1,41.384

5I

.E

B.q.384

5

6

4 2

x

4 tc y

Footer Page 5 of 126

Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng

B.CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

1.Các thông số của cầu trục: Với sức trục Q = 10 tấn, chế độ làm việc trung bình ,chọn

trục định vị trùng với mép ngoài của cột và  = 750 mm

Các thông số kỹ thuật Sức

trục

Q(T)

Nhịp cầu trục (m)

B K Hct B1 Pmaxc Xe con Toàn cầu trục

10 19,5 6300 4400 1900 260 13,5 4 24

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 + 20 = 140 (mm)

3.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 sau:

4.Kích thước của khung ngang:

Xác định chiều cao cột và vai cột: Sơ đồ cấu tạo khung nhà

- Bảo đảm tính bất biến hình và độ cứng không gian của hệ khung

- Bảo đảm ổn định tổng thể cho một số cấu kiện chịu nén

- Chịu các tải trọng dọc nhà

- Bảo đảm cho việc thi công dựng lắp được an toàn và thuận tiện

a.Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái

- Tác dụng

+ Bảo đảm ổn định cho dàn theo phương ngoài mặt phẳng uốn

+ Dàn gió chịu tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc nhà

+ Hệ giằng dọc theo đầu cột chịu lực hãm theo phương dọc nhà

*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1

bTác dụng và cách bố trí hệ giằng cột

- Tác dụng :

+ Bảo đảm sự bất biến hình học

+ Bảo đảm độ cứng của toàn nhà theo phương dọc

+ Chịu tác dụng của các tải trọng dọc nhà và đảm bảo ổn định cho cột

*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1

) 12 92 , 6 (

- Tải trọng do xà gồ tường tôn đặt tại các cao trình của xà gồ tường:

Với cột cao 8,7 m, nhưng do có 1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kể đến, chỉ tính đến trọng lượng xà gồ tường và tôn tường từ cốt +1m trở lên trên, tương ứng với chiều dài cột là 7,7m , giả thiết dùng 5 xà gồ 200Z17 dặt cách nhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân 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

6 8 92 , 6

G = 1,05 G = 1,05 883,98= 928,18 kG

Mtc = Gtc e = 883,98 0,55 = 486,2 kGm

Mtt = Gtt e = 928,18 0,55 = 510,5 kGm

2.Hoạt tải:

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

ptt =1,3.30.6 = 234 (kG/m)

3.Hoạt tải do cầu trục:

a Hoạt tải đứng cầu trục:

tc

max

P 13,5T

T 5 , 3 5 , 13 2

24 10 P

n

G Q

max o

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 và 1

mô men

Mmax= Dmax e = 24,61,0,55 = 13,536 Tm

Mmin= Dmin e = 6,38 0,55 = 3,509 Tm

T 37 , 22 1

, 1

61 , 24 n

D

T 8 , 5 1 , 1

38 , 6 n D

To : lực hãm tác dụng lên toàn bộ cầu trục

T 7 , 0 ) 4 10 (

2

1 , 0 ) G Q (

TT

Tải trọng gió gồm hai thành phần : phần tĩnh và phần động.ở đây chiều cao nhà < 36m và tỉ

số chiều cao nhịp < 1,5 nên bỏ qua thành phần động của gió

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 bố lên khung

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

- Mức đỉnh cột ở cao trình 8,7 (m) có k1= 0,9688 (nội suy)

- Mức đỉnh mái ở cao trình 10,275 (m) có k2= 1,0044 (nội suy)

- C là hệ số khí động: c = +0,8 với phía gió đẩy

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

0 , 9866

2

0044 , 1 9688 , 0 2

k k

 Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang được tính như sau:

q=( n.W o.k.C.B) (Với B là bước cột)

Trong đó :

+ n = 1,2 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió

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

Header Page 9 of 126

Footer Page 9 of 126

21000 +0,8

414,021

7,8LH



=> Nội suy tuyến tính được Ce1 = -0,4115 ;

2 286 , 4 21

90 L

N

Qui ước chiều dương của nội lực Giả thiết cột có kích thước như sau:

Sử dụng phần mềm SAP2000 Version 9.03 xác định nội lực

*Các phương án chất tải và biểu đồ nội lực :

- Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

6,38T

3,509Tm

24,61T 13,536Tm

277,69 kG/m 269,93kG/m

Footer Page 15 of 126.

- Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

M

Q

N

- Phương án 4 : Hoạt tải cả mái

M

Q

N Header Page 17 of 126

Footer Page 17 of 126

- Phương án 5 : Dmax trái

M

Q

N

- Phương án 6 : Dmax phải

M

Q

N Header Page 19 of 126

Footer Page 19 of 126

- Phương án 7 : T trái +

M

Q

N

- Phương án 8 : T trái -

M

Q

N Header Page 21 of 126

Footer Page 21 of 126

- Phương án 9 : T phải +

M

Q

N

- Phương án 10 : T phải -

M

Q

N Header Page 23 of 126

Footer Page 23 of 126

- Phương án 11 : Gió trái

M

Q

N

- Phương án 12 : Gió phải

M

Q

N Header Page 25 of 126

Footer Page 25 of 126

III TỔ HỢP NỘI LỰC:

Từ kết quả tính toán nội lực như trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm ra trường hợp nội lực bất lợi nhất để tính toán tiết diện khung

Ta xét 2 loại tổ hợp, tổ hợp cơ bản 1, tổ hợp cơ bản 2

Tổ hợp Cơ Bản 1: gồm Tĩnh tải và một hoạt tải

Tổ hợp Cơ Bản 2 : gồm Tĩnh tải và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9

IV.Tính toán tiết diện cột :

M

Q

N

SVTH : NGUYỄN VĂN THÁI - LỚP 2002X3 -Trang:

Thiết kế cột tiết diện không đổi từ trên xuống dưới :

Chọn 2 cặp nội lực nguy hiểm để tính toán :

Kí hiệu

Kí hiệu trong bảng tổ hợp

M (kG.m) N( kG ) Q ( kG )

e= (cm)

N M

1 Cd-19 13166 -28031 -3869 46,97

2 A-18 -19882 -10108 -5109 196,7

Ta tính cho cặp nội lực 1 rồi kiểm tra lại với cặp 2

1.Tính tiết diện cột với cặp 1 :

a.Chiều dài tính toán cột theo 2 phương :

- Theo phương trong mặt phẳng uốn : lx  .l

Giả thiết tỉ số độ cứng giữa rường ngang và cột

5 , 1

1 I

1 21

7 , 8 H

I : L

I i

i

cot

Tra bảng nội suy ta được : 1,424

Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng uốn :l x .l= 1,424 8,7 = 12,389m

- Theo phương ngoài mặt phẳng uốn :

Theo phương y thì các cột liên kết với nhau bởi các xà gồ tường và dầm cầu trục, vì liên kết

xà gồ với cột không đủ cứng nên chiều dài tính toán lấy theo sơ đồ 2 đầu khớp tại vị trí dầm cầu trục và chân cột Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn : ly 5,86 m

b.Xác định diện tích cần thiết A yc

).870 (43,5 58)cm

15

120

1(H)15

120

1(

Theo Iasinxki:

)cm(16,5940

97,46.8,225,12150.1

28031h

e)8,22,2(25,1f

Theo cấu tạo :

- Điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng :

mm8mm)5,443,6(h)100

170

1(

tw      Chọn sơ bộ chiều dày bản bụng là tw = 8mm

tf : đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh và bụng ,không gây ứng suất phụ phát sinh lớn :

tw tf 3tw 8tf 24, chọn tf = 12mm

*Chiều rộng bf chọn thoả mãn :

- Yêu cầu độ cứng ngoài mặt phẳng uốn :

)2012(h)5,03,0(H)30

120

1(

E t

c.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:

+Mômen quán tính của tiết diện:

4 2

3 3

f f

2 f

3 f f w

3 w

2

8,3812

2,1.22.212

6,37.8,0b.t2

h12

tb212

h.t

3 3

w w

3 f f

12

8,0.6,3712

22.2,1.212

th12

b.t2

+ Bán kính quán tính:

.cm5,07 82,88

2131A

Ii

.mc81,1682,88

23422A

Ii

y y

x x

2h

I.2

+ Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện:

7 , 3 10 1 , 2

2150

56 , 115 E

f

; 56 , 115 07

, 5

586 i

l

36 , 2 10 1 , 2

2150

7 , 73 E

f 7

, 73 16,81

1238,9 i

l

6 y

y y

y y

6 x

x x

x x

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : 3 , 32 (cm)

1171

88 , 82 97 , 46 W

A e m

Độ lệch tâm tính đổi m1 mx 1,442.3,324,787< 20 ; không cần kiểm tra bền

d.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra theo công thức : f

A

N

c lt

28031 A





e.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng:

- Kiểm tra theo công thức : f

A C

N

c y



+y 115,56; tra bảng II.1 phụ lục II được y 0,4899

C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm tương đối mx = 3,32 mx 5 Ta có công thức xác định C như sau :

x

m 1

597 , 0

104 , 1

w

t

h t

h

hw = h - 2.tf = 40 - 2.1,2 = 37,6 cm ; tw = 0,8 cm

8 , 0

6 , 37 t

, 82

28031 W

M A

1316600 88

, 82

28031 W

M A





536 , 1 6

, 1462

) 2 , 786 ( 6 , 1462

) 2 (

E ) 1 2 (

35 , 4 t

h

2 2

2

w w

cm / kG 9 , 931 8

, 0 6 , 37

28031 t

9 , 931 ).

1 536 , 1 2 (

4 ,



3,34785

,1.4536,1)536,12(6,1462

10.1,2)1536,1.2(

35,4

4)

2(

E)12(

35,4t

h

2 2

6

2 2

w w

E 8 , 3 3 , 347 t

6,37t

h76,118t

h

w

w w

Vậy bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

g.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh :

Điều kiện kiểm tra : 

o

t

bt

7 , 3 1 , 0 36 , 0 ( f

E ) 1 , 0 36 , 0 ( t

y f

t b

22,82

t

b83,82,1

6,10t

b

f

o f

Vậy bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

2.Kiểm tra tiết diện cột với cặp số 2:

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : 13,92(cm)

1171

88,82.7,196W

A.em

x

+ Từ mx = 13,92 , x 2,36 và Af/Aw=26,4/30,08 = 0,88 < 1

5 < mx =13,92 < 20 tra bảng II.4 ta có : 1,40,02x = 1,4 - 0,02.2,36= 1,353

Độ lệch tâm tính đổi : m1 mx 1,353.13,9218,83< 20 ; không cần kiểm tra bền

a.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :

Kiểm tra theo công thức : f

A

N

c lt

0

10108 A





b.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

- Kiểm tra theo công thức : f

AC

N

c y



+y 115,56; tra bảng II.1 phụ lục II được y 0,4899

+C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm tương đối mx = 13,92> 10

d

y x

m 1

1 C

6

Vớic 98,134 tra bảng II.1 phụ lục II được hệ số c =0,597

+ Tính dđược xác định như đối với dầm : d phụ thuộc vào 1,

f

E.H

h.I

I

2

v x

3 2

f

1 v

t b

at 1 hb

t H 8 : 



08 , 21 4

, 2 22

8 , 0 8 , 18 1 22 40

4 , 2 586

3 2

40 23422

2131 7256 , 3

6 2

1

1004,1543,1.21,068,021

,068,

88 , 82 4899 , 0 128 , 0

Vậy tiết diện đảm bảo ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

V Tính toán thiết kế rường ngang :

Ứng với mỗi tiết diện ta có nội lực tương ứng , và ta sẽ chọn tiết diện đúng theo nội lực đó.Dự định thay đổi tiết diện tại tiết diện 1/6 L

Chọn 3 cặp nội lực nguy hiểm:

Tên tiết diện M(kGm) N(kG) Q(kG) e (cm)

I Chọn tiết diện đầu rường:

1 Chiều dài tính toán:

- Trong mặt phẳng uốn: Chiều dài tự do của rường lr = 10,6175m Liên kết 2 đầu rường coi là ngàm   0 , 5: lx .lr 0,5.10,6175 5,309m

- Ngoài mặt phẳng uốn : ly bằng khoảng cách giữa các điểm cố kết ngăn cản chuyển vị ( khoảng cách giữa các xà gồ ) ly  1 , 52 m

Header Page 31 of 126

Footer Page 31 of 126

350

8

2 Sơ bộ chọn tiết diện đầu rường:

a Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện đầu rường :

Chọn tw = 0,8 cm

hkt = k

w

t f M

10

4267

2

3 f h

Q 2

3

v r



Vậy bản bụng đủ khả năng chịu cắt

c Xác định các kích thước của tiết diện cánh rường :

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

N

c

12 , 324 8 , 2 25 , 1 2150 1

4267

= 53,94 (cm2)

Ngoài ra bf,tf cần phải thoả mãn các điều kiện sau:

+ Chiều dày bản cánh cần hàn phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện truyền lực giữa cánh

và bụng xà, không gây những ứng suất phụ phát sinh lớn

Để thoả mãn những yêu cầu này thì tw tf 3tw 8mm tf 24mm

E t b

6 f

Ngoài ra , để dễ liên kết xà theo phương ngang với

cấu kiện khác như xà gồ chữ Zvà đảm bảo ổn định

tổng thể cho xà thì :

bc=(

2

1 5

2

15

hr  

Từ các điều kiện trên ta chọn bf=22 cm , tf =1 cm

Diện tích tiết diện là : A = hwtw + 2 bftf = 33.0,8 + 2 22.1 = 70,4cm2

3 Kiểm tra lại tiết diện vừa chọn :

a.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:

+Mômen quán tính của tiết diện:

4 2

3 3

f f

2 f

3 f f w

3 w

2

3412

1.22.212

33.8,0b.t2

h12

tb212

h.t

3 3

w w

3 f f

12

8,0.3312

22.1.212

th12

b.t2

+ Bán kính quán tính:

.cm5,02 70,4

1776A

Ii

.mc65,1470,4

15115A

Ii

y y

x x

2h

I.2

+ Độ mảnh và độ mảnh qui ước của tiết diện:

97 , 0 10 1 , 2

2150

26 , 30 E

f

; 26 , 30 02 , 5

152 i

l

16 , 1 10 1 , 2

2150

23 , 36 E

f 23

, 36 14,65

530,9 i

l

6 y

y y

y y

6 x

x x

x x

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm tính đổi:

Độ lệch tâm tương đối : 26,42(cm)

864

4,70.12,324W

A.em

2

c x

cm/kG21502150

.1fcm

/kG8,1661864

13830004

,70

4267

fW

MA

c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

- Kiểm tra theo công thức : f

AC

N

c y



+y 30,26; tra bảng II.1 phụ lục II được y 0,936

+C : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men uốn trong mặt phẳng khung đến sự làm việc của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung

+Có độ lệch tâm tương đối mx = 26,42> 10

d

y x

m 1

1 C

h.I

I

2

o x

y

1   

 ;  lấy phụ thuộc vào            3  

1 f

3 2

f

1 o

t b

at 1 hb

t l 8 : 

Header Page 33 of 126

Footer Page 33 of 126