( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130 ( file excel tính toán + bản vẻ.dwg )SDT: 0981693130
Trang 1ĐỒ ÁN : KẾT CẤU THÉP
KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP
1 Số liệu.
1.1 Số liệu chung:
-Địa điểm xây dựng: Thành Phố Hồ Chí Minh
-Quy mô công trình: nhà xưởng khung thép 1 tầng 1 nhịp, có cầu trục cùng hoạt độngđồng thời
-Chế độ làm việc trung bình, chiều dài nhà xưởng = 120m - 200m
Bước cột 6m, vách bằng tôn, mái bằng tôn hay panen BTCT, có cửa trời
-Vật liệu thép: R=240 Mpa, que hàn tương ứng với thép, phương pháp hàn tay
-Vật liệu bê tông móng : B20, Bulong có cấp độ bền 4,6
1.2 Số liệu riêng:
L = 21m , Hr = 8,2 m , Q = 500 KN
2 Xác định kích thước khung ngang
Trang 22.1 Xác định kích thước theo phương đứng:
Từ các số liệu ban đầu, tra bảng catalog, ta có các số liệu sau:
Giả sử chiều cao ray và đệm : hr = 200 mm
Chiều cao sơ bộ dầm cầu chạy : hdcc = B/10 = 6000/10 = 600 mm
Chiều cao cột dưới :Hd = Hr + hm – hr – hdcc =8200-800 =7400 mm
Chiều cao cột trên : Ht = hr + hdcc + Hk +100 + f
Ht =200+600+3150+100+(21000/100)=4260 mmLấy Ht = 4300 mm
2.2 Xác định kích thước theo phương ngang:
Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị:
= (L-Lk)/2= (2100-1950)/2=750mm
Trang 3Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện cột trên: ht= Ht/10= 4300/10= 430 mm
Chọn ht=500 mm
Để đảm bảo khe hở an toàn, chon a theo công thức:
a ht + B1 + D – = 500+300+75-750 = 125 mm
Chọn a= 250 mm
Chiều cao sơ bộ tiết diện cột dưới : hd= a + = 250 + 750 = 1000mm
3 Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang
3.1 Tải trọng thường xuyên:
Mái lợp panen BTCT có trọng lượng như sau:
Vật liệu lợp mái Trọng lượng( daN/m2) Hệ số vượt tải
Panen BTCT 1,5x6 m
Lớp BT nhẹ cách nhiệt 4cm
Lớp chống thấm, giả định
Các lớp vữa tô trát, tổng chiều dày 4cm
Hai lớp gạch lá nem, mỗi lớp dày 3cm
150401080120
1,11,21,21,21,1Tổng tải: qtc = 400daN/m2 qtt = 453 daN/m2
Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng: gtt
1=gtc
1 .n =1,2.30= 36 daN/m2
Trọng lượng kết cấu cửa mái: g2tt = g2tc n= 15.1,2=18 daN/m2
3.2 Tải trọng sửa chữa mái:
Tải trọng sữa chữa mái nhà lợp panen BTCT được lấy bằng 75daN/m2 mặt bằng nhà,
hệ số vượt tải 1,3, giả thiết mặt phẳng mái nghiêng 1 góc 12o
Giá trị tải sửa chữa mái đưa vào tính toán là:
= x 1,3= 99,68 daN/m2
Tải sữa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều:
.B = 99,68 6 = 598,07 daN/m = 5,98 kN/m
3.3 Áp lực của cầu trục lên vai cột
Các tải này được tính theo công thức sau:
Trang 4Hình : Xác định D max, D min : Sơ đồ sắp xếp bánh xe cầu trục
và đường ảnh hưởng phản lực gối tựa
3.4 Lực xô ngang của cầu trục :
Tổng lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục là: To= fms
Trang 5Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục
Tải trọng gió tác dụng lên 1khung xác định theo công thức: q=n.c.k.qo.B
Trong đó: qo : áp lực gió tiêu chuẩn Công trình được giả định xây ở vùng ngoại ô TPHCM, vùng gió II, ít chịu ảnh hưởng của bão Do vậy áp lực gió tiêu chuẩn qo=83daN/m2 Các hệ số như sau :
ho= 2,2m; h1 = 0,9m; h2 = 2,2m; h3 = 0,6m
Trang 6Tại độ cao 11,7m (cánh dưới dàn vì kèo); địa hình B; k = 1,21
Tại độ cao 17,6m (cao độ đỉnh mái); k = 1,274
Tải trọng gió phân bố đều trên cột:
4 Xác định nội lực khung ngang :
Để thiết lập sơ đồ tính cho khung ngang 1 cách đơn giản, ta giả thuyết:
- Thay cột bằng cấu kiện thanh trùng với tim cột, có độ cứng tương đương
- Cột trên và cột dưới được nắn trục thẳng hàng với nhau, thêm vào một moment lệch tâm tại vai cột để kể đến ảnh hưởng sự lệch tâm giữa 2 cột
Trang 7- Thay thế dàn bằng 1 thanh trùng với cách dưới của dàn, có độ cứng bằng độ cứng trung bình của dàn Độ cứng trung bình của dàn được lấy tại vị trí ¼ nhịp dàn và được nhân với hệ số 0,75 do dàn thuộc kết cấu rỗng.
- Khi tải tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi như tải tác dụng đối xứng lên khung đối xứng;khi tải không tác dụng trực tiếp lên xà, ta coi độ cứng của xà ngang bằng
Tra bảng phụ lục 18 và nội suy ta được : kB = -0,683 ; = 1,455
Giải BT bằng phương pháp chuyển vị với ptct: r11 + R1P = 0
Ta qui bài toán trên về 2 bài toán như sau:
Trang 9r11 = += - [(-0,683)+(-7,05)] =6,367
R1P = -= -1091,5 kN.m
Suy ra : = - = 171,4
Từ đó ta tính được giá trị nội lực cuối cùng:
-Giá trị moment ở chân cột:
Trang 10Moment tại chân cột trên:
Tương tự như trường hợp tĩnh tải, với qht = 5,98kN
Ta nhân tung độ các biểu đồ moment của trường hợp tĩnh tải
với tỉ số = = 0,201
Trang 11Biểu đồ moment như sau:
4.3.1 Moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản:
Tương tự như trường hợp tĩnh tải
Trang 12-Moment và phản lực đỉnh cột được xác định như sau:
Biểu đồ moment cho trường hợp này như sau:
Biểu đồ moment do tải ngoài
4.3.2 Nội lực do chuyển vị thẳng đơn vị gây ra trên hệ cơ bản:
Trang 13Cắt thanh dàn và chiếu tấc cả lực cắt lên phương ngang ta xác định được r11 như hình vẽ; tương tự ta cũng xác định được R1P :
Cột phải: Tính toán tương tụ như trường hợp cột trái, ta có bảng kết quả:
Q(kN) Đỉnh cột Chân cột trên Đỉnh cột dướiM(kN.m) Chân cột
Biểu đồ moment cuối cùng do Dmax và Dmin gây ra như sau:
Trang 14Biểu đồ Moment do D max và D min
Trang 17MIV = MI +QB.h – (q.h2/2)
= -46,58 + 0,429 x 6,267x 11,72 – (6,267 x 4,32/2) = -107,5 kN.m
Tính tương tự cho phía hút gió, ta có bẳng kết quả sau:
Trang 18Suy ra ẩn chuyển vị = -R1P/r11 = 9,25.(h3/ EJcd)
Giá trị moment trong biểu đồ ban đầu : MP = M1 +
Trang 19(KN) 62.8 56.51 62.8 56.51 62.8 56.51 62.8 56.51
D max trá
(3)
M (KNm) -8.6 -7.74 145.13 130.62 -277.02 -249.32 -17.42 -15.68N
Trang 20T phải
(6)
M (KNm) ±31.92 ±28.73 ±9.47 ±8.523 ±9.47 ±8.523 ±85.98 ±77.38
Gió trái
(7)
M (KNm) 117.97 106.17 -13.37 -12.03 -13.37 -12.03 -534.66 -481.19
Gió phải
(8)
M (KNm) -123.62 -111.26 -5.69 -5.12 -5.69 -5.12 507.77 456.99
2-2 91.551+3 312 -72.921+5 312 368.511+2 -64.352
4-4 618.741+8 312 -423.691+7 312 1156.31+3 93.55
Trang 21l1x = Hcd = 1.983.4 = 14.67 m
6.2.2 Ngoài mặt phẳng khung:
Chiều dài tính toán cột trên : l2y = Hct – hdcc = 4.3 – 0.6 = 3.7 m
Chiều dài tính toán cột dưới : l1y = Hcd = 7.4 m
Bề rộng cánh tiết diện chọn theo điều kiện đảm bảo ổn định cột ngoài mặt phẳng khung; tính theo công thức:
Trang 22Tiết diện sơ bộ cột trên
6.3.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn :
Các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:
Kiểm tra độ ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:
Độ lệch tâm tính đổi m được tính theo công thức:
m = = = = = 3.7
Ta có: = 1.36 < 5 ; m = 3.7 < 5
Mặt khác: = 1.75 >1
Trang 23Tra bẳng phụ lục 6 , ta tính được hệ số ảnh hưởng hình dạng như sau :
Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :
Từ = 50.13 hệ số uốn dọc = 0.865 Cặp nội lực đang xét là cặp nội lực nguy hiểm tại tiết diện I-I, được tổ hợp từ các tải trọng 1+2+4+6+8, moment tương ứng ở đầu kia của cột là -44.12 kN.m
-Moment lớn nhất ở 1/3 đoạn cột được xác định :
M = M + (Mtư – M)/3 = -(334.44) + = 237.67 kN.m
-Giá trị moment đưa vào tính toán :
M’ = max(;;237.67), chọn M’ = 237.67 kN.m
-Độ lệch tâm tương đối mx = = = = 3.617 < 5
Các hệ số được xác định theo công thức sau:
Trang 24Do khả năng chịu tải của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng uốn , nên tỷ số giới hạn hb/được xác định như sau :
Với = 1.36 > 0.8 và m = 3.617 >1; ta có:
= <[] = (0.9 + 0.5) = (0.9 + 0.51.36).= 49.96 < 3.1
Vậy tiết diện đã chọn như trên thỏa mãn điều kiện chịu lực
6.3 Thiết kế cột dưới :
Chọn cột dưới là cột tiết diện rỗng, bao gồm 2 nhánh: nhánh cầu trục cấu tạo dạng chữ
U, gồm 1 bản thép lưng và 2 bản thép góc làm cánh; nhánh mái thép I tổ hợp Hai nhánh được nối với nhau bởi các thanh giằng
Nội lực được xác định từ bảng tổ hợp sau:
M2 (kN.m) Ntư 2 (kN) M1(kN.m) Ntư 1(kN)
6.3.1 Sơ bộ chọn tiết diện :
Giả thuyết tiết diện mỗi nhánh sẽ tỉ lệ với lực dọc lớn nhất trong nhánh, ta xác định sơ
bộ khoảng cách y1 từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của tiết diện:
Trang 25Bề rộng tiết diện:
b = (.hd = (330 ~500) mm , Chọn b = 400 mm
Đối với nhánh cầu trục, chọn tiết diện chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại Bản bụng có kích thước 10380 mm, bản cánh có kích thước 15.513 mm Đối với nhánh mái: chọn tiết diện dạng chữ C, tổ hợp gồm 1 bản thép lưng: 1437.2và 2 thép góc L12513
6.3.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
Đối với nhánh cầu trục trục:
Trang 27Kiểm tra tiết diện đã chọn:
- Xác định lại lực dọc trong mỗi nhánh:
Trang 28= = 31.08 = 0.982
Tra bảng phụ lục 5 suy ra: = 0.476
Kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới chịu nến lệch tâm trong mặt phẳng khung: = = = 13.63 < 21kN/cm2
+Cặp thứ hai: N2 = 550 kN; M2 = 891 kN.m
e2 = (M2 / N2) = (891/550) = 162 cm
m = = = 2.89
= = 31.08 = 0.982
Tra bảng phụ lục 5 suy ra: = 0.303
Kiểm tra ổn định tổng thể của cột dưới chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng khung: = = = 21.41 < 21kN/cm2
Kiểm tra thanh bụng đã chọn:
-Chiều dài thanh xiên : lgx = = 138.8 cm
Với = 31.08 ; tra bảng phụ lục 3 ta được: = 0.938
Lực cắt quy ước trong cột dưới bằng:
Trang 29Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên = 0.75
Kiểm tra điều kiện ổn định của thanh xiên:
= = = 17.94 kN/cm2 <[R] = 21 kN/cm2
Tính liên kết giữa thanh xiên và nhánh cột:
Chọn đường hàn góc có hh = 8mm Khả năng chịu lực của 1cm dài đường hàn là :
Ro = (0.7 = 8.4 kN
Như vậy, chiều dài cần thiết của đường hàn lh = 109.51/8.4 = 13.1 cm
Tiết diện cột dưới như sau:
6.4 Thiết kế chi tiết cột:
6.4.1 Vai cột:
Vai cột có tác dụng liên kết cột trên và cột dưới, đồng thời làm gối đỡ dầm cầu chạy.Cấu tạo vai cột như sau:
Trang 30-Một bản chữ nhật bằng thép dựng theo phương đứng , hàn 2 mép 2 bên vào bản bụng nhánh cầu trục và bản lưng nhánh mái
-Bản cánh dưới là 1 bản chữ nhật nằm ngang, hàn vào bản bụng dầm vai cũng nhưcác bản bụng nhánh cầu trục và bản lưng nhánh mái
-Bản cánh trên bao gồm 2 bản thép: bản nằm ngang lọt giữa bản bụng cột trên và bản bụng dầm vai, bản nằm ngang phủ lên trên đầu nhánh cầu trục
-Bản K là bản thép liên kết giữa cánh trong cột trên với dần vai
Từ bảng nội lực, chọn ra hai cặp nội lực gây lực nén lớn nhất trong cánh ngoài và cánh trong của cột trên
Mmax = 94.44 kNm , Ntu = 312 kN
Mmin = -75.3 kNm , Ntu = 368.51 kN
Lực dọc tương ứng trong mỗi nhánh của cột trên:
Trang 31Nnh1 = + = + = 350.3 kN
Nnh2 = + = + = 339.2 kN
Giả sử hai cánh của cột trên đều sử dụng liên kết hàn đối đầu, bản nối K của cánh trong có cùng tiết diện với cánh trong
Kiểm tra liên kết hàn ở nhánh ngoài cột trên:
M = = = 8480 kN.cm
Ta xem như chỉ có bản bụng dầm vai chịu uốn Suy ra:
hbb = = 49.2 cm
Trang 32Chọn hbb = 55
Đường hàn liên kết giữa bản bụng dầm vai vào bản lưng nhánh mái phải dủ khả năng chịu lực từ dầm vai truyền vào Chiều cao đường hàn cần thiết:
hh = = 0.146 cm
Ta chọn hh theo điều kiện chống rỉ: hh= 4mm
Đường hàn liên kết bản K với bản bụng dầm vai( 4 dườnghàn) sẽ chịu lực truyền xuống; Suy ra:
hh = = 0.293 cm
Ta chọn hh theo điều kiện chống rỉ: hh= 4mm
Đường hàn liên kết bản bụng dầm vai vào bản bụng
nhánh cầu trục (4 đường hàn) sẽ chịu lực Dmax+Gdcc cùng với phản lực từ dầm vai Suy ra chiều cao đường hàn cần thiết:
hh = = 0.445 cm
Ta chọn hh= 5 mm
6.4.3 Thiết kế chân cột:
Thiết kế chân cột phân cách
Các số liệu thiết kế có: Bêtông mác 250 ,
Kết quả nội lực tại tiết diện IV-IV gây ra lực nén lớn nhất trong bảng tổ hợp nội lực :
Mmax = 891 kNm , Ntu = 550 kN
Mmin = -515.3 kNm , Ntu = 1071.9 kN
Nmax = 1128.4 KN , = 701.8 kN.m ; = - 495.3 kN.m
Thiết kế chân cột nhánh mái:
Lực nén lớn nhất phát sinh bên nhánh mái :
Nnen = max
= max
= max{1236.4 ; 1366.76} = 1366.76 kN
Trang 33Lực kéo lớn nhất lên nhánh mái :
Nmax = max ;
= max
= max{1141.1 ; 1152.56} = 1152.556 kN
Xác định kích thước bản đế :
Cường độ nén cục bộ của bêtông : Rnencb = .Rnen =
1.2x1.15 = 1.38 kN /cm2
Diện tích cần thiết của bản đế:
Fbd = = = 990.4 cm2
Chọn bản đế : 250x500mm (F=1250cm2)
Ứng suất phân bố đều dưới bản đế là
Trang 34l1=190mm; l2 =250/ 2 +24 =149mm
Giá trị moment lớn nhất :
Với l2 / l1 = 149/190 = 0.784 , tra bảng = 0.0955
M = 0.09551.09192 = 37.6 KNcm/cm
Ô bản 3 :
Do tỉ số l2 / l1 nhỏ hơn ở ô bản số 2 , có cùng kích thước cạnh tự do moment lớn nhất trong ô bản 3 nhỏ hơn trong ô bản 2
Gía trị ứng suất lớn nhất để xác định chiều dày bản đế là M = 37.6 KNcm/cm
chiều dày bản đế cần thiết : = = = 3.27 cm
Chọn bề dày bản đế bd = 4cm
Nhánh cầu trục :
Lực nén lớn nhất phát sinh bên nhánh cầu trục :
Dầm đế :
Quan niệm dầm đế là 1 dầm đơn giản có mút thừa , chịu tải trọng phân bố đều :
q2dd = ad = 1.09(5 + 19/2) = 15.8 kN/cm
Trang 35Tổng phản lực lên dầm đế ,chính là tại đường hàn liên kết dầm đế với sống thép góc : N2dd = 15.825 = 395.125 kN
N2dd do 2 đường hàn dầm đế với sống và mép của thép góc chịu
Chọn chiều dày đường hàn sống là : 12mm
Chiều dày đường hàn mép là : 8mm
Chiều cao dầm đế cần phải bố trí đủ đường hàn liên kếtgiữa dầm đế và chân cột
Tính chiều dài cần thiết đường hàn sống và đường hàn mép :
Coi sườn ngăn như một côngsôn , ngàm vào bản lưng
nhánh mái , có nhịp 174.011mm
Tải truyền vào sườn ngăn coi như tải đều :
Chọn trước bề dày sườn s = 10mm
Chiều cao sườn cần thiết :
hs = = = 34.33 cm
Chọn chiều cao sườn ngăn bằng chiều cao của dầm đế và bằng 40cm
Trang 36Sườn ngăn liên kết vào bản lưng nhánh mái bằng 2
đường hàn góc , chịu tác dụng đồng thời của moment và lực cắt
Chọn chiều cao đường hàn : hh = 12mm
Trang 37Đường hàn ngang liên kết sườn ngăn với bản đế : hàn suốt , hh = 12mm.
Kích thước dầm đế và sườn ngăn đối với nhánh cầu trụclà lớn so với lực tác động lên nó , do vậy không cần kiểm tra khả năng chịu lực
6.4.6 Tính bu lơng neo.
Lực kéo lớn nhất trong nhánh mái : Nkeo = 1152.56 KN
Chọn bulông có độï bền lớp 8.8 , cường độ chịu kéo tinh toán : 40KN/cm2
Diện tích bulông cần thiết : Fbl neo = = = 28.81 cm2
Trang 387.1.1 Xác định tải trọng tác dụng lên sàn.
Các giả thiết và số liệu tính toán :
-Bỏ qua hệ thống dàn phân nhỏ
-Tải được dồn về các mắt dàn
-Moment đầu dàn được phân thành cặp ngẫu lực
-d : khoảng cách các mắt dàn theo phương ngang 3m
Mắt trung gian : G2 d B g .( m g kc) 3*6*(5 0.5) 99 KN
Mắt tại chân cửa trời : 3 2
Trang 39Mắt trung gian : P2 p d B 1*3*6 18 KN.
Moment đầu dàn do hoạt tải gây ra : Mtr = Mph = -20.87 KNm
7.1.4 Do , gây ra :
Trường hợp max
tr
D :Moment đầu dàn : Mtr = -8.6 KNm , Mph = -79.77 KNm
Trường hợp max
Moment đầu dàn : Mtr = 117.97KNm , Mph = -123.62 KNm
Sử dụng phần mềm SAP2000 Version 8.23 để giải tìm lực dọc
trong các thanh dàn
Các bước tiến hành :
-Tạo mô hình
-Khai báo vật liệu
-Khai báo và gán tiết diện cho các thanh dàn , vì kết cấu dàn tĩnh định nên tiết diện các thanh dàn không ảnh
hưởng đến nội lực trong dàn
-Gán các trường hợp tải trọng : gồm 10 trường hợp tải -Gải phóng các thành phần nội lực ngoài lực dọc : Lực cắt và moment
-Xác lập bậc tự do : dàn phẳng
-Gải bài toán
Bảng: Nội lực trong dàn
tải
Hoạt tải
Giĩ trái
Giĩ phải
Trang 40Thanh Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2 Nội lực tính toán
Trang 41Dùng hệ thống dàn phân nhỏ để đưa lực tập trung về các mắt dàn
Chiều dài tính toán các thanh dàn được tính như sau :
Với l : khoảng cách các mắt chính của dàn
Các thanh bụng : bao gồm các thanh : c1, 2-3 , 3-4 ,4-5 , 5-6 ,
6-7, 7-8 , b9
Trong mặt phẳng khung : l0x = 0.4l
Ngoài mặt phẳng khung : l0y = l
Thanh xiên đầu dàn : gồm các thanh : 1-2 , 8-9
Trong mặt phẳng khung : l0x = 0.5l
Ngoài mặt phẳng khung : l0y = l
Thanh cánh :
-Thanh cánh dưới : a2 ,a5, a8
+Trong mặt phẳng khung : l0x = khoảng cách 2 mắt dàn +Ngoài mặt phẳng khung : l0y = khoảng cách 2 điểm
giằng
-Thanh cánh trên : d1,d3,d4,d6,d7,d9
-Mái lợp panen bêtông cốt thép kích thước 1.5m x 6m ,
đóng vai trò như là các điểm giằng; do đó với các thanh cánh trên , chiều dài tính toán lox = loy = 1.5 m
Bố trí hai hệ giằng dọc nhà , đặt tại cao trình cánh dưới và hai hệ giằng đứng giữa dàn bố trí suốt chiều dài công trình Do đó đối với các thanh cánh dưới , chiều dài tính
toán xác định được : l0x = loy = 6m , tức là bằng khoảng cách hai mắt dàn