Đồ án mẫu Kết cấu thép 2( Khoa XDDD) ĐHBK HCM full kèm bản vẽ

Đồ án mẫu Kết cấu thép 2.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

 Dạng địa hình xây dựng công trình:B

 Chiều cao dầm cầu trục: hdct= 0.75 m; Chiều cao ray: hr= 0,15m

 Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọnggió

 Thiếtkếxàgồ(2phươngán:tiếtdiệncánnóngvàtiếtdiệndậpnguội)

 Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tảitrọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưngcủa cột và xàmái

 Thiếtkếkhungnganggồmcộtvàxà.Tínhcácchitiết:Châncột,vaicột,liênkếtxà với cột, mối nốixà

 Thiết kế dầm cầu trục, cột sườntường

 Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thâncột.

 Xà, các mặt cắt và chi tiết củaxà

 Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cầnthiết

Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa trời là 2m và chiều rộng cửa trời là 4m

Hình 1.1 Sơ đồ khung ngang

1.1.

Kích thước theo phương đứng

 Chiều cao cột dưới:HdH1(hdcthr)hch

Trong đó: H1= 9 m là cao trình đỉnh ray

hdct= 0.75 m là chiều cao dầm cầu trục

+ 0.5m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xàngang.

Htr= (0.75 + 0.15) + 0.9 + 0.5 = 2.3 (m)

 Chiều cao toàn cột: H = Hd+ Htr= 9.1+ 2.3 = 11.4(m)

1.2.

Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 24m Lấy gần đúng nhịp cầutrục là: S = 22 m ( theo catalog bảng 4.2 với cầu trục 2 dầm kiểu ZLK tương ứng với sứctải cẩu 8 tấn), khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin= 160m m

Z

2(L2.hS)

⎝ ⎝ ⎝ ⎠

Trong đó: L - là nhịp nhà ; h - là chiều cao tiết diện cột; S - là nhịp cầu trục

Z12420.75220.25mZ2

Thỏa mãn điều kiện an toàn

- Chiều dày bản bụng twnên chọn vào khoảng (1/701/100) h Để đảm bảo điều kiện chống

gỉ, không nên chọn twquá mỏng: tw>6mm

t⎝ 1 1⎝

h⎝1⎝ 

1⎝

750.751.07cmw

- Vịtríthayđổitiếtdiệnxàmáicáchđầucộtmộtđoạnbằng(0.350.4) chiều dài)chiềudàinửa xà Ltđ=

(0.350.4) chiều dài )*12= 4) chiều dài.24) chiều dài.8

c.

Tiết diện vai cột

Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lựcđứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm vàhoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mépcột) Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai như sau:

Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục:λ = ( L - S ) / 2 = ( 2 4 - 2 2 ) / 2 = 1

+ Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột):

Lv= λ – hc+ 0.15= 1- 0.75 + 0.15 = 0.4 (m)Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột lấy bằng 150mm

+ Chọn chiều cao dầm tại điểm đặt Dmax: h = 30 cm

+ Chiều góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang là 200thì chiều cao tiết diện dầm vai tại ngàm:

hdv= 30 + 25xtg200= 39.1 (cm) Chọnhdv= 42 (cm) (Z= 25cm)

+ Bề rộng tiết diện vai cột: bf= 30 cm

+4.000m.Chọntiếtdiệnthanhchốngdọctheođộmảnhmax200,chọn2C20(hình1.2)

Hình 1.4 Chi tiết thanh chống xà gồ

2.

Xác định tải trọng tácdụng lên khung 2.1

Tải trọng thường xuyên

- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xàmái:

Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái: gtc= 15 daN/m2mặt bằng mái (phân bố theo

= 30 hệ số trọng lượng bản thân

- Tảitrọngbảnthâncủadầm,dànhãm:Gdh=500daN(lấytheokinhnghiệm)



Đồánkếtcấuthép2 Bảng 2.1 Tĩnh tải mái

STT Loại tải

Tải trọngtiêuchuẩn

Hệ số vượt tải

Tảitrọng tínhtoán

Bướckhung

Tổng tảitrọng(daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m)

ptc= 30xB và ptt= npx30xB

- Khiquivềtảitrọngphânbốtheoxàthìgiátrịtảitrọngđượcnhânvớicos: p =

30xBxcosα= 30x7.5xcos(10) = 221.58daN/m

ptt= npx30xBx cosα= 1.3x30x7.5xcos(10)= 288.05 daN/m

Bảng 2.2 Hoạt tải sửa chữa mái

STT Loại tải Tải trọng

t chuẩn

Hệ số vượt tải

Tảitrọng tínhtoán

Bướckhung

Tổng tảitrọng(daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m)

W0:làáplựcgiótiêuchuẩn,gióởvùngIIIBcóW0=125daN/m2 n=1.2:làhệsốđộtincậycủatảitrọnggió

k: là hệ số phụ thuộc vào độ caoC:làhệsốkhíđộngphụthuộcvàodạngkếtcấu B: là bướckhung

Hình 2.1 Mặt bằng khung chịu gió a) Gió ngang nhà; b) Gió dọcnhà

a)

Trường hợp gió thổi ngang nhà:

- Xác định hệ số khí độngCe:

Hình 2.2 Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ tính toán:

+Nhịp: L0= 24m

+ Chiều cao: Hc= 11.436 m; hm1= 1.757m; hm2= 1.670 m; hm3= 0.93 m

Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào gócα,tỉ lệB/L

(B- chiều dài toàn nhà) và H/L được giá trị Ce:

Ce1= - 0.548 ; Ce2= - 0.424 ; Ce3= - 0.5 ; Ce4= - 0.472

- Xác định hệ sốk:

Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình Công trình ở khu vựcthuộc dạng địa hình B Tra bảng 5 trong TCVN 2737 -1995 chiều cao cột 10,692m,caotrìnhđỉnhcột9,692mlấygầnđúnghệsốk=1,081đốivớigiátrịtảitrọnggióphânbốtrên thâncột

Bảng 2.3 Tải trọng gió theo phương ngang nhà

chuẩn

Hệ số k

Hệ số C

Hệ số vượt tải

Bướckhung

Tổng tải trọng

3 Cột cửa trời đón gió 125.0 1.078 0.700 1.2 7.5 848.77

4 Mái cửa trời đón gió 125.0 1.088 -0.548 1.2 7.5 -670.36

5 Mái cửa trời hút gió 125.0 1.088 -0.424 1.2 7.5 -518.77

6 Cột cửa trời hút gió 125.0 1.078 -0.600 1.2 7.5 -727.52

max min

Dmaxn.nc.Pmax.yi;Trong đó: - n = 1.1: Hệ số độ tin cậy;

y1= 1; y2= 0.573 ; y3= 0.913 ; y4= 0.487€yi = 2.973

Bảng 2.5 Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

oTrongđó: Gxecon= 800 daN – trọng lượng xecon

T c0,05.(Q10000*0,981800)270 daN;

1

2n

(Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái được chia cho hệ số cos)

Trongđó: c8(QdaN/m2):trọnglượngmáitôn;

pc= 30 (daN/m2): hoạt tải sửa chữa mái;

d: khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang,

d1.2xcosαα1.2xcosα101.182(Qm)

c xago 13.3(QdaN / m) : trọng lượng bản thân xà gồ;

g

- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phươngy:

qc= qcxsinqc= 58.35xsin100= 10.3 daN/m

qc= qcxcosqc= 58.35xcos100= 57.47 daN/m

- Tải trọng tính toán theo phương x và phươngy:

qx= qxsinqx= 71.28xsin100= 12.38 daN/m qy=

493.566(daN.m)x

798(QdaN/cm2)<2100daN/cm277.813.3

(Thỏa mãn)

c

⎢

y x

y x

200 là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn.

Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của

xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đóx= 0, chỉ cóylớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ mộtkhoảng z = 0.421*B/2 = 0.21B (tại đây cóxlớnnhất):

∆

qc.B3

∆ 3,1.qc.B3

x= x

∆y

3,1.qc.B3

Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:

Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ là tổ hợp tĩnh tải và gió (chiếu lên phương gió y-y):

- Tải trọng gió tínhtoán:

q

 g

116.782(QdaN / m)

c y,gió 0.71251.088



1.180

cos100

0.9(8

- Tĩnh tải theo phươngx:

1.182cos100 13.3)cosα10

116.782 * 7.52

821.125(daN.m)gió

cos αq(Q301.3 81.1)1.18256.65(QdaN / m)

cos100+ Tải trọng gió tính toán (không tính trọng lượng của xà gồ):

qy,gióCe.W0.k.n

d cosα 0,9.(Qg

c

osα ).cosαq

 g

0.9(Q8 1.182)

cosα100128.57(QdaN/m) cos100

Chọn xà gồ theo tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) qgió= 1.286 kN/m,nhịp7 5 0 0 mmvàtheosơđồcómộtthanhcăngởgiữa,trabảng3.5théphình300sẽđượcsố

hiệuxàgồZ30024cóthểchịuđượctảichophéplà2.84kN/m(xemphụlục3-sách“Thiếtkế khung thép nhà côngnghiệp”).

- Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khungphẳng

- Nhịptínhtoánkhunglấytheokhoảngtimcủa2trụccột;trụcxàgãykhúctạiđiểmđổi tiết diện (nốitâm của tiết diện nách xà với tâm của tiết diện tại chỗ đổi, đoạn còn lại lấy trùng với trục của tiếtdiệnbé)

- Liênkếtgiữacộtvớimónglàliênkếtngàm,liênkếtgiữacộtvớidầmlàliênkếtcứng

- Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm2; E = 2,1x106daN/cm2; ρ = 7850daN/m3

Hình 4.1 Sơ đồ khung ngang

Hình 4.4 Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung

Hình 4.5 Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

-20 Hình 4.6 Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.7 Sơ đồ tải trọng gió ngang trái

Hình 4.8 Sơ đồ tải trọng gió dọc

- Tại cột: tiết diện chân cột (ký hiệu là tiết diện A), đỉnh cột (ký hiệu là tiết diện B), tiết diệnphíatrênvaicột(kýhiệulàtiếtdiệnCtr)vàdướivaicột(kýhiệulàCd)

- TổhợpgâymômendươnglớnnhấtMmaxvàlựcnén,lựccắttươngứngNtư,Vtư;

- TổhợpgâymômendươngnhỏnhấtMminvàlựcnén,lựccắttươngứngNtư,Vtư;

- Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmaxvà mô men, lực cắt tương ứng Mtư, Vtư;

Kếtquảnộilựcvàtổhợpnộilựcđượcthểhiệntrongbảng4.1-4.4

Hình 4.9 Biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.10 Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung

Hình 4.11 Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.12 Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Hình 4.13 Biểu đồ mômen do tải trọng gió ngang

Hình 4.14 Biểu đồ mômen do tải trọng gió dọc

Đồ án kết cấu thép 2

thường xuyên

Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải D max cột trái D max cột phải T max cột trái T max cột phải Gió ngang trái Gió ngang phái Gió dọc

Bảng 4.2 Nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm)

Cấu

kiện Tiết diện Nội lực

Loại tải trọng T.Trọng

thường xuyên

Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải D max cột trái D max cột phải T max cột trái T max cột phải Gió ngang trái Gió ngang phái Gió dọc

Bảng 4.3 Tổ hợp nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

M + max ; Ntu; Vtu M -

max ; Ntu; Vtu

Nmax

M + max ; Ntu; Vtu M-max ; Ntu; Vtu

- 28

Bảng 4.4 Tổ hợp nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm)

M + max ; Ntu; Vtu M-max ; Ntu; Vtu

Nmax

M + max ; Ntu; Vtu M-max ; Ntu; Vtu

-28

5.

Kiểm tratiết diện cột, xà 5.1.

Kiểm tra tiết diện cột

5.1.1 Thông số chung

Hình 5.1 Tiết diện ngang cột

Cột chịu nén lệch tâm, tiết diện đối xứng, đặc Nội lực lớn nhất M, N, V lấy ở tiết diện chân cột

- Nội lực tính toán:

Bảng 5.1 Các trường hợp nội lực

Đặc điểm thành phần nội lực M (daNm) N (daN) V (daN)Trường hợp 1 M+

Trường hợp 2 Nmax, Mtư, Vtư -18795 -26977 -4452Trường hợp 3 M-

max, Ntư, Vtư -53397 -11699 -9212

- Vật liệu: Thép CCT34

f = 2100daN/cm2

E = 2.1x106daN/cm2

- Kích thước hình học tiết diệncột:

Bảng 5.2 Kích thước hình học tiết diện

- Đặc trưng hình học tiết diệncột:

Bảng 5.3 Đặc trưng hình học tiết diện

(cm4) (cm3) (cm) (cm4) (cm3) (cm) (cm2)195701.1 5218.7 30.88 9010.2 600.7 6.63 205.2

x y

fEfE

21002.1×10621002.1×106

- Chiều dài tính toáncột:

Trong mặt phẳng khung lx: cho phép tính lx=.H với hệ số chiều dài tính toán

(Bảng 5.4), phụ thuộc vào tham số:

GT= b.IcH.IxàTrong đó: b, H - chiều dài nửa xà, chiều cao cột;

c,xàmô men quán tính của cột và xà (lấy ở tiết diện cách nút khung 0,4b).(Theo tiết diện xà đã chọn sơ bộ tính được Ixà= 51312.14cm4)

GT= 12×195701.111.4×51312.14 =4.015 ;

Tra bảng 5.4 được= 1.4) chiều dài71

Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng uốn:

lx=.H = 1.471x11.4 = 16.77 (m)

- Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn lylấy bằng khoảng cách haiđiểmn g ă n cảnchuyểnvịcộttheophươngngoàimặtphẳnguốn,tứclàkhoảngcách2điểmgiằng cột Theo sơ đồ bố trí hệ giằng ta có : ly=6.4(m)

5.1.2 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh

e.A.f.c

[] ≥180-60*0,5 = 150Max (x;y) =y= 96.58 < [] = 150(QThoả mãn)

5.1.3 Kiểm tra điều kiện bền

11699 53397102 2



205.2

Với cặp nội lực 1: (M = 68385 daNm; N= 294 daN; V= 13704 daN)

Ta có me> 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể như với cấu kiện chịu uốn (mômen M) theo công thức:

M

bWc fcTínhbtheophụlụcE,TCXDVN338:2005(phụthuộchệsốvàhệsốnhưtrong

x⎝ 0⎝ ⎝ ⎝

φb0.680.21φ10.680.211.81.06 >1

φb1M

Với cặp nội lực 2: (M = -18795 daNm; N= -26977 daN; V= -4452 daN)

Độ lệch tâm tính đổi: me= 3.96 < 20 cần kiểm tra ổn định tổng thể

Hệ số uốn dọce

lấytheobảngD.10phụlụcDTCXDVN338:2005: e= 0.275N

Với cặp nội lực 3: (M = -53397 daNm; N= -11699 daN; V= -9212 daN)

Độ lệch tâm tính đổi me= 21.02 > 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể như với cấu kiện chịu uốn (mômen M) theo công thức:

a) Trường hợp 1 :

Với cặp nội lực 1: (M = 68385 daNm; N= 294 daN; V= 13704 daN)

c

x

Ef

(Do cột chịu kéo, ko chịu nén nên không phải kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung)

Mômenlớnnhấttại1/3chiềudàigiữacộtcùngtổhợplựcvớicặpnộilực1:

Mx=31863<68385/2=34193chọnMx=34193daNm

mx 3419310

2294

205.2

4) chiều dài57.3 >105218.7

1mφyx b

Hệ số uốn dọcyđối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng tra bảng D.8,

TCXDVN 338:2005 tương ứng vớiλy96.58y= 0.608;b= 1

205.2

2.19 < 55218.7

φ

c

2.11062100

576.5fγ

2100(QdaN / cm2)c.φy.A 0.3750.608205.2

205.2

9.125281.7

Do 5mx8.210 nên hệ sαố c tính theo công thức:

cc5(20.2mx)c10(0.2mx1)+ Tính hệ số c5: (với mx=5)α0.650.05mx0.650.0550.9

0.18181α.mx10.95

+ Tính hệ số c10: (với mx=10) c10 1

φy1100.608 0.14) chiều dài11mx

bcc5(20.2mx)c10(0.2mx1)

0.1818(20.29.12)0.14) chiều dài1(0.29.121)0.14) chiều dài8N

632.1fγ 2100(QdaN / cm2)c.φy.A 0.1480.608205.2

t

Ef

2.111062100

Ef

2.11062100

t

(2α  1).Eσ(2  α  α2  4β 2 )

(2 1.44  1)  2.1106472.4 (2  1.44  1.442  4  0.292 2 )E

f

2.11062100

Ef

2.11062100

Khôngcầnthêmsườngiacường.b,

Trường hợp2:

Với cặp nội lực 2: (M = -18795 daNm; N= -26977 daN; V= -4452 daN)

Điều kiện ổn định tổng thể của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thểngoài mặt phẳng uốn nên cần phải tính hệ số α và ứng suất tiếp trunh bình

1.2714) chiều dài 4) chiều dài 5 2 52.25(QdaN/cm2) daN/cm2.

14) chiều dài72.4) chiều dài(Q209.5)1.4) chiều dài4) chiều dài >1

β1.4) chiều dài2α1 τ

1.4) chiều dài(Q21.441)52.25

0.292σ

Sf= 2190 cm3– Mô men tĩnh của 1 bản cánh cột với trục x-x.

β.fw =1260–CườngđộtínhtoánđườnghànvớiquenhànN42.

hf  13704219021260195701.1

Kiểm tra tiết diện xà:

5.2.1 Kiểm tra tiết diện tại náchkhung a)

Thông số chung

- Nộilựctínhtoán:M=29990daN.m;N=4098daN;V=5015daN

- Vật liệu: Thép CCT34: f = 2100 daN/cm2; E = 2,1.106daN/cm2

Hình 5.2 Tiết diện xà tại nách khung

Ngoài mặt phẳng khung: lylà khoảng cách hai xà gồ; ly= 1.182 m

- Đặc trưng hình học tiết diệnxà:

Bảng 5.6 Đặc trưng hình học tiết diện

Kiểm tra điều kiện cường độ:

+ Điều kiện bền chịu uốn nén:

4098 4271.1

σNM

f.γ

AnWxnTrongđó: An- diện tích tiết diện thực củaxà;

Wxn- mô men chống uốn của tiết diện thực

σ

167.8+Điềukiệnbềnchịucắt:

4271.1 726.6f.γc21002(QdaN/cm) (Thoả mãn)

τmaxIV.Sx501524) chiều dài0675.3fγ 1200(QdaN /cm2) (Thoả mãn)

x w+ Điều kiện bền chịu đồng thời nén uốn và cắt:

Kiểm tra điều kiện ổnđịnh tổngthểcủa xà:

Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện:

c

v c

2.11062100

Ef

2.11062100

- Nội lực tính toán tại tiết diện đoạn thayđổi:

M = 12032 daN.m; N = 1627 daN; V = 2213 daN

- Đặc trưng hình học tiết diệnxà:

Bảng 5.8 Đặc trưng hình học tiết diện

(cm4) (cm3) (cm4) (cm3) (cm2) (cm3) (cm3)51312.1 2280.5 7203.5 480.2 137.8 1260 1041.6

e M A 12032102 137.8

Độ lệch tâm tương đối:m x

    4) chiều dài4) chiều dài.7

tf

N W x 1627 2280.5

σ2  3τ211 538.62  3  44.92

Ef

2.11062100

Ef

2.11062100

b)

Kiểm tra điều kiện cường độ :

+ Điều kiện bền chịu uốn nén:

2280.5 539.4) chiều dàif.γc2100(QdaN/cm) (Thoả mãn)

162712032102

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của xà:

Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện:

2.11062100E

Sf= 1041.6 cm3– Mô men tĩnh của 1 bản cánh dầm với trục x-x.

β.fw =1260–CườngđộtínhtoánđườnghànvớiquenhànN42.

hf  40311041.62126051312.11 0.032cmLiên kết cánh và bụng cột được lấy theo cấu tạo: đường hàn dài suốt chiều dài cột

và lấy hf= 6 mm

5.3.

Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột

O1

H 300Trongđó: - là chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cột do tổ hợp nguy hiểm nhất của tải trọng tiêu chuẩn gâyra

H - là chiều cao cột

- Giá trịtính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió:

=2.734) chiều dài6.29

36.1 mm1.1 1.2