Đồ án kết cấu công trình thép

Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép Đồ án kết cấu công trình thép

MỤC LỤC

PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA KHUNG NGANG NHÀ: 4

I Xác định kích thước theo phương đứng: 4

1 Chiều cao cột dưới: 4

2 Chiều cao cột trên: 4

II Xác định kích thước theo phương ngang nhà: 5

1 Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị: 5

2 Chiều cao tiết diện cột trên: 5

3 Chiều cao tiết diện cột dưới: 5

4 Độ lệch tâm: 5

III Kích thước dàn mái và cửa mái: 5

IV Hệ giằng của nhà công nghiệp: 6

1 Hệ giằng mái 6

2 Hệ giằng đứng : 7

3 Hệ giằng cột 7

4 Hệ giằng cửa mái 7

PHẦN II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN NHÀ CÔNG NGHIỆP: 8

I Tải trọng tác dụng lên dàn: 8

1 Tĩnh tải: 8

cấu tạo mái 8

a Trọng lượng thân dàn và hệ giằng: 8

b Trọng lượng kết cấu cửa trời: 8

c Trọng lượng cửa mái và bậu cửa mái: 8

d Tải trọng tính toán quy vê lực tập chung trên khung trục 9

e II Tải trọng tác dụng lên cột 11

1 do phản lực của dàn: 11

2 Do trọng lượng ray và dầm cầu chạy 11

3 Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục 11

III Tải trọng gió: 13

PHẦN III TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG 15

I Nội lực do tĩnh tải: 16

1 Moomen do tĩnh tải tác dụng lên mái: 16

2 Mômen do lệch tâm giữa cột trên và cột dưới: 17

3 Mômen do trọng lượng bản thân dầm cầu trục: 18

II Nội lực do hoạt tải mái: 19

III Nội lực do áp lực cầu trục: 19

IV Tính toán Nội Lực với lực hãm ngang T 22

V Tính toán Nội lực với tải trọng gió 25

PHẦN IV PHẦN 4 : TÍNH TOAN NỘI LỰC KHUNG NGANG VỚI PHẦN MỀM SAP2000 :

I Giả thiết điều kiện tính toán 27

II Các trường hợp tải 28

PHẦN V THIẾT KẾ CỘT 29

I XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN 29

1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn .29

2 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn .30

II xác định nội lực trong cột và thiết kế cột 30

1 thiết kế cột trên 30

Bản cánh 33

a Bản bụng 34

b 2 thiết kế cột dưới 34

Chọn tiết diện nhánh 34

a Lực nén lớn nhất trong các nhánh 35

b Chọn tiết diện nhánh 1(nhánh cầu trục): 35

c Chọn tiết diện nhánh 2(nhánh mái) 35

d Xác định hệ thanh bụng: 37

e Kiểm tra tiết diện đã chọn 39

f 3 THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT 41

Mối nối hai phần cột 41

a Tính dầm vai 41

b Chân cột liên kết cột với móng 43

c Tính kích thước dầm đế 44

d Tính bu lông neo 46

e PHẦN VI THIẾT KẾ DÀN MÁI 48

I SƠ ĐỒ VÀ TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN DÀN VÌ KÈO : 48

1 Tải trọng thường xuyên : 48

3 Moment đầu dàn : 49

II KẾT QUẢ NỘI LỰC 50

III TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN THANH DÀN 51

1 Bản mã 51

2 Thanh xiên đầu dàn (65): 51

3 Thanh cánh dưới: (8-1)(8-2)(8-3) 51

4 Thanh cánh trên (16) 52

5 tính thanh xiên (69) 53

6 Tính thanh đứng số (3) 53

IV TÍNH TOÁN CẤU TẠO CÁC MẮT DÀN 55

1 Nút dưới (Mắt 1) 55

2 Nút trên (MẮT 2) 57

Tính liên kết thanh dàn phân nhỏ và thanh cánh trên vào bảng mã 57

a Tính toán liên kêt bulong giữa bản gối và cánh trong của cột trên : 58

b 3 Nút 5 : 59

Tính toán thanh cánh vào bản mã 59

a Tính toán thanh xiên N3(69-2) (2L63X5) vào bản mã 59

b Liên kết thanh xiên N5(22) vào bản mã 60

c liên kết thanh N4(3) vào bàn mã 60

d 4 Nút 4 61

Tính toán thanh xiên N3(65-2) vào bản mã 61

a Liên kết thanh xiên N4(69-1) vào bản mã 61

b Liên kết thanh cánh vào bản mã (16-2)(16-3) 62

c 5 Nút đỉnh dàn (nút số 8) 62

Tính toán thanh cánh vào bản nối 62

a Chiều dài đường hàn thanh cánh vào bản ghép 63

b Đường hàn liên kết thanh cánh vào bản mã 63

c Đường hàn liên kết bản nối vào bản ghép 64

d Đường hàn liên kết sườn vào bản ghép 64

e Chiều dài đường hàn liên kết bản nối 2 vào bản mã 1 64

f Liên kết thanh xiên N5(23)(22) vào bản mã 64

g 6 Nút giữa dàn ở cánh dưới: 64

Tính toán thanh cánh vào bản nối: 65

a

Với sức trục Q=20T và nhịp nhà L= 18m ta tra bảng cầu, được những số liệu sau:

 Chiều dài gabarit của càu trục Hk = 2400 mm

Trong đó: Hr : cao trình đỉnh ray = 8m

hr : chiều cao ray và đệm giả định lấy bằng 200 mm

hdcc: chiều cao dầm cầu chạy, lấy bằng (1/8 ÷1/12)B = 0.5 ÷ 075 m

Lấy hdcc = 0.6 m = 600 mm

Hm : đoạn cột chôn dưới đất, không bố trí nên Hm= 0

2 Chiều cao cột trên:

Ht = hr + hdcc + Hk +100 +f = 200 + 600 + 2400 +100 + 300 = 3600 mm

Trong đó : Hk(Hct) : chiều cao gabarit của cầu trục

f : độ võng của kết cấu mái=(1/100)×L , lấy bằng 300 mm

hr : chiều cao ray và đệm giả định lấy bằng 200 mm

hdcc : chiều cao dầm cầu chạy , lấy bằng 600 mm

II Xác định kích thước theo phương ngang nhà:

1 Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị:

3 Chiều cao tiết diện cột dưới:

- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột :

III Kích thước dàn mái và cửa mái:

Với nhịp nhà L=27m, ta chọn dạng dàn và kích thước dàn như hình

Chiều cao đầu dàn: -Vì kèo điển hình là hình thang cân nên H0 = 450 mm

Chiều cao giữa dàn: -Chọn độ dốc i= 20% => hgd =(L-2e)i/2+h0=4000 mm

Kích thước cửa mái:

Lcm = (1/4÷1/2)L = 4.5m ÷ 9m, thường lấy bội 3m nên ta chọn Lcm= 6m

-Chọn kích thước: Bậu cửa dưới lấy chiều cao 600mm, bậu cửa trên cao 400mm,

phần cánh cửa lật cao 1200mm

Chiều cao cửa mái:

IV Hệ giằng của nhà công nghiệp:

1 Hệ giằng mái

Hệ giằng cánh trên:

- Bè trÝ tõ mÐp c¸nh d-íi cña dµn lªn c¸nh trªn

- Gi»ng trong mÆt ph¼ng c¸nh trªn: §-îc bè trÝ theo mÆt ph¼ng c¸nh trªn cña

dµn kÌo, bè trÝ hÖ thanh chÐo ch÷ thËp

2 Hệ giằng đứng :

Đ-ợc bố trí ở những ô có mặt phẳng giằng cánh trên và giằng cánh d-ới đ-ợc bố trí

dọc nhà

3 Hệ giằng cột

- ở cột d-ới ta bố trí giằng ở gian giữa nhà để tránh gây hiệu ứng nhiệt nên ta

không bố trí giằng cột d-ới ở hai đầu nhà

4 Hệ giằng cửa mỏi

HỆ GIẰNG CỬA MÁI

PHẦN II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN NHÀ CÔNG NGHIỆP:

⁄

Để tiện cho việc tính toán ta quy đổi tải tập trung thành tải trọng tương đương

phân bố đều như sau:

Gm – Tải trọng tính toán của lớp mái thứ i,

Gck – tải trọng tính toán của các cấu kiện,

nm –hệ số độ tin cậy tải trọng các lớp mái,

nck – hệ số độ tin cậy tải trọng các cấu kiện,

dk-1 , dk – panel bên trái , bên phải nút k, m

 – góc nghiêng của thanh cánh trên so với mặt bằng

Nhƣ vậy :

1

(0 1.5) (6 6)

(0.528 0.19) 3.231kN 4

2

(1.5 1.5) (6 6)

(0.528 0.19) 6.462 kN 4

4

(1.5 1.5) (6 6)

(0.528 0.19 0.198) 8.244 kN 4

- momen do hoạt tải: M A'  e A'  0.25 21.42   5.355(kNm)

2 Do trọng lƣợng ray và dầm cầu chạy

Trọng lƣợng bản thân dầm cầu trục

  Trọng lƣợng bản thân ray

- Sức cẩu của cầu trục 20T = 200 kN

- Hệ số vượt tải

- Hệ số tổ hợp (2 cầu trục, chế độ làm việc nhẹ và trung bình)

- Kd = 1 hệ số kể đén tải trọng di động

- ∑ : tổng tung độ đường ảnh hưởng

- Từ bảng catalogue của cần trục, ta tra ra giá trị của , tổng trọng

lượng cầu trục , số lượng bánh xe một bên ray

- Do lực xô ngang của cầu trục

Từ bảng catoluge của cầu trục, ta tra ra giá trị Giả định rằng cầu trục

sử dụng móc mềm, Tổng lực hãm tác dụng lên toàn cầu trục là:

Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe cầu của trục:

 Lực xô ngang tính toán của cầu trục là:

∑

III Tải trọng gió:

(Ta tính tải gió thổi từ phía trái sang, gió thổi từ phía bên phải ta lấy đối xứng)

Công trình đƣợc giả định xây tại khu vực có dạng địa hình B, vùng gió III

Do vậy theo bảng 4 - TCVN2737-1995 áp lực gió tiêu chuẩn

Hệ số khí động đƣợc tra theo bảng 6 - TCVN 2737-1995, và đƣợc thể hiện trong

Gió trong phạm vi mái từ đáy vì kèo trở lên đƣợc chuyển thành lực tập trung ngang

đặt tại cao trình đáy dàn vì kèo

-Gió đẩy

0 1.3 1.0345 6 0.8 0.6761 0.6 0.7 2.2 0.8 0.3

PHẦN III TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

Giả thiết điều kiện tính toán:

- Thay cột bằng cấu kiện dạng thanh trùng với tim cột, độ cứng bằng độ cứng của

cột

- Cột trên và cột dưới được nắn trùng tâm, đặt thêm 1 mômen lệch tâm tại vai cột để

xét đến sự lệch tâm giữa 2 cột Giá trị moomen lệch tâm bằng lực dọc trong cột

nhân với độ lệch tâm giữa 2 cột

- Thay thế dàn bằng 1 thanh nằm trùng với cánh dưới của dàn, độ cứng thanh bằng

độ cứng trung bình của dàn Độ cứng trung bình của dàn lấy tại vị trí ¼ nhịp dàn,

được nhân với hệ số 0.75 vì dàn thuộc kết cấu rỗng

- Khi tải trọng tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi như tải đối xứng và khung đối

xứng, theo cơ học kết cấu, các thành phần phản xứng bằng 0, hay chuyển vị ngang

đầu cột bằng 0, còn thành phần đối xứng bằng nhau, tức là góc xoay đầu cột ở 2

cột bằng nhau

- Khi tải trọng không tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi độ cứng của xà ngang

bằng vô cùng (EJ = ∞) Khi đó với giả thiết hình chiếu của thanh lên trục của nó

trước và sau biến dạng là không đổi, chuyển vị xoay của 2 đầu cột bằng nhau và

bằng 0, chỉ còn lại chuyển vị ngang đầu cột

- Giả thiết tỷ lệ độ cứng của các cấu kiện trong khung:

I Nội lực do tĩnh tải:

1 Moomen do tĩnh tải tác dụng lên mái:

Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là

các góc quay φ1, φ2 và một chuyển vị ngang Δ

ở đỉnh cột Vì khung đối xứng, tải trọng đối

R1p: Tổng moment phản lực tại nút khung do tải trọng ngoài gây ra

Gọi M B xa và M Bcot là các moment ở nút cứng B của xà và cột khi 2 nút của khung

1 1 0.333 7 3.331

 2 2

B     

 3 3

C     

 4 2

P

r r

Như vậy, biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên mái có dạng:

2 Mômen do lệch tâm giữa cột trên và cột dưới:

Khi coi trục cột trên và cột dưới trùng

nhau, ta phải xét đến sự lệch tâm

giữa 2 cột, MA=48.2 kN.m

Nội lực trong khung do MA gây ra tìm

bằng công thức ở sơ đồ tải trọng 1,

phụ lục 20 trang 150, sách “Hướng

dẫn đồ án Kết cấu thép khung nhà

công nghiệp một tầng” của thầy Ngô

Vi Long Dấu MA ngược lại với dấu

B

M

B A R

3 Mômen do trọng lƣợng bản thân dầm cầu trục:

Trọng lƣợng cầu trục đặt tại vai cột, cách trục cột một khoảng 0.375 m, quy về điểm

đặt tại trục cột, thêm vào mômen nhƣ hình vẽ

Giá trị độ lớn của mômen: Mdct  G edct  15.4 0.375 5.775   kN m

Nội lực khung tìm đƣợc bằng cách nhân với biểu đồ M2 hệ số (Mdct/MA) vì 2

moment cùng đơn vị và cùng chiều, hệ số 5.775 0.12

68.78

dct A

M M

Biểu đồ mômen MG trong trường hợp tĩnh tải có được bằng cách cộng ba biểu đồ

mômen M1, M2, M3:

II Nội lực do hoạt tải mái:

Mômen do hoạt tải mái có được bằng cách nhân 2 biểu đồ nội lực của trường hợp

tĩnh tải mái (M1 và M2) với hệ số P/G= 5.88/30.57 = 0.192 và cộng lại

Biểu đồ mômen trường hợp hoạt tải mái:

III Nội lực do áp lực cầu trục:

Dmax và Dmin đồng thời tác dụng lên 2 cột Nếu Dmax xuất hiện ở cột trái, Dmin xuất

hiện ở cột phải và ngược lại Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với giả thiết

xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút

Phương trình chính tắc: r11Δ + R1P = 0 Trong đó r11 là phản lực liên kết thêm vào

tại nút khung, có chuyển vị đơn vị Δ=1 Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết

theo quy ước với chiều từ trái sang phải là dương

Dùng bảng III.1, phụ lục 19 trang 149 sách “Hướng dẫn đồ án kết cấu thép khung

ngang nhà công nghiệp 1 tầng” của thầy Ngô Vi Long, tính moment và phản lực

21

M P

ngang ở đỉnh cột Chuyển vị của cột ngược chiều chuyển vị của cột trong bảng nên

dấu của mômen bị đổi

Đối với cột bên phải moment và phản lực có giá trị giống cột trái nhưng khác dấu

Biểu đồ nội lực khi Δ=1:

Cắt ngang khung tại đầu cột có lực cắt rồi chiếu xuống phương ngang ta tìm được:

M 4

Biểu đồ mômen do áp lực lớn nhất của cầu trục lên cột trái có đƣợc bằng cách nhân

biểu đồ M4 với Δ và cộng với biểu đồ M5:

Đối với cột trái :

39.5

7.55

28.1 11.87

10.75

M 5

6.98kNm

38.43kNm 108.43kNm

IV Tính toán Nội Lực với lực hãm ngang T

Ta xét lực T ở cột bên trái hướng từ trái sang phải

- Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số

chỉ có chuyển vị ngang của nút

3.6

0.33310.8

o Đối với cột trái

( ) 15.51 9.76 (3.6 0.6) 13.77

15.51 9.76 3.6 15.51 9.76 10.8 13.8

o Đối với cột phải

Vì cột phải không có lực tác dụng nên không có giá trị moment và phản lực

V Tính toán Nội lực với tải trọng gió

- Giải khung bằng phương pháp chuyển vị

'

'

-32.86 (-0.724) 23.79 24.81 (-0.724) -17.96 22.42 (-0.724) -16.23 ' 3919.4 /

- ' 24.81 17.96 (1810.9 2108.5 -71.21 (-0.724

) 0 1.96 )

PHẦN IV PHẦN 4 : TÍNH TOAN NỘI LỰC KHUNG NGANG VỚI PHẦN

MỀM SAP :

I Giả thiết điều kiện tính toán

II Các trường hợp tải

 Liên kết khung nhà, cột liên kết với móng ở đầu dưới và với tường ngang (dàn

hoặc dầm) ở đầu trên Các liên kết này là liên kết ngàm

I XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN

1 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn

Chiều dài tính toán riêng cho từng phần cột

0.99 7.2 2.01 1

II xác định nội lực trong cột và thiết kế cột

-Tại cột trên (tiết diện B) cặp nội lực dùng thiết kế cột có giá trị

 

239.50 336.25

Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện  1 25 và diện tích yêu cầu

của tiết diện theo công thực:

Thỏa mãn điểu kiện A>Ayc

Kiểm tra tiết diện đã chọn

2611

16.56( ) 95.2

725

43.78 16.56

3 3 3

4

2

3 6

 Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng uốn:

Ta có

1

1.38 7.12( )

 Kiểm tra ổ định ngoài mặt phẳng uốn:

Ta có momen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có MB = -239.50(kNm)

Ứng với từng trường hợp tải trọng đã cộng ở đầu kia , momen tính toán tại tiết diện

Ct (TH:1,2,4,6,8)

MC = -28.638(kNm)

Momem ở 1/3 đoạn cột là:

166.25( ) 3

C B B

3

2.1 10 (0.36 0.1 ) (0.36 0.1 1.38) 15.748

2.1 10

X c

C b

Với bản bụng cột, vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn

định tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn  h0 / bxác định theo

3

2.1 10 (0.9 0.5 ) (0.9 0.5 1.38) 50.28

2.1 10

X b

Khi chịu uốn quanh trục rỗng x-x, cột rỗng làm việc như 1 dàn 2 cánh song song

Gỉa thiết lực dọc tác dụng vào cột tỉ lệ với diện tích tiết diện của 2 nhánh cột

,thành lập được phương trình xac định vị trí trọng tâm tiết diện

Chọn tiết diện nhánh

a

Giả thiết khoảng cách hai trục nhánh c h  t 75( cm )

Giả thiết rằng diện tích nhánh tỉ lệ với lực dọc của nhánh Nnh thành lập được

phương trình xác định vị trí trọng tâm tiết diện

Khoảng cách trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh một là:

, 1

2

2 2

, 2

285.81 10

0.8 1 21001250.91 10

1 1

2 4

2 2

2 3

2

2 2

2

26 1.2

26 1.2 (2.68 0.6)12

Momen quán tính toàn tiết diện với trục x-x:

1.037058 46 3'' sin 0.719572.32

tx tx

Tra bảng II.1  mintx  0.7398

-Thanh giằng xiên đƣợc tính chịu lực và kiểm tra nhƣ thanh chịu nén đúng tâm Nên

ta có hệ số uốn dọc đối với thanh chịu nén đúng tâm

100 0.599 0.542 106.3 0.56 0.546 0.502

tx Atx

N

daN cm A

R 

Vậy Qmax =95.5 kN> 7.56 Tnên không cần tính lại thanh bụng xiên và td

-Thanh ngang :

Thanh bụng ngang tính theo lực cắt Qqƣ = 7.56 kN Vì Qqƣ rất nhỏ nên ta chọn

thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn   150 Dùng một thanh thép góc đều

(tra theo bảng I.5 Phụ lục thiết kế nhà théo công nghiệp)

-Thanh ngang đƣợc tính chịu lực và kiểm tra nhƣ thanh chịu nén đúng tâm Nên ta

có hệ số uốn dọc đối với thanh chịu nén đúng tâm

+ Theo Bảng D.8 TCXD 338:2005 , từ y 73.8tk 0.759

- Vì kể đến sự lệch tâm của trục liên kết và trục thanh nên hệ số điều kiện làm việc

của thanh xiên là : 0.75

-Lực dọc trong thanh ngang N=Q=7.56 kN

756

341.4 21000.759 3.89 0.75