Đang tải... (xem toàn văn)
Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: Nhịp khung: L = 20 m. Bước khung: B = 7 m; toàn bộ nhà dài 15B = 105 m. Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m. Chiều cao dầm cầu trục: h dct = 0,6 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB + Dạng địa hình xây dựng công trình: B Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 35mm) hoặc tương đương.
Đồ án kết cấu thép 2 PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: - Nhịp khung: L = 20 m. - Bước khung: B = 7 m; toàn bộ nhà dài 15B = 105 m. - Sức trục: Q = 12,5 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. - Cao trình đỉnh ray: H 1 = 9 m. - Chiều cao dầm cầu trục: h dct = 0,6 m; Chiều cao ray: h r = 0,15 m. - Tải trọng gió: + Vùng gió: IIB + Dạng địa hình xây dựng công trình: B - Vật liệu: Thép CCT34; hàn tự động, que hàn N46 (d = 35mm) hoặc tương đương. Bê tông móng cấp độ bền B20. - Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế - Thuyết minh tính toán: + Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. + Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. + Thiết kế xà gồ. + Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. + Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. - Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1 + Sơ đồ khung ngang. + Hệ giằng mái, giằng cột. + Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. + Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. + Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. Đồ án kết cấu thép 2 Vũ Văn Hiệp 2 q A B TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc = 10 0 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 1,5m và chiều rộng cửa mái là 3m. Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng - Chiều cao cột dưới: H d d 1 dct r ch H H ( h h ) h Trong đó: H 1 = 9 m là cao trình đỉnh ray Đồ án kết cấu thép 2 PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP h dct = 0,6 m là chiều cao dầm cầu trục h r = 0,15 m là chiều cao ray h ch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột H d = 9 – (0,6 + 0,15) + 1 = 9,25 (m) - Chiều cao cột trên: H tr tr dct r 1 H ( h h ) K 0,5 Trong đó: K 1 = 1,09 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục. 0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. H tr = (0,6 + 0,15) + 1,09 + 0,5 = 2,34 (m) - Chiều cao toàn cột: H = H d + H tr = 9,25+2,34 = 11,59 (m) 1.2. Kích thước theo phương ngang - Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 20m Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 18 m, khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Z min = 180 mm. - Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang: a. Tiết diện cột Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện: h = (1/10 1/15)H, bề rộng b = (0,30,5)h và b = (1/20 1/30)H. - Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn t w quá mỏng: t w > 6mm. - Chiều dày bản cánh t f chọn trong khoảng (1/28 1/35)b. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: + Chiều cao tiết diện: h = 60 cm + Bề rộng tiết diện cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng: t w = 1,0 cm + Chiều dày bản cánh: t f = 1,4 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: 1 Z (L 2.h S) 2 Trong đó: Đồ án kết cấu thép 2 Vũ Văn Hiệp 4 L: là nhịp nhà. h: là chiều cao tiết diện cột S: là nhịp cầu trục Z = 0,5*(20 – 2*0,6 – 18) = 0,4 (m) Z = 0,4m Z min = 0,18m. Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau: - Chiều cao tiết diện nách khung: h 1 = 1 L 40 ; bề rộng b = (0,2 0,5)h 1 và b 180mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h 2 = (1,5 2)b - Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn t w quá mỏng: t w > 6mm. - Chiều dày bản cánh t f = 1 b 30 . Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm: + Chiều cao tiết diện xà tại nách khung: h 1 = 60 cm + Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung: h 2 = 35 cm + Bề rộng tiết diện: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng xà: t w = 0,8 cm + Chiều dày bản cánh xà: t f = 1,0 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35 0,4 chiều dài nửa xà) L tđ = 4m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai: + Chiều cao tiết diện vai cột: h = 40 cm + Bề rộng tiết diện vai cột: b = 26 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: t w = 0,8 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: t f = 1,0 cm 1.3. Hệ giằng Đồ án kết cấu thép 2 PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =11,59m > 9m, bố trí hai lớp giằng cột: hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột) và hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai). Do cột nhà cao nên phải chia đôi và dùng thêm thanh chống phụ. Hệ giằng cột được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà =105m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q =12,5 tấn, thanh giằng bằng thép tròn 20. Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện. Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng 20, được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm. §ØNH RAY 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột a b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái Đồ án kết cấu thép 2 Vũ Văn Hiệp 6 Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ Đồ án kết cấu thép 2 PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP 2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1. Tải trọng thường xuyên - Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ: g tc = 15 daN/m 2 mặt bằng mái - Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên n g = 1,1 - Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái: q tc = g tc . B = 15 . 7 = 105 daN/m q tt = n g . g tc . B = 1,1 . 15 . 7 = 115,5 daN/m - Tải trọng bản thân của dầm cầu trục: G dct = 2 dctdct L. = 30 . 7 2 = 1470 daN - Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: G dh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) Bảng 2.1. Tĩnh tải mái STT Loại tải Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán Bước khung Tổng tải trọng (daN/m 2 ) (daN/m 2 ) (m) (daN/m) 1 Tôn lợp mái 8 1,1 8,8 7 61,6 2 Xà gồ 7 1,1 7,7 7 53,9 3 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 115,5 - Sơ đồ tải trọng thường xuyên được thể hiện trong hình vẽ minh họa. 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái n p = 1,3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m 2 mặt bằng nhà do đó hoạt tải sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau: p tc = 30 . B và p tt = n p . 30 . B - Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cos. Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái STT Loại tải Tải trọng t. chuẩn Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán Bước khung Tổng tải trọng (daN/m 2 ) (daN/m 2 ) (m) (daN/m) 1 Sửa chữa mái 30 1,3 39 7 273,0 2 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 268,9 - Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái được thể hiện trong hình vẽ minh họa. Đồ án kết cấu thép 2 Vũ Văn Hiệp 8 2.3. Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995. q = n . W 0 . k . C . B (daN/m) Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung. W 0 : là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng II có W 0 = 95 daN/m 2 . n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu. B: là bước khung. a, Trường hợp gió thổi ngang nhà: Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà - Xác định hệ số khí động C e : Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Đồ án kết cấu thép 2 PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP Kích thước chính của sơ đồ: + Nhịp: L = 20m + Chiều cao: H 1 = 10,59 m h m1 = 1,9 m h m2 = 1,5 m h m3 = 0,3 m Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 được giá trị C e C e1 = - 0,8 C e2 = -0,44 C e3 = -0,53 C e4 = -0,51 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu vực thuộc dạng địa hình B. Chiều cao cột 10,59m lấy gần đúng hệ số k =1 đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên thân cột và k = 1,038 (ứng với độ cao trung bình của mái Htb = 12,4m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái. Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà STT Loại tải Tải trọng t.chuẩn Hệ số k Hệ số c Hệ số vượt tải Bước khung Tổng tải trọng (daN/m 2 ) (m) (daN/m) 1 Cột đón gió 95 1 0,80 1,2 7 638,4 2 Mái đón gió 95 1,038 -0,51 1,2 7 -422,4 3 Cột cửa mái đón gió 95 1,038 0,70 1,2 7 579,8 4 Cửa mái đón gió 95 1,038 -0,80 1,2 7 -662,7 5 Cửa mái hút gió 95 1,038 -0,44 1,2 7 -364,5 6 Cột cửa mái hút gió 95 1,038 -0,60 1,2 7 -497,0 7 Mái hút gió 95 1,038 -0,50 1,2 7 -414,2 8 Cột hút gió 95 1 -0,53 1,2 7 -422,9 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. b, Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động C e : Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/B (B- chiều dài toàn nhà) và H/B. Công trình có L/B1 và H/B0,5 nên Ce3 =-0,4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột. Đồ án kết cấu thép 2 Vũ Văn Hiệp 10 Hình 2.3. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà Bảng 2.4. Tải trọng gió theo phương dọc nhà STT Loại tải Tải trọng t.chuẩn Hệ số k Hệ số c Hệ số vượt tải Bước khung Tổng tải trọng (daN/m 2 ) (m) (daN/m) 1 Cột khung 95 1 -0,40 1,2 7 -319,2 2 Mái 95 1 -0,70 1,2 7 -558,6 3 Cột cửa mái 95 1 -0,40 1,2 7 -319,2 4 Cửa mái 95 1 -0,70 1,2 7 -558,6 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. 2.4. Hoạt tải cầu trục a, Áp lực đứng: - Thông số cầu trục: Cầu trục ABUS; Sức trục : Q = 12,5 tấn; Nhịp cầu trục: S = 18m Tra trong catalo cầu trục có: + Bề rộng cầu trục: B ct = 3830 mm + Khoảng cách hai bánh xe: R = 2900 mm + Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: c max P = 8110 daN + Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: c min P = 1900 daN - Áp lực đứng lên vai cột: max c max i D n.n .P . y ; min c min i D n.n .P . y Trong đó: n = 1,1- Hệ số độ tin cậy; n c = 0,85 Hệ số tổ hợp; khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình. y i – Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ ở gối bằng 1. . Đồ án kết cấu thép 2 PHẠM VĂN ĐỘ XDK8-ĐHHP SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp. + Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. Đồ án kết cấu thép 2 Vũ Văn Hiệp 2 q A B TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung
