đồ án kết cấu thép 2 L21m chuẩn+ chọn sơ bộ tiết diện cột xà ngang,xà gồ, cửa trời+tính toán tải trọng tác dụng lên khung+chạy phần mềm tính toán nội lực+thiết kế cột và xà ngang+tính toán chi tiết liên kết+bản vẽ
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Các đặc trưng hình học A Diện tích tiết diện nguyên An Diện tích tiết diện thực Af Diện tích tiết diện cánh Aw Diện tích tiết diện bụng Abn Diện tích tiết diện thực bulong B Chiều rộng bf Chiều rộng cánh bs Chiều rộng sườn ngang h Chiều cao tiết diện hw Chiều cao bụng hf Chiều cao đường hàn góc ix,iy Bán kính quán tính tiết diện với trục tương ứng x-x, y-y Ix,Iy Các momen quán tính tiết diện nguyên trục tương ứng x-x, y-y L Chiều cao đứng, cột chiều dài nhịp dầm L0 Chiều dài tính tốn cấu kiện chịu nén Lx,Ly Chiều dài tính tốn mặt phẳng ngồi mặt phẳng Lw Chiều dài tính tốn đường hàn Sf Momen tĩnh t Chiều dày tf,tw Chiều dày cánh chiều dày bụng Wx,Wy Momen chống uốn tiết diện với trục x-x y-y Ngoại lực nội lực F,P Ngoại lực tập trung Gdct Tải trọng thân dầm cầu trục M Momen uốn Mx,My Momen uốn với trục x-x y-y V Lực cắt N Lực dọc TTGH I Trạng thái giới hạn I TTGH II Trạng thái giới hạn II SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Cường độ ứng suất E Module đàn hồi f Cường độ tính tốn thép chịu kéo, nén, uốn theo giới hạn chảy fv Cường độ tính tốn thép chịu cắt fc Cường độ tính tốn thép ép mặt fub Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn bulong ftb Cường độ tính tốn chịu kéo bulong fcb Cường độ tính tốn chịu ép mặt bulong fba Cường độ tính tốn chịu kéo bulong neo fhb Cường độ tính tốn chịu kéo bulong cường độ cao fw Cường độ tính tốn mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo giới hạn chảy fwv Cường độ tính tốn mối hàn đối đầu chịu cắt fwf Cường độ tính tốn đường hàn góc (chịu cắt quy ước) theo kim loại hàn fws Cường độ tính tốn đường hàn góc (chịu cắt quy ước) theo biên nóng chảy σ Ứng suất pháp σc Ứng suất pháp cục σx,σy Ứng suất pháp song song với trục x-x y-y τ Ứng suất tiếp Ký hiệu thông số e Độ lệch tâm lực m Độ lệch tâm tương đối me Độ lệch tâm tính đổi nv Số lượng mặt cắt tính tốn βf,βs Các hệ số tính tốn đường hàn góc theo kim loại đường hàn biên nóng chảy thép γc Hệ số điều kiện làm việc kết cấu γb Hệ số điều kiện làm việc liên kết bulong γg,γp Hệ số vượt tải (xem TCVN 2737 – 1995) nc Hệ số tổ hợp nội lực η Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện λ Độ mảnh cấu kiện λ λx,λy μ φ φb Độ mảnh quy ước Độ mảnh tính tốn cấu kiện mặt phẳng ngồi mặt phẳng tính tốn Hệ số chiều dài tính tốn cột Hệ số uốn dọc Hệ số giảm cường độ tính tốn ổn định dạng uốn xoắn SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT φc Hệ số giảm cường độ tính tốn nén lệch tâm, nén uốn ψ Hệ số để xác định hệ số φb tính tốn ổn định CÁC TIỂU CHUẨN SỬ DỤNG TCVN 2737 – 1995, Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575 – 2012, Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Chương Số liệu đầu Thiết kế khung điển hình nhà cơng nghiệp tầng nhịp, có cầu trục Với số liệu thiết kế sau: Cơng trình có mặt chữ nhật: L = 21m; B = 60m Chọn bước khung: b = 6m Cầu trục chọn chế độ làm việc trung bình, sức trục: Q = 30T Cao trình đỉnh ray: Hr = 8.5m Chọn độ dốc mái: i = 10%, α = 5.71° Phân vùng gió: IIIB, với áp lực gió tiêu chuẩn: 1.25 kN/m2 Chọn vật liệu sử dụng: Thép CCT34 có cường độ f = 2100 daN/cm2 fv = 1200 daN/cm2 fc = 3200 daN/cm2 Sử dụng que hàn N42, dùng phương pháp hàn tay Hình a: Mặt bố trí khung ngang SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Hình b: Mặt cắt khung ngang SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Chương Kích thước khung ngang 1.1 Xác định kích thước theo phương đứng Chọn cầu trục có sức trục 32T, với thông số: Lk = 19.5m; Hk = 1.46m; Zmin = 190mm; Bk = 4530mm; Kk = 3600mm; G = 14.76T; Gxc = 2.531T; Pmax = 19.3T; Pmin = 4.08T Chọn khe hở an toàn cầu trục xà ngang: bk = 0.3m Chiều cao từ mặt ray cầu trục tới đáy xà: H2 = Hk + 0.3 = 1.46 + 0.3 = 1.76m; Chọn H2 = m Chiều cao cột khung: H = Hr + H2 = 8.5 + = 10.5m Chọn chiều cao ray: hr = 0.2m; Chọn chiều cao dầm cầu trục: Hdct = B/10 = 6/10, chọn Hdct = 0.6m Chiều cao cột tính từ cốt +0.000 tới vai cột: Hd = Hr – Hdct – hr = 8.5 – 0.2 – 0.6 = 7.7m 1.2 Xác định kích thước theo phương ngang Xác định kích thước theo phương ngang chọn sơ tiết diện cột, dầm mái, cấu kiện cửa trời … cho phù hợp với nhịp khung, nhịp nhà, tải trọng mái, tải trọng cầu trục đảm bảo công sử dụng nhà xưởng Việc chọn lựa theo sơ bộ, làm sở cho bước tính tốn Trong q trình tính tốn, kích thước tiết diện khơng thỏa ta tiến hành chọn lại tiết diện 1.2.1 Chọn tiết diện cột Cầu trục làm việc với sức trục Q = 30T = 30T, coi trục định vị trùng với mép cột (a = 0) Chọn chiều tiết diện cột: h = (1 / 15 ÷ / 20)H = (625 ÷ 450)mm Vậy chọn h = 500mm Chọn bề rộng cột: (0.3 ÷ 0.5)h = (165 ÷ 275)mm b= (1/ 30 ÷ 1/ 20)H = (350 ÷ 525)mm Vậy chọn b = 250mm SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG Hình 1.1: Mặt cắt ngang tiết diện cột ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Bề dày bụng tw để đảm bảo chống gỉ không nên chọn nhỏ 6mm - Chiều dày bụng tiết diện: t w = ữ ữì h = ữ ÷× 500 = ( ÷ 7.14 ) 70 100 70 100 t ≥ (mm) w tw = (mm) Chọn Chiều dày cánh tiết diện: → - 1 1 t f = ữ ữì b = ữ ữì 250 = ( 7.14 ữ 8.9 ) 28 35 28 35 t f = 10 (mm) → Chọn Tiết diện mặt cắt ngang cột: I – 500-250-8-10 Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: L1 = L − Lk 21 − 19.5 = = 0.75m 2 Kiểm tra khe hở cầu trục cột khung: Z = L1 – h = 0.75 – 0.50 = 0.25m > Zmin = 0.19m 1.2.2 Chọn tiết diện xà ngang Chiều cao tiết diện xà ngang nút khung: h1 = 500mm Chiều cao tiết diện xà ngang đỉnh khung: chọn h2 = 300mm Chọn bề rộng xà ngang: b = (1/5 ÷ 1/2)h1 = (120 ÷ 300); chọn b = 250mm Chọn bề dày bụng: tw = 8mm Chọn bề dày cánh: tf = 10mm Tiết diện mặt cắt ngang xà ngang tại: Hình 1.2: Mặt cắt ngang tiết diện xà ngang nút đỉnh khung Nút khung: I – 500-250-8-10; đỉnh khung: I – 300-250-8-10 1.2.3 Chọn tiết diện dầm vai Khoảng cách từ trục định vị tới ray cầu trục: L1 = 0.75m SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Chiều dài vai cột: Lvc = L1 – h + 0.15 = 0.75 – 0.50 + 0.15 = 0.4m Chiều cao đoạn dầm ngàm vào vai cột: 600mm Bề rộng dầm vai: 250mm Bề dày cánh: 12 mm Bề dày bụng: 10 mm Vậy tiết diện dầm vai: I – 600-250-10-12 1.2.4 Chọn kích thước cửa trời Khoảng cách cột cửa trời khoảng 1/4 tới 1/8 nhịp nhà Chọn khoảng cách cột cữa trời 4m theo phương ngang Chọn chiều cao cột cửa trời 2m Cột cửa trời dầm mái dùng thép hình I-150-100-8-10 1.3 Bố trí hệ giằng Hệ giằng phận kết cấu liên kết với khung ngang tạo thành hệ kết cấu không gian, có tác dụng: - Đảm bảo hệ bất biến hình theo phương dọc nhà độ cứng không gian cho nhà - Phân phối tải trọng theo phương dọc nhà cho khung ngang, từ làm cho tải trọng theo phương dọc nhà tác dụng vào cơng trình khơng đáng kể - Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn công tác thi công, lắp dựng Hệ giằng gồm loại: hệ giằng cột hệ giằng mái 1.3.1 Hệ giằng cột Hệ giằng cột đảm bảo độ cứng dọc nhà ổn định cho cột Ta sử dụng phương pháp tính “khung ngang dầm dọc” để tìm nội lực cơng trình, để lực dọc nhà tác động vào không đáng kể, ta cần dùng hệ giằng Thường giằng nối cột nhà khe nhiệt để tạo thành hình khối Ngồi đầu hồi, ta bố trí hệ giằng theo phương dọc nhà lực hãm cầu trục nhanh xuống móng Góc nghiêng giằng từ 35° tới 55° Các chống phụ có độ mảnh λ ≤ 200, ta bố trí hệ giằng cột với giằng thép ống ϕ25, sử dụng thép hình 2C20 làm chống dọc nhà 1.3.2 Hệ giằng mái Hệ giằng mái bố trí đầu hồi chỗ có hệ giằng cột Hệ giằng mái bao gồm giằng chéo ϕ25 thành chống Khi khung chịu tải trọng gió, cạnh dầm mái chịu nén nên phải gia cường chống liên kết xà gồ, cách xà gồ bố trí chống Chọn chống L50x5 Ngồi bố trí chống dọc đỉnh khung tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi lắp ghép SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Hình 1.3: Bố trí hệ giằng cột Hình 1.4: Bố trí hệ giằng mái 1.4 Chọn sơ đồ tính cho khung Cơng trình sử dụng cột làm hệ đỡ cầu trục (các vai cột đỡ hệ dầm cầu trục), với nhịp 21m, chịu tải trọng nặng, nhằm hạn chế chuyển vị ngang đầu cột, ta chọn liên kết chân cột khung với móng liên kết ngàm để phân phối bớt momen đầu cột xuống móng từ làm giảm chuyển vị đầu cột tang độ cứng cho khung ngang SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Hình 1.5: Sơ đồ tính khung ngang Tính tốn kết cấu khung ngang theo sơ đồ phẳng, liên kết cột dầm mái, cột cửa trời dầm mái, cột cửa trời dầm mái cửa trời liên kết cứng, liên kết cột móng liên kết ngàm Tiết diện lấy theo kích thước chọn sơ Tải trọng gán vào khung xác định chương Vật liệu sử dụng: Thép CCT34 với: f = 21 kN/cm2; fv = 12 kN/cm2; fc = 32 kN/cm2 E = 2.1x108 kPa SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL2: Khai báo thơng tin cho cột SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Ta lặp lại thao tác tương tự mơ hình xà ngang Khai báo xà ngang với thông số: Tiết diện thay đổi I – 550~300-250-6-8, vật liệu thép CCT34 PL3: Khai báo thơng tin xà ngang SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT 6.2.4 Dựng liên kết khung 6.2.4.1 Liên kết chân cột Từ công cụ PEBtools → click PEB base plate → click chân cột cần tạo liên kết → Double click vào liên kết vừa tạo hiệu chỉnh thông số theo thiết kế: PL4.1: Kích thước chung đế PL4.2: Khai báo đường kính bulong khoảng cách bulong neo SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL4.3: Khai báo chiều rộng, bề dày, vật liệu cho đế PL4.4: Khai báo thông tin sườn gia cường cánh bụng PL4.5: Khai báo thông tin dầm đế Click Modify →Apply → Ok để áp dụng thông số cho liên kết chân cột lại SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL4.6: Liên kết chân cột sau khai báo 6.2.4.2 Liên kết nút khung Từ công cụ PEBtools → click PEB Knee Joint → click cột cần liên kết → click xà ngang → Enter Sau liên kết nút khung tạo → double click liên kết để hiệu chỉnh thông số theo thiết kế hộp thoại PEB Knee Plug – in PL5.1: Khai báo thơng tin kích thước chung nút khung SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL5.2: Khai báo thông tin mặt bích gồm vật liệu, bề rộng, chiều dày PL5.3: Khai báo thơng tin bulong liên kết mặt bích SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL5.4: Khai báo thông tin sườn tang cường Click Modify → Apply → Ok để áp dụng cho nút khung khác kết thúc nhập thông tin nút khung PL5.5: Liên kết nút khung sau khai báo 6.2.4.3 Liên kết đỉnh khung Từ công cụ PEBtools: Click chọn PEB Splice Connection → Click vào xà ngang cần đặt liên kết → ENTER click chuột để liên kết Sau liên kết tạo → double click vào liên kết để hiệu chỉnh theo thông số thiết kế qua hộp thoại PEB Splice Connection SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL6.1: Khai báo thông tin kích thước chung liên kết nút khung PL6.2: Khai báo thơng tin bulong SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL6.3: Khai báo thơng tin mặt bích PL6.4: Khai báo thơng tin sườn tang cường mặt bích Click Modify → Apply → Ok để áp dụng cho liên kết khung khác PL6.5: Liên kết đỉnh khung sau khai báo SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT 6.2.5 Dựng dầm vai Để dựng liên kết dầm vai, trước tiên ta đánh dấu điểm định vị cột với toạ độ x = 550 (chiều cao cột); y = 0; z = 8200 (chiều cao dầm vai) Từ điểm định vị, ta dựng dầm tổ hợp tương tự dựng xà ngang, với thông số: dầm tổ hợp tiết diện không đổi: I- 400-250-6-8, vật liệu thép CCT34 PL7.1: Khai báo thơng tin kích thước dầm vai SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Từ công cụ PEB tools → click PEB Interior Column Connection → Click cột cần liên kết → Click dầm vai → Enter Click chuột để liên kết Double click vào liên kết vừa tạo để hiệu chỉnh thông tin: PL7.2: Khai báo thông tin chung liên kết dầm vai PL7.3: Khai bao bulong (vi không dùng bulong nên Delete “1 4”) SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL7.5: Vì dầm vai hàn trực tiếp vào cột nên chiều dày mặt bích chọn “0” Click Modify → Apply → Ok PL7.6: Dầm vai sau khai báo SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT 6.2.6 Dựng cột – dầm cửa trời hệ giằng dọc nhà Tiến hành mơ hình cửa trời tương tự bước mơ hình khung chính, cửa trời với phần tử gồm dầm cột cửa trời, liên kết với liên kết bulong, thông số để mơ hình lấy từ phần thiết kế Sau có mơ hình khung điển hình cho lưới GRID 2, ta copy cho tất GRID lại Với khung đầu hồi lấy thông số kỹ thuật tương tự khung điển hình Sau mơ hình xong khung ngang, ta tiến hành mơ hình hệ giằng dọc nhà: hệ giằng cột, hệ giằng mái, xà gồ, hệ giằng xà gồ, sườn tường PL8.1: Khung ngang điển hình PL8.2: Hệ giằng cột SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT PL8.3: Mặt cơng trình với hệ giằng mái, giằng xà gồ, xà gồ mái PL8.4: Giằng xà gồ PL8.5: Mối nối sườn tường SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Sau có mơ hình cho tồn cơng trình, ta xuất vẽ tổng thể GA (General Arrangement): Tạo vẽ: Drawing & Reports → Create Drawings… → Chọn template A1 – MULTI(G) → Double Click → Hộp thoại Master Drawing Properties → OK Ctrl +L mở danh sách vẽ → chọn vẽ vừa tạo → Shift+ P để in vẽ 6.2.12 SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ... ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Nội lực Sử dụng phần mềm STaad Pro để tính tốn kết cấu khung, cho kết giá trị nội lực cấu kiện cột, xà theo trường hợp tải trọng riêng biệt Lấy kết. .. TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Hình 2.12: TH hoạt tải mái phải tác động lên khung Hình 2.13: TH hoạt tải gió trái tác động lên khung SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP... phải) SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT Hình 2.16: TH hoạt tải đứng cầu trục (Dmax trái) SVTH:NGUYỄN ĐÌNH TRUNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:Ts TRẦN TUẤN KIỆT