thiết kế nhà công nghiệp 1 tầng , 3 nhịp

thiết kế nhà công nghiệp 1 tầng , 3 nhịp

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ .7 1.2 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.3 CÁC THÔNG SỐ VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG .8 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 2.1 CHỌN CẦU TRỤC .9 2.2 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG NHÀ THEO PHƯƠNG ĐỨNG 2.2.1 Chiều cao phần cột .9 2.2.2 Chiều cao phần cột 10 2.3 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG THEO PHƯƠNG NGANG NHÀ .10 2.3.1 Sơ tiết diện cột .10 2.3.2 Sơ tiết diện dầm .11 2.4 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC DẦM MÁI VÀ CỬA MÁI 12 2.5 LẬP SƠ ĐỒ TÍNH TỐN KHUNG 13 CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 14 3.1 TẢI TRỌNG BẢN THÂN TẤM LỚP TOLE, XÀ GỒ .14 3.1.1 Tải trọng thân tole 14 3.1.2 Tải trọng xà gồ 15 3.2 TĨNH TẢI KẾT CẤU CỬA MÁI .17 3.3 TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN KẾT CẤU 17 3.4 TẢI TRỌNG SỮA CHỮA MÁI 17 3.5 TẢI TRỌNG CẦU TRỤC 18 3.5.1 Áp lực đứng tải trọng cầu trục 18 3.5.2 Lực hãm ngang tác dụng lên cột 19 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC 3.6 TẢI TRỌNG GIÓ 20 3.6.1 Tải trọng gió thổi ngang nhà .21 3.6.1.1 Tải trọng gió tác dụng lên cột 22 3.6.1.2 Tải trọng gió tác dụng lên dầm mái 23 3.6.2 Tải trọng gió thổi dọc nhà (tính gió tốc lên) 24 CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẰNG PHẦN MỀM SAP200025 4.1 KHAI BÁO VẬT LIỆU .25 4.2 KHAI BÁO TIẾT DIỆN 26 4.3 DỰNG MƠ HÌNH TRONG SAP2000 28 4.4 BỐ TRÍ HỆ GIẰNG 28 4.5 KHAI BÁO TẢI TRỌNG 29 4.5.1 Tĩnh tải 29 4.5.2 Hoạt tải .29 4.5.2.1 Hoạt tải cầu trục .29 4.5.2.2 Hoạt tải gió .31 4.5.2.3 Hoạt tải sửa chữa 32 CHƯƠNG 5: TỔ HỢP NỘI LỰC THIẾT KẾ 34 5.1 ĐỊNH NGHĨA CÁC LOẠI TẢI TRỌNG 34 5.2 ĐỊNH NGHĨA CÁC LOẠI TỔ HỢP 34 5.3 BẢNG GIÁ TRỊ TỔ HỢP NỘI LỰC CÁC CẤU KIỆN 34 Kết tổ hợp nội lực cấu kiện cột .34 Kết tổ hợp nội lực cấu kiện dầm 36 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ TOLE LỢP MÁI VÀ XÀ GỒ MÁI 39 6.1 THIẾT KẾ TOLE 39 6.1.1 Vật liệu sử dụng 39 6.1.2 Tải trọng tác động .39 TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC 6.2 THIẾT KẾ XÀ GỒ 42 6.2.1 Thiết kế dầm mái xà gồ 44 6.3 THIẾT KẾ LIÊN KẾT GIỮA TOLE VÀ XÀ GỒ 46 6.4 THIẾT KẾ LIÊN KẾT GIỮA XÀ GỒ VÀ DẦM MÁI .48 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ DẦM MÁI 50 7.1 THIẾT KẾ PHẦN TỬ DẦM 65, TIẾT DIỆN (1) 50 7.1.1 Sơ tiết diện 50 7.1.2 Kiểm tra tiết diện chọn 51 7.1.2.1 Tính đặc trưng hình học tiết diện .51 7.1.2.2 Kiểm tra điều kiện bền theo điều kiện dầm chịu M N 52 7.1.2.3 Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt 52 7.1.2.4 Kiểm tra điều kiện ứng suất cục 53 7.1.2.5 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể 54 7.1.2.6 Kiểm tra ổn định cục cánh bụng xà ngang 54 7.1.2.7 Tính đường hàn liên kết cánh bụng xà ngang .55 7.2 LẬP BẢNG EXCEL TÍNH TỐN TẠI CÁC TIẾT DIỆN DẦM MÁI 56 CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ CỘT 60 8.1 THIẾT KẾ CỘT BIÊN, CỘT GIỮA 60 8.1.1 Trong mặt phẳng khung 60 8.1.2 Ngoài mặt phẳng khung 61 8.1.3 Thiết kế, kiểm tra cặp nội lực M max ,N tu 62 8.1.3.1 Kiểm tra ổn định tổng thể cột mặt phẳng uốn 65 8.1.3.2 Kiểm tra ổn định tổng thể cột mặt phẳng uốn 65 8.1.3.3 Kiểm tra ổn định cục cánh 68 8.1.3.4 Kiểm tra ổn định cục bụng 68 8.1.4 Kiểm tra tiết diện với cặp nội lực có |N|max .70 TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC CHƯƠNG 9: KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CHUYỂN VỊ CỦA HỆ KHUNG THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN II 72 9.1 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG CỦA ĐỈNH MÁI 72 9.2 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ NGANG CỦA ĐẦU CỘT VÀ ĐỈNH CƠNG TRÌNH 72 CHƯƠNG 10: THIẾT KẾ DẦM VAI 73 10.1 SƠ BỘ TIẾT DIỆN 73 10.2 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN 74 10.3 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN TẠI TIẾT DIỆN NGÀM VÀO CỘT 74 10.4 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ 75 10.5 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA BẢN CÁNH VÀ BẢN BỤNG DẦM 76 10.5.1 Kiểm tra ổn định cục cánh 76 10.5.2 Kiểm tra ổn định cục bụng dầm 76 10.6 TÍNH TỐN LIÊN KẾT HÀN BẢN CÁNH VÀ BẢN BỤNG CỦA DẦM VAI 76 10.7 THIẾT KẾ LIÊN KẾT DẦM VAI VÀO CỘT 77 10.8 CHỌN KÍCH THƯỚC SƯỜN GIA CƯỜNG CHO BỤNG DẦM VAI 78 CHƯƠNG 11: THIẾT KẾ LIÊN KẾT THEO TCVN .79 11.1 THIẾT KẾ LIÊN KẾT DẦM MÁI VỚI CỘT BIÊN 79 11.1.1 Thiết kế liên kết bulong 79 11.1.2 Tính toán kiểm tra liên kết hàn cột mặt bích 82 11.1.2.1 Tính toán đường hàn cánh cột .82 11.1.2.2 Tính tốn đường hàn bụng cột .82 11.2 THIẾT KẾ LIÊN KẾT DẦM MÁI VÀ CỘT GIỮA .84 11.2.1 Tính tốn bulong liên kết 84 11.2.2 Kiểm tra khả chịu cắt bulong .86 11.2.3 Tính tốn mặt bích 87 11.2.4 Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện dầm với mặt bích 87 TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC 11.2.4.1 Tính tốn đường hàn cánh dầm 87 11.2.4.2 Tính tốn đường hàn bụng xà 88 11.3 THIẾT KẾ LIÊN KẾT NỐI DẦM MÁI 89 11.3.1 Thiết kế liên kết nối dầm AB 90 11.3.2 Kiểm tra khả chịu cắt bulong .92 11.3.3 Tính tốn kiểm tra mặt bích 92 11.3.3.1 Tính tốn đường hàn cánh xà 93 11.3.3.2 Tính tốn đường hàn bụng xà: .93 11.3.4 Thiết kế liên kết nối dầm CD ( thiết kế cho vị trí nối dầm) 94 11.3.5 Kiểm tra khả chịu cắt bulong .96 11.3.6 Tính tốn kiểm tra mặt bích 97 11.3.6.1 Tính tốn đường hàn cánh xà 97 11.3.6.2 Tính tốn đường hàn bụng xà: .98 11.4 THIẾT KẾ LIÊN KẾT ĐỈNH DẦM MÁI Giữa (ĐỈNH D) 99 11.4.1 Tính tốn bulong liên kết 99 11.4.2 Kiểm tra khả chịu cắt bulong .101 11.4.3 Tính tốn mặt bích 101 11.4.3.1 Tính tốn đường hàn cánh cột 103 11.4.3.2 Tính tốn đường hàn bụng cột 103 11.5 THIẾT KẾ LIÊN KẾT ĐỈNH DẦM MÁI biên (ĐỈNH B) 104 11.5.1 Tính tốn bulong liên kết 104 11.5.2 Kiểm tra khả chịu cắt bulong .106 11.5.3 Tính tốn mặt bích 106 11.5.3.1 Tính tốn đường hàn cánh cột 108 11.5.3.2 Tính tốn đường hàn bụng cột 108 11.6 THIẾT KẾ LIÊN KẾT CHÂN CỘT VÀ MÓNG 109 TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC 11.6.1 Thiết kế chân cột chân cột biên 109 11.6.1.1 Tính tốn đế 109 11.6.1.2 Tính tốn dầm đế 112 11.6.1.3 Tính toán sườn A 114 11.6.1.4 Tính tốn sườn B 115 11.6.1.5 Tính tốn bulơng neo 117 11.6.1.6 Tính tốn đường hàn liên kết cột vào đế 119 TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ Đề bài: Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp tầng, nhịp theo số liệu bảng sau: Nhịp nhà Bước cột (m) (m) L1 L2 L3 24 36 24 Cao trình Đất tự Mặt nhiên (m) (m) Mặt ray (m) 0.0 11.7 Cầu trục Q (T) 16 Áp lực gió Chiều Độ độ cao 10m dài nhà dốc (m) i(%) q (daN/m2) 90 189 11 Mơ hình nhà cơng nghiệp tầng nhịp Dạng địa hình để tính gió dạng địa hình B Nhịp có hai cầu trục hoạt động với sức trục Q cho bảng Hai nhịp biên khơng có cầu trục, kích thước nhịp L1  L3 Vật liệu lợp mái: tole Sử dụng khung thép tiết diện chữ I tổ hợp Cột có tiết diện khơng đổi Dầm có tiết diện thay đổi 1.2 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Dựa vào số liệu đề sinh viên thực yêu cầu sau: - Lựa chọn vật liệu sử dụng: Mác thép, loại que hàn, cấp độ bền bu lông … TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC - Tạo nên sơ đồ kết cấu tồn cơng trình (khung ngang, khung dọc, hệ giằng mái, hệ - giằng cột…) Tính tốn tải trọng tác dụng, nội lực dầm, cột khung ngang Tính tốn cấu tạo mái tole, xà gồ, khung ngang Thể đồ án 1.3 CÁC THÔNG SỐ VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG - Loại cầu trục: có xe Chế độ làm việc: Trung bình (vừa) Dầm thép chữ I tổ hợp: tiết diện thay đổi (làm thép ASTM A572-50) Cột thép chữ I tổ hợp: tiết diện không thay đổi (làm thép ASTM A572-50) Cường độ thép ASTM A572-50: o Cường độ kéo/nén tính tốn: f  3450(daN cm ) o Cường độ chịu cắt tính toán: f v =1334(daN / cm ) o Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn: f u =4500(daN / cm ) - o Mô đun đàn hồi E s  2.1 �10 (daN cm ) Que hàn N46: - o Cường độ tính tốn f wf  2000(daN cm ) Bu lông: Cấp độ bên 8.8 o Cường độ tính tốn bu lông chịu kéo f tb  4000(daN cm ) o Cường độ tính tốn bu lơng chịu cắt f vb  3200(daN cm ) - Bê-tông B25 (mác 350): Cường độ nén tính tốn R b  145(daN cm ) , cường độ kéo - tính tốn R bt  10.5(daN cm ) , mơ-đun đàn hồi E b  300000(daN cm ) Dạng địa hình để tính gió: địa hình B (theo TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn tải trọng - tác động) Liên kết đỉnh cột với dầm: liên kết nút cứng Liên kết chân cột với móng BTCT: Liên kết ngàm mặt phẳng khung ngang, liên 2 kết khớp mặt phẳng khung ngang - � sin a =0.109 � a =6o16 ' � � cos a =0.994 � Độ dốc i =11% � góc nghiêng TRANG: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP 2.1 CHỌN CẦU TRỤC Từ số liệu: nhịp nhà L  36m , sức nâng cầu trục Q  16T  160kN , tra catalogue để chọn cầu trục phù hợp: - Nhịp cầu trục: Lcautruc  L  2  36  �0.75  34.5(m) Chiều cao cầu trục: H cautruc  H1  1.20 (m) (từ đỉnh ray tới điểm cao cầu trục) Bề rộng cầu trục (phương dọc nhà): Bcautruc  B  4.5m - Khoảng cách trục bánh xe cầu trục (phương dọc nhà): K cautruc  W  4.0(m) - Áp lực tối đa bánh xe cầu trục tác động lên ray: t t t Pmax-2  11.25(kN) Pmin-1  2.9(kN) Pmin-2  3.05(kN) ; - , Trọng lượng xe con: G xe  (kN) Trọng lượng toàn cầu trục: G  12.05(kN) Lực nén Tải trọn g Khẩ Tổng khối lên bánh u độ lượng xe max (m) (T) Pmax (T) 31 Lực nén lên Kích thước bánh xe Pmin (T) 16 t Pmax-1  11.3(kN) H3 B W C2 C1 H2 H1 (T) 11.05/12.0 11.3/11.2 2.90/3.0 155 450 400 123 183 200 120 5 0 0 0 2.2 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG NHÀ THEO PHƯƠNG ĐỨNG 2.2.1 Chiều cao phần cột H Cao trình đỉnh ray: dinhray Chiều cao dầm cầu chạy:  11.7(m) �1 � �1 � h dcc  � � � B� � � 9000  900 �1125(mm) 10 � � 10 � � Chọn sơ h dcc  900(mm)  0.9(m) Sơ chiều cao sơ ray có đệm: h ray  0.2(m) TRANG: , ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC Chân cột ngầm mặt hoàn thiện:   0.0(m) Chiều cao thực phần cột xác định theo công thức: H cot duoi  H dinhray    h dcc  h r  11.7  0.0  0.9  0.2  10.6(m) 2.2.2 Chiều cao phần cột Chiều cao cầu trục: Tra catologue với Q=16T, nhịp Lcc  28.5(m) � H cautruc  H1  0.820(m) Khe hở an toàn đỉnh cầu trục mép kết cấu mái: Chọn C  0.1(m) Chiều cao thực phần cột trên: H cottren  h dcc  h ray  H cautruc  C  0.9  0.2  1.2  0.1  2.4 (m) Chiều cao toàn cột: H cot  H cotduoi  H cot tren  10.6  2.4  13 (m) 2.3 KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG THEO PHƯƠNG NGANG NHÀ Số liệu: Nhịp nhà xưởng không cần trục (theo phương ngang nhà xưởng) L1  L3  24(m) Nhịp nhà xưởng có cầu trục (theo phương ngang nhà xưởng): L  36(m) Nhịp cầu trục: Lcautruc  34.5(m) Khoảng cách từ tim ray mép cầu trục: B1  2.5(m) Cao trình vai cột: H vaicot  H ray  h dcc  h ray  11.7  0.9  0.2  10.6 (m) Xác định khoảng cách từ tim ray đến trục định vị (trục định vị trùng với trục cột):   (L  L cautruc ) /  (30  28.5) /  0.75(m) 2.3.1 Sơ tiết diện cột Cột làm thép I tổ hợp có tiết diện không đổi, chiều cao tiết diện I xác định sơ theo công thức: �1 � h cot  � � � H cot  0.840 �0.630(m) 15 20 � � Chọn sơ bộ: h c  0.650(m) Bề rộng cánh tiết diện cột: Chọn sơ b f   0.3 �0.5  h c   0.3 �0.5  �650  217 �325(mm) bf 2100 2100   28 �35    28 �35   25.6 �32 tf f 3450 � t f  9.76 �12.5(mm) Chọn sơ t f  12(mm) , h w  h  2t f  650  �12  626(mm) hw  60 �120 � t w  5.22 �10.43(mm) tw TRANG: 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP h fyc  GVHD: TRẦN VĂN PHÚC Nk 6898.3   0.34  cm  �lw ( f w ) c 16 �1400 �0.9 Chiều cao đường hàn góc theo điều kiện cấu tạo: � �h f �1.2tmin  1.2 �8  9.6  mm  � �h f �h f   mm   Chọn hf = (mm) 8.16.3.2 Tính tốn đường hàn bụng cột Coi đường hàn chịu lực cắt Từ bảng tổ hợp nội lực dùng tổ hợp nội lực có giá trị lực cắt lớn gây tiết diện đỉnh xà để tính tốn Tổng chiều dài đường hàn tính tốn bụng (kể sườn): �l w =2 � 19.6  1  37.2  cm  Chiều cao đường hàn cần thiết: h fyc = Vcosα - Nsinα 699×0.994-2681×0.109 = =0.008  cm  37.2×1400×0.9 �lw (βf w )γ c  Chọn hf =6 mm TRANG: 115 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TRẦN VĂN PHÚC 8.17 THIẾT KẾ LIÊN KẾT CHÂN CỘT VÀ MÓNG 8.17.1 Thiết kế chân cột chân cột biên Do cột cột biên tiết diện, giá trị nội lực không chênh lệch lớn, để tiện thi cơng ta tính toán thiết kế lien kết chân cột cột biên giống nhau, tìm cặp nội lực nguy hiểm tiết diện để tính tốn thiết ké 8.17.1.1 Tính tốn đế Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn cặp nội lực gây nguy hiểm tiết diện chân cột C59, cặp nội lực có |M|max Nmax: CẶP Mmax Ntư Qtư 1,9 56681 237 9525 CẶP Mtư Nmax Qtu 1,2,12,15 17465 5933 2225 Chiều rộng đế: chọn theo cấu tạo Bbd =bcot +2c1 =24.8+2×10=44.8  cm  Với: - bcot = 24.8 cm - bề rộng tiết diện cột c1 = 10 cm (thường sơ từ 5-10 cm) Chọn Bbd = 45 cm Chiều dài đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bê tơng móng: N L bd � 2BψR bd b,loc � N + � � ψR 2B � bd � 6M + � � B ψR b,loc � bd b,loc ψ = 0.75 ứng suất phân bố không – hệ số phục thuộc vào đặc điểm phân phối tải trọng cục diện tích bị ép mặt R b,loc =αφ b R b =0.98×1.1×145=156.31 daN/cm  Trong đó: - Giả thiết dùng bê tơng móng B25 có Rb = 145 daN/cm2; Rbt= 10.5 daN/cm2 TRANG: 116 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP -   13.5 b  GVHD: TRẦN VĂN PHÚC Rbt 10.5  13.5 �  0.98 Rb 145 Am �1.5 Abd  Chọn b  1.1 Chiều dài đế tương ứng với cặp nội lực có Mmax Nmax là: Tính với cặp nội lực |M|max N tu L bd � 2BψR bd b,loc � N tu + � � ψR 2B � bd � 6M max + � � ψR b,loc � B bd b,loc L bd 237 237 � � 6×56681×100  + � =80.31 cm  �+ 2×45×0.75×156.31 �2×45×0.75×156.31 � 45×0.75×156.31 Tính với cặp nội lực Nmax � N max � N max 6M tu L bd � + � + � � ψR � ψR 2BψR 2B bd b,loc b,loc � bd b,loc � B bd Lbd 5933 5933 � � 6×17465×100  + � =45.13  cm  �+ 2×45×0.75×156.31 �2×45×0.75×156.31 � 45×0.75×156.31 Theo cấu tạo, chiều dài đế với giả thiết c2 = 13(cm) bề dày dầm đế 1(cm), chọn cho chiều dài đế không 30cm so với chiều cao tiết diện cột: L dd =h+2t dd +2c =65+2×1+2×11=93  cm   Chọn Ldd = 95 (cm) Tính ứng suất phản lực bê tơng móng phía đế cặp có Mmax tác dụng: σ max = N tu 6M max 237 6×56681×100 + = + =83.79 daN/cm 2 Bbd L bd Bbd L bd 45×95 45×95 σ = N tu 6M max 273 6×56681×100 = =-83.6 daN/cm 2 Bbd L bd Bbd Lbd 45×95 45×95     σ max ,σ