Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp

Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.Thiết kế khung ngang thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.

Áp lựcgió ở độcao 10m(daN/m2)

Chiềudài nhà(m)

Độ dốci%Đất tự

nhiên(m)

Mặt nền(m)

Mặt ray(m)

Bê tông: B20

Cường độ thép: CCT34 có ; ;

Công trình có 2 cầu trục, sức nâng trung bình

Vật liệu lợp mái: Tole

PHẦN 1: TÍNH TOÁN CHUNG

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

1 Các kích thước theo phương thẳng đứng

Chiều cao từ mặt ray đến đáy cầu trục:

: kích thước gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con (tra phụ lụcVI.2 sách TKKCT nhà CN) có

f: khe hở xét đến độ võng của kết cấu (lấy f = 400mm

Chiều cao dầm cầu trục :

Chiều cao cột trên (từ vai đỡ dầm cầu trục đến dạ vì kèo)

: chiều cao ray và đệm, sơ bộ lấy 200mm

Chiều cao của xưởng (từ nền nhà đến đáy của vì kèo)

Chiều cao cột dưới (từ bản đế chân cột đến chỗ đổi tiết diện)

2 Các kích thước theo phương ngang

Do nhịp nhà L=24m >18m nên có modun là 6m

Chiều cao tiết diện cột trên:

a: khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, và a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục Do sức trục Q < 75T nên chọn a = 250mm

Chọn :

Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột dưới

: Khoảng cách từ trục ray đến mép ngoài của cầu chạy lấy theo catalo cầu chạy khoảng

200 – 500mm, ta lấy

: Khe hở an toàn của cầu trục và mép trong của cột trên trong khoảng 60-75mm, lấy D=75mm

Chiều dài cột dưới:

Theo điều kiện cấu tạo ta chọn

a Bố trí giằng ở mặt phẳng cánh dưới

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, nó cùng giằng cánh

trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà làm gối

tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tường hồi nên gọi là dàn gió

A

khe nhi?t 500

Trong mỗi trục dọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng các cột khác dựa vào tấm

cứng bằng các thanh chống dọc Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục các thanh giằng và các

thanh chéo chữ thập Các thanh giằng bố trí suốt chiều cao của 2 cột đĩa cứng trong phạm vi đầu

dàn chính là hệ giằng đứng của mái Lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa cùa dàn kèo

Lớp dưới bên dưới dầm cầu trục cho đến chân cột Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng

trục cột Các thanh giằng lớp dưới đặt trong mặt phẳng 2 nhánh Tấm cứng được đặt vào khoảng

giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở khối nhiệt độ Trong các gian đầu và cuối nhà

bố trí giằng lớp trên giằng này làm tang độ cứng dọc nhà, truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa

cứng Việc bố trí giằng cột được thể hiện như sau:

500500

III THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI

Trị số tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên xà gồ có thể xác định theo công thức:

- Tĩnh tải + hoạt tải

Trong đó:

Sơ bộ kích thước xà gồ: Chọn thép hình C150x75 có TLBT và khoảng cách

Vật liệu lợp mái là Tole có độ dày 10mm

Phân tải trọng theo 2 phương:

- Trọng lượng dầm cầu trục: do sức trục dưới 30T nên lấy theo kinh nghiệm là

- : áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray ở phía cột bên kia

- : sức nâng thiết kế cầu trục

- : trọng lượng toàn bộ cầu trục

- : số bánh xe cầu trục ở 1 bên ray

- : tung độ đường ảnh hưởng

Lực hãm ngang của cầu trục

Trong đó:

- : hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục,

- : hệ số tổ hợp, do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình nên

- : lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục

4 Tải trọng gió

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang phụ thuộc vào địa điểm xây dựng và hình dáng côngtrình Trị số tải trọng gió tác dụng lên cột và xà ngang áp dụng theo công thức

Trong đó:

- : hệ số vượt tải của gió

- : áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào phân vùng gió (địa điểm xây dựng)

- : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao phụ thuộc vào địa hình

- : hệ số khí động phụ thuộc vào dạng nhà

- : bề rộng truyền tãi trọng gió vào khung (bước khung)

2 1

Kích thước chính của sơ đồ tính toán

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải

Quy ước dấu theo sức bền vật liệu

- Tĩnh tải

Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15 Trọng lưởng bản thân xàngang chọn sơ bộ 1 kN/m Tổng tĩnh tải tác dụng lên xà ngang

Quy tải tập trung đặt tại đỉnh cột:

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ 1 kN/m Quy thành tải tập trung và moment lệch tâm đặt tại cao trình vai cột

Theo TCVN 2737-1995, trị số hoạt tải thi công, sửa chữa mái là 0.3 Hệ số vượt tải 1.2

Quy đổi tải thành phân bố đều trên xà ngang

- Hoạt tải cầu trục

Trị số moment lệch tâm tương ứng

69.94 39.46

-120.98 120.98

29.34

-134.05

5.9

-35.47 -17.29

33.86 47.35

M

V

N

33.86 -49.61

-6.53 -77.9

61.6

61.6

61.6 41.9 80.42

BẢNG THỐNG KÊ NỘI LỰC

(Đơn vị tính - kN; kNm)Cấu

kiện diệnTiết Nội

-74.34 -12.69 -75.79

-83.09 -13.96 -44.07

-56.14 -8.64 -33.67

-77.9 -8.64 -10.4

1074 171 87.98

-473 75.3 61.6

65.75 11.8 -565

-81.4 -11.8 -171

96.3 11.9 1

40.9 3.3 1 Đỉnh

cột

M V N

45.58 -12.69 -72.56

48.81 -13.96 -44.07

25.53 -8.64 -33.67

3.29 -8.64 -10.4

-91.54 75.6 87.98

-56.3 -12.9 61.6

117.1 11.8 -565

30 -11.8 -171

16.2 11.9 1

9.74 3.3 1 Cột

trên

Châ

n cột

M V N

40.3 -12.69 -62.66

48.81 -13.96 -44.07

25.53 -8.64 -33.67

3.29 -8.64 -10.4

-91.54 75.6 87.98

-56.3 -12.9 61.6

-106.4 11.8 2.16

-54.5 -11.8 2.16

16.2 11.9 1

9.74 3.3 1 Đỉnh

cột

M V N

107.6 -12.69 -60.75

122.8 -13.96 -44.07

71.37 -8.64 -33.67

49.61 -8.64 -10.4

-350.4 22.1 87.98

-80.42 22.1 61.6

-43.9 11.8 2.16

8 -11.8 2.16

16 3.3 1

7.73 3.3 1 Xà

-107.6 -32.4 -25.24

-122.8 -36.61 -28.22

-71.37 -28.94 -19.77

-49.61 -6.53 -11.59

350.4 75.08 50.9

80.42 50.3 41.9

43.9 6.07 -12.3

-8 2 -11.8

16 2.06 2.76

7.73 0.2 3.43 Cuối

xà

M V N

-48.42 -20.15 -20.8

-55.03 -22.81 -23.18

-36.29 -15.14 -14.73

-21.79 -6.53 -11.59

188 50.45 41.91

8.05 28.1 33.77

18.05 6.07 -12.3

-16.5 2 -11.8

14.1 2.06 2.76

8.58 0.2 3.43 Xà

-48.42 -20.15 -20.8

-55.03 -22.81 -23.18

-36.29 -15.14 -14.73

-21.79 -6.53 -11.59

188 50.45 41.91

8.05 28.1 33.77

18.05 6.07 -12.3

-16.5 2 -11.8

14.1 2.06 2.76

8.58 0.2 3.43 Cuối

xà

M V N

69.94 4.35 -11.92

80.5 4.79 -13.11

33.86 12.46 -4.65

33.86 -6.53 -11.59

-136.7 1.2 23.92

-136.7 -16.3 17.5

-33.64 6.07 -12.3

-33.6 2 -11.8

10.3 2.06 2.76

10.29 0.2 3.43

-104.89-12.79-641.79

1038.11 162.54 -504.21

-684.87328.926-214.813

-176.616-25.344-624.853

Đỉnh

cột

MVN

178.8911.01-636.56

-45.9662.9115.42

178.8911.01-636.56

209.49-3.924-619.823

180.31-25.34-621.62

89.11-26.65-106.73

-82.31-12.79-61.5

89.11-26.65-106.73

-152.43555.2617.566

Đỉnh

cột

MVN

230.4-26.65-104.82

-242.89.4127.23

230.4 -26.65 -104.82

232.277-32.904-97.569

-261.6714.8519.476

242.842.6825.66

-230.4-69.01-53.46

-230.4-69.01-53.46

261.6742.48911.984

-232.28-63.73-64.35

-232.28 -63.73 -64.35

Cuối

xà

MVN

139.5830.321.11

-103.45-42.96-43.98

103.45-42.96-43.98

149.71532.5728.333

-120.52-39.06-55.37

-120.52-39.059-55.37

139.5830.321.11

-103.45-42.96-43.98

-103.45-42.96-43.98

149.71532.5728.333

-120.52-39.059-55.37

-120.52 -39.059 -55.37

VI THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

1 Chọn và kiểm tra tiết diện cột

Chiều dài tính toán của cột

Cột dưới:

Cột trên:

Do

Nên có thể lấy trị số theo bảng 3.2 ( sách TKKCT-NCN của Đoàn Định Kiên)

Khung có cột đầu ngàm cố định (khung nhiều nhịp, dàn liên kết cứng với cột)

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung lấy bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà Đối với phần cột dưới, đó là khoảngcách từ bản đế chân cột (mặt trên móng) đến chỗ tựa dầm cầu trục (mép trên của vai cột)

Đối với phần cột trên, là khoảng cách từ mặt trên dầm hãm đến hệ giằng dọc cánh dưới hàn

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng:

Diện tích sơ bộ:

Tính chất đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

Tra bảng D.9 trang 101 TCVN 5575:2012

Ta có:

Với và , tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy

Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài

Điều kiện ổn định cục bộ của bán cánh và bản bụng

Diện tích tiết diện cột, không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộ:

Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột từ kết quả tính toán bằng phần mềm SAP do tổ hợp tĩnh tải

và tải trọng gió trái tiêu chuẩn

b Cột dưới

V = 162.54 kN Đây là cặp nội lực do tổ hợp 1,5,7,9 gây ra

Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng:

Bề rộng tiết diện cột chọn theo điều kiện cấu tạo và độ cứng:

Ta có:

Tra bảng IV.2 trang 93 sách TK khung thép NCN – Phạm Minh Hà

nội suy

Điều kiện ổn định tổng thể của cột ngoài

Điều kiện ổn định cục bộ của bán cánh và bản bụng

M = -232.28 kNm

V = -63.73 kN

Đây là cặp nội lực do tổ hợp 1,2,8,10 gây ra

Moment chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức:

Chiều cao tiết diện xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu (sơ bộ

Bề dày bản bụng xác định từ điều kiện chịu cắt

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh có thể xác định theo công thức:

Theo yêu cầu cấu tạo ổn định và cục bộ, kích thước tiết diện bản cánh được chọn là

Các đặc trưng hình học:

Tại tiết diện đầu xà có moment uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

Ta có:

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng

Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén (không phải đặtsườn dọc)

Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp tiếp (không phải đặtsườn cứng)

Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp tiếp và ứng suất pháp(không kiểm tra các ô bụng)

d Xà ngang 8m (tiết diện không đổi)

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực tính toán

N = -55.37 kN

M = -120.52 kNm

Bề dày bản bụng xác định từ điều kiện chịu cắt

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh có thể xác định theo công thức:

Theo yêu cầu cấu tạo ổn định và cục bộ, kích thước tiết diện bản cánh được chọn là

Các đặc trưng hình học:

Do nên tiết diện xà ngang được tính toán kiểm tra theo điều kiện bền

Tại tiết diện đầu xà có moment uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

Do tiết diện xà đã chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn xà 4m nên không cần kiểm tra ổn định cục

Chiều cao dầm vai xác định sơ bộ từ công thức :

Các đặc trưng hình học của tiết diện dầm vai

Trị số ứng suất tiếp và ứng suất pháp tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng dầm vai

Kiểm tra ộn định cục bộ bản cánh và bụng dầm vai:

- Bản cánh:

- Bản bụng:

Theo cấu tạo chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết:

- Phía trên cánh (2 đường hàn):

- Phía dưới cánh (4 đường hàn):

- Ở bản bụng (2 đường hàn):

Diện tích, momen chống uốn của các đường hàn trong liên kết

Chiều dài của bản đế xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:

Với

Theo cấu tạo và khoảng cách bố trí bu lông neo, chiều dài của bản đế là:

Ứng suất phản lực của bê tông móng dưới bản đế

Bề dày của bản đế chân cột xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế do ứng suất phản lực bêtông móng Xét các ô bản đế:

Ô 1 (bản kê 3 cạnh)

Tra bảng, nội suy ta có (bảng 2.4 trang 36 – sách TKKT NCN – Phạm Minh Hà)

Ô 2 (bản 2 cạnh liền kề)

Lực truyền vào một dầm đế do ứng suất phản lực của bê tông móng:

Theo cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm đế vào cột là Từ đó xác định chiều dàitính toán của đường hàn liên kết dầm đế vào cột:

Khả năng chịu lực của đường hàn

- Tính toán sườn B

Bề rộng truyền tải vào sườn là

Ta có:

Chọn bề dày sườn chiều cao của sườn xác định từ điều kiện chịu uốn

Kiểm tra lại tiết diện sườn

Theo cấu tạo chọn

Diện tích và momen chống uốn của đường hàn

Khả năng chịu lực của đường hàn

- Tính toán bu lông neo

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán tại tiết diện chân cột:

Tổng lực kéo trong thân các bu lông neo ở phía chân cột

Chọn bu lông neo mác 09Mn2Si có Diện tích cần thiết:

Chọn bu lông có

Tính lại tổng lực kéo trong thân của bu lông neo ở 1 phía chân cột

: khoảng cách 2 dãy bu lông neo ở 2 biên của bản đế

Vì nên đường kính bu lông chọn là đạt yêu cầu

- Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế

Lực kéo trong bản cánh cột do momen và lực dọc gây ra

Tổng chiều dài tính toán các đường hàn liên kết ở một bản cánh cột

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản cánh cột

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết ở bản bụng cột

Kết hợp cấu tạo chọn

d Liên kết cột và xà ngang

Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết này là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu long tại tiết diện cột

M = 230.4 kNm

- Tính toán bu lông liên kết

Chọn bu lông cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính dự kiến d = 20mm

Phía ngoài của cột bố trí 1 cặp sườn gia cường cho mặt bích , với kích thước như sau

Bề dày

Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước của mặt bích)

Chiều cao

Khả năng chịu kéo của một bu lông (tra bảng 10 trang 20 TCVN 5575:2012)

Khả năng chịu trượt của một bu lông

Với :

 : cường độ tính toán chịu kéo của bu lông cường độ cao

 A: diện tích thân bu lông

 : hệ số điều kiện làm việc do n = 14 > 10

 : hệ số ma sát và hệ số tin cậy của liên kết

 : số lượng ma sát của liên kết

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng

: khoảng cách giữa 2 dãy bu lông ngoài cùng

: khoảng cách từ dãy bu lông thứ i trong liên kết đến tâm quay

Do nên bu lông đủ khả năng chịu lực

Khả năng chịu lực cắt cũa các bu long

- Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang với mặt bích)

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn)

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích

Vậy chọn chiều cao đường hàn

- Tính toán bu lông liên kết

Chọn bu lông cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính dự kiến d = 20mm

Phía ngoài của cột bố trí 1 cặp sườn gia cường cho mặt bích , với kích thước như sau

Bề dày

Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước của mặt bích)

Chiều cao

Khả năng chịu kéo của một bu lông (tra bảng 10 trang 20 TCVN 5575:2012)

Khả năng chịu trượt của một bu lông

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng

Khả năng chịu cắt của các bu lông

Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn

Chọn t = 2 cm

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn)

Lực kéo trong bản cánh dưới do momen, lực dọc và lực cắt gây ra

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích

- Tính toán bu lông liên kết

Chọn bu lông cường độ cao cấp độ bền 8.8, đường kính dự kiến d = 20mm

Phía ngoài của cột bố trí 1 cặp sườn gia cường cho mặt bích , với kích thước như sau

Bề dày

Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước của mặt bích)

Chiều cao

Khả năng chịu kéo của một bu lông (tra bảng 10 trang 20 TCVN 5575:2012)

Khả năng chịu trượt của một bu lông

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng

Khả năng chịu cắt của các bu lông

Bề dày của mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn

Chọn t = 2 cm

Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn)

Lực kéo trong bản cánh dưới do momen, lực dọc và lực cắt gây ra

Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích