Tính toán thiết kế hệ thống kết cấu khung thép nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp có cầu trục hoạt động

PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG * Nội dung đồ án : tính toán thiết kế hệ thống kết cấu khung thép nhà công nghiệp tầng, nhòp có cầu trục hoạt động : Các số liệu chung : * Đòa điểm xây dựng : thành phố Cần Thơ với áp lực gió tiêu chuẩn ứng với vùng IIA, chòu ảnh hưởng bão, q0 = 83 daN/m2 * Qui mô công trình : - Sức naââng cầu trục Q = 10 (T) - Chế độ làm việc trung bình - Chiều dài công trình b =74 (m), bước cột khung B = (m) - Chiều rộng nhòp L = 30 (m) - Cao trình đỉnh ray Hr = (m) Bảng I-1: số liệu cầu trục chế độ làm việc trung bình Sức trục Q Nhòp LK Chiề u cao gabar Khoả ng cách Đồ án thép nhà cơng nghiệp Bề rộng gabarit Bề rộng đáy Trọng lượng cầu Trọng lượng xe p lực Pmax p lực Trang: (T) (m) it HK (m) 10 28 0.96 Zmin (m) BK (m) 0.18 5.3 KK (m) truïc G (T) Gxe (T) (T) Pmin (T) 4.6 12.78 0.833 8.19 3.2 I.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG: I.1: Xác đònh kích thước theo phương đứng: Chiều cao từ mặt ray đến đáy xaø ngang: H2 = HK + bK = 0.96 + 0.3 (m) > Choïn: H2 =1.26(m) o bK= 0.3 (m) khe hở an toàn cầu trục xà ngang Điều kiện: bK≥ 0.2 (m) Chiều cao khung ( tính từ móng đến đáy xà ngang) H = H1 + H2 +H3 = + 1.26 + =7.26 (m) o H3 = 0: phần cột chôn coi mặt móng cốt ±0.000 Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: Ht = H2 + Hr + Hdct = 1.26 + 0.2 + 0.6 = 2.06 (m) o Hr = 0.2 (m) chiều cao ray đệm Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: Hdct = 0.6 (m) chiều cao dầm cầu trục Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột:a Hd = H – Ht = 7.26– 2.06 = 5.2 (m) I.2 Xác đònh kích thước theo phương ngang nhà: Khoảng cách từ tim ray trục đònh vò ( Q 10 (T) < 30 (T) nên trục đònh vò trùng với mép cột => a = 0) : Chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng :  chọn h = 50 (cm) Kiểm tra khe hở cầu trục vaø khung : Z = L1 – h = – 0.5 = 0.5 (m) > Zmin = 0.18 (m)  thỏa I.3 Kích thước dàn mái hệ giằng: * Dàn mái: có cấu tạo hình vẽ Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: Hình 1.5 Sơ đồ giằng cửa mái * Hệ giằng: - Nhiệm vụ hệ giằng nhà công nghiệp : Đảm bảo tính bất biến hình hệ thống kết cầu khung nhà xưởng Ổn đònh hệ khung dựng lắp Giảm bớt tải trọng theo phương dọc nhà Đảm bảo làm việc không gian hệ thống khung nhà xưởng, chòu lực hãm ngang cầu trục - Cấu tạo : gồm hệ thống : Giằng cột, bao gồm giằng cột giằng cột Giằng cột bố trí khối nhiệt độ, giằng cột bố trí khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới), hai đầu khối nhiệt độ Giằng mái, gồm khối hộp sáu mặt mái, bố trí khối nhiệt độ, hai đầu khối nhiệt độ cách khoảng 10-30 m Mỗi khối hộp gồm mặt bên dàn mái, mặt đầu khối hộp giằng đứng đầu dàn Các dàn khác không nằm khối hộp tựa vào khối hộp thông qua panen mái, hệ giằng đứng dán, xà gồ chống … * Hệ thống giằng cánh dưới: Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: * Hệ giằng đứng : SƠ ĐỒ GIẰNG ĐỨNG TL: 1/250 * Hệ giằng cột: Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: I.4 – Thiết kế xà gồ mái: Xà gồ mái khung thép nhẹ thường dùng thép tạo hình thép nguội thành mỏng tiết diện chữ C chữ Z ( ta chọn tiết diện chữ C để thiết kế) Vì xà gồ có độ cứng nhỏ chòu uốn theo phương mặt phẳng mái nên thường cấu thêm hệ giằng xà go baống theựp troứn coự ủửụứng kớnh ỵ12 - 20 Xà gồ tính toán cấu kiện chòu uốn xiên Sơ đồ tính dầm đơn giản dầm liên tục ( tùy vào cấu tạo mối nối xà gồ hệ giằng xà gồ) Tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ: +trong đó: - Chọn thép chữ C số hiệu 16 o = 20 (kg/m2) – Trò số tiêu chuan trọng lượng lớp mái o = 30 (kg/m2) – Trò số tiêu chuan hoạt tải mái o = 14.2 (kg/m2) – Trò số tiêu cuẩn trọng lượng than xà gồ o = 1.2 – Hệ số vượt tải tónh tải mái Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: o = 1.3 – Hệ số vượt tải hoạt tải mái o axg = - Khoảng cách bố trí xà gồ mặt o = 8.530 – Góc dốc mái Phân loại tải theo phương: choïn qx = 206 (kg/m) choïn qy = 31 (kg/m) Kiểm tra tiết diện xà gồ; Vì xà gồ có hệ giằng nên ( thỏa) Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: PHẦN XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG I XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN KHUNG NGANG: I.1 - Tónh tải: * Tónh tải tác dụng lên khung ngang bao gồm : - Trọng lượng thân kết cấu chòu lực (xà ngang, giằng mái, cửa mái, xà gồ … ) - Trọng lượng thân cột, dầm cầu chạy, dầm hãm, hệ giằng cột cột - Vật liệu lớp mái (tole sắt tráng kẽm…) - Kết cấu bao che xung quanh (tole sắt tráng kẽm) * Tải trọng thường xuyên : Trọng lượng thân kết cấu chòu lực mái : (tải trọng tính toán nhân hệ số vượt tải) Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: - Mái tole thiếc đòn tay thép hình : 20 (daN/m2) => Trọng lượng tiêu chuẩn Trọng lượng toán mái là: o Với độ dốc i = 15% ta có cosα = 0.989 - Trọng lượng cầu mái hệ giằng: -Trong : o n = 1.2 : hệ số vượt tải => Vậy tổng tải trọng phân bố sườn ngang : I.2 - Hoạt tải: tải trọng tạm thời (tải trọng sửa chữa) : Tải trọng sửa chữa mái tải trọng người thiết bò sửa chữa, vật liệu sửa chữa mái Đối với trường hợp mái lợp tole sắt tráng kẽm (vật liệu nhẹ) theo quy phạm tải trọng tác động TCVN – 2737 – 1995 lấy 30 daN/m2 Với hệ số hoạt tải n = 1.3 I.3 - Áp lực thẳng đứng cầu trục tác dụng lên vai cột: - Ta có: +Trong đó: o n = 1.1 - Hệ số vượt tải Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: o nc = 0.9 – Hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy đồng thời tải tối đa cầu trục hoạt động nhòp o ∑Yi : Tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa vò trí bánh xe cầu trục o Pmax = 8.19 (T) – Áp lực lớn tiêu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray (Tra baûng II-3) o Pmin = 3.2 (T) - Áp lực nhỏ tiêu chuẩn bánh xe cầu trục lên ray (Tra bảng II-3) Với: -Và: o Q = 16 (T) – Sức nâng thiết kế cầu trục o G = 11.18 (T) – Trọng lượng toàn cầu trục o n0 = – Số bánh xe cầu trục bên ray Vậy trò số áp lực đứng tính toán cầu trục truyền lên vai cột: Các lực Dmax va D in thông qua ray dầm cầu trục truyền m vào vai cột, có e độ lệch tâm từ trục ray đến trục cột Có: =>Mmax = Dmax * e = 13700 * 0.75 = 10275(kg.m) =>Mmin = Dmin * e = 5400* 0.75 =4050 (kg.m) Lực xô ngang cầu trục: -Ta giả đònh cầu trục sử dụng móc mền ( fms = 0.1) -Tổng lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 10  Chọn thép 2L 125x8 ta được: rx = 3.87 (cm) > rxyc  ry = 5.53 (cm) > ryyc  (thoaû) (thoaû)  A=2*Ag =2*19.7= 39.4( cm2) Kiểm tra ứng suất thanh: Trong đó: λmax =138.76 ( Tra Baûng D.8-trang 99/TCVN 338:2005)  ϕ = 0.37 N = -10173.2(kg) A = 39.4 (cm2)  (thoả) Vậy tiết diện cánh 2L 125x8 II- TÍNH LIÊN KẾT HÀN GIỮA CÁC THANH VỚI BẢN MÃ: - Kích thước yêu cầu của1 đường hàn: hh ≥ 0.4 (cm) lh ≥ (cm) Chọn que hàn N42: hh =0 6(cm), α = 0.7; fwf = 1800(kg/cm2) – (Tra bảng 8-trang 17/TCVN 338:2005) - Lực tính toán lấy nội lực lớn dàn N= 14241.91 (kg) Đường hàn sóng: Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 51 > chọn lhs= (cm) +Đường hàn mép: > chọn lhm = (cm) Vậy thi công tất đường hàn liên kết mã với dàn có chiều dài tuỳ theo cấu tạo mà ta chọn đường hàn thi công dễ dàng III- THIẾT KẾ CÁC MẮT DÀN: Mắt liên kết dàn với cột: Ta thiết kế nút nút liên kết cứng với cột a) Nút (a): (Nút dưới) Dàn liên kết cứng vào cột thông qua mắt dàn : mắt mắt đầu dàn Mắt chi tiết quan trọng vừa chòu lực ngang (do mômen đầu dàn gây ra), vừa chòu phản lực thẳng đứng truyền vào cột (do xiên đầu dàn truyền vào) Cầu tạo mắt gồm có mắt, gối gối đỡ - Nội lực nút (a) :biểu diễn theo hình vẽ, R phản lực gối đỡ - Các tiêu hình học liên kết nút nút dàn (a) biểu diễn theo hình vẽ : Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 52 - Ta chọn số bu lông liên kết n = 8, bố trí trọng tâm vùng liên kết bulông trùng với điềm đặt lực H, fba =1900 (kg/cm2) – (Tra Baûng 12 – trang 12/TCVN 338:2005) +Lực H: thành phần lực không xảy lúc H1=7514(kg) - gây nén H2=7749(kg) - gây kéo => Lực ép P có giá trò khác không xảy lúc  ta chọn giá trò lớn để tính toán Tính phản lực R’: R’ = 10173.12*cos45o = 7193.5 (kg) Tính toán bu lông: - Do trọng tâm bu lông trùng với điểm đặt lực H > lực kéo lớn bu lông xa tâm quay nhất:  Đường kính thân bulông (đã giảm yếu): - Chọn đường kính bu lông: = 1.8 (cm) , lỗ đinh d =18 cm - Khoảng cách lớn bu lông : 8d = 8*18 =144 cm, chọn cm - Khoảng cách nhỏ từ bu lông đến mép sườn gối 2*d= 2*1.8=3.6 (cm), chọn cm - Chiều dài sườn gối: > Chọn ls = 32 (cm) - Chọn khoảng cách hàng bu lông b1 =12 (cm) > Chọn bề rộng sườn gối bs = 20cm Tính toán δ s: Thoả mãn điều kiện sau: với bs =20 (cm), Rem = 4000(kg/cm2 ) Đồ án thép nhà công nghiệp Trang: 53   δs ≥ (cm)  - Chọn δs =2 (cm) + (thoả ) - Chọn δg = (cm)  Tính toán đường hàn liên kết gối đỡ vào cột: - Mỗi đường hàn chòu lực 1.5 R’= 1.5*7749 = 11623.5 (kg) - Chọn: hh = 0,6cm , fwf = 1800 (kg/cm2) Chiều dài đường hàn : - Chiều dài đường hàn bên gối đỡ: lh = 20 (cm), Gối đỡ có chiều dài lg = 23 (cm)  Tính toán đường hàn liên kết mã vào sườn gối: - Chiều cao yêu cầu đường hàn: với lh = ls -1= 35-1= 34 cm - Khoảng cách từ lực H đến chiều dài đường hàn e = (cm) - Hệ số điều kiện làm việc γ =1 - Choïn: β = 0.7 ; (βfw)min = 1260 (kg/cm2) Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 54 ->Chọn hh =0.6 cm Đầu mút cánh nên cách xiên lc ≥ 3cm b) Nút (d), (f): (nút trên) - Sơ đồ nội lực nút (b): với P lực tập trung tác dụng nút xảy trường hợp nội lực - Các tiêu hình học nút dàn (b) biểu diễn theo hình vẽ: - Do nội lực cánh tương đối nhỏ nên lực tập trung P lấy trường hợp có tónh tải hoạt tải sửa chữa tác động lên mái  P = 1724 kg - Tính toán bu lông đònh vò: (có thể chòu lực cắt P) ; P ≤ n.[Ncbl] +Trong đó: nc =2;fba =1800 (kg/cm2) ; P = 1724(kg); n = : soá bulông  Đường kính thân bu lông: >Chọn = 3cm (theo cấu tạo);d= 3.4 cm  Khoảng cách cấu tạo bu lông: 4*d = 4*3.4 =13.6 (cm) Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 55 c)Nút có cánh: gồm nút (c), (d) & (f) - Sơ đồ nội lực nút (c): - Liên kết hình học nút (c) : - Ta có: P = 101773.12*sin35o-110173.12*sin 52o = 1724 (kg) => Pmax=1724(kg) - Nội lực tính toán đường hàn liên kết cánh vào mã: ∆N = 11994.24 – 670.96 = 11323.28 (kg) - Đường hàn sống mép liên kết cánh với mã tính toán với nội lực: Với: k = 0.7 P*sinα = 1724*sin9o = 270 (kg) có hướng ngược với hướng ∆N P*cosα = 1724*cos90 = 1703 (kg)   Đồ án thép nhà công nghiệp Trang: 56 Tại công trường hàn tay nên ta có: βh = 0.7; βt = 1; fwf = 1800 (kg/cm2); (β*fw)min = 0.7*1800 = 1260 (kg/cm2) Choïn: hhs = hm = 0.6 (cm).Với hệ số điều kiện làm việc cánh γc =1  Chiều dài đường hàn sống mép: - Chọn theo cấu tạo lhs = (cm) > Chọn theo cấu tạo lhm = (cm) d) Nút (d, (f) có nối: Do thép có đủ chiều dài nên cần phải nối thép, công trường ta nối thép cách dùng thép chữ L không cạnh để ghép thép cánh lại với đường hản tính toán hợp lý (đường hàn công trường) : - Sơ đồ nội lực nút liên kết hình học nút : - Quá trình tính toán nút tương tự nút (c), (e) với P =1724 (kg) Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 57 - Nội lực tính toán đường hàn liên kết cánh vào mã:∆N = 0kg - Đường hàn sống &mép liên kết cánh với mã tính toán với nội lực: Với:k = 0.7 Psinα = 1724*sin9o = 270 (kg) có hướng ngược với hướng ∆N Pcosα = 1840*cos90 = 1703 (kg)   Tại công trường hàn tay nên ta có: βh = 0.7; βt = 1; fwf = 1800 (kg/cm2); (β*fw)min = 0.7*1800 = 1260 (kg/cm2) Chọn: hhs = hm = 0.6 (cm).Với hệ số điều kiện làm việc cánh γc =1  Chiều dài đường hàn sống mép:  Chọn theo cấu tạo lhs = (cm)  Tính toán mối nối: - Chọn nối 2L 140x90x8  Agh =2*18=36 (cm2) - Nội lực tính toán mối nối Nq = 1.2*11994.24 = 14393.1 (kg) Đồ án thép nhà công nghiệp Trang: 58 - Diện tích qui ước mối noái: Aq = 2Agh + Abm = 2*36 + 30 = 102 (cm2); với Abm =2bδbm = 2*12.5*1.2 =30 (cm2) - Kiểm tra độ bền nối: (thỏa) - Phần nội lực truyền vào ghép tính theo công thức: Ngh = σq.Agh =141.11*36 = 5080 (kg) - Chọn chiều cao đường hàn hh = 0.6 (cm)  Chiều dài đường hàn nối: > Chọn lhbn = (cm) e) Nút (i), (j): Tương tự ta dùng ghép thép chữ L không cạnh để ghép cánh lại với nhau, với chiều dài đường hàn tính toán hợp lý - Sơ đồ nội lực nút (f) : -Liên kết hình học nút : Tính toán mối nối: (các đường hàn công trường) - Nội lực tính toán mối nối: Nội lực cánh max = 13887.64 (kg) Nq= 1.2*13887.64 = 1665.17 (kg) - Dieän tích tiết diện nối quy ước : Chọn nối thép L 100x63 Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 59 Aq = 2Agh + Abm = 2*12.6 + 30 = 55.2 (cm2) ; với Abm = 2bδbm =2*12.5*1.2 = 30 (cm2) - Do cần nối thép góc có bề dày nên ta chọn cách nối thép góc tương ứng nên ta chọn nối 2L 110x70x8  Agh =2*12.6=25.2 (cm2) - Kiểm tra ứng suất ghép: >(thỏa) - Phần nội lực truyền vào ghép tính theo công thức: Ngh = σqAgh = 251.59*25.2 = 6340.1 (kg) - Chọn chiều cao đường hàn hh = 0.6 (cm)  Chiều dài đường hàn nối: > Chọn lhbn = (cm) f)Nút nối dàn trường: (nút đỉnh dàn (e)) Để thực việc khuếch đại dàn, mắt mặt đỉnh dàn chia làm hai, phần gắn với dàn Khi đến công trường, hai mắt nối với thông qua nối Đồng thời, ta sử dụng phủ để trùm lên toàn mắt khuếch đại dàn Lực dọc cánh coi chia thành thành phần : Nbm Nbp Phần Nbm truyền vào mắt thông qua bốn đường hàn : hai đường hàn mép hai đường hàn sống Phần Nbp truyền vào phủ thông qua bốn đường hàn, bốn đường hàn điều liên kết phủ vào phần cánh nằm ngang thép góc Sau truyền vào mắt, Nbm truyền qua nối Ngoài nối chòu thành phần nằm ngang xiên Sau truyền vào phủ, ta thấy đỉnh dàn, nơi phủ bẻ gập theo độ dốc hai dàn, hình thành hợp lực hướng Để cân lực này, ta bố trí sườn đứng Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 60 bên vò trí Sườn làm nhiệm vụ liên kết với chống dọc nhà, giằng dọc nhà … - Sơ đồ nội lực nút đỉnh dàn: - Liên kết hình học nút đỉnh dàn (nút nối dàn): - Các mối hàn liên kết ta chọn:hh = 0.6 (cm); βh =0.7; fw =1800 (kg/cm2) - Bản mã nối ốp bên mã, việc tính toán nối đường hàn liên kết chúng vào mã thực với nội lực truyền qua nối: Nbn = Nbmcosα + 1.2Nxcosβ +Trong đó: Nbm = 1.2Nc -Ngh ; với: o Nc :là nội lực cánh = 14241.92 (kg) o Nội lực bụng Nx = 1869.71 (kg) o Ngh nội lực từ cánh truyền qua ghép tính theo công thức: Ngh = σq*Agh o Agh diện tích tiết diện phủ xác đònh thông qua diện tích tiết diện nối quy ước: Aq = Abp + Abm ;Với : Abm =2bδbm =2*12.5*1.2 = 30 (cm2).ø Với:Nq = 1.2*Nc =1.2*14241.92 = 17090.3 (kg) Đồ án thép nhà công nghiệp Trang: 61 - Chọn tiết diện phủ 1.2x28  Abp = 33.6 (cm2)  Aq = 33.6 + 30 = 63.6 (cm2) > (thỏa) -Lực truyền vào phủ : Nbp = 268.7*33.6 =9028.8 (kg) -Lực truyền vào mắt : Nbm = 17090.3 – 9028.8 = 8061.5 (kg) • Với Nx = 1869.71 (kg)-là nội lực bụng * Bản nối chòu lực : Nbn = Nbmcosα + 1.2*Nx = 8061.5*cos 9o +1.2*1869.71*cos 36o = 9777.4 (kg) > Chọn tiết diện nối (3): 10x250x300 Kiểm tra cường độ nối : > (thoả) - Do ghép gẫy khúc đỉnh có lực tập trung P=1724 (kg) (ngoại lực tác dụng xuống) & hợp lực nội lực cánh (tác dụng kéo lên) vuông góc với đỉnh dàn hướng lên nên lực thẳng đứng tác dụng lên đỉnh dàn tính theo công thức: > gây kéo lên - Hợp lực đường hàn liên kết sườn đứng với phủ chòu Đường hàn góc liên kết sườn (4) vào phủ (3) tính với nội lực P1 (4 đường hàn) >Chọn lh1 = 5(cm) - (chọn theo cấu tạo) -Chọn kích thước sườn đứng (4): x 100 x 300 mm Đồ án thép nhà công nghiệp Trang: 62 Tính toán diện tích tiết diện nối (2): Chọn kích thước nối (2) : 10 x 250 x 300 mm (chọn theo cấu tạo), bố trí ốp bên mắt  Chọn Abn = 1x30 = 30 (cm2) - (chọn theo cấu tạo) Bản nối liên kết với mã đường hàn đứng chiều dài đường hàn cần thiết để chòu lực: > Choïn lhbn = (cm) - (choïn theo cấu tạo) Tính toán đường hàn liên kết mã với cánh Với: Nmax = 14241.92 (kg) : >Chọn lhs = 9(cm) - (chọn theo cấu tạo) > Chọn lhm = (cm) - (chọn theo cấu tạo) -Chọn tiết diện mắt có δ = 1.2 (cm) - (tiết diện khai triển vẽ) Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 63 Đồ án thép nhà công nghiệp Trang: 64 J ... thép nhà cơng nghiệp Trang: 15 4.Gió trái: 5 .Hoạt tải cầu trục trái: Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 16 6 .Hoạt tải cầu trục phải: 7 .Hoạt tải lực hãm trái: Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: 17 ... mái hệ giằng: * Dàn mái: có cấu tạo hình vẽ Đồ án thép nhà cơng nghiệp Trang: Hình 1. 5 Sơ đồ giằng cửa mái * Hệ giằng: - Nhiệm vụ hệ giằng nhà công nghiệp : Đảm bảo tính bất biến hình hệ thống kết. .. k : Hệ số cao trình ( TPCT có dạng đòa hình A) Bảng II -1: Hệ số cao trình k Và: đồ 2) Độ cao Z (m) Đòa hình A 8 .1 1 .14 10 .3 1. 18 12 .1 1. 21 ; ( tra TCVN 2737 – 19 95 Baûng sơ Bảng II-2: Hệ số