Bài giảng đồ án kết cấu nhà thép

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Bài giảng ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Hà Nội – 02/2020 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơng trình - Bộ mơn xây dựng dân dụng & công nghiệp ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Steel Building Structure Project Giảng viên: T.S Nguyễn Ngọc Thắng Email: thangnn@tlu.edu.vn Điện thoại: 0912.640.081 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP Bài giảng ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Hà Nội, 02/2020 TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Nội dung Mở đầu : Giới thiệu chung Chương : Cấu tạo chung khung thép nhẹ nhà công nghiệp tầng Chương : Thiết kế khung thép nhẹ nhà công nghiệp tầng Chương : Yêu cầu trình bày vẽ đồ án ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Mở đầu GIỚI THIỆU CHUNG TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Mục đích Môn học yêu cầu sinh viên thiết kế kết cấu nhà công nghiệp thép, bao gồm bước:  Bố trí mặt kết cấu, hệ giằng, phương án kết cấu khung chịu lực;  Chọn kích thước cấu kiện;  Tính tốn tải trọng tác dụng lên cơng trình; ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Mục đích  Lập sơ đồ tính tốn;  Tính tốn nội lực cấu kiện;  Thiết kế cấu kiện chi tiết liên kết;  Thể vẽ A1 TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Phương pháp học tập  Hướng dẫn chung, giao đề  Sinh viên o Thực đồ án nhà, nghiên cứu thảo luận nhóm, hồn thành trước buổi thông o Thông theo tiến độ giáo viên hướng dẫn o Trao đổi, trả lời câu hỏi giáo viên hướng dẫn đặt câu hỏi thắc mắc (nếu có), hồn thiện nội dung u cầu chỉnh sửa buổi thông  Đánh giá o Điểm trình: 30% o Điểm thi vấn đáp: 70% ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Tài liệu tham khảo  Sách giáo trình: [1] Bài giảng Đồ án Kết cấu nhà thép - Bộ môn XDDD &CN trường ĐH Thủy Lợi [2] Thiết kế khung thép nhà công nghiệp, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Tài liệu tham khảo  Sách tham khảo: [3] Kết cấu thép nhà dân dụng công nghiệp, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Tài liệu tham khảo  Sách tham khảo: [4] Kết cấu thép cấu kiện bản, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Tài liệu tham khảo  Sách tham khảo: [5] Thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, nhịp, Nhà xuất Xây dựng ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Tài liệu tham khảo  Tiêu chuẩn: [6] TCVN 5575:2012 [7] TCVN 2737-1995 TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Đề đồ án môn học Mỗi sinh viên nhận đề theo mã số, làm việc theo nhóm phân hướng dẫn giáo viên hướng dẫn  Mã số đề danh sách nhóm giao buổi hướng dẫn chung;  Nhóm trưởng chủ động liên lạc giáo viên hướng dẫn nhóm để xác định lịch thơng tuần theo tiến độ đồ án; ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Chương CẤU TẠO CHUNG CỦA KHUNG THÉP NHẸ NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP I ĐẶC ĐIỂM CHUNG: • Trọng lượng nhẹ • Thi cơng nhanh • Giá thành cao so với khung BTCT • Phù hợp với nhà có kích thước lớn, chịu tải nặng • Phù hợp cho đất yếu, cần thi cơng nhanh • Phù hợp cho vùng điều kiện chuyên chở khó khăn • Có thể nhiều nhịp, tầng nhiều tầng • Có cầu trục khơng, mái thường tôn ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP I ĐẶC ĐIỂM CHUNG: • • • • • • • • • • • • • • • • • • TS Nguyễn Ngọc Thắng 1.Kèo hồi 2.Xà gồ mái 3.Khung thép 4.Cửa trời 5.Tấm lợp mái 6.Tấm lấy sáng 7.Máng nước 8.Cửa chớp tôn 9.Cửa đẩy 10.Tấm lợp thưng tường 11.Cửa sổ 12.Cột khung 13.Giằng cột, giằng mái 14.Tường xây bao 15.Xà gồ tường 16.Cửa cuốn, cửa đẩy 17.Mái hắt 18.Cột hồi Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP II HỆ GIẰNG: • Đảm bảo độ cứng khơng gian nhà • Giảm chiều dài tính tốn xà cột khung theo phương mặt phẳng tăng ổn định tổng thể cho khung ngang • Truyền tải trọng gió lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng • Đảm bảo an tồn thi cơng lắp dựng • Gồm có giằng mái hệ giằng cột ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP Hệ giằng mái: • Bố trí theo phương ngang nhà đầu hồi gần đầu hồi, khoảng cách giằng không bước cột • Bản bụng xà ngang cạnh nối với giằng chéo chữ thập (thép góc, thép trịn đường kính >=12) • Nhà có cầu trục bố trí thêm giằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà TS Nguyễn Ngọc Thắng Đồ án Kết Cấu Nhà Thép ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP  hệ số tra bảng ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP c.Kiểm tra ổn đinh cục cánh bụng cột ‐Ổn định cục bộ của bản cánh cột: Với: b0 – Bề rộng tính tốn của bản cánh : ‐ Độ mảnh giới hạn khi Khi: TS Nguyễn Ngọc Thắng 28 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép c.Kiểm tra ổn đinh cục cánh bụng cột ‐Ổn định cục bộ của bản bụng cột: c.Kiểm tra ổn đinh cục cánh bụng cột ‐Khi: Cần gia cường cho bản bụng cột bằng các  cặp sườn ngang Bề rộng sườn: Bề dày sườn:  Khoảng cách sườn: a=(2,5‐3)hw TS Nguyễn Ngọc Thắng 29 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 8.Thiết kế xà ngang 8.1 Chọn tiết diện : ‐Mô men chống uốn cần thiết của tiết diện: ‐Chiều cao của tiết diện xác định theo yêu cầu kinh tế: k – Hệ số cấu tạo k=(1,15‐1,2) tw – bề dày bản bụng, chọn sơ bộ (0,6‐1,2)cm ‐ Bề dày bản bụng xác định từ điều kiện chịu cắt:  ‐Diện tích cần thiết của bản cánh có thể xác đinh theo cơng thức: 8.1 Chọn tiết diện ‐ Chọn theo u cầu cấu tạo và ổn định cục bộ: tf =(1‐2)cm TS Nguyễn Ngọc Thắng 30 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 8.2 Kiểm tra tiết diện chọn ‐ Kiểm tra bền: ‐ Tại tiết diện đầu xà có mơ men và lực cắt nên kiểm tra ứng suất tương  đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: Trong đó:  Sf – mơ men tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hịa 8.2 Kiểm tra tiết diện chọn ‐Do khoảng cách xà gồ l0 không lớn nên tỷ số l0/bf không quá trị số giới hạn  nên không phải kiểm tra ổn đinh tổng thể ‐ Kiểm tra ổn định cục bộ: b0 – Bề rộng tính tốn của cánh nén b0=0,5(b f‐ tw)  Điều kiện ổn định cục bộ khơng thỏa mãn thì cần đặt thêm sườn cứng cho các  bản bụng TS Nguyễn Ngọc Thắng 31 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép Thiết kế chi tiết 9.1. Vai cột Thiết kế chi tiết 9.1. Vai cột ‐ Vai cột làm nhiệm vụ đỡ dầm cầu trục, thường có tiết diện đối xứng chữ I tổ  hợp hàn. Sơ đồ tính như dầm conson M=(Dmax+Gdct)(L1‐h) V=Dmax+Gdct ‐Chiều cao của bản bụng dầm vai hwdv chọn từ điều kiện chiu lực của hai  đường hàn liên kết bản bụng của dầm vai với bản cánh cột ‐ Bề dày bản bụng dầm vai xác định theo điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực  của dầm cầu trục:  TS Nguyễn Ngọc Thắng 32 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 9.1 Vai cột Kiểm tra tiết diện dầm vai đã chọn: Kiểm tra theo điều kiện bền uốn, cắt và ứng suất tương đương tại chỗ ngàm  với bản cột: 9.1 Vai cột Wxdv, Ixdv ‐ mơmen chống uốn và mơmen qn tính của tiết diện dầm vai hwdv – Chiều cao bản bụng dầm vai Sfdv  ‐ Mơ men tĩnh của bản cánh dầm vai với trục trung hịa ‐ Chiều cao đường hàn góc liên kết dầm vai vào cột đc chọn sơ bộ khi coi các  đường hàn liên kết bản bụng chịu, cịn mơ men do các đường hàn liên kết  bản cánh chịu Aw ,Ww diện tích tiết diện và mơ men chống uốn của các đường hàn liên kết  dầm vai vào bản cột TS Nguyễn Ngọc Thắng 33 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 9.2 Chân cột a. Cột liên kết khớp với móng 9.2.a. Cột liên kết khớp với móng ‐Diện tích u cầu của bản đế: N ‐ lực nén tính tốn chân cột – Hệ số ứng suất bê tơng móng phân bố đều, 0,75 ứng suất bê tông phân bố không Rb,loc – Cường độ tính tốn chịu nén cục bê tơng móng Rb,loc=b.Rb  – Hệ số mác bê tông không B25 b – Hệ số tăng cường độ bê tông nén cục bộ: Am – Diện tích mặt móng Abd – Diện tích bề mặt đế Rb - Cường độ nén tính tốn bê tơng móng  Chọn Bbd, Lbd cho ứng suất bt móng thỏa mãn điều kiện: TS Nguyễn Ngọc Thắng 34 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 9.2.b. Cột liên kết ngàm với móng 9.2.a. Cột liên kết ngàm với móng ‐ Kích thước bản đế chọn theo cấu tạo: Bbd = b+2c1 ; Lbd = h+ 2tbd+2c2 ( Với c1=5‐10cm; c2=10‐15cm; tbd=0,8‐1,2cm) ‐ Kiểm tra điều kiện chịu ép cục bộ của bê tơng móng: ‐ Bề dày bản đế tính theo điều kiện chịu uốn của bản đế: Mmax – Mơ men uốn lớn nhất Mmax =max( b.i di2) (i: ứng suất bt , di: nhịp tính tốn ơ bản đế i) b : Tra bảng phụ thuộc loại ô bản và tỷ lệ các cạnh ô bản TS Nguyễn Ngọc Thắng 35 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 9.2.a. Cột liên kết ngàm với móng Bảng tra các hệ số tính momen bản đế: Với bản kê 4 cạnh: b/a 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 >2  0,048 0,055 0,063 0,069 0,075 0,081 0,086 0,091 0,094 0,098 0,1 0,125 Với bản kê 3 cạnh, 2 cạnh kề: b/a 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,2 1,4 >2  0,06 0,074 0,088 0,097 0,107 0,112 0,120 0,126 0,132 0,133 9.2.a. Cột liên kết ngàm với móng ‐Tính tốn bu lơng neo: Với:  T1 – tổng lực kéo trong các thân bu lơng neo ở một phía cột a,y ‐ Khoảng cách từ trọng tâm vùng bê tơng chịu nén đến trọng tâm tiết  diện cột và đến trục bu lơng neo chịu kéo phía đối diện ‐ Tại mỗi chân cột có các cặp nội lực (M,N) mà bu lơng phải chịu: Với Lb là khoảng cách giữa 2 dãy bu lơng neo ở hai biên bản đế Diện tích tiết diện cần thiết của bu lơng neo xác định từ diều kiện: n1: số bulong neo ở một phía chân cột fba:Cường độ tính tốn chịu kéo của bulong TS Nguyễn Ngọc Thắng 36 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép Mơ hình tính tốn bu lơng neo Tính tốn bu lơng neo ‐ Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện cột vào bản đế + Coi mơ men và lực dọc do các đường hàn ở bản cánh chịu, + Lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chịu Lực kéo trong bản cánh cột do mơ men và lực dọc phân vào: Chiều cao đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng cột với bản đế: Ở bản cánh: Ở bản cánh:  TS Nguyễn Ngọc Thắng 37 Đồ án Kết Cấu Nhà Thép 9.3 Liên kết cột xà ngang Thơng qua mặt bích và bu lơng cường độ cao d=(16‐30)mm Các bulong có thể được bố trí 2 hoặc 4 hàng ở 2 phía bản bụng cột: 9.3 Liên kết cột xà ngang Trình tự tính tốn liên kết: ‐ Chọn cặp nội lực nguy hiểm(M,N,V) từ bảng tổ hợp nội lực, thường là  (Mmin‐,Ntu) ‐Chọn loại bulong phù hợp và căn cứ vào cấu tạo bố trí trước bulong và liên  kết: ‐ Xác định lực kéo vào bulong ở dãy ngồi cùng: ‐Kiểm tra khả năng chịu lực của bulong liên kết: + Chịu monen và lực dọc: Nbmax