ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP

đồ án thép 2

Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP ---    --- I. Số liệu thiết kế: I. Số liệu thiết kế: Mã đề: S2H1L4Q5 Mã đề: S2H1L4Q5 Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp với các số liệu cho trước như sau: - Nhịp khung ngang : L = 25 (m). - Bước khung: B = 6 (m). - Sức nâng cầu trục: Q = 20(T) (nhà có 2 cầu trục hoạt động, chế độ làm việc trung bình). - Cao trình đỉnh ray: +8 (m). - Độ dốc của mái: i = 12%. - Chiều dài nhà: 66 (m) (nhà có 11 bước cột). - Phân vùng gió: II-A (Địa điểm xây dựng Thành phố Cần Thơ). Vật liệu thép Mác CCT34s có cường độ: f = 21 (kN/cm 2 ). f v = 21 (kN/cm 2 ). f c = 32 (kN/cm 2 ). Hàn tay, dùng que hàn E42. II. Xác định các kích thước chính của khung ngang: II. Xác định các kích thước chính của khung ngang: Chọn cầu trục có sức trục 20 (T), chế độ làm việc nặng (sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – trang 88). Sức trục Q (T) Nhịp L K (m) Ch.cao gabarit H K (mm) Kh. cách Z min (mm) Bề rộng gabarit B K (mm) Bề rộng đáy K K (mm) T.lượng cầu trục G (T) T.lượng xe con G xe (T) Áp lực P max (kN) Áp lực P min (kN) 20 22.5 1330 180 4230 3200 12.46 1.236 130 32.3 1. Theo phương đứng: 1. Theo phương đứng: Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H 2 = H k + b k = 1.33 + 0.3 = 1.63 (m). Với: b k = 0.3 (m) - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang H k = 1.33 (m) - theo thông số cầu trục đã chọn → Chọn H 2 = 1.7 (m) Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: H = H 1 + H 2 + H 3 = 8 + 1.7+ 0 = 9.7 (m) Trong đó: H 1 - cao trình đỉnh ray, H 1 = 8 (m) H 3 - phần cột chôn dưới cốt nền, coi mặt móng ở cốt ± 0,000 (H 3 = 0) Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: H t = H 2 + H dct + H r = 1.7 + 0.6 + 0.2 = 2.5 (m) Trong đó: H dct - chiều cao dầm cầu trục, chọn sơ bộ H dct = 0.6 (m) H r - chiều cao của ray và đệm, lấy H r =0.2 (m) Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột: H d = H - H t = 9.7 – 2.5 = 7.2 (m) 2. Theo phương ngang: 2. Theo phương ngang: SVTH: Đỗ Thanh Tâm 1 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân Chọn a = 25.0 2 = h . Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: )(00.125.0 2 5.2225 2 1 m LL L k =− − = − = Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu về độ cứng: ).)(646.0485.0(7.9* 15 1 20 1 * 15 1 20 1 mHh ÷=       ÷=       ÷= → Chọn h = 0.5 (m). Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung: z = L 1 – h = 1 – 0.5 = 0.5 (m) > z min = 0.18 (m) Các kích thước chính của khung ngang SVTH: Đỗ Thanh Tâm 2 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân CHƯƠNG I: THIẾT KẾ HỆ GIẰNG ---    --- I. Nhiệm vụ của hệ giằng: Hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quan trọng: - Đảm bảo độ cứng không gian của nhà. - Giảm bớt chiều dài tính toán của xà và cột khung theo phương ngoài mặt phẳng, từ đó tăng ổn định tổng thể cho khung ngang. - Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng. - Đảm bảo cho việc thi công lắp dựng kết cấu được an toàn và thuận tiện. II. Cấu tạo: Hệ giằng trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ gồm hai bộ phận chính là hệ giằng mái và hệ giằng cột. 1. Hệ giằng mái: Được bố trí trong mặt phẳng thân cánh trên tại hai đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà tùy theo chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bố trí cách nhau không quá 5 bước cột. Bản bụng của hai thanh xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập. Mặt bằng bố trí giằng mái 2. Giằng cột: Hệ giằng cột có tác dụng bảo đảm độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột, tiếp nhận và truyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tải trọng gió lên tường hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục. Lực kéo trong thanh giằng: T = * 0,01* * *sin V h P h B α + Trong đó: - V: lực dọc nhà (lực xô ngang tác dụng lên giằng chéo). - P: lực nén dọc trong cột nhà - B: chiều dài bước nhà - h: chiều cao cột nhà - α : góc của giằng chéo tạo với mặt phẳng ngang. Chọn các thanh thép tròn φ20 bố trí các thanh giằng chéo trong phạm vi cột trên và cột dưới tại những gian có hệ giằng mái. SVTH: Đỗ Thanh Tâm 3 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân 1 Mặt đứng bố trí giằng cột Cấu tạo các chi tiết giằng SVTH: Đỗ Thanh Tâm 4 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TẤM LỢP TOLE ---    --- 1. Các kích thước phổ biến: - Bề rộng b = 1070 mm, 1081 mm. - Bề dày: δ = 0.3; 0.35; 0.38; 0.4; 0.45; 0.5; 0.6 mm. - Chọn chiều dày tôn sơ bộ theo kinh nghiệm, phụ thuộc vào khoảng cách l giữa hai xà gồ. Cụ thể: l = 1.2 (m) → δ = 0.35 (mm). l = 1.6 (m) → δ = 0.40 (mm). l = 2.0 (m) → δ = 0.60 (mm). Mặt cắt a-a 2. Sơ đồ tính: Tấm tôn sóng được tính toán như một dầm liên tục hoặc dầm đơn giản nhận xà gồ làm gối đỡ. Tiết diện tính toán như trên hình vẽ mặt cắt a-a, với bề rộng B = 100 cm. 3. Tải trọng tác dụng lên tấm tôn sóng: Gồm có: tải trọng gió, trọng lượng bản thân và hoạt tải mái. Thường thì tôn có độ dốc i ≤ 20%, do vậy tải trọng gió có chiều ngược với hoạt tải mái và trọng lượng bản thân của tấm tôn. Ta chọn tổ hợp tải có trị tuyệt đối lớn nhất để tính toán. a. Tải trọng gió: BCknqq eqc **** 1 = (daN/m) Trong đó:  q c : giá trị áp lực gió lấy theo bảng đồ phân vùng áp lực gió (TCVN 2737-1995).  k: Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình (TCVN 2737- 1995).  C e : Hệ số khí động phụ thuộc vào hướng gió và dạng mái (TCVN 2737-1995).  n q : Hệ số vượt tải đối với tải trọng gió, lấy bằng 1,2.  B: Diện hứng gió, tính trên 1m tính toán B = 100 (cm). SVTH: Đỗ Thanh Tâm 5 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân Ta chọn sơ bộ khoảng cách giữa các xà gồ là 1.5 (m) (trên mặt bằng). Chọn sơ bộ chiều dày tôn δ = 0.40 (mm). Dựa vào tỷ số 388.0 25 7.9 == L H và độ dốc mái i = 12% → góc α = 6.842 0 . Tra bảng ta được các hệ số khí động C e1 = -0.532; C e2 = -0.4; C e3 = -0.5 Lấy chiều cao của đỉnh mái (+ 11.2 m) tra bảng ta xác định được: k = 1.19. Địa điểm xây dựng thuộc phân vùng II-A nên: q c = 83 (daN/m 2 ). → 41.471*)4.0(*19.1*2.1*83 1 −=−= q (daN/m) b. Hoạt tải mái: Bnpq p c ** 2 = (daN/m) Trong đó: + p c : hoạt tải mái tiêu chuẩn, p c = 30 (daN/m 2 ). + n p : hệ số vượt tải, lấy bằng 1.3. + B: Diện tác dụng lên tấm tôn, tính trên 1m tính toán B = 100 (cm) → 391*3.1*30 2 == q (daN/m) c. Trọng lượng bản thân tấm tôn: Bngq g c ** 3 = (daN/m) T c g γδ **2.1 = Trong đó: + g c : Trọng lượng tiêu chuẩn của tấm tôn. + δ: bề dày tấm tôn. + Hệ số vượt tải 1.2 kể đến phần tôn dập sóng. + γ T = 7850 (daN/m 3 ): Khối lượng riêng của vật liệu làm tấm lợp. + n g : hệ số vượt tải, lấy 1.1. + B: Bề rộng tính toán của tấm tôn, B = 100 (cm) → 15.41*1.1*7850*0004.0*2.1 3 == q (daN/m) d. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên tấm tôn: Chọn tổ hợp nguy hiểm trong các tổ hợp sau: - TH1: q TH1 = q 1 + q 3 = -47.41 + 4.15 = -43.26 (daN/m) - TH2: q TH2 = q 2 + q 3 = 39 + 4.15 = 43.15 (daN/m) e. Nội lực và kiểm tra tiết diện tấm tôn: SVTH: Đỗ Thanh Tâm 6 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân - Nội lực: chủ yếu tính M max của tấm tôn, dùng các phương pháp sức bền vật liệu ta xác định được giải nội lực cấu kiện ứng với tổ hợp TH1. a = 1.5 (m) α 342.12) 842.6cos 5.1 (*26.43* 8 1 * 8 1 22 max === o lqM (daN.m) Đặc trưng hình học của tiết diện tấm tôn: 87.3) 12 5.2*04.0 (*16)85.0*04.0*4.6(*7)65.1*04.0*2(*8 3 22 =++= x I (cm 4 ) 34.2 65.1 87.3 max === y I W x x (cm 3 ) - Kiểm tra tiết diện tấm tôn như một cấu kiện chịu uốn. + Điều kiện bền: 4.527 34.2 1234 max === x W M σ (daN/cm 2 ) < f*γ c = 2100 (daN/cm 2 ) Với: γ c = 1 là hệ số điều kiện làm việc. + Điều kiện võng: ( ) cm IE lq f o x tc 301.0 100*87.3*10*1.2 ) 842.6cos 150 (*74.35 * 384 5 * * * 384 5 6 4 4 max === Với: 74.35 1.1 15.4 2.1 41.47 −=+−= tc q (daN/m) E = 2.1*10 6 (daN/cm 2 ): modul biến dạng đàn hồi của thép. 33 max 10*5 200 1 10*01.2 150 301.0 −− ==       <==⇒ L f L f Vậy: tấm tôn thiết kế thỏa mãn điều kiện về độ bền và độ võng. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI ---    --- 1. Các kích thước phổ biến: SVTH: Đỗ Thanh Tâm 7 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân Xà gồ có thể có nhiều dạng như: dạng thanh, dạng dàn. Với xà gồ dạng thanh các tiết diện thông thường như: chữ C, chữ Z, chữ I, thép hộp, thép ống, . Với nhà có bước khung không quá lớn B = 6 (m) ta chọn xà gồ dạng thanh loại chữ C có số hiệu 6CS2.5x085 (sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – trang 85). Ta có các thông số sau: D = 150 (mm). B = 64 (mm). d = 21.2 (mm). t = 2.2 (mm). I x = 235.17 (cm 4 ). I y = 36.75 (cm 4 ). W x = 30.81 (cm 3 ). W y = 8.57 (cm 3 ). Trọng lượng bản thân của xà gồ là: g xg = 5.09 (daN/m). 2. Tải trọng tác dụng lên xà gồ: Gồm có: trọng lượng của tấm lợp, trọng lượng bản thân xà gồ và hoạt tải mái. - Trọng lượng của tấm lợp: 77.37850*0004.0*2.1**2.1 === T c g γδ (daN/m 2 ). - Trọng lượng bản thân của xà gồ là: g xg = 5.09 (daN/m). - Hoạt tải mái: p c = 30 (daN/m 2 ). → Tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ: 6.571.1*09.5 995.0 2.1*)3.1*301.1*77.3( * cos *)**( =+ + =+ + = gxgxg p c g c tt g apg q γ α γγ (daN/m) → Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên xà gồ: 10.5609.5 993.0 5.1*)3077.3( cos *)( =+ + =+ + = xg cc tc g apg q α (daN/m) Trong đó: a - Khoảng cách giữa hai xà gồ theo mặt bằng a = 1.5 (m). Khi đó cần đặt tổng cộng 12.5/1.5 + 1 = 10 xà gồ. 3. Tính toán: Thanh xà gồ được tính toán như một dầm liên tục hoặc dầm đơn giản nhận xà ngang làm gối đỡ. Độ dốc mái i = 12% → góc α = 6.842 0 ( sinα = 0.119 ; cosα = 0.993). α q x q q y x x y 6.0 (m) q y = q*sin α 6.0 (m) q x = q*cos α - Phân tải trọng thành hai phương x-x, y-y: 19.57993.0*6.57cos* === α tttt x qq (daN/m) 7.55993.0*10.56cos* === α tctc x qq (daN/m) SVTH: Đỗ Thanh Tâm 8 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân 8544.6119.0*6.57sin* === α tttt y qq (daN/m) 675.6119.0*10.56sin* === α tctc y qq (daN/m) - Nội lực xà gồ tính toán theo hai phương x-x, y-y: 4.257 8 6*19.57 8 * 2 2 === x tt x x lq M (daN.m) 84.30 8 6*8544.6 8 * 2 2 === y tt y y lq M (daN.m) Với: l x = l y = B = 6 (m). - Kiểm tra điều kiện bền. 3.1195 57.8 3084 81.30 25740 =+=+= y y x x W M W M σ (daN/cm 2 ) < f*γ c = 2100 (daN/cm 2 ). Với : γ c = 1 là hệ số điều kiện làm việc. - Kiểm tra điều kiện độ võng. 90.1 100*17.235*10*1.2 600*7.55 * 384 5 * * * 384 5 6 44 ===∆ x x tc x x IE lq (cm) 46.1 100*75.36*10*1.2 600*675.6 * 384 5 * * * 384 5 6 4 4 ===∆ y y tc y y IE lq (cm) 39.246.190.1 2222 =+=∆+∆=∆ yx (cm) 33 10*5 200 1 10*99.3 600 39.2 −− ==       ∆ ≤== ∆ ⇒ BB Vậy chọn xà gồ trên là thỏa mãn về điều kiện bền và độ võng. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ SƯỜN TƯỜNG ---    --- 1. Các dạng phổ biến: Hệ sườn gồm có 2 dạng chủ yếu. Hệ sườn tường cho vách che bằng tole sử dụng các thanh thép có các tiết diện thông thường như : chữ C, chữ Z, chữ I, thép hộp. Hệ sườn tường đỡ tường bằng gạch xây thường dùng thép chữ I. Với nhà có bước khung không quá lớn B = 6 (m) ta chọn dầm sườn tường là thép dạng thanh loại chữ C có số hiệu 6CS4x105 (sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp – trang 85) đỡ tấm vách tole. Ta có các thông số sau : D = 150 (mm). B = 102 (mm). d = 22.5 (mm). t = 2.7 (mm). SVTH: Đỗ Thanh Tâm 9 MSSV: 1100659 150 22.5 2.7 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân I x = 401.25 (cm 4 ). I y = 141.52(cm 4 ). W x = 52.60 (cm 3 ). W y = 21.79 (cm 3 ). Trọng lượng bản thân của sườn tường là: g dst = 7.87 (daN/m). 2. Tải trọng tác dụng lên dầm sườn tường: Gồm có: trọng lượng của tấm vách, trọng lượng bản thân dầm sườn tường và tải trọng gió. a. Theo phương đứng: (theo phương trục x-x) Dầm chịu trọng lượng bản thân và trọng lượng tấm vách. 63.131.1*87.72.1*1.1*77.3*** =+=+= dstdstg ctt x gagq γγ (daN/m) 39.1287.72.1*77.3* =+=+= dst ctc x gagq (daN/m) b. Theo phương ngang: (theo phương trục y-y) Dầm chịu tải trọng gió. 87.1112.1*8.0*19.1*2.1*83**** === aCknqq eqc tt y (daN/m) 23.932.1*8.0*19.1*83 ==×××= aCkqq ec tc y (daN/m) Trong đó: Khoảng cách giữa các dầm sườn tường a = 1.2 (m). Khi đó cần bố trí 9.7/1.2 + 1 = 9.08 => chọn 9 dầm sườn tường. 3. Tính toán: Thanh dầm sườn tường được tính toán như một dầm liên tục hoặc dầm đơn giản nhận cột làm gối đỡ. - Nội lực dầm sườn tường tính toán theo hai phương x-x; y-y: 34.61 8 6*63.13 8 * 2 2 === x tt x x lq M (daN.m) 42.503 8 6*87.111 8 * 2 2 === y tt y y lq M (daN.m) Với: l x = l y = B = 6 (m). - Kiểm tra điều kiện bền. 58.1238 60.52 50342 79.21 6134 =+=+= x y y x W M W M σ (daN/cm 2 ) < f*γ c = 2100 (daN/cm 2 ). Với : γ c = 1 là hệ số điều kiện làm việc. - Kiểm tra điều kiện độ võng. 70.0 100*52.141*10*1.2 600*39.12 * 384 5 I* * * 384 5 6 4 y 4 ===∆ E lq x tc x x (cm). 87.1 100*25.401*10*1.2 600*23.93 * 384 5 I* * * 384 5 6 4 x 4 ===∆ E lq y tc y y (cm). 0.287.170.0 2222 =+=∆+∆=∆ yx (cm). SVTH: Đỗ Thanh Tâm 10 MSSV: 1100659 X X YY . Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP ---    --- I. Số liệu. Tâm 16 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao Tấn Ngọc Thân TĨNH TẢI (TT) SVTH: Đỗ Thanh Tâm 17 MSSV: 1100659 Đồ Án Kết Cấu Thép CBHD: ThS. Cao