Thuyết minh đồ án kết cấu thép đầy đủ 9đ

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI 6 1.1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ 7 1.1.1. Tĩnh tải 7 1.1.2. Hoạt tải mái 7 1.1.3. Tổng tải tác dụng lên xà gồ 7 1.2. Kiểm tra tiết diện xà gồ 8 1.2.1. Theo điều kiện bền 8 1.2.2. Theo điều kiện biến dạng 8 1.3. Bố trí thanh giằng xà gồ 10 1.4. Bố trí hệ giằng cột, mái 10 1.4.1. Hệ giằng mái 10 1.4.2. Hệ giằng cột 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUNG NGANG 12 2.1.1. Tải trọng các lớp mái 12 2.1.2. Tải trọng tường 12 2.1.3. Hoạt tải mái 13 2.1.4. Hoạt tải gió 13 2.2. Sơ bộ tiết diện của khung 14 2.3. Mô hình khung 16 2.3.1. Sơ đồ tính khung ngang 16 2.3.2. Các loại tải trọng 17 2.4. Xác định nội lực 20 2.5. Kiểm tra điều kiện chuyển vị 24 2.5.1. Chuyển vị tại đỉnh công trình 24 2.5.2. Chuyển vị tại đỉnh cột 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT 26 3.1. Đỉnh cột 26 3.1.1. Nội lực tại đỉnh cột 26 3.1.2. Xác định chiều dài tính toán của cột 26 3.1.3. Chọn tiết diện đỉnh cột 27

3.1.4 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện cột 27

3.1.5.3 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng 31

3.2.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện cột 33

4.1.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện 37

4.1.4.2 Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh

4.1.4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng 39

4.2.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện 41

và bản bụng 42

4.2.4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng 43

4.3 Tiết diện cuối xà ngang (Đoạn cuối xà ngang) 44

4.3.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện 45

4.3.4.2 Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh

4.3.4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng 47

5.1.5 Tính toán và kiểm tra liên kết đường hàn 52

5.2.2 Bố trí sơ bộ bu lông và chọn kích thước bản bích 54

5.3.3 Bố trí sơ bộ bu lông và chọn kích thước bản bích 61

5.3.5 Kiểm tra bề dày bản bích 64

5.4.3 Bố trí sơ bộ bu lông và chọn kích thước bản bích 66

5.5.3 Bố trí sơ bộ bu lông và chọn kích thước bản bích 71

THIẾT KẾ KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI

Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm lợp tole, lớp cách nhiệt, trọng lượng hệthống kỹ thuật trần treo và trọng lượng bản thân của xà gồ

CẤU TẠO LỚP BAO CHE

Hình 2: Mái tole (Nguồn: Zamil steel)

Tải trọng tác dụng lên xà gồ bao gồm: tải trọng tấm lợp tole, lớp cách nhiệt, trọnglượng hệ thống kỹ thuật treo trên trần, trọng lượng bản thân của xà gồ và hoạt tảimái.

Chọn khoảng cách bố trí xà gồ là: a xg = 1.2m.

Với độ dốc mái i = 15% ta suy ra được = 8.530

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

g - Trị số tiêu chuẩn của trọng lượng các lớp mái.

c xg

g - Trị số tiêu chuẩn của trọng lượng bản thân xà gồ.

c ME

g - Trị số tiêu chuẩn của trọng lượng hệ thống kỹ thuật treo trên trần (ME) c

I.1.2.Hoạt tải mái

Bảng 3: Hoạt tải mái

Loại hoạt tải Tải trọng tiêu chuẩnpc (kN/m2) vượt tảiHệ số Tải trọng tính toánp (kN/m2)

I.1.3.Tổng tải tác dụng lên xà gồ

0 0

cos

1.2 = (0.1471 + 0.3) + 0.0824 + 0.05 1.2 cos8.53 = 0.684 (kN/m)

cos1.2 = (0.1695 + 0.39) + 1.05 × 0.0824 + 0.06 1.2 cos8.53 = 0.837 (kN/m)

I.2 Kiểm tra tiết diện xà gồ

Xà gồ dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải mái được tính toán như cấu kiện chịuuốn xiên

Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương x, y, với trục x-x tạovới phương ngang 1 góc α = 8.530 (i = 15%)

0sin 0.684 sin8.53 0.101 ( / )

x

0cos 0.684 cos8.53 0.676 ( / )

y

0sin 0.837 sin8.53 0.124 ( / )

x

0cos 0.837 cos8.53 0.828 ( / )

y

Xà gồ tính theo 2 phương như dầm đơn giản, 2 đầu tựa lên xà ngang, moment lớnnhất ở giữa nhịp với khoảng cách 2 gối là bước cột B

q B M

20.124 × 6.5

q B M

I.2.1 Theo điều kiện bền

  x  y  c

M M

 Thỏa mãn điều kiện bền

I.2.2 Theo điều kiện biến dạng

1200

 Thỏa mãn điều kiện biến dạng.

Vậy chọn xà gồ C-20065203 thỏa mãn điều kiện độ bền và biến dạng.

I.3 Bố trí thanh giằng xà gồ

Chọn thanh giằng có đường kính d12, bố trí tại giữa nhịp của xà gồ

Chọn thép tròn có ren đầu để xiết đai ốc

Vật liệu: thép CT3 có cường độ tính toán f = 230 MPa.

I.4 Bố trí hệ giằng cột, mái

I.4.1.Hệ giằng mái

Được bố trí trong mặt phẳng thân cánh trên tại hai đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầukhối nhiệt độ và ở giữa nhà tùy theo chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa cácgiằng bố trí cách nhau không quá 5 bước cột Bản bụng của hai thanh xà ngangcạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập

Hình 5: Mặt bằng kết cấu mái

I.4.2 Hệ giằng cột

Hệ giằng cột có tác dụng bảo đảm độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột, tiếpnhận và truyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tảitrọng gió lên tường hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục

Hình 6: Hệ giằng cột

+7.5

0.0

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUNG NGANG

2.1 Tải trọng tác dụng lên khung ngang

17.2

151.2

mai xg

L n a

xg

ME

n g g

0.15 × 6.5

0.986 ( / )cos cos8.53

Q Q Q = 1.607 + 2.296 = 3.903 (kN)

2.1.3 Hoạt tải mái

Tải trọng tạm thời sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737-1995, đối với máichỉ có người đi lại sửa chữa, hoạt tải mái tiêu chuẩn ptc = 0.3 kN/m2

Quy về tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

0.3 × 6.5

1.97 ( / )cos cos8.53

Wo – Áp lực gió tiêu chuẩn

kz – Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao

c – Hệ số khí động

B – Bước cột

Căn cứ vào hình dạng mặt bằng của nhà và độ dốc của mái, ta có thể xác định các

hệ số khí động của tải trọng gió theo chỉ dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)TCVN 2737-1995

 = 7.5 + 0.15

34

×

2 = 10.05(m)Với dạng địa hình B, ta được:

Áp lực gió tiêu chuẩn W0 0.95 kN/m2

Hệ số khí động

Khuất gió ce3 = -0.43Gió bốc đón gió ce1 = -0.18Gió bốc khuất gió ce2 = -0.4

Hình 7: Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang

2.2 Sơ bộ tiết diện của khung

Nhịp khung ngang L = 34 m

Bước cột B = 6.5 m

Độ dốc i = 15%

Chiều cao đỉnh cột H = 7.5 m

Chiều cao đỉnh mái Hm = 10.05m

 Chọn sơ bộ tiết diện cột:

Tiết diện cột được chọn theo các yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:

 Chọn sơ bộ tiết diện dầm ngang:

Chiều cao của tiết diện xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu, chọn theokinh nghiệm (h ≈ hkt):

3(5.5 6.5) W

Diện tích tiết diện cần thiết:

3 max

2

2

Vị trí thay đổi tiết diện xà ngang cách đầu cột một đoạn L1 = 6 m, L2 = 12m,

L3 = 17m theo phương mặt phẳng mái

2.3 Mô hình khung

2.3.1 Sơ đồ tính khung ngang

Sơ đồ tính là khung phẳng có mái dốc (hình vẽ), liên kết cột với móng là liên kếtkhớp Trục khung trùng với trục định vị Sử dụng phần mềm SAP 2000 để tínhtoán, tiết diện và tải trọng khai báo được tính toán sơ bộ như trên

bf

tf

Hình 8: Mô hình khung ngang trong SAP 2000

Hình 9: Vị trí nối trong khung 2.3.2 Các loại tải trọng

DEAD: Tải trọng bản thân của khung

SDEAD: Tĩnh tải mái

HTT: Hoạt tải nửa mái trái

HTP: Hoạt tải nửa mái phải

LIVE: Hoạt tải mái chất đầy

LW: Gió trái

Liên kết 3Liên kết 1 Liên kết 2

RW: Gió phải

Hình 10: Tĩnh tải mái (SDEAD) (kN/m – kN)

Hình 11: HTT: Hoạt tải nửa mái trái

(kN/m)

Hình 12: HTP: Hoạt tải nửa mái phải (kN/m)

Hình 13: LIVE: Hoạt tải mái chất đầy (kN/m)

Do khung có kết cấu đối xứng và tải trọng đối xứng nên ta chỉ tổ hợp và tính toáncho một nữa khung (chọn nữa khung bên trái).

U10 = 1.05DEAD + 1.1SDEAD + 1.17HTP + 1.08RW

U11 = 1.05DEAD + 1.1SDEAD + 1.17LIVE + 1.08RW

EU = Envelope (U1, U2, …, U10, U11)

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn:

 Biểu đồ nội lực:

Hình 16: Biểu đồ bao monent (kNm) (EU)

Hình 17: Biểu đồ bao lực cắt (kN) (EU)

Hình 18: Biểu đồ bao lực dọc N (kN) (EU)

(kN.m) N (kN) (kN) V (kN.m) M N (kN) V (kN)

U1 -453.97 -74.65 -89.65 U1 -29.49 -68.79 -50.54U2 -453.97 -71.39 -67.88 U2 -114.95 -67.83 -44.14U3 -567.21 -91.22 -98.29 U3 -90.28 -85.35 -59.19

U11 -499.69 -67.12 -66.46 U11 -163.59 -61.48 -44.60

EU (max) -19.63 -27.68 -26.03 EU (max) 97.15 -24.12 -10.14

EU (min) -567.21 -91.22 -98.29 EU (min) -185.79 -85.35 -59.19

Tổ hợp

Nội lực vị trí nối 2

Tổ hợp

Nội lực cuối xà M

2.5 Kiểm tra điều kiện chuyển vị

2.5.1 Chuyển vị tại đỉnh công trình

( Theo zamil steel)

Thoả điều kiện

 Theo phương ngang

 Kiểm tra với tổ hợp ES

Hình 20: Chuyển vị theo phương ngang

 Điều kiện kiểm tra:

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT

Tổ hợp tại đỉnh cột do tổ hợp U3 gây ra

3.1.2 Xác định chiều dài tính toán của cột

 Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung của cột:

Ta có: Tỷ số độ cứng đơn vị của dầm và cột (Icột = Idầm)

cot

7.5 = = 0.22134

Khi đó ta có: Imin/Imax = 0.16

Hệ số chiều dài tính toán bổ sung (Tra bảng D7 TCVN 5575 – 2012):

Vậy chọn tiết diện đầu cột là: I-900250812

3.1.4 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện cột

 Diện tích tiết diện vùng cánh

Af = bftf = 25012 = 3000 mm2

 Diện tích tiết diện bụng

107 = 120354.1

x x

3.1.5 Kiểm tra tiết diện

 Độ lệch tâm tương đối: (m = m x)

6 3

7008

f w

A A

144.97( ) 210 0.95 199.5( )0.061 13008

 Kiểm tra điều kiện ổn định ở ngoài mặt phẳng:

φy: Hệ số uốn dọc khi nén đúng tâm (Bảng D8, TCVN 5575 – 2012)

Có: λ y = 81.63, f = 210 MPa, nội suy ta được φ y = 0.723

c: Hệ số xét ảnh hưởng của moment uốn và hình dạng tiết diện

 Moment quy ước M’

116.5( ) 210 0.95 199.5( )0.105 0.723 13008

210

o

x f

Suy ra:

5 w

1 w

2.1 10(1.2 0.35 ) (1.2 0.35 3.384) 75.4

210

E f

3.2.2 Chọn tiết diện chân cột

Tiết diện cột được chọn theo các yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:

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

Vậy chọn tiết diện đầu cột là: I-400250812

3.2.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện cột

 Diện tích tiết diện vùng cánh

 Moment quán tính xung quanh trục y-y

y y

67.56 = 120170.3

x x

y y

3 max

3121.84 10

Thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể

3.2.4.3 Kiểm tra ổn định cục bộ

 Bản cánh:

w2

210

o f

w

2.1 10(1.2 0.35 ) (1.2 0.35 2.15) 61.74

210

E f

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TIẾT DIỆN XÀ NGANG

4.1 Tiết diện đầu xà (Đoạn xà đầu)

4.1.1 Nội lực đầu xà

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực tính toán bất lợi nhất (tổ hợp EU):

4.1.2 Chọn tiết diện xà ngang theo yêu cầu

Moment chống uốn cần thiết của dầm:

3 3

w

3 98.29 103

 Diện tích tiết diện vùng cánh

4.1.4.1 Kiểm tra điều kiện bền

 Độ lệch tâm tương đối: (m = m x)

6 3

4.1.4.2 Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

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

δ = 1 - dầm làm việc trong giai đoạn đàn hồi

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

      



 Thỏa mãn điều kiện ổn định dưới tác dụng của ứng suất pháp

Như vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn điều kiện về ổn định cục bộ

4.2 Tiết diện đoạn xà giữa

4.2.1 Nội lực đoạn xà giữa

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực tính toán bất lợi nhất (tổ hợp EU):

4.2.2 Chọn tiết diện xà ngang theo yêu cầu

Moment chống uốn cần thiết của dầm:

3 3

w

3 59.19 103

3 6 3

2 max

Vậy chọn tiết diện là: I-500250812

4.2.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện

 Diện tích tiết diện vùng cánh

x x

 Bán kính quán tính theo hai phương:

429188117

209.2( )

9808

x x

4.2.4 Kiểm tra tiết diện

4.2.4.1 Kiểm tra điều kiện bền

 Độ lệch tâm tương đối: (m = m x)

6 3

 Độ lệch tâm quy đổi m e

me = ηmmx < 20  Không cần kiểm tra bền

Với ηm – hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết diện (Bảng D9 TCVN 5575 – 2012)

4.2.4.2 Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

3 max

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

 Bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ, không cần bố trí sườn cứng

 Dưới tác dụng của ứng suất pháp:

      



 Thỏa mãn điều kiện ổn định dưới tác dụng của ứng suất pháp

Như vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn điều kiện về ổn định cục bộ

4.3 Tiết diện cuối xà ngang (Đoạn cuối xà ngang)

4.3.1 Nội lực đoạn xà

Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực tính toán bất lợi nhất (tổ hợp EU):

4.3.2 Chọn tiết diện xà ngang theo yêu cầu

Moment chống uốn cần thiết của dầm:

6

3177.14 10

3 3

bf ≥ 180 mm (theo điều kiện cấu tạo)

Chọn b f = 250 mm

Vậy chọn tiết diện là: I-600250812

4.3.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện

 Diện tích tiết diện vùng cánh

y y

 Moment tĩnh của ½ tiết diện đối với trục trung hòa x-x:

Sx = Sf + Sw = 882000 + 144(0.54608) = 1213776 mm3

4.3.4 Kiểm tra tiết diện

4.3.4.1 Kiểm tra điều kiện bền

 Độ lệch tâm tương đối: (m = m x)

6 3

4.3.4.2 Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng

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

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

 Bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ, không cần bố trí sườn cứng.

 Dưới tác dụng của ứng suất pháp:

      



 Thỏa mãn điều kiện ổn định dưới tác dụng của ứng suất pháp

Như vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn điều kiện về ổn định cục bộ

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CHI TIẾT LIÊN KẾT

5.1 Chi tiết chân cột

5.1.1 Nội lực chân cột

 Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất ở tiết diện chân cột để tínhtoán.

 Chân cột liên kết khớp với móng

b, h lần lượt là chiều rộng và chiều cao tiết diện chân cột

c1, c2 là phần nhô ra của bản đế theo phương b, h

 Chiều dài của bản đế phải thỏa điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:

 - Ứng suất phản lực trong bê tông móng dưới bản đế chân cột

Giả thiết bê tông móng mác B20 có R b = 11.5 MPa

Mác bê tông móng không vượt quá B25:  1

1

100 200

5.1.3 Tính toán bu lông neo

 Mục 10.2.5 TCVN 5575:2012 quy định, với cột liên kết khớp, bu lông neo lấy theo

cấu tạo từ 2 đến 4 bulong, đường kính không nhỏ hơn 16mm Chọn 4 bulong neod20, cấp độ bền 8.8 Được bố trí như hình vẽ:

5.1.4 Tính toán và kiểm tra liên kết bu lông

Với bu lông d20, cấp độ bền 8.8 ta có:

A = 3.14 cm2, A bn = 2.45 cm2, f vb = 320 MPa, f tb = 400 MPa, fcb = 395 MPa

Hình 23: Bố trí bu lông chân cột

fvb : Cường độ tính toán chịu cắt của bu lông (Bảng 10 TCVN 5575-2012).

nv = 1 : Số mặt cắt qua thân bu lông

γb = 0.9 : Hệ số điều kiện làm việc của bu lông (Bảng 38 TCVN 5575 :2012).

 Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông:

 N cb b d tmin f cb 0.9 20 18 395 127980    N 127.98 kN

min

t

 = 18 mm: tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép bị trượt về 1 phía.

 Kiểm tra khả năng chịu lực của một bu lông

Thỏa điều kiện chịu cắt và ép mặt của bu lông

5.1.5 Tính toán và kiểm tra liên kết đường hàn

Sử dụng que hàn N42, hàn tay, có f wf = 180 MPa Thép CT34 có cường độ chịu kéo

tính toán f = 210 MPa, f u = 340 MPa, γ c = 0.9

 Nội lực tại chân cột nguy hiểm nhất:

M (kNm) N (kN) V (kN)

0 -121.84 -75.63

 Các hệ số của đường hàn góc: ( Bảng 37 TCVN 5575-2012)

βf = 0.7

12 376

1 2 3

12 400

Suy ra: (β f )min = min(β f fwf, βs fws ) = 126 MPa

 Chiều cao đường hàn: h fmin < hf < 1.2tmin

Chiều dày lớn nhất của cấu kiện được hàn t bđ = 18 mm, → h fmin = 7 mm (Tra bảng

43 - TCVN 5575 – 2015)

Chiều dày nhỏ nhất là t w = 8 mm

hfmin = 7 mm ≤ h f ≤ 1.28 = 9.6 mm

Chọn h f = 8 mm

Hình 24: Tiết diện đường hàn

 Chiều dài đường hàn liên kết ở bản cánh cột:

3121.84 10

3 w

75.63 10

8.16 9273.6

V

V

MPa A

Suy ra:

w13.14 8.16 15.47 180 0.9 162

Thỏa điều kiện bền.

5.2 Liên kết cột với xà ngang

5.2.2 Bố trí sơ bộ bu lông và chọn kích thước bản bích

Chọn bu lông cường độ cao, cấp bền 8.8, đường kính bu lông dự kiến là d = 24mm

Có: A = 4.52 cm2, A bn = 3.52 cm2, f vb = 320 MPa, f tb = 400 MPa, fcb = 395 MPa

Thép CCT34 có f = 210 MPa.

Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu: γ c = 0.9 và của liên kết bu lông γb = 0.9.

 Để các bu lông làm việc hợp lý, ta bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa

các bu lông theo điều kiện làm việc thực tế và theo cấu tạo (Bảng 44 TCVN

Với t = 20 mm là chiều dày bản bích, chọn sơ bộ.

 Khoảng cách từ trọng tâm bu lông đến mép của cấu kiện:

150 300 450 600 750 900

O

Chọn tâm quay như hình vẽ:

Hình 26: Khoảng cách bu lông so với tâm O

 Quy nội lực về tâm quay O ta được:

0.9567.21 115.03 0.06 522.35

o b

m = 2: Số hàng bu lông = số bu lông trên một cột

hi: Khoảng cách từ tâm xoay O đến bu lông thứ i

h1: Khoảng cách bu lông xa tâm xoay O nhất

Ta có:

75.63

5.4 14