Đồ án kết cấu thép II

đầy đủ

ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP-HCM KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG ************* ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: Th.S.NGUYỄN VĂN GIANG HUỲNH ĐỨC CÔNG Lớp: 12HXD07 MỤC LỤC TRANG 1 NĂM HỌC: 2013 – 2014 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Mục lục ………2 Phần I – Xác định kích thước khung ngang ……………………………………………………3 - Sơ đồ khung ngang ………………………………………………………… 3 I – Số liệu ……………………………………………………………………………….3 II – Xác định kích thước theo phương đứng ……………………………………………4 III – Xác định kích thước theo phương ngang ………………………………………….4 IV – Kích thước dàn mái và nội lực …………………………………………………….4 V – Sơ đồ tính khung ngang …………………………………………………………….6 Phần II – Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang ……………………………………… 7 I – Tĩnh tải ………………………………………………………………………………7 II - Hoạt tải mái ……………………………………………………………………… .8 III – Xác định nội lực ………………………………………………………………….13 - Bảng phân tích tổ hợp …………………………………………………………… .13 - Bảng tổng hợp moment……………………………………………………… 14 - 24 A – Biểu đồ moment các tổ hợp………………………………………………………… .25 - 41 Phần III - Thiết kế tiết diện cấu kiện I - Thiết kế cột ……………………………………………………………………… .42 II – Thiết kế vai cột ……………………………………………………………………45 III – Thiết kế chân cột …………………………………………………………………47 IV – Thiết kế xà ngang ……………………………………………………………… .52 V – Liên kết cột với xà ngang …………………………………………………………55 Tài liệu tham khảo : - Sách giáo khoa kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp - Bài tập thiết kế kết cấu thép – Trần Thị Thôn - Tiêu chuẩn kết cấu thép 338 - 2005 ĐỒ ÁN NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP MÃ ĐỀ SỐ 62 2 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP u cầu thiết kế: Thiết kế kết cấu thép nhà cơng nghiệp một tầng có sử dụng 02 cầu trục nâng hàng, chế độ làm việc trung bình. Kích thước nhà, sức nâng cầu trục, chiều dài nhà, sức nâng cầu trục u cầu như sau: -Chiều rộng nhà: L = 21 (m). -Chiều dài nhà: 54 (m). -Sức nâng của cầu trục Q = 25 (T). -Cao trình đỉnh ray H r = 7 (m). -Độ dốc mái i = 10% 0 71.5 ≈⇒ α -Bước khung chọn B = 6 (m). PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG Hình 1 : SƠ ĐỜ KHUNG NGANG Khung ngang nhà cơng nghiệp một tầng, một nhịp bao gồm hai cấu kiện chính: cột và dầm mái. Để đảm bảo độ cứng theo phương ngang nhà, liên kết giữa cột và dàn mái được thực hiện là liên kết cứng, liên kết giữa chân cột và móng bê tơng cốt thép cũng là liên kết ngàm cứng. I.CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG: - Từ các số liệu ban đầu: nhòp nhà L = 21 (m) sức cẩu của cầu trục Q = 25 (T) tra catalogue của cầu trục để chọn ra cầu trục phù hợp với chế độ làm việc trung bình: -Chiều cao k H = 1.38 (m) (chiều cao gabarit của cầu trục được tính từ cao trình đỉnh ray cho đến điểm cao nhất của cầu trục). -Bề rộng của cầu trục k B = 4.13 (m) (tính theo phương dọc nhà cầu trục). -Do sức nâng cầu trục dưới 30T nên ta chọn L 1 =0.75m -Nhòp cầu trục L K = L-2L 1 = 21-2x0.75 =19.5m (tính bằng khoảng cách giữa hai tim ray). -Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục: K = 3.2 (m). -Kích thước khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang: b k = 0.3 (m). -Ta chọn vật liệu thép mác CCT34s có cường độ: f = 21kN/cm 2 3 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP v f = 12kN/cm 2 c f = 32kN/cm 2 II/. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG: - Giả sử theo nhiệm vụ thiết kế, ta có cao trình đỉnh ray H 1 = 7 (m) - Chiều cao ray và đệm H r , giả đònh H r =0.2 m -Chiều cao dầm cầu trục. H dct = ( 10 1 8 1 − ) B = 0.6 m (Với B=6m). -Chiều cao từ mặt ray đến đáy xà ngang: H 2 =H K +b K =1.38+0.3=1.68 m -Chọn H 2 = 1.7(m) • -Chiều cao cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang.  H=H 1 +H 2 +H 3 =7+1.7+0=8.7m. Trong đó: H 1 cao trình đỉnh ray. (H 3 phần cột chon dưới nền, coi mặt móng ở cột ±0.000 chọn H 3 =0) -Chiều cao phần cột tính từ vai đỡ dầm cầu trục đến xà ngang. t H = H 2 +H dct +H r =1.7+0.6+0.2=2.5m -Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột: d H = H-H t = 8.7- 2.5 = 6.2m III/. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG: -Nhòp nhà xưởng L = 21 (m). -Nhòp cầu trục L K = 19.5 (m) -Khoảng cách từ tim ray cho tới trục đònh vò: L 1 =(L-L k )/2 = (21-19.5)/2 = 0.75m -Chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu độ cứng: h = (1/15÷1/20).H = (1/15÷1/20)8.7 = (0.5÷0.4) m ⇒Chọn h = 0.5 (m). -Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung: Z=L 1 – h = 0.75 – 0.5 = 0.25 (m) > z min = 0.18 (m) IV-Kích Thước Dàn Mái Và Nội Lực: -h 0 = 2,2m (chiều cao biên của dàn mái) -Chiều dài dàn mái: )(5.1975.02212 mhLl t =×−=×−= -Chiều cao tối đa của dàn mái tính từ vai cột: h = 3.6(m). -Dàn mái có dạng như hình vẽ: * Hệ giằng : - Nhiệm vụ của hệ giằng trong nhà công nghiệp : Đảm bảo tính bất biến hình của hệ thống kết cầu khung nhà xưởng . Ổn đònh hệ khung khi dựng lắp . Giảm bớt tải trọng theo phương dọc nhà . Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng, nhất là khi chòu lực hãm ngang của cầu trục . - Cấu tạo : gồm 2 hệ thống : Giằng cột, bao gồm giằng cột dưới và giằng cột trên . Giằng cột dưới bố trí tại giữa khối nhiệt độ, giằng cột trên được bố trí tại giữa khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới), và hai đầu khối nhiệt độ . 4 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Giằng mái, gồm các khối hộp sáu mặt trên mái, được bố trí tại giữa khối nhiệt độ, hai đầu khối nhiệt độ và cách nhau khoảng 10-30 m .Mỗi khối hộp gồm 2 mặt bên là 2 dàn mái, mặt trên ờ 2 đầu khối hộp là 2 giằng đứng đầu dàn . Các dàn khác không nằm trong khối hộp sẽ tựa vào các khối hộp thông qua panen mái, hệ giằng đứng giữa dán, xà gồ thanh chống … Đối với cầu trục có sức cẩu Q = 25 T (khá lớn), cần phải bố trí hệ thống giằng dọc nhà . Hệ thống này chạy dọc theo hài hàng cột, nằm ở cao trình cánh dưới của dàn, kết hợp với giằng cánh dưới bảo đảm sự làm việc không gian cho hệ thống khung . -Hệ Giằng: a) Hệ giằng mái : gồm hệ giằng cánh trên ,hệ giằng cánh dưới ,và hệ giằng đứng được bố trí cho lưới cột gồm có 5 bước cột ( B=6 m & L=21 m) , bố trí như hình vẽ: HỆ GIẰNG MÁI • Hệ thống giằng cột : * Hệ thống giằng cánh trên : 5 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP * Hệ thống giằng cánh dưới : V/. S Ơ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG: Do sức nâng cầu trục khơng lớn nên chọn phương án cột tiết diện khơng đổi, với độ cứng là I 1 . Vì nhịp khung là 21m nên chọn phương án xà ngang có tiết diên thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi cách đầu xà 4.5m. Với đoạn xà dài 4.5m, độ cứng ở đầu và cuối xà là I 1 và I 2 tương ứng (giả thuyết độ cứng của xà và cột tại chỗ liên kết xà-cột như nhau). Với đoạn xà dài 6m, độ cứng ở đầu và cuối xà giả thuyết bằng I 2 (tiết diện khơng đổi). Giả thuyết sơ bộ tỷ số độ cứng I 1 /I 2 = 2.818 (tức là tiết diện của các cấu kiện xà và cột được khai báo trong phần mềm SAP2000 chính là các tiết diện được chọn ở phần tính tốn trên). Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột khung với móng là ngàm tại mặt móng (cốt ±0.000). liên kết giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng. Trục cột khung lấy trùng với trục định vị để đơn giản hố tính tốn và thiên về an tồn. Sơ đồ tính khung ngang như sau: 6 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP PHẦN II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG -Trọng lượng bản thân của kết cấu chòu lực mái. -Trọng lượng bản thân cột, dầm cầu chạy, dầm hãm, các hệ giằng cột trên và cột dưới. -Vật liệu lợp mái. -Kết cấu bao che xung quanh nhà. I/. TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN MÁI: Độ dốc mái i=10% →α=5.71 o (sinα = 0.999 ; cosα = 0.995) -Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15kN/m 2 .Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m.Tổng tỉnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang: Hình 2 : Sơ đờ tính khung với tải trọng thường xun ( tĩnh tải) 7 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP -Trọng lượng bản than của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như với mái là 0.15kN/m 2 .Quy thành tải tập trung tại đỉnh cột: 1.1x0.15x6x8.7=8.6(kN) -Trọng lượng bản than dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m.Quy thành tải tập trung và momen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột: 1.05x1x6 = 6.3 (kN) 6.3x(L 1 -0.5h)≈6.3x(0.75 – 0.5x0.5)=3.15(kN/m) II/.HOAÏT TAÛI: 1. Ho ạt tải mái Theo TCVN 2737-1995 [2], trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sữa chửa mái lợp tole là 0.3kN/m 2 , hệ số vượt tải là 1.3 Quy đổi về tải trọng phân bố đều xà ngang 1.3x0.3x6/0.995=2.35 (kN/m) Hoạt tải mái nửa trái Hoạt tải mái nửa phải Hình 2: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái a/. Hoạt tải mái nửa trái b/. Hoạt tải mái nửa phải 8 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2. Tải trọng gió -Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng lên mái.Theo TCVN 2737-1995 [2], Cần Thơ thuộc vùng phân gió II-A, có áp lực gió tiêu chuẩn w o = 0.83kN/m 2 , hệ số vượt tải là 1.2 -Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động có thể xác định trong bảng III.3 Nội suy ta có: Ce 1 = -0.43 ; Ce 2 = -0.4 ; Ce 3 = -0.5 +Tải trọng gió tác dụng lên cột : • Phía đón gió : 1.2x0.83x0.8x6=4.78(kN/m) • Phía khuất gió : 1.2x0.83x0.5x6=2.99(kN/m) +Tải trọng gió tác dụng lên dàn mái : • Phía đón gió : 1.2x0.83x0.43x6=2.57(kN/m) • Phía khuất gió : 1.2x0.83x0.4x6=2.39(kN/m) a/. Hệ số khí động b/. Gió trái sang 9 ÐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP c/. Gió phải sang Hình 3 : Sơ đồ tính khung với tải trọng gió a/. sơ đồ xác định hệ số khí động, b/. gió trái sang c/. gió phải sang 3. Hoạt tải cầu trục Theo bảng II.3 phục lục, các thong số cầu trục sức nâng 25 tấn như sau: Nhịp L k Ch.cao gabagit H k (mm) Khoảng cách Zmin(mm) Bề rộng gabagit B k (mm) Bề rộng đáy K k (mm) T.lượng cầu trục G(T) T.lượng xe con G xc (T) Áp lực P max (kN) Áp lực P min (kN) 19.5 1380 190 4130 3200 12.26 1.508 153 33.3 Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang, xác định như sau : -Áp lực đứng của cầu trục : Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào một vị trí bất lợi nhất. Xác định các tung độ yi của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột : →Từ hình vẽ ta có : y 1 =0.31 ; y 2 =0.85 ; y 3 =1 ; y 4 =0.467 ∑y i = y 1 + y 2 + y 3 + y 4 = 2.6 D max = n c γ p ƩP max y i = 0.85x1.1x153x2.6 = 371.94 (kN) D min = n c γ p ƩP min y i = 0.85x1.1x33.3x2.6 = 80.95 (kN) Các lực Dmax và Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là e = L 1 -0.5h ≈ 0.55m. Trị số của momen lệch tâm tương ứng : M max = D max e = 371.94x0.55 = 185.97 (kNm) M min = D min e = 80.95x0.55 = 44.52 (kNm) 10 . Phần III - Thiết kế tiết diện cấu kiện I - Thiết kế cột ……………………………………………………………………… .42 II – Thiết kế vai cột ……………………………………………………………………45 III. định kích thước theo phương đứng ……………………………………………4 III – Xác định kích thước theo phương ngang ………………………………………….4 IV – Kích thước dàn mái và