Tài liệu mang giá trị cao và đầy đủ cho mọi người làm lĩnh vực đề tài nghiên cứu ... SKKN: Tài liệu cho anh em tham khảo định dạng bằng file word, cad,… đem lại cho anh em kỹ thuật 1 nguồn tài liệu bổ ích.
ĐỒ ÁN NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BẰNG THÉP A.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế khung ngang chịu lực nhà công nghiệp tầng,một nhịp với số liệu cho trước sau: - Nhịp khung ngang: L =24(m) - Bước khung (bước cột): B = 6(m) - Chiều dài nhà: b = 60(m) - Độ dốc mái: i =10% 5,17 (sin 0,099 ; cos 0,995) - Sức nâng cầu trục: Q = 6,3(Tấn), cần trục làm việc trung bình - Cao trình đường ray: 7,5(m) - Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Hà Nội) có: áp lực gió W0 95daN / m 0,95kN / m - Vật liệu thép CCT34 có : * Cường độ tính tốn: f 210 N / mm 21kN / cm * Cường độ chịu cắt : f v 120 N / mm 12kN / cm * Cường độ chịu ép mặt: f em 320 N / mm 32kN / cm * Mođun đàn hồi: E 2,1.10 N / mm 2,1.10 kN / cm - Bê tơng móng : B20 có Rb 11,5MPa 1,15kN / cm Rbt 0,9MPa 0,09kN / cm B THUYẾT MINH TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1.1 Theo phương thẳng đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H H K bk 0,81 0,2 1,01(m) Với: H K 0,81 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục) bK 0,2( m) khoảng hở an toàn cầu trục với xà ngang Chiều cao cột khung: (coi cao trình đáy cột cốt +0.00) H H H 7,5 1,01 8,51( m) đó: H 7,5(m) - cao trình đỉnh ray Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: H t H H dct H r 1,01+0,6+0,2=1,81(m) đó: H dct - chiều cao dầm cầu trục, chọn sơ khoảng 1/8 1/10 nhịp (0,6 0,75 m).Chọn H dct 0,6m H r - chiều cao ray đệm, lấy sơ 0,2m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: H d H H t 8,51-1,81=6,7(m) 1.2 Theo phương ngang Coi trục định vị trùng với trục đường trục cột Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: L1 L LK 24 22,5 0,75(m) 2 đó: L = 24m - nhịp khung LK = 22,5m - nhịp cầu trục, lấy theo catalo cầu trục Chiều cao cột chọn theo yêu cầu độ cứng cấu tạo: h (1 / 15 1 / 20) H (0,42 0,56m) Chọn h=0,4m Khe hở cầu trục với mép cột: z L1 h / 0,75 0,4 / 0,5 Z 0,16m (tra theo catalo) +9.500 i=10% +8.300 8300 6200 7000 +6.200 2100 1300 250 +0.00 750 25500 27000 750 Hình 1.1: Các kích thước khung TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 2.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) Trọng lượng thân lợp, lớp cách nhiệt, xà gồ mái: 0,15 kN / m Trọng lượng thân xà ngang lấy sơ khoảng 1kN/m Tổng tĩnh tãi phân bố tác dụng lên xà ngang: g 1,1.0,15.6 1,05.1 2,04( kN / m) Trọng lượng thân tôn t ường xà gồ tường lấy mái 0,15 kN / m Quy thành lực tập trung đặt đỉnh cột G1= 1,1.0,15.6.8,51=8,425(kN) Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ 1kN/m Quy thành tải trọng tập trung mơ men lệch tâm đặt cao trình vai cột: G2=1,05.1.6=6,3(kN) M=G2 L1 = 6,3.0,75=4,725 (kN.m) 2.2 Hoạt tải mái Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công sửa chữa mái 0,3 kN / m , hệ số vượt tải p 1,3 Quy đổi thành lực phân bố xà ngang: p 1,3.0,3.6 2,34(kN / m) 2.3 Tải trọng gió Theo TCVN 2737-1995, Hà Nội thuộc phân vùng gió II-B, có áp lực gió tiêu chuẩn w0 0,95kN / m , hệ số vượt tải 1,2 Căn vào hình dạng, sơ đồ nhà ta xác định hệ số khí động tải trọng gió theo dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN2737 Ứng với h / L 0,3546 5,710 nội suy được: Ce1 0,37 ; Ce2 0,4 ; Ứng với b / L 60 / 24 2,5 h / L 0,3546 0,5 lấy : Ce3 0,5 Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định hệ số k kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng địa hình Nội suy ta có: Đối với cột k c 0,96 ; mái k m 0,99 -Tải trọng gió tác dụng lên cột: - Tải trọng gió tác dụng lên mái: Ce3= -0,5 H=8510 + Phía khuất gió: 1,2.0,95.0,96.0,5.6=3,28(kN/m) Ce=+0,8 + Phía đón gió: 1,2.0,95.0,96.0,8.6=5,25(kN/m) + Phía đón gió: 1,2.0,95.0,99.0,37.6=2,5(kN/m) L=2400 + Phía khuất gió:1,2.0,95.0,99.0,4.6=2,71(kN/m) Hình 2.1: Hệ số khí động 2.4 Hoạt tải cầu trục Các thông số cầu trục nâng 6,3 tra theo phụ lục sau: Sức Nhịp Ch.cao Kh.cách trục Q LK gabirit Z (T) (m) H K (mm) (mm) 6,3 22,5 810 160 Bề rộng Bề rộng T.lượng T.lượng Áp lực Áp lực gabita đáy K K B K (mm) (mm) 3880 3200 cầu trục xe G(T) G XC (T ) 9,22 0,59 Pmax Pmin (kN) (kN) 48,7 16,7 Tải trọng cần trục tác dụng lên phương ngang bao gồm áp lực đứng lực hãm ngang xác định sau: SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG 4.1 Các trường hợp tải trọng H ình 4.2: Sơ đồ tính khung với tĩnh tải Hình 4.3: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái Hình 4.4: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái phải Hình 4.5: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió trái sang Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang Hình 4.7: Sơ đồ tính khung ngang với áp lực đứng Dmax lên cột trái Hình 4.8: Sơ đồ tính khung ngang với áp lực đứng Dmax lên cột phải Hình 4.9: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T lên cột trái Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T lên cột phải 5.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Nội lực khung ngang xác định với trường hợp chất tải phần mềm SAP2000 Kết tính tốn thể dạng biểu đồ, bảng tổ hợp nội lực.Do khung có kết cấu đối xứng tải trọng đối xứng nên ta tổ hợp nội lực tính tốn cho khung (chọn khung bên trái) Số hiệu (frame) điểm (joint) SAP hình 12 4 7 Hình 5.1: Số hiệu điểm SAP Hình 5.2: Mơmen tĩnh tải Hình 5.3: Lực dọc tĩnh tải Hình 5.4: Lực cắt tĩnh tải Hình 5.5: Mơmen hoạt tải chất mái trái 10 Hình 5.6: Lực dọc hoạt tải chất mái trái Hình 5.7: Lực cắt hoạt tải chất mái trái Hình 5.8: Mơmen hoạt tải chất mái phải 11 Hình 5.9: Lưc dọc hoạt tải chất mái phải Hình 5.10: Lực cắt hoạt tải mái phải Hình 5.11: Mơmen hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải) 12 Hình 5.12: Lực dọc hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải) Hình 5.13: Lực cắt hoạt tải chất đầy (HT trái+HT phải) Hình 5.14: Mơmen gió trái sang 13 Hình 5.15: Lực dọc gió trái sang Hình 5.16: Lực cắt gió trái sang Hình 5.17: Mơmen gió phải sang 14 Hình 5.18: Lực dọc gió phải sang Hình 5.19: Lực cắt gió phải sang Hình 5.20: Mơmen áp lực cầu trục Dmax đặt cột trái 15 Hình 5.21: Lực dọc áp lực cầu trục Dmax đặt cột trái Hình 5.22: Lực cắt áp lực cầu trục Dmax đặt cột trái Hình 5.23: Mơmen áp lực cầu trục Dmax đặt cột phải 16 Hình 5.24: Lực dọc áp lực cầu trục Dmax đặt cột phải trang để gh ép bảng thống k ê 17 BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC Cấu kiện Tiết diện Nội lực Cột Chân cột M N V Dưới vai M N V Trên vai M N V Tổ hợp M max , N tu M , N tu N max , M tu 1,5 152,36 -6,23 46,33 1,4 137,54 -67,55 -40,50 1,4 132,81 -61,25 -40,50 1,4 -133,79 -67,55 -40,50 1,5 -40,25 -6,23 11,16 1,5 -44,97 0,07 11,16 1,7 -68,56 -159,92 -28,16 1,7 120,13 -159,92 -28,16 1,4 132,81 -61,25 -40,50 (Đơn vị kN, kN.m) Tổ hợp M max , N tu M , N tu N max , M tu 1,5,7,9 138,37 -117,83 34,43 1,4,7,9 185,08 -173,50 -49,11 1,4,6,8,10 -203,32 -76,73 -53,91 1,4,7 -131,54 -173,26 -46,41 1,4,7 179,41 -173,26 -46,41 1,5,7,9 -73,14 -2,00 -1,10 18 Đỉnh cột M N V Đầu xà M N V Cuối xà M N V Đầu xà M N V Đoạn xà Đoạn xà Cuối xà M N V 1,4 206,11 -61,25 -40,50 1,5 56,57 2,49 8,29 1,5 26,94 2,31 6,45 1,5 26,94 2,31 6,45 1,4 62,23 -40,29 4,03 1,5 -56,57 0,07 1,66 1,4 -206,11 -45,55 -48,53 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,5 -10,11 1,94 2,77 1,4 206,11 -61,25 -40,50 1,4 -206,11 -45,55 -48,53 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,4 62,23 -40,29 4,03 1,4,8,10 202,70 -59,66 -47,58 1,5,7,9 63,42 -8,96 7,35 1,5,7,9 35,55 -9,04 6,51 1,5,7,9 35,55 -9,04 6,51 1,5,7,9 -63,42 -2,00 -9,65 1,4,8,10 -202,70 -52,45 -46,25 1,5,7,9 -10,06 -9,21 4,83 1,4,7,9 -172,99 -52,20 -43,79 1,4,7,9 -30,31 -50,54 -27,20 -30,31 -50,54 -27,20 1,4,7,9 55,05 -47,23 5,97 THIẾT KẾ CỘT KHUNG 7.1 Thiết kế tiết diện cột Tiết diện cột khung đặc trưng hình học tiết diện chọn phần thiết kế sơ Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn cặp nội tính tốn (bất lợi nhất): M = 185,08 kN.m N = -173,50 kN V = -49,11 kN Đây cặp nội lực vai cột , tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4,7,9 gây Độ lệch tâm tương đối: M A 185,08.100 76 7,8542 N Wx 173,50 1032.22 Độ lệch tâm quy đổi: me m x mx Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số ta có: * A f / Aw 0,5 : (1,75 0,1m x ) 0,02(5 m x ) x = (1,75-0,1.7,8542)-0,02.(5-7,8542).2,167=1,08827 * A f / Aw 1 : (1,9 0,1m x ) 0,02(5 m x ) x = (1,9-0,1.7,8542)-0,02.(5-7,8542).2,167=1,23827 19 Af 1.20 0,55556 nội suy có 1,10494 Aw 0,9.40 Suy ra: me 1,10494.7,8542 8,6784 Với 7.2 Kiểm tra tiết diện cột chọn 7.2.1 Kiểm tra bền Do me 8,6784 20 nên ta kiểm tra bền 8.2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể * Điều kiện ổn định tổng thể cột mặt phẳng khung kiểm tra theo công thức sau x N c f e A Với x 2,167 me 8,6784 , tra bảng IV.3 phụ lục, nội suy ta có: c 0,14004 suy ra: x 173,5 16,302 c f 1.21 21(kN / cm ) 0,14004.76 * Điều kiện ổn định tổng thể cột mặt phẳng khung kiểm tra theo công thức sau.(theo điều 5.4.2.5 TCXDVN : 338-2005) y N c f c.y A Trước hết ta cần tính trị số momen 1/3 chiều cao cột kể từ phía có mơmen lớn Vì cặp nội lực dùng tính tốn cột tiết diên vai cột trường hợp tải trọng 1,4,7,9 gây nên trị số mômen tiết diện chân cột trường hợp tải trọng tương ứng gây là: M 63,22 0,9( 70,57 5,34 13,76) 143,92(kN m) 2.(185,08 ( 143,92)) M 142,92 75,42(kN m) M 185,08 M’= max( M ; ) = max(75,42; ) =92,54 (kN.m) 2 Độ lệch tâm tương đối theo M’: M ' A 92,54.10 76 mx 3,9271 N Wx 173,50 1023,22 Theo bảng IV.2 phụ lục, nội suy ta có: y 0,697516 Do m x 3,9271 nên hệ số c tính theo cơng thức sau c 0,23128 m x 0,84635.3,9271 Trong đó: hệ số , tra theo bảng 16 TCXDVN 338 bảng phụ lục 0,65 0,05m x 0,84635 ; E 2,1.10 3,14 99,3 y 83,4853 f 21 N 173,50 Suy ra: y c. A 0,23128.0,697516.76 13,492 c f 21(kN / cm ) c 1 c 3,14 20 7.2.3 Kiểm tra ổn định cục a, Ôn định cục cánh Ôn định cục cánh cột kiểm tra theo công thức sau: b0 b0 t f t f b t 20 0,9 9,55(cm) Với : b0 f w 2 b E 18,236 vì: 0,8 x 2,167 , nên (0,36 0,1. ) f t f suy ra: b b0 9,65 9,65 18,236 tf t f Bản cánh không bị ổn định cục b, Ôn định cục bụng Ôn định cục bụng cột kiểm tra theo công thức sau: hw hw tw tw Với bụng cột m x 7,8542 ; x 2,167 khả chịu lực cột định điều kiện ổn định tổng thể mặt phẳng uốn ( x y ) nên theo bảng 2.2 ta có: ta có: hw 2,1.10 ( , , 35 ) E / f ( , , 35 , 167 ) 89,915 21 tw hw 40 *, t 0,9 44,44 3,1 E / f 98,03 w hw 40 *, t 0,9 44,44 2,3 E / f 72,73 nên đặt vách cứng w *, h hw 40 44,44 w 89,915 , bụng cột không bị ổn định t w 0,9 tw cục 7.2.4 Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh cột Sử dụng phần mềm SAP để tính tốn, chuyển vị ngang lớn đỉnh cột tổ hợp tĩnh tải tải trọng gió trái là: x 0,85 5,59 4,74(cm) x 47,4 0,557.10 3,33.10 H 8510 300 8.THIẾT KẾ XÀ NGANG 8.1 Đoạn xà (tiết diện thay đổi) Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính tốn: M=-206,11 (kN.m) N=-45,55 (kN) V=-48,53 (kN) 21 Đây cặp nội lực đầu xà, tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4 gây 8.1.1 Chọn tiết diện kiểm tra theo yêu cầu cấu tạo Mômen chống uốn cần thiết tiết diện đầu xà xác định theo công thức sau: Wxy M 981,476 Wx 1023,22 c f Bề dày bụng xác định từ điều kiện chịu cắt V 48,53 tw 0,144435 t w 0,6cm chọn t w 0,9cm h f c c 42.12.1 Chiều cao tiết diện xác định theo chi phí tối ưu chi phí vật liệu: Wxyc 981,476 h k (1,15 1,2) (37,97 39,6) chọn h=42cm tw 0,9 Diện tích tiết diện cần thiết cánh xác định theo công thức sau: h t h 42 0,9.40 A fyc (b f t f ) yc (Wxyc w w ) (981,476 ) 18,81(cm ) 12 h f 12 41 Theo yêu cầu cấu tạo ổn định cục bộ, kích thước cánh chọn t f (1 2)cm; t f t w; sau: b f (1 / 1 / 5)h (8,4 21)cm ; b f (1 / 10h;18cm) bf tf E 31,623 f Chọn b f 20cm ; t f 1cm Như tiêt diện xà chọn đạt yêu cầu cấu tạo điều kiện ổn định phù hợp với giả thiết ban đầu độ cứng tiết diện xà (chổ tiếp giáp với cột) tiết diện cột Các đặc trưng hình học giống tiết diện cột 2 Hình8.1: Đoạn xà 22 10 y 200 y y 250 10 10 270 420 x x x x 400 10 y 200 Hình8.2: Tiết diện đầu xà (MC 1-1) Hình8.3: Tiết diện cuối xà (MC 2-2) 8.1.2 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền M A 206,11.76 33,316 N W x 45,55.1032,22 Do m x 33,316 20 me .m x 20 (vì ) nên phải tính tốn kiểm tra mx bền cho tiết diện xà ngang Điều kiện kiểm tra theo công thức sau: x N M 45,55 206,11 20,57 c f 21(kN m) A Wx 76 1032,22 Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương chổ tiếp xúc cánh bụng: td 12 3 12 M h w 14,7 đó: Wx h V S f 48,53.410 1 1,02(kN / cm ) I x t w 21676,7.0,9 Ở : S f - mômen tĩnh cánh dầm trục trung hoà x-x: S f b f t f ( h / t f / 2) 20.1(21 0,5) 410(cm ) Vậy: td 14,7 1,02 14,8 1,15c f 24,15(kN / cm ) 8.1.3 Kiểm tra ổn định cục cánh bụng b0 9,55 0,5 E / f 15,81 tf hw 40 44,44 5,5 E / f 173,925 t w 0,9 bụng không bị ổn định cục tác dụng ứng suất pháp ( đặt sườn dọc) 23 w hw tw f /E 40 21 1,405 3,2 0,9 21.10 bụng không bị ổn định cục ứng suất tiếp (không phải đặt sườn ngang) w hw tw f /E 38 21 1,405 2,5 0,7 21.10 bụng không bị ổn định cục tác dụng ứng suất pháp 250 x hw 25cm x 270 10 ứng suất tiếp (không phải kiểm tra ô bụng) Như tiết diện chọn thoả mãn điều kiện ổn định cục 9.2 Đoạn xà (tiết diện không đổi) Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính tốn: M=62,23 (kN.m) N=-40,29 (kN) V=-4,03 (kN) Đây cặp nội lực cuối xà, tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4 gây 8.2.1 Tiết diện đặc trưng hình học 200 Theo phương án đoạn xà có tiết y diện khơng đổi, độ cứng I I1 / 2,8 Để thi công thuận lợi ta thay đổi chiều cao bụng, giải phương trình ta có tiết diện đoạn xà sau: b f 20cm y t f 1,0cm 10 t w 0,9cm h hw 2t f 27cm Hình8.4: Tiết diện đoạn xà Các đặc trưng hình học: * A= 27.0,9+2.20.1=62,5 ( cm ) b f t 3f h tf t w hw3 I w * x 12 12 b f t f 20.13 25 0,9.25 Ix 2. 20.1 7998,54(cm ) 12 12 2 * t f b 3f 25.0,9 hw t w3 1.20 Iy 1334,85(cm ) 12 12 12 12 24 * Wx * Sx I x 7998,54.2 592,485(cm ) h 27 t f 25 h hw h 25 25 t w w b f t f w 0,9 20.1. 400,625(cm3 ) 2 2 2 * ix I x / A 7998,54 1334,85 11,31(cm) ; i y I y / A 4,62(cm) 62,5 62,5 8.1.2 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền M A 62,23.62,5 16,29 N Wx 40,29.592,485 Do m x 16,29 20 me m x 20 nên khơng cần phải tính tốn kiểm tra mx bền cho tiết diện xà ngang 8.2.3 Kiểm tra ổn định cục cánh bụng Vì tiết diện đoạn xà nhỏ tiết diện đoạn xà nên ta không cần kiểm tra ổn định cục cho đoạn xà THIẾT KẾ DẦM CẦU TRỤC 9.1 Tải trọng 9.1.1 Tĩnh tải ( trọng lượng thân) Với chiều cao tiết diện cột h=42cm, ta xác định mômen uốn lực cắt vị trí liên kết cơng-xơn với cánh cột: 25 ... ngang xác định sau: SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG 4.1 Các trường hợp tải trọng H ình 4.2: Sơ đồ tính khung với tĩnh tải Hình 4.3: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái Hình 4.4: Sơ đồ tính khung với hoạt... 4.5: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió trái sang Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang Hình 4.7: Sơ đồ tính khung ngang với áp lực đứng Dmax lên cột trái Hình 4.8: Sơ đồ tính... khung ngang xác định với trường hợp chất tải phần mềm SAP2000 Kết tính tốn thể dạng biểu đồ, bảng tổ hợp nội lực.Do khung có kết cấu đối xứng tải trọng đối xứng nên ta tổ hợp nội lực tính tốn