Tài liệu ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP. HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG GVHD : T.S HOÀNG BẮC AN SVTH : ĐỖ DUY KHƯƠNG MSSV : 10610300073 Lớp : XB10 Mục Lục 1 Số Liệu Đề Bài .............................................................................................................. 4 2 Xác Định Kích Thước Chính Của Khung Ngang ........................................................... 5 3 4 5 2.1 Chọn cầu trục phù hợp ............................................................................................ 5 2.2 Xác định kích thước theo phương đứng ................................................................... 5 2.3 Xác định kích thước theo phương ngang nhà ........................................................... 5 2.4 Kích thước dàn mái và cửa mái ............................................................................... 6 2.5 Hệ giằng ................................................................................................................. 6 2.5.1 Hệ giằng ở mái................................................................................................. 6 2.5.2 Hệ giằng ở cột.................................................................................................. 6 Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang ......................................................... 7 3.1 Tĩnh tải ................................................................................................................... 7 3.2 Tải trọng sửa chữa mái ............................................................................................ 7 3.3 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột .............................................................. 7 3.4 Lực xô ngang của cầu trục....................................................................................... 8 3.5 Tải trọng gió ........................................................................................................... 9 Xác Định Nội Lực Khung Ngang Dựa Trên Cơ Sở PP Phần Tử Hữu Hạn.................... 11 4.1 Biểu đồ tải trọng ................................................................................................... 11 4.2 Biểu đồ Mômen .................................................................................................... 17 4.3 Bảng nội lực.......................................................................................................... 20 4.4 Bảng tổ hợp nội lực ............................................................................................... 21 Thiết Kế Cột................................................................................................................ 22 5.1 Xác định chiều dài tính toán của cột ...................................................................... 22 5.1.1 Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung ........................................ 22 5.1.2 Chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung ........................................ 22 5.2 Thiết kế tiết diện cột trên....................................................................................... 23 5.2.1 Chọn tiết diện sơ bộ ....................................................................................... 23 5.2.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn .............................................................................. 23 5.3 Thiết kế tiết diện cột dưới ..................................................................................... 26 5.3.1 Chọn tiết diện sơ bộ ....................................................................................... 26 5.3.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn .............................................................................. 26 Số Liệu Đề Bài 1 Số Liệu Đề Bài              Thiết kế nhà công nghiệp 1 tầng bằng thép, một nhịp có cửa mái và 2 cầu trục chạy trong phân xưởng. Chiều dài nhà : ∑ = 144 Nhịp khung : L = 33 m Bước khung : B = 6 m Sức nâng cầu trục : Q = 20 / 5 Chế độ : Vừa Cao trình mặt ray : = 10,2 Mái lợp tôn : độ dốc = 5% Dạng dàn : Cánh song song Cường độ thép : CT38 Bêtông : B20 Địa điểm theo TCVN 2737-95 để phù hợp với vùng gió : IVA Liên kết dàn với đầu cột : Liên kết ngàm Xác Định Kích Thước Chính Của Khung Ngang 2 Xác Định Kích Thước Chính Của Khung Ngang 2.1 Chọn cầu trục phù hợp Từ số liệu đề bài: nhịp nhà L = 33m, sức cẩu của cầu trục Q = 20 / 5 (T), chúng ta tra catalogue chọn cầu trục phù hợp.       Loại ray : KP70 Chiều cao = 2,4 (tính từ cao trình đỉnh ray đến điểm cao nhất cầu trục) Bề rộng của cầu trục = 6,3 (tính theo phương dọc nhà của cầu trục) Nhịp cầu trục = 31,5 (khoảng cách giữa 2 tim ray) Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục K = 5 m Kích thước = 280 . (kể từ tim ray cho đến mép ngoài, dùng để tính toán khe hở giữa cầu trục và mép trong cột trên). 2.2 Xác định kích thước theo phương đứng Chiều cao phần cột dưới:      Cao trình đỉnh ray = 10,2 Chiều cao của ray ℎ = 850 (dựa trên catalogue) Chiều cao của dầm cầu chạy ℎ = 600 (chọn sơ bộ bằng 1/10 bước cột B) Phần cột chôn ngầm dưới mặt nền hoàn thiện ℎ = 0 (Khi cấu tạo cổ móng sao cho mặt trên cổ móng vừa bằng cao trình nền) Ta có thể xác định chiều cao thực phần cột dưới theo công thức: = +ℎ −ℎ −ℎ = 10,2 + 0 − 0,85 − 0,6 = 8,75 Chiều cao phần cột trên:     Chiều cao cầu trục = 2,4 Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép dưới kết cấu mái. Lấy 100 mm Độ võng kết cấu mái f = (1/100)L = 0,33 m. Lấy chẵn 0,3 m Chiều cao thực phần cột trên xác định theo công thức: =ℎ +ℎ + + 0,1 + 0,3 = 4,25 2.3 Xác định kích thước theo phương ngang nhà Số liệu sơ khởi:   Nhịp nhà xưởng L = 33 m Nhịp cầu trục = 31,5 Từ đây ta xác định được khoảng cách từ tim ray cho đến trục định vị: Xác Định Kích Thước Chính Của Khung Ngang = − 2 = 0,75 Chiều cao tiết diện phần cột trên ℎ = = 0,425 . Vì sức trục nhỏ (20T) nên ta chọn25cm. Chiều cao tiết diện phần cột dưới ℎ = = 0,875 .Vì sức trục nhỏ (20T) nên ta chọn 50 cm. Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột: ≥ℎ + + − = 0,25 + 0,28 + 0,07 − 0,75 = −0,15 (với D : khe hở an toàn giữa cầu trục và cột. Lấy D = 70 mm) Chọn a = 0 mm, tức là trục định vị trùng với mép ngoài cột trên. ⇒ = 220 2.4 Kích thước dàn mái và cửa mái Chọn chiều cao giữa dàn của dàn cánh song song: ℎ= 1 1 = × 33 = 3,3 10 10 Cao trình của đỉnh mái: , × + 16,3 = 17,125 2.5 Hệ giằng 2.5.1Hệ giằng ở mái 2.5.1.1 Giằng trong mặt phẳng cánh trên 2.5.1.2 Giằng trong mặt phẳng cánh dưới 2.5.1.3 Hệ giằng đứng Được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn. 2.5.2Hệ giằng ở cột Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang 3 Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang 3.1 Tĩnh tải     Trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực của mái (tôn, hệ giằng mái, vì kèo) : 30 kg/m2 Trọng lượng cột: - Cột dưới : 250 daN/m - Cột trên : 200 daN/m Trọng lượng dầm cầu chạy và dầm hãm : 300 daN/m đối với dầm 6m. => Lực tập trung tại mỗi cột : 1800 daN = 18 kN Momen lệch tâm : 18 × 0.5 = 9 Trọng lượng hệ giằng cột: - Cột dưới : 15 daN/m - Cột trên : 12 daN/m 3.2 Tải trọng sửa chữa mái Trường hợp mái vật liệu nhẹ (tôn) : 30 daN/m2 (hoạt tải mái). Hệ số hoạt tải : 1,3. Mặt phẳng mái nghiêng 2,860 Giá trị tải sửa chữa mái đưa vào tính toán là: = 30 × 1,3 = 39,05 2,86 Tải sửa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều: × = 234,3 3.3 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột Số liệu tính toán được xác định như sau:      Sức cẩu của cầu trục : 200 kN Hệ số vượt tải : n = 1,1 Hệ số tổ hợp, xét đến xác xuất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của hai cầu trục hoạt động cùng nhịp : = 0,9 Từ catalogue cầu trục, xác định được = 265 , tổng trọng lượng cầu trục = 500 , số bánh xe một bên ray = 2 Giá trị Pmin được xác định theo công thức: + = − = 85 Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang = 6,3 Từ các kích thước của cầu trục , K = 5 m. Ta có thể sắp xếp các bánh xe cầu trục như sơ đồ dưới: 5000 1300 P P 3 5000 P 1 6000 4 6000 y y 3 y 1 1000 P 2 5000 y 2 1300 4 5000 Từ hình vẽ ta có: =1 = 6 − 1,3 × 6 = 6−5 × 6 = 0,78 = 0,17 =0 = 1,95 Ta tính được: = . . . = 1,1 × 0,9 × 265 × 1,95 = 511,58 Mômen lệch tâm : 511,58 × 0.5 = 255,79 = . . . = 1,1 × 0,9 × 85 × 1,95 = 164,1 Mômen lệch tâm : 164,1 × 0,5 = 82,05 3.4 Lực xô ngang của cầu trục = 85 Trọng lượng xe con . Giả định cầu trục sử dụng móc mềm, Tổng hợp lực hãm ngang tác động lên toàn cầu trục là: = + . ′ = 200 + 85 × 0,1 × 2 = 14,25 4 = 0,1. Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang : số bánh xe của xe con ′ : số bánh xe được hãm của xe con Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên 1 bánh xe của cầu trục: = = 7,13 Vậy lực xô ngang của cầu trục là: = . . . = 1,1 × 0,9 × 7,13 × 1,95 = 13,76 Lực xô ngang này đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai cột 0,6 m, tức là ở cao trình 9,35 m 3.5 Tải trọng gió Theo TCXDVN 2737-1995, tải trọng gió tác dụng lên một khung được xác định theo công thức: = . . . . n : hệ số vượt tải của tải trọng gió, lấy bằng 1,3 c : hệ số khí động (xem hình) Tỉ số Góc nghiêng ề = , ≈ 0,5 = 2,86 , Tra bảng và nội suy => à à = 4,4; Tra bảng => = −0,74 = −0,5 k : hệ số độ cao và dạng địa hình Tại độ cao 13m (cánh dưới dàn vì kèo), địa hình A; Nội suy => Tại độ cao 18,6m (đỉnh mái), địa hình A; Nội suy => = 1,22 = 1,28 Trong khoảng từ độ cao cánh dưới dàn vì kèo đến đỉnh mái, hệ số k được lấy trung bình của 2 giá trị trên => = 1,25 Giá trị áp lực gió : Vùng IV => = 155 Tải trọng gió phân bố đều trên cột: Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang = . . . đ . = 1,3 × 0,8 × 1,22 × 155 × 6 = 1179,98 = 1,3 × 0,5 × 1,22 × 155 × 6 = 737,49 = 11,8 = 7,37 Toàn bộ phần tải gió tác dụng từ cao trình đáy vì kèo lên đến đỉnh mái được quy về ℎ = 3,3 ; ℎ = 0,46 ; ℎ = 1,5 ; ℎ = 0,32 đ = . . . . đ và với .ℎ = 1,3 × 1,25 × 155 × 6 × (0,8 × 3,3 + (−0,74) × 0,46 + 0,7 × 1,5 + (−0,8) × 0,32 = 4675 = . . . . .ℎ = 1,3 × 1,25 × 155 × 6 × (0,5 × 3,3 + 0,6 × 0,46 + 0,6 × 1,5 + 0,6 × 0,32 = 4560,95 = đ + = 9235,95 = 92,36 Xác Định Nội Lực Khung Ngang 4 Xác Định Nội Lực Khung Ngang Dựa Trên Cơ Sở PP Phần Tử Hữu Hạn 4.1 Biểu đồ tải trọng Tĩnh tải: Xác Định Nội Lực Khung Ngang Hoạt tải sửa chữa mái: Xác Định Nội Lực Khung Ngang Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên trái): Xác Định Nội Lực Khung Ngang Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên phải): Xác Định Nội Lực Khung Ngang Lực hãm lên cột trái: Lực hãm lên cột phải: Xác Định Nội Lực Khung Ngang Gió trái: Gió phải: Xác Định Nội Lực Khung Ngang 4.2 Biểu đồ Mômen Tĩnh tải Hoạt tải sửa chữa mái: Xác Định Nội Lực Khung Ngang Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên trái): Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên phải): Lực hãm lên cột trái: Xác Định Nội Lực Khung Ngang Lực hãm lên cột phải: Gió trái: Gió phải: Xác Định Nội Lực Khung Ngang 4.3 Bảng nội lực Đơn vị kN Thứ tự tải trọng Loại tải trọng 1 Tĩnh tải 2 Hoạt tải sửa chữa mái 3 Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên trái) 4 Hoạt tải cầu trục lên vai cột (móc trục bên phải) 5 Lực hãm lên cột trái 6 Lực hãm lên cột phải 7 Gió trái 8 Gió phải Hệ số tổ hợp Cột trên Tiết diện B M N Cột dưới Tiết diện Ct M N Tiết diện Cd M N M A N Q 1 1 0.9 -5.60 -34.70 -31.23 5.00 38.70 34.83 1.15 -11.70 -10.53 5.00 38.70 34.83 -7.85 -11.71 -10.54 23.00 38.71 34.84 7.70 41.10 36.99 23.00 38.71 34.84 -1.60 -5.42 -4.88 1 -3.35 0.00 68.50 0.00 -187.27 510.44 -22.40 510.44 -16.91 0.9 -3.02 0.00 61.65 0.00 -168.54 459.40 -20.16 459.40 -15.22 1 -41.10 0.00 30.80 0.00 -51.27 165.24 113.62 165.24 -16.91 0.9 1 0.9 1 0.9 -36.99 -0.36 -0.32 16.42 14.78 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 27.72 -12.30 -11.07 -3.75 -3.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -46.14 -12.27 -11.04 -3.75 -3.38 148.72 0.00 0.00 0.00 0.00 148.72 0.00 0.00 0.00 0.00 -15.22 -9.01 -8.11 4.75 4.28 1 264.30 0.00 16.20 0.00 16.19 0.00 0.00 198.50 0.9 1 0.9 237.87 -299.90 -269.91 0.00 0.00 0.00 14.58 17.64 15.88 0.00 0.00 0.00 14.57 17.64 15.88 0.00 0.00 0.00 102.26 75.61 68.05 -50.03 -45.03 1358.34 1222.51 1249.05 1124.15 0.00 0.00 0.00 178.65 -162.23 -146.01