ĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO - 123doc

ĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈOĐỒ ÁN THÉP THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO

Mục Lục

Chương 1: Số Liệu Và Nhiệm Vụ Thiết Kế ……… ………1

Chướng 2: Tính Toán Thiết Kế Khung Ngang 3

Chương 3: Thiết Kế Xà Gồ Mái Và Hệ Giằng 6

Chương 4: Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang……….……… …

19 Chương 5: Xác Định Nội Lực Và Tổ Hợp Nội Lực………

….30 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Chương 1: Số Liệu Và Nhiệm Vụ Thiết Kế Mã đề : 3-B6-H12-L50 1 Số liệu thiết kế 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 = 50 (m) + Bước khung: B = 6 (m) + Sức nâng cầu trục: Q =16 (T) (nhà có 1 cầu trục hoạt động, chế độ làm việc trung bình) + Cao trình đỉnh ray: H1 = +12.70 (m) SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 1

+ Độ dốc của mái: i = 18%; α = 1022’

+ Chiều dài nhà: 66 (m) nhà có 11 bước cột

+ Phân vùng gió: II-A (Địa điểm xây dựng Thành phố Cần Thơ)

fc = 32 (kN/cm2) = 3200 (Kg/cm2)

+ Môđun đàn hồi: E= 2.1 x 105 MPa

+ Que hàn N42, sử dụng phương pháp hàn bằng tay ( βf =0.7, βs =1 )

- Bulông chia làm 2 loại: loại thường và loại cường độ cao Các cấp độ bềncủa Bulông là 4.6 cho đến 10.9 Trong đó, Bulông cường độ cao theo TCVN dùngloại théo có cấp độ bền là 8.8 (hoặc 10.9)

2 Nhiệm vụ thiết kế

2.1 Thuyết minh tính toán

• Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột,

bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột

• Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tảitrọng gió

• Thiết kế xà gồ (2 phương án: tiết diện cán nóng và tiết diện dập nguội)

• Tính nội lực khung ngang Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tảitrọng Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưngcủa cột và xà mái

• Thiết kế khung ngang gồm cột và xà Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà

với cột, mối nối xà

• Thiết kế dầm cầu trục, cột sườn tường

2.2 Bản vẽ thể hiện

01 bản vẽ khổ A1 gồm:

• Sơ đồ khung ngang

• Hệ giằng mái, giằng cột

• Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột

• Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà

• Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết

Chướng 2: Tính toán thiết kế khung ngang

Mặt bằng lưới cột

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 3

Hình dạng khung ngang

- Chọn cầu trục có sức trục 16(T), chế độ làm việc trung bình (Tra bảng : trang

88 Sách Thiết Kế Khung Thép Nhà Công Nghiệp Một Tầng , Một Nhịp – TS.Phạm Minh Hà (NXB Xây Dựng – 2012)) (Số liệu cầu trục thay đổi nheo nhịp cầutrục đã chọn)

HK (m)

Kh.cáchZmin(mm)

BềrộnggabaritBK(mm)

BềrộngđáyKK(mm)

T.lượngcầu trục

G (T)

T.lượng

xe conGxc(T)

ÁplựcPmax(kN)

ÁplựcPmin(kN)

Trong đó:

Lk : nhịp gabarit của cầu trục, được tính bằng khoảng cách giữa hai tim ray;

Hk : chiều cao gabarit của cầu trục, được tính từ đỉnh ray cho đến điểm cao nhấtcủa cầu trục;

Zmin : khoảng cách nhỏ nhất theo phương ngang từ trọng tâm ray cầu trục đến méptrong của cột;

Kk : bề rộng đáy, (khoảng cách trọng tâm cầu trục theo phương bề rộng/phươngdọc nhà);

Bk : bề rộng gabarit của cầu trục, kích thước gabarit tính theo phương dọc nhà củacầu trục;

Pmax : áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray;

Pmin : áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục lên ray

bk = 0.5 + 0.1 =0.6 (m) - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

Hk = 1.19 (m) - theo thông số cầu trục đã chọn

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến cánh dưới của dàn:

H = H1 + H2 + H3 = 12.7+ 1.8 + 0 = 14.5(m)

Trong đó: H1 - cao trình đỉnh ray, H1 = 12.7 (m)

H3 - phần cột chôn dưới cốt nền, coi mặt móng ở cốt  0,000 (H3 = 0)

Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến cánh dưới củadàn: (cột trên)

Ht = H2 + Hdct + Hr = 1.8 + 0.5 + 0.2 = 2.5 (m)

 Chọn sơ bộ : Hdct = 0.5 (m)

Hr - chiều cao của ray và đệm, lấy Hr = 0.2 (m)

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột: (cộtdưới)

Hd = H - Ht = 14.5 – 2.5= 12 (m)

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 5

Chiều cao dàn vì kèo:

Vì nhà có độ dốc i = 18% và nhip L = 50m nên chọn sử dụng dàn vì kèođiển hình hình thang có chiều cao đầu dàn Ho = 2.2 (m) phủ bì từ sóng thép góctrên đến sóng thép góc dưới tại trục định vị của nhà liên kết ngàm với cột

Chiều cao giữa dàn vì kèo:

2 Theo phương ngang:

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0)

Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

Chương 3: Thiết Kế Xà Gồ Mái Và Hệ Giằng

Độ dóc mái i 18%suy ra:  10 12 'o , cos   0.984,sin   0.180

Chọn tole 7 sóng mạ màu:

- Chiều rộng khổ tole là 1000 mm, dày 0.7mm

- Khoảng cách giữa các bước sóng là 166 mm

- Chiều cao sóng tole là 25 mm

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 7

Các thông số kỹ thuật cơ bản của tấm tole:

Kiểm tra:

- Tải trọng tác dụng lên tấm tole: 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 chiềungược 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:

gồm 2 thành phần là gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trênmái Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió II-A ( khu cực

Cần Thơ ), có áp lực tiêu chuẩn W0 =0.95 kN/m2, được giảm đi0.12kN/m2 nên còn W0 =0.83 kN/m2 Hệ số vượt tải 1,2 Dựa vào tỷ số

16.7

0.33450

H

và độ dốc mái i = 18%  góc  = 10.20Tra bảng 6 TCVN 2737-1995 kết hợp nội suy ta có :

Ce1 = -0,333 ; Ce2 = -0,4 ; Ce3 = -0,5;

k1 = 1.26 với cao trình tại đỉnh cột là: +16.7m

k2 = 1.31 với cao trình tại đỉnh mái là: + 21.2m

Tải trọng gióng tác động lên mái:

- nq =1.2 : Hệ số vượt tải đối với tải trọng gió;

- B : Diện hứng gió, tính trên 1m

Tổ hợp tải trọng tác dụng lên tấm tôn:

TH1: Hoạt tải + Tỉnh tải

g tc

4.38 10

tc x

 Thỏa điều kiện độ võng.

II HỆ GIẰNG MÁI VÀ HỆ GIẰNG CỘT

Hệ giằng là bộ phận trọng yếu của kết cấu nhà, có tác dụng như sau:

 Đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của nhà;

 Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khungnhư gió lên tường hồi và lực hảm của cầu trục;

 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;

 Đảm bảo ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu như: thanh dàn, hệ cột

 Đảm bảo cho thi công dựng lắp kết cấu được an toàn và thuận tiện

Hệ giằng có hai loại là: giằng mái và giằng cột

1 Hệ giằng mái

Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trởlên, chúng được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh

dưới dàn và mặt phẳng đứng giữa dàn

a Giằng trong mặt phẳng cánh trên

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặtphẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà Tác dụng chính của chúng là đảmbảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết khôngchuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Các thanh giằng chữ thập nên bố trí hai đầu

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 11

khối nhiệt độ Khi khối nhiệt độ quá dài thí bố trí thêm ở khoảng giữa khối, saocho khoảng giữa chúng không quá 50 - 60 m Các dàn còn lại được liên kết vàocác khối cứng bằng xà gồ hay sườn của tấm mái Thanh chống dọc nhà dùng để cốđịnh các nút quan trọng của nhà: nút đỉnh góc ( bắt buộc ), nút đầu dàn Nhữngthanh chống dọc này cần thiết để đảm bảo cho độ mảnh của cánh trên trong quá

trình dựng lắp không vượt quá 220

Hệ giằng cánh trên

b Giằng trong mặt phẳng cánh dưới

Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên,nghĩa là ở hai đầu của khối nhiệt độ và ở khoảng giữa, cánh 50 - 60 m Nó cùngvới giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình Hệ giằngcánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chịu tải trọng gió thổi lên

tường hồi, nên còn gọi là dàn gió

Trong những nhà xưởng có cầu trục Q ≥ 10 t, hoặc có cầu trục chế độ làmviệc nặng, để tăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dưới theo phươngtheo phương dọc nhà Hệ giằng này bảo đảm sự làm việc cùng nhau của cáckhung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên khung sang các khung lân cận Bềrộng của hệ giằng thường lấy bằng chiều dài của khoang đầu tiên của cánh dướidàn Trong nhà xưởng nhiều nhịp, hệ giằng dọc được bố trí dọc hai hàng cột biên

và tại một số hàng cột giữa, cách nhau 60 - 90 m theo phương bề rộng nhà

Hệ giằng cánh dưới

1.3 Hệ giằng đứng

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với cácgiằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình ; giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèokhi dựng lắp Thông thường hệ giằng đứng được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn,

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 13

thanh đứng giữa dàncách nhau 12 - 15 m theo phương ngang nhà Theo phươngdọc nhà, chúng được đặt tại những gian có giằng nằm ở cánh trên và cánh dưới.

Hệ giằng dứng

I.4 Hệ giằng cột

Hệ giằng ở cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theophương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột.Trong mỗi trục dọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng ; các cột kháctựa vào tấm cứng bằng các thanh chống dọc Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầutrục, các thanh ngang và các thanh chéo chữ thập Các thanh giằng cột bố trí suốtchiều cao của hai cột đĩa cứng: trong phạm vi đầu dàn - chính là hệ giằng đứngcủa mái ; lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối tựa dưới của dàn kèo ; lớp dưới,bên dưới dầm cầu trục cho đến chân cột Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặtphẳng trục cột ; các thanh giằng lớp dưới đặt trong hai mặt phẳng của hai nhánh Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để khôngcản trở biến dạng nhiệt của các kết cấu dọc Nếu khối nhiệt độ quá dài, một tấmcứng không đủ để giữ ổn định cho toàn bộ các khung thì dùng hai tấm cứng, saocho khoảng cách từ đầu khối đến trục tấm cứng không quá 75 m và khoảng cáchgiữa trục hai tấm cứng không lớn quá 50 m Sơ đồ các thanh của tấm cứng cónhiều dạng: chéo chữ thập một tầng - đơn giản nhất hoặc hai tầng khi cột quá cao;

kiểu khung cổng khi bước cột 8 m hoặc khi cần làm nối đi thông qua

Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ,cũng thường bố trí giằnglớp trên Giằng này tăng độ cứng dọc chung, truyền tải trọng gió từ dàn gió đếnđĩa cứng Các thanh giằng lớp trên này tương đối mảnh nên có thể bố trí ở hai đầu

khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể

Hệ giằng cột III Thiết kế xà gồ mái

Độ dóc mái i 18%suy ra:  10 12 'o , cos   0.984,sin   0.180

1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ: gồm trọng lượng của tấm lợp,

trọng lượng bản thân xà gồ, gió và hoạt tải mái

M M

Kiểm tra điều kiện độ võng :

Hệ sườn gồm có 2 dạng chủ yếu Hệ sườn tường cho vách che bằngtole 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 thườngdùng 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 đỡ tấm vách tole Ta có các thông số sau :

TRỌN

G LƯỢN G

MÔMEN QUÁN TÍNH MÔMEN CHỐNG UỐN

min

m m m m mm 2 Kg/m 10 4 mm 10 4 mm 10 3 mm 10 3 mm 10 3 mm

- Theo phương ngang

Dầm chịu tải trọng gió:

q l

- Kiểm tra điều kiện bền

y x

y x

M M

daN m daN cm W

 Thỏa điều kiện bền

- Kiểm tra điều kiện độ võng

Theo phương đứng do qx gây ra :

q l

m cm E

 Thỏa điều kiện về độ võng

Chương 4: Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Ngang

1 Tải trọng thương xuyên

Độ dóc mái i 18%suy ra:  10 22 'o , cos   0.984,sin   0.180

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 21

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọnglượng bản thân kết cấu, trọng lượng các bộ phận chi tiết (mái tôn+xà gồ+giằng),

trọng lượng bản thân dầm cầu trục

t xg tt

t xg

B g

t xg tc

t xg

B g

tt m m

tt m m

os 2 0.984 2

m dan

os 2 0,993 2

m dan

g B d d G

c 

1.5 Trọng lượng tole – xà gồ tường:

Trọng lượng bản thân của tôn và xà gồ tường Quy thành tải tập trung và đặttại cao trình đỉnh cột:

g2 = n×qtt ×B×H =1.1×17.8×6×16.7 = 1961.52 daN

Tỉnh Tải

2 Hoạt tải

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 23

2.1 Hoạt tải mái

Theo TCVN2737-1995, hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tôn) tiêu

chuẩn ptc=30 daN/m2 , hệ số độ tin cậy: n=1,31,3 30 6 234(daN/ )

Hoạt tải mái phải

Hoạt tải toàn mái

2.2 Hoạt tải gió

Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần làgió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên mái Theo TCVN 2737-

1995, địa điểm phân vùng gió II-A ( khu cực Cần Thơ ), có áp lựctiêu chuẩn W0 =0.95 kN/m2, được giảm đi 0.12kN/m2 nên còn W0

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 25

=0.83 kN/m2 Hệ số vượt tải 1,2 Dựa vào tỷ số

16.7

0.33450

H

và độdốc mái i = 18%  góc  = 10.370

Tra bảng 6 TCVN 2737-1995 kết hợp nội suy ta có :

Ce1 = -0,333 ; Ce2 = -0,4 ; Ce3 = -0,5;

k1 = 1.26 với cao trình tại đỉnh cột là: +16.7m

k2 = 1.31 với cao trình tại đỉnh mái là: + 21.2m

Tải trọng gióng tác động lên mái:

2.3 Hoạt tải cầu trục

HK (m)

Kh.cáchZmin(mm)

BềrộnggabaritBK(mm)

BềrộngđáyKK(mm)

T.lượngcầu trục

G (T)

T.lượng

xe conGxc(T)

ÁplựcPmax(kN)

ÁplựcPmin(kN)

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầutrục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm vàxếp các bánh xe của 2 cầu trục vào vị trí bất lợi nhất như hình Xác định được cáctung 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 truyền lên vai cột:

n=1,1 là hệ số vượt tải của hoạt tải cầu trục;

nc là hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời của nhiều cầu trục, nc=0,85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ hoặctrung bình,

nc=0,9 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc nặng;

Pmax là áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray,tra catalô cầu trục;

Tra bảng ta có Pmax=140 kN

Pmin là áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ởphía cột bên kia:

Tra bảng ta có Pmin=51.8 kN

yi là tung độ đường ảnh hưởng

Đường ảnh hưởng để xác định Dmax, Dmin

Hoạt tải đứng dầm cầu trục trái

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 29

Hoạt tải đứng dầm cầu trục phải

n o là số bánh xe cầu trục ở một bên ray;

yi là tung độ đường ảnh hưởng.

Lực hãm ngang T tác dụng lên cột khung đặt tại cao trình đỉnh ray và có thểhướng vào hoặc hướng ra khỏi cột, cụ thể ở đây đặt cách mặt vai cột 0.7 m.

Hoạt tải ngang cầu trục trái

Hoạt tải ngang dầm cầu trục phải

1 Xác định sơ bộ tiết diện:

a) Tiết diện cột :

Chiều dày bản bụng tw nên chọn:

SVTH: Trần Quốc Khánh B1503563 31

+ Chiều cao tiết diện: h =1000 mm

+ Bề rộng tiết diện cột: b = 300 mm

+ Chiều dày bản bụng: tw = 10 mm

+ Chiều dày bản cánh: tf = 16 mm

b) Tiết diện thanh dàn :

Chọn sơ bộ tiết diện thanh dàn là : TT2L100x100x10

Sơ đồ tính là khung phẳng một nhịp, cột được liên kết ngàm với móng và xà

ngang, đỉnh xà ngang liên kết khớp với nhau Dùng phần mềm SAP2000 v14.2 để

giải nội lực cho khung ngang

Yêu cầu chung trong cách xác định nội lực và tổ hợp tải trọng:

Cần tìm nội lực tại các tiết diện đặc trưng đối với từng cấu kiện khung là cột và xàngang:

Với cột khung: cần xác định nội lực tại các tiết diện đỉnh cột, chân cột và vaicột (trường hợp nhà không có vai cột đỡ dầm cầu trục thì xác định tại tiết diện giữacủa cột)

Với xà ngang: trường hợp có tiết diện không thay đổi thì xác định ở các tiếtdiện 2 đầu và giữa nhịp Nếu xà có tiết diện thay đổi thì cần xác định nội lực ở cáctiết diện 2 đầu và chổ tiết diện thay đổi

Sau khi tính khung với tùng loại tải trọng cần tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguyhiểm nhất tại các tiết diện đặc trưng Khi tiến hành tổ hợp cần tuân thủ một sốnguyên tắc cơ bản sau:

+ Nội lực do tĩnh tải cần kể đến trong mọi trường hợp

+ Không được xác định đồng thời nội lực do Dmax và Dmin ở cùng một phía.+ Nếu kể đến nội lực do lực hãm ngang T thì phải kể nội lực do áp lực đứngDmax và Dmin Ngược lai, có thể kể nội lực do áp lực đứng Dmax và Dmin mà khôngcần kể nội lực do lực hãm ngang T