ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2- khung ZAMIL
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (748.35 KB, 53 trang )
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
Thuyết minh
tính toán đồ án thép 2
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng ,1 nhịp
( khung zamil)
A. Thiết kế xà gồ mái:
Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lợng bản thân của
xà gồ. Lớp mái và xà gồ đợc chọn trớc theo tài liệu Pre Engineered Buildings Design
Manual . Sau đó đợc kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ.
- Tấm lợp mái : (single skin panels)
hình dạng tấm lợp mái chọn nh sau:
Có các thông số kỹ thuật :
Chiều dày
(mm)
Trọng lợng 1 tấm
(kG/m
2
)
D.tích 1tấm
(m
2
)
Tải trọng cho phép
(kN/m
2
)
0,7 6,59 8,39 1,96
SVTH : -Trang: 1 -
200
60
1.75
2
0
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
1065
213 213 213 213 213
3
6
10 10
31 31
Type " F " steel panel
- Lớp cách nhiệt:
- Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ Z ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ C ở
ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái.
Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ Z
Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ đợc chế tạo từ thép cán nguội).
Tiết
diện
I
x
(cm
4
)
W
x
(cm
3
)
I
y
(cm
4
)
W
y
(cm
3
)
Trọng l-
ợng
(kg/m)
Chiều
dày
(mm)
Diện
tích
(cm
2
)
Tải trọng
cho phép
(KN)
200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44
Xà gồ chữ Z(200Z17). Xà gồ chữ C(180ES20).
Tiết diện J
x
(cm
4
)
W
x
(cm
3
)
J
y
(cm
4
)
W
y
(cm
3
)
Trọng l-
ợng
(kg/m)
Chiều
dày
(mm)
Diện
tích
(cm
2
)
L
(mm)
180ES20 491,7 49,17 73,73 12,12 6,11 2,0 7,8 20
SVTH : -Trang: 2 -
1.75
180
2
0
8
5
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ :
Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng
bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái.
Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1,5 m
Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là :
=
.
(Độ dốc i = 15
= 8,53
o
).
a.Tĩnh tải :
Vật liệu mái Hệ số v-
ợt tải
Tải trọng tiêu
chuẩn (kG/m
2
)
Tải trọng tính
toán (kG/m
2
)
1 lớp tôn lợp mái 1,05 6,59 6,92
Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,98
Xà gồ mái 180ES20 1,05 6,11 6,416
Bọt thuỷ tinh cách
nhiệt
1,2 10 12
b . Hoạt tải:
Hoạt tải sử dụng lấy p
tc
= 30 kG/m
2
với hệ số vợt tải n = 1,3
p
tt
= 30.1,3 = 39 kG/m
2
.
Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17:
q
tc
= (6,59 + 10 + 30).
+ 4,74 = 75,56 (kG/m).
q
tt
= (6,92 + 12 + 39).
+ 4,74.1,05 = 93,01(kG/m).
2 . Kiểm tra lại xà gồ đã chọn :
Xà gồ dới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa đợc tính toán nh cấu kiện
chịu uốn xiên.
Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phơng với trục x-x tạo với phơng
ngang một góc = 8,53
o
(Độ dốc i = 15).
a. Kiểm tra với xà gồ chữ Z
Tải trọng tác dụng theo các phơng x-x và y-y là
===
.
SVTH : -Trang: 3 -
y
y
x
y
x
x
y
q.sin
q.cos
q
q.cos
q
q.sin
x
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
===
.
===
.
===
.
*Theo điều kiện bền:
+=+=
c
= 1 hệ số điều kiện làm việc.
f
=2150 kG/cm
2
: cờng độ của thép xà gồ
Xà gồ tính toán theo 2 phơng đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá
trị lớn nhất ở giữa nhịp.
Ta có :
===
kG.cm
===
kG.cm.
q
y
q
x
6000
3000 3000
Mx
My
Sơ đồ tính xà gồ theo phơng x-x và y-y:
==+=+=+=
*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phơng tuy nhiên độ võng theo phơng mặt phẳng mái rất nhỏ
nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phơng vuông góc với mặt phẳng mái
Công thức kiểm tra :
==
<
Ta có :
===
<===
Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cờng độ và điều kiện độ võng.
b. Kiểm tra với xà gồ chữ C
*Tải trọng tác dụng:
Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20:
q
tc
= (6,59+ 10 + 30).
+ 6,11 = 41,52 (kG/m).
SVTH : -Trang: 4 -
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
q
tt
= (6,92 + 12 + 39).
+ 6,11.1,05 = 50,44(kG/m).
Tải trọng tác dụng theo các phơng x-x và y-y là :
===
.
===
.
===
.
===
.
*Theo điều kiện bền :
+=+=
c
= 1 hệ số điều kiện làm việc.
f
=2150 kG/cm
2
: cờng độ của thép xà gồ
Xà gồ tính toán theo 2 phơng đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá
trị lớn nhất ở giữa nhịp.
Ta có :
===
kG.cm
===
kG.cm.
q
y
q
x
6000
3000 3000
Mx
My
Sơ đồ tính xà gồ theo phơng x-x và y-y:
==+=+=+=
*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phơng tuy nhiên độ võng theo phơng mặt phẳng mái rất nhỏ
nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phơng vuông góc với mặt phẳng mái
.
Công thức kiểm tra :
==
<
Ta có :
===
<===
Vậy xà gồ chữ C 180SE20 đảm bảo điều kiện cờng độ và điều kiện độ võng.
B.Các kích thớc chính của khung ngang.
SVTH : -Trang: 5 -
200
16
500
14
14
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
1.Các thông số của cầu trục: Với sức trục Q = 10 tấn, chế độ làm việc trung bình ,chọn
trục định vị trùng với mép ngoài của cột và = 750 mm.
Các thông số kỹ thuật
Sức
trục
Q(T)
Nhịp
cầu
trục
(m)
Kích thớc gabarit chính
(mm)
áp lực bánh
xe lên ray
(T)
Trọng lợng
(T)
B K H
ct
B
1
P
max
c
Xe con Toàn cầu
trục
10 19,5 6300 4400 1900 260 13,5 4 24
2.Ray cầu trục:
Loại ray sử dụng là KP-70 có các thông số kỹ thuật sau:
Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: H
r
= 120 + 20 = 140 (mm).
3.Dầm cầu trục:
Từ bớc cột và các thông số của cầu trục ta
chọn dầm tiết diện chữ I định hình cao 50 cm
có các thông số nh sau:
4.Kích thớc của khung ngang:
Xác định chiều cao cột và vai cột: Sơ đồ cấu tạo khung nhà
SVTH : -Trang: 6 -
Loại ray
Khối lợng
Kích thớc (mm)
H B b
KP-70 52,83 120 120 70
120
120
28
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
A B
8700
6500 2200
21000
Ta có :
H
1
= 6,5 m.
H
2
= H
k
+ 100+f = 1900 + 100 +200 = 2200 mm = 2,2 m.
H
t
= H
2
+ H
DCT
+ H
r
= 2,2+0,5+0,14 = 2,84 m.
H
d
= H
1
+ H
2
- H
k
= 6,5 +2,2- 2,84 = 5,86 m.
H
c
= H
t
+ H
d
= 2,84+5,86 = 8,7 m.
C. Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái , giằng cột
*Tác dụng của hệ giằng :
- Bảo đảm tính bất biến hình và độ cứng không gian của hệ khung .
- Bảo đảm ổn định tổng thể cho một số cấu kiện chịu nén .
- Chịu các tải trọng dọc nhà .
- Bảo đảm cho việc thi công dựng lắp đợc an toàn và thuận tiện.
a.Tác dụng và cách bố trí hệ giằng mái
- Tác dụng
+ Bảo đảm ổn định cho dàn theo phơng ngoài mặt phẳng uốn .
+ Dàn gió chịu tác dụng của tải trọng gió theo phơng dọc nhà .
+ Hệ giằng dọc theo đầu cột chịu lực hãm theo phơng dọc nhà .
*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1.
bTác dụng và cách bố trí hệ giằng cột
- Tác dụng :
+ Bảo đảm sự bất biến hình học .
+ Bảo đảm độ cứng của toàn nhà theo phơng dọc .
+ Chịu tác dụng của các tải trọng dọc nhà và đảm bảo ổn định cho cột .
*Cách bố trí : xem trên bản vẽ A1.
D. thiết kế khung ngang
I. Xác định tải trọng :
1.Tĩnh tải:
- Tải trọng mái và xà gồ : trên thực tế tải này truyền lên khung dới dạng lực tập trung
tại điểm đặt các xà gồ, số lợng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố (trên mặt
bằng).
g
r
tc
=
!"!
!"
=
+
+
SVTH : -Trang: 7 -
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
g
r
tt
!"!
!"
=
+
+
=
-Tải trọng bản thân khung ngang : Chơng trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết
diện cột và rờng ngang .
- Tải trọng do xà gồ tờng tôn đặt tại các cao trình của xà gồ tờng:
Với cột cao 8,7 m, nhng do có 1m tờng gạch tự mang ở dới cùng không kể đến,
chỉ tính đến trọng lợng xà gồ tờng và tôn tờng từ cốt +1m trở lên trên, tơng ứng với chiều
dài cột là 7,7m , giả thiết dùng 5 xà gồ 200Z17 dặt cách nhau 2 m , trọng lợng quy thành
lực phân tập trung đặt tại đỉnh cột, còn gây ra mômen ngợc chiều với mômen do tải trọng
trong nhà gây ra nên không xét đến .
#$
=
+ 4,98.5.6 = 481,6 kG
Vậy tĩnh tải tác dụng lên rờng ngang là : g
r
= 140,8 kG/m
Tĩnh tải tác dụng lên đỉnh cột : G
c
= 481,6 kG
-Tĩnh tải cầu trục:
Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đệm :Tải này tác dụng lên vai cột khi tính
toán ta đa về tim cột dới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men.
G
tc
=(g
ct
+g
).l = (76,1+ 71,23).6 = 883,98 kG
G
tt
= 1,05 .G
tc
= 1,05 .883,98= 928,18 kG
M
tc
= G
tc
.e = 883,98 . 0,55 = 486,2 kGm
M
tt
= G
tt
.e = 928,18 . 0,55 = 510,5 kGm
2.Hoạt tải:
Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái đợc lấy theo TCVN 2737-1995 đối với mái
không ngời qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn: p
tc
=30kG/m
2
.
p
tt
=1,3.30.6 = 234 (kG/m)
3.Hoạt tải do cầu trục:
a. Hoạt tải đứng cầu trục:
=
%
&
13,5T
'
&
(
&
%
=
+
=
+
=
áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột D
max
xác định theo đờng ảnh h-
ởng phản lực.
D
max
= n.n
c
.( P
tc
max
.
i
y
)
D
min
= n.n
c
.( P
tc
min
.
i
y
)
p
max
tc
p
max
tc
p
max
tc
y
1
=1
y
3
=0,683
y
2
=0,267
6000 6000
4400
44001900
4100
1600
Trong đó : n = 1,1
SVTH : -Trang: 8 -
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
n
c
= 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình hoặc
nhẹ .
Từ đó ta tính đợc áp lực D
max
, D
min
:
D
max
= n.n
c
.( P
tc
max
.
i
y
) = 1,1.0,85.13,5.( y
1
+ y
2
+ y
3
) = 1,1.0,85.13,5.( 1 + 0,267 +
0,683)
D
max
= 24,61 T
D
min
= n.n
c
.( P
tc
min
.
i
y
) =1,1.0,85. 3,5.( y
1
+ y
2
+ y
3
) = 1,1.0,85. 3,5.( 1 + 0,267 +
0,683)
D
max
= 6,38 T
Điểm đặt của D
max
, D
min
trùng với điểm đặt của dầm cầu trục .
Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta đa về tim cột dới dạng 1 lực tập trung và 1
mô men.
M
max
= D
max
. e = 24,61,0,55 = 13,536 Tm
M
min
= D
min
. e = 6,38. 0,55 = 3,509 Tm
'
)
)
%
%
===
'
)
)
===
== *)
%
%
22,37 . 0,55 = 12,3 Tm
== *)
5,8 .0,55 = 3,19 Tm
b.Lực hãm ngang T :
Lực hãm ngang do một bánh xe truyền lên dầm cầu trục trong trờng hợp móc mềm xác
định theo công thức :
=
''
Với T
1
: lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe cầu trục lên ray.
T
1
=
'
T
o
: lực hãm tác dụng lên toàn bộ cầu trục
'!"
!("
'
*
=+=+=
'
'
'
===
Đối với móc mềm f = 0,1
!"''
=++==
T
Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,64m ; cách đỉnh cột
một đoạn y = 8,7 - 6,5 = 2,2 m .
4.Tải trọng gió:
Tải trọng gió gồm hai thành phần : phần tĩnh và phần động.ở đây chiều cao nhà < 36m và
tỉ số chiều cao nhịp < 1,5 nên bỏ qua thành phần động của gió.
Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:
- Gió thổi lên mặt tờng dọc đợc chuyển thành phân bố trên cột khung.
- Gió thổi trong phạm vi mái đợc tính là tải phân bố trên mái, chuyển thành phân bố
lên khung.
- Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng gió II-B, áp lực phân bố là:
W
o
=95 (kG/m
2
).
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m
2
bề mặt thẳng đứng của công trình là:
SVTH : -Trang: 9 -
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
q=(n.W
o
.k.c).
Trong đó: W
o
là áp lực ở độ cao 10m.
- k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình. k
xác định ở hai mức, mức đỉnh cột và mức đỉnh mái.
- Mức đỉnh cột ở cao trình 8,7 (m) có k
1
= 0,9688 (nội suy).
- Mức đỉnh mái ở cao trình 10,275 (m) có k
2
= 1,0044 (nội suy).
- C là hệ số khí động: c = +0,8 với phía gió đẩy.
Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình :
=
+
=
+
=
.
Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang đợc tính nh sau:
q=( n.W
o
.k.C.B)
(Với B là bớc cột).
Trong đó :
+ n = 1,2 : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió
+ c : Hệ số khí động , đợc tra bảng với sơ đồ sau đây:
21000
+0,8
Ce
1
=-0,4115
Ce
2
=-0,4
Ce
3
=-0,5
q
q
q
q
1
2
3
4
8700
10275
có
=
==
+
,
=> Nội suy tuyến tính đợc C
e1
= -0,4115 ;
+
-
>==
C
e2
= -0,4 ; C
e3
= -0,5
:Hệ số qui đổi xét đến sự phân bố áp lực gió ; H =8,7 m < 10m lấy
=1
q
1
= 1,2.95.0,9688.0,8.6.1 = 530,13 (kG/m).
q
2
= 1,2.95.0,9866.(- 0,4115).6.1 = - 277,69 (kG/m).
q
3
= 1,2.95.0,9866.(- 0,4).6 = - 269,93 (kG/m).
q
4
= 1,2.95.0,9688.(- 0,5).6 = - 331,33 (kG/m).
II.Tính nội lực khung:
1.Sơ đồ tính kết cấu:
SVTH : -Trang: 10 -
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
21000
8700
10275
N
M
Q
N
Q
M
Qui ớc chiều dơng của nội lực
Giả thiết cột có kích thớc nh sau:
H = 8700mm , b = 220 mm , h = 400 mm ,
.
=
,
=
Rờng ngang có kích thớc :
- Đầu rờng : h = 350mm , b = 220 mm ,
mmt
w
=
,
=
- Đỉnh rờng : h = 250mm , b = 220 mm ,
mmt
w
=
,
=
2.Xác định nội lực khung :
Sử dụng phần mềm SAP2000 Version 9.03 xác định nội lực.
*Các phơng án chất tải và biểu đồ nội lực :
- Phơng án 1 : Tĩnh tải
510,5kGm
21000
140,8kG/m
481,6kG
481,6kG
928,18kG
510,5kGm
928,18kG
8700
5860
- Phơng án 2 : Hoạt tải nửa trái
SVTH : -Trang: 11 -
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
21000
234 kG/m
8700
5860
- Ph¬ng ¸n 3 : Ho¹t t¶i nöa ph¶i
21000
234 kG/m
8700
5860
- Ph¬ng ¸n 4 : Ho¹t t¶i c¶ m¸i
SVTH : -Trang: 12 -
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
21000
234 kG/m
8700
5860
- Ph¬ng ¸n 5 : Dmax tr¸i
13,536Tm
21000
24,61T
3,509Tm
6,38T
5860 2840 1575
- Ph¬ng ¸n 6 : Dmax ph¶i
21000
6,38T
3,509Tm
24,61T
13,536Tm
5860 2840 1575
- Ph¬ng ¸n 7 : T tr¸i +
SVTH : -Trang: 13 -
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
21000
0,638T
6500 22001575
- Ph¬ng ¸n 8 : T tr¸i -
21000
0,638T
6500 22001575
- Ph¬ng ¸n 9 : T ph¶i +
21000
0,638T
6500 22001575
- Ph¬ng ¸n 10 : T ph¶i -
21000
0,638T
6500 22001575
- Ph¬ng ¸n 11 : Giã tr¸i
SVTH : -Trang: 14 -
Đồ áN kết cấu THéP 2 GVHD: TS . PHạM MINH Hà
21000
Gió trái
530,13 kG/m
277,69kG/m
269,93kG/m
331,13 kG/m
8700 1575
- Phơng án 12 : Gió phải
21000
Gió phải
530,13 kG/m
331,13kG/m
277,69 kG/m
269,93kG/m
8500 1575
* Biểu đồ nội lực của các phơng án chất tải:
- Phơng án 1 : Tĩnh tải
SVTH : -Trang: 15 -
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 2 : Ho¹t t¶i nöa tr¸i
SVTH : -Trang: 16 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 3 : Ho¹t t¶i nöa ph¶i
SVTH : -Trang: 17 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 4 : Ho¹t t¶i c¶ m¸i
SVTH : -Trang: 18 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 5 : Dmax tr¸i
SVTH : -Trang: 19 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 6 : Dmax ph¶i
SVTH : -Trang: 20 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 7 : T tr¸i +
SVTH : -Trang: 21 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 8 : T tr¸i -
SVTH : -Trang: 22 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 9 : T ph¶i +
SVTH : -Trang: 23 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 10 : T ph¶i -
SVTH : -Trang: 24 -
M
Q
N
§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2 GVHD: TS . PH¹M MINH Hµ
- Ph¬ng ¸n 11 : Giã tr¸i
SVTH : -Trang: 25 -
M
Q
N
