đồ án kết cấu công trình thép kích thước khung ngang

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.92 MB, 60 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

CHƯƠNG 1: KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

<b>1.Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp</b>

Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện khơng đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc (tương đương với ). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thơng thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn

(0.35 0.4) chiều dài nửa xà. Tiết diện cịn lại lấy khơng đổi.

Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thơng gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 2m và chiều rộng cửa mái là 4m.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Hình 1. 1: Sơ đồ khung ngang

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Sức nâng của cầu trục: Q = 12.5 (T)

<small>+ Lk: Nhịp của cần trục, phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng và công nghệ, lấy theo catalo cần trục;</small>

<small>+ L1: Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục, L1=(750÷1000) mm với sức trục dưới 30 tấn, tùy thuộc vào bề rộng nhịp nhà.</small>

Dựa vào các thông số nhịp khung L<small>nhịp</small> = 27 (m) và Q = 12.5 (T) , tra bảng catalogue cầu trục ta có các số liệu sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Bảng 1. 1: Thông số của cầu trục 12T

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Chiều cao phần cột trên được xác định như sau: H<small>t</small> = h<small>r</small> + h<small>dct</small> + H<small>2 </small>= 200 + 700 + 1440 = 2390 (mm)

 Chọn H<small>t</small> = 2400 (mm) Chiều cao toàn cột:

H = H<small>d</small> + H<small>t </small>= 6100 + 2400 = 8500 (mm)

Hình 1.3: Chi tiết chiều cao cột

Dựa vào các công thức kinh nghiệm ta chọn sơ bộ các tiết diện sau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột a = 0. Khoảng cách từ trục định vị trục ray

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Chiều cao tại nút dầm máy liên kết với cột

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là I – 450<small></small><sup>300 8 10</sup><small> </small>  Tiết diện dầm mái có thể ghi là I – (700~450)<small>300 8 10 </small>

Hình 1. 4: Tiết diện dầm mái

Vai cột có nhiệm vụ chịu tải trọng từ cầu trục và truyền tải trọng này vào cột. Đối với cột giật bậc thì vai cột thường nằm trong chiều cao cột dưới và có thêm chịu phản lực của cánh trong cột biên. Với cột có tiết diện không đổi (đồ án này) vai cột như một dầm công xôn tiết diện chữ I liên kết vào cánh trong của cột. Tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục, bước khung và nhịp của dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung, Dmax/Dmin, đến mép trong của vai cột)

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

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Chiều dài vai cột:

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Hình 1. 5: Mặt cắt dầm vai

Cửa trời có tác dụng thơng gió cho nhà xưởng. Kích thước cửa trời phụ thuộc vào yêu

cầu thơng thống của nhà. Thơng thường, bề rộng cửa trời trong khoảng nhà và chiều cao cửa trời bằng ½ bề rộng. Theo đề bài, bề rộng cửa trời 4m chiều cao cửa trời là 2m. Cột và dầm mái cửa trời tiết diện chữ I với các thông số như sau:

<b>- Chiều cao cột và dầm mái cửa trời là 200 mm.</b>

 Tiết diện dầm cột cửa trời là I – <small>200 100 8 10 </small>

Hình 1. 6: Mặt cắt dầm cột cửa trời

<b>4.Hệ giằng </b>

- Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

khơng gian, có các tác dụng:

- Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà; - Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất...xuống móng.

- Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng) cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,...

- Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi cơng. - Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột.

<b>1.4.1. Hệ giằng mái</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

- Hệ giằng mái được bố trí ở hai đầu hồi và ở chỗ có hệ giằng cột. Hệ ở mái bao gồm các thanh giằng chéo và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có độ mảnh λ<small>max</small> ≤ 200. Thanh giằng chéo làm từ thép tròn tiết diện Ø14, thanh chống chọn 2C20. Theo chiều cao tiết diện dầm mái, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn

định cho dầm mái, khi chịu tải bình thường cánh trên của dầm mái chịu kéo). Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của dầm mái chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh chống xà gồ (liên kết lên xà gồ) cứ cách một xà gồ bố trí một thanh chống. Ngồi ra bố trí thanh chống dọc đỉnh khung tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp dựng

Hình 1. 7: Mặt bằng giằng mái

<b>1.4.2. Hệ giằng cột</b>

- Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của tồn nhà theo phương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Dọc theo chiều dài nhà,

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió một cách nhanh chóng. Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp. Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai. Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột. Do sức trục Q = 12.5 T, chọn tiết diện thanh giằng làm từ thanh thép trịn Φ25. Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà. Chọn tiết diện thanh chống dọc theo độ mảnh λ<small>max</small> ≤ 200, chọn I20.

Hình 1. 8: Mặt đứng giằng cột (8500m)

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI VÀ SƯỜNG TƯỜNG</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<small>Hệ giằng: sử dụng thép 𝜙16, tải trọng tiêu chuẩn g = 0.0158 kN/m. Dựa theo sơ đồ bố trí hệ giằng ta cótổng chiều dài hệ giằng mái là 216 m, tổng chiều dài hệ giằng xà gồ là 270m</small>

<small>Vật liệu máiTải trọng tiêu chuấnHệ số vượt tảiTải trọng tính tốnMái ASEM dày 0.47mm0.0422 (kN/m2)1.10.0464 (kN/m2)</small>

<small>Theo TCVN 2737:1995, mái tôn không sử dụng có giá trị hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn ptc = 0.3 kN/m2mặt bằng nhà, do đó hoạt tải sửa chữa phân bố lên dầm mái:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<small>Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương y.</small>

<b><small>2.1.4. Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ</small></b>

<small>Gió tác động lớn nhất lên xà gồ là trường hợp gió thổi dọc nhà, gây ra lực bốc mái với hệ số khí độngc = -0.32. Vùng gió IIIA nên W0 = 0.65 (kN/m2 ). Chiều cao cột H = 8.5 (m) và dạng địa hình B nên lấy</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<small>Sơ đồ tính của xà gồ theo phương trong mặt phẳng là dầm đơn giản nên:</small>

<b><small>2.2. Thiết kế sườn tường 2.2.1. Cấu tạo sườn tường </small></b>

<small>• Tường nhà công nghiệp gồm lớp tôn tường và xà gồ cột. • Tơn sử dụng loại tơn ASEM dày 47 (mm). </small>

<small>• Khoảng cách bố trí xà gồ cột theo phương đứng là 1.2 (m).</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<small>Tải trọng tác dụng lên phương x:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

<small>Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương x. Độ võng theo phương x:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<b>CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG</b>

<b>3.1. Tải trọng tác dụng lên khung3.1.1. Tĩnh tải</b>

<small>Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái: - Tôn ASEM, tải trọng tiêu chuẩn </small> <i><small>c</small></i> 0.0422 kN/m





<small>- Hệ giằng: sử dụng thép Φ16, tải trọng tiêu chuẩn g = 0.0158 kN/m. Dựa theo sơ đồ bố trí hệgiằng ta có tổng chiều dài hệ giằng mái là 216 m, tổng chiều dài hệ giằng xà gồ là 270m</small>

<small>Tải trọng kết cấu bao che sườn tường:- Tôn ASEM, tải trọng tiêu chuẩn 0.0422 kN/m2</small>

<small>- Xà gồ: Tải trọng tiêu chuẩn 0.0484 kN/m, dựa theo sơ đồ bố trí xà gồ cột, tổng chiều dài xàgồ là 540 m cho 1 bên tường dọc nhà.</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<small>- Hệ giằng: sử dụng thép Φ16, tải trọng tiêu chuẩn g = 0.0158 kN/m. Dựa theo sơ đồ bố trí hệgiằng sườn tường ta có tổng chiều dài hệ giằng là 123 (m) cho 1 bên tường dọc nhà.</small>

<small>- Tải trọng phân bố của hệ giằng:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Hoạt tải gây ra do q trình sửa mái (khơng bao gồm cấu kiện, máy móc)

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Hình 3. 1: Đường ảnh hưởng phản lực gối tựa

Từ các kích thước của cầu trục: B<small>k</small> = 3830 (mm) và K<small>k</small> = 2900 (mm) ta có:

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Theo TCVN 2737 – 1995 địa điểm xây dựng thuộc phân vùng góp IIIA có áp lực gió tiêu chuẩn W<small>0</small> = 0.65 (kN/m), hệ số vượt tải n = 1.2.

Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995. <small>0</small>

q = n×W ×k×c×B (kN/m) Trong đó:

q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.

W<small>0</small>: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IIIA có W<small>0</small> = 0.65 (kN/m) n = 1.2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió.

k là hệ số phụ thuộc vào độ cao, tra bảng 5.

c: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu, tra bảng 6.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

B: là bước khung

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Bảng 3. 2: Tải trọng gió theo phương ngang nhà

cao độ (m)

Dấu “ – “ có nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngồi khung.

<b>3.2. Mơ hình hóa khung ngang bằng Etabs 9.7.13.2.1. Sơ đồ kết cấu</b>

- Tính tốn kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng với liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng. Nhịp tính tốn khung lấy theo khoảng mép ngồi 2 trục cột.

- Dùng phần mềm Etabs V9.7.1 để mơ hình kết cấu và phân tích nội lực khung. Cột và dầm được thay thế bằng các thanh tại trục phần tử.

- Các liên kết giữa cột và dầm mái, đỉnh khung, cột cửa trời và dầm mái, cột cửa trời và dầm mái cửa trời, đỉnh cửa trời là liên kết cứng.

- Các tiết diện được khai báo theo kích thước sơ bộ đã chọn.

- Tải trọng được gán vào khung theo các giá trị được tính tốn ở trên. - Đặc trưng vật liệu: Thép CCT34, f = 21 kN/cm<small>2</small>, E = 2.1x10<small>8</small> kN/cm<small>2</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Hình 3. 2: Sơ đồ tính khung ngang

Bảng 3. 3: Các trường hợp tải trọng tác dụng lên khung nhà

4 D<small>max </small>trái Áp lực Dmax cột trái 5 D<small>max</small> phải Áp lực Dmax cột phải

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

10 GIOT Gió thổi ngang nhà, hướng trái sang 11 GIOP Gió thổi ngang nhà, hướng phải sang

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

- Có 2 loại tổ hợp nội lực cơ bản theo TCVN 2737 : 1995

+ Trường hợp cơ bản 1 bao gồm nội lực do tĩnh tải và một loại hoạt tải gây ra, giá trị hoạt tải được lấy toàn bộ.

+ Trường hợp cơ bản 2 bao gồm nội lực do tĩnh tải và 2 loại hoạt tải gây ra trở lên. Các giá trị hoạt tải được nhân với hệ số tổ hợp là ψ = 0.9<sub>.</sub>

Quy tác tổ hợp tải trọng:

+ Tĩnh tải có trong mọi trường hợp tải trọng.

+ Nếu tổ hợp lực có hãm T thì phải kể đến Dmax, T phải nằm cùng phía với Dmax + Có thể kể đến Dmax mà khơng có T (Khi xe con đứng yên và cẩu hàng).

+ Tại mỗi tiết diện cần tìm ra 4 cặp nội lực sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 41</span><div class="page_container" data-page="41">

<b>3.4. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung</b>

- Tĩnh tải tác dụng lên khung (TT) - Hoạt tải mái trái (HTMT)

- Hoạt tải mái phải (HTMP)

- Áp lực lớn nhất tác dụng lên cột trái (DMAXT)

Hình 3.3 : tĩnh tải Hình 3. 3: Hoạt tải mái trái

Hình 3. 4: Hoạt tải mái phải Hình 3. 5: Áp lực cầu trục (DMAXT)

</div><span class="text_page_counter">Trang 43</span><div class="page_container" data-page="43">

Hình 3. 10: TMAXPA Hình 3. 11: Gió trái

Hình 3. 12: Gió phải

</div><span class="text_page_counter">Trang 44</span><div class="page_container" data-page="44">

Hình 3. 13: Moment do tĩnh tải

Hình 3. 14: Moment do hoạt tải mái trái Hình 3. 15: Moment do hoạt tải mái phải

Hình 3.17 : Monent do

</div><span class="text_page_counter">Trang 46</span><div class="page_container" data-page="46">

Hình 3. 20: Moment do gió trái Hình 3. 21: Moment do gió phải

Hình 3. 22: Moment cầu trục lên cột trái Hình 3. 23: Moment cầu trục lên cột phải

</div><span class="text_page_counter">Trang 47</span><div class="page_container" data-page="47">

Hình 3. 24: Biểu đồ bao moment Hình 3. 25: Biểu đồ bao lực cắt

Hình 3. 26: Biểu đồ bao lực dọc

<b>3.5. Bảng thống kê tổ hợp nội lực</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 49</span><div class="page_container" data-page="49">

<b>3.5.1.1. Kiểm tra chuyển vị đứng</b>

- Theo mục 5.3.4 TCVN 5575 – 2012 chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng không vượt quá L/300 chiều cao khung. Kiểm tra theo TTGH II nên dùng tải trọng tiêu chuẩn.

<b><small>Hình 3. 27: Chuyển vị đứng của khung</small></b>

<small>Kiểm tra chuyển vị đứng với tổ hợp tải trọng TH3: TT + HTT + HTP</small>

<b><small>Hình 3. 28: Chuyển vị ngang của khung</small></b>

<small>Kiểm tra chuyển vị ngang với tổ hợp tải trọng:TH22: TT + 0.9(GT + Dmax trái + Tmax trái dương)</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 51</span><div class="page_container" data-page="51">

<small>Cột chịu nén lệch tâm, tiết diện đối xứng, đặc. Nội lực lớn nhất lấy ở tiết diện chân cột.- Nội lực tính tốn được trình bày trong bảng sau.</small>

<small>Dmax phải + Tmax âm)</small> <sup>-193.912</sup> <sup>-321.6</sup> <sup>-61.5</sup> <small>Đặc trưng hình học tiết diện cột:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 52</span><div class="page_container" data-page="52">

<small>Chiều dài tính tốn cột trong mặt phẳng khung:</small>

<small>Chiều dài tính tốn trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không đổi xác định theo cơng thức: </small>

<small>Trong đó: </small>

<small>H: là chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột. </small>

<small>𝜇: là hệ số chiều dài tính tốn, cột liên kết ngàm với móng, hệ số µ được xác định như sau:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 53</span><div class="page_container" data-page="53">

<small>•</small> <b><small>4.2. Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh</small></b> <small>me Độ lệch tâm tương đối tính đổi: </small><i><small>me</small></i> <small></small><i><small>m</small></i>

<small>m: là độ lệch tâm tương đối: W</small><i><sub>x</sub></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 54</span><div class="page_container" data-page="54">

<b><small>Bảng 4. 4: Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh</small></b>

<small>Trong đó: - An là diện tích tiết diện thực của cấu kiện - Wn là mô đun kháng uốn của tiết diện thực</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 55</span><div class="page_container" data-page="55">

2 259.445 157.83 6.856

0.67 <sup>1.20</sup> <sup>8.227</sup> <sup>Không cần kiểm tra</sup> 3 187.272 317.2 2.462 1.47 3.619 <small>Không cần kiểm tra</small>

<b><small>4.4. Kiểm tra điểu kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung</small></b>

<small>Trong các trường hợp xét tiết diện A = 151.6 cm2</small>

 <small>, me lấy từ bảng 4.3 ứng với từng trường hợp, sau đó tra bảng suy ra eKiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng cột:</small>

<small>Ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung được xác định theo công thức:</small>

<small>Hệ số c kể đến ảnh hưởng của moment uốn M, và hình dạng tiết diện đối với ổn định cả cột theo phương vng góc với mặt phẳng uốn, phụ thuộc vào mx (Mục 7.4.2.5 TCVN 5575 – 2012)</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 56</span><div class="page_container" data-page="56">

<small>M1, M2 lần lượt là moment lớn nhất ở một đầu và moment tương ứng ở đầu kia cùng tổ hợp tải trọng vàgiữ đúng dấu của nó</small>

<small>φb được tính theo phụ lục E, TCVN 5575:2012 (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm có cánhchịu nén với một điểm cố kết ở giữa nhịp) như đã tính tốn bên trên ta có 𝜑𝑏=1</small>

<b><small>Bảng 4. 7: Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 57</span><div class="page_container" data-page="57">

<small>Theo Mục 7.6.2.2, TCVN 5575:2012, đối với cột chịu nén lệch tâm và nén uốn, tiết diện chữ I hoặchình hộp mà điều kiện ổn định được kiểm tra theo điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn thìgiá trị giới hạn của hw/tw phụ thuộc vào giá trị của thông số </small> <small></small>



 <small></small> <small>1</small>



<small>/</small> <small>(với  là ứng suất nén lớnnhất tại biên của bản bụng, mang dấu “+”, khi không kể đến các hệ số φe, φexy hoặc cφ, 1 là ứng suất tạibiên tương ứng của bản bụng)</small>

<small>Trong đó: y1, y2 là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ chịu kéo và chịu nén của bản bụng , với</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 58</span><div class="page_container" data-page="58">

<small>Thơng số đầu vào gồm có:</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 59</span><div class="page_container" data-page="59">

<b><small>Hình 3. 27: Chuyển vị ngang của khung</small></b>

<small>Kiểm tra chuyển vị ngang với tổ hợp tải trọng:TH22: TT + 0.9(GT + Dmax trái + Tmax trái dương)</small>

</div>