Thuyết minh đồ án Kết cấu nhà thép công nghiệp

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.75 MB, 69 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐHXD MIỀN TRUNGKHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌCKẾT CẤU NHÀ THÉP

CÔNG NGHIỆP NHẸ MỘT TẦNG MỘT NHỊP

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Lê Văn Trình

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Minh Tâm

Lớp : D21XDK3

MSSV : 21DQ5802011009 STT : 19

Phú Yên, 2024

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MỤC LỤC NỘI DUNG

1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ...5

2. THIẾT KẾ HỆ GIẰNG...5

2.1. Hệ giằng mái...5

2.2. Hệ giằng cột...6

3. THIẾT KẾ XÀ GỜ CÁN NĨNG...9

3.1. Tải trọng tác dụng...9

3.2. Sơ đờ tính...9

3.3. Kiểm tra về cường độ...10

3.4. Kiểm tra về biến dạng...10

4. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG...7

4.1. Theo phương đứng...7

4.2. Theo phương ngang...8

4.3. Sơ đồ tính khung ngang...8

5. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG...12

5.1. Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải)...12

5.2. Hoạt tải mái...13

5.3. Hoạt tải cầu trục...14

a. Áp lực đứng của cầu trục...14

b. Lực hãm ngang của cầu trục...16

5.4. Tải trọng gió...17

a. Gió theo phương ngang...Error! Bookmark not defined.b. gió theo phương dọc nhà...Error! Bookmark not defined.6. XÁC ĐỊNH VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC...20

6.1. Chọn sơ bộ tiết diện cột và xà ngang...20

a. Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện...20

b. Tiết diện cuối xà thay đỗi tiết diện và tiết diện xà không thay đỗi tiết diện. 21c. Tiết diện dầm vai...22

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

7.2. Kiểm tra tiết diện...43

a. Kiểm tra bền cho cột...44

b. Kiểm tra ổn định tổng thể cho cột...45

c. Kiểm tra ổn định cục bộ cho cột...46

d. Kiểm tra với các cặp nội lực khác...47

8. THIẾT KẾ XÀ NGANG...48

8.1. Đoạn xà thay đổi tiết diện...48

a. Kiểm tra bền cho xà thay đổi...49

b. Kiểm tra ổn định cục bộ cho xà thay đổi...49

8.2 Đoạn xà không thay đổi tiết diện...50

a. Kiểm tra bền cho xà không thay đổi...50

b. Kiểm tra ổn định cục bộ cho xà thay đổi...51

9. THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT...51

9.1. Vai cột...51

a. Kiểm tra bền cho tiết diện tại vị trí ngàm với cột...51

b. Kiểm tra ổn định cục bộ cho tiết diện tại vị trí ngàm với cột...52

c. Kiểm tra khả năng chịu lực cho các đường hàn liên kết dầm vai vào cột...53

9.2. Chân cột...55

a. Tính toán bản đế...55

b. Tính toán dầm đế...56

d. Tính toán sườn B...58

e. Tính toán bulong neo...59

f. Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế...60

9.3. Liên kết cột với xà ngang...62

a. Tính toán bulong liên kết...62

b. Tính toán mặt bích...63

c. Tính toán đường hàn liên kết cột (xà) với mặt bích...63

9.4. Mối nối đỉnh xà...64

a. Tính toán bulong liên kết...64

b. Tính toán mặt bích...65

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

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. Hệ giằng mái...6

Hình 3. Chi tiết thanh giằng chống xiên liên kết giữa xà ngang với xà gờ...6

Hình 4. Hệ giằng cợt...7

Hình 5. Mặt cắt ngang xà gờ...10

Hình 6. Sơ đờ tính và biểu đờ momen của xà gờ...10

Hình 7. Sơ đờ tính khung ngang...9

Hình 8. Sơ đờ tính khung với tĩnh tải...13

Hình 9. Sơ đờ tính khung với hoạt tải mái...14

Hình 10. Sơ đờ xác định đường ảnh hưởng...15

Hình 11. Sơ đờ tính khung với áp lực đứng của cầu trục...16

Hình 12. Sơ đờ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục...17

Hình 13. Sơ đờ tính khung với tải trọng gió ngang nhà Error! Bookmark not defined.Hình 14. Sơ đờ tính khung với tải trọng gió dọc nhà....Error! Bookmark not defined.Hình 15. Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện...21

Hình 16. Tiết diện ći xà thay đổi tiết diện và tiết diện xà không thay đổi tiết diện. .22Hình 17. Tiết diện dầm vai...23

Hình 18. Sơ đờ phần tử trong SAP2000...24

Hình 19. Sơ đờ tên tiết diện khung trong SAP2000...24

Hình 20. Sơ đờ tiết diện khung trong SAP2000...25

Hình 21. Tĩnh tải tác dụng lên khung (kN, kN/m)...25

Hình 22. Hoạt tải cả mái tác dụng lên khung (kN/m)...26

Hình 23. Hoạt tải mái trái tác dụng lên khung (kN/m)...26

Hình 24. Hoạt tải mái phải tác dụng lên khung (kN/m)...27

Hình 25. Dmax trái tác dụng lên khung (kN)...27

Hình 26. Dmax phải tác dụng lên khung (kN)...28

Hình 27. Tmax trái tác dụng lên khung (kN)...28

Hình 28. Tmax phải tác dụng lên khung (kN)...29

Hình 29. Gió trái tác dụng lên khung (kN/m)...29

Hình 30. Gió phải tác dụng lên khung (kN/m)...30

Hình 31. Gió Y tác dụng lên khung (kN/m)...Error! Bookmark not defined.Hình 32. Kết quả chủn vị đỉnh cợt trái do TT gây ra...38

Hình 33. Kết quả chuyển vị đỉnh cột trái do GXT gây ra...38

Hình 34. Bớ trí sườn ngang...47

Hình 35. Các kích thước dầm vai...Error! Bookmark not defined.Hình 36. Kích thước bản đế và sơ đờ ứng suất...56

Hình 37. Tính toán bu lơng neo...59

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

Hình 38. Các kích thước của chân cợt...61

Hình 39. Các kích thước của mới nới cợt với xà ngang...64

Hình 40. Các kích thước mới nới đỉnh xà...67

Hình 41. Các kích thước của mới nới xà tại nhịp...68

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

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNGNGHIỆP MỘT TẦNG MỘT NHỊP

1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung thép nhà công nghiệp nhẹ một tầng mợt nhịp (nhà có2 cầu trụchoạt đợng, chế đợ làm việc trung bình,móc mềm).Với cácthơng sớ thiết kế như sau:

Nhịpkhung, L

Bướccột B(m)

Sốbướccột, n

Sức nângcầu trục Q

Caotrìnhray H1

Độdốcmái, i

DỮLI UỆU

Áp lựcgió, Wo(daN/m

Chu kỳdaođ ngộngriêng, T1

Các dữ liệu khác: Thép CCT42. Bê tơng móng B20.Sử dụng phương pháp hàn tay,khơng bản lót, que hàn N46. Bulơng chịu lực của kết cấu là bulơng tinh. Mái lợp tơn,có mợt hệ giằng xà gồ.

2. THIẾT KẾ HỆ GIẰNG2.1. Hệ giằng mái

Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theophương ngang nhà tại hai gian đầu hồi (hay gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ởmột số gian giữa nhà tùy thuộc chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bốtrí không quá 5 bước cột. Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi cácthanh giằng chéo chữ thập. Các thanh giằng chéo này có thể là thép trịn hay cáp thépmạ kẽm đường kính không nhỏ hơn 12 mm (khi sức trục từ 5 tấn trở xuống), thép góc(khi sức trục lớn). Ngoài ra, cần bớ trí các thanh chớng dọc bằng thép hình (thường làthép góc) tại các vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà (cợt),...

Trường hợp nhà có cầu trục, cần bớ trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọctheo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tảitrọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận. Độ mảnh củathanh chống không được vượt quá 200.

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

Hình 1. Hệ giằng mái

Trường hợp nhà có cầu trục với sức nâng trên 10 tấn, cần bố trí thêm các thanhgiằng chéo chữ thập dọc theo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phươngdọc nhà và truyền các tải trọng ngang như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khunglân cận. Nếu sức trục dưới 10 tấn thì khơng cần.

Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (khi chịu tải trọng bìnhthường, cánh trên của xà là cánh nén); khi chịu tải trọng gió, cánh dưới của xà chịunén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết với xà gồ). Tiết diệnthanh chống không nhỏ hơn, điểm liên kết với xà gồ cách xà khoảng từ 600÷800.

Hình 2. Chi tiết thanh giằng chống xiên liên kết giữa xà ngang với xà gồ

2.2. Hệ giằng cợt

Hệ giằng cợt có tác dụng đảm bảo độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cợt, tiếpnhận và trùn x́ng móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà như tải trọnggió lên tường đầu hồi, lực hãm dọc nhà của cầu trục.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình 3. Hệ giằng cột

Hệ giằng cợt thường bố trí hai lớp:

- Hệ giằng cột trên (từ mặt dầm hãm đến đầu cột).- Hệ giằng cột dưới (từ mặt nền đến mặt dầm vai).

Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong những gian có hệ giằngmái. Trường hợp nhà khơng có cầu trục hoặc nhà có cầu trục với sức nâng dưới 15 tấncó thể dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép trịn đường kính khơng nhỏ hơn 20mm. Nếu sức trục trên 15 tấn cần dùng thép hình, thường là thép góc. Đợ mảnh củathanh giằng khơng được vượt quá 200.

3. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG3.1. Theo phương đứng

- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

H3: chiều cao phần cột chôn dưới cốt mặt nền, chọn sơ bộ H3=0,5m

- Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:

Hr là chiều cao ray chọn sơ bộ bằng 0.2 (m).

- Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cợt:

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

3.2. Theo phương ngang

Vì sức trục < 30T nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (lấy a = 0).Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục là:

z L  h   m  z  m (Tra catalo cầu trục)

3.3. Sơ đồ tính khung ngang

Do sức nâng của cầu trục không lớn nên chọn phương án tiết diện cợt khơng đổi,

với đợ cứng là I1. Vì nhịp của khung L = 24m, nên chọn phương án xà ngang có tiếtdiện thay đổi hình nêm. Với đoạn xà tiết diện thay đổi (4m), độ cứng ở đầu xà và cuối

xà là I1 và I2. Với đoạn xà tiết diện không đổi (8m), độ cứng là I2. Giả thiết tỷ sớ I1/I2=2.

Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên kết giữa cợt và móng là ngàm tại mặt móng(cớt 0.000). Chiều dài dầm vai chọn sơ bộ:

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

Hình 4. Sơ đồ tính khung ngang

4. THIẾT KẾ XÀ GỒ CÁN NĨNG4.1. Tải trọng tác dụng

Đợ dớc mái: i12%  6.84o  sin(6.84) 0.119;cos(6.84) 0.99 

Khoảng cách bố trí giữa hai xà gồ: axg 1.5m

Mái lợp tơn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng: gmtc 0.074kN m/ 2

Chọn sơ bộ tiết diện xà gờ dạng chữ [ có sớ hiệu [12 với các thông số của tiết diệnsau:

4.2. Sơ đồ tính

Tải trọng tác dụng lên xà gồ được phân theo hai phương:

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

a) Theo phương y b) Theo phương x

Hình 6. Sơ đồ tính và biểu đồ momen của xà gồ

4.3. Kiểm tra về cường độ

Mômen uốn theo phương x và y trong xà gồ:

4.4. Kiểm tra về biến dạng

Do có hệ giằng xà gồ theo phương x nên ta chỉ xét độ võng của xà gồ theophương y. Độ võng của xà gồ được xác định như sau:

1.97()384384 2.1 10304

cmE I

Vậy tiết diện xà gồ đã chọn thỏa mãn điều kiện về biến dạng.

Ngoài ra cần kiểm tra xà gồ chịu tác dụng của tải trọng gió bớc. Cơng trình xây dựngcó áp lực gió W0125daN m/ 2. Tải trọng gió bớc và thành phần

q

y

của tĩnh tải máingược chiều nhau nên tải trọng gió

q

gio

(theo phương y của xà gồ) tác dụng vào xà gồlà:

Ta nội suy từ bảng 9 trong TCVN 2737-2023 , h=12,3m ta được k(Ze)=0,76

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

1.653 10384 384 2,1 10 304

4.5. Xà gồ dập nguội

Với bước cột 6,2m, tải trọng tính toán qytt= 0.797(daN/cm) .Tải trọng gây võng

0.654( / )

một thành giằng  Chọn Z15015

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

5. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG5.1. Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải)

- Để đơn giản việc tính toán,trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt vàxà gồ mái lấy 0,15 kN/m2:

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

2 bt 1.05 1.5 6.2 9.765() 976.5()

Hình 4. Sơ đồ tính khung với tĩnh tải

5.2. Hoạt tải mái

Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa máiphụ thuộc vào loại mái. Với mái lợp vật liệu nhẹ như :tôn,fibroximang…trị số tiêuchuẩn của hoạt tải mái ptcm 0.3(kN m/ 2); hệ số độ tin cậy tương ứng p 1.3

Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang:

a. Hoạt tải cả mái

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

b. Hoạt tải mái trái

c. Hoạt tải mái phải

Hình 5. Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái

5.3. Hoạt tải cầu trục

Hoạt tải cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãmngang của cầu trục. Các loại tải trọng này thông qua bánh xe cầu trục truyền xuống vai

cột. Theo bảng II.3 phụ lục [1], các thông số cầu trục sức nâng 10T như sau:

Lk (m)

Bk (mm)

Bề rộngđáy

Kk (mm)

T. lượngcầu trục

G (T)

T.lượngxe con

Gxe (T)

Áp lực

a. Áp lực đứng của cầu trục

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

Áp lực đứng Dmax, Dmin của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thành tải trọng tậptrung đặt tại vai cột. Trị số của Dmax ,Dmin có thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi các bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất. Với khung 1 nhịp, nhà có 2 cầu trục hoạt động, cần xét đến tải trọng của 2 cầu trục đặt sát nhau: ( cộng cho trọng lượng của dầm cầu trục )

Hình 6. Sơ đồ xác định đường ảnh hưởng

Các tung độ đường ảnh hưởng:

6, 2 0, 7

0,8876, 2

6, 2 3,9

0,3716, 2



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

Dmax a. Dmax lên cột trái

b. Dmax lên cột phải

Hình 7. Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục

b. Lực hãm ngang của cầu trục

- Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

' 0.1 100 8.03 2

5.402 540.2( )4

oo

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

a. Tmax Lên cột trái

b. Tmax Lên cột phải

Hình 8. Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục

5.4. Tải trọng gió

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió Wk tại đợ cao tương đương Ze được xác địnhtheo cơng thức:

Trong đó:

+w: hệ số vượt tải gió, w 2,1

+W3s,10 là áp lực gió 3s ứng với chu kì lặp 10 năm: W3s,10 0,852 W 0

+k Ze( ) là hệ sớ kể đến sự thay đổi áp lực gió theo đợ cao và dạng địa

hình tại đợ cao tương đương Ze + c là hệ số khí động

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

+ Gf là hệ số hiệu ứng giật lấy

+ B là bề rợng đón gió

Xác định các giá trị

- Chiều cao đỉnh mái: hm 12,3( )m

- Chiều cao cợt : hc 10,4( )m

- áp lực gió W0125(daN m/ 2)

- W3s,100,852 W00,852 125 103,125( daN m/ 2)

Xác định chiều cao tương đương Ze

Ta có h = 12,3m < b = 80,6m

Trong đó: + h là chiều cao nhà

+ b là chiều rợng nhà , vng góc với hướng gió=> Ze h 12,3m

Xác định k(Ze): (dạng địa hình C)

Ta nợi suy từ bảng 9 trong TCVN 2737-2023 , ta được k(Ze)=0,76

Ta có emin( ;2 ) min(80,6;2 12,3) 24,6b h    m d 24m

=> htt  h 12,3m

Gió theo phương ngang nhà

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

Hình 1. 12. Vùng ảnh hưởng của gió ngang nhà tác dụng lên khung

- Xác định các hệ sớ khí đợngTa có

6,84 

Bảng 1. 1. Bảng tra hệ số c cho tường thẳng đứng

Bảng 1. 2. Bảng tra hệ số c khi góc hướng gió = 00

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Giá trị tính toán của tải trọng gió:

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

Hình 1.13. Gió ngang phải

Hình 1.14. Gió ngang trái

6. XÁC ĐỊNH VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC6.1. Chọn sơ bộ tiết diện cột và xà ngang

a. Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện

- Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện đợ cứng:

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

Hình 9. Tiết diện cột và tiết diện đầu xà thay đổi tiết diện

b. Tiết diện cuối xà thay đỗi tiết diện và tiết diện xà không thay đỗi tiết diện

- Mômen quán tính đối với trục x của tiết diện cột:

32

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Giải phương trình trên ta thu được nghiệm: hw 38.335cm Chọn hw 40cm

Hình 10. Tiết diện cuối xà thay đổi tiết diện và tiết diện xà không thay đổi tiết diện

c. Tiết diện dầm vai

Chiều rộng bản cánh dầm vai: bdvf 30cm

Chiều dày bản cánh dầm vai: tdvf 1cm

Chiều dày bản bụng dầm vai được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ do phảnlực dầm cầu trục truyền vào, theo công thức:

0.41620 2 1 24.5 1

Với: b chọn sơ bộ là 20cm.dct

Chiều cao của bản bụng dầm vai w1

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

a.Tiết diện tại đầu dầm vai b. Tiết diện tại vị trí trọng tâm dầm cầutrục

Hình 11. Tiết diện dầm vai

6.2. Xác định nội lực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phầnmềm SAP2000. Trọng lượng bản than kết cấu khung ngang được khai báo trong SAP.Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng biểu đồ và bảng thống kê nội lực. Dấu củanội lực lấy theo quy định chung trong sức bền vật liệu.

- Với cột khung: cần xác định nội lực tại các tiết diện đỉnh cột, chân cợt và vai cợt(trường hợp khơng có dầm vai cợt đỡ cầu trục thì xác định tại tiết diện giữa cợt).

- Với xà ngang: trường hợp xà có tiết diện khơng đổi thì cần xác định nợi lực ở cáctiết diện hai đầu và giữa nhịp. Nếu xà có tiết diện thay đổi tì cần xác định nợi lực ở cảtiết diện hai đầu và chổ thay đổi tiết diện.

Dữ liệu đầu vào:

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

Hình 12. Sơ đồ phần tử trong SAP2000

Hình 13. Sơ đồ tên tiết diện khung trong SAP2000

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

Hình 14. Sơ đồ tiết diện khung trong SAP2000

Hình 15. Tĩnh tải tác dụng lên khung (kN, kN/m)

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

Hình 16. Hoạt tải cả mái tác dụng lên khung (kN/m)

Hình 17. Hoạt tải mái trái tác dụng lên khung (kN/m)

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

Hình 18. Hoạt tải mái phải tác dụng lên khung (kN/m)