đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp có cầu trục nhẹ

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG 1:CƠ SỞ THIẾT KẾ
SỐ LIỆU THIẾT KẾ :

1.1

(m)

(ft)
65

7

(T)
7.5

Loại cầu
trục

Số cầu
trục

TRSG

2

Bước cột Số bước Vùng Loại

B (m)
cột
địa hình địa
hình
7
11
II-B
B

SỐ LIỆU VỀ VẬT LIỆU:
1.2.1 Thép:

1.2

Loại thép

Số hiệu thép

Thép tấm
Thép hình
Thép tròn

E
(GPa)
200
200
200

fy
(MPa)

245
275
245

fu
(MPa)
400
410
400

SS 400
S 275
SS 400
o Các thông số của thép tấm
Cường độ tính toán chịu kéo,nén,uốn của thép theo giới hạn chảy:

Với
là hệ số tin cậy về vật liệu lấy theo mục 4.1.4,TCVN 338:2005
Cường độ tính toán chịu cắt của thép

Hệ số làm việc của kết cấu:
+Kết cấu dầm đặc :
o

+Kết cấu cột đặc :
Que hàn

Sử dụng que hàn N46 (bảng 8, TCXD VN 338: 2005), với các thông số như sau:
)

-

( bảng 37, TCXD VN 338:2005)

o

Boulon

Chọn boulon cấp 8.8
-

: cường độ tính toán khi làm việc chịu kéo của boulon (bảng 10,
TCXDVN 338:2005)

-

: hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon( bảng 38, TCXD VN
338:2005)


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

-

Boulon neo được chế tạo từ thép JIS-G3101-SS400, có

-

Bê tông móng/ cổ cột: B20 (theo TCXDVN 356:2005) có

CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ,
TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG
2.1. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG:
• Nhịp cầu trục: LCR = 65 ft = 19,81(m).
• Cao trình đỉnh ray: HR = 7(m)
• Sức nâng cầu trục: C = 7,5(tấn)
• Loại cầu trục: TRSG
• Bước cột: 7(m)
• Độ dốc mái: i = 10%
• Tra catalog của cầu trục (mã hiệu cầu trục A0765300) ta được các số liệu sau:

(mm)

Bw
(kg)

Pmax
(kg)

W
(mm)

D
(mm)

H
(mm)

Tw
(kg)

19810

5690

5260

2590

640

150

860

2.1.1Các kích thước sơ bộ của khung ngang:
a/ Cột dưới:
• Chiều cao phần cột dưới:
• Phần cột chôn sâu xuống nền:

∆ = 0(m)
• Chiều cao tiết diện dầm đỡ cầu trục:

hr=70
h C.g =500

→ Chọn
• Chiều cao tiết diện ray (và miếng đệm):

Ta có:


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

→ Chọn
b/Cột trên:

D: Khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của cầu trục
F0: Khoảng cách từ nách khung đến điểm thấp nhất của các thiết bị hay kết cấu treo
( ví dụ: thiết bị chiếu sáng )
F0 = 0mm
75mm: Là khe hở an toàn giữa khe trục ( hoặc xe con ) và kết cấu bên trên của nó
F1: Khoảng hở dự phòng, lấy bằng
nhưng không nhỏ hơn 100mm ( khi mà không có
thiết bị treo tức F0 = 0 thì có thể lấy F1= 0).
F1= 100mm

→ Chọn
c/Chiều cao tiết diện ngang lớn nhất và bé nhất của dầm mái :

→ Chọn
→ Chọn
Bề rộng cánh dầm mái:
Chọn
d/ Chiều cao tiết diện ngang của cột:


Bề rộng cánh cột:
Chọn
e/Bề dày cánh, bụng của dầm mái:
Ta có:
Thép tấm SS400


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

;
Chọn

,

.

Ta có:

Chọn
f/Bề dày cánh, bụng của cột:
Ta có:
Thép tấm SS400

;
Chọn
Ta có:

Chọn

,

.


200

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

10

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

500

700

8

200

TIẾ
T DIỆ
N NGANG SƠ BỘ
CỦ
A CỘ
T

TIẾ

T DIỆ
N NGANG LỚ
N NHẤ
T
CỦ
A DẦ
M MÁ
I

8

TIẾ
T DIỆ
N NGANG NHỎNHẤ
T
CỦ
A DẦ
M MÁ
I

Hình 2.1:Kích thước sơ bộ của cột và dầm mái
Bề rộng nhà:
Chọn
Khoảng cách từ trục định vị đến tim ray:
Kiểm tra khe hở ngang an tồn giữa cột và đầu cầu trục:
(chọn trục định vị nằm tại mép ngồi của xà gồ vách)
Chiều cao tiết diện xà gồ vách:
tương ứng với bước cột là 7m.
Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút của cầu trục:
(thõa)

Với 75mm là khoảng hở giữa cầu trục và cột.
Chiều cao từ mặt nền hồn thiện đến nách khung:
Khoảng cách giữa 2 tim cột:
Chọn L=22m.
Chiều cao từ nách khung đến đỉnh mép:
H=7.9+0.5+1.1=9.5m

8

8

8

10

10

200

8

200


GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

6500

95000

1400

500

1100

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

19810
22000
23000

A

SÔ ÑOÀKHUNG NGANG

B

Hình 2.2:Kích thước khung ngang.
2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG:
2.2.1.Tĩnh tải:
(Mái và vách tole dày 0,5mm, xà gồ thép chữ Z với tổng trọng lượng bản thân là:
và

)

o Tĩnh tải mái tác dụng lên dầm mái ( giá trị tính toán ):
o Tĩnh tải vách tác dụng lên cột ( giá trị tính toán ):

Hệ số vượt tải của tĩnh tải(vật liệu thép):

2.2.2.Hoạt tải mái:
-Đối với mái nhẹ,theo TCVN 2737:1995 quy định giá trị tiêu chuẩn của hoạt tải mái là:

-Hệ số vượt tải của hoạt tải mái:

;


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

:với
là góc nghiêng của mái so với phương nằm ngang.
2.2.3.Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang:(trường hợp có 2cầu trục)
P

7000-2590

P

2590

P

560

3150

7000

P

2590
3154

Y4

Y2
Y1 Y3

o Tải trọng thẳng đứng :lớn nhất Dmax và bé nhất Dmin do cầu trục truyền lên vai cột

( giá trị tính toán được tính như sau :

Trong đó:
:là hệ số tổ hợp ,lấy theo điều 5.16 của TCVN2737:1995;
là hệ số vượt tải của cầu trục (
)
B là nhịp đỡ của dầm cầu trục (bước cột).
Trọng lượng dầm đỡ cầu trục và ray:
Chọn wrw = 1 (kN/m)
o Giá trị moment lệch tâm ứng với giá trị tải trọng:
-Khoảng cách từ tim ray đến tim cột:

o Lực xô ngang:


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

Trong đó :
Vị trí đặt lực của cao trình cánh trên của dầm cầu trục :
o Tải trọng gió:
Áp lực gió tiêu chuẩn ( vùng II ), W0 = 95daN/m2
Dạng địa hình B
Hệ số khí động lấy theo sơ đồ 2, bảng 6 TCVN “ 2737-1995 ”

Ce = 0,8
Ce1=- 0.372
Ce2= -0.4
Ce3 =- 0.5
Tải trọng phân đố đều trên cột
Phía đón gió:
Phía khuất gió:
Tải trọng phân bố đều trên dầm:
Phía đón gió:
Phía khuất gió:
Trong đó:
: hệ số vượt tải gió
:giá trị của k tại độ sâu 10m

Ce2=-0.4

C e=-0.5

C e=0.8

Ce1=-0.372

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG

2.3.NỘI LỰC KHUNG NGANG:
1.TT ( tĩnh tải)
2.HT (hoạt tải)
3.Dmax trái ( Dmax bên trái )
4. Dmax phải ( Dmax bên phải )
5.T trái ( TLA từ trái sang phải )
6.T phải ( TLA từ phải sang trái )
7.Gió trái ( gió từ trái sang phải )
8.Gió phải ( gió từ phải sang trái )
Bảng tổ hợp nội lực:
Tổ Hợp
ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

T
T
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x

x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x

H
T
x

Dmax
trái

Dmax
phải

Hệ Số Tổ Hợp

T
trái

T
phải

Gió
trái

Gió
phả
i

x
x
x
x
x
x

x
x

x

x
x

x
x
x
x
x

x
x
x
x

x
x
x
x
x
x

x
x

x

x
x

x
x
x

x
x
x
x

x

x
x
x

x
x
x
x
x
x

x
x
x
x

T
T
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

HT
1

Dmax
trái

Dmax
phải

T
trái

T
phải

Gió

trái

Gió
phải

1
1
1
1
1
1

1
1

1

1
1

1
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9

0.9

0.9
0.9

0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

x
x

x
x
x
x

x
x
x

x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x

x
x

x
x
x
x
x
x

x
x
x
x
x
x
x
x

x
x

x
x
x
x
x
x

x
x
x
x
x
x
x
x

x
x
x
x

1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9

0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

 Mô hình các phần tử và các nút trong khung chưa chia đoạn:

0.9
0.9
0.9
0.9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

Hình 2.3:Mô hình khung ngang 2D

Hình 2.4:Mô hình khung ngang 3D
c. Phân tích nội lực khung ngang bằng Sap2000:
*Sơ đồ chất tải:

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

0.74

0.74

0.74

0.74

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

0.74

0.74

Z

X

47.80

2.73

2.73

Tĩnh tải
(kN/m)

49.95

Z

X

.91
1567
9
3.
16

Hoạt tải
(kN/m) Y

Z

X


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

156.91

Dmax trái
D(kN);M(kNm)

163.9
7

80
47.
5
.9
49

Y

Dmax phải
D(kN);M(kNm)

Z

X


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

11.88

11.88

Z

X

TLA trái

(kN)

11.88

11.88

Z
X
TLA phải
(kN)


GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

3.2 0

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

2 .97
6.38

4.00

Z
6.38

X

4.00

2.9 7

Gió trái
(kN/m)

3 .20
4.00

6.38

Z
4.00

X

Gió phải
(kN/m)

6.38


GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

1 1 8 .2 8
-1 6 8 .6 4

1 1 8 .2 8 -1 6 8 .6 4

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

168.64

-168.64

118.65 118.25
-132.19

132.19 -118.65
-118.25

Z
263.18 -286.35

X

286.35 -263.18

-3 9 .9 4
2 0 .0 1

3 9 .9 4
-2 0 .0 1

Biểu đồ bao Momen
(kNm)

50.38
61.08
-20.66
-23.85

-50.38
-61.08 20.66
23.85

Z
-65.72 65.32

X

Biểu đồ bao Lực cắt Q
(kN)

-65.32 65.72


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG
1 8 .3 1

1 8 .3 1
21.04

-5 4 .4 4

-5 4 .4 4

21.04

-45.47 19.53
18.70
-46.31

-45.47 19.53
-46.3118.70

Z
-195.10

X

-195.10

Biểu đồ bao Lực dọc N
(kN)

Nhận xét: Mô hình các phần tử ,các nút và xuất ra nội lực khi chưa chia đoạn
dầm nhằm mục đích xác định sơ bộ vị trí có nội lực tương đối nhỏ để thiết kế
mối nối.
Tại vị trí có nội lực tương đối nhỏ ta chia dầm mỗi bên thành 2 đoạn nhỏ có
kích thước khác nhau(đảm bảo về tính thực tế)và thiết kế mối nối tại vị trí
chia đoạn.
Dầm mái mỗi bên được chia làm 2 đoạn có kích thước như sau:
 Đoạn 1 dài 6m có chiều cao tiết diện dầm thay đổi.
 Đoạn 2 là chiều dài còn lại của dầm mái có chiều cao tiết diện không

đổi.

 Mô hình các phần tử và các nút trong khung đã chia đoạn nối dầm:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

(Các loại tải trọng tác dụng vài khung ngang không đổi)
5055
6000

5

5

6

6

7
7

4

2

3

3

4

8

8

1

2

Z
1

X

Hình 2.5:Mô hình khung ngang 2D

Hình 2.6:Mô hình khung ngang 3D

9


GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

-1 8 .7 9

2 6 .5 8

2 6 .5 8

-1 8 .7 9

-1 6 6 .4 1

1 0 6 .0 0 -1 6 6 .4 1

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

1 0 6 .0 0

-106.00
166.41

-166.41
106.00
104.67
-130.61

-104.67
130.61

Z
286.86 -300.75

300.75 -286.86

X

-1
1 0 .4 75 .5 2

-1 5 .5 2
1 0 .4 7

-3 9 .2 7
1 9 .2 1

-51.69
-62.39 22.17
25.36

-3 9 .2 7
1 9 .2 1

Biểu đồ bao Momen
(kNm)

51.69
-22.17 62.39
-25.36

Z
-65.56 66.83

X
Biểu đồ bao Lực cắt Q
(kN)

-66.83 65.56

-5 3 .4 0
1 9 .1 8

1 9 .7 5

1 9 .7 5

-5 3 .4 0
1 9 .1 8

-5 5 .6 1

20.95

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

-44.9519.44
18.61
-45.78

-5 5 .6 1

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

20.95

-44.9519.44
18.61
-45.78

Z
-194.67

X

Biểu đồ bao Lực dọc N
(kN)
*Kiểm tra chuyển vị:
-Chuyển vị đứng tại đỉnh khung: (tĩnh tải + hoạt tải mái)

Chuyển vị đứng do tĩnh tải gây ra

-194.67


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

Chuyển vị đứng do hoạt tải gây ra
Ta có:

-Chuyển vị ngang tại nách khung (tĩnh tải+ gió trái) :


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

Chuyển vị ngang do tĩnh tải gây ra

Chuyển vị ngang do gió trái gây ra

Ta có:


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

-Chuyển vị ngang tại vai cột(tĩnh tải+ T trái) :

Chuyển vị ngang tại vai cột do tĩnh tải gây ra

Chuyển vị ngang tại vai cột do T trái gây ra
Ta có:


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG
3.1.THIẾT KẾ DẦM MÁI:
3.1.1.Tính toán các tiết diện ngang
- Từ kết quả phân tích nội lực khung ngang, ta lựa chọn các giá trị nội lực gây nguy
hiểm cho dầm mái.
Mỗi phần tử cần chọn giá trị nội lực tại ít nhất 3 vị
trí:2 phần tử đầu đoạn và 1 phần tử giữa.Và các giá trị nội lực là:
3.1.1.1Giá trị nội lực tính toán.

-

Phần tử

1

2

Mặt cắt
0

-166.41

-39.27

106.00

19.07

-39.27

3

-67.60

-25.38

54.38

14.93

-27.24

6

-11.62

-4.10

16.76

10.47

-15.52

0

-11.62

-4.10

16.76

10.47

-15.52

2.527

-18.79

1.32

24.95

-2.39

6.59

5.055

-16.58

2.96

26.58

3.96

6.66

3.1.1.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất.
- Moment quán tính

-

Module kháng uốn

-

Moment tĩnh

 Kiểm tra bền cho tiết diện dầm:


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD : ThS.TRẦN QUỐC HÙNG

 Các công thức kiểm tra bền:

+Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:

=>Thỏa điều kiện bền như đã kiểm tra bảng trên.
+Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp lớn nhất:

thỏa điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất.
+Kiểm tra tiết diện ứng suất tương đương

 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định cục bộ:

Bản cánh:

→ thỏa điều kiện yêu cầu.

Bản bụng:
cầu.

→ thỏa điều kiện yêu

Ta thấy
→ vậy ta không cần gia cường thêm sườn.
 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định tổng thể:

-Bố trí thanh giằng cánh dưới với 2 bước xà gồ,mỗi xà gồ cách nhau 1.5m


Tính

theo công thức 5.19-TCVN 338:2005;