Thuyết minh Đồ án môn học : Kết cấu thép Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp. Các số liệu của nhà : - Nhịp khung : L = 30(m) - Sức trục : Q = 30(Tấn) - Cao trình đỉnh ray: H 1 = 12(m) - áp lực gió tiêu chuẩn: W o = 155(daN/m 2 ) - Bớc khung : B = 6(m) - Chiều dài nhà : 17B = 17x6 = 102(m) - Chiều cao dầm cầu trục : H dct = 700(mm) - Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình. + L k =28,5m + H= 2,75m + B = 6,3m + L1=2,5m + B1=0,3m. + Loại ray KP70 tra bảng ta có Hr=120mm (theo bảng VI.7). Vật liệu lớp mái: - Mái panen sờn BTCT 1,5mx6m(g TC = 150(daN/m 2 ). - Bê tông chống thấm dày 4 cm( o = 2500Kg/m 3 ) - Bê tông xỉ dày 12cm( o = 500Kg/m 3 ) - 2 lớp lát dày 1,5cm/lớp( o = 500Kg/m 3 ) - 2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp9 o = 500Kg/m 3 ) - Hoạt tải mái p c = 75daN/m 2 Que hàn N46 có Rgh=1800daN/cm 2 . Rgt=1650daN/cm 2 . Phơng pháp hàn tay có h =0,7; t =1; Bê tông móng mác 200 Tờng gạch tự mang vu dinh phong1 Phần I : Tính toán chung A-các kích thớc chung I/Thành lập sơ đồ kết cấu: Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại nhà xởng 1 nhịp, chịu tải trọng cầu trục lớn do đó chọn sơ đồ khung có liên kết Dàn, Cột là liên kết cứng và dàn khung hình thang có mái dốc. Sơ đồ khung ngang có dạng nh hình vẽ dới: h1 l h h2 h h d h 3 h t h o II/ Xác định các kích thớc khung ngang: II.1/ Các kích thớc theo phơng thẳng đứng: a- Chiều cao dầm cầu chạy: h dcc = 0.7m b - Chiều cao từ mặt ray đến đáy canh dới của dàn. H 2 = (H c +f)+100 H c : Kích thớc gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con (tra phụ lục VI.2<138> )ta có H c =2,75m. 100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu. f: khe hở xét đến độ võng của kết cấu lấy 0,4m(theo sách thiết kế KC thép nhà CN ). vu dinh phong2 H 2 =(2,75+0,4)+0,1= 3,25m lấy chẵn H 2 =3,4m c - Chiều cao của cột trên: H t = h dcc +H 2 +h r h r : Chiều cao của ray và đệm. Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kế KC thép nhà CN ứng với lọai ray KP70 ta có chiều cao là 0,12m , chiều cao của đệm là 0,05 h r =0,17m h dcc =0,7m đã tính ở trên. H t =h dcc +H 2 +h r =0,7+3,4+0,17=4,27m d - Chiều cao thông thuỷ của nhà tính từ cốt 0,00 đến trục của thanh cánh dới dàn vì kèo. H=H 1 +H 2 =12+ 3,4 =15,4m. vì H là bội của 1,8 nên chọn H=16,2m e- Chiều cao của cột dới: H d = H-H tr +H 3 H 3 :Chiều sâu của phần cột chôn dới cốt mặt nền :H 3 = 0,8m H d = H-H tr +h ch = 16,2 - 4,27 + 0,8 = 12,73m g - Chiều cao đầu dàn: h 0 Với kích thớc là dàn hình thang lấy h 0 =2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN). h- Chiều cao giữa dàn:h Chọn h=3,5m Độ dốc mái là i=(3,5 - 2,2 )/ 15 =1/12 II .2/ Các kích thớc theo phơng ngang: a-Bề rộng tiết diện cột trên: Chiều cao h tr =(1/10 ữ 1/12) H t với H t :khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dới của dàn vì kèo. Ta chọn h tr = 0,4m b- Chọn a: a:khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, a phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục. Do sức trục Q=30T nên ta chọn a=250mm. c- Chọn : : Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mép trong của cột dới. B 1 +(h tr - a) + D=0,4+(0,4-0,25)+ 0,075=0,625m; vu dinh phong3 B 1 :Khoảng cách từ trục ray đến mép ngòai của cầu chạy lấy theo catalô cầu chạy, ta chọn B 1 =0,4m. D:Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép trong của cột trên lấy là 0,075m = 0,75m ( Q 75T) d - Tính bề rộng phần cột dới h d : h d :Theo độ cứng ta có h d (1/15 ữ 1/20) H= (1/15 ữ 1/20)16,2 m vì trục nhánh trong của cột bậc trùng với trục dầm cầu trục nên ta có h d = +a =750+250 = 1000mm; h d=12,73m h t=4,27m h 3=0,8m h=16,2 m h1 =12m h2=3,4 m l=30 m ho=2,2m h =3,5 m d=3m l ct =12 m Hct=2,5m III/lập mặt bằng lới cột, bố trí hệ giằng mái, cột : III.1/Lập mặt bằng lới Cột : Nhà xởng đợc thiết kế có chiều dài nhà là : 102m do đó khi bố trí mặt bằng lới Cột ta không phải để khe lún nhiệt độ . Mặt bằng lới Cột đợc bố trí nh hình vẽ dới. vu dinh phong4 60006000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 B A 60006000600060006000 30000 M ặT BằNG LƯớI CộT a- Bố trí giằng trong mặt phẳng cánh trên : Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà. Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn. Các thanh giằng chữ thập đợc nên bố trí ở đầu khối nhiệt độ và bố trí thêm ở giữa khối. Mặt bằng bố trí giằng cánh trên đợc thể hiện nh hình vẽ dới. b- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dới : Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên . nó cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dới tại đầu hồi nhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tờng Hồi nên còn gọi là dàn gió. Do Xởng có Cỗu trục Q = 75tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố trí thêm Hệ giằng cánh dời theo phơng dọc nhà. Hệ giằng nhà đảm bảo cho sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận. Mặt bằng bố trí nh hình vẽ dới. vu dinh phong5 60006000600060006000600060006000600060006000600060006000600060006000 30000 6000 6000 6000 6000 6000 A B 181716 15 14131211109876 5 4321 HÖ GI»NG C¸NH TR£N vu dinh phong6 60006000 1 2 3 Hệ GIằNG CáNH DƯớI 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 B A 60006000600060006000 30000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 c- Bố trí hệ giằng đứng : Hệ giằng đứng đặt trong các mặt phẳng thanh đứng , cótác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên các khối cứng bất biến hình, giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi lắp dựng. Hệ giằng đứng đợc bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn và cách nhau 12 - 15m theo phơng ngang nhà, theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tại những gian có giắng cánh trên và cánh dới. Hệ giắng dứng đợc bố trí nh sau : vu dinh phong7 hệ giằng đứng d- Bố trí hệ giằng Cột : Trong mỗi trục dọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng các cột khác dựa vào tấm cứng bằng các thanh chống dọc . Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục các thanh giằng và các thanh chéo chữ thập. Các thanh giằng bó trí suốt chiều cao của 2 cột đĩa cứng trong phạm vi đầu dàn chính là hệ giằng đứng của mái : Lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối vu dinh phong8 tựa dới của dàn kèo. Lớp dới bên dới dầm cầu trục cho đến chân cột. Các thanh giằng lớp trên đặt trong mặt phẳng trục Cột. Các thanh giằng lớp dới đặt trong mặt phẳng hai nhánh. Tấm cứng đợc đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở khối nhiệt độ. Trong các gian đầu và cuối nhà bố trí giằng lớp trên giằng này làm tăng độ cứng dọc nhà, truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa cứng. Việc bố trí giằng cột đợc thể hiện nh sau : 1 bố trí hệ giằng cột và giằng đứng 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 b- Tính toán khung ngang: I-Tải trọng tác động lên khung ngang: I.1-Tải trọng tác động lên dàn: đợc tính ra đơn vị daN/m 2 . a- Tải trọng mái: Dựa vào cấu tạo của mái để tính trọng lợng từng lớp(đơn vị N/m 2 mặt dốc mái) Đổi ra N/m 2 mặt bằng bằng cách chia cho cos , là góc dốc của mái Các lớp máI Tải trọng tiêu chuẩn (daN/m 2 ) Hệ số vợt tải Tải trọng tính toán (daN/m 2 ) - Hai lớp gạch lá nem = 2000daN/m 3 . Dày 3cm 60 1,1 66 - 2 Lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp = 1800 daN/m 3 . Dày 3 cm 54 1.2 64,8 - Bê tông xỉ cách nhiệt = 500daN/m 3 . Dày 12 cm. 60 1,2 72 - Lớp bê tông chống thấm = 2500daN/m 3 . Dày 4 cm. 100 1,2 120 - Panen mái 1,5x6m; = 150daN/m 2 . Dày 10 cm=0,1m 150 1,1 165 vu dinh phong9 Cộng 424 487,8 Vậy ta lấy g om = 488daN/m 2 . i=1/12 tg =1/12cos= 0.9965 Tính trên mặt bằng g m = g om /cos=488/0.9965 = 489,7daN/m 2 . b- Trọng lợng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm) g d = 1,1.1,2. d .L(daN/m 2 ) d =0,6 ữ 0,9 :Là hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn ứng với nhịp từ 24 ữ 36m. L=30m ta chọn d =0,75 1,2:hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng. L:nhịp dàn 30m theo đầu bài 1,1 Hệ số vợt tải. g d = 1,1.1,2.0,75.30= 29,7 daN/m 2 mặt bằng. c-Trọng lợng cửa trời: (lấy theo kinh nghiệm) gct= 1,1.ct.lct daN/m2 (mặt bằng nhà) g ct =1,1.0,5.12=6,6 daN/m 2 (mặt bằng nhà) d- Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa: - Trọng lợng cửa kính: g k =1,1.(35 ữ 40) daN/m 2 cửa. Ta lấy g k = 44 daN/m 2 . - Trọng lợng của bậu cửa: g b =1,1.(100 ữ 150) daN/m của bậu cửa (trên + dới). Ta lấy g b =165 daN/m. Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải G1=B (g m +g d ).d/2= 6.(489,7 + 29,7).3/2 = 4674,6 daN G2 =G3=G5= B (g m +g d ).d=6.(489,7 + 29,7).3 = 9349,2daN G4 = B (g m +g d ).d + B ( hct.g + g b ) + (3.gct).B = 6.(489,7 + 29,7).3 + 6.(2,5.44 + 165) +3.6,6.6 = 9349,2 = 11118 daN G6=B.(g m +g d ).d + 2B. gct.d = 6.(489,7 + 29,7) .3 + 2.6.6,6.3. 3 = 10062 daN vu dinh phong10 [...]... 656daN Lực dọc tính toán cho cột trên: Ntt = 46 .16 2 + 656 = 46. 818 daN b - Cột dới: k = 0,45, R = 2 ,15 .10 7daN/m2, =1, 6; = 7850daN/m3 N = Ntmax = 14 6.781daN, Hd=9,4m 20 vu dinh phong gc = [14 6.7 81/ (0,45.2 ,15 .10 7)] .1, 6.7850= 19 0,5 daN/m Gc = 19 0,5.9,4 =17 91daN Vậy ta có lực dọc tính toán cho cột dới N1tt= 14 6.7 81 + 656 + 17 91 = 14 9.228 daN; M1= -30 .18 1daNm N2tt= 14 2.405 + 656 + 17 91 = 14 4.852 daN; M2= 82.289daNm... tiết diện nhánh: Ta giả thiết gần đúng khoảng cách giữa 2 trục nhánh c = hd =10 0cm =1m Các cặp nội lực: Nhánh ngoài cột dới : N2tt =14 4.852daN; M2tt= 82.289daNm; Nhánh trong cột dới : N1tt =14 9.228daN; M1tt= -30 .18 1daNm; Thay các giá trị vào phơng trình: y12-[(M1+M2)/(N1-N2)+c]y1+ M2.c/(N1-N2) = 0 y12-[(30 .18 1+ 82.289)/ (14 9.228 -14 4.852) +1] y1+ 82.289x1/ (14 9.228 -14 4.852) =0 y12 - 26,70 y1 + 18 ,80 = 0... 4,78 cm Jy1= 0,8.36,83 /12 +20 .1, 6.(40/2 -1, 6/2)2 = 15 .11 9 cm4 ry1= (Jy1/Anh1)0,5 = (15 .11 9/93,44)0,5= 12 ,72 cm b - Nhánh mái là tiết diện tổ hợp : 1 thép bản 360x14F = 50,40 cm2 và 2 thép góc đều cạnh L100x8F = 31, 2 cm2(A1g= 15 ,6cm2) Anh2 = 50,4 + 31, 2 = 81, 6cm2 Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái: zo=Ai zi /Ai = (50,4x0,7 + 2x15,6x2,75)/ 81, 6 = 1, 48 cm Với... trình ta có y1 = 0,724m; y2 = c-y1= 1- 0,724 = 0,276 m Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy(tính sơ bộ) Nnh1= N1.y1/c+M1/c =14 9.228x0,724 /1 + 30 .18 1 /1 = 13 8.222,07 daN Lực nén lớn nhất trong nhánh mái Nnh2= N2.y2/c+M2/c =14 4.852x0,276 /1 + 82.289 /1 = 12 2.268 ,15 daN Giả thiết độ ổn định =0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh Nhánh cầu chạy: Aycnh1= Nnh1/R = 13 8.222/(0,8. 215 0 .1) = 80,36 cm2 Nhánh mái:... nén m = Nd/Nt = 14 6.7 81/ 46 .16 2 = 3 ,18 c1=(Hd/Ht)[(J1/ J2.m )1/ 2] =(5 ,1/ 9,4)(7/3 ,18 )1/ 2=0,805 19 vu dinh phong Dựa vào bảng II.6b phụ lục II sách Thiết kế KC thép nhà CN ta nội suy có 1= 1,98 à2= 1/ c1 =1, 98/0,805= 2,46 1 ; x = 1, 85cm > 0,8 [ho/b] = (0,9+0,5 ).(E/R)0,5 3 ,1( E/R)0,5 [ho/b] = (0,9+0,5 .1, 85)(2 ,1. 106/ 215 0)0,5 = 57,04 < 3 ,1. (E/R)0,5... lx1/rx = 1. 8 61/ 49,38 = 37,69 với lx1 =18 , 61 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dới đã tính Với =44o34 nội suy bảng 3.5 đợc k = 28,5 tđ = (x2+k.A/Atx)0,5 = (37,692 + 28,5 .17 5,04 /10 ,1) 0,5 = 43,75 < [] =12 0 với A = Anh1+Anh2 = 93,44 + 81, 6 = 17 5,04 cm2 Theo tđ = 43,75 tra bảng II .1 đợc = 0,89 Tính Qq = 7 ,15 .10 -6(2.330 - E/R)N/ 26 vu dinh phong = 7 ,15 .10 -6(2.330 - 2 ,1. 106/2 ,1. 103 )14 9.228/0,89... = M1/N1 = 30 .18 1 /14 9.228 = 0,202m = 20,2cm độ lệch tâm tơng đối m = e1.A.y1/Jx = 20,2x189,44 x49,89/4 61. 547 = 0, 414 tđ = tđ (R/E)0,5 = 37,7.(2 ,15 .10 3/2 ,1. 106) 0,5 = 1, 206 Với x = lx1/rx = 1. 8 61/ 49,36 = 37,7 Tra bảng phụ lụcII-3 ta có lt= 0,7 51 ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện N1/lt.A = 14 9.228/0,751x189,44 = 1. 049 daN/cm2 R = 215 0daN/cm2 Cặp 2: e2 = M2/N2 = 82.289 /14 4.852 = 0,57 m