KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY +ĐỒ ÁN MƠN HỌC KẾT CẤU THÉP NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG CÁC SỐ LIỆU CỦA ĐỒ ÁN: -Nhòp nhà : L = 21 m -Sức cẩu cần trục: Q = 50 T -Cao trình đỉnh ray: Hr = 8.4 m -Mặt công trình có chiều dài 90 m, bước khung B = m -Vật liệu lợp: panen -Xưởng có hai cầu trục có sức trục, chế độ làm việc trung bình -Đặc điểm vò trí xây dựng: TPHCM -Tuổi thọ công trình: 50 năm -Vật liệu thép: f = 220 MPa , fu = 340 MPa , E = 21x104 MPa , ρ = 7.85 T/m2 -Que hàn ∋42 , hàn tay, Bulông có độ bền lớp (4.6) -Bêtông móng có cấp độ bền chòu nén: B15 CÁC SỐ LIỆU TRA BẢNG: Từ số liệu ban đầu: L , Q tra catologue cầu trục để chọn cầu trục phù hợp -Loại ray phù hợp: KP80 , nhịp Lk=19.5m -Chiều cao gabarit cầu trục: Hk = 3150 mm -Bề rộng cầu trục Bk = 6650 mm ( kích thước gabarit tính theo phương dọc nhà cầu trục) -Khoảng cách hai trục bánh xe cầu trục K = 5250 mm -Kích thước B1 = 300 mm kể từ tim ray mép cầu trục (dùng để tính toán khe hở cầu trục mép cột trên) -Ptomax = 45.0 T -Ptomin = 10.8 T -Trọng lượng xe con: 18 T -Trọng lượng cầu trục: 61.5 T XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG: 3.1.Yêu cầu: - Phải đảm bảo vận hành cầu trục - Phải đảm bảo chiều cao thông thủy để thuận tiện sản xuất - Phải đảm bảo nhòp cầu trục Lk 3.2 Xác đònh kích thước theo phương đứng: Nhiệm vụ: Xác đònh chiều cao phần cột phần cột  Chiều cao phần cột xác đònh theo công thức: Hd = Hr + hm – hr - hdct Trong đó: Hr – Cao trình đỉnh ray hr – Chiều cao ray đệm ray Chọn sơ hr = 200 mm SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY hm – Phần cột chôn ngầm mặt hoàn thiện hdct - Chiều cao tiết diện dầm cầu chạy hdct = ( 1/6 – 1/10 )B = ( 1/6 -1/10 )6000 = ( 600 – 1000 ) mm Chọn hdct = 1000 mm Hd = Hr + hm – hr - hdct = 8400 + – 200 – 1000 = 7200 mm = 7.2 m Chọn Hd = 7200 mm  Chiều cao phần cột xác đònh theo công thức: × 21000 +200) = 4655 mm Ht = hdct + hr + Hc + ∆ = 1000 + 200 + 3150 + ( 200 Chọn Ht = 4700 mm Hc-Khoảng cách từ mặt ray đến đỉnh cao xe ∆-Độ võng dàn mái 3.3 Xác đònh kích thước theo phương ngang nhà:  Chiều cao tiết diện cột theo yêu cầu cấu tạo  Cột trên: ht = ( 1/10 – 1/15 )Ht = ( 1/10 – 1/15 )x4600 = (307– 460 ) mm → Chọn ht = 400 mm  Cột dưới: hd = ( 1/8 – 1/14 )Hd = ( 1/8 – 1/14 )x7400 = ( 529 – 925 ) mm → Chọn hd = 900 mm Khoảng cách a từ mép đến trục đònh vò lấy là: ; 250 ; 500 mm Đối với nhà có sức trục nhỏ 75 tấn, chế độ làm việc trung bình nên chọn a = 250 mm  Khoảng cách từ tim ray trục đònh vò: L − Lk 21000 − 19500 = = 750 mm λ= 2 Để cầu trục làm việc an toàn theo phương dọc nhà, khoảng cách λ từ tim ray trục đònh vò phải thoã mãn điều kiện: λ ≥ B1 + (ht – a) + D Trong đó: B1 – Phần đầu cầu trục từ ray đến mép lấy theo catologue cầu trục D – khe hở an toàn cầu trục cột lấy 60 -75 mm Gsử: •Trục đònh vò mép cột : D = λ − ht − B1 = 750 − 400 − 300 = 50 < 70 (không thỏa) h D = λ − t − B1 = 750 − 400 / − 300 = 250 > 70 (thỏa) • Trục đònh vò tim cột : λ = 750 mm = B1 + (ht – a) + D = 300 + (450 -250) + 250 = 750mm Vậy trục đònh vò nằm trùng tim cột với hd = λ + ht/2 = 750 + 400/2 = 950 mm → Trò số chiều cao tiết diện cột chọn đạt yêu cầu 1 ( ≥ ( : ) H d , ≥ ( H d + H t ) = 600mm ) 10 11 20 SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY 3.4 Kích thước dàn mái cửa mái: -Bề rộng cửa mái:Lcm=(1/2-1/3)21000=(7000-10500)mm Chọn Lcm=9000 mm - Chiều cao tiết diện đầu dàn: Hđđd=(1500-2200)mm Chọn Hđd=2000 mm - Chiều cao tiết diện cửa mái: Hcm=(1500-2200)mm Chọn Hcm= 2000 mm Chọn độ dốc mái i=1/10 cho mái nặng 3.5 Hệ giằng nhà công nghiệp: 3.5.1 Nhiệm vụ: + Đảm bảo tính bất biến hình hệ thống kết cấu khung nhà xưởng, ổn đònh hệ khung dựng lắp + Giảm bớt chiều dài tính toán cấu kiện chòu nén + Truyền tải trọng theo phương dọc nhà + Đảm bảo làm việc không gian hệ thống khung nhà xưởng, chòu lực hãm cầu trục 3.5.2 Hệ giằng nhà công nghiệp gồm hai hệ thống: + Giằng cột: giằng cột giằng cột + Giằng mái: giằng mặt phẳng cánh trên, giằng mặt phẳng cánh hệ giằng đứng SƠ ĐỒ GIẰNG CỬA MÁI SƠ ĐỒ HỆ GIẰNG CÁNH TRÊN SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY SƠ ĐỒ HỆ GIẰNG CÁNH DƯỚI SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG ĐỨNG CỦA CỬA MÁI SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG CỘT SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG: 4.1 Tải trọng thường xuyên: Tải trọng thường xuyên gồm có trọng lượng thân kết cấu, trọng lượng mái, trọng lượng hệ giằng….các tải tính khung đưa thành tải trọng phân bố xà ngang  Trọng lượng lớp mái sau: Lớp mái Tấm panen bêtông cốt thép cỡ lớn Lớp bêtông nhẹ cách nhiệt dày 4cm Lớp chống thấm Các lớp vữa tô trát dày 4cm Hai lớp gạch lát nem, lớp dày 3cm Tổng Trọng lượng ( daN/m2 ) 150 40 10 80 120 tc q = 400 Hệ số vượt tải 1.1 1.2 1.2 1.2 1.1 tt q = 453  Tải trọng tính toán kết cấu mái hệ giằng ( trừ phần kết cấu cửa mái): gtt1 = n x gtc1= 1.2x30 = 36 ( daN/m2 )  Tải trọng tính toán kết cấu cửa mái: gtt2 = n x gtc2= 1.2x15 = 18 (daN/m) tc Trong đó: g – tải trọng tiêu chuẩn kết cấu mái hệ giằng gtc2- tải trọng tiêu chuẩn kết cấu cửa mái n= 1.2 - hệ số vượt tải Như vậy: Tónh tải tính toán mái gm = 453 + 36 + 18 = 507 ( daN/m2 ) Tónh tải mái dồn khung ngang Tải trọng lớp lợp, kết cấu mái hệ giằng coi tải phân bố suốt nhòp nhà xưởng, tải trọng kết cấu cửa mái coi phân bố suốt bề rộng cửa mái Quy tải thành tải tập trung đặt mắt dàn: P1= (3/2*6)*(0.36+4.53)=44.01 (kN) P2= (3*6)*(0.36+4.53) =88.02 (kN) P3= (4.5/2*6)*0.18+(4.5/2+3/2)*6*(0.36+4.53)=112.46(kN) P4= (4.5*6)*(0.36+4.53)+4.5*6*0.18=136.89 (kN) Suy Vm = 312.93 KN  Mm = Vmxe2 = 312.93x0.275 = 86.1 kNm 2 Trọng lượng thân dầm cầu trục:Pdcc= α dcc xB = 30 /100*6 =10.8 (KN) Mdcc=Pdcc x e1=10.8*0.475=5.13 kNm Suy ra: ∆ m = Mm-Mdcc = 80.93kNm SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY 4.2 Tải trọng sữa chữa mái: Là loại tải trọng người thiết bò, vật liệu dùng để sữa chữa mái bò hư hỏng, tải trọng cho tiêu chuẩn “Tải trọng tác động 2737 TCVN-1995” Trường hợp mái lợp vật liệu nặng, giá trò hoạt tải sữa chữa mái lấy 75 daN/m Hoạt tải mái tính với hệ số vượt tải γ Q = 1,3 Mái nghiêng i=1/10 Hoạt tải mái tính toán: qttht = γ Q ptc = 1.3 x 75 = 97.986 ( daN/m2 ) Tải tập trung: P1=1.3*0.75*6*3/2= 8.8 KN P2=1.3*0.75*6*3 = 17.6 KN P3=1.3*0.75*6*(3/2+4.5/2)= 21.9 KN P4=1.3*0.75*6*4.5 = 26.3KN a-TH chất đầy dàn: Msm = Vsm.e2 = 61.425x0.275 = 16.9 kNm b-TH chất 1/2 dàn : MA = VA.e2 = 15.25 x0.275 = 4.2kNm MB = VB.e2 = 46.25 x0.275 = 12.7kNm 4.3 p lực cầu trục lên vai cột lực hãm cầu trục: 4.3.1 p lực cầu trục lên vai cột: Khi phía có áp lực lớn Dmax tác dụng, tương ứng phía bên lực tác dụng lên vai cột nhỏ Dmin Từ vò trí bất lợi bánh xe dầm cầu trục ta có: Dmax = n.nc.Pmax ∑ yi Dmin = n.nc.Pmin ∑ yi Trong đó:+ n = 1.2 – hệ số vượt tải + nc =0.9– hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy đồng thời tải trọng tối đa hai cầu trục hoạt động nhòp + ∑ yi - tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa vò trí bánh xe cầu trục + Pmax (Pmin) – áp lực lớn ( nhỏ ) bánh xe cầu trục lên ray xe mang vật nặng vào sát vò trí cột ( phía bên ) Q +G - Pmax Pmin = n0 Trong đó: Q – sức trục cầu trục ( 50T ) Từ bảng catologue cầu trục: -Ptomax = 45.0 T -Ptomin = 10.8 T -Trọng lượng xe con: Gxc = 18 T -Trọng lượng toàn cầu trục: G = 61.5 T -Số bánh xe bên ray cầu trục n0 = Q +G 50 +61.5 - Pmax = - 45 =10.8 ( T ) Pmin = n0 SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG 5250 4600 GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY  1400 5250 1400 5250 5250 750 Từ kích thước cầu trục: bề rộng B = 6650 mm, khoảng cách bánh xe K = 5250 mm xếp bánh xe cầu trục sơ đồ y3 = 4600 4600 × y3 = × = 0.767 y2 = 6000 6000 750 750 × y3 = × = 0.125 y4 = 6000 6000 Dmax = n.nc.Pmax ∑ yi = 1.1 x 0.9 x 450 x ( + 0.767 + 0.125 ) = 842.9( KN ) Dmin = n.nc.Pmin ∑ yi = 1.1 x 0.9 x 108 x ( + 0.767 + 0.125 ) = 202.3 ( KN ) Suy : Mmax = Dmax.e2 = 842.9x0.275 = 400.4kNm Mmin = Dmin.e2 = 202.3x0.275 = 96.1kNm 4.3.2 Lực hãm cầu trục: T = n.nc.T1 ∑y i Trong đó: T1 – lực ngang tiêu chuẩn bánh xe cầu trục hãm, tính công thức: T0 T1 = n0 n0 – số bánh xe bên cầu trục T0 – lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục, tính theo công thức: f (Q + Gxc )nxc' Mà T0 = nxc Q – sức trục cầu trục Gxc – trọng lượng xe nxc' - số bánh xe hãm, thường nxc' = nxc nxc – tổng số bánh xe xe f – hệ số ma sát, lấy f = 0.1 móc mềm f = 0.2 móc cứng SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY f (Q + Gxc )nxc' 0.1 × (50 + 18) × T0 = = = 3.4 ( T ) nxc T0 3.4 T1 = = = 1.7 ( T ) n0 T = n.nc.T1 ∑ yi = 1.2 x 0.9 x 1.7 x ( + 0.767 + 0.125 ) = 3.47 ( T ) Lực xô ngang đặt cách vai cột m, tức cao trình 8.2 m 13900 1900 2000 -0.6 450 16950 600 2000 4.4 Tải trọng gió: Công trình xây dựng TPHCM, vùng gió II, chòu ảnh hưởng bão, áp lực gió tiêu chuẩn q0 = 83 daN/m2, có trò số không đổi độ cao 10m, với độ cao lớn điều chỉnh hệ số k > 1, lúc gần coi phân bố dạng hình thang.Tải trọng tính toán tác dụng lên khung tính theo công thức: q = n.c.k.q0.B Trong đó: n – hệ số vượt tải ( n = 1.3 ) B – bước khung c – hệ số khí động phụ thuộc vào hình dạng nhà lấy theo tiêu chuẩn k – hệ số độ cao đòa hình -0.8 -0.6 21000 Hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng đòa hình ( Tiêu chuẩn “ Tải trọng tác động 2737 – 1995 ) SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY Độ cao ( m ) Dạng đòa hình B 0.8 0.88 10 1.00 15 1.08 20 1.13 30 1.22 + Hệ số độ cao đòa hình k: • Tại độ cao 11.9 m (cánh dàn kèo), đòa hình B: k = 1.0304 • Tại độ cao 13.9 m đòa hình B: k = 1.0624 • Tại độ cao 14.5 m đòa hình B: k = 1.072 • Tại độ cao 16.5 m đòa hình B: k = 1.095 • Tại độ cao 16.95 m đòa hình B: k = 1.0995 Hệ số khí động ( Tiêu chuẩn “ Tải trọng tác động2737 – 1995 ): Bảng tra hệ số khí động mặt khuất gió: c3 H/L ∑B ≤ 0.5 ≥2 L ≤1 -0.4 -0.5 -0.6 ≥2 -0.5 -0.6 -0.6 ∑B 90 H 11.9 = = 4.3 , = 0.57 21 L 21 L Chọn c3 = -0.51 Bảng tra hệ số khí động mặt mái đón gió : ce1, mặt cửa mái khuất gió: ce2 = α0 Hệ số 0.5 ≥2 200 +0.2 -0.6 -0.4 -0.7 -0.7 -0.8 -0.8 ≤ 600 -0.4 -0.4 -0.5 -0.8 ce1 ce1 ce2 hi / L α0 = arctg (1/10) = 5.70 , h 14.5 = = 0.69 → ce4 = -0.6 L 21 + Tải trọng gió phân bố cột ( H ≤ 10 m ): qd = n.c.k.q0.B = 1.3 x 0.8 x x 83 x = 517.92 ( daN/m ) qh = n.c.k.q0.B = 1.3 x(-0.51) x x 83 x = 330.174 ( daN/m ) SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY + Khoảng cách từ mặt đất đến đáy kèo: h = Hd + Ht = 7.4 + 4.6 = 12 m đoạn x = 1.9 m có lực tác động gió vào cột phân bố theo hình thang cộng với phần đầu dàn lực gió phân bố theo hình thang quy phân bố theo chữ nhật từ 10 m đến13.9 m với k tb=1.0312 qh1 = n.wn.k.ch.B = 1.3x0.83x1.0312x0.8x6 =5.34kN/m qh2 = n.wn.k.ch.B = 1.3x0.83x1.0312x0.51x6 =3.4kN/m + Toàn phần tải gió tác dụng từ cao trình đáy kèo lên đến đỉnh mái quy W đ Wh , xác đònh theo công thức: Wđ = n.q0.B ∑ ci ki hi = 1.3 x 0.83 x x (+ 0.8) x 1.0624x + (-0.6)x 1.072 x 0.6 +(+ 0.7) x 1.095 x + (-0.8) x 1.0995 x 0.45 = 15.9 (KN) Wh = n.q0.B ∑ ci ki hi = 1.3 x 0.83 x x (-0.6 x 1.0624 x 2+ ( -0.6) x 1.072 x 0.6 + ( -0.6 ) x 1.095 x 2+ (-0.51) x 1.0995 x 0.45 =- 20.9(KN) XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG : 5.1 Các trường hợp xếp tải biểu đồ nội lực : - Giữ nguyên dàn sơ đồ tính ,dùng phần mềm Sap tính nội lực - Tiến hành tổ hợp tải trọng để có nội lực nguy hiểm tiết diện cột ( A, B, C , D ) D C B A SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page 10 KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY Chọn 2L63x6 có A =2x7.28=14.56cm2, ix =1.93cm, iy =3.06cm Kiểm tra độ mảnh: L0 x 150.8 λx = = = 78.2 < [λ] =400 ix 1.93 L0 y 377.1 λy = = =123.2 < [λ] = 400 iy 3.06 ⇒ λmax = λx = 123.2 < [ λ ] = 400 (thoả) Kiểm tra bền: N 287.94 σ= = = 19.8kN / cm2 < f γ c = 22kN / cm A 14.56 Vậy tiết diện X2 2L63x6 Thanh xiên X3: chòu kéo N=85.5 kN Thanh xiên có hệ dàn phân nhỏ, chiều dài tính toán bụng xiên X3 mặt phẳng dàn là: L0 x = 0.4l = 0.4 x519.3 = 207.7cm L0 y = l = 519.3cm Diện tích tiết diện yêu cầu: N 85.5 A= = = 3.89(cm2) f γc 22 Độ mảnh cho phép xiên chòu kéo 400 L 207.7 ixyc = ox = = 0.52cm [ λ ] 400 i yyc = Loy [ λ] = 519.3 = 1.3cm 400 Chọn L50x5 có A =2x4.8=9.6cm2, ix =1.53cm, iy =2.53cm Kiểm tra độ mảnh: L0 x 207.7 λx = = = 136 < [λ] =400 ix 1.53 L0 y 519.3 λy = = =205.3< [λ] = 400 iy 2.53 ⇒ λmax = λ y = 205.3 < [ λ ] = 400 (thoả) Kiểm tra bền: N 85.5 σ= = = 8.91kN / cm < f γ c = 22kN / cm A 9.6 Vậy tiết diện X3 2L50x5 SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page 48 KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY Thanh đứng Đ1: chòu nén N=175.2 kN L0 x = 0.8l = 0.8 x 251.9 = 207.3cm L0 y = l = 251.9cm Giả thuyết λgt =140 tra bảng ϕ =0.346 N 175.2 A= = = 23(cm2) ϕ fγ c 0.346 × 22 Độ mảnh cho phép bụng chòu nén là150 L 207.3 ixyc = ox = = 1.382cm [ λ ] 150 i yyc = Loy [ λ] = 251.9 = 1.7cm 150 Chọn L90x7 có A =2x12.3=24.6cm2, ix =2.77cm, iy =4.13cm Kiểm tra độ mảnh: L0 x 207.3 λx = = =75< [λ] =150 ix 2.77 L0 y 251.9 λy = = =63< [λ] = 150 iy 4.13 ⇒ λmax = λ y = 75 < [ λ ] = 150 (thoả) → φmin = 0.752 Kiểm tra bền: N 175.2 σ= = = 9.5kN / cm < f γ c = 22kN / cm φmin A 0.752 x 24.6 Vậy tiết diện Đ1 2L90x7 Thanh đứng Đ2: chòu nén N=48.3 kN L0 x = 0.8l = 0.4 x305 = 244cm L0 y = l = 305cm Giả thuyết λgt =140 tra bảng ϕ =0.346 N 48.3 A= = = 6.34(cm2) ϕ fγ c 0.346 × 22 Độ mảnh cho phép bụng chòu nén là150 L 244 ixyc = ox = = 1.63cm [ λ ] 150 i yyc = Loy [ λ] = 305 = 2.03cm 150 Chọn L63x6có A =2x7.28=14.56cm2, ix =1.93cm, iy =3.06cm Kiểm tra độ mảnh: L0 x 244 λx = = = 126< [λ] =150 ix 1.93 SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page 49 KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG λy = L0 y iy =  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY 305 =100< [λ] = 150 3.06 ⇒ λmax = λ y = 126 < [ λ ] = 150 (thoả) → φmin = 0.414 Kiểm tra bền: N 48.3 σ= = = 8kN / cm < f γ c = 22kN / cm φmin A 0.414 x14.56 Vậy tiết diện Đ2 2L63x6 SVTH:PHẠM THỊ THÙY LINH Page 50 KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG  GVHD:NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY THIẾT KẾ MẮT DÀN: a Nhóm mắt A:  Mắt A2: có xiên đầu dàn.Gồm: X1 2L100x12 D1 2L63x6 Cấu tạo mắt gồm: + mắt + gối + gối đỡ 3õ + bulông 4 Lực truyền vào mắt A2: Phản lực V dàn mái (do TT+HT): V=312.93+61.425=374.4 kN Ngẫu lực H: H = M/hđd = 360.636/2 = 180.3 KN Chiều dài đường hàn sống mép liên kết xiên đầu dàn X1 2L100x12 vào mã (chọn chiều cao đ.hàn sống mép hws = 10 mm, hwf = 8mm,4