Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án kết cấu thép 2, Trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, giảng viên hướng dẫn P.Gs TS Ngô Hữu Cường. Điểm 8.5, sử dụng các tiêu chuẩn về tai trọng và tác động, tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép, trình bày bản vẽ theo ACI, ký hiệu đường hàn theo tiêu chuẩn Mỹ.
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG A. Đề Bài và Yêu Cầu 1. Đề Bài: Thiết kế kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng một nhịp có cầu trục hoạt động. a) Số liệu chung: - Công trình có một tầng một nhịp, hai cầu trục cùng hoạt động trong nhịp và sức cẩu Q. Chế độ làm việc trung bình. - Chiều dài công trình khoảng 90m, bước cột 6, 7 hoặc 8m. Mái lợp tôn mạ màu, độ dốc mái lấy bằng 10%, có cửa trời. - Tuổi thọ công trình lấy bằng 50 năm. - Vật liệu thép CCT34 có: 2 4 2 2 21 / ; 2.1 10 / ; 0.3 ; 7850 / y f kN cm E kN cm kg m - Que hàn E42, E42A hay tương đương. Dùng phương pháp hàn tay, kiểm tra đường hàn bằng phương pháp thông thường. - Bê tông móng đá 1x2cm, cấp bền B20 (mác M250). - Bu lông cấp bền 4.6, 5.6, 6.6, hoặc 8.8 - Tài liệu tham khảo: + Sách – thiết kế kết cấu thép – Gs. Đoàn Định Kiến [1] + Bải giảng của thấy Ngô Hữu Cường [2] + Kết câu thép – cấu kiện cơ bản – Gs.TS Phan Văn Hội [3] + TCVN 5575 : 2012 về tiêu chuẩn thiết kế [4] + TCVN 2737 : 1995 về tải trọng và tác động [5] b) Số liệu riêng: Nhịp nhà L (m) Bước cột B (m) Cao trình đỉnh ray Hr (m) Sức cẩu Q (T) 21 6 14 20 - Địa điểm xây dựng: Phú Quốc – Kiên Giang. 2. Yêu Cầu: - Thể hiện kết quả thiết kế lên bản A1 gồm: mặt bằng cột, khung ngang, kích thước và nội lực dàn, các hệ giằng, chi tiếp thân cột, vai cột, chân cột, chi tiết mái, mắt dàn, ghi chú và khung tên. Bản vẽ được thể hiện bằng máy tính hoặc thủ công. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 B. Xác Định Kích Thước Khung Ngang. 1. Các Số Liệu Tra Bảng Cầu trục sử dụng móc cẩu có sức nâng chính là 20T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà là 20m, ta có thể tra bảng ra những số liệu sau: - Loại ray thích hợp KP70 k H k B k L K 1 B 2400 mm 6300 mm 19.5 m 4400 mm 280 mm 2. Xác Định Kích Thước Theo Phương Đứng. - Chiều cao thực của phần cột dưới: d r r dcc m H H h h h Trong đó: + Giả định chiều cao ray và đệm 200 r h mm + Chiều cao dầm cầu chạy: 1 1 6000 600 10 10 dcc h B mm + Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất, 0 m h 14000 200 600 0 13200 d r r dcc m H H h h h mm - Chiều cao thực của phần cột trên: 100 ( ) t r dcc k H h h H f mm Trong đó: + Khoảng hở giữa cầu trục và mép dưới dàn mái lấy bằng 100 mm + Độ võng dàn mái: 1 1 21000 210 100 100 f L mm 100 200 600 2400 100 210 3510 t r dcc k H h h H f mm Các kích thước lấy là bội số của 200 mm 13200 ; 3600 d t H mm H mm 3. Xác Định Các Kích Thước Theo Phương Ngang Nhà. - Chiều cao tiết diện cột trên: 1 1 1 1 3600 328 360 11 10 11 10 t t h H mm Vậy ta chọn 350 t h mm - Chiều cao tiết diện cột dưới: d h a Trong đó: + 21000 19500 750 2 2 k L L mm + 1t a h B D với D là khe hở an toàn giữa cầu trục và cột chọn bằng 60 mm ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 1 500 280 60 750 90 t a h B D mm Chọn a = 250mm trùng với tim cột trên 750 250 1000 d h a mm Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng của khung ngang ta có: 1 1 1 1 13200 (1100 1467) 10 11 12 9 d d h H mm 1 1 ( ) (13200 3600) 840 20 20 d d t h H H mm Như vậy trị số chiều cao tiếp diện cột dưới đã chọn là chưa thỏa yêu cầu, chọn lại chiều cao tiết diện cột dưới 1250 d h mm 4. Thiết Kế Dàn Mái - Chọn dạng dàn mái hình thang, dàn vì kẻo liên kết cứng với cột. chiều cao đầu dàn là 2.2m, độ dốc mái 10% suy ra chiều cao giữa dàn là 3.3m. - Bề rộng cửa mái: 1 1 1 1 21000 (7000 10500) 3 2 3 2 cm L L mm chọn bề rộng cửa mái 9000 cm L mm - Chiều cao cửa mái: H cm =2500 mm 5. Mặt Bằng Lưới Cột Và Bố Trí Hệ Giằng Hệ Giằng Mái a) Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 Gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà. Chiều dài nhà là 90m = 15B. giằng trong mặt phẳng cánh trên được bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ và ở giữa khối, cách nhau 20 – 30m. b) Giằng trong mặt phẳng cánh dưới. Được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, để tăng độ cứng cho khung nhà cần có hệ giằng cánh dưới theo phương dọc nhà.bề rộng của hệ giằng lấy bằng khoang đầu tiên của cánh dưới. c) Hệ giằng đứng cửa mái. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 Nằm trong mặt phẳng thanh đứng của nhà, theo phương dọc nhà được bố trí ở những chỗ có hệ giằng cánh trên và hệ giằng cánh dưới. Hệ Giằng Cột. Bao gồm hệ giằng cột dưới và hệ giằng cột trên. Giằng dưới bố trí tại giữa khối nhiệt độ, giằng cột trên được bố trí tại giữa khối nhiệt độ (trên hệ giằng cột dưới) và ở hai đầu khối nhiệt. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 C. Xác Định Tải Trọng Tác Dụng Lên Khung Nhà. 1. Tải Trọng Tác Dụng Lên Dàn. a) Tĩnh tải - Theo cấu tạo mái ta có bảng tính tải trọng sau: Cấu tạo của lớp mái Trải trọng tiêu chuẩn 2 ( / ) daN m Q Tải trọng tính toán 2 ( / ) daN m Tôn 6 1.1 6.6 Xà gồ 5 1.1 5.5 10%i góc dốc 0 5 43' 0.995 cos ta tính được trọng lượng mái trên 1 m 2 mặt bằng như sau: 6 5 c m g cos 11.03 6.6 5.5 tt m g cos 12.13 Bước cột B = 6m và các nút dàn phân bố như hình vẽ ta tính được tải tập trung tại các nút như sau: c i m i P g B a hay tt tt i m i P g B a nút i a (m) Tải tiêu chuẩn ( ) kN Tải tính toán ( ) kN 1, 5, 11, 15 0.75 0.496 0.546 2, 3, 4, 12, 13, 14 1.5 0.993 1.092 6, 10 1.125 0.745 0.819 7, 8, 9 2.25 1.489 1.638 b) Hoạt tải ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 Theo TCVN 2737 – 1995: tải trọng sửa chữa tấm tôn được lấy bằng 30 2 ( / ) daN m trên mặt bằng mái, hệ số vượt tải n = 1.3, mái nghiêng 10% 0 5 44' nút i a (m) Tải tiêu chuẩn ( ) kN Tải tính toán ( ) kN 1, 5, 11, 15 0.75 1.350 1.755 2, 3, 4, 12, 13, 14 1.5 2.700 3.510 6, 10 1.125 2.025 2.633 7, 8, 9 2.25 4.050 5.265 2. Tải trọng tác dụng lên vai cột. Các tải trọng này là max D và min D được xác định như sau: max c max i D n n P y min min c i D n n P y Ta có: + Hệ số vượt tải n = 1.1 + Hệ số không đồng thời 0.9 c n Tra bảng catalogue của cầu trục ta có: Áp lực lớn nhất max P Trọng lượng cầu trục G Số bánh xe một bên ray 0 n B(mm) K(mm) 215 kN 325 kN 2 6300 4400 Giá trị min P được xác định như sau: min max 0 200 325 215 47.5 2 Q G P P kN n có thể sắp xếp bánh xe cầu trục như sơ đồ dưới đây. Ta có: 1 1 y từ các kích thước như trên ta xác định được 2 0.683 y , 3 0.267 y và 4 0 y 1.95 i y ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 Chúng ta tính được: Tải tiêu chuẩn Tải tính toán ( ) max D kN 356.36 391.999 min ( ) D kN 78.73 86.60 3. Lực Xô Ngang Của Cầu Trục. Cầu trục sử dụng móc mềm, trọng lượng của xe con xc G , số bánh xe con xc n và ' xc n tra từ catalogue của cầu trục, hệ số vượt tải n = 1.1. ( ) xc G kN ms f ' xc n ' xc n 85 0.1 4 2 Tải Giá trị ' 0 ( ) xc ms xc xc Q G T f n kN n 14.25 0 1 0 ( ) T T kN n 7.13 1 ( ) tc c i T n T y kN 11.81 ( ) tt tc T n T kN 12.99 Lực xô ngang này được đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai cột 600mm, tức ở cao trình +13800 mm 4. Tải Trọng Gió. Địa điểm xây dựng Phú Quốc – Kiên Giang, tra bảng 4 [5] ta xác định được khu vực thiết kế nằm trong vùng gió IIIA, chọn dạng địa hình A, tải trọng gió tiêu chuẩn 2 0 W 1.1 ( / ) kN m Hệ số khí động c được xác định như hình dưới theo tiêu chuẩn [5] Hệ số độ cao k được tra bảng phụ thuộc dạng địa hình và độ cao. Vị trí Độ cao (m) Giá trị k Đầu giàn 16.8 1.258 Đỉnh mái 19 1.280 (1.258 1.280) / 2 1.269 tb k Hệ số vượt tải lấy bằng n = 1.2 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Đ Ồ ÁN K Ế T C Ấ U THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HI Ể N - 81101155 Phân phối hệ số khí động c a. Gió trái: Gió tác dụng lên tường dọc (phân bố đều trên cột kể cả chiều cao đầu dàn) e c Tải Tải tiêu chuẩn Tải tính toán 0.8 0 W W ( / ) day e n c k B kN m 6.64 7.97 0.56 0 W W ( / ) hut e n c k B kN m 4.65 5.58 Gió tác dụng trên mái Gió đẩy ngang tập trung tại các nút chân và đầu cửa mái 0 W W / 2 tb cm c k B H nút c W tc ( ) kN W tt ( ) kN 5, 6 0.7 7.33 8.79 10, 11 0.6 6.28 7.54 Gió tốc mái tập trung tại cái nút xà gồ 0 W W i i tb i c k B a với i a là khoảng truyền lực(cò thể là bước xà gồ) Nút i c ( ) i a m W ( ) tc i kN W ( ) tt i kN 1, 5 0.69 0.75 4.33 5.20 2, 3, 4 0.69 1.5 8.67 10.40 6 0.8 1.125 7.54 9.05 7 0.8 2.25 15.08 18.09 8 trái 0.8 1.125 7.54 9.05 8 phải 0.6 1.125 5.65 6.78 9 0.6 2.25 11.31 13.57 10 0.6 1.125 5.65 6.78 11, 15 0.5 0.75 3.14 3.77 [...]... 1.08 1.08 0.99 1 1 1 0.9 0.45 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG 3 Các trường hợp tải và biểu đồ mô men tương ứng a Tĩnh tải mãi ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG b Hoạt tải mái ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG c... lấy ngược lại) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG d Lực hãm cầu trục T_tr (T_ph lấy ngược lại) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG e Gió trái (gió phải lấy ngược lại) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG 4 Kết quả nội lực... chuyển vị cho phép ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Chuyển vị do TTM+0.5GIO-TR+Dmax-PH Như hình dưới ta có chuyển vị: 0. 022 4 m 2. 224 cm [ ] thỏa điều kiện chuyển vị cho phép ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG E THIẾT KẾ CỘT: 1 Nội Lực Tính Toán Cho Cột: tiết diện... Chuyển vị cho phép là: [ ]=H/300=(1 320 +360)/300=5.60 cm Điều kiện: [ ] ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Chuyển vị do tổ hợp TTM+GIO-TR Như hình dưới ta có chuyển vị: 0.05576 m 5.576 cm [ ] thỏa điều kiện chuyển vị cho phép ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Chuyển... sau: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 F2 (cm 2 ) GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG 88.96 2 Fyc (cm ) 69.39 F > Fyc thỏa 4 J x (cm ) 1065.67 J y (cm 4 ) 22 776.7 rx J x / F (cm) 3.47 ry J y / F (cm) 16.03 x l2 x / rx y l2 y / ry 36.33 82. 33 2. 67 82. 33 Tra bảng D8-[4] z0 (cm) max min 0.694 (chú ý: l2x là khoảng cách 2 điểm giằng, đã chọn là a = 126 cm)... chịu uốn của bản bụng chữ nhật: M max 13.84 kN / cm 2 f y 21 kN / cm 2 OK W Các đường hàn liên kết cánh trên, cánh dưới với bản bụng dầm vai lấy theo cấu tạo ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG b Chân Cột Nội lực tính toán: N1 13 42. 01 kN nhánh cầu trục N 2 1 020 .04 kN nhánh mái Xác định kích thước bản đế Giả thiết hệ số tăng... chọn 2 thép góc L80x6 + thanh bụng và thanh dàn phân nhỏ chọn 2 thép góc L50x5 + thanh cánh trên chọn thép góc L70x6 + thanh cánh dưới chọn thép góc L100x7 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG 2 Tải trọng và tổ hợp nội lực Tải được nhập vào trong sap2000 là tải tiêu chuẩn Hệ số tổ hợp 1.1/0.9 1.3 1.1 1.1 BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC TT (1) HTM (2) DmaxTR... chiều cao cột dưới l hd 125 0 mm Sơ đồ tính dầm vai: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Phản lực gối tựa: A 29 7.45 0.9 /1 .25 21 4.16 kN B 29 7.45 21 4.16 83 .29 kN Mô men gây uốn lớn nhất tại vị trí ngay dưới lực Strong : M max 83 .29 0.9 74.96 kNm Chọn chiều dày bản đậy nhánh cầu trục của cột bd 20 mm Chọn chiều rộng sườn... 9.03 2. 38 7.01 -78.66 64.34 N(kN) -16. 62 -18.91 0 .29 -0 .29 0 .22 0 .22 73 .25 38.71 *BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CƠ BẢN TIẾT DIỆN Amai Ac.truc Bmai Bc.truc C D M max Ntu 1+7 13. 62 1019.61 1+7 11 .28 -1171.9 1+8 11.77 - 92. 61 1+8 10.58 148. 82 1+7 51.56 67.55 1+8 81.56 28 .61 TỔ HỢP CƠ BẢN 1 M min Ntu N max 1+8 - 12. 21 -895.4 -895.4 1+8 -9.78 1 026 .06 -1171.9 1+7 -11.59 127 .83 - 92. 61 1+7 -10.67 - 122 . 42 -29 8.39... Dầm đế - ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 | ĐOÀN VĂN HIỂN - 81101155 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: P.Gs TS NGÔ HỮU CƯỜNG Tải trọng tác dụng lên dầm đế q2dd (5 0.5 44) 2 15.11 kN / cm Tổng phản lực truyền lên dầm đế: N 2dd q2dd l 14.75 20 3 02. 23 kN Lực N 2dd này do 2 đường hàn liên kết dầm đế với sống và mép thép góc nhánh cột phải chịu giả thiết chiều cao đường hàn sống hs 12 mm và chiều cao . -2 2.25 -0 .04 -1 0.60 1.15 -2 0.54 3.95 -1 6.62 HTM(2) -0 .17 -2 1.63 -0 .11 3.81 0.04 -1 4.33 0.04 -3 .86 1.48 -1 8.91 4.48 -1 8.91 D max TR(3) 0.72 -1 41.50 0.18 -2 09.39 0.52 -8 8.19 0.14 -2 60.66 -1 8.83. 1019.61 -1 2.21 -8 95.4 -8 95.4 -1 2.21 - 13.96 842.52 -1 2.57 -9 59.1 -1 020.1 -1 1.3 - . c truc A 1+7 1+8 1+7 1+3+5’+7 1+4+5+8 1+3+5’+7 11.28 -1 171.9 -9 .78 1026.06 -1 171.9 - 11.28 11.06 -1 342.4 -1 0.01. 148.82 -1 0.67 -1 22.42 -2 98.39 - 0.11 11.61 95.68 -1 0.81 -3 76.8 -3 81.03 -1 0.09 - C 1+7 1+8 1+7 1+7 1+3+6’+8 1+2+4+6’ 51.56 67.55 -8 1.68 26.1 -8 1.68 - 26.1 51.56 67.55 -9 8.13 21.03 -4 3.45 -1 5.83 -