Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế khung ngang nhà x-ởng bằng thép 1 tầng, 1 nhịp có cửa mái và 2 cầu trục, sức nâng Q = 75/20 T - chế độ làm việc trung bình, nhịp khung L = 30m ; b-ớc cột B = 6m, cao trình đỉnh ray H1 = 8,2m; mái lợp Panen bêtông cốt thép có s-ờn với các lớp chống thấm và cách nhiệt cần thiết. T-ờng gạch tự mang, công trình đ-ợc xây dựng trọng vùng gió IIB Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép BCT3, c-ờng độ R = 2100KG/cm2 Rc =1300KG/cm2; Rem = 3200 KG/cm2 ; Móng BTCT mác 200#; Nhà x-ởng dài S B = 132 m.
đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 2 Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng Số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang nhà xởng bằng thép 1 tầng, 1 nhịp có cửa mái và 2 cầu trục, sức nâng Q = 75/20 T - chế độ làm việc trung bình, nhịp khung L = 30m ; bớc cột B = 6m, cao trình đỉnh ray H 1 = 8,2m; mái lợp Panen bêtông cốt thép có sờn với các lớp chống thấm và cách nhiệt cần thiết. Tờng gạch tự mang, công trình đợc xây dựng trọng vùng gió IIB Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép BCT 3 , cờng độ R = 2100KG/cm 2 Rc =1300KG/cm 2 ; Rem = 3200 KG/cm 2 ; Móng BTCT mác 200#; Nhà xởng dài B = 132 m. I. Chọn sơ đồ kết cấu. 1. Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp. Khung ngang cấu tạo gồm có cột và rờng ngang. Liên kết cột với rờng ngang là liên kết cứng. Rờng ngang có dạng hình thang hai mái dốc phía trên lợp bằng panen BTBT có sờn, độ dốc mái i = 1/10. Cột thép tiết diện thay đổi, liên kết ngàm với móng. Sơ đồ của khung ngang thể hiện trên hình vẽ (H1) h1: sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp 30000 i = 1/10 i = 1/10 7.4m 0.00 12.8m 15.0m 18.4m 19.0 m -0.80 đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 3 2. Kích thớc chính của khung ngang. Xác định các kích thớc chính của khung, cũng nh cột, dàn dựa vào nhịp khung L, bớc khung B, sức trục Q và cao trình đỉnh ray H 1 . 2.1.Kích thớc cột. Cầu trục 2 móc với sức nâng Q = 75/20 T tra theo phụ lục VI.2 sách Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp NXB KHKT Hà Nội trang 138 có các số liệu nh sau: Cầu trục nhịp L k = 28,5 m: Các kích thớc GABARIT chính: Hc = 4000 mm B 1 = 400 mm F = 250 mm L t = 4400 mm T = 4560 mm J = 4400 mm B = 8800 mm. Loại ray sử dụng: KP 100: H=150mm , g=88.96kg/m áp lực của bánh xe lên ray: P 1 = 38 T, P 2 = 39 T, trọng lợng xe con 38 T, trọng lợng toàn cầu trục 135 T. Chiều cao Hc của cầu trục. Hc = 4000 mm. Chiều cao H 2 từ đỉnh ray đến cao trình cánh dới dàn: H 2 = (Hc + 100) + f = (4000 + 100) + 300 = 4400 mm. Trong đó: Hc - Chiều cao Gabarit của cầu trục. 100 - Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu. f - Khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu và thanh giằng giá trị lấy từ (200 ữ 400) mm. H 2 - Chọn chẵn modul 200 mm. Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dới rờng ngang (H): H = H 1 + H 2 = 8200 + 4400 = 12600 mm. d = 38 b = 150 h = 150 b1 = 108 kp - 100 h2: tiết diện ngang ray đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 4 Chiều cao phần cột trên tính từ vai cột đến cánh dới rờng ngang: H tr = H 2 + H dcc + H r . Trong đó: H dcc - Chiều cao dầm cầu chạy, lấy sơ bộ H dcc = B) 10 1 6 1 ( ữ H dct = 800mm H r - Chiều cao ray tra bảng IV.7 sách thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp với loại ray KP 100 ta đợc các số liệu: Khối lợng 1 m dài : 88,96 KG/m. H = 150mm, B = 150 mm b = 100 mm B 1 = 108 mm a = 40 mm d = 38 mm Diện tích tiết diện: 113,32 cm 2 . J x = 2864,73 cm 4 J y = 910,98 cm 4 . Y y = 7,6 cm. Lấy chiều cao ray + đệm: H r = 200 mm. H tr = H 2 + H dcc + H r = 4400 + 800 + 200 = 5400 mm. Chiều cao phần cột dới: H d = H - H t + H ch = 12600 - 5400 + 1000 = 8200 mm. Trong đó: H 3 - Phần cột chôn bên dới cốt mặt nền có giá trị nằm trong khoảng (0,6ữ1,0)m ta lấy H ch = 1000 mm. Với cầu trục có chế độ làm việc trung bình a = 250 mm khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột. Bề rộng phần cột trên lấy theo yêu cầu về độ cứng - chọn: h t = ( 1/10 ữ 1/12 ) H tr = (1/10 ữ1/12)5400 = (540 ữ 450 )mm chọn h t = 500 mm. Bề rộng phần cột dới h d do điều kiện về độ cứng lấy h d H/20 với nhà công nghiệp chế độ cầu trục làm việc trung bình: h d H/20 = 630 mm. Đồng thời do ta lấy trục nhánh trong đỡ dầm cầu chạy trùng với trục của DCC nên bề rộng dới h d = + a Trong đó: a - Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột a = 250 mm đã chọn - Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị. Lấy = 750 mm với sức trục Q 75 T và thoả mãn điều kiện: đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 5 > B 1 + (h t - a) + D = 400 + (500 - 250) + 60 = 710 mm. chọn = 750 mm. Vậy: h d = 250 + 750 = 1000 mm. Trong đó: B 1 - Khoảng cách từ trục ray cầu chạy đến đầu mút cầu chạy bằng 400 mm. D - Khe hở tối thiểu lấy 60 mm. Kiểm tra xem cầu trục có vớng vào cột không-theo công thức: h d - h t > B 1 + D 1000 500 > 400 + 60 Thoả mãn điều kiện đặt ra cầu trục không vớng vào cột. 2.2.Kích thớc dàn. Các kích thớc cụ thể của dàn đợc thể hiện cụ thể trên hình vẽ. Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy 2200 mm, độ dốc cánh trên i = 1/10, nh vậy chiều cao ở giữa dàn là: 2200 + 2 30000 10 1 x = 3700mm. Hệ thanh bụng là loại hình tam giác có thanh đứng. Khoảng cách mắt cánh trên là 3000 mm. Bề rộng cửa trời lấy 12 m ( theo quy định lấy bằng 0.3 ữ 0,5 nhịp nhà) , chiều cao cửa trời gồm một lớp kính 1,5 m, bậu trên 0,2 m và bậu dới 0,8 m, độ dốc cửa mái i = 1/10. Dàn có cấu tạo thêm hệ dàn phân nhỏ. Cấu tạo nh trên hình vẽ (H3) 3. Hệ giằng. Hệ giằng là một bộ phận trọng yếu của kết cấu nhà. Có tác dụng: - Đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực. - Chịu các tải trọng tác dụng theo phơng dọc nhà, theo phơng vuông góc với mặt phẳng của khung nh: gió lên tờng hồi, lực hãm của cầu trục. - Bảo đảm sự ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: Thanh dàn, cột - Góp phần làm cho công tác lắp dựng đợc an toàn, thuận tiện. đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 6 Hệ giằng bao gồm: 3.1.Hệ giằng mái. Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dới dàn trở lên. Chúng đợc bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dới dàn và mặt phẳng đứng giữa các dàn. 3.1.1Giằng 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. Khoảng cách giữa các gian bố trí giằng cánh trên dài không quá (50 ữ 60)m. Với công trình này ta cần bố trí giằng cánh trên tại 4 gian. Khoảng cách giữa các giằng đặt tại nơi có khe lún, khe nhiệt. Hệ giằng cánh trên ( TL: 1/500) 3.1.1.Giằng trong mặt phẳng cánh dới. Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên. Đồng thời đối với công trình này sức tải của cầu trục Q > 10 T (theo quy định ta cần có hệ giằng cánh dới theo phơng dọc nhà để đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên 1 khung sang các khung lân cận. Hệ giằng cánh dới đợc bố trí nh sau: 250250 2 5 0 0 2 2 0 0 i = 1/10 i = 1/10 h3: kích thớc dàn nhà công nghiệp 9 0 0 6 0 0 1250 15001500 1500 150015001500150015001500150015001500150015001500150015001500 1250 6000 6000 6000 6000 6000 30000 đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 7 hình 4: hệ giằng trong mặt phẳng cánh dới hình 5: hệ giằng đứng 3.1.3.Hệ giằng đứng. Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với các giằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình; giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi dựng lắp. Hệ giằng đứng đợc bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn, dới chân cửa trời, đảm bảo cho khoảng cách giữa chúng 12 ữ 15 m theo phơng ngang nhà. Theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt ở những gian có giằng nằm ở cả cánh trên và cánh dới. Sơ đồ giằng đợc bố trí nh hình vẽ: Đối với cửa mái hệ giằng cũng đợc bố trí tại các điểm tơng tự nh trên. 2.1. Hệ giằng cột. Hệ giằng cột bảo đảm sự bất biến hình hình học và độ cứng của toàn nhà theo phơng dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và bảo đảm ổn định cột. Công trình này có chiều cao cột dới < 9m nên theo quy định đối với phần cột dới ta cần phải làm 1 tầng giằng. Giằng cột đợc bố trí tại 2 khoang giữa, nơi đã bố trí giằng cánh trên và giằng cánh dới. ở 2 đầu hồi nhà ta không làm giằng cột vì để chịu ứng suất khi nhiệt độ tăng ( hệ tự do dãn nở). Sơ đồ bố trí giằng cột nh hình vẽ: hình 6: hệ giằng cột II. Tính tải trọng tác dụng lên khung. đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 8 1. Tải trọng tác dụng lên dàn. 1.1.Tải trọng thờng xuyên. 1.1.1.Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái đợc lập theo bảng sau: Cấu tạo lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn Kg/m 2 mái Hệ số vợt tải Tải trọng tính toán Kg/m 2 mái 150 60 27 20 80 1,1 1,2 1,2 1,2 1,1 165 72 34 24 88 - Tấm panen 1,5ì6 m - Lớp cách nhiệt dày 12 cm bằng bêtông xỉ = 500 Kg/m 3 . - Lớp ximăng lót 1,5 cm. - Lớp chống thấm 2 giấy + 3 dầu. - 2 lớp gạch lá nem và vữa lát 4 cm Cộng 337 383 Khi đổi ra tải trọng phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 có cos = 0,995. 1.1.2.Trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức. g d = n.1,2. d .L = 1,05ì1,2ì0,8ì30 = 30,24KG/m 2 Trong đó: n = 1.05 - Hệ số vợt tải. 1,2 - Hệ số kể đến trọng lợng hệ thanh giằng. d - Hệ số trọng lợng dàn lấy bằng (0,6 ữ 0,9) đối với nhịp (24 ữ 36 m). Với nhịp L = 30m, d = 0,8. 1.1.3.Trọng lợng kết cấu cửa trời. Có thể dùng trị số: g tc ct = (12 ữ 18) KG/m 2 . ở đây lấy g tc ct = 15 KG/m 2 . Vậy: g ct = 1,05ì15 = 15,75 KG/m 2 1.1.4.Trọng lợng cánh cửa trời và bậu cửa trời. - Trọng lợng cánh cửa (kính + khung): g tc k = 35 KG/m 2 - Trọng lợng bậu trên và bậu dới: g tc b = 100 KG/m Hệ số vợt tải n = 1,1 lấy theo sách thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp. 2 2 /385 995,0 383 /339 995,0 337 mKGg mKGg m tc m == == đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 9 Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là: G kb = (1.1ì35ì1,5ì6) + (1,1ì110ì6) = 1006.5 KG Tải trọng g gt và g kb chỉ tập trung ở những chân cửa trời. Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tơng đơng phân bố đều trên mặt bằng nhà: Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên dàn là: q = (g m + g d + g ct ).B = (385 + 30,24 + 17,48).6 = 2596,32 KG/m 2,6 T/m 1.2.Tải trọng tạm thời. Theo TCVN 2737 - 1990 thì tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái lấy theo nhiệm vụ thiết kế khi không có yêu cầu đặc biệt (với mái bằng không có ngời lên) đợc lấy nh sau: p tc = 75 KG/m 2 mặt bằng với hệ số vợt tải n p = 1,3 Tải trọng tính toán phân bố đều trên dàn là: p = n p .p tc .B = 1,3.75.6 =585 KG/m 0,59 T/m 2. Tải trọng tác dụng lên cột. 2.1.Do phản lực của dàn. Tải trọng thờng xuyên. Tải trọng tạm thời. 2.2.Do trọng lợng dầm cầu trục. Trọng lợng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức: G dct = n. dct .L 2 dct (KG) Trong đó: L dct - Nhịp cầu trục tính bằng bớc cột B (m). dct - Hệ số trọng lợng dầm cầu trục bằng (24 ữ 37) với Q 75 T. ở đây lấy dct = 37 G dct = 1,05.37.6 2 = 1398,6 KG 1,4T G dct đặt tại chỗ vai đỡ dầm cầu trục, là tải trọng thờng xuyên. 2, /48,17 6.30 5.1006.26.12.75,15 . .2 mkG BL gBLg g kbctct ct = + = + = T Lq V 39 2 30.6,2 2 . === T Lp V 85,8 2 30.59,0 2 . ' === đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 10 2.3.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục. Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục đợc xác định bằng cách dùng đờng ảnh hởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất. Với sức nâng cầu trục Q = 75 T có thông số kỹ thuật sau: áp lực bánh xe lên ray Trọng lợng P 1 c max (T) P 2 c max (T) Xe con(T) Cầu trục(T) 38 39 38 135 Bề rộng của cầu trục: B ct = 8,8 m. Khoảng cách giữa các bánh xe: 840 + 4560 + 840 = 6240 mm. Số bánh xe ở 1 bên của cầu trục: n 0 = 4. Đặt các bánh xe lên đờng ảnh hởng của phản lực tựa ta tính đợc: áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe đợc tính theo công thức: TP n GQ P tcc 5,1438 4 13575 max 0 min1 = + = + = Trong đó: Q - Trọng lợng cẩu vật nặng nhất ( bằng sức trục của cầu trục). G - Trọng lợng của toàn cầu trục: n 0 - Số bánh xe ở 1 bên cầu trục, n 0 = 4. 840 4560 840 2560 840 6000 6000 0.1 0.86 1 0.573 0.43 h7: đờng ảnh hởng phản lực gối tựa của dầm cầu trục 8404560 p1 p1 p2 p2 p2 p2 p1 p1 đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 11 TP n GQ P tcc 5,1339 4 13575 max 0 min2 = + = + = Đặt bánh xe nh hình vẽ tính đợc các tung độ y i của đờng ảnh hởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột theo công thức: D max = n.n c .( P c 1 max . y i + P c 2 max . y i ) = 1,1. 0,85.[38. 0,1 +39.( 1 + 0.86 + 0.573 + 0.43 ) ] = 107,9 T D min = n.n c .( P c 1 min . y i + P c 2 min . y i ) = 1,1. 0,85.[14,5. 0,1 +13.5( 1 + 0.86 + 0.573 + 0.43 ) ] =49,5 T. Trong đó: n c =0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình. Các lực D max và D min đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột , lệch tâm so với trục cột dới 1 đoạn xấp xỉ = b d /2. Do đó tại vai cột sinh ra mô men lệch tâm. M max = D max .e = 107,9.0,5 = 53,95 Tm. M min = D min .e = 49,5.0,5 = 24,75 Tm. 2.4.Do lực hãm ngang của một bánh xe: Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phơng chuyển động. Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục truyền lên dầm hãm vào cột. Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính theo công thức: T n GQ T xe tc 41,1 4 )3875.(05,0 ).(05,0 0 1 = + = + = Trong đó : n 0 = 4 là số bánh xe ở 1 bên cầu trục. Lực hãm ngang T tc 1 truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm; giá trị T cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đờng ảnh hởng nh khi xác định D max và D min : T = n c .n.T tc 1 .y i = 0,85.1,1.1,41.(0,1 + 1 + 0.86 + 0.573 + 0.43) = 3,90 T. . đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 2 Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng Số liệu thiết kế: Thiết kế khung ngang nhà xởng. 0 12 50 15 0 015 00 15 00 15 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 0 015 00 12 50 6000 6000 6000 6000 6000 30000 đồ án kết cấu thép 2 thiết kế khung
