Tài liệu Hướng dẫn thuyết minh đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

Đồ án kết cấu thép 2 I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: • Nhịp khung: L = 24 m. • Bước khung: B = 7.5 m; toàn bộ nhà dài 15B = 112.5 m. • Sức trục: Q = 8 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. • Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m. • Vùng gió: IIIB • Dạng địa hình xây dựng công trình: B • Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0.75 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. • Nhịp cửa trời: Lct = 4 m • Chiều cao cửa trời: Hct = 2 m • Mái lợp tôn múi dày 0,51mm • Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3÷5mm) hoặc tương đương. • Bê tông móng cấp độ bền B15. • Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, thưng tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế 2.1 Thuyết minh tính toán • Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. • Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. • Thiết kế xà gồ (2 phương án: tiết diện cán nóng và tiết diện dập nguội). • Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. • Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. • Thiết kế dầm cầu trục, cột sườn tường. 2.2. Bản vẽ thể hiện 01 bản vẽ khổ A1 gồm: • Sơ đồ khung ngang. • Hệ giằng mái, giằng cột. -1 Đồ án kết cấu thép 2 • Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. • Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. • Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu kiến trúc và thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 (tương đương i = 17 %). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa trời là 2m và chiều rộng cửa trời là 4m. Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng • Chiều cao cột dưới: Hd = H1 − ( hdct + hr ) + hch Trong đó: H1 = 9 m là cao trình đỉnh ray hdct = 0.75 m là chiều cao dầm cầu trục -2 Đồ án kết cấu thép 2 hr = 0.15 m là chiều cao ray hch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột → Hd = 9 – (0.75 + 0.15) + 1 = 9.1 (m) • Chiều cao cột trên: Htr = ( hdct + hr ) + K1 + 0.5 ; Trong đó: + K1 = 0.9 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục (phụ thuộc vào sức trục Q = 8T và nhịp cầu trục S= 22m); + 0.5m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. → Htr= (0.75 + 0.15) + 0.9 + 0.5 = 2.3 (m) • Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9.1+ 2.3 = 11.4 (m) 1.2. Chọn sơ bộ kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 24m. Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 22 m ( theo catalog bảng 4.2 với cầu trục 2 dầm kiểu ZLK tương ứng với sức tải cẩu 8 tấn), khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 160 mm. a. Tiết diện cột 1⎞ 1⎞ ⎛ 1 ⎛ 1 - Chiều cao tiết diện: h = ⎜ ÷ ⎟H = ⎜ ÷ ⎟ × 11.4 = ( 0.76 ÷ 1.14 ) m ⎝ 10 15 ⎠ ⎝ 10 15 ⎠ → Chọn h = 75 cm - Bề rộng tiết diện cột: b = ( 0.3 ∼ 0.5 ) h = ( 0.3 ∼ 0.5 ) × 75 = 22.5 ÷ 37.5cm 1 ⎞ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎛ 1 ÷ H=⎜ ÷ và b = ⎜ ⎟ ⎟ × 1140 = 38 ÷ 57cm ⎝ 20 30 ⎠ ⎝ 20 30 ⎠ → Chọn b = 30 cm - Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. 1 ⎞ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎛ 1 tw = ⎜ ÷ h=⎜ ÷ ⎟ ⎟ × 75 = 0.75 ÷ 1.07cm ⎝ 70 100 ⎠ ⎝ 70 100 ⎠ → Chọn tw = 1.2 cm - Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28÷1/35)b. 1 ⎞ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎛ 1 tf = ⎜ ÷ b=⎜ ÷ ⎟ ⎟ × 30 = 0.86 ÷ 1.07cm ⎝ 28 35 ⎠ ⎝ 28 35 ⎠ → Chọn tf = 2 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: 1 Z = ( L − 2.h − S ) 2 -3 Đồ án kết cấu thép 2 Trong đó: L - là nhịp nhà ; h - là chiều cao tiết diện cột; S - là nhịp cầu trục Z= 1 ( 24 − 2 × 0.75 − 22 ) = 0.25m > Zmin = 0.16m 2 → Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái - Chiều cao tiết diện nách khung: h1 ≥ 1 1 L= × 24 = 0.6m 40 40 → Chọn h1 = 75 cm. - Bề rộng tiết diện nách khung : b = (01/2 ÷ 1/5)h1 và b ≥ 180 mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột. ⎛ 1 1⎞ ⎛ 1 1⎞ b = ⎜ ÷ ⎟ h1 = ⎜ ÷ ⎟ × 75 = 15 ÷ 37.5cm ⎝2 5⎠ ⎝2 5⎠ → Chọn b = 30 cm. - Chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b h2 = (1.5÷ 2)x30 = 45 ÷ 60cm → Chọn h2 = 45 cm - Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100) h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. 1 ⎞ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎛ 1 tw = ⎜ ÷ h=⎜ ÷ ⎟ ⎟ × 75 = 0.75 ÷ 1.07cm ⎝ 70 100 ⎠ ⎝ 70 100 ⎠ → Chọn tw = 1 cm - Chiều dày bản cánh tf ≥ 1 1 × 30 = 1cm b → tf ≥ 30 30 → Chọn tf = 1.6 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn bằng (0.35 ÷ 0.4) chiều dài nửa xà. Ltđ = (0.35÷ 0.4 )*12= 4.2÷ 4.8 → Chọn Ltđ = 4.5 m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai như sau: Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục: λ = (L - S)/2 = (24 - 22)/2 = 1 + Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột): Lv = λ – hc + 0.15= 1- 0.75 + 0.15 = 0.4 (m) Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột lấy bằng 150mm. -4 Đồ án kết cấu thép 2 + Chọn chiều cao dầm tại điểm đặt Dmax: h = 30 cm + Chiều góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang là 200 thì chiều cao tiết diện dầm vai tại ngàm: hdv= 30 + 25xtg200 = 39.1 (cm) Chọn hdv = 42 (cm) (≥ Z= 25cm). + Bề rộng tiết diện vai cột: bf = 30 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 0.8 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1.2 cm d. Tiết diện cửa trời + Chiều cao tiết diện cột cửa trời: + Bề rộng tiết diện cột: hc_ct = 20 cm bc_ct = 10 cm + Chiều dày bản bụng: tw = 0.8 cm + Chiều dày bản cánh: tf = 1 cm 1.3. Hệ giằng Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian, có các tác dụng: - Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà; - Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất...xuống móng. - Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,... - Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột. Hệ giằng cột: Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió một cách nhanh chóng. Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp. Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai. Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột. Do sức trục Q<10T, chọn tiết diện thanh giằng làm từ thanh thép tròn Φ25. Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà. Chiều cao cột H =11.4m > 9m, do đó bố trí thêm thanh chống dọc nhà tại vị trí cao độ +4.000m. Chọn tiết diện thanh chống dọc theo độ mảnh λ max ≤ 200 , chọn 2C20 (hình 1.2). -5 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột Hệ giằng mái: Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có độ mảnh λmax ≤ 200 . Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện Φ25, thanh chống chọn 2C20. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén). Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên. Tiết diện thanh chống chọn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800 mm. Ngoài ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép. Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái -6 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ 2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1. Tải trọng thường xuyên - Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái: Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái (phân bố theo độ dốc mái). Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1.1 qtc = gtcxB = 15x7.5 = 112.5 daN/m qtt = ngxgtcxB = 1.1x15x7.5 = 123.75 daN/m - Tải trọng kết cấu bao che: gtc = 12 daN/m2 qtt = ngxgtcxB = 1.1x12x7.5 = 99 daN/m - Tải trọng bản thân của dầm cầu trục: Gdct = α dct .L2dct = 30x7.52 = 1687.5 daN Trong đó: α dct = 30 hệ số trọng lượng bản thân. - Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) -7 Đồ án kết cấu thép 2 Bảng 2.1. Tĩnh tải mái STT 1 2 3 Loại tải Tôn lợp mái Xà gồ Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải tiêu vượt tải tính toán khung trọng chuẩn (daN/m2) 8 7 1.1 1.1 (daN/m2) 8.8 7.7 (m) 7.5 7.5 (daN/m) 66 57.75 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 123.75 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1.3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m2 mặt bằng nhà do đó hoạt tải sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau: ptc = 30xB và ptt = npx30xB - Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cosα: p = 30xBxcosα = 30x7.5xcos(10) = 221.58 daN/m ptt = npx30xBx cosα = 1.3x30x7.5xcos(10)= 288.05 daN/m Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái STT 1 2 Loại tải Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải t. chuẩn vượt tải tính toán khung trọng (daN/m2) (daN/m2) (m) (daN/m) Sửa chữa mái 30 1.3 39 7.5 295.5 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 288.05 2.3. Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995. q = n . W0 . k . C . B (daN/m) Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung. W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IIIB có W0 = 125 daN/m2. n = 1.2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu. B: là bước khung. -8 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió a) Gió ngang nhà; b) Gió dọc nhà a) Trường hợp gió thổi ngang nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Kích thước chính của sơ đồ tính toán: + Nhịp: L0 = 24 m + Chiều cao: Hc = 11.436 m; hm1 = 1.757m; hm2 = 1.670 m; hm3 = 0.93 m Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào góc α, tỉ lệ ΣB/L -9 Đồ án kết cấu thép 2 (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/L được giá trị Ce: Ce1 = - 0.548 ; Ce2 = - 0.424 ; Ce3 = - 0.5 ; Ce4 = - 0.472 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu vực thuộc dạng địa hình B. Tra bảng 5 trong TCVN 2737 -1995 chiều cao cột 10,692 m, cao trình đỉnh cột 9,692m lấy gần đúng hệ số k =1,081 đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên thân cột. Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà STT Loại tải T.T tiêu chuẩn daN/m2 Hệ số k Hệ số C Hệ số vượt tải Bước khung m Tổng tải trọng daN/m 1 Cột đón gió 125.0 1.023 0.800 1.2 7.5 920.68 2 Mái đón gió 125.0 1.051 -0.472 1.2 7.5 -557.89 3 Cột cửa trời đón gió 125.0 1.078 0.700 1.2 7.5 848.77 4 Mái cửa trời đón gió 125.0 1.088 -0.548 1.2 7.5 -670.36 5 Mái cửa trời hút gió 125.0 1.088 -0.424 1.2 7.5 -518.77 6 Cột cửa trời hút gió 125.0 1.078 -0.600 1.2 7.5 -727.52 7 Mái hút gió 125.0 1.051 -0.500 1.2 7.5 -591.24 1.2 7.5 -575.42 8 125.0 Cột hút gió 1.023 -0.500 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. b) Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/ΣB. Công trình có: L/ΣB = 24/112.5 = 0.213 <1 và H/ΣB = (11.436+1.757+1.670+0.93)/112.5 = 0.14 < 0,5 → Ce3 = -0.4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột khung và hai cột cửa mái. - 10 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 2.3. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà Bảng 2.4. Tải trọng gió theo phương dọc nhà STT Loại tải T.T tiêu chuẩn daN/m2 Hệ số k Hệ số C Hệ số vượt tải Bước khung m Tổng tải trọng daN/m 1 Cột khung 125.0 1.023 -0.400 1.2 7.5 -460.34 2 Mái 125.0 1.051 -0.700 1.2 7.5 -827.73 3 Cột cửa mái 125.0 1.078 -0.400 1.2 7.5 -485.01 4 Cửa mái 125.0 1.2 1.088 -0.700 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. 7.5 -856.74 2.4. Hoạt tải cầu trục a) Áp lực đứng: - Thông số cầu trục: Cầu trục hai dầm kiểu ZLK; Sức trục: Q = 8 tấn; Nhịp cầu trục: S = 22m. Tra trong catalog cầu trục có: + Bề rộng cầu trục: Bct = 3850 mm + Khoảng cách hai bánh xe: R = 3200 mm c = 5900 daN + Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất tại mỗi bánh xe: Pmax c + Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất tại mỗi bánh xe: Pmin = 1860 daN - Áp lực đứng lên vai cột: - 11 Đồ án kết cấu thép 2 D max = n.n c .Pmax .∑ yi ; D min = n.n c .Pmin .∑ yi Trong đó: - n = 1.1: Hệ số độ tin cậy; - nc= 0.85: Hệ số tổ hợp, khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình. - Σyi: Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ ở gối bằng 1. y1 = 1; y2 = 0.573 ; y3 = 0.913 ; y4 = 0.487 Æ Σyi = 2.973 Bảng 2.5. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột STT Loại tải Pc Σyi n nc 1 Dmax 5900.0 2.973 1.1 0.85 Tổng (daN) 16402.393 2 Dmin 1860.0 2.973 1.1 0.85 5170.924 Hình 2.4. Đường ảnh hưởng phản lực gối b) Áp lực ngang( lực hãm ngang): Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động, tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn T1c , các lực này cũng di động như lực thẳng đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột. Cách tính giá trị T cũng xếp bánh xe trên đ.a.h. Lực T truyền lên cột qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục (hoặc mặt dầm hãm), có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột. T1c = Trong đó: 0, 05.(Q + G xecon ) ; no Gxecon = 800 daN – trọng lượng xe con. T1c = 0,05.(10000 * 0,981 + 800) = 270 daN; 2 - 12 Đồ án kết cấu thép 2 T = n.n c..T .∑ yi c 1 Bảng 2.6. Lực hãm ngang STT Loại tải Tc1 Σyi n nc 1 T 216.2 2.973 1.1 0.85 Tổng (daN) 601.05 3. Thiết kế xà gồ 3.1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng - Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện U14. Sơ đồ giằng xà gồ: Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ - Xà gồ loại U14 có đặc trưng hình học tiết diện Loại hxg bxg Ix Iy Wx Wy G tiết diện (mm) (mm) (cm4) (cm4) (cm3) (cm3) (daN/m) U14a 140 60 545 57.5 77.8 13.3 13.3 a) Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân xà gồ: q = (pc .np + gmc .n ).d + gcxago .ng cos α (Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái được chia cho hệ số cosα) Trong đó: gmc = 8(daN / m2 ) : trọng lượng mái tôn; pc = 30 (daN/m2): hoạt tải sửa chữa mái; d: khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang, d = 1.2xcosα = 1.2xcos10 = 1.182(m) gcxago = 13.3(daN / m) : trọng lượng bản thân xà gồ; - 13 Đồ án kết cấu thép 2 ng; np - hệ số độ tin cậy, ng = 1.1 và np = 1.3 8 ⎞ ⎛ - Tải trọng tiêu chuẩn: qc = ⎜ 30 + x1.182 + 13.3 = 58.35(daN / m) cos100 ⎟⎠ ⎝ 8x1.1 ⎞ ⎛ q = ⎜ 30x1.3 + x1.182 + 13.3x1.1 = 71.28(daN / m) cos100 ⎟⎠ ⎝ - Tải trọng tính toán: - Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y: qcx = qcxsinα ⇒ q cx = 58.35xsin100 = 10.3 daN/m qcy = qcxcosα ⇒ q cy = 58.35xcos100 = 57.47 daN/m - Tải trọng tính toán theo phương x và phương y: qx= qxsinα ⇒ qx= 71.28xsin100 = 12.38 daN/m qy= qxcosα ⇒ qy= 71.28xcos100 = 70.2 daN/m Sử dụng một thanh giằng φ18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ. Hình 3.2. Sơ đồ tính xà gồ Mômen lớn nhất theo hai phương: Mx = My = qy .B2 8 = 70.2x7.52 = 493.566(daN.m) 8 qx .B2 12.38 * 7.52 = = 21.757(daN.m) 32 32 * Kiểm tra bền theo công thức: σ = σx+ σy = σ= Mx My + ≤ f.γ c Wx Wy 493.566x100 21.757x100 + = 798(daN / cm2 ) < 2100 daN/cm2 77.8 13.3 (Thỏa mãn) - 14 Đồ án kết cấu thép 2 * Kiểm tra độ võng: 2 2 ∆ ⎛∆ ⎞ ⎛∆ ⎞ ⎡∆ ⎤ = ⎜ x ⎟ +⎜ y ⎟ ≤ ⎢ ⎥ B ⎣B ⎦ ⎝B ⎠ ⎝B ⎠ Trong đó: ∆ ∆x và y là độ võng tương đối theo phương x và phương y do qcx và qcy B B 1 ⎡∆ ⎤ gây ra; ⎢ ⎥ = là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn. ⎣ B ⎦ 200 Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó ∆x = 0, chỉ có ∆y lớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ một khoảng z = 0.421*B/2 = 0.21B (tại đây có ∆x lớn nhất): ∆ y 3,1.qcy .B3 ∆x qcx .B3 = và độ võng: = B 2954.E.Iy B 384.E.Ix - Độ võng tương đối tại giữa nhịp theo phương y: ∆y B = 5.qcy .B3 384.E.Ix = 5x57.47x10−2 x7503 1 1 = < 6 384x2.1x10 x545 362 200 (Thỏa mãn) - Độ võng tương đối tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0.21B =1.575m: ∆x qcx .B3 10.13x10 −2 x7503 1 = = = ; 6 B 2954.E.Iy 2954x2.1x10 x57.5 8344 ∆y B = 3,1.qcy .B3 384.E.Ix = 3.1x57.47x10 −2 x7503 1 = 6 384x2.1x10 x545 584 ∆ 1 2 1 2 1 1 = ( ) +( ) = < B 8344 584 583 200 (Thỏa mãn) b) Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ: Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ là tổ hợp tĩnh tải và gió (chiếu lên phương gió y-y): - Tải trọng gió tính toán: qy,gió = Ce .W0 .k.n. d d − 0,9.(gmc . + gcxago ).cos α cos α cos α qy,gió = 0.7 × 125 × 1.088 × 1.2 × −0.9 × (8 × 1.180 − cos100 1.182 + 13.3) × cos100 = 116.782(daN / m) cos100 - Tải trọng gió tiêu chuẩn: - 15 Đồ án kết cấu thép 2 qcy,gió = 0.7 × 125 × 1.088 × −0.9 × (8 × 1.180 − cos100 1.182 + 13.3) × cos100 = 93.936(daN / m) 0 cos10 - Tĩnh tải theo phương x: d + gcxago ).sin α cos α 1.182 ⎛ ⎞ = 0.9 × ⎜ 8 × + 13.3 ⎟ × sin100 = 3.759(daN / m) 0 cos10 ⎝ ⎠ qx = 0,9.(gmc . * Kiểm tra bền theo công thức: Mgió = Mqx = σ= qy,gió × B2 8 = 116.782 * 7.52 = 821.125(daN.m) 8 qx × B2 3.579 * 7.52 = = 6.291(daN.m) 32 32 Mgió Wx + Mx 821.125 × 102 6.291× 102 = + Wy 77.8 13.3 < 2100daN/cm2 = 1102.732(daN / cm2 ) (Thỏa mãn) * Kiểm tra độ võng: ∆ y,gió B = 3,1.qcy,gió .B3 384.E.Ix = 3.1× 93.936 × 10−2 × 7503 1 1 = < 6 384 × 2.1× 10 × 545 221 200 (Thỏa mãn) 3.2. Thiết kế xà gồ dùng thép dập nguội + Tải trọng tính toán do tải trọng thẳng đứng q (không tính trọng lượng của xà gồ): q = (pc .np + gmc .n ).d cos α q = (30 × 1.3 + 8 × 1.1 ) × 1.182 = 56.65(daN / m) cos100 + Tải trọng gió tính toán (không tính trọng lượng của xà gồ): qy,gió = Ce .W0 .k.n. d d − 0,9.(gmc . ).cos α cos α cos α qy,gió = 0.7 × 125 × 1.088 × 1.2 × −0.9 × (8 × 1.182 − cos100 1.182 ) × cos100 = 128.57(daN / m) cos100 - 16 Đồ án kết cấu thép 2 Chọn xà gồ theo tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) qgió = 1.286 kN/m, nhịp 7500 mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng 3.5 thép hình 300 sẽ được số hiệu xà gồ Z30024 có thể chịu được tải cho phép là 2.84 kN/m (xem phụ lục 3- sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp”). 4. Tính nội lực khung 4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000 a) Sơ đồ kết cấu - Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng. - Nhịp tính toán khung lấy theo khoảng tim của 2 trục cột; trục xà gãy khúc tại điểm đổi tiết diện (nối tâm của tiết diện nách xà với tâm của tiết diện tại chỗ đổi, đoạn còn lại lấy trùng với trục của tiết diện bé). - Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng. - Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm2; E = 2,1x106 daN/cm2; ρ = 7850 daN/m3 Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang - 17 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.2. Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán b) Sơ đồ chất tải trọng Hình 4.3. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung - 18 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.4. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung Hình 4.5. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái - 19 Đồ án kết cấu thép 2 Hình 4.6. Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái Hình 4.7. Sơ đồ tải trọng gió ngang trái - 20