Tài liệu Thuyet minh da ket cau thep ncn

I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Đồ án kết cấu thép 2 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số kế liệu thiết :  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. -1  T h i ế t k ế à xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà xà. Đồ án kết cấu thép 2 cột, mối nối với  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. k h u n g n g a n g g ồ m c ộ t v -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. 1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 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  = 10 0 (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 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 -diện: Chiều cao tiết h  1⎞ ⎛1 1 11.4  0 .76  1.14m  ⎞H  ⎛ 1   ⎜⎝ 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 và b  1 1⎞ 1 ⎞ 1140  38  57cm  H⎛  ⎝ ⎝ ⎝ ⎝  ⎜ 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⎞ t  1⎞ 1  75  0.75  1.07cm h⎛   w ⎜⎝ 70 100⎝ ⎟ ⎜⎝ 70 100⎝ ⎟  Chọn tw = 1.2 cm Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/281/35)b. ⎛1 1⎞ t  1 ⎞b  ⎛ 1  30  0.86  1.07cm  ⎝ ⎝ ⎝ ⎝  f ⎜ 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 Trong đó: L - là nhịp nhà ; h - là chiều cao tiết diện cột; S - là nhịp cầu trục  0.16m 1 Z  24  2  0.75  22  0.25m  m Z2 i  Thỏa mãn điều kiện an toàn. n b. Tiết diện xà mái 1 1 - Chiều cao tiết diện nách khung: h  L   24  0.6m 1 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  h   75  15  37.5cm ⎜2 5⎟ 1 ⎜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⎞ t  1⎞ 1  75  0.75  1.07cm h⎛   w ⎜⎝ 70 100⎝⎟ ⎜⎝ 70 100⎝ ⎟  Chọn tw = 1 cm 1 1 - Chiều dày bản cánh tf  b  t   30  1cm f 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. + 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 25. 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 max  200 , chọn 2C20 (hình 1.2). 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 max  200 . Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện 25, 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 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 =  .2 dct L dct = 30x7.52 = 1687.5 daN Trong đó: dct = 30 hệ số trọng lượng bản thân. - Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) Đồ án kết cấu thép 2 Bảng 2.1. Tĩnh tải mái STT 1 2 3 Tải Hệ số Tải Bướ Tổng trọng vượt trọng c Loại tải tải tiêu tải tính khun trọng chuẩn toán g 2 (daN/m (daN/m (m (daN/ 2 ) ) ) m) Tôn lợp mái 8 1.1 8.8 7.5 66 Xà gồ 7 1.1 7.7 7.5 57.75 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm 123.75 khung 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/m 2 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 cos: 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 Loại tải 1 Sửa chữa mái Tải Hệ số Tải trọng vượt trọng t. tải tính chuẩn toán 2 (daN/m (daN/m 2 ) ) 30 1.3 39 Bướ Tổng c tải khun trọng g (m) (daN/ m) 7.5 295.5 2 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài khung Đồ án kết cấu thép dầm2 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. 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 B/L (B- 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 ST T Loại tải T.T Hệ số Hệ số Hệ số Bướ tiêu k C vượt c chuẩn tải khun g daN/m m Tổng tải trọng daN/m 2 1 Cột đón gió 125.0 1.02 3 0.800 1.2 2 Mái đón gió 125.0 1.05 1 -0.472 1.2 3 125.0 1.07 8 0.700 1.2 125.0 1.08 8 -0.548 1.2 125.0 1.08 8 -0.424 1.2 125.0 1.07 8 -0.600 1.2 7 Cột cửa trời đón gió Mái cửa trời đón gió Mái cửa trời hút gió Cột cửa trời hút gió Mái hút gió 125.0 1.05 1 -0.500 1.2 8 Cột hút gió 125.0 1.02 3 -0.500 1.2 4 5 6 7. 5 7. 5 7. 5 7. 5 7. 5 7. 5 7. 5 7. 5 920.68 -557.89 848.77 -670.36 -518.77 -727.52 -591.24 -575.42 * 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: - 10 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/B (B- chiều dài toàn nhà) và H/B. Công trình có: L/B = 24/112.5 = 0.213 1 và H/B = (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. - 11 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 ST T Loại tải T.T tiêu Hệ Hệ số Hệ số chuẩn số k C vượt tải daN/m Bước khung m Tổng tải trọng daN/m 2 1.02 1.2 7.5 3 0.400 2 Mái 125.0 1.05 1.2 7.5 1 0.700 3 Cột cửa mái 125.0 1.07 1.2 7.5 8 0.400 4 Cửa mái 125.0 1.08 1.2 7.5 8 0.700 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. 1 Cột khung 2.4. Hoạt tải cầu trục a) Áp lực đứng: 125.0 -460.34 -827.73 -485.01 -856.74