Đang tải... (xem toàn văn)
Nhịp 21m, cao trình đỉnh ray 8.7m, sức trục 100kN, vật liệu lợp panel bê tông cốt thép, bề rộng cầu trục 6.3m, nhịp cầu trục 20m. Được thực hiện bởi sinh viên trường đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, đạt kết quả cao. GVHD: ThS. Ngô Vi Long
ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long LỜI GIỚI THIỆU Sinh viên Bách Khoa sau khi được học môn kết cấu thép 1 và kết cấu thép 2 được phép làm đồ án dưới sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn. Thiết kế kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng là một trong các đồ án chuyên nghành quan trọng của các sinh viên đại học nghành Xây dựng dân dụng và Công nghiệp thuộc hệ chính quy và không chính quy. Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng cũng là công việc thường gặp của các kỹ sư kết cấu. Do đó tầm quan trọng của đồ án này là rất lớn. Đồ án này được nhận ngày 10/10/2007 và hoàn thành ngày 20/12/2007. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ngô Vi Long đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này. Sơ đồ khung Công Nghiệp 1 tầng cần thiết kế. SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 1 A B CỬA MÁI DÀN MÁI NHỊP NHÀ Cột dưới H d H t h 0 Cẩu vật Q Cầu trục Nhòp cầu trục SƠ ĐỒ KHUNG NGANG H r Cột trên Cao trình đỉnh ray H r ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long A. SỐ LIỆU THIẾT KẾ: I. Các số liệu chung: - Gió vùng II : q 0 = 83 daN/m 2 . - Bước cột :B = 6m - Chiều dài công trình : 90 – 150 m - Tuổi thọ công trình : 50 năm - VL thép : R= 21 KN/cm 2 E = 2.1*10 4 , µ= 0.3 , γ = 7850 kg/m 2 - Que hàn : E42, E42A hay tương đương. Hàn tay, kiểm tra đường hàn bằng siêu âm. Bê tông móng đá 1*2, Mác ≥ 250, Bulông độ bền lớp 5.6, 6.6, hoặc 5.8 II. Số liệu thiết kế riêng: - Nhòp nhà : L = 21 m - Cao trình đỉnh ray : H r = 8.7 m - Sức trục : Q = 100 KN - Vật liệu lợp : Panel Bêtông cốt thép. III .Các số liệu tra bảng: Từ số liệu thiết kế , chọn cầu trục có các đặc trưng : - Nhòp cầu trục : Lk = 20000mm - H k = 1900 mm - Bề rộng cầu trục : B k = 6300 mm - Nhòp cầu trục : L k = 20 m . - Khoảng cách 2 trục bánh xe : K = 4400 mm . - Khoảng cách tim ray đến mép ngoài cùng của cầu trục : B 1 = 260 mm - Áp lực bánh xe lên ray : P c max = 14.5 T, P c min = 3.5 T - Trọng lượng xe con : G = 5.6 T - Trọng lượng toàn cầu trục: 26 T SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 2 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long B.TÍNH TOÁN KHUNG NGANG I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG : 1 Kích thước theo phương đứng : - Chiều cao thực cột trên : fHhhH kdccrt ++++= 100 Chiều cao ray và đệm : giả đònh lấy H r = 200 mm Chiều cao dầm cầu chạy lấy: h dcc =1/10 B = 600 mm Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất : h m = 0 . Chiều cao gabarit cầu trục : H k = 1900 mm Độ võng dàn mái : 1/100 nhòp nhà : f = 210 mm Từ đó tính được : - Chiều cao cột trên: fHhhH kdccrt ++++= 100 = 200 + 600 + 1900 + 100 + 210 = 3010 mm - Chiều cao cột dưới: H d = H r – h r –h dcc + h m = 8700 – 200 – 600 + 0 = 7900mm. Lấy tròn số ta chọn như sau : H t = 3200 mm H d = 8000 mm 2 Xác đònh kích thước theo phương ngang : - Khoảng cách từ tim ray đến trục đònh vò : mm LL K 500 2 2000021000 2 = − = − = λ -Chiều cao tiết diện cột trên , chọn sơ bộ : h t = (1/10 đến 1/11) H t = 290 mm ÷ 320 mm , chọn h t = 360 mm. -Khoảng cách trục đònh vò đến mép ngoài cột λ −++≥ DBha t 1 = 360 + 260 + 60 -500 =180 mm, chọn a = 180 mm. Trục đònh vò trùng tim cột trên. Với D = 60 mm: khe hở an toàn đầu mút cầu trục và mép trong cột trên . -Bề rộng cột dưới xác đònh theo công thức : h d = λ + a = 500 + 180 = 680 mm . II. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG : 1Tónh tải mái : Trọng lượng các lớp mái : Panen cỡ lớn : 150daN /m 2 , n = 1.1 Bêtông cách nhiệt: 40daN/m 2 , n = 1.2 SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 3 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long Lớp chống thấm 10daN/m 2 , n = 1.2 Vữa tô trát 80 daN/m 2 , n = 1.2 Gạch lá nem 120 daN/m 2 , n = 1.1 Tổng tải trọng tính toán : q tt = 150x1.1 + 40x1.2 + 10x1.2 + 80x1.2 + 120x1.1 = 453daN / m 2 - Trọng lượng kết cấu mái cộng hệ giằng : )/(362.130. 2 11 mdaNxngg tctt === Tónh tải mái được dồn về các khung ngang. Tải trọng các lớp lợp và kết cấu mái cùng hệ giằng được coi như là một tải phân bố đều trên suốt nhòp nhà xưởng - Trọng lượng kết cấu cửa mái : )/(182.115. 2 22 mdaNxngg tctt === Tải trọng cửa mái coi như phân bố đều trên bề rộng cửa mái . 2 Tải trọng sửa chữa mái : Theo TCVN -1995 : Mái lợp panen btct : 75 daN/ m 2 mặt bằng nhà xưởng . n = 1.3 Độ dốc mái: i = 1/10 . Giá trò tính toán : )./(983.1 ))10/1(cos(arctan 75 2 mdaNxp tt ht == Tải sửa chửa dồn về một khung thành tải phân bố đều : )/(588698. mdaNxBp tt ht == . 3 Áp lực cầu trục lên vai cột : D max = ∑ ic yPnn max D min = ∑ ic yPnn min , n = 1.1 ; n c = 0.9 . Tra bảng cầu trục có được : P max = 145 KN. Tổng trọng lượng cầu trục : G = 26 T. Số bánh xe một bên ray : n 0 = 2. P min = .35145 2 260100 max 0 KNP n GQ =− + =− + Dùng lý thuyết đường ảnh hưởng cho hệ dầm đơn giản , sắp tải và khảo sát hàm tuyến tính để tìm ra vò trí các bánh xe dầm cầu chạy cho giá trò max của ∑ i y . Với số liệu cụ thể : B = 6300mm . K = 4400mm , thì cách xắp tải như sau sẽ cho giá trò max ( ∑ i y ) từ đó sẽ cho giá trò max của áp lực lên vai cột : SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 4 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long P y3 y2 y1 P PP 95.1 321 =++= ∑ yyyy i D max = ∑ ic yPnn max = 1.1x0.9x14.5x1.95 = 28 T = 280 KN D min = ∑ ic yPnn min = 1.1x0.9x3.5x1.95 = 6.76T= 67.6 KN 4 Lực xô ngang của cầu trục : Các số liệu : G xc = 56 kN . Móc mềm có : f ms = 0.1 . n ’ xc = 2 : số bánh xe hãm . n xc = 4 : tổng số bánh của xe con . Lực hãm ngang tác dụng lên toàn bộ cầu trục : KNxnf n GQ T xcms xc xc 8.721.0 4 56100 ' 0 = + = + = Lực ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe lên cầu trục do hãm : .9.3 2 8.7 0 0 1 kN n T T === Lực xô ngang cầu trục : 529.795.19.39.01.1. 11 === ∑ xxxyTnnT i kN Lực xô ngang ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy. cách vai cột 0.6m tức là ở cao trình 8.6m . 5 Tải trọng gió : Bề rộng cửa mái lấy 8 m ( 3 1 2 1 − ) nhòp nhà. Cao trình thanh cánh dưới : H = 3.2 + 8 = 11.2 m → k = 1.08 . Cao trình đỉnh mái : H = 11.2 +2.2+ 10.5*1/10 + 1.5 = 15.95 m → k = 1.09 . -Tải phân bố tác dụng lên cột Với độ cao 10m trở xuống, áp lực gió được xem là không đổi và bằng: 83daN/m 2 q 1 =q 0 .n.c.k.B = 83x1.3x0.8x1x6 = 517.92 daN/m = 5.18 kN/m Từ độ cao 10m đến 11.2m, áp lực gió phân bố theo quy luật hình thang Giá trò q tại độ cao 11.2m: SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 5 085.1 2 09.108.1 = + = tb k ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long q 2 = q 0 .n.c.k.B = 83x1.3x0.8x1.08x6 = 559.35 daN/m = 5.59 kN/m Moment do lực tập trung gây ra tại chân cột: M= ))102.11( 3 2 10( 2 0.102.11 )( 2 2.11 12 2 1 −+ − −+ qqq = kNmx 55.3278.10 2 2.1 41.0 2 2.11 18.5 2 =+ Quy lực tác dụng lên cột về lực phân bố đều với điều kiên cân bằng moment, ta có: q d = mkN xM /222.5 2.11 55.3272 2.11 2 22 == Tương tự : q h = mkNq d /264.3 8.0 5.0 222.5 8.0 5.0 =×= Tải tập trung đặt tại đáy vì kèo . ∑ = ii hckBqnW 0 ' 0 ' ∑ = ii hckBqnW Các số liệu có : q 0 = 83 daN / m 2 . n = 1.3 , hệ số vượt tải . B = 6 m . Tính c 1 bằng tra bảng và nội suy : 0 7106.5 10 1 =→= α i 5317.0 21 95.15 == L H Từ α và H / L , nội suy có được c 1 = -0.691 Á Tính c 3 : H / L = 0.68 . ∑ >== 22.230/611/ xLB → c 3 = -0.536 . SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 6 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long c 1 = - 0 . 6 9 1 c3=-0.536 -0.6 W -0.6 -0.6 0.7 0.8 q W q h d d h Tính tải tập trung : ∑ = iid hckBqnW 0 = 1.3x83x1.085x6x(0.8x2.2-0.691x0.65+0.7x1.5-0.8x0.4) = = 1433.552 daN = 14.335 kN . ' 0 ∑ = iih hckBqnW = 1.3x83x1.085x6x(-0.6x0.6-0.6x1.5-0.6x0.65-0.536x2.2) = = -1987.32 daN =- 19.873 kN . III. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG : Thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơn giản hóa, với các giả thiết sau: -Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới của dàn. Độ cứng của xà ngang tương đương với dàn được tính bằng công thức: J d = µ )( 22 ddtrtr zFzF + Trong đó: tr F , d F là tiết diện cánh trên và cánh dưới của dàn kèo z tr , z d : khoảng cách từ trọng tâm của cánh trên và cánh dưới đến trục trung hòa của dàn ở tiết diện giứa nhòp. µ : Hệ số kể đến độ dốc của cánh trên và sự biến dạng của các thanh bụng. -Đối với cột bậc, trục cột dưới được làm trùng với trục cánh trên; lấy nhòp tính toán là khoảng cách giữa hai trục cột trên. Khi đó đối với tải trọng truyền từ cột trên xuống phải kể đến moment lệch tâm ở chỗ đổi tiết diện cột: M=V.e 0 với 2 0 trd hh e − ≈ SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 7 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long Cột dưới ngàm ở bản đế chân cột. Chiều cao tính toán khung lấy từ bản đế cột đến đáy vì kèo -Giả thiết tính toán : 25;6 == ct d ct cd J J J J Ta có các kích thứơc khung ngang: + Nhòp khung: L=21m +Cột bậc H t = 3.2 m H d = 8m +Bề rộng cột: h t = 500 mm h d =1000 mm 1. Tónh tải : Xem tải trọng phân bố đều trên xà ngang, nhòp tính toán là khoảng cách giữa hai trục cột trên và bằng L=21 m -Trọng lượng tính toán các lớp mái: )/(453 2 1 mdaNq tt = - Trọng lượng kết cấu mái cộng hệ giằng : )/(36 2 1 mdaNg tt = -Trọng lượng kết cấu cửa mái phân bố đều trên bề rộng cửa mái )/(18 2 2 mdaNg tt = Chọn sơ bộ bề rộng cửa mái:B cm = 9 m. Ta quy trọng lượng cửa mái về lực phân bố đều trên xà ngang: )/(714.7 21 918 2 2 mdaN x g td == Vậy ta có giá trò tónh tải tính toán phân bố cho khung ngang: )/(3.29806).714.736453()( 21 mdaNBggqq tdtttt q =++=++= )/(803.29 mKNq = Bỏ qua trọng lượng cột, lực dọc trong cột trên của khung bằng: )(93.312 2 21803.29 2 2 kN xqL N === Độ lệch tâm giữa trục cột trên và trục cột dưới: 2 360680 2 0 − = − = trd hh e = 0.16m Moment lệch tâm đặy tại vai cột: )(07.5016.093.312. 2 kNmxeNM tt === Tách hệ kết cấu đã cho thành 2 bài toán: SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 8 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long 29.803kN 29.803kN M BT1 BT2 Giải bài toán 1 : -Hệ cơ bản : ϕ ϕ -Phương trình chính tắc : r 11 ϕ 1 + R 1P = 0 . -Vẽ biểu đồ đơn vò 1 M và biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản 0 P M B R M B ϕ ϕ ϕ J ct cd J 1 M SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 9 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long Quy ước: Moment phản lực mang dấu dương khi có xu hướng làm cho nút quay ngược chiều kim đồng hồ. Phản lực mang dấu dương khi hướng từ phải sang trái. Chuyển vò xoay mang dấu dương khi nút xoay thuận chiều kim đồng hồ. Moment trong cột dương khi căng thớ trong của cột. Moment trong dàn dương khi căng thớ trên của dàn. Tính: α = a/h = 286.0 82.3 2.3 = + = + dt t HH H n = 167.0 6 1 1 2 === cd ct J J J J Ta có: 5161 2 1 =−=−= J J µ , A = 43.25*286.01*1 =+=+ µα B = 41.15*286.01*1 22 =+=+ µα C = 12.15*286.01*1 33 =+=+ µα K = 4AC-3*B 2 =4.9 K B = 914.0 9.4 12.1*44 −=−=− K C K B’ = 726.1 9.4 41.1*66 =−=− K B Vậy moment và lực cắt tại đỉnh cột do chuyển vò xoay bằng đơn vò gây ra: h EJ h EJK M cdcdB B 91.0−== ϕ 22 ' 72.1 h EJ h EJK Q cdcdB B == ϕ Moment và lực cắt ở chân cột : h EJ hQMM cd BBA 81.0. =+= ϕϕϕ ϕϕ BA QQ −= =- 2 72.1 h EJ cd Moment trong thanh xà ngang: SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 10 [...]... dạng tiết diện rỗng: + Nhánh ngoài cấu tạo dạng chữ U, gồm một bản thép lưng và hai thép góc làm cánh + Nhánh trong thường cấu tạo dạng chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại b) Chọn tiết diện: Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục: SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 31 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long M1= -219.68 KNm; N1 =564.93 kN Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái: M2=602.85 kNm;... EJ cd - Biểu đồ moment cho hệ kết cấu ban đầu : SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 23 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long 0 M P = ∆M 1 + M P 89.8 102.84 15.7 24.03 M 374.33 SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 348.39 Trang 24 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long C TỔ HP NỘI LỰC Ta tiến hành tổ hợp các tải trọng một cách bất lợi nhất để xác đònh được các nội lực tính toán mà chọn tiết... cd SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 17 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long -Vẽ biểu đồ moment cho hệ kết cấu ban đầu : 0 M P = ∆M 1 + M P 15.7 M1 38.46 18.94 2.3 67.57 16.6 27.63 6.39 M 4.26 46.71 4 NỘI LỰC DO LỰC XÔ NGANG : SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 18 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long Lực xô ngang T đặt tại cao trình dầm hãm, khi tính toán chỉ cần tính một trường... Dmax, Dmin đặt tại nhánh trong cả cột dưới (nhánh cầu trục),khi đưa về trục cột dưới sẽ xuất hiện moment lệch tâm đặt tại vai cột SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 14 ĐA Kết cấu thép D max GVHD :Th S Ngô Vi Long D min D min D max M max BT1 Mmin BT2 Ta có thể tách thành hai bài toán: -Bài toán BT1 với các cột được nắn trục thẳng lại, các lực Dmax, Dmin đặt tại trục cột - Bài toán BT2 với các moment... + = 8666.13 cm 12 12 Bán kính quán tính của tiết diện: rx1 = ry 1 = J x1 = Fnh1 683.86 = 3.55 cm 54.4 J y1 8666.13 = 12.62 cm 54.4 Fnh1 = Độ mảnh của nhánh cầu trục: SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 32 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long l nh1 68 = = 19.18 rx1 3.55 l y1 680 λ y1 = = = 53.88 ry1 12.62 λ x1 = • Đối với nhánh mái: Diện tích tiết diện nhánh: Fnh 2 = 1.4 x 28 + 2 x10.7... biểu đồ đơn vò M 1 và biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản M P SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 15 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long MB 1 QB M1 EJ cd 6 B EJ cd EJ = = 1.72 2cd 2 2 h K h h EJ cd − 12 A EJ cd EJ ' QB = K B 3 = = −5.95 3cd 3 K h h h EJ EJ M A = M B + QB h = (1.72 − 5.95) 2cd = −4.22 2cd h h M B = KB *Biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản: Dùng kết. .. 1+2+3… …+5+7 …+3+5+8 620.50 -37.27 -139.22 ĐA Kết cấu thép AA GVHD :Th S Ngô Vi Long 1+8 496.66 312.93 1+7 226.07 312.93 592.93 SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 1+3 144.00 1+2+4+5+8 602.85 442.27 Trang 28 1+3+5+7 219.68 564.93 1+2+3… …+5+8 …+5+7 620.50 511.52 -193.35 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long D THIẾT KẾ CỘT Cột trên và cột dưới coi như cấu kiện nén lệch tâm trong mặt phẳng khung ,... tích mỗi nhánh sẽ tỉ lệ với lực dọc lớn nhất trong nhánh, ta xác đònh sơ bộ khoảng cách y1 từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của tiết diện: 1 2 1 3 Bề rộng tiết diện cột dưới b lấy từ ÷ hd = 226.7 ÷ 340mm Chọn b=280mm Đối với nhánh cầu trục, chọn tiết diện dạng chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại Bản bụng có kích thước 8x280 mm, bản cánh có kích thước 10x160 mm Nhánh mái có... -8.88+6.01x11.2-7.529x8.6 = -6.34 kNm 0.87 9.75 5.97 0 MP 30.23 -Xác đònh r11 ; R1P : r11 = 10.9906 23.89 EJ cd h3 SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 20 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long R1P 6.01 R1P = -6.01 kN EJ cd h3 R h3 − 1 P = 0 5 Xác đònh ∆ = r11 EJ cd r11 = 11.9 -Biểu đồ moment cho hệ kết cấu ban đầu : 0 M P = ∆M 1 + M P 0.87 9.75 5.97 MP 0 30.23 23.89 5 NỘI LỰC DO TẢI TRỌNG GIÓ GÂY RA : Tải trọng:... bảng ta đựơc: ϕ = 0.67 SVTH : Nguyễn Tiến Đồng MSSV: 80400582 Trang 35 ĐA Kết cấu thép GVHD :Th S Ngô Vi Long Kiểm tra điều kiện ổn đònh của thanh xiên : σ tx = N tx 90.91 = = 20.04kN / cm 2 < 21kN / cm 2 γ ϕ Ftx 0.75 x0.67 x6.23 g) Tính liên kết hàn giữa thanh giằng vàocác nhánh cột : • Thanh bụng : Thanh bụng chòu Qqu = 6.02KN là khá nhỏ , đờng hàn lấy theo cấu tạo : hs = 6mm, hm = 4mm, lh > 5cm •