ĐỒ ÁN NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG BẰNG THÉP A.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế khung ngang chịu lực nhà công nghiệp tầng,một nhịp với số liệu cho trước sau: - Nhịp khung ngang: L =24(m) - Bước khung (bước cột): B = 6(m) - Chiều dài nhà: b = 60(m) (sin cos ,17 099 ) ⇒ α= =0,50995 - Độ dốc mái: i =10% ; - Sức nâng cầu trục: - Cao trình đường ray: Q = 6,3(Tấn), cần trục làm việc trung bình 7,5(m) - Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Hà Nội) có: áp lực gió W0 = 95daN / m = 0,95kN / m - Vật liệu thép CCT34 có : § f = 210 N / mm = 21kN / cm * Cường độ f v = 120 N / mm = 12kN / cm * Cường độ f em = 320 N / mm = 32kN / cm * Cường độ tính toán: chịu cắt : chịu ép mặt: E = 2,1.10 N / mm = 2,1.10 kN / cm * Mođun đàn hồi: - Bê tông móng : Rb = 11,5MPa = 1,15kN / cm B20 có Rbt = 0,9 MPa = 0,09kN / cm B THUYẾT MINH TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG 1.1 Theo phương thẳng đứng Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang: H = H K + bk = 0,81 + 0,2 = 1,01(m) Với: HK = 0,81 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục) khoảng hở an toàn bK = 0,2(m) cầu trục với xà ngang Chiều cao cột khung: (coi cao trình đáy cột cốt +0.00) H = H + H = 7,5 + 1,01 = 8,51(m) đó: - cao trình đỉnh ray H = 7,5(m) Chiều cao phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang: 1,01+0,6+0,2=1,81(m) H t = H + H dct + H r = đó: - chiều cao dầm cầu H dctH=÷dct0,6m trục, chọn sơ khoảng 1/81/10 nhịp (0,60,75 m).Chọn - chiều cao ray đệm, Hr lấy sơ 0,2m Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt vai cột: 8,51-1,81=6,7(m) Hd = H − Ht = 1.2 Theo phương ngang Coi trục định vị trùng với trục đường trục cột Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: L1 = đó: = 24m L − LK 24 − 22,5 = = 0,75( m) 2 L - nhịp khung = 22,5m - nhịp cầu trục, lấy LK theo catalo cầu trục Chiều cao cột chọn theo yêu cầu độ cứng cấu tạo: Chọn h=0,4m h = (1 / 15 ÷ / 20) H = (0,42 ÷ 0,56m) Khe hở cầu trục với mép cột: (tra theo z = L1 − h / = 0,75 − 0,4 / = 0,5 > Z = 0,16m catalo) +9.500 i=10% +8.300 2100 8300 7000 +6.200 6200 1300 250 +0.00 750 25500 27000 750 Hình 1.1: Các kích thước khung TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 2.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) Trọng lượng H = H + H = 7,5 + 1,01 = 8,51(m) thân lợp, lớp cách nhiệt, xà gồ mái: 0,15 Trọng lượng thân xà ngang lấy sơ khoảng 1kN/m Tổng tĩnh tãi phân bố tác dụng lên xà ngang: g = 1,1.0,15.6 + 1,05.1 = 2,04(kN / m) Trọng lượng H = H + H = 7,5 + 1,01 = 8,51(m) thân tôn t ường xà gồ tường lấy mái 0,15.Quy thành lực tập trung đặt đỉnh cột G1= 1,1.0,15.6.8,51=8,425(kN) Trọng lượng thân dầm cầu trục chọn sơ 1kN/m Quy thành tải trọng tập trung mô men lệch tâm đặt cao trình vai cột: G2=1,05.1.6=6,3(kN) M=G2.= 6,3.0,75=4,725 L1 (kN.m) 2.2 Hoạt tải mái γ = 1,32 Theo TCVN 2737-1995, trị số kNp / m tiêu chuẩn hoạt tải thi công sửa chữa mái 0,3, hệ số vượt tải Quy đổi thành lực phân bố xà ngang: p = 1,3.0,3.6 = 2,34( kN / m) 2.3 Tải trọng gió Theo TCVN 2737-1995, w0 = 0,95kN / m Hà Nội thuộc phân vùng gió II-B, có áp lực gió tiêu chuẩn , hệ số vượt tải 1,2 Căn vào hình dạng, sơ đồ nhà ta xác định hệ số khí động tải trọng gió theo dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN2737 Ứng với nội suy hCe Ce /αL12===50−,− ,71 03546 0,37 ,04 được: ; ; Ứng với lấy : b /hL/ L =Ce = 6030/,= 3546 24−0=,525 Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định hệ số k kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng địa hình Nội suy ta có: Đối với cột ; mái k mc = 0,96 99 -0,37 = e C + Phía đón gió: 1,2.0,95.0,96.0,8.6=5,25(kN/m) -Tải trọng gió tác dụng lên cột: Ce2= -0,4 + Phía khuất gió: 1,2.0,95.0,96.0,5.6=3,28(kN/m) Ce3= -0,5 - Tải trọng gió tác dụng lên mái: H=8510 Ce=+0,8 + Phía đón gió: 1,2.0,95.0,99.0,37.6=2,5(kN/m) + Phía khuất gió:1,2.0,95.0,99.0,4.6=2,71(kN/m) L=2400 Hình 2.1: Hệ số khí động 2.4 Hoạt tải cầu trục Các thông số cầu trục nâng 6,3 tra theo phụ lục sau: Sức LK trục Q Nhịp (m) (T) HK Z Ch.cao Kh.cách gabirit (mm) (mm) 6,3 22,5 810 160 BK KK T.lượng G XC (T ) Pmax Pmin Bề rộng Bề rộng cầu trục T.lượng Áp lực Áp lực gabita đáy G(T) (mm) (mm) 3880 3200 9,22 xe (kN) (kN) 0,59 48,7 16,7 Tải trọng cần trục tác dụng lên phương ngang bao gồm áp lực đứng lực hãm ngang xác định sau: SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG 4.1 Các trường hợp tải trọng H ình 4.2: Sơ đồ tính khung với tĩnh tải Hình 4.3: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái Hình 4.4: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái phải Hình 4.5: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió trái sang Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang Hình 4.7: Sơ đồ tính khung Dmax ngang với áp lực đứng lên cột trái Hình 4.8: Sơ đồ tính khung Dmax ngang với áp lực đứng lên cột phải Hình 4.9: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T lên cột trái 10 Hình 5.14: Mômen gió trái sang Hình 5.15: Lực dọc gió trái sang 18 Hình 5.16: Lực cắt gió trái sang Hình 5.17: Mômen gió phải sang 19 Hình 5.18: Lực dọc gió phải sang Hình 5.19: Lực cắt gió phải sang 20 Hình 5.20: Mômen áp lực cầu Dmax trục đặt cột trái Hình 5.21: Lực dọc áp lực cầu Dmax trục đặt cột trái 21 Hình 5.22: Lực cắt áp lực cầu Dmax trục đặt cột trái Hình 5.23: Mômen áp lực cầu Dmax trục đặt cột phải 22 Hình 5.24: Lực dọc áp lực cầu Dmax trục đặt cột phải trang để gh ép bảng thống k ê 23 BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC Cấu kiện Tiết diện Chân cột Dưới vai Cột Trên vai Đỉnh cột Nộ i lực M N V M N V M N V M N V Đầu xà M N V Cuối xà M N V Đầu xà M N V Đoạn xà Đoạn xà Cuối xà M Tổ hợp M max , N tu M , N tu N max , M tu (Đơn vị kN, kN.m) Tổ hợp M max , N tu M , N tu N max , M tu 1,5 1,4 1,7 1,5,7,9 152,36 -6,23 46,33 1,4 137,54 -67,55 -40,50 1,4 132,81 -61,25 -40,50 1,4 206,11 -61,25 -40,50 1,5 56,57 2,49 8,29 1,5 26,94 2,31 6,45 1,5 26,94 2,31 6,45 1,4 62,23 -133,79 -67,55 -40,50 1,5 -40,25 -6,23 11,16 1,5 -44,97 0,07 11,16 1,5 -56,57 0,07 1,66 1,4 -206,11 -45,55 -48,53 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,5 -10,11 -68,56 -159,92 -28,16 1,7 120,13 -159,92 -28,16 1,4 132,81 -61,25 -40,50 1,4 206,11 -61,25 -40,50 1,4 -206,11 -45,55 -48,53 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,4 -46,23 -43,80 -31,01 1,4 62,23 138,37 -117,83 34,43 1,4,7,9 185,08 -173,50 -49,11 1,4,8,10 202,70 -59,66 -47,58 1,5,7,9 63,42 -8,96 7,35 1,5,7,9 35,55 -9,04 6,51 1,5,7,9 35,55 -9,04 6,51 1,4,6,8,1 -203,32 -76,73 -53,91 1,5,7,9 -73,14 -2,00 -1,10 1,5,7,9 -63,42 -2,00 -9,65 1,4,8,10 -202,70 -52,45 -46,25 1,5,7,9 -10,06 1,4,7 -131,54 -173,26 -46,41 1,4,7 179,41 -173,26 -46,41 1,4,7,9 -172,99 -52,20 -43,79 1,4,7,9 -30,31 -50,54 -27,20 -30,31 -50,54 -27,20 1,4,7,9 55,05 24 N V -40,29 4,03 1,94 2,77 -40,29 4,03 -9,21 4,83 -47,23 5,97 THIẾT KẾ CỘT KHUNG 7.1 Thiết kế tiết diện cột Tiết diện cột khung đặc trưng hình học tiết diện chọn phần thiết kế sơ Từ bảng tổng hợp nội lực ta chọn cặp nội tính toán (bất lợi nhất): M = 185,08 kN.m N = -173,50 kN V = -49,11 kN Đây cặp nội lực vai cột , tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4,7,9 gây Độ lệch tâm tương đối: mx = M A 185,08.100 76 = = 7,8542 me = η m x 1032.22 N Wx 173 ,50 Độ lệch tâm quy đổi: Tra bảng IV.5 phụ lục - với loại tiết diện số ta có: = 0,5 *: η = (1,75 − 0A,1f m/ A x )w− 0,02(5 − m x )λ x = (1,75-0,1.7,8542)0,02.(5-7,8542).2,167=1,08827 (5 − m x ) λ x *: η = (1,9 − 0,1Amf x/)A−w0≥,02 = (1,9-0,1.7,8542)-0,02 (5-7,8542).2,167=1,23827 1,10494 Với nội suy có A f η1=.20 = = 0,55556 me =Aw1,10494 7,8542 = 8,6784 Suy ra: 0,9 40 7.2 Kiểm tra tiết diện cột chọn 7.2.1 Kiểm tra bền Do nên ta kiểm me = 8,6784 < 20 tra bền 8.2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể * Điều kiện ổn định tổng thể cột mặt phẳng khung kiểm tra theo công thức sau N σx = < γ c.f φmλc ex=φ==e0.8,A 14004 ,6784 , 167 = 16,302 < γ c f = 1.21 = 21(kN / cm ) Với , tra σ = 173,5 x 0,14004.76 bảng IV.3 phụ lục, nội suy ta có: suy ra: * Điều kiện ổn định tổng thể cột mặt phẳng khung kiểm tra theo công thức sau.(theo điều 5.4.2.5 TCXDVN : 338-2005) 25 σy = N < γ c.f c.φ y A Trước hết ta cần tính trị số momen 1/3 chiều cao cột kể từ phía có mômen lớn Vì cặp nội lực dùng tính toán cột tiết diên vai cột trường hợp tải trọng 1,4,7,9 gây nên trị số mômen tiết diện chân cột trường hợp tải trọng tương ứng gây là: M = −63,22 + 0,9(−70,57 − 5,34 − 13,76) = 143,92(kN m) 2.(185,08 − (−143,92)) M= − 142,92 = 75,42(kN m) 185,M 08 M’= max() = M; 22 max(75,42;) =92,54 (kN.m) Độ lệch tâm tương đối theo M’: mx = M ' A 92,54.10 76 = = 3,9271 N Wx 173,50 1023,22 Theo bảng IV.2 phụ lục, nội suy ta có: 0,697516 Do nên hệ số c tính theo công thức sau c= φy = m x = 3,9271 < β = = 0,23128 β , α 3,9271 + α m x + 0,84635 Trong đó: hệ số tra theo bảng 16 TCXDVN 338 bảng phụ lục α = 0,65 + 0,05m x = 0,84635 ; = 14 E 2,β 1.10 λ = , 14 = , 14 173,50 21 = 99,3 > λ y = 83,4853 Suy σ = Nc = f = 13,492 < γ c f = 21(kN / cm ) y c.φc A 0,23128.0,697516.76 ra: 7.2.3 Kiểm tra ổn định cục a, Ôn định cục cánh Ôn định cục cánh cột kiểm tra theo công thức sau: b0  b0  ≤  b − t Với : f w t 20 −t 0,9 f b0 = =  f  = 9,55(cm) vì: , nên  b0  02,8 < λ x = 2,167E< = 18,236   = (0,36 + 0,1.λ ) suy ra: f  t f  b  b0 9,65 = = 9,65 <   = 18,236 → Bản cánh không bị t f  t f  ổn định cục b, Ôn định cục bụng Ôn định cục bụng cột kiểm tra theo công thức sau: hw  hw  ≤  m == x72,> σ )> λxx(tσ ,8542 167 w  t wy > Với bụng cột ; khả chịu lực cột định điều kiện ổn định tổng thể mặt phẳng uốn nên theo bảng 26 2.2 ta có:  hw  2,1.10 = ( , + , 35 λ ) E / f = ( , + , 35 , 167 ) = 89,915   21  tw  hw 40 *, = = 44,44 < 3,1 E / f = 98,03 *, nên không ht w = 040,9 = 44,44 < 2,3 E / f = 72,73 t w 0,9 phải đặt vách cứng *, , bụng hw 40 h  = = 44,44 <  w  = 89,915 cột không bị ổn t w 0,9  tw  định cục 7.2.4 Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh cột Sử dụng phần mềm ∆ x = −0,85 + 5,59 = 4,74(cm) SAP để tính toán, chuyển vị ngang lớn đỉnh cột tổ hợp tĩnh tải tải trọng gió trái là: ta có: ∆ x 47,4 = = 0,557.10 −3 < = 3,33.10 −3 8.THIẾT KẾ XÀ H 8510 300 NGANG 8.1 Đoạn xà (tiết diện thay đổi) Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực tính toán: M=-206,11 (kN.m) N=-45,55 (kN) V=-48,53 (kN) Đây cặp nội lực đầu xà, tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4 gây 8.1.1 Chọn tiết diện kiểm tra theo yêu cầu cấu tạo Mômen chống uốn W y = M = 981,476 ≈ W = 1023,22 x x γ c f cần thiết tiết diện đầu xà xác định theo công thức sau: Bề dày bụng xác định từ điều kiện chịu cắt ,53 chọn t ≥ V t w= ≥=3 ,9648cm = 0,144435 w 12 Chiều cao Wxyc2 h f c γ c 42 981,476 h=k = (1,15 ÷ 1,2) = (37,97 ÷ 39,6) tiết diện xác tw 0,9 định theo chi phí tối ưu chi phí vật liệu: chọn h=42cm Diện tích tiết diện cần thiết cánh xác định theo công thức sau: h t h 42 0,9.40 A fyc = (b f t f ) yc ≈ (Wxyc − w w ) = (981,476 − ) = 18,81(cm ) 12 h f 12 41 Theo yêu cầu cấu tạo ổn định t f =t f(1≥÷ t2w); cm; cục bộ, kích thước cánh chọn sau: b f = (1b/ 2f ÷ ≥ 1(1/ 5/ 10 )h h=;18 (8cm ,4 ÷) 21)cm ; 27 bf E ≤ = 31,623 btf f == 1cm cm f 20 Chọn ; tf Như tiêt diện xà chọn đạt yêu cầu cấu tạo điều kiện ổn định phù hợp với giả thiết ban đầu độ cứng tiết diện xà (chổ tiếp giáp với cột) tiết diện cột Các đặc trưng hình học giống tiết diện cột Hình8.1: Đoạn xà 1 28 L − LK 24− ,5 L1 = = = 0, 5(7 m) 2 200 250 x y 10 x 270 10 y Hình8.3: Tiết diện cuối xà (MC 2-2) 29 8.1.2 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền M A 206,11.76 mx = = = 33,316 η,55 >→1.1032 ,316 >45 20 me =,22 η m x > 20 Do (vì ) nên phải m x =N33W x tính toán kiểm tra bền cho tiết diện xà ngang Điều kiện kiểm tra theo công thức sau: σx = N M 45,55 206,11 + = + = 20,57 < γ c f = 21(kN m) A Wx 76 1032,22 Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn lực cắt tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương chổ tiếp xúc cánh bụng: σ td = σ 12 + 3τ 12 M hw đó: σ1 = = 14,7 V S f h 48,W 53x.410 τ1 = = = 1,02(kN / cm ) Ở :- mômen I x t w 21676,S7.f0,9 tĩnh cánh dầm trục trung hoà x-x: S f = b f t f (h / − t f / 2) = 20.1(21 − 0,5) = 410(cm ) Vậy: σ td = 14,7 + 1,02 = 14,8 < 1,15γ c f = 24,15(kN / cm ) 8.1.3 Kiểm tra ổn định cục cánh bụng b0 9,55 = < 0,5 E / f = 15,81 hw t 40 f = = 44,44 [...]...Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T lên cột phải 5.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP2000 Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ, và bảng tổ hợp nội lực.Do khung có kết cấu đối xứng và tải trọng đối xứng nên ta chỉ tổ hợp nội lực và tính toán cho một nữa khung (chọn nữa khung bên trái)... bộ của bản cánh cột được kiểm tra theo công thức sau: b0  b0  ≤  b − t Với : f w t 20 −t 0,9 f b0 = =  f  = 9,55(cm) vì: , nên  b0  02,8 < λ x = 2,167E< 4 = 18,236   = (0,36 + 0,1.λ ) suy ra: f  t f  b  b0 9,65 = = 9,65 <  0  = 18,236 → Bản cánh không bị t f 1  t f  mất ổn định cục bộ b, Ôn định cục bộ bản bụng Ôn định cục bộ của bản bụng cột được kiểm tra theo công thức sau:... tính toán kiểm tra bền cho tiết diện xà ngang 8.2.3 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng Vì tiết diện đoạn xà 2 nhỏ hơn tiết diện đoạn xà 1 nên ta không cần kiểm tra ổn định cục bộ cho đoạn xà này 9 THIẾT KẾ DẦM CẦU TRỤC 9.1 Tải trọng 9.1.1 Tĩnh tải ( trọng lượng bản thân) Với chiều cao tiết diện cột h=42cm, ta xác định được mômen uốn và lực cắt tại vị trí liên kết công- xôn với bản cánh cột:... >45 20 me =,22 η m x > 20 Do (vì ) nên phải m x =N33W x tính toán kiểm tra bền cho tiết diện xà ngang Điều kiện kiểm tra theo công thức sau: σx = N M 45,55 206,11 + = + = 20,57 < γ c f = 21(kN m) A Wx 76 1032,22 Tại tiết diện đầu xà có mômen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chổ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: σ td = σ 12 + 3τ 12 M hw trong đó: σ1 = = 14,7... 14,7 V S f h 48,W 53x.410 τ1 = = = 1,02(kN / cm 2 ) Ở trên :- mômen I x t w 21676,S7.f0,9 tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: S f = b f t f (h / 2 − t f / 2) = 20.1(21 − 0,5) = 410(cm 3 ) Vậy: σ td = 14,7 2 + 1,02 2 = 14,8 < 1,15γ c f = 24,15(kN / cm 2 ) 8.1.3 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng b0 9,55 = < 0,5 E / f = 15,81 hw t 40 1 f = = 44,44 λ y = 83,4853 Suy σ = Nc = f = 13,492 < γ c f = 21(kN / cm 2 ) y c.φc A 0,23128.0,697516.76 ra: 7.2.3 Kiểm tra ổn định cục bộ a, Ôn định cục bộ bản cánh Ôn ... ngang xác định sau: SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG 4.1 Các trường hợp tải trọng H ình 4.2: Sơ đồ tính khung với tĩnh tải Hình 4.3: Sơ đồ tính khung với hoạt tải mái trái Hình 4.4: Sơ đồ tính khung với hoạt... 4.5: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió trái sang Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với tải trọng gió phải sang Hình 4.7: Sơ đồ tính khung Dmax ngang với áp lực đứng lên cột trái Hình 4.8: Sơ đồ tính... chất tải phần mềm SAP2000 Kết tính toán thể dạng biểu đồ, bảng tổ hợp nội lực.Do khung có kết cấu đối xứng tải trọng đối xứng nên ta tổ hợp nội lực tính toán cho khung (chọn khung bên trái) Số