Trờng đại học kiến trúc hà nội GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Tïng Khoa x©y dùng ĐỒ ÁN MƠN HỌC KẾT CẤU THÉP SỐ (THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG NHỊP) ****** Phần thuyết minh tính toán PHẦN I: SƠ BỘ VỀ KẾT CẤU KHUNG THÉP CẦN THIẾT KẾ Trong năm gần đây, với phát triển công nghiệp chế tạo vật liệu thép tiến công nghệ thi cơng, cơng trình nhà cơng nghiệp sử dụng kết cấu dạng khung thép tiền chế tiết diện đặc nớc ta ngày tăng Đáp ứng tình hình đó, môn Kết cấu Thép - Gỗ trờng ĐH Kiến trúc HN tổ chức nhóm sinh viên tìm cách thiết kế dạng kết cấu Nhà công nghiệp yêu cầu thiết kế nhà công nghiệp tầng nhịp Khung ngang đợc làm thép tiền chế tiết diện chữ I thay đổi phù hợp với nội lực khung theo chiều dài nhịp Khung gồm hai phận Cột khung liên kết ngàm với Dầm khung Khung ngang liên kết ngàm với móng * Nhiệm vụ đồ án: Với kích thớc tải trọng cần thiết kế, xác định kích thớc tiết diện khung Tiêu chí: + Đảm bảo điều kiện cờng độ + Đảm bảo điều kiện biến dạng + Đảm bảo điều kiện ổn định + Tiết kiệm vật liệu + Chế tạo đơn giản Với khung thiết kế, tính tốn chi tiết liên kết: Cột-Dầm; Dầm-Dầm; Cột-Móng) * Những nhận định bản: Khung thép thực chất loại kết cấu thép có tiết diện thay đổi nh đợc học môn “Kết cấu thép” trờng giải pháp liên kết ngàm móng giải pháp thơng minh để có đợc mặt sản xuất rộng rãi Tuy nhiên vấn đề đặt : Kết cấu thay đổi tiết diện độ cứng thay đổi, Giải vấn đề nh nào? Làm để biết đợc biến thiên nội lực tiết diện khung? Làm để tiết kiệm đợc nhiều tốt vật liệu mà ch to li n gin nht? [1] đồ án môn häc kÕt cÊu thÐp sè 2006 x9 Phan ViÕt Tuyến-lớp Sinh viên: Trờng đại học kiến trúc hà nội GVHD: Th.S Ngun Thanh Tïng Khoa x©y dùng Thay đổi tiết diện thay đổi nào? Tại đâu? Có thể có tiết diện khơng đủ khả chịu lực sao? * Quá trình tư - phương pháp thiết kế: Trước hết ta thấy vấn đề thực đợc kiến thức đợc trang bị trờng Những định hớng, khống chế phải tuân theo hướng dẫn GVHD Tiết diện kết cấu thay đổi thay đổi J khơng thể cố định nhiên dầm cột khung phải có độ cứng Vậy ban đầu ta giả thiết trớc tỉ lệ độ cứng dầm khung cột khung Giải vấn đề nội lực, có phương pháp truyền thống để giải toán khơng tuyến tính phương pháp “chia nhỏ đối tợng”, áp dụng vào trờng hợp này, nội lực dầm, cột ứng với trờng hợp tải trọng đợc xác định từ nhiều mặt cắt vị trí khác đợc đa vào tổ hợp bảng tiết diện có vị trí tơng ứng Nội lực có giá trị lớn tiết diện lấy từ bảng tổ hợp đợc chọn để đa vào thiết kế Sau có kích thớc cụ thể tiết diện, ta tiến hành thay đổi tiết diện theo đoạn có kích thớc biến đổi tuyến tính Sẽ có nhiều phơng án thay đổi tiết diện khác cho ta hình dạng khác trọng lợng khung khác Để có số liệu ban đầu, ta phải giả thiết trớc trọng lượng khung theo kinh nghiệm Sau có tiết diện khung sơ tức có tĩnh tải gần với thực tế So sánh với tĩnh tải giả thiết chênh lệch nhiều thiết kế lại đến chênh lệch không nhiều Tiết diện phải đợc kiểm tra cường độ, độ võng đỗ ổn định Các khung lại đợc thiết kế nh với tỉ lệ độ cứng dầm cột khác Mỗi thông số thay đổi cho ta phương án Việc thiết kế xoay vòng xác dần Các phương án đợc so sánh phơng án tiết diện đợc chọn theo ý kiến chủ quan phương án hội tụ nhiều tiêu chí đặt * Một số giới hạn Thực tế cho thấy thực đợc điều đòi hỏi khối lượng tính tốn tương đối lớn Để giảm bớt khối lợng tính tốn cho sinh viên, thầy cô giáo môn cho phép giả thiết trước độ cứng Dầm khung Cột khung Nhà công nghiệp tầng, nhịp, có cầu trục * Cơng cụ thực hiện: Các bước tính tốn thiết kế thực chủ yếu phần mềm EXCEL, bước tính lập thành bảng, bảng có cột tương ứng với thơng số thay đổi được, điều ta liên tục thay i cỏc thụng s so [2] đồ án môn häc kÕt cÊu thÐp sè 2006 x9 Phan ViÕt Tuyến-lớp Sinh viên: Trờng đại học kiến trúc hà nội GVHD: Th.S Ngun Thanh Tïng Khoa x©y dùng sánh chọn đợc phương án khung “tốt nhất” với tiêu chí đặt Tập hợp bảng tạo thành dây chuyền mà đầu vào yêu cầu thiết kế đầu sản phẩm khung thép Nội lực tiết diện kiểm tra phần mềm SAP 2000 Các phần mềm Microsoft Word 2003 AutoCAD 2007 dùng để trình bày thuyết minh thể vẽ * Lý thuyết áp dụng: Các kiến thức tính tốn thiết kế Kết cấu thép; số kiến thức Cơ học kết cấu Sức bền vật liệu PHẦN II: TÍNH TỐN Số liệu cho trước L H1 Q B i Số lượng (m) (m) (T) (m) (%) khung 21 5.2 10 21 Vùng giódạng địa hình I-A Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng, nhịp, với số liệu sau: - Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I) - Số lượng cầu trục: (chiếc) - Sức nâng cầu trục: Q (T) - Chế độ làm việc trung bình - Nhịp khung: L (m) - Chiều dài nhà: 120( m) - Bước cột: B (m) - Cao trình đỉnh ray: H1 (m) - Mái lợp bơng chống nóng bơng thuỷ tinh - Độ dốc máI (lợp tôn): - Vật liệu thép CT34s có: i (%) f = 21 kN/cm2; fv = 12kN/cm2; [3] đồ án môn học kết cấu thép sè 2006 x9 Phan ViÕt Tun-líp Sinh viªn: Trêng đại học kiến trúc hà nội GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Tïng Khoa x©y dùng fc = 32kN/cm2 - Mơ đun đàn hồi E  2.1�105 MPa - Hàn tay, dùng que hàn N42 - Tải trọng, hệ số vượt tải lấy theo TCVN 2737:1995 - Bê tơng móng cấp độ bền B20 có Rb=1.15 kN/cm2 - Vật liệu bulơng liên kết bulông neo tự chọn A.Chọn sơ đồ kết cấu: Sơ đồ kết cấu khung ngang nhà công nghiệp 300 10% +5.200 q =5 t 21000 a b Sơđồ khung ngang nhµ Các thơng số cầu trục a Cầu trục - Do sức trục cần trục 5T 10  ;  b2 - hệ số ma sát hệ số độ tin cậy liên kết với giả thiết không gia công bề mặt cấu kiện nên   0.25;  b2  1.7 nf - số lượng mặt ma sát liên kết nf = Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005, trường hợp bu lông chịu cắt kéo đồng thời cần kiểm tra điều kiện chu ct v chu keo riờng bit [71] đồ án m«n häc kÕt cÊu thÐp sè 2006 x9 Phan Viết Tuyến-lớp Sinh viên: Trờng đại học kiến trúc hà néi GVHD: Th.S Ngun Thanh Tïng Khoa x©y dùng 390 290 232 86 86 50 100 50 90 45 100 58x5=290 515 200 174 116 58 5525 BỐ TRÍ BULÔNG TRONG LIÊN KẾT CỘT VỚI XÀ NGANG - Lực kéo tác dụng vào bulơng dãy ngồi mơmen lực dọc phân vào (do mơmen có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bulơng phía cùng): Nbmax  Mh1 N 166.4�102 �39 53.576 �    91.785 kN 2 2 2 2�hi n 2 5.8  11.6  17.4  23.2  29  39  12 Trong đó: hi – khoảng cách từ dãy bulông thứ i liên kết đến tâm quay h1 – khoảng cách dãy bulơng ngồi – số hàng bulơng N tb  98 kN � bu lông đủ khả chịu lực Ta thấy : Nbmax  91.785 �� �� Kiểm tra khả chịu cắt bu lông theo công thức: V 44.621   3.718 �� N b  c  35.56 kN �� n 12 * Tính tốn mặt bích: - Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: t �1.1 bN 10�91.785 bmax  1.1�  1.457 cm  b b1 f 20 10 21 [72] đồ án m«n häc kÕt cÊu thÐp sè 2006 x9 Phan Viết Tuyến-lớp Sinh viên: Trờng đại học kiến trúc hà néi GVHD: Th.S Ngun Thanh Tïng Khoa x©y dùng Và t �1.1 10�91.785� 5.8 11.6 17.4 23.2 29 39 b1�Ni  1.1�  1.7 cm 39� 20 39 �21  b h1 f Ni  Nbmax - Trong đó: hi - lực kéo tác dụng lên bulông dãy thứ i h1 b – bề rộng mặt bích thường lấy bề rộng cánh cột Chọn t = (cm) * Tính tốn đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích: - Tổng chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh (kể sườn) �l w  4�(9.6 1)  2�(9 1)  50.4 cm - Lực kéo cánh ngồi mơmen lực dọc phân vào: Nk  M N 166.4�102 53.576 �    389.212 kN h 40 - Chiều cao cần thiết đường hàn : hycf  Nk 389.212   0.613 cm �lw  fw   c 50.4� 0.7�18 �1 - Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết bụng cột với mặt bích(coi đường hàn chịu lực cắt lớn đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực) hycf  V 44.621   0.048 cm �lw  fw   c 2� 38 1 �0.7�18�1 - Kết hợp cấu tạo chọn chiều cao đường hàn hf = 0.6 (cm) * Kiểm tra chiều dày bụng cột chỗ liên kết theo điều kiện chịu cắt: tw  0.6cm VSf 3�44.621�390   0.12 cm 2Ixfv c 2�17956.933 �12�1 Trong đó: Sx – mômen tĩnh cánh cột trục x-x ca tit din [73] đồ án môn học kết cấu thÐp sè 2006 x9 Phan ViÕt Tun-líp Sinh viªn: Trờng đại học kiến trúc hà nội GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Tïng Khoa x©y dùng  40-1 =390 cm Sx =21��   Ix = 17956.933 – mơmen qn tính tiết diện cột Vậy bụng cột đảm bảo điều kiện chịu cắt 200 bul « ng t h ê ng Ø18 300300 xµ g å s ê n 150x90x8 45 100 58x5=290 515 10 380 400 5525 400 45 100 4x75=300 515 10 25 50 100 50 200 90 10 96 96 150 16 16 150 14 bul « ng Ø 20 10 6025 1-1 CẤU TẠO MỐI NỐI CỘT VỚI XÀ NGANG IV MỐI NỐI ĐỈNH XÀ: - Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn cặp nội lực gây kéo nhiều cho bulông tiết diện đỉnh xà (đỉnh mái) M 34.079kNm � � N  44.4kN � �V  4.44kN � - Đây cặp nội lực tổ hợp nội lực trường hợp tải trọng 1,4 gây Tương tự trên, chọn bulơng cường đọ cao cấp bền 8.8, đường kính bulơng dự kiến d= 20( mm) (lỗ loại C) Bố trí bulơng thành hàng phía ngồi cánh xà ngang bố trí cặp sườn gia cường cho mặt bích có kích thước sau: Bề dày : ts = 0.8 (cm) Chiều cao : hs = (cm) [74] đồ án môn học kết cấu thép sè 2006 x9 Phan ViÕt Tun-líp Sinh viªn: Trêng đại học kiến trúc hà nội GVHD: Th.S Nguyễn Thanh Tïng Khoa x©y dùng Bề rộng : ls =1.5�hs =1.5�9 =113.5 cm Chọn ls = 15 (cm) 270 45 90 90 180 90 90 45 96 96 50 100 50 200 BỐ TRÍ BULƠNG TRONG LIÊN KẾT ĐỈNH XÀ - Lực kéo tác dụng vào bu lông dãy mômen lực dọc phân vào (do mômen mang dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bulơng phía cùng): - Khả chịu kéo bulông: Nbmax   Mh1 Ncos Vsin � � 2�hi2 n n 34.079�102 �34 44.4�0.995 4.44�0.01    26.096 kN 2(902  1802  2702) 8 � Nbmax =26.096