Đồ án kết cấu thép xác định các kích thước chính của cửa khung ngang

Trang 6  Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng nhằm đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng.. Cấu tạo Hệ giằng trong nhà công nghiệ

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN 8

2.2.3 Nội lực và kiểm tra tiết diện tấm Tole sóng 11

- Chiều dài nhà: 102 (m), nhà có 17 bước cột

- Phân vùng gió: II-A (Địa điểm xây dựng tại TP.Cần Thơ)

Bk

(mm)

Bề rộng đáy Kk

(mm)

T.lượn

g cầu trục G (T)

T.lượn

g xe con Gxe

1.2 Kích thước theo phương đứng:

Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà:

H = H1 + H2 + H3 = 8 + 1,3 + 0 = 9,3 mTrong đó:

 H1 : cao trình đỉnh ray, H1 = 8 (m)

 H3 : phần cột chôn dưới cốt nền, coi mặt móng ở cốt 0.000 (H3 = 0)

 H2 : chiều cao từ mặt trên của ray đến dưới mép xà Được tính:

H2 = Hk + bk = 960+300 = 1260 mm, chon H2 = 1300 mmVới:

+ Hk = 960 (mm) : theo thông số cầu trục đã chọn

+ bk = 300 (mm) : khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang

Chiều cao của phần cột trên tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà :

Ht = H2 + Hdct + Hr = 1,3 + 0,6 + 0,2 = 2,1 mTrong đó:

 Hdct : chiều cao dầm cầu trục,Hdct = (1/8 1/10) x B = 0,75 0,6 chọn sơ bộ Hdct

= 0,6 m

 Hr : chiều cao tổng cộng của ray và đệm ray, thường lấy bằng 0.2 m Chiều cao của phần cột dưới tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:

Hd = H – Ht = 9,3 – 2,1 = 7,2m

1.3 Kích thước theo phương ngang:

- Với Q = 10T < 30T nên coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0)

- Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0) Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục:

L1 = = = 0,75mChiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu về độ cứng:

H = xH = x9,3 = (0,62 0.465) m

 Chọn h = 0,5 (m)

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:

D = L1 – h = 750 - 500 = 250 mm > Dmin = 180mm

1.4 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 i = 15 % 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 cột biên đoạn 10m

Do yêu cầu thiết kế nên khung có thanh căng, chọn sơ bộ tiết diện thanh căng Ø 40 dày 4mm và vị trí thanh căng ngay đoạn thay đổi tiết diện dầm xà ngang

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN

2.1 Hệ giằng

2.1.1 Nhiệm vụ của hệ giằng

Hệ giằng trong nhà công nghiệp đóng vai trò quan trọng:

 Đảm bảo độ cứng không gian của nhà Ổn định hệ khung khi dựng lắp

 Giảm bớt chiều dài tính toán của xà và cột theo phương ngoài mặt phẳng, từ đó tăng ổn định tổng thể cho khung ngang

 Truyền tải trọng gió và lực hãm cầu trục theo phương dọc nhà xuống móng nhằm đảm bảo sự làm việc không gian của hệ thống khung nhà xưởng

Hệ giằng cột được bố trí theo hai lớp Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hảm 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 thì thép thanh tròn 25 Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà Cao trình đỉnh ray 11m, do đó bố trí thêm thanh chóng dọc nhà tại vị trí cao độ +5.500m Chọn tiết diện thanh chóng dọc theo độ mảnh max  200, chọn 2C20

2.1.2.2 Hệ giằng mái

Hệ giằng mái được bố trí ở hai giang đầu nhà và chổ có hệ thống giằng cột

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có độ mãnh 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 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 chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên Tiết

diện thanh chống chọn 2C20, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800mm Ngoài ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép.

2.2 Thiết kế tole:

- Chọn bước xà gồ (lấy từ 1 đến 2m)= 1 m , tức là ta có 24 xà gồ

2.2.1 Sơ đồ tính tấm tole

- Dầm liên tục 24 nhịp , gối đỡ là các xà gồ

- Sơ bộ chọn tole dợn sóng dày 0,5 mm

2.2.2 Tải trọng lên tấm tole

2.2.2.1 Tải trọng gió (xem trần thị thôn trang 374 )

Với :

 k= 1,165 tra bảng 5 (TCVN 2737-2012) lấy theo địa hình B

 B= 1 m : bề rộng tính toán tấm tole sóng

 c = -0,7

 n: Hệ số tin cậy của tải trọng gió theo mục 6.3 TCVN 2737 – 1995, lấy n =1,2

 qc = W0 = 95 - 12 = 83 daN/m2 : áp lực gió tiêu chuần khu vực II-A ( TP Cần Thơ) Đối với vùng ảnh hưởng của bão được đánh giá là yếu (phụ lục D, TCVN 27371995), giá trị của áp lực gió Wo được giảm đi 10 daN/m2 đối với vùng I-A, 12 daN/m2 đối với vùng II-A và 15daN/m2 đối với vùng III-A 2

2.2.2.2 Hoạt tải mái

q2 = pc.n.B= 30 x 1,3 x 1 = 39 daN/mVới: pc : hoạt tải tiêu chuẩn mái tole

n: hệ số vượt tải lấy n = 1,3

2.2.2.4 Tổng tải trọng tác dụng lên tấm tole

 Tổ hợp 1 : hoạt tải + tỉnh tải

q(1)= q2 + q3 = 39 + 5,18 = 44,18 daN/m

qc (1)= + = + = 34,7 daN/m

 Tổ hợp 2 : gió + tỉnh tải

q(2)= q1 + q3 = - 81,22 + 5,18 = -76,04 daN/m

qc (2)= + = + = -62,97 daN/m

=> Trong trường hợp này ta sử dụng tải trọng trong trường hợp 2 để kiểm tra.

2.2.3 Nội lực và kiểm tra tiết diện tấm tole sóng

- Nội lực

Dùng công thức lập sẵn đối với dầm liên tục nhiều nhịp chịu tải phân bố điều ta có :

Mmax= = = 6,34 daN.mVới + q: là chọn từ tổ hợp 2

+ l =1 m : nhịp tính toán của tấm tole ( bằng bước xà gồ chia cosα)

- Đặc trưng hình học của tấm tole

Ta xét = = 0,00081 < [] = = 0,05

Kết luận : với khoảng cách xà gồ ( cũng là chiều dày nhịp của tấm tole )là 1m ta chọn chiều dày 0,5 mm là thoả mãng về độ bền lẫn độ võng Tuy nhiên chọn chiều dày tole cũng cần lưu ý về đièu kiện chống rỉ của tole

2.3 THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI:

Xà gồ là cấu kiện chịu uốn xiên có thể dùng thép hình cán nóng dạng chữ I hoặc

chữ [ hoặc chữ Z Với nhà có bước khung không quá lớn B = 6 (m) ta chọn xà gồ dạngthanh thép cán nóng loại chữ [ có số hiệu 6CS4x0.85 Ta có các thông số sau:

Tole dày t = 5 zem = 5x10-4m , lớp cách nhiệt có gcn = 2 daN/m2

gtl= t 7850+gcm=5x10-4x1.2x7850+2 = 6,71 daN/m2

c) Trọng lượng bản thân của xà gồ là: gxg = 6,38 (daN/m)

d) Hoạt tải sửa mái: q2= pc.n.B= 30x1.3x1= 39 daN/m

pc= 30 (daN/m2) theo TCVN 2737:1995

e) Tổ hợp tải tác dụng lên xà gồ:

- Tổ hợp 1: hoạt tải + tĩnh tải.

đỡ giữa 2 xà gồ liên tiếp

Độ dốc mái i = 15%; nhịp L= 21 m  góc  = 8,6 ( sin = 0,15 ; cos = 0,989)

Với : c = 1 là hệ số điều kiện làm việc

- Kiểm tra điều kiện độ võng fx = = = 1,2 cm

Hệ sườn gồm có 2 dạng chủ yếu Hệ sườn tường cho vách che bằng tole sử dụng cácthanh thép có các tiết diện thông thường như : chữ C, chữ Z, chữ I, thép hộp Hệ sườntường đỡ tường bằng gạch xây thường dùng thép chữ I.

Vì nhà có bước khung không quá lớn B = 6 (m), dựa vào catalo sườn tường, chọn sườnTường tiết diện chữ C có số hiệu 6CS4x0.85 có các đặc trưng tiết diện hình học sau:

Trọng lượng bản thân sườn tường:

gst = 6,38 (kg/m).2.4.2 Tải trọng tác dụng lên sườn tường

Tải trọng tác dụng lên sườn tường gồm có: trọng lượng của tấm vách (tole), trọng lượng bản thân dầm sườn tường và tải trọng gió

Ta chọn khoảng cách giữa các dầm sườn tường a =1m thì khi đó ta cần bố trí:Đối với nhà: nst= 1+(9,3/1) = 10,3 => chọn 11 dầm sườn tường

2.4.2.1 Theo phương đứng: (theo phương trục x-x)

Dầm sườn tường chịu trọng lượng bản thân và trọng lượng tấm vách:

=gtc.a+gst=(0,0005×7850)×1+6,38=10,3 (kg/m)

= gtc.a.ng+gst.nst=(0,0005×7850)×1×1,2+6,38×1,1=11,7 (kg/m)Trong đó:nst = nxg = ng = 1,1

2.4.2.2 Theo phương ngang: (theo phương trục y-y)

Dầm sườn tường chịu tải trọng gió:

== Wo.k.c.a = 83x1,165x0,8x1 = 77,36 (kG/m)

== Wo.k.c.a.n = 83x1,165x0,8x1x1.2 = 92,83 (kG/m)Trong đó:

W0 = 83: áp lực gió vùng II-A (TP Cần Thơ)

K = 1,165 : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

c=Ce= 0,8: Hệ số khí động, chọn trường hợp nguy hiểm nhất đầu hồi đón gió

n = 1,2: Hệ số vượt tải

2.4.2.3 Tính toán

- Thanh dầm sườn tường được tính toán như một dầm đơn giản nhận cột làm gối đỡ

- Nội lực dầm sườn tường tính toán theo hai phương x-x; y-y:

MX=(.)/8=(11,7×62)/8= 52,65 (kg.m)

My=(.)/8=(92,83×62)/8= 417,74(kg.m)Với: lx = ly = B = 6 (m)

2.4.2.4 Kiểm tra tiết diện sườn tường

- Kiểm tra điều kiện bền

WX = 43,732(cm3);

WY = 17,42 (cm3);

 = + = + = 1257,5 (kG/cm2) < f γc=2100 (kG/cm2)Với : γc = 1 là hệ số điều kiện làm việc

=> Dầm sườn tường thỏa điều kiện bền

- Kiểm tra điều kiện độ võng

∆X = = x = 0,72 (cm)

∆y = = x = 1,9 (cm)

∆ == = 2 (cm)

= = 0,003 < [] = = 0,005

=> Dầm sườn tường thỏa điều kiện độ võng

Vậy chọn tiết diện sườn tường đã chọn đạt yêu cầu

CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

3.1 Tĩnh tải:

Độ dốc mái i = 15%  góc α = 8,6 (sinα = 0,15 ; cosα = 0.989)

Tải trọng bản thân: chương trình sap sẽ tự tính toán khi ta khai báo tiết diện cột và xà ngang, n = 1,05 (Dựa theo bảng 1 TCVN 2737-1995)

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang: bao gồm trọng lượng của các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, sườn tường, trọng lượng bản thân khung ngang, các thanh giằng cột và dầm cầu trục

Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang: Trọng lượng bản thân tấm lợp ( tole và lớp cách nhiệt ) và xà gồ mái được tính trên 1(m) dài như sau ( không kể đến trọng lượng bản thân xà ngang): gtlngB

qtl+xg = + nggxgB = + 1,1× 6,38 × 6 = 86,9 (daN/m)Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 100 (kG/m) Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

q = qtl+xg + 1,1 × g.xng = 86,9 + 1,1 × 100 = 196,9 (daN/m)Trọng lượng bản thân hệ sườn tường quy thành tải tập trung tại đỉnh cột biên (bao gồm

11 dầm và tole):

Qst = 1,1gtc.B.H + 1.1ndst.gdst.B = 1,1 × 6,71 × 6 × 9,3 + 1,1 × 11 × 6,38 × 6 = 875,05 daNTrọng lượng bản thân của thanh giằng cột và thanh giằng đầu cột quy thành tải tập trung tại đỉnh cột biên:

Qgc = 1,1 × 6,38 × 6 + 1,1 × 6,38 × 6 = 84,2 (daN)Tổng tải trọng tập trung tại đỉnh cột biên là:

Q = Qst + Qgc = 875,05 + 84,2 = 959,25 (daN)Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 100 (kG/m) Quy thành tải tập trung và môment lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:

Qdct = 1,05 × gdct × B = 1,05 × 100 × 6 = 630 (daN)

Mdct = 630 × ( L1 – 0,5h ) = 630 × (0,75 – 0,5 × 0,45) = 331 (daN.m)

3.2 Hoạt tải mái:

Theo TCVN 2737:1995, trị số của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái tole) là 30 (daN/m2), hệ số vượt tải là 1,3

Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang :

qht = = = 236,6 (kG/m)

3.3 Hoạt tải cầu trục:

Theo bảng số liệu cầu trục 10 (T) với chế độ làm việc trung bình:

(mm)

Bề rộngđáy KK

(mm)

T.lượng cầu trục

Áp lựcPmin(kN)

Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang xác

định như sau:

3.3.1 Áp lực đứng của cầu trục:

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của cầu trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định được các tung độ yi của đường ảnh hưởng, từ đó xác định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất cả bánh xe cầu trục lên cột:

Sơ đồ chất tải để xác định D max , D min

Dmax = nc.γp ∑Pmax .γi = 0,85 × 1,1 × 67,5 × 2,73 = 172,3 kN = 17230 daN

Dmin = nc.γp ∑Pmin.γi = 0,85 × 1,1 × 18,3 × 2,73 = 46,71 kN = 4671 daN

Với: Σyi = y1 + y2 + y3 + y4 = 1 + 0,52 + 0,845 + 0,362 = 2,73

Trong đó:

γp: hệ số vượt tải của họat tải cầu trục γp=1.1

nc: hệ số tổ hợp, lấy bằng 0.85 khi xét tải trọng do hai cầu trục làm việc ở chế độ làm việc nhẹ cho đến trung bình

Pmax: áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray

Pmin: áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ở phía cột bên kia

yi : tung độ đường ảnh hưởng

Các lực Dmax và Dmin sẽ thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là : e = a + L1 – 0,5h = 0 + 0,75 – 0,5 × 0,5 = 0,5 (m)

Với: +a là khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị, lấy a=0 (trục định vị trùng với mép ngoài của cột)

+L1: Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục, L1 = (750 1000) mm với sức trục dưới 30T, tùy thuộc bề rộng nhịp nhà

+h: chiều cao tiết diện của cột theo yêu cầu độ cứng, thường chọn trong khoảng 1/15 ÷ 1/20 chiều cao của cột (1/15 ÷ 1/20) × 9,3 = 6,2 ÷ 0,465

Trị số của momen lệch tâm tương ứng:

Mmax = Dmax.e = 17230 × 0,5 = 8615 daN.m = 8,615 T.m

Mmin = Dmin e= 4671 × 0,5 = 2335,5 daN.m = 2,336 T.m

3.3.2 Lực hãm của cầu trục:

Khi cầu trục hoạt động còn chịu lực quán tính phát sinh ra lực tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động do xe con hãm, qua các bánh xe cầu trục sẽ truyền lên dầm hãm vào cột bằng phản lực tựa như của dầm hãm

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục: To no

T1 = = = = 0,27 TLực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm (giả thiết cách vai cột 0.8 m):

3.4 Tải trọng gió:

Gồm hai thành phần: gió tác dụng lên cột và gió tác dụng trên mái

TP Cần Thơ thuộc khu vực II-A có áp lực gió tiêu chuẩn W0 = 83 (kG/m2), hệ số vượt tải

+ Chiều cao của đỉnh mái: 10,6 m

Hệ số độ cao và địa hình k tra theo bảng 5 TCVN 2737 1995:

+ Đối với đỉnh cột có cao trình h= 9,3 m => k = 1,165

+ Đối với mái có cao trình đỉnh h= 10,6m => k =1,1872

Phía đón gió:

Wcđ = n.W0.k.CeB = 1,2 × 0,83 × 1,165 × 0,8 × 6 = 5,57 kN/m = 557 daN/mPhía khuất gió:

Wck = nW0.k.CeB = 1,2 × 0,83 × 1,165 × 0,5 × 6 = 3,5 kN/m = 350 daN/m

3.4.2 Tải trọng gió tác động lên mái:

Phía đón gió:

Wmđ = n.W0.K.CeB = 1,2 × 0,83 × 1,1872 × 0,442 × 6 = 3,14 kN/m = 314 daN/m Phía khuất gió:

Wmk = n.W0.K.CeB = 1,2 × 0,83 × 1,1872 × 0,4 × 6 = 2,84 kN/m = 284 daN/m