Hướng dẫn đồ án môn học kết cấu thép – Lê Văn Tâm

Chương 1: Kích thước sơ bộ, tải trọng và nội lực khung ngang

1.1 Sơ đồ kết cấu, các kích thước cơ bản

1.2 Tải trọng và nội lực của khung ngang

Chương 2: Thiết kế kết cấu khung ngang

2.1 Thiết kế vì kèo thép

2.2 Thiết kế cột thép

2.3 Thiết kế các chi tiết liên kết

Chương 3: Hệ giằng, kết cấu đỡ cầu trục, các kết cấu thứ yếu

3.1 Hệ giằng trong nhà công nghiệp

Hệ giằng mái: hệ giằng cánh trên, hệ giằng cánh dưới

Hệ giằng cột

3.2 Kết cấu đỡ cầu trục

Dầm cầu trục

Vai cột

Cột đỡ cầu trục

3.3 Thiết kế kết cấu bao che

Kết cấu mái

Kết cấu vách

Tài liệu tham khảo

Password:

5t734Ht

Tải tính toán gstt (kN/m 2 ) Gạch Ceramic 10 20 0 1 0. Vữa lót 30 18 0 1 0. Sàn BTCT 90 25 2 1 2. Vữa trát 15 18 0 1 0. Thiết bị treo 0 1 0. Tổng cộng 3 - 5.

Bảng 3. Tĩnh tải sàn mái

Lớp cấu tạo Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng γi (kN/m 3 )

Tải tiêu chuẩn gstc (kN/m 2 )

Hệ số vượt tải

Tải tính toán gstt (kN/m 2 ) Gạch lá nem 30 18 0 1 0. Vữa lót 20 18 0 1 1. Gạch hộp chống nóng 250 15 3 1 4. Bê tông chống thấm 50 25 1 1 1. Sàn BTCT 120 25 2 1 3. Vữa trát 15 18 0 1 0. Thiết bị treo 0 1 0. Tổng cộng 9 - 10.

Tĩnh tải sàn tầng 1, 2, 3 phân bố hình thang có giá trị như sau:

g 1  g

L 1

 4

3.

 7 / m 2 2

Tĩnh tải sàn tầng mái phân bố hình thang có giá trị như sau:

gm  g

L 1

 10 

3.

 17 / m 2 2

s

m

Tĩnh tải tập trung tác dụng tại nút 3E tầng 1, 2, 3:

G 3 E  L b h  n  L b h  n  g S  0  3 0  0  25 1 4

3 3.



30 s t t t t t d d d d d s 2

Tĩnh tải tập trung tác dụng tại nút 3E tầng mái:

G 3 E  L b h  n  L b h  n  g S  0  3 0  0  25 110 

3 3.



65 m t t t t t d d d d d m 2

Tĩnh tải tập trung tác dụng tại nút 3D tầng 1, 2, 3:

G 3 D  L b h  n  L b h  n  g S s t t t t t d d d d d s 

3.

 0 3  0 18 1 3 0  0  25 1 4

3 3.



3.

1.



2 

2  4 2 2 

 

 48

Tĩnh tải tập trung tác dụng tại nút 3D tầng mái:

G 3 D  L b h  n  L b h  n  g S m t t t t t d d d d d m  0  3 0  0  25 110 

3 3.



3 1.



2 

 61  4 2 2    4. Hoạt tải Hoạt tải sửa chữa mái: pm = 0/m 2

Hoạt tải sàn tầng 1, 2, 3: ps = 2/m 2

Hoạt tải sàn tầng 1, 2, 3 phân bố hình thang có giá trị như sau:

p 1  p

L 1

 2 

3.

 3 / m 2 2

Hoạt tải sàn tầng mái phân bố hình thang có giá trị như sau:

pm  p

L 1

 0

3.

 1 / m 2 2

s

m

1. Tải gió

Công trình cao dưới 40m, nên chỉ tính toán thành phần tĩnh của gió

Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo TCVN 2737:

w  nW 0 kcB

n là hệ số vượt tải của gió lấy bằng 1.

W 0 là áp lực gió tiêu chuẩn, đối với vùng III có giá trị 125 daN/m 2

k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

B là bước cột, bằng 3

c là hệ số khi động, xác định như sau:

Hình 3. Hệ số khi động theo sơ đồ 2 TCVN 2737:

Tra theo sơ đồ 2 trong TCVN 2737:1995, kết hợp nội suy tính được các giá trị ce như sau: h 1 

CHƯƠNG 3. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG...................................................................

• 1. TĨNH TẢI...................................................................................................................................................
  • 3.1. Tải trọng lớp hoàn thiện mái, tải trọng bản thân tấm tole, xà gồ và giằng ...................................
  • 3.1. Tải trọng lớp hoàn thiện biên tường .................................................................................................
  • 3.1. Tải trọng bản thân dầm cầu trục ......................................................................................................
  • 3.1. Tải trọng cửa mái ...............................................................................................................................
• 1. HOẠT TẢI .................................................................................................................................................
  • 3.2. Hoạt tải mái.........................................................................................................................................
  • 3.2. Hoạt tải cầu trục .................................................................................................................................
• 1. TẢI TRỌNG GIÓ .....................................................................................................................................
• CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẰNG PHẦN MỀM SAP2000.................................
• 1. KHAI BÁO TIẾT DIỆN ...........................................................................................................................
• 1. KHAI BÁO TẢI TRỌNG .........................................................................................................................
  • 4.2. Tĩnh tải ................................................................................................................................................
  • 4.2. Hoạt tải sửa chữa mái ........................................................................................................................
  • 4.2. Hoạt tải cầu trục .................................................................................................................................
  • 4.2. Hoạt tải gió ..........................................................................................................................................
  • 7.1. Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung....................................................................................
  • 7.1. Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung....................................................................................
• 1. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT TRÊN ......................................................................................................
  • 7.2. Nội lực thiết kế ....................................................................................................................................
  • 7.2. Thiết kế tiết diện .................................................................................................................................
  • 7.2 Đặc trưng hình học ..............................................................................................................................
  • 7.2. Kiểm tra bằng cặp nội lực thiết kế ....................................................................................................
  • 7.2. Kiểm tra bằng cặp nội lực (2) Nmax, Mtu ...........................................................................................
• 1. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT DƯỚI (RỖNG) .......................................................................................
  • 7.3. Nội lực thiết kế ....................................................................................................................................
  • 7.3. Chọn tiết diện nhánh ..........................................................................................................................
  • 7.3. Xác định hệ thanh bụng .....................................................................................................................
  • 7.3. Kiểm tra ổn định tổng thể toàn cột theo trục ảo x-x .......................................................................
  • 7.3. Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột ..........................................................................................
• 1. THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT .....................................................................................................................
  • 7.4. Nối phần cột trên với phần cột dưới: ................................................................................................
  • 7.4. Chân cột và liên kết cột với móng ...................................................................................................
• CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO ..........................................................................................................
• 1. SƠ ĐỒ VÀ KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DÀN...................................................................................
• 1. TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DÀN ..........................................................................
  • 8.2. Tải trọng tác dụng lên dàn...............................................................................................................
  • 8.2. Nội lực tác dụng lên dàn ..................................................................................................................
• 1. XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN CÁC THANH DÀN ......................................................................................
  • 8.3. Chiều dài tính toán các thanh..........................................................................................................
  • 8.3. Cấu tạo thanh dàn và nút dàn .........................................................................................................
  • 8.3. Tiết diện thanh cánh dưới................................................................................................................
  • 8.3. Tiết diện thanh cánh trên ................................................................................................................
  • 8.3. Thanh bụng xiên ...............................................................................................................................
  • 8.3. Thanh bụng đứng .............................................................................................................................
  • 8.3. Thanh bụng phân nhỏ ......................................................................................................................
  • 8.3. Thanh cửa mái ..................................................................................................................................
• 1. TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CỦA DÀN ............................................................................................
• 8.4. Yêu cầu chung...................................................................................................................................
• 8.4. Nút không có nối thanh cánh...........................................................................................................
• 8.4. Nút có nối thanh cánh ......................................................................................................................
• 8.4. Nút nối dàn ở công trường...............................................................................................................
• 8.4. Nút liên kết dàn với cột ....................................................................................................................

o Phương pháp hàn tay.

• Dùng Bulong cấp độ bền 5 tra bảng 9 trong TCVN 4575 – 2012 ta được số liệu sau:

Trạng thái làm việc Ký hiệu Cấp độ bền

Cường độ tính toán

(MPa)

Cắt fvb

200

Kéo ftb 200

8.4. Nút liên kết dàn với cột ....................................................................................................................

• Liên kết chân cột với móng BTCT: Liên kết ngàm trong mặt phẳng khung ngang
• Độ dốc i = 10% → Góc ngiêng α = 5.

0

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

2. KÍCH THƯỚC CẦU TRỤC PHÙ HỢP

Từ số liệu thiết kế nhà L = 30 (m); sức nâng cầu trục Q = 75/20 T (nhà có 2 cầu trục, làm việc

ở chế độ trung bình), ta có nhịp cầu trục:

𝐿𝑘 = 𝐿 − 2𝜆 = 30 − 2 × 0 = 28(𝑚)

Với λ: Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị của cột, ta chọn sơ bộ λ = 0 (m) (Sức trục ≤

75 T)

Tra phụ lục VI- bảng VI- trang 138 sách “Thiết kế kết cấu nhà công nghiệp” của Đoàn Định

Kiến, ta được thông số cầu trục như sau:

Sức lực

Nhịp

Lk

Kích thước gabarit chính

Loại

ray

Áp lực

bánh xe

lên ray

Trọng

lượng Nhịp

Lk

Móc

chính

Móc

phụ

H B 1 F Lt T J B P 1 P 2

Xe

con

Cầu

trục

T m T T m

75 20 28 4000 400 250 4400 4430 4400 8990

KP-

100

38 39 34 135 28.

ℎ = ( 1

10

÷ 1

8

) × 𝐵 = ( 1

10

÷ 1

8

) × 6000 = (600 ÷ 750)

 Chọn hdcc = 750 (mm)

• Chiều cao từ mặt ray đến mép dưới dàn:

𝐻 2 = (𝐻𝑐 + 100) + 𝑓 = (4000 + 100) + 300 = 4500 (𝑚𝑚)

Trong đó:

• Hc : Kích thước gabarit của cầu trục, từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con cầu trục;

Hc = 4000 (mm)

• f: khe hở phụ, xét độ võng của kết cấu, việc bố trí thanh giằng; f = 300 (mm)
• Chiều cao của xưởng, từ nền nhà đến đáy vì kèo:

H = H 1 + H 2 = 12000 + 4500 = 16500 (mm)

• Chiều cao cột dưới (từ nền nhà tới đáy dầm cầu chạy):

𝐻𝑐𝑑 = 𝐻𝑟 − ℎ𝑑𝑐𝑐 − ℎ𝑟𝑎𝑦 + ℎ𝑚 = 12000 − 750 − 200 + 600 = 11650 (𝑚𝑚)

Trong đó:

• Hr: Cao trình đỉnh ray; Hr = 12 (m)
• hray: Chiều cao tổng cộng của ray và đệm; hray = 200 (mm)
• hm: Chiều sâu chôn móng; hm = 0 (m)
• Chiều cao cột trên (từ đáy dầm cầu chạy tới mép dưới dàn vì kèo):

𝐻𝑐𝑡 = 𝐻 2 + ℎ𝑟𝑎𝑦 + ℎ𝑑𝑐𝑐 = 4500 + 200 + 750 = 5450 (𝑚𝑚)

2. KÍCH THƯỚC CỦA PHƯƠNG NGANG

• Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột:

a = 250 mm (áp dụng cho nhà có cầu trục với Q ≤ 75T)

• Chọn sơ bộ chiều cao dàn:

ℎ𝑑𝑎𝑛 = ( 1

15

÷ 1

10

) × 𝐿 = ( 1

15

÷ 1

10

) × 30000 = (2000 ÷ 3000) (𝑚𝑚)

 Chọn hdàn = 1,5 (m)

• Sơ bộ tiết diện cột trên (chọn cột đặc):

ℎ𝑡 = ( 1

12

÷ 1

10

) × 𝐻𝑐𝑡 = ( 1

12

÷ 1

10

) × 5450 = (454 ÷ 545)

 Chọn ht = 500 (mm)

• Bề rộng bản cánh tiết diện cột:

𝑏𝑓 = (

2

÷ 1

5

) × ℎ = (

2

÷ 1

5

) × 500 = (100 ÷ 250)

 Chọn bf = 250 (mm)

• Chiều dày bản bụng:

𝑡𝑓 = ( 1

30

÷ 1

32

) × 𝑏 = ( 1

30

÷ 1

32

) × 250 = (7,8 ÷ 8,3)

 Chọn tf = 8 (mm)

• Chiều dày bản cánh:

𝑡𝑤 ≥ 𝑏√𝑓

𝐸

\= 250√

230

2 × 10 5

\= 8 (𝑚𝑚)

 Chọn tw = 12 (mm)

 Vậy tiết diện cột trên đã sơ bộ là I500x250x8x

• Để cầu trục làm việc an toàn theo phương dọc nhà, khoảng cách λ từ trục ray đến trục định vị

phải thoản mãn điều kiện (khoảng cách từ tim ray đến trục định vị):

2. BỐ TRÍ 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..ống 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.

2.3. Hệ giằng mái

2.3.1. Hệ giằng cánh trên

• Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và

các thanh chống dọc nhà. Tác dụng chính của chúng là bảo đảm ổn định cho cánh trên chịu nén

của dàn, tạo những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn

• Thanh giằng chữ thập được bố trí ở 2 đầu nhà và khoảng giữa nhà. Khoảng cách giữa chúng

không quá 50 – 60 m

• Thanh chống dọc nhà dùng để cố định những nút quan trọng của nhà. Thường khoảng 6m bố

trí 1 thanh

• Hệ giằng cột bố trí thành 2 khối : giằng cột trên và giằng cột dưới. Các thanh giằng cột trên

được bố trí ở trục cột, các thanh giằng cột dưới bố trí ở nhánh cột

• Ngoài ra, ở đầu hồi và đầu khối nhiệt độ còn bố trí giằng cột trên để nhận lực gió đầu hồi và

lực hãm dọc của cầu trục, các lực này truyền xuống móng qua hệ giằng cột dưới

• Khi nhà dài hơn 120m, để đảm bảo độ cứng dọc dùng 2 hệ giằng đối xứng qua trục nhà
• Khi bố trí hệ giằng cột cần chú ý : khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng gần nhất khoảng 75m,

khoảng cách 2 hệ giằng khoảng 50m

• Khi bước cột không quá 12m, hệ giằng cấu tạo chữ thập là đơn giản nhất. Góc nghiêng hợp lý

giữa thanh giằng với phương ngang là 35 ÷ 55

CHƯƠNG 3. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG...................................................................

3. TĨNH TẢI...................................................................................................................................................

• Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các tải trọng hoàn thiện, bao che. Trọng lượng

bản thân kết cấu sẽ được phần mềm tự động tính toán khi ta giải nội lực. Hệ số vượt tải là 1.

• Độ dốc mái i = 10% (α=5 0 )

3.1. Tải trọng lớp hoàn thiện mái, tải trọng bản thân tấm tole, xà gồ và giằng

• Tải trọng do mái tole, xà gồ mái: 𝑔𝑚𝑡𝑐 = 0(𝑘𝑁 𝑚⁄ 2 ) ; hệ số vượt tải n = 1.

𝐵𝑎𝑜 𝑔ồ𝑚: { 𝑔

𝑡𝑜𝑙𝑒,𝑥à 𝑔ồ

𝑡𝑐 = 0,15(𝑘𝑁 𝑚

⁄ 2 )

𝑔𝑔𝑖ằ𝑛𝑔

𝑡𝑐 = 0,05 (𝑘𝑁 𝑚

2 ⁄ )

• Tải trọng tính toán:

𝑔𝑚𝑡𝑡 = 𝑛 × 𝑔𝑚𝑡𝑡 = 1 × 0 = 0(𝑘𝑁 𝑚⁄ 2 )

• Tải trọng tính toán quy về tải trọng phân bố đều trên diện tích mặt bằng:

𝑔

𝑡𝑐 =

𝑔𝑚𝑡𝑐

cos 5 0

\=

0.

cos 5 0

\= 0 (𝑘𝑁 𝑚

2 ⁄ )

𝑔

𝑡𝑡 =

𝑔𝑚𝑡𝑡

cos 5 0

\=

0.

cos 5 0

\= 0 (𝑘𝑁 𝑚

2 ⁄ )

• Tải trọng phân bố đều tác dụng lên khung ngang:

𝐺𝑚𝑡𝑐 = 𝑔𝑡𝑐 × 𝐵 = 0 × 6 = 1(𝑘𝑁 𝑚⁄ )

𝐺𝑚

𝑡𝑡 = 𝑔

𝑡𝑡 × 𝐵 = 0 × 6 = 1(𝑘𝑁 𝑚⁄ )

• Quy tải mái về tải tập trung tại các nút xà gồ:
• Ta có mỗi bước xà gồ là 1 (m)
• Tại các nút xà gồ giữa:

𝐺 1

𝑡𝑡 = 𝐺𝑚𝑡𝑐 × 1 = 1 × 1 = 1(𝑘𝑁)

• Tại các nút xà gồ biên:

𝐺 2

𝑡𝑡 = 𝐺𝑚

𝑡𝑐 × 1 = 1 × 1. 2

\= 1(𝑘𝑁)

3.1. Tải trọng lớp hoàn thiện biên tường

8. TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DÀN ..........................................................................

• Tải trọng tiêu chuẩn: 𝑔𝑡

𝑡𝑐 = 0 (𝑘𝑁 𝑚

2 ⁄ )

• Tải trọng tính toán: 𝑔𝑡

𝑡𝑡 = 𝑛 × 𝑔𝑡

𝑡𝑐 = 1 × 0 = 0 (𝑘𝑁 𝑚

⁄ 2 )

• Quy về lực phân bố dọc trục:
• Tải trọng tiêu chuẩn: 𝑝

𝑡𝑐 = 30 (𝑑𝑎𝑁 𝑚

⁄ 2 ) = 0(𝑘𝑁 𝑚⁄ 2 )

• Tải trọng tính toán: 𝑝𝑡𝑡 = 𝑛𝑝 × 𝑝𝑡𝑐 = 1 × 0 = 0(𝑘𝑁 𝑚⁄ 2 )
• Tải trọng trên 1 m dài khung:

𝑝

𝑡𝑡′ = 𝑝

𝑡𝑡 × 𝐵 = 0 × 6 = 2(𝑘𝑁 𝑚⁄ )

• Quy về tải tập trung tại nút xà gồ:
• Nút xà gồ biên: 𝑃 1 = 𝑝

𝑡𝑡′ ×

2 cos 𝛼

\= 2 ×

2×0.

\= 1 (𝑘𝑁)

• Nút xà gồ giữa dàn: 𝑃 2 = 𝑝𝑡𝑡

′ ×

cos 𝛼

\= 2 ×

\= 3 (𝑘𝑁)

3.2. Hoạt tải cầu trục

Sức lực

Nhịp

Lk

Kích thước gabarit chính

Loại

ray

Áp lực

bánh xe

lên ray

Trọng

lượng Nhịp

Lk

Móc

chính

Móc

phụ

H B 1 F Lt T J B P 1 P 2

Xe

con

Cầu

trục

T m T T m

75 20 28 4000 400 250 4400 4430 4400 8990

KP-

100

38 39 34 135 28.

1. Áp lực đứng của cầu trục

Áp lực đứng Dmax, Dmin của cầu trục truyền qua dầm cầu trục thảnh tải trọng tập trung đặt tại

vai cột. Tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của nhiều nhất hai cầu

trục hoạt động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó. Trị số của Dmax, Dmin có

thể xác định bằng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa dầm cầu trục khi bánh xe dầm cầu

trục di chuyển đến vị trí bất lợi nhất. Ta xét trường hợp hai cầu trục tiến đến sát nhau:

• Áp lực đứng tiêu chuẩn của cầu trục truyền lên vai cột được xác định theo công thức:

𝐷𝑚𝑎𝑥 = 𝑛 × 𝑛𝑐 (∑ 𝑃 1

𝑚𝑎𝑥 𝑦𝑖 + ∑ 𝑃 2

𝑚𝑎𝑥 𝑦𝑖 )

𝐷𝑚𝑖𝑛 = 𝑛 × 𝑛𝑐 (∑ 𝑃 1

𝑚𝑖𝑛 𝑦𝑖 + ∑ 𝑃 2

𝑚𝑖𝑛 𝑦𝑖 )

Trong đó:

• n là hệ số vượt tải của cầu trục, n = 1.
• nc là hệ số tổ hợp, lấy bằng 0 khi xét tải trọng do 2 cầu trục chế độ làm việc nhẹ,

trung bình

• Pmax, Pmin là áp lực lớn nhất và nhỏ nhất tiêu chuẩn của 1 bánh xe của cầu trục

Với:

𝑃 1

𝑚𝑖𝑛 = 𝑄 + 𝐺

𝑡𝑟ụ𝑐

𝑛 0

− 𝑃 1

𝑚𝑎𝑥 = 750 + 1350 4

− 380 = 145(𝑘𝑁)