Tải ĐỀ TÀI : THUYẾT MINH THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP – Download File Word, PDF

THIẾT KẾ KHUNG NGANG
NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT
TẦNG, MỘT NHỊP

NHÓM SV

A. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệu cho trước
như sau:

– Nh ịp khung ngang: L =18(m)

– Bước khung (bước cột): B = 6 (m)

– Chiều dài nhà: b = 102(m)

i =10%    5,17  (sin   0,099 ; cos  0,995)
– Độ dốc mái:

– Sức nâng cầu trục: Q = 12,5(Tấn), cần trục làm việc trung bình

– Cao trình đường ray: 9,7 (m)

– Phân vùng gió II.B (địa đ iểm xây dựng: Ngh ệ An) có:

áp lực gió W0  125daN / m 2  1,25kN / m 2

– Vật liệu thép CCT34 có :

f  210 N / mm 2  21kN / cm 2
* Cường độ tính toán:

f v  120 N / mm 2  12kN / cm 2
* Cường độ chịu cắt :

f em  320 N / mm 2  32kN / cm 2
* Cường độ chịu ép mặt:

E  2,1.10 5 N / mm 2  2,1.10 4 kN / cm 2
* Mođun đàn hồi:

Rb  8,5MPa  0,85kN / cm 2
– Bê tông móng : B15 có

Rbt  0, 75MPa  0, 075kN / cm2

– Lớp cách nhiệt:

Trọng Chiều Tải trọng
Tiết Ix Wx Iy Wy Diện tích
lượng d ày cho phép
(cm ) (cm3)
4
(cm4) (cm3) (cm 2)
diện
(kg/m) (mm) (KN)

200Z17 358,8 35,88 49,86 7 ,01 4,74 1 ,75 6,04 16,44
20
85 20

1.75
200

1.75
180

60

Xà gồ chữ Z(200Z17). Xà gồ chữ C(180ES20).

Trọng Chiều Diện
Ix Wx Iy Wy L
Tiết diện lượng dày tích
(cm4) (cm3) (cm 4) (cm3) (mm)
(cm2)
(kg/m) (mm)

180ES20 491,7 49,17 73,73 12,12 6,11 2,0 7,8 20

1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ:
Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt, tải trọng bản thân
xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái.
Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1,5 m

ptc ptt
n
(kG/m 2) (kG/m2)
TCXD 2737-1995
1 ,3 30 39

Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17:
a xg 1,5
q tc   g m  p tc 
tc
 g tc   6,59  10,08  30   4,74  75, 09 (kG/m).
m xg
cos 5,710
cos 
a xg 1,5
q tt   g tt  p tt   g tt   6,92  12,1  39   4,98  92, 44 (kG/m).
m m xg
cos 5,710
cos 
2. Kiểm tra lại xà gồ đã chọn:
Xà gồ dư ới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như cấu kiện chịu uốn
xiên.
Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với phương ngang
một góc  = 5,71o (Độ dốc i = 10%).
y
y
x
x
x
x q.sina
q.sina
y

y
q q.cos
a
a
q.cosa
q

a. Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”
Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y- y là

qy qx

3000 3000
6000

My

Mx
Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y- y:
41391 1033,9
 1301,1kG / cm 2   c f  2100kG / cm 2
 td  x   y  
35,88 7,01
*Kiểm tra theo đ iều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có
thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo ph ương vuông góc với mặt phẳng mái  y
  1
 5.10 3
Công thức kiểm tra :  
B  B  200
tc 4
5 74,72.10 2.600 4
5 q y .B
y  .  .  1, 67 cm
Ta có :
384 2,1.106.358,8
384 E.I x
 1, 67
 0,0028  2,8.10 3  5.103

B 600
Vậy xà gồ giữa 200Z17 đ ảm bảo đ iều kiện cường độ và điều kiện độ võng.

3000 3000
6000

My

Mx
Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y- y:
22455 561,38
 503kG / cm 2   c f  2100kG / cm 2
 td  x   y  
49,17 12,12
*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có
thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo ph ương vuông góc với mặt phẳng mái  y .

II. THIẾT KẾ KHUNG NGANG
1.Xác định các kích thước chính của khung ngang.
1.1. Các thông số.
– Cầu trục:
Sức Nhịp Ch.cao Khoảng Bề rộng Bề rộng T.lượng T.lư ợng Áp Áp
trục Lk(m) Gabarit cách gabarit đáy cầu trục xe con lực lực
Q Hk Zmin Bk Kk G Gxc Pmax Pmin
(T) (mm) (mm) (mm) (mm) (T) (T) (kN) (kN)

12,5 16,5 1090 180 3830 2900 6,54 0,803 78,3 16,9
– Ray cầu trục:
Loại ray sử dụng là KP -70 có các thông số kỹ thuật sau:

Kích thước (mm)
Khối lượng

120
28
Loại ray H B b
1m dài, kg
120
KP-70 52,83 120 120 70

Lấy chiều cao ray và lớp đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm).
– Dầm cầu trục:
Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta
200

chọn dầm tiết diện chữ I đ ịnh hình cao 50 cm
16

có các thông số như sau:
14
14
500

1.2. Theo phương thẳng đ ứng.
Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:
H 2  H K  b k  1, 09  0,3  1,39(m)

CAÙ KÍNH THÖÔÙ CHÍNH CUÛ KHUNG
C C A

 (g tc  g c.nh ) n.g tc    0, 0659  0,1008  12.0, 0474  2.0, 0611
tc
xg
 .6  1, 236  kN / m 
tc tôn
g    .B   
m
 cos  L cos5, 71 18
 
 (g tt  g c.nh ) n.g tt    0, 0692  0,121 12.0,0498  2.0, 0642 
tt
xg
 .6  1,389  kN / m 
tt tôn
g    .B   
m
 cos  L cos5, 71 18
 
– Tải trọng bản thân khung ngang : Chương trình Sap 2000 sẽ tự tính khi ta giả thiết tiết diện cột và
rường ngang .
– Tải trọng bản thân của tôn tường và xà gồ tường đặt tại các cao trình của xà gồ tường:
Với cột cao 11,1 m, nhưng do có 1,1m tường gạch tự mang ở dưới cùng không kể đ ến, chỉ tính đến
trọng lượng xà gồ tư ờng và tôn tường từ cốt +1,1m trở lên trên, tương ứng với chiều dài cột là 10m
, giả thiết dùng 6 xà gồ 200Z17 đặt cách nhau 2 m , trọng lượng quy thành lực phân tập trung đ ặt tại
đỉnh cột, còn gây ra mômen ngược chiều với mômen do tải trọng trong nhà gây ra nên không xét
đến .
G tuong  0, 0692.10.6  0, 0498.6.6  5,94  kN 
-Tĩnh tải dầm cầu trục:
Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đ ệm :Tải này tác dụng lên vai cột khi tính toán ta
đưa về tim cột d ưới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men.
Gtc = (gdct +g ).l = (1,5+ 0,5283 ).6 = 12,17kN
Gtt = 1,05 .Gtc = 1,05.12,17 = 12,78 kN
Mtc = Gtc .e = Gtc(L1-0,5h) = 12,17.0,5 = 6,09 kNm
Mtt = Gtt .e = Gtt(L1-0,5h) =12,78.0,5 = 6,39 kGm
2.2. Hoạt tải mái:
Tải trọng tạm thời do sử dụng trên mái được lấy theo TCVN 2737 -1995 đối với mái không người
qua lại, chỉ có hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là 0,3 kN/m 2.
Quy đ ổi thành lực phân bố đ ều trên xà ngang:
p tt  1,3.0,3.6  2,34  kN / m 
2.3.Ho ạt tải do cầu trục:
a. Áp lực đ ứng 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 hai cầu trục sát
nhau vào vị trí bất lợi nhất, xác định các tung độ yi của đường ảnh hưởng từ đó xác định được áp
lực lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột:

3830 100 3830

P P P P

CT-2 CT-1
0,345

0,517
0,828

1,00

2070 2900 1030 2900 3100
6000 6000

Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin :
Các áp lực D max ;D min truyền vào vai cột và lệch tâm so với trục cột (trục đ ịnh vị tâm cột) là
e  L1  0,5h  0,75  0,5.0,5  0,5m . Trị số momen lệch tâm tương ứng:
M max  D max .e  197, 67.0,5  98,84(kN.m)
M min  D min .e  42, 67.0,5  25, 602(kN.m)
b.Lực hãm ngang T:
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:
0,05(Q  G xc ) 0,05.(125  8,3)
T1tc    3,33 (kN)
n0 2
Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột vào cao trình vai cột.
T  n c . p . T1tc .y i  0,85.1,1.3,33.2,7  8,41 (kN)
Lực hãm đ ặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,64m ; cách đ ỉnh cột một
đoạn y = 11,1 – 9,7 = 1,4 m .
2.4.Tải trọng gió:
Theo TCVN 2737-1995, TP. Vinh thuộc phân vùng gió III-B, có áp lực gió tiêu chuẩn
W0  1, 25kN / m 2 , hệ số vư ợt tải 1,2.

Ứng với h / L  0,617 và   5,710 nội suy được: Ce1  0,58 ; Ce2  0, 423 ;
Ứng với b / L  102 /18  5,67  2 và lấy: h / L  0, 617  0,5 y : Ce3  0,523
Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định được hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao
và dạng địa hình. Nội suy ta có:
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m2 b ề mặt thẳng đứng của công trình là:
q =(n.Wo.k.c). 
Trong đó: Wo là áp lực ở độ cao 11,1m.
Để thuận tiện trong tính toán ta quy đổi thành tải trọng phân bố đ ều trên suốt chiều cao của cột
bằng cách nhân trị số q với  =1,04 ( vì 10m < H=11,1m < 15m)
– k là hệ số kể đ ến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình. k xác định
ở hai mức, mức đ ỉnh cột và mức đỉnh mái.
– Mức đ ỉnh cột ở cao trình 11,1 (m) có kc= 1,018 (nội suy).
– Mứ c đ ỉnh mái ở cao trình 11,1 + 9 tg5,710=12 m (m) có km= 1,032 (nội suy).
*Gió theo phương ngang nhà:
– Tải trọng gió tác dụng lên cột:
+ Phía đón gió: 1,2.1,25.1,018.0,8.6.1,04 = 7 ,62 (kN/m)
+ Phía khu ất gió: 1,2.1,25.1,018.0,523.6.1,04 = 4 ,98 (kN/m)
– Tải trọng gió tác dụng lên mái:
+ Phía đón gió: 1,2.1,25.1,032.0,58.6.1,04 = 5,6 (kN/m)
+ Phía khu ất gió:1,2.1,25.1,032.0,423.6.1,04 = 4,09 (kN/m)
*Gió theo phương dọc nhà:
– Tải trọng gió tác dụng lên cột: 1,2.1,25.1,018.0,523.6.1,04 = 4,98 (kN/m)
– Tải trọng gió tác dụng lên m ái: 1,2.1,25.1,032.0,7.6.1,04 = 6,77 (kN/m)

Do sức nâng của cầu trục là không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi.

Chiều dài tính toán trong m ặt phẳng khung của cột tiết diện không đổi xác đ ịnh theo công thức sau:
l x   .H

+ Xác định hệ số chiều dài tính toán  .

tỉ số độ cứng đơn vị giữa xà và cột:

I   Icot  I xa .H 11,1
n   xa : H   I .L  1. 18  0, 62
L   cot

(giả thiết momen quán tính của tiết diện xà và cột là như nhau)

Trường hợp cột liên kết ngàm với móng.

n  0,56
  1, 246
n  0,14

 lx  1, 246.11,1  13,83( m)

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung ( l y ) lấy bằng khoảng cách giữa các

điểm cố đ ịnh không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà ( dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang…).
giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +3.500, tức là khoảng cách từ
cột móng đến dầm hãm, nên l y  3,5m .

3.1.2 Xác định sơ bộ tiết diện.

Chiều cao tiết diện cột h được chọn sơ bộ theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:

 h  (1/ 15  1/ 20) H  (0,555  0, 74) m , chọn h=0,56 m.

Theo các điều kiện về cấu tạo và ổn đ ịnh cục bộ chọn được kích thước tiết diện cột như sau:

t w  (1 / 70  1 / 100).60  0,6cm  (0,6  0,85)cm , chọn t w  0,8cm .

b f  (0,3  0,5) h  (16,8  28)cm , chọn b f  20cm .

hw  h  2.t f  56  2.1  54cm

Vậy chọn sơ bộ tiết diện cột:

8
– Chiều dài bụng hw  54(cm)

200
– Chiều dày bụng t w  0,8(cm)

– Bề rộng cánh b f  20(cm)
10 10
560
– Bề dày cánh t f  1(cm)

Hình 3.1: Tiết diện cột

3.1.3 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện cột.

– A = 54 .0,8+2.20.1 = 83,2 ( cm 2 ).

 b f .t 3  h t f  2 
3
t w .hw
 2. 
f
  w   .b .t
Ix 
 12  2 2  f f 
12  
 

0 ,8.543  20.13 
2 4
 54 1 
 2.     .20.1  40751( cm )

 12  2 2  
12
 

3
3
t f .b f 54.0 ,83 1.203
hw .tw
 1335,6( cm 4 )
Iy   2.  2.

12 12 12 12
I x 40751.2
 1445,39(cm3 )
Wx  
h 56
2

t
h
hw h
.t w . w  b f .t f . w  f 
Sx 
2 4 2 2

54 54  54 1 
   841,6( cm 3 )
.0 ,8 .  20 .1 .

2 4 2 2


1335.6
40751
ix  I x / A   22.13( cm ) ; i y  I y / A   4.01( cm )
83.2 83.2

2100
 x   x . f / E  70,9  2,24
2 ,1  106

2100
 y   y . f / E  118,45   3,746
2 ,1  106

3.2. Xác định sơ bộ tiết diện xà ngang (xà dầm).

3.2.1.kích thước tiết diện

Vì nhịp khung là 18m nên ta chọn phương án chia xà ngang thành 2 đoạn. Dự kiến đoạn xà gần gối
dài 3m, có d ạng hình nêm, độ cứng đầu và cuối đo ạn là I1 và I 2 (giả thiết độ cứng của xà và cột tại
vị trí liên kết xà-cột là như nhau, tức I1 = I cot ). Đoạn còn lại tiết diện không đổi và có độ cứng là I 2 .

Giả thiết I1 / I 2 =2,8 , suy ra: I 2  I1 / 2,8  40751/ 2,8  14553,93(cm4 )

Chọn phương án thay đ ổi tiết diện bằng cách thay đổi chiều cao bản bụng, ta có:
2
 b f .t 3  h 
3
tf 
t w .hw 2 f
  14553,93(cm 4 )
w2
 2. 
I2    .b f .t f

 12  2 
12 2

 

 20.1  h 3 w 2 1  2 
0,8.h 3 w 2
 2   .20.1

19784,33 
 12  2 2 
12  
 

Giải phương trình bậc ba trên ta đ ược : hw 2  33, 6cm chọn hw 2 =34 cm

10

8

340
cét

10

Hình3.2: Cấu tạo khung

Hình3.3: Tiết diện đoạn xà

4. SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG.
4.1 Sơ đồ tính.
Sơ đồ tính là khung 1 2 .0 0
®o ¹n x µ 2 v ? t r ? t h a y ® æ i t i? t d iÖ n

900
phẳng có mái dốc (hình ®o ¹n x µ 1
1 1 .1 0
vẽ), liên kết ngàm với
2040
móng, liên kết cột với xà + 9 .0 6
và liên kết tại đỉnh xà là
cứng. Trục khung trùng
trục đ ịnh vị. Sử dụng phần
11100

m ền SAP2000 để tính
9060

toán, tiết diện và tải trọng
khai báo được tính toán sơ
bộ như bên.

+ 0 .0 0
6000 3000
3000 6000
18000

Hình 4.1: Sơ đồ tính khung ngang

Hình 4.1: S ơ đồ tính khung với tải trọng th ường xuyên ( tĩnh tải)
– Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái

Hình 4.2: Sơ đồ tính hoạt tải mái trái
Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

Hình 4.4: Sơ đồ tính hoạt tải cả mái
– Phương án 5 : Dmax trái

Hình 4.5: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng Dmax trái
– Phương án 6 : Dmax p hải

Hình 4.7: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái +
– Phương án 8 : T trái –

Hình 4.8: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái –
– Phương án 9 : T phải

Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải –
– Phương án 11 : Gió trái

Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà