Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp: Thiết kế khung

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

1. Theo phương đứng

2. Theo phương ngang

3. Hệ giằng cột

4. Tải trọng tác dụng

5. Nội lực tác dụng lên xà gồ

6. Kiểm tra tiết diện xà gồ mái

7. Thiết kế thanh giằng xà gồ mái

8. Xà gồ tường

9. Tải trọng tác dụng

10. Nội lực xà gồ

11. Kiểm tra tiết diện xà gồ tường

12. Thiết kế thanh giằng xà gồ tường

13. Tĩnh tải tường truyền về cột

14. Trọng lượng bản thân dầm cầu trục truyền về cột

15. Tải trọng gió

16. Hoạt tải cầu trục

17. Số liệu cầu trục

18. Áp lực đứng của cần trục

19. Lực hãm ngang của cần trục

20. Xác định kích thước khung ngang

21. Kích thước khung

22. Sơ bộ các tiết diện khung

5. Các tổ hợp nội lực

6. Biểu đồ bao nội lực

7. Biểu đồ bao moment

8. Biểu đồ bao lực dọc

9. Biểu đồ bao lực cắt

10. Kiểm tra điều kiện chuyển vị

11. Kiểm tra độ võng tại đỉnh công trình

12. Kiểm tra chuyển vị ngang tại đỉnh cột

13. Tổ hợp nội lực xuất từ Sap

14. Thiết kế tiết diện cột

15. Thiết kế tiết diện cột

16. Thiết kế tiết diện xà ngang

17. Đoạn xà 5m có tiết diện thay đổi

18. 3 m có tiết diện không đổi

19. Chi tiết vai cột

20. Tính toán bản đế

21. Tính toán dầm đế

22. Tính toán sườn A

23. Tính toán sườn B

24. Tính toán bu lông neo

25. Tính toán các đường hàn liên kết cột vào bản đế

26. Liên kết cột và xà ngang

27. Tính bu lông liên kết cột xà

28. Tính toán mặt bích cột với xà

29. Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột và xà ngang với mặt bích

30. Mối nối đỉnh xà

31. Tính bu lông liên kết xà với xà

32. Tính toán mặt bích xà ngang

33. Tính toán đường hàn liên kết tiết diện xà ngang với mặt bích

34. Mối nối ở nhịp

35. Liên kết bản cánh và bản bụng cột và xà

TÀI LIỆU THAM KHẢO

HÌNH ẢNH

1.1. Hình 1-1 Các kích thước chính của khung ngang

1.2. Hình 2-1 Hệ giằng mái và giằng cột

1.3. Hình 3-1 Sơ đồ khi có thanh giằng xà gồ mái

1.4. Hình 3-2 Sơ đồ khi có thanh giằng xà gồ tường

1.5. Hình 4-1 Tĩnh tải

1.6. Hình 4-2 Hoạt tải mái trái

1.7. Hình 4-3 Hoạt tải mái phải

1.8. Hình 4-4 Hoạt tải cả mái

1.9. Hình 4-5 Tải trọng gió trái

1.10. Hình 4-6 Tải trọng gió phải

1.11. Hình 4-7 Đường ảnh hưởng để xác định Dmax , Dmin

1.12. Hình 4-8 Áp lực đứng của cầu trục

1.13. Hình 4-9 Áp lực ngang của cầu trục

1.14. Hình 5-1 Biểu đồ bao moment

1.15. Hình 5-2 Biểu đồ bao lực dọc

1.16. Hình 5-3 Biểu đồ bao lực cắt

1.17. Hình 5-4 Chuyển vị tại đỉnh công trình

1.18. Hình 5-5 Chuyển vị ngang tại đỉnh cột

1.19. Hình 7-1 Chi tiết vai cột

1.20. Hình 7-2 Kích thước bản đế

1.21. Hình 7-3 Cấu tạo chân cột

1.22. Hình 7-4 Cấu tạo liêt kết cột xà

1.23. Hình 7-5 Cấu tạo mối nối đỉnh xà

ĐỀ BÀI

1. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

1.1. Theo phương đứng

8. Theo phương ngang

2. THIẾT KẾ HỆ GIẰNG

2.1. Hệ giằng mái

2.2. Hệ giằng cột

3. THIẾT KẾ XÀ GỒ

3.1. Xà gồ mái

3.4. Tải trọng tác dụng

3.5. Nội lực tác dụng lên xà gồ

3.6. Kiểm tra tiết diện xà gồ mái

3.7. Thiết kế thanh giằng xà gồ mái

3.8. Xà gồ tường

3.8.1. Tải trọng tác dụng

3.8.2. Nội lực xà gồ

3.8.3. Kiểm tra tiết diện xà gồ tường

3.8.4. Thiết kế thanh giằng xà gồ tường

4. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

4.1. Tĩnh tải mái

4.2. Tĩnh tải tường truyền về cột

4.3. Trọng lượng bản thân dầm cầu trục truyền về cột

4.4. Hoạt tải

4.5. Tải trọng gió

4.6. Hoạt tải cầu trục

4.6.1. Số liệu cầu trục

4.6.2. Áp lực đứng của cần trục

4.6.3. Lực hãm ngang của cần trục

5. MÔ HÌNH VÀ XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

5.1. Xác định kích thước khung ngang

5.2. Kích thước khung

5.3. Sơ bộ các tiết diện khung

5.5. Sơ đồ tính

5.6. Các tổ hợp nội lực

5.7. Biểu đồ bao nội lực

5.8. Biểu đồ bao moment

5.9. Biểu đồ bao lực dọc

5.10. Biểu đồ bao lực cắt

5.11. Kiểm tra điều kiện chuyển vị

5.12. Kiểm tra độ võng tại đỉnh công trình

5.13. Kiểm tra chuyển vị ngang tại đỉnh cột

5.14. Tổ hợp nội lực xuất từ Sap

6. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN

6.1. Thiết kế tiết diện cột

6.1.1. Xác định chiều dài tính toán

I. Tổng Quan về Đồ Án Kết Cấu Thép 1851160022 phamtanhieu

Đồ án kết cấu thép, mã số sinh viên 1851160022, do sinh viên Phạm Tân Hiệu thực hiện, là một bài tập lớn quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng. Đồ án này tập trung vào thiết kế khung thép chịu lực cho nhà công nghiệp một tầng, một nhịp. Mục tiêu chính là trang bị cho sinh viên kiến thức và kỹ năng cần thiết để thiết kế, tính toán và phân tích kết cấu thép, một phần không thể thiếu trong xây dựng công nghiệp hiện đại. Đồ án bao gồm nhiều công đoạn, từ xác định kích thước khung, thiết kế hệ giằng, thiết kế xà gồ (mái và tường), xác định tải trọng tác dụng lên khung, mô hình và xác định nội lực khung ngang, thiết kế tiết diện cấu kiện (cột, xà ngang), đến thiết kế các chi tiết (vai cột, bản đế, dầm đế, sườn tăng cường) và liên kết (cột và xà ngang, mối nối đỉnh xà). Các tài liệu học tập được sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án bao gồm tiêu chuẩn Việt Nam, sách chuyên khảo về kết cấu thép, và phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng như SAP2000. Đồ án kết cấu thép này có vai trò quan trọng trong việc giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý làm việc của kết cấu thép, nắm vững phương pháp tính toán thiết kế, và áp dụng kiến thức vào thực tế.

1.1. Mục tiêu và phạm vi của đồ án môn học kết cấu thép

Đồ án kết cấu thép nhằm mục tiêu cung cấp cho sinh viên kiến thức sâu rộng về thiết kế kết cấu thép trong xây dựng công nghiệp. Phạm vi của đồ án bao gồm thiết kế khung thép chịu lực cho nhà công nghiệp một tầng, một nhịp. Sinh viên sẽ phải thực hiện các bước như xác định kích thước khung, thiết kế hệ giằng, thiết kế xà gồ, xác định tải trọng, mô hình và phân tích nội lực khung, thiết kế tiết diện cấu kiện và chi tiết, cũng như thiết kế các liên kết. Quá trình này đòi hỏi sinh viên áp dụng các kiến thức về sức bền vật liệu, kết cấu thép, tiêu chuẩn thiết kế và sử dụng phần mềm tính toán kết cấu. Bài tập lớn này là cơ hội để sinh viên làm quen với quy trình thiết kế thực tế và phát triển tư duy kỹ thuật.

1.2. Vai trò của đồ án kết cấu thép trong chương trình DAKCT

Trong chương trình DAKCT (Đồ án Kết Cấu Thép), đồ án này đóng vai trò then chốt. Nó là sự tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực hành đã được học trong các môn học trước đó. Thông qua việc thực hiện đồ án, sinh viên có cơ hội áp dụng kiến thức vào giải quyết một bài toán thiết kế cụ thể, từ đó củng cố và mở rộng kiến thức. Bài thuyết minh đồ án cũng là một phần quan trọng, giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng trình bày, bảo vệ ý kiến và trả lời các câu hỏi phản biện từ giảng viên. Đồ án kết cấu thép là bước chuẩn bị quan trọng cho sinh viên trước khi tham gia vào thực tế công việc.

II. Thách Thức Thiết Kế Khung Thép Nhà Công Nghiệp phamtanhieu

Thiết kế khung thép cho nhà công nghiệp một tầng, một nhịp đặt ra nhiều thách thức cho sinh viên. Việc lựa chọn kích thước khung, thiết kế hệ giằng, xà gồ, xác định tải trọng và mô hình phân tích nội lực đòi hỏi kiến thức chuyên môn vững chắc. Các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, tải trọng gió, tải trọng cầu trục cần được áp dụng một cách chính xác. Sử dụng phần mềm tính toán kết cấu như SAP2000 đòi hỏi kỹ năng sử dụng thành thạo và khả năng kiểm tra kết quả. Thiết kế các chi tiết như vai cột, bản đế, dầm đế, sườn tăng cường và các liên kết đòi hỏi sự tỉ mỉ và am hiểu về cấu tạo. Thêm vào đó, sinh viên cần phải tối ưu hóa thiết kế để đảm bảo an toàn, kinh tế và khả thi thi công. Những yêu cầu này đòi hỏi sinh viên phải nỗ lực học tập, nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để hoàn thành đồ án một cách xuất sắc. Phamtanhieu đã đối mặt với những thách thức này và cố gắng đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu.

2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên khung thép theo TCVN

Việc xác định chính xác tải trọng tác dụng lên khung thép là bước quan trọng trong quá trình thiết kế. Các loại tải trọng cần xem xét bao gồm tĩnh tải (trọng lượng bản thân kết cấu, vật liệu xây dựng), hoạt tải (tải trọng sử dụng, tải trọng thi công), tải trọng gió, tải trọng cầu trục (nếu có). Việc xác định tải trọng phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) hiện hành. Các tiêu chuẩn này quy định giá trị tiêu chuẩn của tải trọng, hệ số vượt tải và phương pháp tổ hợp tải trọng. Bài giảng và tài liệu học tập về tải trọng và tác động sẽ rất hữu ích trong giai đoạn này. Việc áp dụng đúng các tiêu chuẩn giúp đảm bảo an toàn và độ tin cậy của kết cấu.

2.2. Vấn đề ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của cấu kiện thép

Ổn định là một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét khi thiết kế kết cấu thép. Cấu kiện thép có thể bị mất ổn định tổng thể (mất ổn định toàn bộ cấu kiện) hoặc ổn định cục bộ (mất ổn định một phần cấu kiện). Để đảm bảo ổn định, cần kiểm tra độ mảnh của cấu kiện, sử dụng các công thức và biểu đồ trong tiêu chuẩn thiết kế. Cần xem xét các biện pháp tăng cường ổn định như bố trí giằng, sử dụng tiết diện hợp lý, và tăng cường liên kết. Hiểu rõ về các nguyên tắc ổn định giúp thiết kế kết cấu thép an toàn và hiệu quả. Tiểu luận và báo cáo thực tập thường đề cập đến vấn đề ổn định trong kết cấu thép.

III. Phương Pháp Tính Toán Nội Lực Khung Thép bằng SAP2000

Để tính toán nội lực khung thép, sinh viên sử dụng phần mềm SAP2000, một công cụ mạnh mẽ và phổ biến trong ngành xây dựng. Quy trình tính toán bao gồm các bước: tạo mô hình khung, khai báo vật liệu và tiết diện, gán tải trọng, thiết lập các tổ hợp tải trọng, và chạy phân tích. SAP2000 cung cấp kết quả về nội lực (moment, lực cắt, lực dọc) tại các vị trí khác nhau trên khung. Sinh viên cần kiểm tra và đánh giá kết quả để đảm bảo tính chính xác và hợp lý. Việc sử dụng SAP2000 đòi hỏi kỹ năng sử dụng phần mềm thành thạo và kiến thức về lý thuyết kết cấu.

3.1. Tạo mô hình khung thép 2D trong SAP2000 chi tiết

Bước đầu tiên trong quá trình tính toán nội lực là tạo mô hình khung thép 2D trong SAP2000. Việc này đòi hỏi sinh viên phải xác định chính xác kích thước khung, vị trí các liên kết, và các điều kiện biên. Mô hình cần được xây dựng một cách chi tiết và chính xác để đảm bảo kết quả phân tích tin cậy. Dự án môn học có thể yêu cầu sinh viên xây dựng mô hình kết cấu phức tạp hơn. Cần chú ý đến việc đơn giản hóa mô hình một cách hợp lý mà vẫn đảm bảo độ chính xác.

3.2. Gán tải trọng và tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn trong SAP2000

Sau khi tạo mô hình, cần gán các loại tải trọng đã xác định lên khung thép. Việc gán tải trọng cần tuân thủ theo các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) hiện hành. Tiếp theo, cần thiết lập các tổ hợp tải trọng để xem xét các trường hợp tải trọng bất lợi nhất. SAP2000 cung cấp các công cụ để tạo và quản lý các tổ hợp tải trọng một cách dễ dàng. Cần kiểm tra kỹ lưỡng việc gán tải trọng và thiết lập tổ hợp tải trọng để tránh sai sót.

IV. Thiết Kế Tiết Diện Cột và Xà Ngang cho Khung Thép

Sau khi có kết quả nội lực, sinh viên tiến hành thiết kế tiết diện cột và xà ngang. Việc thiết kế tiết diện cần đảm bảo cấu kiện chịu được nội lực tác dụng, đồng thời thỏa mãn các yêu cầu về ổn định và độ võng. Cần lựa chọn vật liệu thép phù hợp và kiểm tra các điều kiện bền, ổn định và độ võng theo tiêu chuẩn thiết kế. Việc thiết kế tiết diện cần tối ưu hóa để đảm bảo an toàn, kinh tế và khả thi thi công.

4.1. Lựa chọn và kiểm tra tiết diện cột thép hình chữ I

Cột thép thường được thiết kế với tiết diện hình chữ I vì khả năng chịu lực tốt. Việc lựa chọn tiết diện cần dựa trên nội lực tác dụng và các yêu cầu về ổn định. Cần kiểm tra các điều kiện bền, ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của tiết diện theo tiêu chuẩn thiết kế. Có thể sử dụng các bảng tra hoặc phần mềm tính toán để hỗ trợ quá trình kiểm tra.

4.2. Thiết kế xà ngang với tiết diện thay đổi để tối ưu vật liệu

Xà ngang có thể được thiết kế với tiết diện thay đổi để tối ưu vật liệu. Tiết diện lớn hơn được sử dụng tại các vị trí có moment lớn hơn, trong khi tiết diện nhỏ hơn được sử dụng tại các vị trí có moment nhỏ hơn. Việc thiết kế tiết diện thay đổi đòi hỏi tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo cấu kiện chịu lực tốt và sử dụng vật liệu hiệu quả.

V. Thiết Kế Chi Tiết Quan Trọng Vai Cột Bản Đế và Liên Kết

Thiết kế các chi tiết như vai cột, bản đế, dầm đế, sườn tăng cường và các liên kết là một phần quan trọng trong đồ án kết cấu thép. Các chi tiết này có vai trò truyền tải lực và đảm bảo sự làm việc đồng bộ của toàn bộ kết cấu. Việc thiết kế chi tiết cần đảm bảo khả năng chịu lực, độ bền và độ ổn định, đồng thời thỏa mãn các yêu cầu về cấu tạo và thi công.

5.1. Tính toán và thiết kế chi tiết vai cột đỡ dầm cầu trục

Vai cột là chi tiết quan trọng để đỡ dầm cầu trục. Việc thiết kế vai cột cần đảm bảo khả năng chịu lực và truyền tải lực từ dầm cầu trục xuống cột. Cần tính toán kích thước, vật liệu và liên kết của vai cột một cách cẩn thận để đảm bảo an toàn và độ tin cậy.

5.2. Thiết kế bản đế và bu lông neo chân cột liên kết với móng

Bản đế và bu lông neo có vai trò liên kết chân cột với móng. Việc thiết kế bản đế và bu lông neo cần đảm bảo khả năng truyền tải lực từ cột xuống móng. Cần tính toán kích thước, vật liệu, bố trí bu lông và kiểm tra các điều kiện bền và ổn định của bản đế và bu lông neo.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển trong Thiết Kế Kết Cấu Thép

Đồ án kết cấu thép là một bài tập lớn quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng. Thông qua việc thực hiện đồ án, sinh viên có cơ hội áp dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết một bài toán thiết kế cụ thể, từ đó củng cố và mở rộng kiến thức. Đồ án cũng giúp sinh viên làm quen với quy trình thiết kế thực tế và phát triển tư duy kỹ thuật. Trong tương lai, thiết kế kết cấu thép sẽ tiếp tục phát triển với việc ứng dụng các công nghệ mới, vật liệu mới và phương pháp tính toán tiên tiến. Phạm Tân Hiệu cần tiếp tục học tập và nghiên cứu để nắm bắt những xu hướng mới và nâng cao trình độ chuyên môn.

6.1. Tổng kết các kết quả đạt được trong đồ án 1851160022

Đồ án đã đạt được các kết quả sau: Xác định được kích thước khung, thiết kế được hệ giằng và xà gồ, xác định được tải trọng tác dụng lên khung, mô hình và tính toán được nội lực khung ngang, thiết kế được tiết diện cột và xà ngang, thiết kế được các chi tiết như vai cột, bản đế và liên kết. Các kết quả này cho thấy sinh viên đã nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết để thiết kế kết cấu thép.

6.2. Hướng nghiên cứu và ứng dụng mới trong lĩnh vực kết cấu thép

Trong tương lai, lĩnh vực kết cấu thép sẽ tiếp tục phát triển với việc ứng dụng các công nghệ mới như BIM, thiết kế tối ưu hóa, vật liệu thép cường độ cao, kết cấu thép tiền chế. Các hướng nghiên cứu mới tập trung vào khả năng chịu động đất, cháy, nổ, và các tác động đặc biệt. Sinh viên cần tiếp tục học tập và nghiên cứu để nắm bắt những xu hướng mới và đóng góp vào sự phát triển của lĩnh vực kết cấu thép.

Thuyết minh đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng - ĐH GTVT