THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp
Kết cấu thép của nhà xưởng, Nhà Công nghiệp trong xây dựng khi thiết kế phải đáp ứng được các tiêu chí:
- Mục đích sử dụng của công trình với quy mô
- Phải an toàn, bền vững lâu dài
- Cuối cùng là Tính kinh tế phải đảm bảo
Yêu cầu Thiết Kế :
- Trước hết, việc bố trí lưới cột trên mặt bằng, bố trí thiết bị nâng cẩu phải phù hợp với dây chuyền công nghệ, với vị trí các thiết bị sản xuất
- Khung nhà phải có đủ độ cứng cho cầu trục hoạt động bình thường
- Công trình phải có tuổi thọ, có độ bền lâu cần thiết phụ thuộc vào mức xâm thực của môi trường
Tải trọng cầu trục là loại tải trọng lặp, động lực, dễ gây hư hại và hao mòn cho kết cấu. Bởi vậy khi thiết kế cần chú ý đến cường độ hoạt động của cầu trục được gọi tên là chế độ làm việc của cầu trục.
- Cầu trục nhà xưởng làm việc theo bốn chế độ sau ( không phụ thuộc sức trục ):
- Chế độ nhẹ: Thời gian mở máy ít, rất hiếm khi cẩu vật nặng hết sức tải Q. Đó là cầu trục dùng để sửa chữa, lắp đặt thiết bị
- Chế độ vừa: Cầu trục của dây chuyền sản xuất hàng loạt nhỏ, của xưởng cơ khí lắp ráp
- Chế độ nặng: Cầu trục của xưởng sản xuất hàng loạt lớn, của nhà kho, xưởng rèn dập
- Chế độ rất nặng: Thời gian làm việc hầu như liên tục, thường xuyên cẩu vật có trọng lượng bằng với sức tải tối đa. Ví dụ của các xưởng luyện kim, cán thép.
Kết cấu của nhà xưởng có chế độ làm việc nặng hay rất nặng chịu những tác động xung kích liên tục, nên khi thiết kế phải chú ý đảm bảo những yêu cầu đặc biệt về tính toán và cấu tạo theo tiêu chuẩn kết cấu thép nhà xưởng
Yêu cầu kinh tế phải đảm bảo:
- Sao cho giá thành xây dựng thấp, bao gồm giá tiền vật liệu, giá của công chế tạo, vận chuyển, dựng lắp kết cấu.
- Rộng hơn phải xét thêm hiệu quả đem lại do việc rút ngắn thời gian xây dựng, xét các phí tổn bảo dưỡng công trình trong suốt thời kỳ sử dụng.
- Tiêu chuẩn hóa làm kết cấu giảm số lượng cấu kiện khác nhau, có thể sản xuất hàng loạt trên những dây chuyền riêng, có thể chuyên chở và dựng lắp bằng những thiết bị chuyên dùng
- Xét đầy đủ các yếu tố kinh tế khi thiết kế kết cấu nhà xưởng là vấn đề rất phức tạp, các yếu tố kinh tế thường trái ngược nhau. Giải pháp tối ưu là giải pháp đáp ứng tốt nhất mọi yếu tố đó, trên cơ sở so sánh các phương án mà chọn ra.
Một số Tiêu Chuẩn Thiết Kế Kết Cấu Thép Của Các Nước
1. Một số tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép hiện nay.
- Việt nam: TCVN 5575:2012: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
- Mỹ: AISC-89: American Institute Of Steel Construction, Inc – Viện nghiên cứu thép xây dựng của Hoa kỳ.
- Anh: BS 5950: Part 1: 1990: British Standard: Structure use of Steelwork in Building: Tiêu chuẩn Anh quốc.
- Châu âu: EN1993-1-1: Tiêu chuẩn Chân âu – Thiết kế kết cấu thép.
- Úc: AS 4100-1998: Tiêu chuẩn Úc về Kết cấu thép; AS 4600:1996: Australia/New Zealand Standard: Kết cấu thép cán nguội.
2. Tiêu chuẩn tải trọng thiết kế tương ứng với các nước.
- Việt nam: TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động, tiêu chuẩn thiết kế.
- Mỹ: MBMA 2002; UBC 97; IBC 2006;
- Anh: BS 6399: Part 2: 1997: Load for Building: Part 2: Code of practice for wind loads; BS 6399: Part1: 1984: Design loading for buildings: Part 1: Code of practice for dead and Imposed loads.
- Châu âu: EN1991-1-4:2005 A1: Action on structure.
- Úc: AS/NZS 1170.1:2002: Tiêu chuẩn Úc/New Zealand về tải trọng tĩnh tải, hoạt tải và tác động khác; AS/NZS 1170.2:2011: Tiêu chuẩn Úc/New Zealand về tải trọng gió.
3. Đặc điểm tiêu chuẩn thiết kế thép Việt Nam
- Tiêu chuẩn 5575:2012 có nguồn gốc từ tiêu chuẩn Nga SNIP II-23-81.
- Áp dụng phương pháp trạng thái giới hạn. Phương pháp này áp dụng các hệ số an toàn như: Hệ số an toàn về tải trọng, hệ số an toàn về vật liệu, hệ số an toàn về điều kiện làm việc.
- TCVN chú ý nhiều về độ cứng, không chấp nhận biến dạng quá lớn của kết cấu. VD: Chuyển vị ngang của cột khung không vượt quá 1/300 với nhà 1 tầng, và 1/500 với nhà nhiều tầng; chuyển vị đứng của dầm chính L/400.
- Cường độ tính toán = cường độ tiêu chuẩn/hệ số an toàn vật liệu (hệ số an toàn vật liệu = 1,05-1,15 tùy loại thép).
- Tải trọng tính toán = tải tiêu chuẩn * hệ số độ tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải). Với trường hợp có nhiều tải trọng tác dụng thì còn có hệ số giảm tải do tác dụng đồng thời của các tải trọng.
- Sử dụng TCVN 2737:1995 làm tải trọng tính toán cho kết cấu. Với tải trọng gió thì cách đo tốc độ gió là đo trong 3 giây, chu kỳ 20 năm. Hệ số gió ở việt nam tính theo áp lực gió, không tính theo vận tốc. Hệ số khí động được xác định do kết quả đo áp lực mô hình trong ống khí động nên áp dụng được cho những vật thể hình khối.
4. Worlsteel đạt tiêu chuẩn thiết kế kết cấu Thép Mỹ IAS AC472
IAS AC472 là một quy trình đánh giá kiểm toán chất lượng hoàn chỉnh cho các công ty sản xuất kết cấu thép. Đăc điểm của chương trình chứng nhận AC472 là nó kiểm tra tính toàn vẹn của kỹ thuật thiết kế và quy trình sản xuất. Gồm những nội dung chính sau.
- Kiểm toán các tài liệu đặt hàng cung cấp cho khách hàng thông tin rõ ràng về những gì họ đã yêu cầu.
- Kiểm toán quy trình thiết kế/chi tiết để đảm bảo tuân thủ các mã yêu cầu và xác nhận rằng các yêu cầu của dự án được đáp ứng theo cách thức kỹ thuật hợp lý. Kiểm toán này không chỉ bao gồm các ứng dụng xây dựng mã mà còn sử dụng đúng các tiêu chuẩn thiết kế như AISC, AISI, vv.
- Kiểm toán nguyên liệu bao gồm tiêu chuẩn ASTM đúng, đặt hàng, theo dõi các chứng nhận, truy xuất nguồn gốc sản phẩm, vv.
- Kiểm tra đảm bảo nguồn gốc toàn diện của vật liệu.
- Kiểm toán thực hành sản xuất bao gồm hiệu chuẩn máy móc, công cụ đo lường, chứng chỉ Hàn, v.v.
- Kiểm toán để đảm bảo các công ty sản xuất kết cấu thép có hệ thống đảm bảo chất lượng được quản lý tốt và đội ngũ nhân viên có trình độ. Điều này bao gồm việc xác minh các kỹ sư chuyên nghiệp được cấp phép thiết kế và chi tiết hệ thống nhà thép tiền chế, và các chứng chỉ về đường Hàn được chứng nhận.
Một công trình nhà thép sản xuất theo chuẩn AC472 sẽ nhận được những lợi ích sau.
- Phù hợp với các yêu cầu kiểm tra đặc biệt trong chương 17 của hội đồng quy chuẩn quốc tế (International Code Council/ ICC).
- Tại Mỹ các dự án nhà thép tiền chế được sản xuất trên cơ sở AC472 sẽ được cấp phép xây dựng nhanh hơn.
- Độ bền và tính an toàn của nhà thép theo tiêu chuẩn AC472 sẽ cao hơn.
- Chi phí mua bảo hiểm cho các công trình thấp hơn.
- Chi phí bảo trì cho hệ thống nhà thép sẽ thấp hơn.
- Giá trị thương mại của những công trình này cao hơn
Tính Toán Kết Cấu Thép phương pháp thiết kế kết cấu thép
1. Thiết kế đơn giản
Thiết kế đơn giản là cách tiếp cận truyền thống nhất và vẫn thường được sử dụng.Người ta cho rằng không có thời điểm được chuyển từ một thành viên kết nối với nhau, ngoại trừ những khoảnh khắc danh nghĩa phát sinh như là kết quả của sự lập dị ở các khớp.
Sức đề kháng của cơ cấu để tải bên và ảnh hưởng thường được đảm bảo bằng việc cung cấp các giằng hoặc, trong một số tòa nhà cao tầng, bởi lõi bê tông.
Điều quan trọng là các nhà thiết kế nhận các giả định liên quan đến phản ứng chung và đảm bảo rằng các chi tiết của kết nối là như vậy mà không có những khoảnh khắc phát triển có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của cấu trúc.
Nhiều năm kinh nghiệm đã chứng minh các loại chi tiết đáp ứng tiêu chí này và người thiết kế nên tham khảo các kết nối tiêu chuẩn trên các khớp trong xây dựng đơn giản.
2. Thiết kế tục
Trong thiết kế liên tục, nó được giả định rằng các khớp là cứng nhắc và chuyển giao thời giữa các thành viên. Sự ổn định của khung chống lại ảnh hưởng là do hành động khung (tức là bằng cách uốn của dầm và cột).
Các kết nối giữa các thành viên phải có đặc điểm khác nhau tùy thuộc vào việc các phương pháp thiết kế cho khung là đàn hồi hoặc nhựa.
Trong thiết kế đàn hồi, các khớp phải có đủ độ cứng quay để đảm bảo rằng sự phân phối lực lượng và những khoảnh khắc xung quanh khung cảnh không khác biệt đáng kể với những tính toán. Các doanh phải có khả năng thực hiện những khoảnh khắc, lực lượng và kéo làm phát sinh từ việc phân tích khung.
Trong thiết kế dẻo, trong việc xác định khả năng chịu tải tối thượng, sức mạnh (không phải độ cứng) của các doanh là quan trọng hàng đầu.
Sức mạnh của khớp sẽ xác định xem bản lề nhựa xảy ra ở khớp hay trong các thành viên, và sẽ có một tác động đáng kể về cơ chế sụp đổ. Nếu bản lề được thiết kế để xảy ra ở các khớp, khớp phải được chi tiết có đủ độ dẻo để thích ứng với phép quay kết quả. Độ cứng của các khớp xương sẽ rất quan trọng khi tính toán độ võng dầm, ảnh hưởng biến dạng và ảnh hưởng sự ổn định.
3. Thiết kế bán liên tục
Đúng thiết kế bán liên tục là phức tạp hơn, hoặc đơn giản hoặc thiết kế liên tục như là phản ứng chung thực sự là thực tế nhiều đại diện.
Thói quen phân tích để theo dõi các hành vi kết nối thực chặt chẽ là rất liên quan và không phù hợp với thiết kế thông thường, khi họ yêu cầu sử dụng các chương trình máy tính phức tạp.
Tuy nhiên, hai thủ tục đơn giản hóa vẫn tồn tại cho cả khung hình chuẩn bị tinh thần và unbraced; chúng được miêu tả vắn tắt dưới đây. Khung hình chuẩn bị tinh thần là những nơi mà các kháng để tải bên được cung cấp bởi một hệ thống thanh giằng hoặc một lõi; trong khung unbraced kháng này được tạo ra bằng cách uốn cong những khoảnh khắc trong
cột và dầm.
Dowload File Cách Tính Toán Kết Cấu Thép : Tại Đây
Sự Dụng Phần Mềm Để Thiết Kế Kết Cấu Thép
Phần Mêm Thiết Kế: Toàn Bộ Quá Trình Thiết kế , được chúng tôi sự dụng các phần mềm chuyên dụng hiện đại mới nhất như: SAP, Staadpro, Etabs, AutoCad, TeKla.
Phần Mềm Thiết Kế ETABS
ETABS phần mềm mô hình, phân tích và thiết kết kết cấu nhà cao tầng. Với trên 40 năm không ngừng nghiên cứu và phát triển,
ETABS mới nhất với khả năng mô phỏng và mô hình hóa thiết kế 3D hiện đại nhất từ trước tới nay. Với công nghệ phân tích tuyến tính và phi tuyến, hỗ trợ nhiều loại vật liệu, xuất thuyết mình, bản vẽ chi tiết một cách nhanh chóng, dễ dàng kiểm tra kết quả phân tích và thiết. Hố trợ nhiều tiêu chuẩn thiết kế trên toàn cầu như tiêu chuẩn Mỹ, Chau Âu, Trung Quốc, Nhật, Anh...
ETABS tích hợp mọi công đoạn trong quá trình thiết kế từ việc lên ý tưởng mô hình kết cấu, đến việc cho ra các bản vẽ tối giản. Việc mô hình hóa trở nên đơn giản bằng công cụ vẽ trực quan và nhanh chóng tạo ra mô hình khung, dầm, sàn... của tòa nhà.
Các bản vẽ CAD có thể được nhập trực tiếp vào mô hình ETABS hoặc được lưu lại làm mẫu, từ đó tái tạo lại các bản vẽ bằng ETABS.
Bộ nhân tính toán 64-bit SAPFire hiện đại cho phép thiết kế các mô hình vô cùng lớn và phức tạp nhờ phân tích nhanh và sử dụng kỹ thuật mô phỏng phi tuyến trong xây dựng tháp cao tầng và các hiệu ứng theo lịch sử thời gian.
Tự động tối ưu hóa thiết kế khung thép và sàn bê tông (bao gồm dầm, cột giằng, tường vữa và bê tông) để đảm bảo lực kết nối của các thanh thép và thép sàn được hiển thị trực quan. Các báo cáo thiết kế và phân tích toàn diện có thể tùy chỉnh cho thấy các bản vẽ kết cấu giản lược, chi tiết và mặt cắt ngang kết cấu bê tông và thép.
Phiên bản mới nhất của ETABS là một công cụ xuất sắc cho các kỹ sư kết cấu thiết kế từ nhà công nghiệp cho đến nhà cao tầng với những tính năng vượt trội, trực quan, tiện ích và dễ sử dụng.
Phần Mềm Thiết Kế Sap2000
SAP cái tên được gắn liền với các phương pháp phân tích hiện đại kể từ khi giới thiệu lần đầu tiên cách đây hơn 30 năm. Cũng theo truyền thống đó SAP2000 mang đến cho người dùng một giao diện trực quan, linh hoạt và rất tinh sảo, dựa trên nền tảng một công cụ phân tích và thiết kế ưu việt đã giúp ích rất nhiều cho các kỹ sư trong các ngành giao thông, thủy lợi, xây dựng công nghiệp, và cách ngành xây dựng cơ bản khác.
Trên môi trường làm việc đồ họa 3D, rất nhiều các chức năng phân tích và thiết kế đã được tích hợp trên một giao diện người dùng khiến cho chương trình trở nên mạnh mẽ.
SAP2000 đã được chứng minh là thích hợp nhât, hiệu quả nhất, thiết thực và thông dụng nhất trong thị trường các phần mềm kết cấu ngày nay. Giao diện trực quan cho phép bạn tạo mô hình kết cấu một cách nhanh chóng nhất.
Bạn có thể tận dụng sức mạnh của SAP2000 cho tất cả các nhiệm vụ thiết kế và phân tích, xử lý các vấn đề nhỏ hàng ngày hay các mô hình công trình phức tạp đòi hỏi các phân tích tiên tiến hiện đại. Chương trình tích hợp các tiêu chuẩn thiết kế, tải trọng gió, tải trọng sóng, các đối tượng cầu, tải trọng động đất, tự động kiểm tra đầy đủ các cấu kiện thép và bê tông theo các tiêu chuẩn của Mỹ, Canada, Châu Âu và các tiêu chuẩn quốc tế khác.
Mô hình phức tạp có thể tạo ra trên cơ sở chỉnh sửa thông số của các mẫu sẵn có. Chương trình tích hợp các tiêu chuẩn thiết kế, có thể tự động tạo ra các tác động của gió, sóng vỗ, các đối tượng cầu, các tải trọng động đất, tự động kiểm tra đầy đủ các cấu kiện thép và bê tông theo các tiêu chuẩn của Mỹ, Canada và các tiêu chuẩn quốc tế.
Kỹ thuật phân tích tiên tiến cho phép từng bước một phân tích các biến dạng lớn, phân tích Eigen và Ritz trên cơ sở độ cứng của các trường hợp phi tuyến, phân tích dây cáp treo, phân tích vật liệu phi tuyến với khớp sợi bản lề, các lớp vỏ phi tuyến, phân tích sự mất ổn định, phân tích sự gia tăng lún, phương pháp năng lượng để kiểm soát sự xê dịch, bộ giảm chấn tốc độ, chất cách ly, gối dẻo và phân tích thi công theo giai đoạn phi tuyến. Phân tích phi tuyến có thể là tĩnh hoặc hoặc có thể là động biến đổi theo thời gian với các tùy chọn FNA cùng tích hợp.
Từ những mô hình đơn giản như khung 2D phân tích tĩnh đến các mô hình phức tạp 3D phân tích động phi tuyến, SAP2000 là giải pháp đơn giản nhất, hiệu quả nhất và dễ sử dụng nhất cho nhu cầu phân tích và thiết kế kết cấu của bạn.
Phần Mềm Thiết Kế AutoCAD
AutoCAD là phần mềm ứng dụng CAD để vẽ bản vẽ kỹ thuật bằng vectơ 2D hay bề mặt 3D, được phát triển bởi tập đoàn Autodesk. Với phiên bản đầu tiên được phát hành vào cuối năm 1982, AutoCAD là một trong những chương trình vẽ kĩ thuật đầu tiên chạy được trên máy tính cá nhân, nhất là máy tính IBM.
Phần Mềm Thiết Kế STAAD.Pro
STAAD.Pro là công cụ thiết kế và phân tích FEM hàng đầu cho bất kỳ loại dự án nào bao gồm: tháp, cống, nhà máy, cầu, sân vận động và cấu trúc công trình biển… Với một loạt các khả năng phân tích tiên tiến bao gồm tĩnh tuyến tính, phổ phản ứng, time history, cable, phân tích pushover và phi tuyến tính, STAAD.Pro cung cấp cho nhóm kỹ thuật của bạn giải pháp mở rộng và có thể đáp ứng mọi nhu cầu cho dự án của bạn.
Phần Mềm Thiết Kế Tekla
Được dịch từ tiếng Anh-Tekla Structures là một phần mềm mô hình hóa thông tin xây dựng có thể mô hình hóa các cấu trúc kết hợp các loại vật liệu xây dựng khác nhau, bao gồm thép, bê tông, gỗ và kính.
