ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THUYẾT MINH, TÍNH TOÁN

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

MỤC LỤC

NHÓM 1

1


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

CÁC THƠNG
SỐ CHUNG

I.

DỮ LIỆU
1. Đề bài
-

NHĨM 1

Nhịp nhà: L = 24 (m)
Sức trục: Q = 20.0 (T)
Cao trình đỉnh ray: Hr = 7.5 (m)
Tải trọng gió tiêu chuẩn: w0 = 95.0 KN/m2
2

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
2.

GVHH:

Địa hình khu vực A
Bước khung: B = 6 (m)
Chiều dài nhà: £ = 90 (m)
Độ dốc mái: i = 10%
Vật liệu lợp tôn kim loại: gtc = 0.1 KN/m2.
Cầu trục có chế độ làm việc trung bình, móc cẩu mềm.

Các số liệu tra bảng

Loại ray thích hợp: KP70
- Nhịp cầu trục: Lk = 22.5 (m)
- Chiều cao gabarit của cầu trục: Hk = 2400 (mm)
- Bề rộng của cầu trục: Bk = 6300 (mm)
- Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục: K = 4400 (mm)

3.

-

Áp lực tác động lên ray:

= 220 kN

-

= 60 kN
Trọng lượng: xe con Gxc = 85 kN ; cầu trục Gct = 360 kN

Thông số kỹ thuật
Số liệu thép sử dụng CT34 hoặc tương đương
- f = 22.0 kN/cm2, cường độ thiết kế của vật liệu thép.
- RB = 1.1 kN/cm2, cường độ thiết kế chịu nén của móng BTCT.
Que hàn E42, N42, E6013
- fwf = 15 kN/cm2, cường độ thiết kế của đường hàn góc
- fws = 19 kN/cm2, cường độ chịu cắt của thép cơ bản trên biên nóng chảy
- fw = 18 kN/cm2, cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu kéo, nén
- fwv = 13 kN/cm2, cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu cắt
Bu long liên kết cấp độ bền 4.6
- ftb = 17 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 4.6) chịu kéo
- fvb = 15 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 4.6) chịu cắt
- fcb = 18 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 4.6) chịu ép mặt
Bu long liên kết cấp độ bền 8.8
- ftb = 40 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 8.8) chịu kéo
- fvb = 35 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 8.8) chịu cắt
- fcb = 32 kN/cm2, cường độ thiết kế của BL (cấp 8.8) chịu ép mặt

II.

KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC
1. Xác định kích thước theo phương đứng
-

NHĨM 1

Cao trình đỉnh ray : Hr = 7.5 m
Chiều cao mặt cắt ray : hR = 200 mm

3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

-

Chiều cao tiết diện dầm cầu chạy :
Chọn: hdcc = 60 (cm)
Khơng bố trí đoạn cột chon dưới đất : hm = 0
Độ võng của kết cấu mái :

-

Khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo : a2 = 100 mm
Chiều cao cột trên :
HCT = hdcc + hR + HK + a2 + ∆ = 600 + 120 + 2400 + 100 + 100 = 3320

-

-

-

-

(mm)
Chọn chiều cao cột trên HCT=3400 (mm)= 3.4 (m)
Chiều cao cột dưới : HCD= Hr – hdcc – hR = 7500 – 600 – 200 = 6700 (mm)
Vậy chọn:
HCT = 3.4m
HCD = 6.7m
Chiều cao đầu dàn vì kèo: Chọn Hđd = 1.5 (m)
Chiều cao dàn vì kèo tại giữa nhịp:

Chiều cao cửa mái: Chọn HCM = 1.5 (m)

2. Xác định kích thước theo phương ngang
-

Khoảng cách giữa 2 tim ray: Lk = 22.5 (m)
Chiều cao tiết diện cột trên:
Chọn hCT = 400 (mm) = 40 (cm)
Chọn trục định vị trùng mép ngoài cột trên:

-

Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị:

-

Chiều cao tiết diện cột dưới:
cầu trục cột dưới:
Tim ray trùng với trục nhánh

Kiểm tra lại theo u cầu độ cứng của khung ngang, ta có:

NHĨM 1

4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

III.

GVHH:

-

Như vậy, trị số chiều cao tiết diện cột dưới đã chọn là đạt yêu cầu.
Khoảng cách từ trục cột trên đến tim ray theo phương ngang:

-

Chiều rộng chân cửa mái: LCM = 6(m)

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
1. Theo phương đứng
1.1 Tải trọng mái
1.1.1 Tĩnh tải

Độ dốc mái i=10% => góc hợp bởi mái và phương ngang
Tải trọng
Tải mái

Xà gồ
Dàn, giằng
Cửa mái

Cơng thức

Hệ số
vượt
tải

Tải tiêu chuẩn
(kN/m2)

B

Tải tính tốn
(kN/m)

1.1

0.1

6

0.79

1.1

0.1

6

0.66

1.1

0.2

6

1.32

1.1

0.1

6

0.66

Tổng

NHĨM 1

3.43

5


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

1.1.2

GVHH:

Hoạt tải
Tải trọng thi công và sửa chữa mái

1.2 Tải trọng cầu trục
950

4400

Ptcmax(i)

950

950

Ptcmax(i)

6000

0.267

-

Kí hiệu
γQ
nc
γn

kd

NHĨM 1

4400

Ptcmax(i)

950

Ptcmax(i)

6000

0.683

1

Các thơng số cầu trục

Tên kí hiệu
Hệ số tin cậy của sức trục
Hệ số kết hợp đồng thời khi 2 cầu trục
đứng gần nhau
Hệ số kể đến sự tăng áp lực của cầu
trục do đường ray và mối nối đường
ray không phẳng
Hệ số kể đến ảnh hưởng của tải trọng
di động
Tổng áp lực TC lớn nhất của bánh xe

CT nhân với tung độ ĐAH
Tổng áp lực TC nhỏ nhất của bánh xe
CT nhân với tung độ ĐAH

6

Giá trị
1.1
0.85
(Chế độ làm việc nhẹ và trung bình)
1.1
(Chế độ làm việc nhẹ và trung bình)
1.0
(Chế độ làm việc nhẹ và trung bình)


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

Cơng thức tính tốn:

2.

Theo phương ngang
1.1 Tải trọng cầu trục

Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục:

Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm xe con:

Lực hãm xe con, qua bánh xe cầu trục truyền lên dầm hãm vào cột:

1.2 Tải trọng gió

NHĨM 1

7


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
Stt
1
2

GVHH:

Tên
Chiều cao cột dưới
Chiều cao cột trên

3

Chiều cao dàn vì kèo

4

Tải trọng gió
Hệ số khí động

Kí hiệu
Hd
Ht
H0
H1
H2
H3
Wtc

Giá trị
6.7 m
3.4 m
1.5 m
0.9 m
1.5 m
0.3 m
0.95 kN/m2

C1

-0.436

C3

-0.5

5

6
7

Hệ số độ tin cậy
γf
1.2
Hệ số thay đổi áp lực gió
k
Phía dưới dàn (< 10.1m)
k
1.18
Đỉnh mái (H = 14.3m)
k
1.23
Cao trình trục thanh cánh dưới : H =10.1 m, địa hình A → k = 1.1824

Tồn bộ phần tải gió tác dụng từ đáy vì kèo lên đến đỉnh mái được qui về W đ ,Wh,
Tải trọng tập trung của phần mái đặt tại trục thanh cánh dưới dàn:
+ Phía đón gió:
NHĨM 1

8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

+ Phía hút gió:

Tải trọng gió phân bố lên cột:
+ Phía đón gió:

+ Phía hút gió:

NHĨM 1

9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

PHƯƠNG ÁN
1
NHÓM 1

10


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

PHẦN 1
TÍNH TỐN KHUNG NGANG PHƯƠNG ÁN CỘT
DÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN VỊ
I. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC – TỔ HỢP NỘI LỰC:
1.1. Quy ước về dấu :
- Momen (+) khi làm căng thớ bên dưới của xà và bên trong cột biên

1.2. Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang :

NHÓM 1

11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

-

Phương pháp tính: Giải nội lực bằng phương pháp chuyển vị (Cơ kết cấu)

-

Do tính chất đối xứng của hệ khung, ta có các góc xoay:

-

Phương trình chính tắc:

-

Với: r11: tổng phản lực momen ở các nút trên của khung khi xoay góc
r1p: tổng momen phản lực ở nút trên do tải trọng ngoài.
Quy ước dấu: momen (+) và góc xoay (+) khi nút cột trái quay theo chiều
kim đồng hồ, nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ.
Ta có:

- Momen cuối cùng:
1.2.1. Tải trọng thường xuyên :
-

NHÓM 1

-

Sơ bộ chọn tỉ số:

-

Momen đầu xà ngang do
Các thông số:

12


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

NHÓM 1

GVHH:

-

Phản lực đầu cột do

-

Hệ số của phương trình chính tắc:

-

Bảng tổng hợp giá trị momen:

Đầu xà

M(Bxa)

-31.181 kNm

Đầu trên cột
Vai cột
Chân cột

M(Bcot)
MC
MA

-31.181 kNm
-8.897 kNm
35.016 kNm

13


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
-

GVHH:

Ảnh hưởng của sự lệch tâm (cột trên – cột dưới)
 Momen lệch tâm:



Các công thức tra bảng:

Đầu xà

1.377

kNm

Vai cột trên

-2.152

kNm

Vai cột dưới

5.051

kNm

-1.905

kNm

Đầu xà

-29.804

kNm

Vai cột trên

-11.049

kNm

Vai cột dưới

-3.846

kNm

Chân cột

33.111

kNm

Chân cột
-

NHÓM 1

Tổ hợp 2 kết quả trên ta có giá trị momen cuối:

14


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

1.2.2. Hoạt tải sửa chữa :
-

NHÓM 1

Cách giải tương tự, ta có bảng tổng hợp momen cuối:
Đầu xà

-20.333

kNm

Vai cột trên

-7.5381

kNm

Vai cột dưới

-2.6241

kNm

Chân cột

22.5889

kNm

15


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

1.3. Mơ men cầu trục :

-

NHĨM 1

-

Momen do chuyển vị nút

-

Tại các tiết diện khác:

:

Cột trái

Cột phải

1.461

-1.461

-0.380

0.380

-4.009

4.009
16


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

-5.470

-

Độ lệch tâm e = hcd /2 = 0.75/2 = 0.375

Momen lệch tâm do cầu trục:

-

Biểu đồ momen do Mmax,Mmin trong hệ cơ bản. Có thể dùng kết quả đã tính
với Me ở mục 1.2.1 nhân với tỉ lệ:

-

Giá trị momen trên hệ cơ bản
Momen Hệ cơ bản
Momen đầu xà (trái)
Momen giữa xà
Momen đầu cột (trái)
Momen tại gối tựa cột trên
(trái)
Momen tại gối tựa cột dưới
(trái)
Momen tại chân cột (trái )
Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu xà (phải)
Momen đầu cột (phải)
Momen tại gối tựa cột trên
(phải)
Momen tại gối tựa cột dưới
(phải)
Momen tại chân cột (phải )
Lực ngang tại đầu cột (phải)

NHÓM 1

5.470

-31.6398
-20.1342
-31.6398

kN.m
kN.m
kN.m

49.4405

kN.m

-116.0207
43.7551
23.8471
-8.6286
-8.6286

kN.m
kN.m
kN
kN.m
kN.m

13.4832

kN.m

-31.6406
11.9327
-6.5035

kN.m
kN.m
kN

17


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

-

Giá trị momen cuối
Momen Hệ cơ bản
Momen đầu xà (trái)
Momen giữa xà
Momen đầu cột (trái)
Momen tại gối tựa cột trên
(trái)
Momen tại gối tựa cột dưới
(trái)
Momen tại chân cột (trái )
Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu xà (phải)
Momen đầu cột (phải)
Momen tại gối tựa cột trên

(phải)
Momen tại gối tựa cột dưới
(phải)
Momen tại chân cột (phải )

Lực ngang tại đầu cột (phải)

NHÓM 1

GVHH:

-8.2425
-20.1342
-8.2425

kN.m
kN.m
kN.m

43.3536

kN.m

-122.1077
-20.4331
15.1753
-32.0260
-32.0260

kN.m

kN.m
kN
kN.m
kN.m

19.5701

kN.m

-25.5537
76.1209

kN.m
kN.m

-15.1753

kN

18


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

1.4. Lực hãm ngang :
- Lực T = 14.296 kN đặt cách vai cột trên 0.6
-

Momen do chuyển vị nút

:

Momen đầu cột (trái)
Momen tại cao trình dầm hãm (trái)
Momen tại gối tựa cột
Momen tại chân cột (trái )

NHÓM 1

19

0.0143
-0.0005
-0.0037
-0.0393

EI1
EI1
EI1
EI1


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu cột (phải)

Momen tại cao trình dầm hãm (phải)
Momen tại gối tựa cột (phải)
Momen tại chân cột (phải )
Lực ngang tại đầu cột (phải)
-

-0.0053
-0.0143
0.0005
0.0037
0.0393
-0.0053

EI1
EI1
EI1
EI1
EI1
EI1

Giá trị momen trên hệ cơ bản:

Với:

15.465 kNm
-12.791 kNm
18.05 kNm

-

Bảng momen cuối:
Momen đầu cột (trái)
Momen tại cao trình dầm hãm (trái)
Momen tại gối tựa cột
Momen tại chân cột (trái )
Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu cột (phải)
Momen tại cao trình dầm hãm (phải)
Momen tại gối tựa cột (phải)
Momen tại chân cột (phải )
Lực ngang tại đầu cột (phải)

NHÓM 1

20

1.8767
-12.2246
-6.6723
55.3283
-5.0362
13.5880
-0.5133
-3.5350
-37.2774
5.0362

kN.m
kN.m
kN.m

kN.m
kN
kN.m
kN.m
kN.m
kN.m
kN


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

Sơ đồ:

Mơmen

NHĨM 1

21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

1.5. Tính khung với tải trọng gió :
- Lực tác dụng:

q

q'
W
W'
-

6.470
-4.040
13.640
-19.180

Momen do chuyển vị nút

:

Momen đầu cột (trái)
Momen tại gối tựa cột (trái)
Momen tại chân cột (trái )
Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu cột (phải)
Momen tại gối tựa cột (phải)
Momen tại chân cột (phải )
Lực ngang tại đầu cột (phải)
-

0.0143
-0.0037
-0.0393
-0.0053
-0.0143
0.0037

0.0393
-0.0053

NHÓM 1

EI1
EI1
EI1
EI1
EI1
EI1
EI1
EI1

Giá trị momen trên hệ cơ bản:

Momen đầu cột (trái)
Momen tại gối tựa cột (trái)
Momen tại chân cột (trái )
Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu cột (phải)
Momen tại gối tựa cột (phải)
Momen tại chân cột (phải )
Lực ngang tại đầu cột (phải)

-

kN/m
kN/m
kN

kN

-35.4569
24.1552
-77.2865
28.5320
22.1400
-15.0830
48.2593
17.8159

Momen cuối:
22

kN.m
kN.m
kN.m
kN
kN.m
kN.m
kN.m
kN


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

Momen đầu cột (trái)
Momen tại gối tựa cột (trái)

Momen tại chân cột (trái )
Lực ngang tại đầu cột (trái)
Momen đầu cột (phải)
Momen tại gối tựa cột (phải)
Momen tại chân cột (phải )
Lực ngang tại đầu cột (phải)

NHÓM 1

23

71.3439
-3.6295
-370.2836
-11.0520
-84.6608
12.7017
341.2563
-21.7680

kN.m
kN.m
kN.m
kN
kN.m
kN.m
kN.m
kN

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

BẢNG NỘI LỰC
TT
tải
Loại tải
1
2
1 Tải TX
Tải TT trên
2
mái
Momen CT
3
trái
Momen CT
4
phải
Lực hãm T
5
trái
Lực hãm T
6
phải
7 Gió trái
8 Gió phải

Hệ

số
TH
4
1
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9
1
0.9

Cột trên
Tiết diện B
M
N
5
6
-48.621
41.160
-33.170
28.080
-29.853

25.272
-8.242
0.000
-7.418
0.000
-32.026
0.000
-28.823
0.000
+-1.851
0.000
+-1.666
0.000
+-13.614
0.000
+-12.252
0.000
71.344
0.000
64.210
0.000
-84.661
0.000
-76.195
0.000

Cột dưới

Tiết diện Ct
M

N
7
8
-16.419
41.160
-11.201
28.080
-10.081
25.272
43.354
0.000
39.018
0.000
19.570
0.000
17.613
0.000
+-12.277
0.000
+-11.049
0.000
+-0.514
0.000
+-0.463
0.000
-3.629
0.000
-3.267
0.000
-12.702

0.000
-11.432
0.000

Tiết diện Cd
M
N
9
10
-9.216
41.160
-6.287
28.080
-5.658
25.272
-122.108
441.230
-109.897
397.107
-25.554
120.330
-22.998
108.297
+-12.277
0.000
+-11.049
0.000
+-0.514
0.000
+-0.463

0.000
-3.629
0.000
-3.267
0.000
-12.702
0.000
-11.432
0.000

Tiết diện A
M
N
11
12
54.242
41.160
37.005
28.080
33.304
25.272
-20.433
441.230
-18.390
397.107
76.121
120.330
68.509
108.297
-55.206

0.000
+-49.685
0.000
+-37.348
0.000
+-33.613
0.000
+-370.28
0.000
-333.255
0.000
341.256
0.000
307.131
0.000

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC
Tiết
diện

Nội
lực

B

M
N

Ct

M
N

NHÓM 1

Mmax(+
), N

Tổ hợp cơ bản 1
Mmax(-)
Nmax, M
,N
M(+)
M(-)

Mmax(
+), N

1,7

1,8

1,2

1,7

22.723
41.160
1,3
26.935

41.16

-133.28
41.16
1,8
-29.120
41.160

-81.791
69.240
1,2
-27.620
69.240

15.588
41.160
1,3,5
28.605
41.160

24

Tổ hợp cơ bản 2
Mmax(Nmax, M
), N
M(+)
M(-)
1,2,4,6,
8
1,2,4,6,8

195.745
-195.75
66.432
66.432
1,2,8
1,2,3,5
1,2,8
-37.931
18.524 -37.931
66.432
66.432
66.43


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHH:

1,3

Cd

A

M

-131.323

N

482.390
1,8

1,7

M

395.499

-316.041

N

41.160

41.160

1,3
131.32
3
482.39
0

1,2,3,5,8

142.208

-142.21

463.539

1,2,4,6,
8

1,3
33.80
9
482.3
9

1,2,3,5,
8

463.53
1,2,3,5,7

496.800

1,3,5,7
347.088

1,2,3,5,
8
425.973

-313.78

174.729

438.267

463.539

463.539

PHẦN 2
TÍNH TỐN CỘT
1. TÍNH TỐN CỘT – CHI TIẾT CỘT

I.1 Xác định nội lực tính tốn :
1.1.1. Cột trên:
Cột đặc trên có tiết diện chữ I đối xứng nên cặp nội lực nguy hiểm nhất là tổ hợp
momen uốn có trị số tuyệt đối lớn nhất và lực dọc tương ứng.
Mmax= 165.892 kNm; Ntư= 41.16 kN.( tổ hợp 1+4+6+8)
Trong phần này, sử dụng tổ hợp trên ( tổ hợp 1+4+6+8) để tính tốn tiết diện
của cột trên, sau đó trình bày mẫu tính tốn kiểm tra bền và ổn định của cột đối với tổ
hợp nội lực này, việc kiểm tra các tổ hợp còn lại được trình bày thơng qua bảng.
NHĨM 1

25