Do an thep II

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM
KHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KẾT CẤU THÉP 2
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾT KHUNG NGANG
NHÀ XƯỞNG CĨ CẦU TRỤC
HỆ ĐÀO TẠO: CHÍNH QUY

GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG
SINH VIÊN: NGUYỄN TIẾN VINH
MSSV: 18520100431
LỚP: XD18/A2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP 2
THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG, 1 NHỊP
Chương 1: Số liệu thiết kế
Nhịp nhà

Bước cột

(m)

(m)

L = 36

B=6

Cao trình
đỉnh ray

Sức nâng
cầu trục Q

(m)

(T)

+9

32

Vùng áp
lực gió
IIIa

Chiều dài
nhà

Độ dốc i%

(m)
A = 96

10

Khu vực xây dựng cơng trình thuộc địa hình B
Nhà có hai cầu trục làm việc ở chế độ trung bình

Vật liệu thép mác CCT34 có cường độ f = 21 kN/cm2; fv = 12 kN/cm2; fc = 32 kN/cm2;
Hàn tay, dùng que hàn N46.
Móng bê tơng cấp độ bền B25
Mái lợp tole thép
Chương 2: Xác định các kích thước chính của khung nhà công nghiệp
2.1 Chọn cầu trục
Nhịp khung ngang L = 36 m, sức nâng cầu trục đã cho Q = 32 T
Tra phụ lục II.3 trang 88 Giáo trình thiết kế khung thép nhà cơng nghiệp một tầng, một
nhịp Đồn Tuyết Ngọc ta được thông số cầu trục như sau:
 Nhịp cầu trục Lk = 34 m
 Chiều cao Gabarit của cầu trục HK = 1,7 m
 Bề rộng Gabarit của cầu trục BK = 6,27 m
 Khoảng cách 2 trục bánh xe cầu trục KK = 5,1 m
 Trọng lượng cầu trục G = 340,4 kN
 Trọng lượng xe con Gxe = 27 kN
 Áp lực của bánh xe cầu trục tác dụng lên ray Pmax = 245 kN; Pmin = 85,2 kN
 Khoảng cách nhỏ nhất theo phương ngang từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong
của cột Zmin = 0,3 m


2.2 Kích thước khung ngang nhà theo phương đứng:
Chiều cao đỉnh ray: Hray = +9 m
Chiều cao dầm cầu trục: Hdct =

1
8

1
10

1
8

B

1
10

6 (0,75

0,6) m

→ Sơ bộ chiều cao dầm cầu trục Hdct = 0,6 m
Sơ bộ chiều cao của ray có cả đệm hr = 0,2 m
Phần cột chơn dưới nền, coi mặt móng ở cốt ±0.00, ∆ = 0 m
 Chiều cao thực của phần cột dưới (tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột):

H1

Hray h r Hdct  9 0,2 0,6 0 8,2 m

 Chiều cao thực của phần cột trên (tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục tính đáy xà ngang):
H2

H k b k Hdct h r

1,7 0,3 0,6 0, 2 2,8 m

Chiều cao tồn bộ cột (tính từ mặt móng đến đáy xà ngang):
H

H1 H 2

2,8 8, 2 11 m

2.3 Kích thước khung ngang nhà theo phương ngang:
 Xác định khoảng cách từ tim ray đến trục định vị (trục định vị trùng mép ngoài cột):



L Lk
2

36 34
1m
2

 Sơ bộ tiết diện cột trên:

1
10

Chiều cao cột trên: h ct

1
12

H2

1

10

1
12

2
3

500 (250

2,8 (0, 28

0, 23) m

→ Chọn hct = 0,5 m = 500 mm
Bề rộng cột trên: bft

1
2

2
3

h ct

1
2

→ Chọn bft = 300 mm
Sơ bộ chọn tw = 12 mm; tf = 14 mm

Vậy tiết diện cột trên sơ bộ I 500x300x12x14

333) mm


 Sơ bộ tiết diện cột dưới:
1
15

Chiều cao cột dưới: h cd

1
20

1
15

H

1
20

11000 (733 550) mm

→ Chọn hcd = 600 mm
Bề rộng cột dưới: bfd

1
2

2
3

h cd

1
2

2
3

600 (300

400) mm

→ Chọn bfd = 400 mm
Sơ bộ chọn tw = 16 mm; tf = 18 mm
Vậy tiết diện cột dưới sơ bộ I 600x400x16x18
Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột a = 0
 Kiểm tra khe hở an toàn giữa tim ray cầu trục và cột khung
Z  h ct

1000 500 500 mm

Zmin

300 mm

 Sơ bộ kích thước cửa mái:
Chiều cao cửa mái hcm = 1,5 m

Bề rộng cửa mái bcm = 6 m
 Sơ bộ kích thước xà ngang:
Tiết diện đầu xà chọn sơ bộ h = 500 mm; b = 300 mm; tw = 12 mm; tf = 14 mm
Tiết diện giữa xà chọn sơ bộ h = 400 mm; b = 300 mm; tw = 12 mm; tf = 14 mm
Tiết diện đỉnh xà chọn sơ bộ h = 400 mm; b = 300 mm; tw = 12 mm; tf = 14 mm


Hình 1. Các kích thước chính của khung ngang
2.4 Thiết kế xà gồ mái
 Sơ bộ thông số mái và xà gồ
Chọn tấm lợp mái là tơn có g mtc = 0,15 kN/m2
Hoạt tải mái tiêu chuẩn xác định theo TCVN 2737-1995: pmtc

0,3 kN / m2

Chọn sơ bộ xà gồ chữ Z có các thơng số:

Số hiệu
thép

H

E

F

L

t

Jx

Jy

Wx

Wy

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(cm4)

(cm4)

(cm3)

(cm3)

Z150

150

62

68

18

2

215,73

54,15

28,2

8,3

Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là a = 1,5 m
Độ dốc mái i = 10% → α = 5,71°

Tải tiêu
chuẩn
g tcxg
(kN/m)
0,047


 Trị số tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính tốn tác dụng lên xà gồ:

a
tc

g xg
cos 

q tc

(g mtc pmtc )

q tt

(g mtc  g pmtc  p )

(0,15 0,3)

a
g tcxg  g
cos 

1,5
0,047 0,725kN / m
cos(5,71o )

(0,15 1,1 0,3 1,3)

1,5
0,05 1,05 0,886kN / m
cos(5,71o )

 Phân tải trọng theo hai phương
Xét tải trọng tác dụng lên xà gồ theo hệ trục tọa độ OXY có trục OX tạo với phương
ngang 1 góc 5,71°

q tcx

q tc sin  0,725 sin(5,71o ) 0,072 kN / m

q ttx

q tt sin  0,89 sin(5,71o ) 0,088 kN / m

q tcy

q tc cos  0,728 cos(5,71o ) 0,72 kN / m

q tty

q tt cos 

0,89 cos(5,71o ) 0,88 kN / m

 Kiểm tra điều kiện bền của xà gồ
My

Mx
Wx

 td

Trong đó: M x

My

 td

f c

Wy

Mx
Wx

q tty B2

0,88 62
8

8

q ttx B2
8

0,088 62
8

3,96 102
28, 2

My
Wy

3,96 kN.m

0,396 kN.m

0,396 102
8,3

18,81 kN / cm 2

f

 Kiểm tra độ võng ( TTGH II )

B


B

5 q tcy B4

5 0,72 60003
384 2,1 105 215,73 10 4

B 384 E I x

1
200

5 10

3


B


B

Vậy xà gồ thỏa mãn cả điều kiện bền và độ võng

4, 47 10

3

 c 1 21 21 kN / cm 2


2.5 Hệ giằng

Hình 2. Hệ giằng mái

Hình 3. Hệ giằng cột


2.6 Sơ đồ tính

Hình 4. Sơ đồ tính khung ngang nhà
Chương 3: Tải trọng tác dụng lên khung ngang
3.1 Tĩnh tải
 Phần trọng lượng bản thân của kết cấu ( phần mềm tự tính ):
Trọng lượng bản thân cột
Trọng lượng bản thân xà ngang

Trọng lượng bản thân cửa trời
 Trọng lượng mái: Tole, xà gồ
Tải trọng tiêu chuẩn g mtc
Tải trọng tính tốn g mtt

0,15 kN / m2
0,15 1,1 0,165 kN / m 2 ( 1,1 là hệ số vượt tải mái )

Tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:
p1tt

g mtt B
cos()

0,165 6
cos(5,71o )

0,995 kN / m


 Trọng lượng bản thân của tôn tường, hệ giằng cột lấy bằng 0,15 kN/m2. Quy thành tải
tập trung đặt tải đỉnh cột và momen lệch tâm tác dụng vào cột dưới:

p2tt 1,1 0,15 B H 1,1 0,15 6 11 10,89 kN
M2tt

10,89

h cd h ct
2

10,89

0,6 0,5
2

0,55 kN.m

 Tải trọng bản thân dầm cầu trục:
Sơ bộ trọng lượng bản thân dầm cầu trục là 1 kN/m. Quy thành tải tập trung và momen
lệch tâm tại cao trình vai cột:

p3tt 1 1,05 B 1 1,05 6 6,3 kN
M3tt

6,3 ( 0,5 h cd ) 6,3 (1 0,5 0,6) 4, 41 kN.m

 Trọng lượng cánh cửa và bậu cửa trời:
Sơ bộ trọng lượng bậu cửa trời là g cb
trời là g ckc

1 kN/m và trọng lượng kính cùng với khung cửa

0,35 kN/m

Quy về tải tập trung dưới chân cửa trời:

p5tt

(g cb B g ckc h cm B) 1,05 (1 6 0,35 1,5 6) 1,05 9,61 kN

Hình 5. Tĩnh tải khung ngang nhà


3.2 Hoạt tải mái
Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái
lợp tôn) là 0,3 kN/m2, hệ số vượt tải là 1,3.
Quy đổi về tải trọng phân bố đều trên xà ngang:

p1ht

1,3 0,3 6
cos(5,71o )

2,35 kN / m

Hình 6. Hoạt tải mái nửa trái

Hình 7. Hoạt tải mái nửa phải


3.3 Hoạt tải cầu trục
Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang xác
định như sau:
 Áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột:
Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung vào vai cột
Khi 2 xe con trên 2 cầu trục chạy về một phía, đồng tời hai cầu trục cũng tiến về cùng
một mặt phẳng khung thì ngay đó sẽ là Dmax cịn đầu kia sẽ là Dmin
Để tính được Dmax và Dmin ta vẽ đường ảnh hưởng của phản lực tại vai cột:
Ta có: Pmax = 245 kN; Pmin = 85,2 kN

Bk = 6,27 m; KK = 5,1 m

Hình 8. Đường ảnh hưởng để xác định Dmax, Dmin
Áp dụng định lý talet ta được: y2 = 0,15; y3 = 0,805
yi 1 0,15 0,805 1,955

Dmax

nc  p

Pmax yi

0,85 1,1 245 1,955 447,84 kN

Dmin

nc  p

Pmin yi

0,85 1,1 85,2 1,955 155,74 kN

Các lực Dmax và Dmin thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ lệch
tâm so với trục cột là e =  – 0,5 hcd = ( 1 – 0,5 0,6 ) = 0,7 m.


Trị số của các nhóm lệch tâm tương ứng:
Mmax = Dmax e = 447,84
Mmin = Dmin e = 155,74

0,7 = 313,5 (kNm)
0,7 = 109,1 (kNm)

Hình 9. Áp lực đứng của cầu trục Dmax tác dụng lên cột trái

Hình 10. Áp lực đứng của cầu trục Dmax tác dụng lên cột phải


 Lực hãm ngang của cầu trục
Lực hãm ngang T của cầu trục tác dụng vào cột khung đặt tại cao trình dầm hãm (giả
thiết cách vai cột 0,8 m) được xác định theo công thức:
T

nc p

0,5 k f (Q G xe )
no

yi

0,85 1,1

0,5 0,1 (320 27)
1,955 15,86 kN
2

Hình 11. Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái

Hình 12. Lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái

3.4 Tải trọng gió tác dụng vào khung
Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm hai thành phần là gió tác dụng vào cột và
gió tác dụng trên mái: q  p Wo k ce B H
Trong đó:
 γp: hệ số vượt tải của tải trọng gió γp = 1,2
 Wo: áp lực gió tiêu chuẩn, Wo = 1,1 kN/m2 do cơng trình thuộc vùng gió III-A
 k: hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao
 ce: hệ số khí động, phụ thuộc vào hình dạng nhà
 B: bước khung, B = 6 m
 αH: hệ số quy đổi, lấy αH = 1,04 với nhà có chiều cao H > 10 m
 Địa hình B: z = H = 11 m => k = 1,016 (tra bảng III.2 trang 90 Giáo trình thiết kế
khung thép nhà cơng nghiệp một tầng, một nhịp – Đoàn Tuyết Ngọc và kết hợp nội
suy)
 Đối với cửa trời, cao độ z = 14,3 m => k = 1,07
Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc của mái, các hệ số khí động có thể xác
định theo sơ đồ 2 bảng III.3 trang 91 giáo trình thiết kế khung thép nhà cơng nghiệp một
tầng, một nhịp – Đồn Tuyết Ngọc và kết hợp nội suy ta có:
ce1= −0,435 ; ce2 = −0,4 ; ce3 = −0,4
 Tải trọng gió tác dụng lên cột:
 Phía đón gió: 1,2 × 1,1 × 1,016 × 0,8 × 6 × 1,04 = 6,7 kN/m
 Phía khuất gió: 1,2 × 1,1 × 1,016 × 0,4 × 6 × 1,04 = 3,35 kN/m
 Tải trọng gió tác dụng trên mái:
 Phía đón gió: 1,2 × 1,1 × 1,016 × 0,435 × 6 × 1,04 = 3,64 kN/m
 Phía khuất gió: 1,2 × 1,1 × 1,016 × 0,5 × 6 × 1,04 = 4,18 kN/m
 Tải trọng gió tác dụng lên khung cửa trời:
 Phía đón gió: 1,2 × 1,1 × 1,07 × 0,7 × 6 × 1,04 = 6,17 kN/m
 Phía khuất gió: 1,2 × 1,1 × 1,07 × 0,6 × 6 × 1,04 = 5,30 kN/m
 Tải trọng gió tác dụng lên mái cửa trời:

 Phía đón gió: 1,2 × 1,1 × 1,07 × 0,435 × 6 × 1,04 = 3,83 kN/m
 Phía khuất gió: 1,2 × 1,1 × 1,07 × 0,4 × 6 × 1,04 = 3,53 kN/m

Hình 13. Sơ đồ hệ số khí động

Hình 14. Sơ đồ tải gió từ trái sang


Hình 15. Sơ đồ tải gió từ phải sang


Chương 4: Nội lực và tổ hợp nội lực

N

M

Q

Nội lực do tĩnh tải


N

M

Q

Nội lực do hoạt tải trái

N

M

Q

Nội lực do hoạt tải phải


N

M

Q

Nội lực do hoạt tải cả mái


N

M

Q

Nội lực do gió trái


N

M

Q

Nội lực do gió phải


N

M

Q

Nội lực do Dmax trái


N

M

Q

Nội lực do Dmax phải


N

M

Q

Nội lực do T trái