Đồ án kết cấu thép số II trường đh kiến trúc

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
II. Thiết kế cột.
1/ Xác định chiều dài tính toán của cột.
Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán.
- Nội lực phần cột trên : M
2
=-147,04 T.m; N
2
=218,23 T.
- Nội lực phần cột d-ới : M
1
=287,1 T.m; N
1
=218,23 T.
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung xác định riêng cho từng phần
cột theo công thức :
l
1x
=
1
H
d
; l
2x
=
2
H
t

Tr-ớc hết tính các tham số.
Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột trên và d-ới.

K=
215,0
1,6
2,9
.
7
1
H
H
J
J
t
d
1
2

Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất của phần cột d-ới và phần cột trên :
m=
3,2
7,94
23,218
N
N
2
1


Tính hệ số : C
1
=
156,1
3,2
7
2,9
1,6
mJ
J
H
H
2
1
d
t

Tra bảng đ-ợc
1
=2,08 và
2
=
8,1
156,1
08,2
C
1
1



Chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung :
+ Phần cột trên :
l
2x
=
2
H
t
=1,8.6,1=4,6 m
+ Phần cột d-ới :
l
1x
=
1

H
d
=2,08.9,2=19,14 m
Chiều dài tính toán của các phần cột ngoài mặt phẳng khung xác định
bằng khoảng cách các điểm cố kết dọc ngăn cản không cho cột chuyển vị
theo ph-ơng dọc nhà.
+ Cột trên : l
2y
=H
t
-H
dc
=6,1-1,5=4,6 m
+ Cột d-ới : l
1y
=H
d
=9,2 m
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
2/ Chọn tiết diện cột trên :
2.1- Chọn tiết diện.
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng. Hình dạng này đơn giản cho
chế tạo. Tiết diện cột đ-ợc ghép từ ba bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn
tr-ớc h
t
=750 mm.
Độ lệch tâm : e=
55,1
7,94
04,147

N
M

m
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh h-ởng hình dạng tiết diện =1,25 và diện tích
yêu cầu của tiết diện tính theo công thức gần đúng :
A
yc
=








t
h
e
)8,22,2(
R
N
cm
2

Với N - lực dọc trong tiết diện cột trên.
- hệ số ảnh h-ởng hình dạng tiết diện, lấy =1,25.
R- c-ờng độ tính toán của thép.
- hệ số điều kiện làm việc của cột, lấy =1.

e - độ lệch tâm
h
t
- chiều cao tiết diện cột trên.
A
yc
=
7,289
75
155
8,225,1
10.3,2
10.7,94
3
3








cm
2

Chọn chiều dày bản bụng
b
=15 mm; (Tỷ số
50

5,1
75h
b


), chiều dày
bản cánh
c
=20 mm; bề rộng b
c
=450 mm.
Diện tích tiết diện vừa chọn :
Bản bụng :
Bản cánh :
71.1,5=106,5
2.45.2=180
Diện tích
A=286,5 cm
2

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
2.2- Kiểm tra tiết diện đã chọn :
Tính các đặc tr-ng hình học của tiết diện :
Momen quán tính của tiết diện :

28460445.2.5,36
12
2.45
2
12

71.5,1
J
2
33
x








cm
4


30395
12
5,1.71
12
45.2.2
J
33
y

cm
4

Bán kính quán tính của tiết diện :

r
x
=
5,31
5,286
284604
A
J
x

cm
r
y
=
3,10
5,286
30395
A
J
y

cm
Momen chống uốn :
W
x
=
4,7589
75
284604
.2

h
J.2
t
x

cm
3

Độ mảnh và độ mảnh quy -ớc của cột trên :

85,34
5,31
1098
r
l
x
x2
x



15,110.1,2/2300.85,34E/R
6
xx



7,44
3,10
460

r
l
y
y2
y



47,110.1,2/2300.7,44E/R
6
yy


Độ lệch tâm t-ơng đối m=
x
ng
W
A
e

Trong đó :
e - độ lệch tâm.
A
ng
- là diện tích tiết diện nguyên
W
x
- momen chống uốn của tiết diện theo trục x-x
m=
85,5

4,7589
5,286
.155

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Với
1,1
x

5 < 5; 5<m=5,85<20; tỷ số A
c
/A
b
=90/106,5=0,84 tra bảng :
A
c
/A
b
=0,5 thì =1,25
A
c
/A
b
=1 thì =1,4-0,02.

x
1,4-0,02.1,15=1,38
Nội suy ra =1,34
Độ lệch tâm tính đổi :
m

1
=.m=1,34.5,85=7,84 <20
Do A
th
=A
ng
và m
1
<20 nên không phải kiểm tra điều kiện bền. (A
th
- diện
tích tiết diện thu hẹp).
2.3- Kiển tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn.
Do m
1
<20, cột bị phá hoại về ổn định. Khả năng ổn định của cột nén lệch tâm
không chỉ phụ thuộc vào độ mảnh mà còn chịu ảnh h-ởng của hình dạng tiết diện và
của momen uốn ở một hoặc cả hai mặt phẳng chứa hai trục chính của tiết diện cột.
ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung của cột đ-ợc kiểm tra theo công thức



R
A.
N
nglt
x

Trong đó :

lt
- hệ số uốn dọc của cấu kiện đặc chịu nén lệch tâm, tra bảng ra, nó
phụ thuộc vào độ lệch tâm tính đổi m
1
và độ mảnh quy -ớc
x

.Với
x

=1,15 tra
bảng đ-ợc
lt
=0,1834.
A
ng
diện tích tiết diện nguyên của cột.

3
3
x
10.3,2R3,1802
5,286.1834,0
10.7,94

Kg/cm
2

Điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung của cột là thoả mãn.
2.4- Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn

Momen tính toán tại tiết diện B có trị số M=147,04 T.m do các tải trọng
1,2,4,5,8. Vậy momen t-ơng ứng ở tiết diện C
t
do các tải trọng này gây ra là :
M
c
=-30,07-4,3+40,77+19,36+19,73=45,49 T.m
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Momen ở 1/3 tiết diện cột trên kể từ trên xuống :
86,8249,45
3
2
)49,4504,147(M
3
2
)MM(M
CCB

T.m
Giá trị momen quy -ớc M' dùng để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng
khung là giá trị lớn nhất của ba trị số :
M
; M
B
/2 và M
C
/2. Vậy giá trị
M'=
M
=-82,86 T.m.

Độ lệch tâm t-ơng đối :

X
ng
x
W
A
.
N
'M
m

M' - momen quy -ớc dùng để kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng.
N - lực dọc tính toán ở tiết diện cột trên.
A
ng
- diện tích tiết diện nguyên của cột trên.
W
x
- momen chống uốn của tiết diện theo trục x-x.

3,3
4,7589
5,286
.
10.7,94
10.86,82
m
3
5

x

< 5
Với m
x
=3,3 <5 nên hệ số kể đến ảnh h-ởng của momen uốn (M
x
) và hình
dạng tiết diện đối với ổn định của cột theo ph-ơng ngoài mặt phẳng khung là
C đ-ợc xác định :
C=
x
m1


Trong đó :
- phụ thuộc vào loại tiết diện, độ lệch tâm t-ơng đối, đ-ợc xác
định theo bảng II.5 phụ lục II.
=0,65+0,005m
x

=0,65+0,005.3,3=0,665
- phụ thuộc vào loại tiết diện và độ mảnh.
Độ mảnh
y
=44,7 <
c
=3,14
3,99
2100

10.1,2
.14,3
R
E
6


tra bảng đ-ợc =1
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
C=
313,0
3,3.665,01
1



Điều kiện ổn định ngoài mặt khung



R
)A.C(
N
ngy
y

Trong đó :

y
- hệ số uốn dọc đối với trục y-y của tiết diện cột, tra bảng phụ

thuộc vào độ mảnh
y
, với
y
=44,7 tra bảng đ-ợc
y
=0,907.

)5,286.907,0.313,0(
10.7,94
3
y

=1164 Kg/cm
2
<R=2300 Kg/cm
2

2.5- Kiểm tra ổn định cục bộ với bản cánh cột


R/E).1,036,0(/b
ycc

=
=
32,152300/10.1,2)47,1.1,036,0(
6

Tiết diện cột đã chọn có tỷ số :
b
c
/
c
=(45-1,5)/(2.2)=10,87 <15,32
Do khả năng chịu lực của cột xác định theo điều kiện ổn định tổng thể
trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn

b0
/h
đ-ợc xác định theo bảng.
Với m=5,85 >1 và
47,1
y

>0,8 tra bảng đ-ợc :


4,49
10.3,2
10.1,2
)47,1.5,09,0(R/E).5,09,0(/h
3
6
b0


Tiết diện cột đã chọn có :
h

0
/
c
=(75-2.2)/1,5=47,3 < 49,4
Tiết diện đã chọn là hợp lý.
3. Thiết kế cột d-ới.
3.1- Hình dạng và yêu cầu cấu tạo tiết diện.
Do cầu trục có sức trục lớn nên cần thiết phải mở rộng tiết diện cho phù
hợp với kích th-ớc cầu chạy cho nên cột d-ới sử dụng bằng cột rỗng.
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Cột d-ới của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp này có tiết diện không
đối xứng, bao gồm hai nhánh : Nhánh ngoài (nhánh mái) và nhánh trong
(nhánh cầu trục). Nhánh ngoài dùng tổ hợp của một bản thép và hai thép góc.
Nhánh trong dùng tiết diện tổ hợp từ ba thép bản.
Do cột d-ới có lực cắt lớn nên dùng hệ bụng dạng thanh giằng. Các thanh
giằng là thép dóc bố trí theo hệ tam giác có thanh ngang. Trục thanh giằng
hội tụ ở trục nhánh cầu chạy và ở trục của nhánh mái.
3.2- Chọn tiết diện.
Khi chịu uốn quanh trục rỗng x-x, cột rỗng làm việc nh- một dàn hai
cánh song song. Việc chọn tiết diện xuất phát từ điều kiện bền của từng nhánh
riêng rẽ. Momen uốn M
x
và lực dọc N của cột gây ra nội lực dọc N
nh
trong các
nhánh cột. Xác định N
nh
cho từng nhánh riêng rẽ.
Dựa vào bảng tổ hợp chọn ra đ-ợc cặp nội lực nguy hiểm cho từng nhánh:
+ Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1.

M
1
=-99,8 T.m; N
1
=218,23 T
+ Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 2.
M
2
=287,1 T.m ; N
2
=218,23 T
Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm nhánh 1 :
y
1
=
C.
MM
M
21
2


C- Khoảng cách trọng tâm hai nhánh. Ban đầu giả thiết C=h

11,15,1.
1,2878,99
1,289
y
1

m
Khoản cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến trục trọng tâm nhánh 2 là
y
2
=C-y
1
=1,5-1,11=0,39 m
Lực dọc trong nhánh cột.
+ Trong nhánh 1 :
N
nh1
=
27,123
5,1
8,99
5,1
39,0
.23,218
C
M
C
y
.N
12
1

T

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
+ Trong nhánh 2 :
N
nh2
=
89,352
5,1
1,287
5,1
11,1
.23,218
C
M
C
y
.N
21
2

T
Giả thiết hệ số ổn định =79, chọn =8 tính đ-ợc diện tích tiết diện yêu
cầu cho từng nhánh riêng rẽ.
+ Cho nhánh 1 :
A
ycn1
=
67
2300.8,0
10.27,123
.R.

N
3
1nh


cm
2

+ Cho nhánh 2 :
A
ycn2
=
8,191
2300.8,0
10.89,352
.R.
N
3
2nh


cm
2

Chọn tiết diện nhánh 1 nh- sau : Chiều cao tiết diện nhánh lấy
(0,30,5)b
d
và khoảng (
30
1

20
1

) H
d
. Chọn h=50 cm; h/H
d
=1/18,2. chiều dày
bản cánh
2,1
c

cm, bề rộng bản cánh 20 cm; chiều dày bản bụng 1 cm.
Chọn tiết diện nhánh 2 nh- sau : Chọn tiết diện tổ hợp từ thép bản
456x22 mm và hai thép góc đều cạnh L200x16 có A
1g
=62 cm
2
vị trí trục trọng
tâm của thép góc cánh mép thép góc x
20
=5,54 cm và momen quán tính của
thép góc J
xg
=2363 cm
4
.

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Diện tích tiết diện nhánh 1 :
A
nh1
=47,6.1+2.20.1,2=95,6 cm
2
Diện tích tiết diện nhánh 2 :
A
nh2
=45,6.2,2+2.62=224,32 cm
2

Khoảng cách từ mép trái của nhánh 2 đến vị trí trọng tâm tiết diện nhánh
mái là :
x
0
=
96,4
32,224
54,5.62.21,1.32,100
A
Z.A
i

ii




cm

Các đặc tr-ng hình học :
Momen quán tính trục x-x của nhánh 1
J
x1
=
7,1866
12
20.2,1.2
3

cm
4

Momen quán tính trục x-x của nhánh 2
J
x2
=
7035])96,474,7(622363[2)1,196,4.(32,100
12
2,2.6,45
22
3

cm
4

Bán kính quán tính trục x-x của nhánh 1

36,4
6,95
7,1866
A
J
r
1nh
1x
1x

cm
Bán kính quán tính trục x-x của nhánh 2

74,5
32,224
7035
A
J
r
2nh
2x
2x

cm
Momen quán tính trục y-y của nhánh 1

J
y1
=
328762,23.20.2,1.2
12
6,.47.1
2
3

cm
4

Momen quán tính trục x-x của nhánh 2
J
x2
=
8,69067])54,525(622363[2
12
6,45.2,2
2
3

cm
4


§.H kiÕn tróc hµ néi ®å ¸n kÕt cÊu thÐp sè II
B¸n kÝnh qu¸n tÝnh trôc y-y cña nh¸nh 1

3,18

6,95
32876
A
J
r
1nh
1y
1y

cm
B¸n kÝnh qu¸n tÝnh trôc y-y cña nh¸nh 2

7,15
32,224
8,69067
A
J
r
2nh
2y
2y

cm
Kho¶ng c¸ch gi÷a hai trôc nh¸nh :
C=h-x
0
=150-4,96=145 cm
Kho¶ng c¸ch tõ trôc träng t©m toµn tiÕt diÖn tíi nh¸nh 1 :

C.

A
A
y
2nh
1


Trong ®ã :
A
nh2
- diÖn tÝch tiÕt diÖn nh¸nh 2
A - diÖn tÝch toµn tiÕt diÖn cét d-íi :
A = A
nh1
+A
nh2
=95,6+224,32=319,92 cm
2

C - kho¶ng c¸ch gi÷a hai trôc nh¸nh

3,99145.
92,315
32,224
y
1

cm
Kho¶ng c¸ch tõ trôc träng t©m toµn tiÕt diÖn tíi nh¸nh 2.
y

2
=C-y
1
=145-99,3=45,7 cm
Momen qu¸n tÝnh toµn tiÕt diÖn víi trôc x-x (trôc träng t©m tiÕt diÖn)



nhi
2
ixix
A.yJJ
=
=1866,7+7031,5+99,3
2
.95,6+45,7
2
.224,32=1445688 cm
4

B¸n kÝnh qu¸n tÝnh
r
x
=
6,67
92,319
1445688
A
J
x


cm

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
3.3- Xác định hệ thanh bụng.
Bố trí hệ thanh bụng xiên và ngang, khoảng cách giữa các nút giằng
a=145 cm. Thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.
Chiều dài thanh xiên
S=
205145145Ca
2222

cm
Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên
Tang =
1
145
145

vậy =45
0
và sin=0,5.
Sơ bộ chọn thanh xiên là : L125x12 có A=28,9 cm
2
; r
tx
=2,46 cm
Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q=29,72 T là

3

3
tx
10.72,29
5,0.2
10.72,29
sin.2
Q
N


Kg
Độ mảnh của thanh xiên

83
46,2
201
r
S
txmin
txmax


tra bảng II1, phụ lục 2 đ-ợc hệ số
mĩntx
=0,713.
ứng suất trong thanh giằng xiên do lực cắt thực tế (ở tiết diện chân cột)
gây ra đ-ợc kiểm tra theo công thức :

R
.A

N
txtxmin
tx
tx




Trong đó :
N
tx
- lực dọc trong thanh giằng xiên do lực cắt Q trên tiết diện gây ra.
- hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên, kể đến sự lệch tâm
giữa trục thanh và trục liên kết khi tiết diện thép góc chỉ liên kết một bên
cánh; =0,75.
A
tx
- diện tích tiết diện thanh xiên.
R - c-ờng độ tính toán của thép.

3
3
tx
10.1923
9,28.75,0.713,0
10.72,29

< R=2300 Kg/cm
2

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Độ mảnh tính đổi của toàn cột theo trục ảo x-x xác định theo công thức :

][
A
A
.K
tx
2
xtd


Với
x
- độ mảnh ban đầu của toàn tiết diện cột lấy với trục x-x.
x
x1
x
r
l


l
1x
- chiều dài tính toán của toàn cột d-ới theo ph-ơng trong
mặt phẳng khung.
r
x
- bán kính quán tính toàn tiết diện cột d-ới.

3,28
6,67
1914
x


K - hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng của thanh xiên và trục nhánh.
Với =45
0
tra bảng đ-ợc K=28.
[] - độ mảnh giới hạn. Tra bảng []=120

85,30
9,28.2
32,319
.283,28
2
td

<[]=120
Tính lực cắt quy -ớc theo công thức :
Q
q-
=7,15.10
-6
(2330


N

).
R
E

N - Lực dọc lớn nhất trong N
1
, N
2

- hệ số uốn dọc phụ thuộc vào
td
. Với
td
=30,85 tra bảng =0,936.
Q
q-
=7,15.10
-6

936,0
10.23,218
)
10.3,2
10.1,2
2330(
3
3
6
2,22.10
3

Kg
Nhận thấy rằng lực cắt dùng để tính thanh giằng Q >Q
q-
do vậy không
phải tính lại thanh bụng xiên và
td
.
Tính thanh bụng ngang theo lực cắt quy -ớc Q
q-
, do Q
q-
rất nhỏ nên chọn
thanh giằng ngang theo độ mảnh giới hạn []=150. Dùng thép góc L 50x5 có
r
min
=0,98 cm, A=4,8 cm
2
.

98,0
96,4150
r
S
min


148 <[].
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
3.4 - Kiểm tra tiết diện đã chọn
Lực nén chính xác tác dụng lên từng nhánh N

nh1
, N
nh2

+ Trong nhánh 1 :
N
nh1
=
6,137
145
99800
145
7,45
.23,218
C
M
C
y
.N
12
1

T
+ Trong nhánh 2 :
N
nh2
=
4,347
145
287100

145
3,99
.23,218
C
M
C
y
.N
21
2

T
Độ mảnh của từng nhánh đối với trục bản thân của nhánh.
+ Nhánh 1

25,33
36,4
145
r
l
1x
1nh
1x



3,50
3,18
920
r

l
1y
1y
1y


Do
x1
<
y1
cho nên
max
=
y1
=50,3; tra bảng đ-ợc
min
=0,869
+ Nhánh 2

3,25
74,5
145
r
l
2x
2nh
2x

6,58
7,15
920
r
l
2y
2y
2y


Do
x2
<
y2
cho nên
max
=
y2
=58,6; tra bảng đ-ợc
min
=0,865
Kiểm tra ứng suất
+ Trong nhánh 1

6,95.869,0
10.6,137
A.
N
3
1nhmin

1nh



=1610 Kg/cm
2
<R=2300 Kg/cm
2

Điều kiện ứng suất ở nhánh 1 đảm bảo.
+ Trong nhánh 2

32,224.865,0
10.4,347
A.
N
3
2nhmin
2nh



=1880 Kg/cm
2
<R=2300 Kg/cm
2

Điều kiện ứng suất ở nhánh 2 đảm bảo.
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
+ Trong toàn cột theo trục ảo x-x

- Với cặp nội lực số 1 :
Độ lệch tâm e
1
=M
1
/N
1
=
7,45
23,218
9980

cm
Độ lệch tâm t-ơng đối
m=e
1
.
3,99.
1422715
92,319
.7,45y.
J
A
1
x

=1
y
1
- khoảng cách từ trục trọng tâm đến trục nhánh 1.
Độ mảnh quy -ớc.

975,0
10.1,2
2300
.85,30E/R.
6
tdtd


Với m=1 và
975,0
td

tra bảng đ-ợc
lt

=0,485
ổn định toàn thân đ-ợc kiểm tra theo công thức :



R
A.
N
lt
1


1444
92,319.485,0
10.23,218
3

Kg/cm
2
< R=2300 Kg/cm
2

ổn định toàn thân do cặp nội lực số 1 gây ra đ-ợc đảm bảo
- Với cặp nội lực số 2 :
Độ lệch tâm e
2
=M
2
/N
2

=
5,131
23,218
10.1,287
2

cm
Độ lệch tâm t-ơng đối
m=e
2
.
7,45.
1422715
92,319
.5,131y.
J
A
2
x

=1,31
y
2
- khoảng cách từ trục trọng tâm đến trục nhánh 2.
Độ mảnh quy -ớc.

975,0
10.1,2
2300
.85,30E/R.
6
tdtd


Với m=1,31 và
975,0
td

tra bảng đ-ợc
lt
=0,548
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
ổn định toàn thân đ-ợc kiểm tra theo công thức :

R
A.
N
lt
2


1278
92,319.548,0
10.23,218
3

Kg/cm
2
< R=2300 Kg/cm
2

Điều kiện ổn định toàn cột đ-ợc đảm bảo.
3.5 - Tính liên kết giằng vào các nhánh cột.
Đ-ờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực : N
tx
=29,72 T
Với các loại thép có R
btc
4300 Kg/cm
2
, dùng que hàn 42 và hàn tay thì
R
gh
= 1800 Kg/cm

2
; R
gt
=0,45R
btc
=0,45.3450= 1550 Kg/cm
2

Do hàn tay nên
h
=0,7;
h
=1.

t
.R
gt
=1.1550=1550 Kg/cm
2


h
.R
gh
=0,7.1800=1260 Kg/cm
2

Thanh xiên là thép góc L125x12, giả thiết đ-ờng hàn sống h
s
=1,2 cm,

h
m
=0,8 cm. Chiều dài cần thiết của đ-ờng hàn sống và hàn mép để liên kết
thép góc thanh bụng xiên vào mép cột là:
l
hs
=
3,18
75,0.1260.2,1
29720.7,0
)R.(h
N7,0
mings


cm
l
hm
=
8,11
75,0.1260.8,0
29720.3,0
)R.(h
N3,0
mings


cm
Đ-ờng hàn thanh bụng ngang L50x5 vào nhánh cột tính đủ chịu lực cắt
Q

q-
=2200 Kg, rất bé cho nên chọn theo cấu tạo với h
s
=6 mm; h
m
=4 mm;
l
h
5cm.
Để chống và giữ cho kích th-ớc tiết diện cột không bị thay đổi, dọc theo
chiều dài cột, tại vị trí các thanh giằng ngang đặt các vách cứng. Chiều dày
các vách cứng =1 cm, khoảng cách giữa các vách cứng này là 2,8 m.
Kiểm tra lại tỷ số momen quán tính giữa cột trên và cột d-ới.

02,5
308273
1445688
J
J
2
1


Sai số :
%3,28100.
7
02,57


< 30%

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
4. Thiết kế chi tiết cột.
4.1- Nối hai phần cột.
Phần cột trên và cột d-ới có tiết diện khác nhau do đó phải dùng mối nối.
Mối nối này đ-ợc thực hiện ngay tại công tr-ờng. Vị trí mối nối cách vai cột
50 cm.
Cánh ngoài cột trên nối với cánh ngoài cột d-ới bằng đ-ờng hàn đối đâu.
Cánh trong cột trên hàn vào bản thép K bằng đ-ờng hàn đối đầu. Bản K
xẻ rãnh lồng vào bụng dầm vai và hàn với bụng dầm vai bằng 4 đ-ờng hàn
góc.
Bụng cột trên liên kết với dầm vai thông qua s-ờn lót và các đ-ờng hàn
góc.
Do mối nối cao hơn mặt dầm vai nên một phần bụng cột trên đ-ợc hàn
tr-ớc vào đỉnh cột d-ới. Mối nối cánh ngoài, cánh trong và bản bụng đ-ợc
thực hiện trên cùng một tiết diện.
Dựa vào bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra đ-ợc cặp nội lực nguy hiểm nhất.
+ Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh trong :
M
1
=-52,58 T.m; N
1
=94,7 T
+ Nội lực nguy hiểm nhất cho nhánh ngoài :
M
2
=69,19 T.m; N
2
=83,04 T
áp lực cầu trục D
max

=137,26 T
Mối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 50 cm; mối nối cánh ngoài,
cánh trong và bụng cột đ-ợc thực hiện trên cùng một tiết diện.
Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu.
S
ng
=
t
22
'b
M
2
N


b'
t
- khoảng cách trục 2 bản cánh cột trên. b'
t
=b
t
-
c
=75-2=73 cm
S
ng
=
3,136
73,0
19,69

2
04,83

T

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Nội lực lớn nhất mà cánh trong phải chịu.
S
tr
=
4,119
73,0
58,52
2
7,94
'b
M
2
N
t
11

T
Cánh ngoài nối bằng đ-ờng hàn đối đầu, chiều dài đ-ờng hàn bằng chiều
rộng cánh trên, ứng suất trong đ-ờng hàn đối đầu nối cánh ngoài :

hh
ng
hn
l.

S




h
- bề dày đ-ờng hàn; lấy
h
= 2 cm
l
h
- chiều dài đ-ờng hàn; l
h
=45-2.2=41 cm

2,1662
41.2
10.3,136
3
hn

Kg/cm
2
< R=2300 Kg/cm
2

Chọn bản nối K có chiều dày và bề rộng bằng bề rộng bản cánh cột trên.
Dùng mối nối đối đầu để hàn nối giữa bản cánh trong cột trên với bản K, ứng
suất trong đ-ờng hàn nối này :

1456
41.2
10.4,119
l.
S
3
hh
tr
hn



Kg/cm
2
< R=2300 Kg/cm
2

Mối nối đối đầu của cánh trong và cánh ngoài đủ khả năng chịu lực. Mối
nối bản bụng tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối. Vì lực cắt ở tiết diện nàylà
nhỏ nên đ-ờng hàn này hàn theo cấu cạo, hàn suốt, với chiều cao đ-ờng hàn
bằng chiều dày thép bản bụng (
h
=1,5 cm).
4.2- Tính dầm vai.
Dầm vai tính nh- dầm đơn giản có nhịp l=h
d
=1,5 m
Dần vai chịu uốn bởi lực S
tr
truyền từ cánh trong của cột trên. Sơ đồ tính

toán :
Phản lực gối tựa :
A=B=
7,59
2
4,119

T
Momen uốn lớn nhất tại giữa nhịp

78,44
4
5,1.4,119
4
l.S
M
tr
dv
max

T.m
Chiều dày bản đậy theo cấu tạo dày (2030) mm, ở đây chọn
bđ
= 30 mm.
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Chiều rộng s-ờn đầu dầm cầu trục b
s
=300 mm
Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai.
Z=b

s
+2.
bđ
=30+2.3=36 cm
Chiều dày bản bụng dầm vai xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập
trung D
max


dv
=
em
max
R.Z
D

Với R
em
- c-ờng độ tính toán về ép mặt của thép.

dv
=
2,1
3500.36
10.26,137
3

cm Chọn
dv
=1,6 cm.

Bụng nhánh cầu trục của cột d-ới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồn
qua. Hai bản bụng này liên kết bởi 4 đ-ờng hàn góc.
Chiều cao dầm vai đồng thời phải thoả mãn các điều kiện :
+ Yêu cầu về cấu tạo h
dv
0,5 h
d
=0,5.1,5=0,75 m
+ Phải đủ chứa 4 đ-ờng hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với
bụng nhánh cầu trục. Giả thiết đ-ờng hàn góc h
h
=8 mm.






2,3
1260.8,0.4
10.7,5910.26,137
6,1.2
)R(h.4
BD
l
33
mingh
max
1
h

48,8 cm
Chiều dài cần thiết để liên kết bản K vào bụng dầm vai.

8,322,3
1260.8,0.4
10.4,119
6,1.2
)R(h.4
S
l
3
mingh
tr
1
h



cm
Chọn h
dv
=77 cm.
Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai.
Dầm vai có tiết diện dạng I không đối xứng. Cánh d-ới dầm vai là bản
thép nằm ngang nối bản bụng của hai nhánh cột d-ới.
Cánh trên dầm vai là hai bản thép (bản đậy mút nhánh cầu trục và bản
s-ờn lót), kích th-ớc hai bản thép này khác nhau nên tiết diện ngang của dầm
vai về hai phía của lực S
tr
cũng khác nhau.

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Để kiểm tra về uốn của dầm vai đủ chịu
dv
max
M
cần phải tính momen
chống uốn của cả hai tiết diện này và phải tìm vị trí của trục trọng tâm x-x.
Khi điều kiện uốn thoả mãn, cần phải tính liên kết giữa cánh và bụng dầm tiết
diện chữ I không đối xứng này, khi đó bài toán sẽ phức tạp.
Để thiên về an toàn và đơn giản hoá bài toán, quan niệm chỉ có riêng bản
bụng dầm vai chịu uốn. Tính momen chống uốn của bản bụng.
Momen kháng uốn của dầm vai.

7,1778
6
77.6,1
6
h.
W
2
2
bdvdv



cm
2

Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai

5,2232
7,1778
10.78,44
W
M
5
dv
max

<R=2300 Kg/cm
2

Với cách tính này, mọi đ-ờng hàn ngang đều lấy theo cấu tạo : đ-ờng hàn
liên tục, chiều cao đ-ờng hàn giữa bản bụng và cánh dầm vai lấy bằng 1,6 cm.
4.3- Tính chân cột rỗng.
Cột rỗng chịu lén nệch tâm có chân riêng rẽ cho từng nhánh do đó chân
của mỗi nhánh đ-ợc tính nh- chân cột nén đúng tâm. Lực tính toán chân ở mỗi
nhánh là lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột I-I tính riêng cho từng nhánh.
Dựa vào bảng tổ hợp nội lực chọn lực nén max ở tiết diện chân cột của
nhánh cầu trục là N
1
=123,27 T và ở nhánh mái N
2
=352,89 T. Sử dụng bê tông
mác 150
#
Việc tính toán tiến hành riêng rẽ cho từng nhánh. Diện tích bản đế yêu
cầu ở mỗi nhánh :
A
bđ

=
ncb
maxnh
R.m
N

Trong đó :
N
nhmax
- Lực dọc lớn nhất ở trong nhánh.
m
cb
- hệ số tăng c-ờng độ do nén cục bộ mặt bê tông móng. giả
thiết m
cb
=
5,1A/A
3
bdm

với A
m
, A
bd
- diện tích mặt móng và diện tích bản đế
của chân cột. Giả thiết m
cb
=1,2
R
n

- c-ờng độ chịu nén của bê tông. R
n
=65 Kg/cm
2

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh 1 :

1580
65.2,1
10.27,123
A
3
yc
bd1

cm
2

Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh 2 :

4524
65.2,1
10.89,352
A
3
yc
bd2

cm

2

Chọn tiết diện bản đế theo yêu cầu cấu tạo.
B=b
c
+2.
dđ
+2.c
Với : b
c
- kích th-ớc vuông góc với mặt phẳng uốn của tiết diện cột
chính là bề rộng cột d-ới.

dđ
- chiều dày dầm đế, sơ bộ chọn
dđ
=1,5 cm
c - phần nhô ra của côngxon bản đế, chọn 3,5 cm
B=50+2.1,5+2.3,5=60 cm
Chiều dài L của bản đế từng nhánh.
+ Nhánh cầu trục :

3,26
60
1580
B
A
L
yc
bd1

yc
bd1

cm chọn L
1bđ
=35 cm
+ Nhánh mái :

4,75
60
4524
B
A
L
yc
bd2
yc
bd2

cm chọn L
2bđ
=84 cm
ứng suất thực tế của be tông móng ngay d-ới bản đế

L.B
N
nh
nh

+ ở nhánh 1

7,59
35.65
10.27,123
3
nh1

Kg/cm
2

+ ở nhánh 2

2,61
84.65
10.89,352
3
nh1

Kg/cm
2

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
Tính chiều dày bản đế.
ở nhánh 2 : Momen lớn nhất là ở bản kê 4 cạnh
M=.
ô
.d
2

Với b/a=
38,1
5,24
76,33

tra bảng đ-ợc =0,073
M=0,073.59,7.24,5
2
=2616 Kg.cm.
Nhánh 1 : Momen uốn lớn nhất ở bản kê 3 cạnh.
Với b/a=
69,0
5,24
17

tra bảng đ-ợc =0,087
M=0,087.61,2.24,5
2
=3196 Kg.cm.
Chiều dày cần thiết của bản đế mỗi nhánh :



.R
M.6
bd

Nhánh 1 :
61,2
2300

2616.6
bd1

cm
Nhánh 2 :
9,2
2300
3196.6
bd2

cm
Chọn chiều dày bản đế chung cho cả 2 nhánh là 3,5 cm
* Tính các bộ phận ở chân cột








Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II
- Dầm đế : Toàn bộ lực N
nh
truyền từ nhánh cột xuống bản đế thông qua
hai dầm đế và đôi s-ờn hàn vào bụng của nhánh. Vì vậy, dầm đế chịu tác dụng
của phản lực
nh
thuộc diện truyền tải của nó.
Tải trọng tác dụng lên dầm đế ở nhánh mái.

q
2dd
=(5+0,5.24,5).61,2=1192,6 Kg/cm
Tổng phản lực truyền lên dầm đế
N
2dd
=q
2dd
.L=1129,6.84=100178 Kg
Lực N
2dd
này do hai đ-ờng hàn liên kết dầm đế với sống và với mép thép
góc nhánh cột phải chịu. Giả thiết chiều cao đ-ờng hàn sống là 1,4 cm, chiều
cao đ-ờng hàn mép là 1,2 cm.
Chiều dài cần thiết của đ-ờng hàn sống.

75,39
1260.4,1
100178.7,0
)R (h
N.7,0
l
mings
dd2
hs



cm
Chiều dài cần thiết của đ-ờng hàn mép.

04,17
1260.2,1
100178.3,0
)R (h
N.3,0
l
mings
dd2
hs



cm
Chọn dầm đế có tiết diện là 45x1,5 cm.
Kiểm tra đoạn conson của dầm đế.
Momen uốn lớn nhất của đoạn conson

59630
2
10.6,1192
2
l.q
M
2
2
dd2
dd2

Kg.cm

N=q
2dd
.l=1192,6.10=11926 Kg
Momen kháng uốn của tiết diện

25,506
6
45.5,1
6
h.b
W
22

cm
3

Diện tích mặt cắt
A=b.h=1,5.45=67,5 cm
2


230028,117
25,506
59630
W
M

Kg/cm
2

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II

68,176
5,67
11926
A
N

Kg/cm
2
< 1350 Kg/cm
2

21268,17628,117
2222
td

Kg/cm
2
<1,15. 2300 Kg/cm
2

S-ờn A.
Tải trọng tác dụng lên s-ờn A
q
A
=24,5.61,2=1744,4 Kg/cm
S-ờn A làm việc nh- một dầm đơn giản 2 đầu ngàm. Momen uốn tại đầu
ngàm
M=

165680
12
76,33.4,1744
12
l.q
22

Kg.cm
N=
5,29445
2
76,33.4,1744
2
ql

Kg
Chiều cao đ-ờng hàn s-ờn vào bụng cột, h
h
=1,2 cm
S-ờn A đ-ợc hàn vào bụng cột bởi hai đ-ờng hàn, chiều dài mỗi đ-ờng
hàn :
l
h
=
8,11
9,0.1260.2,1.2
5,29445
.)R(h.2
N
mingh

cm
Chọn s-ờn A : 25x1,5 cm
Kiểm tra tiết diện s-ờn :
Momen kháng uốn của tiết diện

25,156
6
25.5,1
6
h.b
W
22

cm
3

Diện tích mặt cắt
A=b.h=1,5.25=37,5 cm
2


230035,1060
25,156
165680
W
M

Kg/cm

2


5,785
5,37
5,29445
A
N

Kg/cm
2
< 1350 Kg/cm
2

Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II

3,1319
22
td

Kg/cm
2
< 1,15.2300 Kg/cm
2

Tiết diện s-ờn A đủ khả năng chịu lực.
Kiểm tra đ-ờng hàn góc liên kết s-ờn A với bụng cột


6

)2,1.225.(2,1.7,0.2
6
l.h 2
W
2
2
hhh
h




=143 cm
3

A
h
=2.
h
.h
h
.l
h
=2.0,7.1,2.(25-2.1,2)=37,96 cm
2

2
22
2
h

td
96,37
5,29445
143
165680
A
N
W
M

=
=1394,3 Kg/cm
2
< 1800 Kg/cm
2
Đ-ờng hàn đủ khả năng chịu lực.
S-ờn B
Tải trọng tác dụng lên s-ờn B
q
B
=(10+0,5.33,76).61,2=1913,8 Kg/cm
S-ờn B làm việc nh- một dầm đơn giản 2 đầu ngàm. Momen uốn tại đầu
ngàm
M=
95720
12
5,24.8,1913
12
l.q
22

Kg.cm
N=
23444
2
5,24.8,1913
2
ql

Kg.
Chiều cao đ-ờng hàn s-ờn B vào s-ờn A và dầm đế, h
h
=1,2 cm
S-ờn B đ-ợc hàn vào s-ờn A bởi hai đ-ờng hàn, chiều dài mỗi đ-ờng hàn
l
h
=
5,8
9,0.1260.2,1.2
23444
.)R(h.2
N
mingh


cm
Chọn s-ờn B : 20x1 cm
Kiểm tra tiết diện s-ờn :
Momen kháng uốn của tiết diện
Đ.H kiến trúc hà nội đồ án kết cấu thép số II

67,66
6
20.1
6
h.b
W
22

cm
3

Diện tích mặt cắt
A=b.h=1.20=20 cm
2


23001435
67,66
95720
W
M

Kg/cm
2


1172
20
23444
A

N

Kg/cm
2
< 1350 Kg/cm
2


28,1852
22
td

Kg/cm
2
< 1,15.2300 Kg/cm
2

Tiết diện s-ờn B đủ khả năng chịu lực.
Kiểm tra đ-ờng hàn góc liên kết s-ờn B với s-ờn A

6
)2,1.220.(2,1.7,0.2
6
l.h 2
W
2
2
hhh
h

=86,7 cm
3

A
h
=2.
h
.h
h
.l
h
=2.0,7.1,2.(20-2.1,2)=29,6 cm
2

22
2
2
h
td
6,29
23444
7,86
95720
A
N
W
M

=
=1358,7 Kg/cm
2
< 1800 Kg/cm
2
Đ-ờng hàn đủ khả năng chịu lực.
Tính đ-ờng hàn ngang.
Chiều cao đ-ờng hàn ngang đ-ợc xác định theo công thức :
h
h
=
75,0
1260.2
8,1913
)R (2
q
ming
s


cm
q
s
- trị số tải trọng tác dụng lớn nhất d-ới bản đế tại s-ờn.
Chọn h
h
= 1 cm.
Nhánh phải
Dầm đế :
Tải trọng tác dụng lên dầm đế ở nhánh cầu trục.

q
1dd
=(5+0,5.24,5).59,7=1029,8 Kg/cm