đồ án kết cấu công trình thép

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 1

Phần I : KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG
I. Số liệu:
1. Số liệu chung :
 Cấu tạo mái lợp:
- Lớp gạch đá nem dày 2 cm.
- Lớp vữa lót dày 4 cm
- Lớp chống thấm 2 giấy,3 dầu có trọng lượng 20 daN/cm2
- Lớp chống thấm dày 5cm
- Vật liệu thép có R= 21E4 kN/m2 , E=21E7 kN/m2 , µ=0.3, γ=78.5kN/m2
- Panel lợp bằng mái BTCT có trọng lượng 150daN/cm2
2. Số liệu đề bài:

H (m)
L (m)
B (m)
Q (T)
G
12.5
36
90
30
III-A

 Số liệu thiết kế:
- Nhịp khung : L = 36 (m)
- Bước cột : b = 6 (m)

- Cao trính đỉnh ray : H
1
= 12.5 (m)
- Sức nâng cầu trục: Q = 300 (kN)
- Áp lực vùng gió : III-A
II. Chọn sơ bộ kết cấu :
1. Xác định kích thước theo phương đứng :
- Theo số liệu ta chọn được cầu trục :
o Loại ray thích hợp : KP-70


KIỂU
RAY
BỀ
RỘNG
MẶT
RAY
BỀ
RỘNG
ĐẾ
RAY
H
F
MOMEN QUÁN
TÍNH
K.LƯNG
MÉT
DÀI
J
x

J
y
mm
cm
2

cm
4

daN
KP70
70
120
120
67.3
1081.99
327.16
52.83
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 2

o Chiều cao : H
k
= 2750 (mm)
o Bề rộng cầu trục : B
ct
= 6300 (mm)
o Nhịp cầu trục : L
k
= 31.5 (m)
o Khoảng cách giữa hai trục bánh xe cầu trục : K = 5.1 (m)
o Khoảng cách từ tim ray đến mép ngoài : B
1
= 300 (mm)
o Chiều cao từ mặt ray đến kết cấu chịu lực (cánh dưới của dàn):
Ta lấy : f=300 (m) => H
2
= H
k
+100+f = 2750+100+300 = 3150 (mm)
o Chiều cao của xưởng,từ nền đến đáy ví kèo :
H = H
1

+ H
2
= 12.5+3.15=15.65 (m)
Chọn H là bội số của 1.8m theo QPXD 57-73,chọn : H =16.2 (m)

o Kìch thước thật của cột trên H
t
từ vai đỡ dầm cầu trục đến dạ vì kèo :
H
t
= H
2
+ H
dct
+ H
r
Trong đó :
H
dct
= 0.6 (m) : chiều cao dầm cầu trục,sơ bộ chọn khoảng (1/8-1/10) bước cột ;
H
r
: chiều cao ray và đệm ,sơ bộ chọn H
r
= 200 (mm)
Vậy : H
t
= 3.15 + 0.6 + 0.2 = 3.95 (m) , chọn H
t
= 4 (m)

o Chiều cao phần dưới cột tính từ bản đế chân cột (từ mặt móng) đến chỗ
đổi tiết diện :
Với : H
3
là phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền ; H
3
= 0
H
d
= H - H
t
+ H
3
= 16.2- 4 + 0 = 12.2 (m)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 3

±
0.00
+18.4
Q=30(T)
3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000
12200 4000 2200 1200 2500 600
SÔ ÑOÀ KHUNG NGANG TL:1/200
A
36000
B
3000

+16.2
+12.2
+20.2
+22.7

2. Xác định kích thước theo phương ngang :
- Cầu trục làm việc theo chế độ bính thường , Q < 70(T) nên ta chọn : a = 250(mm).
- Bề rộng phần cột trên : h
t
= (1/10 ÷ 1/12)H
t
, chọn h
t
= 400 (mm).
- Để cầu trục khi chuyển động không chạm vào cột,khoảng cách λ từ trục ray đến
trục định vị phải đảm bảo đủ lớn :
λ ≥ B
1
+ (h
t
-a) + D
Trong đó :
B
1
: phần đầu cầu trục bên ngoài ray,lấy theo catalo.
D: khe hở an toàn giửa cầu trục và mặt trong cột ; lấy bằng
60-75 (mm) ; Chọn : D = 70 (mm)
Vậy : λ = 300 + (400-250) + 70 = 520 (mm).
- Bề rộng cột dưới : h
d

= a + λ = 250 + 520 =770 (mm)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 4

Do u cầu độ cứng h
d
≥ (1/15 ÷ 1/20)H ; là bội số của 250 để tiện cho việc thi
cơng . Chọn h
d
= 1000 (mm).Vậy λ = 750 (mm).

- Nhip cửa mái L
cm
=(1/2÷1/4)L = (9÷18) m, chọn L
cm
= 12 (m).
- Khoảng cách giữa các nút dàn : Chọn mái lợp bằng tấm panel BTCT có kìch thước
1.5x6 (m) . Khi đó phải sử dụng hệ dàn vì kèo có hệ thanh bụng nhỏ.
o Khoảng cách giữa các nút của thanh cánh dưới : 3 (m).
o Khoảng cách giữa các nút của thanh cánh trên : 1.5 (m).
- Chọn chiều cao đầu dàn mái là : 2.2 (m)

III. Bố trí lưới cột và hệ giằng :
1. Hệ giằng ở mái :
Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dưới
dàn trở lên. Được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt
phẳng cánh dưới dàn, mặt phẳng đứng giữa các dàn.
a. Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên :

Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt
phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà. Tác dụng chính là ổn đònh
cho thanh cánh trên chòu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không
chuyển dòch ra ngoài mặt phẳng dàn.
Thanh chống dọc nhà dùng để cố đònh những nút quan trọng của nhà: nút
đỉnh nóc dàn, nút đầu dàn, nút dưới chân cửa mái.

250
300
1000
400
300
750
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 5

b. Hệ giằng trong mặt phẳng cánh dưới :
Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại vò trí có giằng cánh trên. Nó
cùng với giằng cánh trên tạo một khối cứng không gian bất biến hình. Hệ
giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chòu tải
trọng gió thổi trên tường hồi, nên còn gọi là dàn gió.
Vì cầu trục của nhà có sức trục Q = 50 (T) nên có thêm hệ giằng cánh
dưới theo phương dọc nhà. Hệ giằng này đảm bào sự làm việc cùng nhau
cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung
sang các khung lân cận.













6000600060006000 6000 6000
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
90000
60006000
4
3
2

1
44
4
5 6 7 8 9 10
11 12
13
14
15
16
HÊ GIÃNG CÁNH TRÊN
6000600060006000 6000 6000
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
90000
60006000
4
3
2
1
4
44
5 6 7 8 9 10
11 12
13
14
15
16
HÊ GIÃNG CÁNH DUOI
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ

SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 6

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG CỘT TL:1/500
2200400012200
6000 6000 36000 6000
90000
36000
11 12 1331 2 4 5 6 7 98 10 14 15 16
c. Hệ giằng đứng :
Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với
các giằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình, giữ vò trí và cố đònh cho
dàn vì kèo khi dựng lắp
2. Hệ giằng ở cột :
Hệ giằng ở cột bảo đảm sự bất biến hình học và độ cứng của toàn nhà
theo phương dọc nhà, chòu tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà và đảm
bảo ổn đònh cột.

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 7

1750
KÍNH
BẬU CỬA THÉP HÌNH
DÀN CỬA MÁI
DÀN VÀ HỆ GIẰNG THÉP
CÁC LỚP MÁI
TẤM PANEL BTCT 1,5X6 m
LỚP CÁCH NHIỆT BẰNG BÊTÔNG XỈ
LỚP XI MĂNG LÓT 1.5 c m
LỚP CHỐNG THẤM 2 GIẤY + 3 DẦU
2 LỚP GẠCH LÁ NEM VÀ VỮA LÓT
i=1/ 10
i=1/ 10
2200


Phần II : TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

I. Tải trọng tác dụng lên dàn :
1) Tải trọng thường xun :
 Tải trọng thường xun của các lớp mái:
Tải trọng do các lớp mái
g tc
(daN/m2)
g tc
(kN/m2)
n
g tt
(kN/m2)
Lớp gạch đá men dày 2cm
40
0.4
1.1
0.44
Lớp vữa lót dày 4 cm

72
0.72
1.2
0.864
Lớp chống thấm 2 giấy+3 dầu
20
0.2
1.2
0.24
Lớp chống thấm dày 5cm
125
1.25
1.2
1.5
Panel lợp bằng mai BTCT
150
1.5
1.1
1.65
TỔNG

4.07

4.69

Khi đó đổi tải trọng phân bố đều trên bề mặt với độ dốc i=1/10,chia cho Cosα = 0.995
4.07
4.09
0.995
c

m
g 
(kN.m
2
) ;
4.07
4.72
0.995
t
m
g 
(kN/m
2
)
 Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng :
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 8

- Theo công thức kinh nghiệm : g
c
d
= 1.2α
d
L
Trong đó :
 α
d
= 0.9 : hệ số trọng lượng bản thân dàn,lấy bằng 0.6-0.9 đối với dàn nhịp từ 24-

36 m.
 Hệ số kể đến trọng lượng bản thân các thanh giằng : 1.2
 g
c
d
= 1.2*0.9*36 = 38.88 (daN/m
2
) = 0.39 (kN/m
2
)
- Hệ số vượt tài n = 1.1 => g
t
d
= 0.43 (kN/m
2
)
 Trọng lượng kết cấu cửa mái:
- Theo công thức kinh nghiệm: g
c
cm
= α
cm
.L
cm

Trong đó :
 α
ct
= 0.5 ; L
cm

=12 (m) : nhịp cửa mái (m)
 Để tình chình xác hơn tải trọng của nút dàn ta chọn trị số 12-18 daN/m2,ta
chọn : g
c
cm
= 15 (daN/m
2
) = 0.15 (kN/m
2
)
 g
t
cm
= 1.1* g
c
cm
= 1.1*0.15 = 0.165 (kN/m
2
)
 Trọng lượng cánh cửa mái và bậu cửa mái:
Theo kinh nghiệm, trọng lượng bậu cửa : 100-150 (daN/m).
- Trọng lượng bậu cửa trên và dưới : g
c
b
= 120 (daN/m
2
) = 1.2 (kN/m).
Trọng lượng cửa kính và khung cánh cửa: 35-40 (daN/m
2
) => chọn g

c
k
= 0.4 (kN/m
2
).
 Tải trọng tập trung ở chân cửa trời (tại nút dàn) :
G
k
b
=1.1(g
c
k
*1.5 * 6 + g
c
b
* 6) = 1.1*(0.4*1.5*6 + 1.2*6) = 11.88 (kN)
Lực tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà:
* * 2*
0.165*12*6 2*11.88
0.165
* 36*6
tt
td
cm cm kb
cm
g L b G
g
Lb



  
(kN/m
2
)
 Vậy tải trọng phân bố đều tác dụng lên khung ngang là :

( )* (4.72 0.43 0.165)*6 31.86
t t td
m d cm
g g g g b      
(kN/m)
2) Tải trọng tạm thời (Hoạt tải sữa chữa trên mái) :
Tài trọng tam thời do sử dụng trên mái lấy theo nhiệm vụ thiết kế.Khi không có yêu cầu
đặc biệt thì lấy theo TCVN 2737-1995.
- Lấy p
tc
= 75 (daN/m
2
) = 0.75 (kN/m
2
) với hệ số vượt tải n = 1.3
Tải trọng tạm thời tính toán tác dụng lên khung ngang :

* 1.3
0.75* *6 5.88
cos 0.995
tt c
nb
pp


  
(kN/m)
3) Tải trọng tác dụng lên cột:
 Do phản lực của dàn:
- Tải trọng thường xuyên :
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 9


* 31.86*36
573.51
22
qL
A   
(kN)
- Tải trọng tạm thời :

* 5.88*36
' 105.83
22
pL
A   
(kN)
 Do trọng lượng của dầm cầu trục :
Trọng lượng của dầm cầu trục tình sơ bộ theo công thức :
2

dct dct dct

G n l



Trong đó :
 l
dct
= b = 6 (m) :nhịp dầm cầu trục ;
 α
dct
= 30 : hệ số bản thân dầm cầu trục lấy từ 24-37 với cầu trục sức trục
trung bình (Q<= 75T) ;
 n =1.1 : là hệ số vượt tải.

2
1.1*30*6 1188
dct
G 
(daN) = 11.88 (kN)
Trọng lượng bản thân ray :
**
rr
G n g b

Trong đó :
 n =1.1 : hệ số vượt tải ;
 b = 6 (m) : bước cột ;
 g
r
là trọng lượng 1 met dài ray , phụ thuộc vaò loại ray .Đối với loại ray

KP–70 thì g
r
= 52.83 daN/m = 0.5283 (kN/m).

1.1*0.5283*6 3.49
r
G 
(kN)
 Trọng lượng bản than dầm cầu trục và ray :

11.88 3.49 15.37
dct r dct r
G G G

    
(kN)
 Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :
Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray khi xe con mang vật nặng ở vảo vị trí
sát nhất với cột phìa đó. Trị số tiêu chuẩn P
c
max
được cho trong Catalo cầu trục:
 Sức trục (Trọng lượng vật nâng) : Q = 300 (kN)
 Áp lực lên bánh xe: P
max
= 360 (kN)
 Trọng lượng xe con: G
xc
= 120 (kN)
 Trọng lượng toàn cầu trục: G = 675 (kN)

 Số bánh xe 1 bên cầu trục : n
o
= 2
Khi đó,phìa ray bên kia có áp lực nhỏ nhất:

min max
0
300 675
360 127.5
2
tc tc
QG
PP
n

    
(kN)
Bề rộng của cầu trục B = 6300 (mm)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 10

Khoảng cách 2 trục bánh xe: K = 5100 (mm)
Tính áp lực D
max
và D
min
:

21
900 900
* *1 0.15
600 6000
yy  

31
(6000 1200) (6000 1200)
* *1 0.8
6000 6000
yy

  

1 2 3
1 0.15 0.8 1.95
i
y y y y      


Vị trí bất lợi nhất của các bánh xe trên dầm (như hính trên):
max max
. 1.2*0.85*360*1.95 716.04
c
ci
D nn P y  

(kN)
Trong đó :

 y : tung độ đường ảnh hưởng ;
 n = 1.2 : hệ số vượt tải ;
 n
c
= 0.85 : hệ số kết hợp đồng thời khi 2 cầu trục đứng gần.
Tương ứng ở bên kia ta có áp lực D
min
:
min min
. 1.2*0.85*127.5*1.95 253.6
c
ci
D nn P y  

(kN)
Để dể dàng cho tình toán và an toàn ta xem như D
max
và D
min
bao gồm cả G
dct
như một
hoạt tải:
max
716.04 11.8 727.92D   
(kN)
min
253.06 11.8 265.48D   
(kN)
Các lực D

max
, D
min
đặt vào trục của nhánh đỡ dầm cầu trục của cột , nên lệch tâm đối với
trục cột dưới 1 đoạn e lấy xấp xỉ bằng h
d
/2 = 0.5(mm).
max max
* 727.92*0.5M D e  
363.96 (kN)
min min
* 265.48*0.5M D e  
132.74 (kN)
 Do lực hãm xe con:
Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm:
6000
5100900 51001200
6000
y2
y1=1
y3
P=1
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 11


1
0

0.05( )
0.05*(300 120)
2
c
xc
QG
T
n


  
10.5 (kN)
Trong đó :
 G
xc
= 120 (kN) : trọng lượng xe con
 n
o
= 2 : số bánh xe ở một bên cầu trục.
Các lực ngang T
1
c
truyền lên cột thành lực T đặt ở cao trình hãm ; giá trị T cũng được xác
định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định D
max
,D
min
:
1
. . . 1.2*0.85*10.5*1.95

tc
ci
T nn T y  

20.88 (kN)
 Do trong lượng bản thân cột :
Ta chọn sơ bộ trọng lượng cột trên : g
t
c
= 200 (daN/m) = 2 (kN/m)
* * 1.1*2*4 8.8
t t t
cc
G n g H  
(kN) : tác dụng tại chân cột trên.
Ta chọn sơ bộ trọng lượng cột dưới : g
d
c
= 250 (daN/m) = 2.5 (kN/m)
* * 1.1*2.5*12.2
d d d
cc
G n g H  
33.55 (kN) : tác dụng tại chân cột dưới.
 Tải tác dụng tổng cộng tại cân cột dưới :
33.55 8.8
dt
c c c
G G G    
42.35 (kN)

 Do trọng lượng sườn tường panel:
Chọn kết cấu sườn tường bao che là tấm panel BTCT dày 60 (mm). Ta bố trí
panel sườn tường từ vai cột trở lên với chiều cao bố trí panel là:
H
t
+ H
0
= 4 + 2.2 = 6.2 (m).
Tải trọng panel sườn tường tại chân cột trên :
st
G
= n*b*H
pn
*g
pn
=1.1 * 6 * 6.2 * 1.5 = 61.38 (kN);Với : g
pn
= 150 (daN/m) =1.5 (kN/m)










4) Tải trọng gió tác dụng lên khung :
Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm :

- Gió thổi lên mặt tường dọc, được chuyển về thành lực phân bố trên cột khung.
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 12

- Gió tác dụng lên mái kể từ cánh dưới ví kèo, được chuyển thành lực tập trung nằm
ngang đặt ở các cao trính như hính vẽ.

Tải trọng phân bố đều lên cột được tính theo công thức:
- Phìa đón gió : q = n.W
o
.k.c.b
- Phìa đón gió : q'=n.W
o
.k.c'.b
Trong đó:
 n = 1.3 : hệ số vượt tải
 b = 6 (m) : bước khung
 k : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình.
 c , c' : hệ số khì động phìa đón gió và trái gió lấy theo bảng. (Theo “ TẢI
TRỌNG GIÓ THEO TIÊU CHUẨN 2737 – 90” )
60012200 4000 2200
A
B
36000
6°
1200 2500
W
W

W'
W'
q q'
+0.8
+0.7
-0.8
-0.6
-0.6
-0.6
C1
C3
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 13


Để tiện tính toán,có thể đổi tải trọng này thành phân bố đều suốt chiều dài cột,bằng cách
nhân trị số q ở độ cao dưới 10m với hệ số α.Ví H
dvk
=16.2 (m) nên α = 1.1 ;
Áp lực gió tiêu chuẩn ở khu vực III-A : W
o
= 110 (daN/m
2
) = 1.1 (kN/m
2
).
- Tại cao trính đáy dàn ví kèo : H
dvk

= 16.2 (m) => k = 1.252
- Tại cao trính đỉnh cửa mái : H
dcm
= 22.7 (m) => k = 1.312
o Nội suy hệ số động C
1
:
Độ
h/L
0
0.45
0.5
0
0

-0.6
6
0.06
-0.49
-0.54
20
0.2

-0.4
 C
1
= -0.49
Ví ∑ b/L = 90/36 = 2.5 > 2 và h/L = 16.2/36 = 0.45 < 0.5 nên C
3
= -0.5

Vậy ta có : q = 1.1*1.3*1.1*1.252*0.8*6 = 9.45 (kN/m)
q‟ = 1.1*1.3*1.1*1.252*0.5*6 = 5.91 (kN/m)
Trong khoảng từ độ cao đáy dàn ví kèo đến đỉnh cửa mái thì hệ số k được lấy trung bình:
1.252 1.312
2
k


1.282
Gió trong phạm vi mái,từ đáy ví kèo trở lên,được chuyển thành lực tập trung nằm ngang
đặt tại cao trính đáy dàn ví kèo :
- Phía trái gió (gió hút) :
0
* * * * * 1.3*1.1*1.282*6*(2.2*0.8 1.2*( 0.49) 2.5*0.7 0.6*( 0.8)) 26.86
ii
W n W k b c h       

- Phía trái gió (gió hút) :
''
0
* * * * * 1.3*1.1*1.281*6*(2.2*( 0.5) 1.2*( 0.6) 2.5*( 0.6) 0.6*( 0.6)) 40.48
ii
W n W k b c h         


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 14

g=31.86 kN/m
p=5.88 kN/m
q = 9.54 kN/m
A=573.48 kN
A'=105.84 kN
W=26.86 kN
W'=40.48 kN
q' = 5.91 kN/m
Dmax = 716.04 kN
Dmin = 253.6 kN
Mmax = 363.96 kN.m
Mmin =132.74 kN.m
T = 20.88 kN
G (dct+r)= 15.37 kN
Gc = 42.35 kN
A=573.48 kN
A'=105.84 kN
Gst = 61.38 kN

Phần III : NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 15

I. GIẢI KHUNG TÌM NỘI LỰC VÀ TỔ HP TẢI TRỌNG TÍNH
TOÁN :
A/ Sơ Đồ Tính Khung Ngang:
1) Các giả thiết:
- Để đơn giản sơ đồ tính, thay dàn vì kèo bằng xà ngang đặc có độ
cứng tương ứng đặt tại thanh cánh dưới dàn. Chiều cao tính toán tính từ
chân cột dưới đến thanh cánh dưới dàn. Nhòp tính toán là khoảng
cách giữa 2 trục trọng tâm của cột trên
- Khi tính toán khung đối xứng với tải trọng thẳng đứng đối xứng tác

dụng trực tiếp lên xà ngang (như g và p) thì chuyển vò ngang rất nhỏ
có thể bỏ qua, lúc đó chỉ còn ẩn số là góc xoay tại liên kết giữa
dàn và cột.
- Khi tính khung với tải trọng không phải thẳng đứng tác dựng trực tiếp
lên xà ngang (như D
max
, D
min
, T, W, W‟, q, q‟ ) thí xem xà ngang là cứng
vô cùng, lúc đó chỉ còn ẩn số là chuyển vò ngang.
2) Sơ đồ tính khung ngang:
Khi giải khung ta tìm nội lực tại 4 tiết diện : A , C
d
, C
t
, B

B/ Tính toán nội lực trường hợp điển hình bằng phương pháp chuyển vò :
1) Sơ Bộ Chọn Tỷ Số Độ Cứng Giữa Các Bộ Phận Khung :
 Lập các tỉ số:
Dựa theo kinh nghiệm J
1
: J
2
= 7

10 nên chọn
1
2
10
J
J


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 16

Dựa theo kinh nghiệm J
d
: J
2
= 25

40 nên chọn

2
35
d
J
J


 Kiểm tra điều kiện:
6
1 1.1





Trong đó:
1
1
16.2
: * 3.5* 1.575
36
dd
JJ
J
H
L H J L

   

1

2
1 10 1 9
J
J

    



= 1.575


6
1.4
1 1.1* 9


. Vậy thỏa điều kiện để xà ngang có độ cứng
vô cùng.

2) Tính Khung Với Tải Trọng Phân Bố Đều Trên Xà Ngang :







Dùng phương pháp chuyển vò, ẩn số là góc xoay
1


,
2

và 1 chuyển vò
ngang

ở đỉnh cột. Trường hợp ở đây là khung đối xứng, tải trọng đối
xứng nên
1

=
2

=

,

= 0 . Ẩn số còn lại là 2 góc xoay ở 2 nút khung.
Phương trình chính tắc:
0
111

p
Rr


Trong đó: r
11
là tổng mômen phản lực tại nút khung khi góc xoay


= 1
R
1p
là tổng mômen phản lực tại nút khung do tải trọng ngoài
gây ra.
q
B
C
A
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 17

Để tím r
11
, cần tính
xa
B
M
và
cot
B
M
là các mômen ở nút cứng B của xà và
cột khi 2 nút của khung cùng xoay

= 1.
1

1
2
2 3.5
0.2
36
xa
d
B
EJ
EJ
M EJ
L
  

Đối với thanh có tiết diện thay đổi (cột bậc), thì
cot
B
M
được tính dựa vào
công thức cho trong bảng III.1 Phụ lục III sách “ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP NHÀ
CƠNG NGHIỆP ” của tác giả Đồn Định Kiến.
H
EJ
k
C
M
B
1
cot
4



Trong đó:
1
2
1 10 1 9
J
J

    

4
0.25
16.2
t
H
H

  

A = 1 +

= 1 + 0.25 * 9 = 3.25
B = 1 +

2
= 1 + 0.25
2
* 9 = 1.56
C = 1 +


3
= 1 + 0.25
3
* 9= 1.14
F = 1 +

4
= 1 + 0.25
4
* 9 = 1.04
k = 4AC – 3B
2
= 4*3.25*1.14 – 3*1.56
2
= 7.52


cot
1
1
4*1.14
0.037
7.52 16.2
B
EJ
M EJ   

Qui ước mômen dương là mômen làm căng thớ bên trong của cột và dàn
r

11
=
xa
B
M
-
cot
B
M
= (0.2 + 0.037)EJ
1
= 0.237EJ
1

22
1
31.86*36
3440.88
12 12
p
PB
gL
RR      
(kN.m)
Giải phương trình chính tắc:
1
11 1 1
( 3440.88) 14518.48
0.237
p

R
r EJ EJ


    

Mômen cuối cùng được tính như sau:
* Ở đỉnh cột:
cot
cot
1
1
14518.48
* 0.037 * 537.18
B
B
M M EJ
EJ

    
(kN.m)
11
1
14518.48
* 0.2 * 3440.88 537.18
xa
xa
B
Bp
M M R EJ

EJ

     
(kN.m)
* Ở vai cột:
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 18

11
22
1
6 6*1.56 14518.48
* * * 68.86
7.52 16.2
B
B
EJ EJ
B
RR
k H EJ

   
(kN)
cot
* 537.18 68.86*4 261.74
c B B t
M M R H      
(kN.m)

* Ở chân cột:
cot
* 537.18 68.86*16.2 578.35
A B B
M M R H     
(kN.m)




 Mômen phụ sinh ra do lệch tâm giữa trục cột trên và trục cột dưới :
1 0.4
* * 573.48* 172.04
22
d tr
e
hh
M A e A


   
(kN.m)
Khung đối xứng, tải trọng A đối xứng nên có thể xem xà ngang có độ cứng
vô cùng và không có chuyển vò ngang. Nội lực trong khung do M
e
gây ra có
thể tìm được dựa vào công thức trong bảng III.2 Phụ lục đối với cột 2 đầu
ngàm. Dấu M
e
ngược với dấu trong bảng.

22
(1 )[3 (1 ) 4 ] (1 0.25)[3*1.56(1 0.25) 4*1.14]
*172.04 22.14( . )
4 3 4*3.25*1.14 3*1.56
t
Be
BC
M M kN m
AC B

     
   



22
6(1 )[ (1 )] 6(1 0.25)[1.56 3.25(1 0.25)] (172.04)
* 15.9
4 3 4*3.25*1.14 3*1.56 16.2
t
e
B
M
BA
R
AC B H

     
     


(kN)
''
15.9( )
pt
BB
R R kN  

* 22.14 ( 15.9)*4 41.46
t
C B B t
M M R H      
(kN.m)
41.46 172.04 130.58
dt
C C e
M M M     
(kN.m)
* 130.58 ( 15.9)*12.2 63.4
d
A C B d
M M R H      
(kN.m)



-537.18
-537.18
-261.74
578.35
A

B
C
M'g
22.14
-41.46
130.58
-63.4
A
B
C
MA
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 19







 Mômen sinh ra do trọng lượng dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn
tường:
1
* * 15.37* 7.69
22
d
dct r dct r dct r
h

M G e G
  
   
(kN.m)
1 0.4
* * 8.8* 2.64
22
t t t
dt
c c c
hh
M G e G


   
(kN.m)
1
* * 61.38* 30.69( . )
22
d
st st st
h
M G e G kN m   

Tổng hợp các mômen lại ta được mômen tác dụng lên cột:
30.69 2.64 7.69 25.64( . )
t
tt st c dct r
M M M M kN m


      

Nội lực khung tìm được bằng cách nhân với biểu đồ M
A
hệ số
25.64
0.15
172.04
tt
e
M
M

(vì 2 mômen này đặt tại cùng 1 vò trí và cùng chiều nhau).
M
B
= 22.14* 0.15= 3.32 (kN.m)
t
C
M
= -41.46 * 0.15 = -6.22 (kN.m)
d
C
M
= 130.58 * 0.15 = 19.59 (kN.m)
M
A
= -63.4* 0.15 = -9.51 (kN.m)

Trọng lượng của dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường và A là tải trọng
thường xuyên nên ta có thể cộng biểu đồ mômen do M
tt
và M
A
gây ra trực
tiếp với biểu đồ nội lực do g gây ra lên dàn và cột.
3.32
-6.22
19.59
-9.51
A
B
C
Mtt
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 20

-92.71
-54.58
92.69

A
B
C
Mp
-23.61


3) Tính Khung Với Tải Trọng Tạm Thời Trên Xà Ngang:
Ta có ngay biểu đồ nội lực do tải trọng tạm thời gây ra bằng cách nhân
biểu đồ nội lực của tải trọng thường xuyên (M„
g
+M
A
) với hệ số
5.88
0.18
31.86
p
g


( 537.18 22.14)*0.18 92.71
B
M     
(kN.m)
( 261.74 41.46)*0.18 54.58
t
C
M     
(kN.m)

( 261.74 130.58)*0.18 23.61
d
C
M     
(kN.m)
(578.35 63.4)*0.18 92.69
A
M   
(kN.m)











4) Tính Khung Với Mômen Cầu Trục M
max
, M
min
:
M
max
, M
min
đồng thời tác dụng ở 2 cột. Ở đây M

max
xuất hiện ở cột trái,
M
min
ở cột phải. Giải khung bằng phương pháp chuyển vò với xà ngang có
độä cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vò ngang của nút.
Phương trình chính tắc: r
11
*

+ R
1p
= 0
-511.72
-309.42
505.44
A
B
C
-111.57
-511.72
-309.42
505.44
A
B
C
Mg
-111.57
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ

SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 21

1.24
-0.04
-3.96
A
B
C
M
Trong đó:
- r
11
là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có
chuyển vò đơn vò

=1.
- Dấu của phản lực và chuyển vò tại liên kết thêm theo qui ước chiều
từ trái sang phải là dương.

Dùng bảng III.1 Phụ lục tính được mômen và phản lực ngang đầu cột B:
1 1 1
2 2 2 2 2
6 6*1.56
* 1.24*
4 3 4*3.25*1.14 3*1.56
B
EJ EJ EJ
B
M

AC B H H H
  

(kN.m)

1 1 1
2 3 2 3 3
12 12*3.25
* 5.2*
4 3 4*3.25*1.14 3*1.56
B
EJ EJ EJ
A
R
AC B H H H

     

(kN)
Biểu đồ mômen do

=1 gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác
như T hay gió nên ta tính luôn mômen tại các tiết diện của cột:
-Tiết diện vai cột:
1 1 1
2 2 2
1.24 5.2 0.04
4
**
16.2

C B B
t
EJ EJ EJ
M M R H
H H H

     
(kN.m)
-Tiết diện chân cột:
1 1 1
2 3 2
1.24 5.2 3.96
**
A B B
EJ EJ EJ
M M R H H
H H H

     
(kN.m)

Đối với cột bên phải, mômen và phản lực có giá trò giống cột bên trái
nhưng khác dấu. Ta có biểu đồ nội lực của khung khi cho

=1 :

= 1
M
R
B
B
A
C
B
= 1
1
2
EJ
H
1
2
EJ
H
1
2
EJ
H
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 22

1p
R
R
B'

B
R
= 1
-46.94
-276.83
134.41
A
B
C
MD
87.9
-17.05
-100.55
48.82
A
C
31.92
O






Cắt ngang khung tại đầu cột có lực cắt rồi chiếu xuống phương ngang ta tìm
được r
11
:

11

11
32
2 2*( 5.2* ) 0.64*
B B B
EJ EJ
r R R R
HH
      
(kN)
Biểu đồ nội lực do M
max
, M
min
gây ra trong hệ cơ bản được xác đònh bằng
cách nhân biểu đồ nội lực do M
A
gây ra với hệ số
max
363.96
2.12
172.04
e
M
M
    

và
min
132.74
0.77

172.04
e
M
M
    
(vì M
max
và M
min
đặt cùng vò trí với M
e
nhưng ngược
chiều).
- Đối với cột trái (M
max)
:
22.14*( 2.12) 46.94
B
M    
(kN.m)
41.46*( 2.12) 87.9
t
C
M    
(kN.m)
130.58*( 2.12) 276.83
d
C
M    
(kN.m)

63.4*( 2.12) 134.41
A
M    
(kN.m)
15.9*( 2.12) 33.71
B
R    
(kN)
- Đối với cột phải (M
min
):
'
22.14*( 0.77) 17.05
B
M    
(kN.m)
'
41.46*( 0.77) 31.92
t
C
M    
(kN.m)
'
130.58*( 0.77) 100.55
d
C
M    
(kN.m)
'
63.4*( 0.77) 48.82

A
M    
(kN.m)
'
15.9*( 0.77) 12.24
B
R    
(kN)
= 1
R
B
B'
R
r
11
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 23


R
1p
= 33.71 + (-12.24) = 21.45 (kN)
Giải phương trình chính tắc:
22
1
11 1 1
21.45 33.52
0.64

p
R
HH
r EJ EJ
     


Nhân biểu đồ
M
do

=1 gây ra với

vừa tìm được sau đó cộng với biểu
đồ nội lực M
p
ta được biểu đồ nội lực cuối cùng:
o
DD
MMM  *

- Đối với cột trái:
2
1
2
1
33.52
1.24 * ( 46.94) 5.38
B
EJ

H
M
H EJ
    
(kN.m)
2
1
2
1
33.52
0.04 * 87.9 86.56
t
C
EJ
H
M
H EJ
   
(kN.m)
2
1
2
1
33.52
0.04 * ( 276.83) 278.17
d
C
EJ
H
M

H EJ
     
(kN.m)
2
1
2
1
33.52
3.96 * 134.41 1.67
A
EJ
H
M
H EJ
   
(kN.m)
- Đối với cột phải:
2
1
'
2
1
33.52
1.24 * ( 17.05) 58.61
B
EJ
H
M
H EJ
     

(kN.m)
2
1
'
2
1
33.52
0.04 * 31.92 33.26
t
C
EJ
H
M
H EJ
  
(kN.m)
2
1
'
2
1
33.52
0.04 * ( 100.55) 99.21
d
C
EJ
H
M
H EJ
    

(kN.m)
2
1
'
2
1
33.52
3.96 * 48.82 181.56
A
EJ
H
M
H EJ
  
(kN.m)

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 24


5) Tính Khung Với Lực Hãm Ngang T :
Ta xét lực T ở cột trái, hướng từ trái sang phải. Giải khung bằng phương
pháp chuyển vò với xà ngang có độä cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển
vò ngang của nút.
Phương trình chính tắc: r
11
*


+ R
1p
= 0
Trong đó:
- r
11
là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển
vò đơn vò

=1.
- Dấu của phản lực và chuyển vò tại liên kết thêm theo qui ước chiều
từ trái sang phải là dương.





-5.38
-278.27
1.67
A
B
C
MD
86.56
-58.61
-99.21
181.56
A
C

33.26
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD : VŨ THỊ BÍCH NGÀ


SVTH : NGUYỄN ĐỨC THỊNH - 08114099 Page 25

Biểu đồ
M
do
1
gây ra giống như trường hợp tải D
max
, D
min
nên ta cũng
xác đònh được:
11
11
32
2 2*( 5.2* ) 0.64*
B B B
EJ EJ
r R R R
HH
      
(kN)
Dùng công thức trong phụ lục III.2 để tính được mômen và phản lực tại đầu
cột B, B‟ . Lực T đặt cách đỉnh cột là a = 4-0.6 = 3.4(m) .

HT
BAC
CBCB
M
B
**
34
]2)2[()(]2)2[()1(
2
22








 M
B
= - 32.02(kN.m)

T
BAC
ABAB
R
B
*
34
)]2(23[)()]2(23[)1(

2
22








 R
B
= 16.78(kN)
()
*( ) 32.02 16.78 (4 0.6) 25.03( )
T B B t dct
M M R H H kN        

* * 32.02 16.78 4 20.88 0.6 22.57( )
C B B t dct
M M R H T H kN         

* *( ) 32.02 16.78 16.2 20.88(0.6 12.2) 27.45( )
A B B dct d
M M R H T H H kN           



C
MT

25.03
o
-32.02
22.57
-27.45
A
B



      
4000 600
0.21
16200
t dct
t dct
HH
H H H
H
4
0.25
16.2
t
H
H

  
22
2
(1 0.21) [(2 0.21)1.56 2 1.14] 9(0.25 0.21) [(2 0.25 0.21)1.56 2 1.14]

20.88 16.2
4 3.25 1.14 3 1.56
         
   
   
22
2
(1 0.21) [3 1.56 2 3.25(2 0.21)] 9(0.25 0.21) [3 1.56 2 3.25(2 0.25 0.21)]
20.88
4 3.25 1.14 3 1.56
           
  
   