thuyết minh đồ án thép 2

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 1
I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1. Số liệu thiết kế
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết
kế:
 Nhịp khung: L = 24 m.
 Bước khung: B = 7.5 m; toàn bộ nhà dài 15B = 112.5 m.
 Sức trục: Q = 8 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc
trung bình.
 Cao trình đỉnh ray: H
1
= 9 m.
 Vùng gió: IIIB
 Dạng địa hình xây dựng công trình: B
 Chiều cao dầm cầu trục: h
dct
= 0.75 m; Chiều cao ray: h
r
= 0,15 m.
 Nhịp cửa trời: L
ct
= 4 m
 Chiều cao cửa trời: H
ct
= 2 m
 Mái lợp tôn múi dày 0,51mm
 Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 35mm) hoặc tương đương.
 Bê tông móng cấp độ bền B15.
 Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, thưng tôn ở phía trên.

2. Nhiệm vụ thiết kế
2.1 Thuyết minh tính toán
 Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột,
bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột.
 Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải
trọng gió.
 Thiết kế xà gồ (2 phương án: tiết diện cán nóng và tiết diện dập nguội).
 Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ n
ội lực M, N, V cho từng trường hợp tải
trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng
của cột và xà mái.
 Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà
với cột, mối nối xà.
 Thiết kế dầm cầu trục, cột sườn tường.
2.2. Bản vẽ thể hiệ
n
01 bản vẽ khổ A1 gồm:
 Sơ đồ khung ngang.
 Hệ giằng mái, giằng cột.

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 2
 Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột.
 Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà.
 Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết.
II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1. Sơ đồ kết cấu khung ngang
Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết
ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu kiến trúc và thoát nước, chọn xà
ngang có độ dốc với góc dốc  = 10

0
(tương đương i = 17 %). Do tính chất làm việc của
khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực
trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu
tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 
0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi.
Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa
trời là 2m và chiều rộng cửa trời là 4m.

Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang
1.1. Kích thước theo phương đứng
 Chiều cao cột dưới:
d1 dctr ch
HH(h h)h  
Trong đó: H
1
= 9 m là cao trình đỉnh ray
h
dct
= 0.75 m là chiều cao dầm cầu trục

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 3
h
r
= 0.15 m là chiều cao ray
h
ch
= 1 m là chiều sâu chôn chân cột
H

d
= 9 – (0.75 + 0.15) + 1 = 9.1 (m)
 Chiều cao cột trên:
tr dct r 1
H(h h)K0.5;
Trong đó: + K
1
= 0.9 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con.
Giá trị này được tra trong catalo cầu trục (phụ thuộc vào sức trục Q = 8T và nhịp
cầu trục S= 22m);
+ 0.5m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà
ngang.
H
tr
= (0.75 + 0.15) + 0.9 + 0.5 = 2.3 (m)
 Chiều cao toàn cột: H = H
d
+ H
tr
= 9.1+ 2.3 = 11.4 (m)
1.2. Chọn sơ bộ kích thước theo phương ngang
Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 24m. Lấy gần đúng nhịp cầu
trục là: S = 22 m ( theo catalog bảng 4.2 với cầu trục 2 dầm kiểu ZLK tương ứng với sức
tải cẩu 8 tấn), khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Z
min
= 160 mm.
a. Tiết diện cột
- Chiều cao tiết diện:

11 11

h H 11.4 0.76 1.14 m
10 15 10 15

   




Chọn h = 75 cm
- Bề rộng tiết diện cột:



b 0.3 0.5 h 0.3 0.5 75 22.5 37.5cm::
và
11 11
b H 1140 38 57cm
20 30 20 30

  



Chọn b = 30 cm
- Chiều dày bản bụng t
w
nên chọn vào khoảng (1/70  1/100)h. Để đảm bảo điều kiện
chống gỉ, không nên chọn t
w
quá mỏng: t

w
> 6mm.

w
11 11
t h 75 0.75 1.07cm
70 100 70 100

   





Chọn t
w
= 1.2 cm
- Chiều dày bản cánh t
f
chọn trong khoảng (1/281/35)b.
f
11 11
t b 30 0.86 1.07cm
28 35 28 35

  



Chọn t

f
= 2 cm
Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột:
1
(2. )
2
ZLhS

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 4
Trong đó: L - là nhịp nhà ; h - là chiều cao tiết diện cột; S - là nhịp cầu trục

min
1
Z 24 2 0.75 22 0.25m Z 0.16m
2
 
Thỏa mãn điều kiện an toàn.
b. Tiết diện xà mái
- Chiều cao tiết diện nách khung:
1
11
h L 24 0.6m
40 40


Chọn h
1
= 75 cm.
- Bề rộng tiết diện nách khung : b = (01/2  1/5)h

1
và b  180 mm, thường lấy bề rộng
cánh dầm bằng bề rộng cột.
1
11 11
b h 75 15 37.5cm
25 25

 




Chọn b = 30 cm.
- Chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h
2
= (1,5  2)b
h
2
= (1.5 2)x30 = 45  60cm

Chọn h
2
= 45 cm
- Chiều dày bản bụng t
w
nên chọn vào khoảng (1/70  1/100) h. Để đảm bảo điều kiện
chống gỉ, không nên chọn t
w
quá mỏng: t

w
> 6mm.

w
11 11
t h 75 0.75 1.07cm
70 100 70 100

   




Chọn t
w
= 1 cm
- Chiều dày bản cánh t
f

1
b
30

f
1
t301cm
30
  
Chọn t
f

= 1.6 cm
- Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn bằng (0.35  0.4) chiều dài nửa
xà. L
tđ
= (0.35 0.4 )*12= 4.2 4.8
Chọn L
tđ
= 4.5 m.
c. Tiết diện vai cột
Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực
đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm và
hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép
cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai như sau:
Khoả
ng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục: λ = (L - S)/2 = (24 - 22)/2 = 1
+ Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột):
L
v
= λ – h
c
+ 0.15= 1- 0.75 + 0.15 = 0.4 (m)
Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột lấy bằng 150mm.

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 5
+ Chọn chiều cao dầm tại điểm đặt D
max
: h = 30 cm
+ Chiều góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang là 20
0

thì chiều cao tiết diện
dầm vai tại ngàm:
h
dv
= 30 + 25xtg20
0
= 39.1 (cm)
Chọn h
dv
= 42 (cm) ( Z= 25cm).
+ Bề rộng tiết diện vai cột: b
f
= 30 cm
+ Chiều dày bản bụng vai cột: t
w
= 0.8 cm
+ Chiều dày bản cánh vai cột: t
f
= 1.2 cm
d. Tiết diện cửa trời
+ Chiều cao tiết diện cột cửa trời: h
c_ct
= 20 cm
+ Bề rộng tiết diện cột: b
c_ct
= 10 cm
+ Chiều dày bản bụng: t
w
= 0.8 cm
+ Chiều dày bản cánh: t

f
= 1 cm
1.3. Hệ giằng
Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không
gian, có các tác dụng:
- Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà;
- Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung
như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất xuống móng.
- Bảo đảm ổn định (hay giảm chiề
u dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấu kiện
chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,
- Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công.
Hệ giằng bao gồm hai nhóm:
hệ giằng mái và hệ giằng cột.
Hệ giằng cột:
Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc,
chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Dọc theo chiều dài nhà,
hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió một cách
nhanh chóng. Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp. Hệ giằng c
ột trên được bố trí từ mặt
dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai. Theo
tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột. Do sức trục Q<10T, chọn tiết
diện thanh giằng làm từ thanh thép tròn 25. Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà.
Chiều cao cột H =11.4m > 9m, do đ
ó bố trí thêm thanh chống dọc nhà tại vị trí cao độ
+4.000m. Chọn tiết diện thanh chống dọc theo độ mảnh
max
200

 , chọn 2C20 (hình 1.2).

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 6

Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột
Hệ giằng mái:
Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Hệ giằng mái
bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có
độ mảnh
max
200 . Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện 25, thanh chống chọn
2C20. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho
xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén). Khi khung chịu tải gió, cánh
dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà
gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên. Tiết diện thanh chống chọn L50x5,
điểm liên kết v
ới xà gồ cách xà 800 mm. Ngoài ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện
2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép.

Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 7

Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ
2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung
2.1. Tải trọng thường xuyên
- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:
Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái: g
tc

= 15 daN/m
2
mặt bằng mái (phân bố
theo độ dốc mái).
Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên n
g
= 1.1
q
tc
= g
tc
xB = 15x7.5 = 112.5 daN/m
q
tt
= n
g
xg
tc
xB = 1.1x15x7.5 = 123.75 daN/m
- Tải trọng kết cấu bao che:
g
tc
= 12 daN/m
2

q
tt
= n
g
xg

tc
xB = 1.1x12x7.5 = 99 daN/m
- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục:
G
dct
=
2
dct dct
.L = 30x7.5
2
= 1687.5 daN
Trong đó:
dct

= 30 hệ số trọng lượng bản thân.
- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: G
dh
= 500 daN (lấy theo kinh nghiệm)





Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 8
Bảng 2.1. Tĩnh tải mái
STT Loại tải
Tải trọng
tiêu
chuẩn

Hệ số
vượt tải
Tải trọng
tính toán
Bước
khung
Tổng tải
trọng
(daN/m
2
) (daN/m
2
) (m) (daN/m)
1 Tôn lợp mái 8 1.1 8.8 7.5 66
2 Xà gồ 7 1.1 7.7 7.5 57.75
3
Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 123.75

2.2. Hoạt tải sửa chữa mái
- Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái n
p
= 1.3
- Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng
ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m
2
mặt bằng nhà do đó hoạt tải
sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau:
p
tc
= 30xB và p

tt
= n
p
x30xB
- Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cos:
p = 30xBxcos
α = 30x7.5xcos(10) = 221.58 daN/m
p
tt
= n
p
x30xBx cosα = 1.3x30x7.5xcos(10)= 288.05 daN/m
Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái
STT Loại tải
Tải trọng
t. chuẩn
Hệ số
vượt tải
Tải trọng
tính toán
Bước
khung
Tổng tải
trọng
(daN/m
2
) (daN/m
2
) (m) (daN/m)
1 Sửa chữa mái 30 1.3 39 7.5 295.5

2
Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 288.05

2.3. Tải trọng gió
Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995.
q = n . W
0
. k . C . B (daN/m)
Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.
W
0
: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IIIB có W
0
= 125 daN/m
2
.
n = 1.2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió.
k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao
C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu.
B: là bước khung.

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 9

Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió
a) Gió ngang nhà; b) Gió dọc nhà
a) Trường hợp gió thổi ngang nhà:
- Xác định hệ số khí động C
e
:

Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ tính toán:
+ Nhịp: L
0
= 24 m
+ Chiều cao: H
c
= 11.436 m; h
m1
= 1.757m; h
m2
= 1.670 m; h
m3
= 0.93 m
Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào góc
α, tỉ lệ B/L

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 10
(B- chiều dài toàn nhà) và H/L được giá trị C
e
:
C
e1
= - 0.548 ; C
e2

= - 0.424 ; C
e3
= - 0.5 ; C
e4
= - 0.472
- Xác định hệ số k:
Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu vực
thuộc dạng địa hình B. Tra bảng 5 trong TCVN 2737 -1995 chiều cao cột 10,692 m, cao
trình đỉnh cột 9,692m lấy gần đúng hệ số k =1,081 đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên
thân cột.
Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà
STT Loại tải
T.T tiêu
chuẩn
Hệ số
k
Hệ số
C
Hệ số
vượt tải
Bước
khung
Tổng tải
trọng
daN/m
2
m daN/m
1 Cột đón gió 125.0
1.023
0.800 1.2 7.5

920.68
2 Mái đón gió 125.0
1.051
-0.472 1.2 7.5
-557.89
3 Cột cửa trời đón gió 125.0
1.078
0.700 1.2 7.5
848.77
4 Mái cửa trời đón gió 125.0
1.088
-0.548 1.2 7.5
-670.36
5 Mái cửa trời hút gió 125.0
1.088
-0.424 1.2 7.5
-518.77
6 Cột cửa trời hút gió 125.0
1.078
-0.600 1.2 7.5
-727.52
7 Mái hút gió 125.0
1.051
-0.500 1.2 7.5
-591.24
8
Cột hút gió
125.0
1.023 -0.500
1.2 7.5

-575.42
* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.
b) Trường hợp gió thổi dọc nhà:
- Xác định hệ số khí động C
e
:
Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là
giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/B (B- chiều dài toàn nhà) và H/B.
Công trình có: L/B = 24/112.5 = 0.213 1 và
H/B = (11.436+1.757+1.670+0.93)/112.5 = 0.14  0,5
Ce3 = -0.4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột khung và hai cột cửa mái.

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 11

Hình 2.3. Sơ đồ tra hệ số khí động C
e
, trường hợp gió thổi dọc nhà
Bảng 2.4. Tải trọng gió theo phương dọc nhà
STT Loại tải
T.T tiêu
chuẩn
Hệ
số k
Hệ số
C
Hệ số
vượt tải
Bước
khung

Tổng tải
trọng
daN/m
2
m daN/m
1 Cột khung 125.0
1.023
-0.400 1.2 7.5
-460.34
2 Mái 125.0
1.051
-0.700 1.2 7.5
-827.73
3 Cột cửa mái 125.0
1.078
-0.400 1.2 7.5
-485.01
4 Cửa mái 125.0
1.088
-0.700 1.2 7.5
-856.74
* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.
2.4. Hoạt tải cầu trục
a) Áp lực đứng:
- Thông số cầu trục: Cầu trục hai dầm kiểu ZLK; Sức trục: Q = 8 tấn; Nhịp cầu trục: S =
22m.
Tra trong catalog cầu trục có:
+ Bề rộng cầu trục: B
ct
= 3850 mm

+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 3200 mm
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất tại mỗi bánh xe:
c
max
P = 5900 daN
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất tại mỗi bánh xe:
c
min
P
= 1860 daN
- Áp lực đứng lên vai cột:

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 12
max c max i
D n.n .P . y

;
min c min i
Dn.n.P.y


Trong đó: - n = 1.1: Hệ số độ tin cậy;
- n
c
= 0.85: Hệ số tổ hợp, khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung
bình.
- y
i
: Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung

độ ở gối bằng 1.
y
1
= 1; y
2
= 0.573 ; y
3
= 0.913 ; y
4
= 0.487  yi = 2.973

Bảng 2.5. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột
STT Loại tải P
c

y
i

n n
c

Tổng
(daN)
1 D
max
5900.0 2.973 1.1 0.85
16402.393
2 D
min
1860.0 2.973 1.1 0.85

5170.924


Hình 2.4. Đường ảnh hưởng phản lực gối
b) Áp lực ngang( lực hãm ngang):
Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển
động, tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn
c
1
T , các lực này cũng di
động như lực thẳng đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột. Cách tính giá
trị T cũng xếp bánh xe trên đ.a.h. Lực T truyền lên cột qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên
kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục (hoặc mặt dầm hãm),
có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột.

c
xecon
1
o
0, 05.(Q G )
T
n


;
Trong đó: G
xecon
= 800 daN – trọng lượng xe con.

270

2
)800981,0*10000.(05,0
1



c
T
daN;

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 13

c
c
1
i
TnnT y
.



Bảng 2.6. Lực hãm ngang
STT Loại tải T
c
1

y
i

n n
c

Tổng
(daN)
1 T 216.2 2.973 1.1 0.85
601.05

3. Thiết kế xà gồ
3.1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng
- Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện U14. Sơ đồ giằng xà gồ:

Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ
- Xà gồ loại U14 có đặc trưng hình học tiết diện
Loại h
xg
b
xg
Ix Iy Wx Wy G
tiết diện (mm) (mm) (cm
4
) (cm
4
) (cm
3
) (cm
3
) (daN/m)
U14a 140 60 545 57.5 77.8 13.3 13.3
a) Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân xà

gồ:
c
cc
m
pxagog
g.n
q(p.n ).dg .n
cosα
 
(
Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái
được chia cho hệ số cos

)
Trong đó:
c2
m
g8(daN/m) : trọng lượng mái tôn;
p
c
= 30 (daN/m
2
): hoạt tải sửa chữa mái;
d: khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang,

d1.2xcosα 1.2xcos10 1.182(m) 

c
xago
g13.3(daN/m)

: trọng lượng bản thân xà gồ;

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 14
n
g
; n
p
- hệ số độ tin cậy, n
g
= 1.1 và n
p
= 1.3
- Tải trọng tiêu chuẩn:
c
0
8
q 30 x1.182 13.3 58.35(daN / m)
cos10

  



- Tải trọng tính toán:
0
8x1.1
q 30x1.3 x1.182 13.3x1.1 71.28(daN / m)
cos10


 



- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y:

c
x
q

= q
c
xsin 
c
x
q

= 58.35xsin10
0
= 10.3 daN/m

c
y
q

= q
c
xcos 
c
y

q

= 58.35xcos10
0
= 57.47 daN/m
- Tải trọng tính toán theo phương x và phương y:
q
x
= qxsin  q
x
= 71.28xsin10
0
= 12.38 daN/m
q
y
= qxcos  q
y
= 71.28xcos10
0
= 70.2 daN/m
Sử dụng một thanh giằng
18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ.

Hình 3.2. Sơ đồ tính xà gồ
Mômen lớn nhất theo hai phương:

2
2
y
x

q.B
70.2x7.5
M 493.566(daN.m)
88
 

2
2
x
y
q.B
12.38 * 7.5
M 21.757(daN.m)
32 32
 
* Kiểm tra bền theo công thức:
 = 
x
+ 
y
=
γ
y
x
c
xy
M
M
f.
WW




2
493.566x100 21.757x100
σ 798(daN / cm )
77.8 13.3
 < 2100 daN/cm
2

(Thỏa mãn)


Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 15


* Kiểm tra độ võng:

Δ
Δ
ΔΔ
2
2
y
x
BB B B















Trong đó:
B
x

và
B
y

là độ võng tương đối theo phương x và phương y do
c
x
q và
c
y
q
gây ra;
Δ 1
B200





là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn.
Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của
xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó

x
= 0, chỉ có 
y
lớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ một
khoảng z = 0.421*B/2 = 0.21B (tại đây có

x
lớn nhất):

c3
xx
y
q.B
B 2954.E.I
D
=
và độ võng:
Δ
c3
yy
x
3,1.q .B
B384.E.I


- Độ võng tương đối tại giữa nhịp theo phương y:

Δ
c3
23
yy
6
x
5.q .B
5x57.47x10 x750 1 1
B 384.E.I 384x2.1x10 x545 362 200

  (Thỏa mãn)
- Độ võng tương đối tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0.21B =1.575m:

Δ
c3
23
xx
6
y
q.B
10.13x10 x750 1
B 2954.E.I 2954x2.1x10 x57.5 8344

 ;

Δ
c3

23
yy
6
x
3,1.q .B
3.1x57.47x10 x750 1
B 384.E.I 384x2.1x10 x545 584

 

Δ
22
1111
()()
B 8344 584 583 200

(Thỏa mãn)

b) Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:
Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ là tổ hợp tĩnh tải và gió (chiếu lên phương gió y-y):
- Tải trọng gió tính toán:

α
αα
cc
y,gió e 0 m xago
dd
qC.W.k.n. 0,9.(g. g).cos
cos cos


y,gió
0
0
0
1.180
q 0.7 125 1.088 1.2
cos10
1.182
0.9 (8 13.3) cos10 116.782(daN / m)
cos10
  
   

- Tải trọng gió tiêu chuẩn:

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 16

c
y,gió
0
0
0
1.180
q 0.7 125 1.088
cos10
1.182
0.9 (8 13.3) cos10 93.936(daN / m)
cos10

  
   

- Tĩnh tải theo phương x:

α
α
cc
xm xago
0
0
d
q0,9.(g. g).sin
cos
1.182
0.9 8 13.3 sin10 3.759(daN / m)
cos10


   



* Kiểm tra bền theo công thức:

2
2
y,gió
gió
qB

116.782 * 7.5
M 821.125(daN.m)
88

 

2
2
x
qx
qB
3.579 * 7.5
M 6.291(daN.m)
32 32

 

σ
22
gió
x
xy
2
M
M
821.125 10 6.291 10
W W 77.8 13.3
1102.732(daN / cm )

 


< 2100daN/cm
2

(
Thỏa mãn)

* Kiểm tra độ võng:

Δ
c3
23
y,gió y,gió
6
x
3,1.q .B
3.1 93.936 10 750 1 1
B 384.E.I 384 2.1 10 545 221 200


 
 

(Thỏa mãn)
3.2. Thiết kế xà gồ dùng thép dập nguội
+ Tải trọng tính toán do tải trọng thẳng đứng q (không tính trọng lượng của xà gồ):

c
c
m

p
g.n
q(p.n ).d
cosα


0
81.1
q (30 1.3 ) 1.182 56.65(daN / m)
cos10

  
+ Tải trọng gió tính toán (không tính trọng lượng của xà gồ):

α
αα
c
y,gió e 0 m
dd
qC.W.k.n. 0,9.(g.).cos
cos cos


y,gió
0
0
0
1.182
q 0.7 125 1.088 1.2
cos10

1.182
0.9 (8 ) cos10 128.57(daN / m)
cos10
  
  


Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 17
Chọn xà gồ theo tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) q
gió
= 1.286 kN/m, nhịp
7500 mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng 3.5 thép hình 300 sẽ được số
hiệu xà gồ Z30024 có thể chịu được tải cho phép là 2.84 kN/m (xem phụ lục 3- sách “
Thiết
kế khung thép nhà công nghiệp”).
4. Tính nội lực khung
4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000
a) Sơ đồ kết cấu
- Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng.
- Nhịp tính toán khung lấy theo khoảng tim của 2 trục cột; trục xà gãy khúc tại điểm đổi
tiết diện (nối tâm của tiết diện nách xà với tâm của tiết diện tại chỗ đổi, đoạn còn lại lấy
trùng với trục của tiết diện bé).
- Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên k
ết cứng.
- Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm
2
; E = 2,1x10
6
daN/cm

2
; ρ = 7850 daN/m
3


Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang


Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 18


Hình 4.2. Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán

b) Sơ đồ chất tải trọng


Hình 4.3. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 19


Hình 4.4. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung



Hình 4.5. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 20



Hình 4.6. Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái



Hình 4.7. Sơ đồ tải trọng gió ngang trái

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 21

Hình 4.8. Sơ đồ tải trọng gió dọc
4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực
a) Nội lực
Sử dụng phần mềm Sap2000 phân tích kết cấu khung, cho kết quả là giá trị nội lực
của cấu kiện cột, xà theo các trường hợp tải trọng riêng biệt. Lấy kết quả nội lực tại các
tiết diện đặc biệt của khung:
- Tại cột: tiết diện chân cột (ký hiệu là tiết diện A), đỉnh cột (ký hiệu là tiết diện B), tiết
diện phía trên vai cột (ký hiệu là ti
ết diện C
tr
) và dưới vai cột (ký hiệu là C
d
).
- Tại xà: tiết diện hai đầu và giữa xà, tiết diện thay đổi.
b) Tổ hợp nội lực
Có hai loại tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2. Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tải

trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp n
c
=1). Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do
tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp n
c
= 0,9). Tại mỗi tiết
diện tìm được 3 cặp nội lực:
- Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất M
max
và lực nén, lực cắt tương ứng N
tư
, V
tư
;
- Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất M
min
và lực nén, lực cắt tương ứng N
tư
, V
tư
;
- Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất N
max
và mô men, lực cắt tương ứng M
tư
, V
tư
;
Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng 4.1 - 4.4.

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 22

Hình 4.9. Biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên khung



Hình 4.10. Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung


Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 23

Hình 4.11. Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái



Hình 4.12. Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 24

Hình 4.13. Biểu đồ mômen do tải trọng gió ngang



Hình 4.14. Biểu đồ mômen do tải trọng gió dọc

Đồ án kết cấu thép 2

BM Công trình Thép Gỗ - 25
Bảng 4.1. Nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n

c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9
123 4 5 6 7 8 9 10 111213141516 17 18192021 22
M -86.27 -30.89 -27.80 -63.22 -56.90 -0.63 -0.56 -43.17 -38.86 27.44 24.70 -18.24 -16.42 770.12 693.11 -332.73 -299.45 168.52 151.67
N -88.33 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 -162.72 -146.45 -53.02 -47.72 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14
V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 4.05 3.65 -1.96 -1.76 155.59 140.03 -50.79 -45.71 19.24 17.32
M 78.67 57.34 51.61 25.01 22.51 61.96 55.76 19.41 17.47 -8.59 -7.73 -0.85 -0.76 -249.25 -224.32 -108.39 -97.55 -184.30 -165.87
N -63.77 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 -162.72 -146.45 -53.02 -47.72 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14
V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 4.05 3.65 -1.96 -1.76 73.74 66.37 0.32 0.29 60.14 54.12
M 67.51 57.34 51.61 25.01 22.51 -44.66 -40.19 -14.20 -12.78 -8.59 -7.73 -0.85 -0.76 -249.25 -224.32 -108.39 -97.55 -184.30 -165.87
N -41.32 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 1.31 1.18 -1.31 -1.18 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14
V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 4.05 3.65 -1.96 -1.76 73.74 66.37 0.32 0.29 60.14 54.12
M 119.29 85.04 76.54 52.71 47.44 -25.01 -22.51 5.45 4.91 -8.90 -8.01 4.61 4.15 -419.19 -377.27 -131.69 -118.53 -370.05 -333.05
N -33.61 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 1.31 1.18 -1.31 -1.18 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14
V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 -1.96 -1.76 -1.96 -1.76 48.04 43.24 16.37 14.74 72.97 65.68
T
max
cột phải
Gió ngang trái Gió ngang phái Gió dọc
Cấu
kiện
Tiết diệnNội lực

Loại tải trọng
T.Trọng
thường
xuyên
Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải
D
max
cột trái D
max
cột phảiT
max
cột trái
A
C
d
C
t
B
Cột