ĐỒ ÁN THÉP

Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH- BỘ MÔN XDDD&CN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT
NHỊP BẰNG THÉP
ĐỀ BÀI:
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.
1. Các số liệu chung
- Bước khung: B=6m.
- Chiều dài nhà: 17B( 17 bước khung).
- Chiều cao dầm cầu trục: H
dct
=700mm.
- Chiều sâu chôn cột dưới cốt +0.000m là H
3
= 800mm.
- Số cầu trục làm việc trong xưởng: 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình.
- Vật liệu thép: BCT3, hàn tay, que hàn N46 hoặc tương đương.
- Các lớp trên bao gồm:
Mái panen sườn BTCT 1,5x6 m ( g
c
=150 daN/m
2
)
BT chống thấm dày 4cm (g
0
= 2500 kG/m
3
)
BT xỉ dày 12cm ( g

0
= 500 kG/m
3
)
2 lớp vữa trát dày 1,5cm/lớp( g
0
=1800 kG/m
3
)
2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp ( g
0
=2000 kG/m
3
)
- Hoạt tải mái, p
c
=75 daN/m
2
.
- Bê tông móng mác 200, tường gạch tự mang.
2. Các số liệu riêng
- Nhịp khung: L=24m.
- Cao trình đỉnh ray: H
1
=8,5m.
- Sức trục của cầu trục: Q=50tấn.
- Địa điểm xây dựng: Huyện Quế Võ – Bắc Ninh.
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 1 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
I. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC KHUNG NHÀ

1. Kích thước cầu trục và đường ray
Chọn cốt nền nhà trùng với cốt +0,00m để tính các thông số chiều cao. Ta có cao
trình đỉnh ray H
r
= 8,5m, nhịp nhà L=24m (theo đề bài).
Mặt khác do tải trọng cầu trục Q=50t
≤
75t
→
λ = 750(mm)
→
Nhịp cầu trục L
k
= L-2λ = 24 – 2.0,75 = 22,5m.
Tra phụ lục ta có thông số về cầu trục:
Nhịp
L
k
(m)
Kích thước gabarit chính
(mm)
Kiểu ray
Áp lực bánh
xe lên ray
(10kN)
Trọng
lượng
(10kN)
H B
1

F L
t
B K Đặc Biệt
ax
tc
m
P
min
tc
P
Xe
con
Cầu
trục
22,5 3150 300 500 2500 6300 5250 KP-80 46,5 11,8 18 66,5
Bảng 1.1: Thông số về cầu trục
Tra cataloge với loại ray KP-80 ta có:
Loại
ray
K.Lượng 1m
dài (kg)
Kích thước (mm)
H B b b
1
a d
KP-80 63,69 130 130 80 87 35 32
Bảng 1.2: Thông số kĩ thuật của loại ray KP-80
2. Kích thước theo phương đứng
a, Chiều cao H
2

từ mặt ray đến cao trình cánh dưới dàn
H
2
=H
c
+100+f
Trong đó:
+ H
c
: chiều cao Gabarit của cầu trục, tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe
con, H
c
= 3150mm.
+ 100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
+ f: Khe hở phụ xét đến độ võng của giàn lấy trong khoảng 200÷400 (mm)
=> H
2
=3150+100+350=3600 (mm) = 3,6 (m)
b, Chiều cao từ mặt nền đến cao trình mặt dưới dàn
H=H
1
+H
2
= 8,5 + 3,6 = 12,1 (m)
H
1
: Khoảng cách từ mặt nền đến ray, H
1
=8,5 (m)
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 2 Lớp: 50V

Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
c, Chiều dài phần cột trên
H
t
= H
2
+H
dct
+h
r
Trong đó:
+ h
dct
=700mm
+ h
r
: chiều cao ray và đệm sơ bộ chọn bằng 200 (mm)
=> H
t
= 3600+700+200= 4500 (mm) = 4,5 (m)
d, Chiều dài phần cột dưới
H
d
= H - H
t
+H
3
Trong đó:
+ H
3

: phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền, H
3
= 800 (mm)
=> H
d
= 12100 −4500 + 800 =8400 (mm) = 8,4 (m)
3. Kích thước theo phương ngang
a, Chọn bề rộng tiết diện cột trên (tức chiều cao tiết diện cột trên)
h
t
=(
1
10
÷
1
12
)
×
H
t
=(
1
12
÷
1
10
)x4500 mm = 375 ÷ 450 (mm)
Mặt khác phải thỏa mãn: λ
≥
B

1
+ D + (h
t
– a)
+ a: là khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị do sức trục
Q = 50t < 75t nên ta chọn a = 250mm
+ λ = 750mm là khoảng cách từ trục định vị đến tim ray.
+ B
1
= 300 tra theo cataloge cầu trục.
Thay vào ta được:
750
≥
300 +75 + ( h
t
– 250) => h
t
≤ 625 (mm)
⇒
chọn h
t
=500 mm
b, Chọn bề rộng tiết diện cột dưới h
d
Theo độ cứng ta có: h
d
>(
1
20
÷

1
15
)xH

= (
1
20
÷
1
15
)x12100 = (605÷806) (mm).
+ H: Chiều cao từ nền đến thanh dàn dưới.
+ Theo điều kiện cấu tạo ta chọn: h
d
= a + λ = 250+750 = 1000(mm).
⇒
Vậy h
d
= 1000 (mm)
Chú ý: Trong đồ án này ta cho tiết diện cột trên là tiết diện đặc còn tiết diện cột dưới là
tiết diện cột rỗng.
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 3 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
6000 6000 6000 6000 6000 500
24000
24000
500
103000
1
2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
Hình 1.1: Mặt bằng lưới cột
4. Xác định các kích thước dàn mái
a, Dàn mái (xà ngang)
Chọn dạng dàn mái do L
≥
24m, vì kèo dạng hình thang, liên kết cứng với cột:
+ Chiều cao đầu dàn: H
đd
=2,2m
+ Độ dốc cánh trên i=1/10 như vậy chiều cao giữa dàn là:
H
gd
=
1 24
2,2 3,4
10 2
m+ × =
= 3400 (mm)
b, Cửa mái
Nhịp cửa mái: L
cm
=
1 1 1 1
( ) ( ) 24 (8 12)
3 2 3 2
L m÷ × = ÷ × = ÷

Vậy chọn L

cm
= 12m
c, Chiêu cao ô cửa
- Chiều cao ô cửa mái: H
cm
= H
k
+ (H
t
+H
b
)
H
k
=
(0,1 0,15) (0,1 0,15) 12 (1,2 1,8)
cm
L m÷ × = ÷ × = ÷
=> chọn H
k
=1,5(m)
- Chiều cao bậu cửa: H
bc
= (H
t
+ H
b
) = 1(m)
⇒
H

cm
=1,5+1 = 2,5 (m)
d, Hệ giằng
Hệ giằng mái:
* Hệ giằng cánh trên:
Bố trí trong mặt phẳng cánh trên của dàn thành các thanh chéo chữ thập. Nhà có
chiều dài là 17B = 102m do vậy ngoài giằng ở 2 đầu ta còn bố trí ở giữa nhà (trong gian
giữa).
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 4 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
500 5500 6000 5500
500
102000
24000
B
A
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

16
17
1
18
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
Hình 1.2: Hệ giằng cánh trên
* Hệ giằng cánh dưới:
Bố trí nằm trong mặt phẳng các thanh cánh dưới dàn mái:
B
A
500 5500 6000 5500 500
102000
24000
2
3 4
5
6
7 8
9
10
11
12
13
14
15
16 17
1
18
6000 6000 6000 6000 6000 6 000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
Hình 1.3: Hệ giằng cánh dưới

* Hệ giằng đứng:
Nằm trong mặt phẳng các thanh đứng, được bố trí ở những ô có giằng cánh trên và
giằng cánh dưới (thường bố trí ở giữa giằng và hai đầu gối tựa).
C
C
C C
500 5500 6000 5500 500
102000
2
3
4
5
6
7 8
9
10
11
12
13
14
15
16 17
1
18
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
Hình 1.4: Hệ giằng đứng
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 5 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
*Hệ giằng cột:
Bao gồm có hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dưới

- Ở cột trên ta bố trí giằng ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dưới.
- Ở cột dưới ta bố trí giằng ở gian giữa nhà để tránh gây hiệu ứng nhiệt nên ta
không bố trí giằng cột dưới ở hai đầu nhà.
18
500 5500 6000 5500
102000
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13
14
15
16
17
1
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6 000 6000 6000
Hình 1.5: Hệ giằng cột
Từ các kích thước tính toán được ta được sơ đồ khung ngang nhà thép thiết kế sau:
+12,10m
+15,50m
+18,00m
Q=50T
+8,30m

2 l?p g?ch dá nem dày 1,5 cm/l?p
2 l?p v?a lát dày 1,5 cm/l?p
BT x? dày 12 cm
BT ch?ng th?m dày 4 cm
Mái panel su?n panel BTCT 1,5 x 6 m
H
t
=4500 2200
L=24000
H=12100
H
1
=8500 H
2
=3600
A
B
H
c
=3150
6000 6000 500500
H
3
=800 H
d
=8400
700
+0,00m
60006000
Hình 1.6: Sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp thiết kế

SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 6 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
II. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
2.1. Tải trọng tác dụng lên dàn
2.1.1.Tải trọng tác dụng thường xuyên
a, Tải trọng mái
Theo cấu tạo của các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái như sau:
STT Cấu tạo các lớp mái G
tc
(daN/m
2)
n G
tt
(daN/m
2
)
1 Panen sườn BTCT 1,5x6m 150 1,1 165
2 BT chống thấm dày 4cm 100 1,1 110
3 BT xỉ dày 12cm 60 1,3 78
4 2 lớp vữa trát dày 1,5cm/lớp 54 1,3 70,2
5 2 lớp gạch lá nem dày 1,5cm/lớp 60 1,1 66
Tổng cộng 424 489,2
Bảng 2.1: Tải trọng mái tác dụng lên dàn
Đổi ra phân bố đều trên mặt bằng:
Ta có: i = 1/10 =>cosα = 0,995
g
m
c
= 424/cosα = 424/0,995 = 426,13 (daN/m
2

mặt bằng)

g
m
tt
= 489,2/cosα = 489,2/0,995 = 491,658 (daN/m
2
mặt bằng)
b, Tải trọng do trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng
g
d
tc
= 1,2.α
d
.L
g
d
tt
=n. 1,2.α
d
.L
Trong đó:
+ n: hệ số vượt tải lấy 1,1
+ 1,2: hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng
+ α
d
: hệ số trọng lượng giàn lấy bằng 0,6÷0,9 đối với nhịp 24÷36 (m), lấy α
d
= 0,8
=> g

d
tc
= 1,2.0,8.24 = 23,04 daN/m
2
g
d
tt
= 1,2.1,1.0,8.24 = 25,344 daN/m
2
c, Trọng lượng kêt cấu cửa trời
g
ct
= n.α
ct
.L
ct
Trong đó:
+ α
ct
= 0,5
+ L
ct
= 12 (m), nhịp cửa trời
+ n = 1,2 hệ số vượt tải
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 7 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
=> g
ct
= 1,2.0,5.12 = 7,2 (daN/m
2

mặt bằng)
d, Trọng lượng bậu cửa trời + cửa kính
- Trọng lượng cửa kính: g
k
c
=40 daN/m
2
(lấy từ 35 ÷ 40 daN/m
2
cánh cửa)
- Trọng lượng bậu cửa: g
b
c
=150 daN/m
2
(lấy từ 100 ÷ 150 daN/m
2
bậu)
Hệ số vượt tải n = 1,1
- Lực tập trung ở chân cửa trời do cửa kính và bậu cửa:
g
cb
= n(g
k
c
.H
k
.B + g
b
c

.B) =1,1( 40.1,5.6 +150.6)=1386 (daN/
2
m
)
- Quy trọng lượng kết cấu cửa trời về lực tập trung theo phương thẳng đứng:
g
ct
ttr
= g
ct
.L
ct
.B = 7,2.12.6 = 518,4 (daN)
- Ta quy tải tập trung do trọng lượng kết cấu cửa trời, trọng lượng kết cấu cánh
cửa và bậu cửa về tải phân bố trên mặt bằng nhà:
g
cm
tt
= (g
ct
ttr
+2.g
cb
)/(L.B) = (518,4+2.1382)/(24.6) = 22,794 (daN/
2
m
)
=> Vậy tải trọng tác dụng thường xuyên là:
g = B(g
m

tt
+ g
d
tt
+ g
cm
tt
) = 6(491,658+25,344+22,794) =3238,776(daN/m)
45008400
24000
g= 2,239T/m
Hình 2.1: Sơ đồ tính của tĩnh tải mái
2.1.2. Tải trọng tạm thời (hoạt tải)
- Hoạt tải lấy theo TCVN 2737-1995:
p
c
=75 kG/m
2
mặt bằng, hệ số vượt tải n = 1,3
- Hoạt tải phân bố đều trên dàn là:
p = n.p
c
.B =1,3.75.6 = 585 (daN/m)
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 8 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
45008400
24000
p=0,585T/m
y
Hình 2.2: Sơ đồ tính của hoạt tải mái

2.2. Tải trọng tác dụng lên cột
2.2.1. Tải trọng do phản lực của dàn: V=A
- Do tải trọng thường xuyên:
V
g
= A
g
= g.L/2 = 32,388.24/2 = 388,656 (KN)
- Do tải trọng tạm thời:
V
p
= A
p
= p.L/2 = 5,85.24/2 = 70,2 (KN)
2.2.2. Do trọng lượng cầu trục
Theo công thức kinh nghiệm:
G
dct
= n.α
dct
.L
dct
2
Trong đó:
+ α
dct
là hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục, α
dct
= 35÷47
với Q

≤
75 T => chọn α
dct
= 36
+ L
dct
= B = 6m
+ n = 1,2 , hệ số vượt tải
⇒
G
dct
=1,2.36.6
2
= 1555(daN) =15,55 (KN)
2.2.3. Do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục
Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột.
tải trọng đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục
hoạt động trong cùng một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó.
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 9 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang
vật nặng ở vào vị trí sát nhất ở cột phía đó. Trị số tiêu chuẩn
ax
c
m
P
được tra trong
cataloge cầu trục bảng phụ lục VI.1.2. khi đó, phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất:

min

c
P
=
c
max
0
Q+ G
- P
n

+ Với số bánh xe cầu trục ở một bên ray n
o
= 2 (với Q = 50T)
+ G: Trọng lượng toàn bộ cầu trục
Áp lực bánh xe lên ray Trọng lượng
P
max
(kN) P
min
(kN)
Xe
con(kN)
Cầu trục(kN)
465 118 180 665
⇒
P
min
= (500 + 665)/2 − 465= 118 (kN)
Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông
qua dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực

gối của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vị trí bất lợi nhất. Áp
lực lớn nhất D
max
(do P
max
c
) và nhỏ nhất D
min
(do P
min
c
) do các dầm cầu trục tác
dụng lên cột được xác định nhờ đường ảnh hưởng của phản lực tựa của hai dầm
cầu trục ở hai bên cột, khoảng cách từ mép ngoài đến tâm của bánh xe con là:
D
max
=n.n
c
.P
max
c
.
∑
y
i
Tương tự bên kia có D
min
:
D
min

=n.n
c
.P
min
c
.
∑
y
i
Trong đó: n = 1,2 hệ số vượt tải.
n
c
= 0,85 hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm
việc nhẹ hay trung bình.
y
i
: Các tung độ của đường ảnh hưởng.
y
1 =
1
y
2
= (a-K)/a = (6-5,25)/6 = 0,125
y
3
= [a-(B-K)]/a = [6-(6,3-5,25)]/6 = 0,825
D
max
= 1,2.0,85.465.(1+0,125+0,825) = 924,885 (kN)
D

min
=1,2.0,85.118.(1+0,125+0,825) = 234,702 (kN)
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 10 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
6000
6000
525 5255250525 5250 525
6300 6300
y3 y1
y2
Hình 2.3: Sơ đồ tính toán tung độ các đường ảnh hưởng
Các tải trọng D
max
và D
min
đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên
lệch tâm với trục cột dưới một đoạn e= h
d
/2 = 1/2 = 0,5m. Do đó tại vai cột có sinh
ra mô men lệch tâm:
M
max
= D
max
.e = 924,885.0,5 = 46,244 (T/m)
M
min
= D
min
.e = 234,702.0,5 = 11,735 (T/m)

45008400
24000
924,885
462,443
117,351
234,702
Hình 2.4: Sơ đồ tính do D
max
trái
45008400
24000
924,885
462,443
117,351
234,702
Hình 2.5: Sơ đồ tính do D
max
phải
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 11 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
2.2.4. Do lực hãm xe con
Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe con cầu trục do hãm:
T
1
c
= 0,05(Q+G
xc
)/n
0
= 0,05(24 + 18)/2 =1,05 (T)

Với 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 dầm hãm, giá trị T
cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định
D
max
, D
min
:
T= n.n
c
.T
1
.
∑
y
i
=1,2.0,85.1,05.(1+0,125+0,825)=2,088(T)= 20,88 (KN)
24000
45008400
2,088T
Hình 2.6: Sơ đồ tính do T
max
trái
45008400
24000

2,088T
Hình 2.7: Sơ đồ tính do T
max
phải
3. Tải trọng gió tác dụng lên khung
Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737-1995. Nhà công nghiệp 1 tầng 1
nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính phần gió tĩnh. Tải trọng gió tác dụng lên
khung gồm:
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 12 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
+ Gió thổi lên tường dọc được chuyển về thành phân bố trên khung.
+ Gió trong phạm vi mái từ cách dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thành
lực tập trung ở cao trình cánh dưới dàn vì kèo.
- Địa điểm xây dựng công trình là huyện Quế Võ – Bắc Ninh, thuộc vùng II.B.
Tra TCVN 2737-1995, áp lực gió tiêu chuẩn: W
0
= 95 daN/m
2
.
- Vì bước cột B = 6m nên ta có tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột được
tính theo công thức:
Phía gió đẩy: q
đ
=α.n.W
0
.k.c.B
Phía gió hút: q
h
= α.n.W
0

.k.c
’
.B
Trong đó:
+ α = 1,04 khi H < 15m: Hệ số kể đến độ cao để quy về tải phân bố đều
+ B = 6m: Bề rộng bước khung
+ n = 1,2: Hệ số vượt tải.
+ k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao.
Mức đỉnh cột, cao trình 12,1m: k
1
= 1,0336
Mức đỉnh mái, cao trình 18m: k
2
= 1,11
+c,c
’
: Hệ số khí động phía gió đẩy và gió hút (tra bảng) ghi trên hình vẽ:
α
h/l
0 0,5
0 0 -0,6
4,59 - -0,5541
20 0,2 -0,4
Q=50T
L=24000
8300 4100 2200 1200 2500 600
+0,8
+0,8
-0,554
+0,7

-0,8
-0,6
-0,6
-0,5
-0,5
Hình 2.8: Sơ đồ xác định hệ số khí động
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 13 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang từ đỉnh cột trở xuống lấy là phân bố đều:
+ Phía gió đẩy => q
đ
= 1,04.1,2.95.1,0336.0,8.6 = 588,209(kg/m) = 5,882 (KN/m)
+ Phía gió hút => q
h
=1,04.1,2.95.1,0336.0,6.6= 441,157(kg/m) = 4,412 (KN/m)
Phần tải trọng tác dụng lên mái đưa về lực tập trung tác dụng vào đầu cột:
Lấy k lấy trị số trung bình: k =
1 2
1,0336 1,11
1,072
2 2
k k+ +
= =
Trong đó: h
i
= Chiều cao từng đoạn có các hệ số khí động học C
i
,C
i
’

⇒
W
đ
= n.W
0
.k.B.
∑
(c
i
.h
i
)=1,2.95.1,072.6.[0,8.2,2-0,554.1,2+0,7.2,5-0,8.0,6]
= 1734,278daN = 17,343kN
⇒
W
h
= n.W
0
.k.B.
∑
(c
i
.h
i
)= 1,2.95.1,072.6.[0,6(0,6 + 2,5 + 1,2) +0,5.2,2 ]
= 2698,353daN = 26,984kN
24000
45008400
0,588T

1,734T
0,441T
2,698T

Hình 2.9: Sơ đồ tính toán gió trái
24000
45008400
0,588T
1,734T
0,441T
2,698T
Hình 2.10: Sơ đồ tính toán gió phải
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 14 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
Q=50T
L=24000
A
B
qd=0,588 T/m
W=1,734 T
W'=2,698T
qh=0,441 T/m
p= 0,585(T/m)
g= 3,239(T/m)
Vg=38,865T
Vp= 7,02T
Vg=38,865T
Vp= 7,02T
Dmax= 92,489(T)
Dmin= 23,470(T)

Max=46,244 (T.m)
Mmin=11,735(T.m)
T= 2,088(T)
Gdct= 1,55(T)
Gct= 66,5(T)
Gxc= 18(T)
Hình 2.11: Sơ đồ chất tải cho khung ngang nhà công nghiệp
III. TÍNH TOÁN NỘI LỰC CHO KHUNG NGANG
3.1. Sơ đồ tính khung
Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung: Mômen uốn, lực cắt, lực dọc
trong các tiết diện khung. Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như dàn, cột khá là
phức tạp, nên trong thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơn giản
hoá, với các giả thiết sau:
- Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới
của dàn.
- Khi tính khung với tải trọng không phải là tải trọng đứng tác dụng lên dàn thì xem dàn
cứng vô cùng.
Sơ đồ tính:
Khi giải khung ta tìm nội lực tại 4 tiết diện: A, C
t
, C
d
, B
Giả thiết :
107
2
1
÷=
J
J

chọn
1
2
10
J
J
=

4025
2
÷=
J
J
d
chọn
2
35
d
J
J
=
kiểm tra điều kiện:
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 15 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
6
1 1.1
ν
η
≥
+

trong đó :
d d
1
1
J J
J H 12,9
= : = . = 3,5. = 1,88
L H J L 24
ν

1
2
J
= -1 = 10-1 = 9
J
η
=>
6
1,88 1,4
1 1.1. 9
ν
= ≥ =
+
nên có thể coi xà ngang có độ cứng vô cùng.
45008400
J
2
J
1
J

d
24000
A
B
B
C
t
C
d
Hình 3.1 : Sơ đồ xác định độ cứng khung dàn
3.2. Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang
- Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số góc xoay
ϕ
1,
ϕ
2
và chuyển vị ngang
∆
ở đỉnh cột.


+ Do đối xứng:
ϕ
1
=
ϕ
2
=
ϕ
+ Phương trình chính tắc:

r
11.
ϕ

+ R
1P
= 0
hay:
ϕ
=
11
1
r
R
P
−
Trong đó:
+ r
11
: Tổng phản lực mômen các nút trên của khung khi xoay góc
ϕ
=1;
+ R
1p
: Tổng mômen phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài.
- Qui ước dấu: Moment phản lực và góc xoay là dương khi nút cột trái quay theo chiều
kim đồng hồ, nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ.
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 16 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
q

B
C
A
Hình 3.2: Sơ đồ tính nội lực khung ngang
* Xác định r
11
r
11
=
àx
B
M
-
ôc t
B
M
+
à
1
1
2
2 .3,5
0,292
24
x
d
B
EJ
E J
M EJ

L
= = =
+
ô
1
4
.
c t
B
EJC
M
K H
= −
Với
1
2
10 1 9
J
J
µ
= = − =


4,5
0,349
4,5 8,4
t
t d
H
H H

α
= = =
+ +


→
A = 1+
µα
.
= 1+ 0,349.9 = 4,141
B = 1+
µα
.
2
= 1+ (0,349)
2
.9 = 2,096
C = 1+
µα
.
3
= 1+ (0,349)
3
.9 = 1,383
F = 1+
4
.
α µ
=1+ (0,349)
4

.9 =1,134
K = 4AC - 3B
2
= 4.4,141.1,383 – 3.2,096
2
= 9,728
=>
ôc t
B
M
=
1
EJ
4C
- .
K H
=
1
1
EJ
4.1,383
- . = -0,044EJ
9,728 12,9
- Hệ số phương trình chính tắc:
→
r
11
=
àx
B

M
-
( )
ô
1 1
0,292 0,044 0,336
c t
B
M EJ EJ= + =
* Xác định R
1P

2 2
1
gl 3,239 (24)
- = - = -155,472(T)
12 12
B
P P
R R
×
= =


→

1
11 1 1
( 155,472) 462,714
0,336

p
R
r EJ EJ
ϕ
−
= − = − =
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 17 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
3.2.1. Moment tính toán tại các tiết diện
a, Ở đỉnh cột

ô ô
1
1
462,714
. 0,044 . 20,359 .
EJ
C t c t
B B
M M EJ T m
ϕ
= = − = −

à à 1
1
1
462,714
. 0,292 . 155,472 20,359 .
EJ
x x

B B P
M M R EJ T m
ϕ
= + = − = −

b, Ở vai cột
R
B
=
1 1
B
2 2
1
EJ EJ6B 6.2,096 462,714
R . = . . = . . = 3,595( )
k H 9,728 12,9 EJ
T
ϕ ϕ
ôt
. 20,359 3,595.4,5 4,182 .
C
C B B t
M M R H T m= + = − + =
c, Ở chân cột
ô
. 20,359 3,595.12,1 23,141 .
c t
A B B
M M R H T m= + = − + =
24000

M
g
B
C
A
23,141
4,182
20,359
(Tm)
Hình 3.3: Biểu đồ momen do tải trọng phân bố đều trên xà ngang
3.2.2. Moment phụ sinh ra do lệch tâm giữa trục cột trên và trục cột dưới
M
e
= A.e = A.(h
d
- h
t
)/2 = 23,141.(1 – 0,5)/2 = 5,785 (T.m)
Khung đối xứng, tải trọng A đối xứng nên có thể xem xà ngang có độ cứng vô
cùng và không có chuyển vị 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 hai đầu ngàm. Dấu M
e
ngược với
dấu trong bảng.
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 18 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng

t

B e
(1- )[3B(1+ )- 4C] (1-0,349)[3.2,096(1+ 0,349) -4.1,383]
M = - .M = - .( 5,785)
K 9,728
α α
−
= 1,142 (T.m)
t
e
B
M
6(1- )[B-A(1+ )] 6(1-0,349)[2,096 - 4,141(1+ 0,349)] (-5,785)
R - . = - .
K H 9,728 12,1
α α
=
= -0,666 (T)
R
p
B
= -R
t
B
=0,666 (T)
M
t
C
= M
B
+R

B
.H
t
= 1,142 +(-0,666).4,5 = - 1,855 (T.m)
M
d
C
= M
t
C
– M
e
= -1,855-(-5,785) = 3,93 (T.m)
M
A
= M
d
C
+R
B
.H
d
= 3,93 + (-0,666).8,4 = - 1,664 (T.m)
1,142
1,855
3,93
1,664
B
C
A

M
(T.m)
A
Hình 3.4: Biểu đồ momen do lệch tâm giữa trục cột
3.2.3. Momen sinh ra do trọng lượng dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường
- Tải trọng cột và panel:
+ Trọng lượng cột trên chọn sơ bộ g
t
c
= 200daN/m
=> G
t
c
= n.g
t
c
.H
t
=1,1.200.4,5 = 990 (daN/m) = 0,99 (T)
+ Panel bao che BTCT dày 60mm bố trí từ vai cột trở lên với chiều cao panel bao
che là: H
st
= H
t
+ H
o
= 4,5 + 2,2 = 6,7 (m)
=> G
st
= n.H

st
.B.g = 1,1.6,7.6.150 = 6633 (daN) = 6,633 (T)
M
dct+r
= G
dct+r
.e = G
dct+r
.h
d
/2 = 1,555.1/2 = 0,778 (T.m)
M
t
c
= G
t
c
.e = G
t
c
.(h
d
-h
t
)/2 = 0,99.(1-0,5)/2 = 0,248 (T.m)
M
st
= G
st
.e = G

st
.h
d
/2 = 6,633.1/2 = 3,317 (T.m)
- Tổng hợp các momen lại ta được momen tác dụng lên cột:
M
tt
= M
st
+ M
t
c
– M
dct+r
= 3,317 + 0,248 – 0,778 = 2,787 (T.m)
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 19 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
- Nội lực khung tìm được bằng cách nhân biểu đồ M
A
với hệ số
2,787
0,481
5,785
tt
e
M
M
= =
(vì
hai momen này đặt tại cùng một vị trí và cùng chiều nhau).

M
B
= 1,142.0,481 = 0,549 (T.m)
M
t
C
= -1,855.0,481 = -0,892 (T.m)
M
d
C
= 3,93.0,481 = 1,890 (T.m)
M
A
= -1,664.0,481 = -0,800(T.m)
0,549
0,892
1,89
0,80
B
C
A
M
(T.m)
tt
Hình 3.5: Biểu đồ mômen tổng tác dụng lên cột
- 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 momen do M
tt
và M
A

gây ra trực tiếp với biểu đồ nội lực do g
gây ra lên dàn và cột.
B
C
A
M
(T.m)
g
18,668
1,638
6,926
20,677
Hình 3.6: Biểu đồ mômen tổng do tải trọng thường xuyên
3.2.4. 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 (g+A) với hệ số
0,585
0,18
3, 239
P
g
= =
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 20 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
M
B
= (-20,359 + 1,142).0,18 = -3,459 (T.m)
M
t
C

= (-4,182 – 1,855).0,18 = -1,087 (T.m)
M
d
C
= (-4,182 + 3,93).0,18 = -0,045 (T.m)
M
A
= (23,141 – 1,664).0,18 = 3,866 (T.m)
B
C
A
M
(T.m)
p
3,459
0.045
1,087
3,866
Hình 3.7: Biểu đồ nội lực do tải trọng tạm thời
3.2.5. Tính khung với momen cầu trục M
max
, M
min
- M
max
, M
min
đồng thời tác dụng ở hai cột. Ở đây M
max
xuất hiện ở cột trái, M

min
ở cột phải.
Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn
chuyển vị 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 vị đơn
∆
=
1. Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm theo quy ước chiều từ trái sang phải là
dương.
∆
∆
Μ
Β
R
B
Hình 3.8: Sơ đồ tính nội lực do D
max
và D
min
Dùng bảng III.1 phụ lục tính được momen và phản lực ngang đầu cột B:
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 21 Lớp: 50V

Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng

1 1 1
2 2 2
EJ EJ EJ6 6.2,096
. . 1,293.
9,728
B
B
M
k H H H
= = =
(T.m)

1 1 1
3 3 3
EJ EJ EJ12 12.4,141
. . 5,108.
9,728
B
A
R
k H H H
= − = − = −
(T)
Biểu đồ momen do
∆
= 1 gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác như T hay gió
nên ta tính luôn momen tại các tiết diện của cột:
+ Tiết diện vai cột:

1 1 1
.
2 2 2
EJ EJ EJ4,5
. 1,293 ( 5,108) . 0,49
12,9
C B B t
M M R H
H H H
= + = + − = −
(Tm)
+ Tiết diện chân cột:

1 1 1
2 3 2
EJ EJ EJ
. 1,293 ( 5,108) . 3,815
A B B
M M R H H
H H H
= + = + − = −
Đối với cột bên phải momen và phản lực có giá trị giống cột bên trái nhưng khác dấu. Ta
có biểu đồ nội lực của khung khi cho
1∆ =
:
1,293
B
C
A

M
(T.m)
EJ
1
H
2
0,49
EJ
1
H
2
3,815
EJ
1
H
2
Hình 3.9: Biểu đồ mômen với
1∆ =
Cắt ngang khung tại đầu cột có lực cắt rồi chiếu xuống phương ngang ta tìm được r
11
∆
R
B
'
R
B
r
11
∆
R

B
'
R
B
r
11

1 1
11
3 3
EJ EJ
2 2.( 5,108. ) 10,216
B B B
r R R R
H H
= + = = − = −
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 22 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
Biểu đồ nội lực do M
max
, M
min
gây ra trong hệ cơ bản được xác định bằng cách nhân biểu
đồ nội lự do M
A
gây ra với hệ số:
ax
46,244
7,994
5,785

m
e
M
M
− = − = −
và
min
11,735
2,029
5,785
e
M
M
− = − = −
(Vì M
max
và M
min
đặt cùng vị trí với M
e
nhưng ngược chiều)
- Đối với cột trái (M
max
):
M
B
= 1,142.(-7,994) = -7,607 (T.m)
M
t
C

= -1,855.(- 7,994) = 12,356 (T.m)
M
d
C
=3,93.(- 7,994) = -26,178 (T.m)
M
A
= -1,664.(- 7,994) = 11,084 (T.m)
R
B
= -0,666.(- 7,994) = 4,436 (T.m)
- Đối với cột phải (M
min
):
M
B’
= 1,142.(-2,029) = -1,930 (T.m)
M
t
C’
= -1,855.(- 2,029) = 3,135 (T.m)
M
d
C’
=3,93.(- 2,029) = -6,642 (T.m)
M
A’
= -1,664.(- 2,029) = 2,812 (T.m)
R
B’

= -0,666.(- 2,029) = -1,126 (T.m)
M
0
D
(T.m)
B
C
A
7,607
12,356
26,178
11,084
2,812
6,642
3,135
1,93
Hình 3.10: Biểu đồ nội lực do M
max
, M
min
∆
R
1p
∆
R
B'
R
B
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 23 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng

=>R
1p
=(-1,126)+4,436 = 3,31 (T)
Giải phương trình chính tắc:
2 2
1
11 1 1
3,31
. 0,327
10,216 EJ EJ
p
R
H H
r
∆ = − = − =
−
Nhân biểu đồ
M
do
1∆ =
với
∆
vừa tìm được sau đó cộng với biểu đồ nội lực
0
D
M
ta
được biểu đồ nội lực cuối cùng:

o

D D
M = M. + M∆
- Đối với cột trái:
2
1
B
2
1
EJ 0,327H
M = 1,293 . + (-7,607) = -7,184(T.m)
H EJ
2
t
1
C
2
1
EJ 0,327H
M = -0,49 . + (12,356) = 12,196(T.m)
H EJ
2
d
1
2
1
EJ 0,327H
M c = -0,49 . + (-26,178) = -26,338(T.m)
H EJ
2
1

2
1
EJ 0,327H
M = -3,815 . + (11,084) = 9,836(T.m)
H EJ
A
- Đối với cột phải:
2
1
B'
2
1
EJ 0,327H
M =1,293 . + (-1,93) = -1,507(T.m)
H EJ
2
t
1
C'
2
1
EJ 0,327H
M = 0,49 . + (3,135) = 2,975(T.m)
H EJ
−
2
1
B
2
1

EJ 0,327H
M = 0,49 . + (-6,642) = -6,802(T.m)
H EJ
−
2
1
2
1
EJ 0,327H
M = 3,815 . + (2,812) =1,564(T.m)
H EJ
A
−
B
C
A
7,184
12,196
26,338
9,836
1,564
6,802
2,975
1,507
M
D
(T.m)
Hình 3.11: Biểu đồ nội lực tổng do M
max,
M

min
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 24 Lớp: 50V
Đồ án kết cấu nhà thép GVHD: Th.s Nguyễn Văn Thắng
3.2.6. Tính khung với lực hãm ngang T
Lực T đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu trục, cách vai cột 0,7 (m). Ta xét lực T ở
cột trái, hướng từ trái sang phải. Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với xà ngang
có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút.
Phương trình chính tắc:
11 1
. 0
p
r R∆+ =
Trong đó r
11
là phản lực của liên kết thêm vào tại nút khung do nút có chuyển vị đơn vị
1∆ =
. Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết thêm thoã mãn quy ước chiều từ trái
sang phải là chiều dương.
45008400
J
1
J
2
J
d
24000
A
B
A
A

B
C
t
C
d
Hình 3.12: Sơ đồ tính nội lực do lực hãm T ngang
Biểu đồ
M
do
1∆ =
gây ra giống như trường hợp tải D
max
, D
min
nên ta cũng xác định
được:

1 1
11 B B B
3 2
EJ EJ
r = R + R = 2R = 2.(-5,108 ) = -0,792
H H
(T)
Dùng công thức trong phụ lục III.2 để tính được momen và phản lực tại đầu cột B, B
’
.
Lực T đặt cách đỉnh cột là 3,8 (m).

4,5 0,7 4,5

0,295 0,349
12,9 12,9
t dct
H H
H
λ α
−
−
= = = < = =
+
2 2
B
(1 ) [(2 ).B- 2C] ( ) [(2 )B- 2C]
M .T.H
k
λ λ µ α λ α λ
− + + − +
= −

=(
2
(1 0,295) [(2 0,349).2,096 2.1,383]
9,728
− + −
−
+
[ ]
2
9(0,349 0,295) (2.0,349 0,295).2,096 2.1,383
).2,088.12,9

9,728
− + −
= -3,019 (T.m)
SVTH : Nguyễn Mạnh Huy 25 Lớp: 50V