THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG

ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÉP
KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
Yêu cầu thiết kế: Khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.
Các số liệu của nhà:
+ Nhà công nghiệp 1 tầng có nhịp L = 24m
+ Bước cột: B = 6m
+ Chiều dài nhà: 15B = 15
×
6 = 90m
+ Cao trình đỉnh ray: H
R
= 8.5m
+ Ap lực gió tiêu chuẩn: W
0
= 70daN/m
2
+ Chiều cao cửa mái: h
cm
= 2.3m
+ Chiều cao đầu dàn: h
0
= 2.2m
+ Độ võng của dàn: f =
1
24 0.24
100
× × =
1
L = m
100

* Ta có cần trục 2 móc cẩu, chế độ làm việc trung bình, sức chịu tải Q =30/5(T) tra
cataloge cầu trục ta được:
+ Loại ray thích hợp: KP70
+ Cao trình từ đỉnh ray đến đỉnh xe con : H
1
= 2.75m
+ Nhịp cầu trục: L
ct
= 22.5m
+ Bề rộng dầm cầu chạy: B
ct
= 6.3m
+ Khoảng cách tim ray đến mép ngoài: B
1
= 0.3m
+ Khoảng cách hai bánh xe dầm cầu chạy: K = 5.1m
+ Khoảng cách an toàn từ cánh dưới của dàn đến vị trí cao nhất của xe con:
c = 0,1m
+ Ap lực bánh xe lên cầu trục lớn nhất : P
max
= 31.5T
+ Ap lực bánh xe lên cầu trục bé nhất : P
min
= 9.5T
+ Trọng lượng xe con : G
xc
= 12T
+ Số bánh xe : n
o
= 2

+ Trọng lượng dầm cầu trục : G
dcc
= 52T
+ Chiều cao tiết diện ray : h
r
= 0.2m
+ Chiều sâu chôn móng : ∆(h
m
) = 1.2m
+ Khoảng cách từ mép ngoài cột đến tâm trục định vị cột: a = 0.25m (a phụ thuộc
vào chế độ làm việc của cầu trục)
+ Khoảng cách từ trục định vị đến tâm ray:

1
λ = ×
2
(L-L
ct
) = 0.5
×
(24-22.5) = 0.75m
Vật liệu:
+ Dùng thép CT34 có: f = 2100KG/cm
2
, f
v
= 1500KG/cm
2
, E = 2.1
×

10
6
KG/cm
2
+ Bulông cấp độ 5.8 có: f
tb
= 2100KG/cm
2
, f
vb
= 1500KG/cm
2
, f
cb
=3400KG/cm
2
+ Que hàn N42 có: f = 2100KG/cm
2
, f
wf
= 1800KG/cm
2
+ Dùng phương pháp hàn tay nên
f s
β 0.7;β 1= =
+ Trọng lượng riêng của thép: γ
thép
= 7.85T/m
3
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 1

ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
+ Bê tông móng đá 1
×
2, cấp độ bền B20 có: R
b
= 11.5MPa, R
bt
= 9MPa
I. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU
Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại khung nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp, chịu tải
trọng cầu trục lớn do đó chọn sơ đồ khung có liên kết dàn, cột là liên kết cứng và dàn
khung hình thang có mái dốc.
SÔ ÑOÀ KHUNG 1 NHÒP
II. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG NHÀ
1. Xác định kích thước theo phương đứng
a. Cột dưới
+ Chiều cao dầm cầu chạy:
h
dcc
=(
1
8
÷
12
1
)
×
B =(
1
8

÷
12
1
)
×
6 = (0.5 ÷ 0.75)m
⇒
chọn h
dcc
= 0.75m
+ Chiều cao cột dưới:
H
d
= (H
R
+ ∆(h
m
)) - (h
dcc
+ h
r
)
= (8.5 + 1.2) - (0.75 + 0.2) = 8.75m

⇒
chọn H
d
= 8.75m
b. Cột trên
+ Chiều cao cột trên:

H
t
= h
dcc
+ h
r
+ H
1
+ f + c
= 0.75 + 0.2 + 2.75 + 0.24 + 0.1 = 4.04m
⇒
chọn H
t
= 4m
2. Xác định kích thước theo phương ngang
a. Chiều cao tiết diện cột trên
h
t
= (
1
8
÷
1
12
)
×
H
t
=(
1

8
÷
1
12
)
×
4 = (0.33
÷
0.575)
⇒
chọn h
t
= 0.5m
Với H
t
– Khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dưới của dàn vì kèo
b. Chiều cao tiết diện cột dưới
+ Theo điều kiện cấu tạo ta chọn:
h
d
= a + λ = 0.25 + 0.75 = 1m
+ Kiểm tra theo điều kiện độ cứng của khung:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 2
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
( )

≥ × = =




+

≥ × + = =


d d
d t d
1 8.75
h H 0.795m
11 11
1 4 8.75
h H H 0.6375m
20 20
⇒
thỏa điều kiện độ cứng
Vậy chọn h
d
= 1m
+ Để đảm bảo an toàn a cần phải thỏa:
a > h
t
+ B
1
+ D

- λ
Với D

= 60 mm
Vậy a > 0.5 +0.3 + 0.06 – 0.75 = 0.11m

⇒
(thỏa mãn)
c. Nhịp cửa mái :
L
cm
= (
1
2
÷
1
6
)
×
L = (
1
2
÷
1
6
)
×
24 = (4
÷
12)m
⇒
chọn L
cm
= 12 m
+ Chọn độ dốc mái: i= (
1

8
÷
1
12
) = (0.083
÷
0.125)
⇒
chọn i = 0.1 = 10%
Q=20/5(T)
9250
3600
2200
2300
i

=
1
0
%
1000
500
12000
A B
30000
III. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
* Tải trọng tác dụng lên dàn
1. Tĩnh tải
Gồm có trọng lương bản thân các lớp vật liệu lợp , kết cấu mái panel và hệ
giằng được tính toán rồi lập thành bảng sau:

Loại vật liệu Tải trọng
tiêu chuẩn
Hệ số vượt
tải n
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 3
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
(KG/m
2
) Tải trọng
tính toán
2 lớp gạch lá men 80 1.1 88
Lớp vữa xi măng lót 30 1.3 39
Lớp vữa láng làm phẳng và tạo dốc 100 1.3 130
Lớp bêtông xỉ cách nhiệt 60 1.2 72
Tấm panel BTCT 150 1.1 165
Trọng lượng bản thân kết cấu chịu
lực: vì kèo, dàn cửa mái, hệ giằng
40 1.1 44
Tổng cộng 460 538
+ Tổng tải trọng tính toán : G
tt
0
= 538 KG/m
2
= 5.38KN/m
2
+ Độ dốc của mái: i = 10%
⇒
α = arctg i = arctg 0.1 = 5.7°
+ Tải trọng tính toán quy đổi về tải trọng phân bố đều trên diện tích mặt bằng

g
tt
o
=
tt
o
G
cosα
=
o
5.38
cos 5.7
= 5.407KN/m
2

+ Tĩnh tải tác dụng lên khung ngang
G
tt
m
= B
×
g
tt
o
= 6
×
5.407 = 32.44KN/m
2. Hoạt tải
Đối với mái panel BTCT tra TCVN 2737-1995 có:
+ Tải trọng tạm thời P

tc
o
= 0.75KN/m
2
,

hệ số vượt tải n

= 1.2
+ Hoạt tải tác dụng lên khung ngang (tải trọng tính toán quy đổi trên diện tích mặt
bằng)
P
tt
m

= n
×
B
×
P
o
tt
= 1.2
×
6
×
0.75 = 5.4KN/m
3. Tải trọng đứng lớn nhất (D
max
) và nhỏ nhất (D

min
) của cầu trục tác dụng lên
vai cột
+ Ap lực của bánh xe cầu trục
Ap lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Khi
xe con chạy về một phía của cầu trục, lực truyền xuống phía đó là D
max
, còn đầu kia là
D
min
.
Để xác định tải trọng đứng của cầu trục truyền xuống cột ta tiến hành vẽ
đường ảnh hưởng của phản lực tại vai cột
+ Tra phụ lục 13 ta có áp lực bánh xe cầu trục:
P
max
=315kN ; P
min
= 95kN
+ Tính áp lực D
max
và D
min
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 4
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
6000 6000
900 5100 1200 5100
y = 0.15
3
y = 1

1
y = 0.8
2
Từ kích thước cầu trục tra catalogue
⇒


=




ct
B 6.3m
K = 5.1m
Ta có:
y
1
= 1
y
2
=
×
−
6000
12006000
y
1
= 0.8
y

3
=
6000 5100
6000
−
×
y
1
= 0.15
⇒

∑
i=1
i
3
y
= y
1
+ y
2
+ y
3
= 1 + 0.8 + 0.15 = 1.95
Vậy:
D
max
= n
×
n
c

×
P
max
×

∑
i=1
i
3
y
= 1.1
×
0.9
×
315
×
1.95 = 608.1KN
D
min
= n
×
n
c
×
P
min
×

∑
i=1

i
3
y
= 1.1
×
0.9
×
95
×
1.95 = 183.4KN
Với:
n – Hệ số vượt tải, n = 1.1
n
c
– Hệ số làm việc cấu kiện, n
c
= 0.9

∑
i=1
i
3
y
- Tổng tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí các bánh
xe của cầu trục
4. Tải trọng xô ngang của cầu trục
+ Lực hãm xe con
T = n
×
n

c
×
T
tt
o
×
∑
i=1
i
3
y
Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy mà hãm lại tạo ra lực hãm ngang.
Ap lực ngang trên 1 bánh xe.
T
tt
o
=
( )
×
xc
o
0.05 Q + G
n
Trong đó:
n
o
– Số bánh xe cầu trục một bên ray, n
o
= 2
G

xc
– Trọng lượng xe con, G
xc
= 120KN (tra phụ lục 13)
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 5
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH

⇒
T
tt
o
=
( )
×0.05 300 + 120
2
=10.5KN
Vậy:
T = 1.1
×
0.9
×
10.5
×
1.95 = 21.72KN
5. Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang
Vùng xây dựng ở Đồng Nai. Địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản
thưa thớt cao không quá 1.5m
⇒
ta chọn dạng địa hình A. Giá trị áp lực gió tiêu
chuẩn W

o
= 70daN/m
2
= 0.7KN/m
2
+ Theo TCVN 2737 - 95. Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm:
- Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên cột khung.
- Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên, được chuyển về
thành lực tập trung tại cao trình cánh dưới dàn vì kèo.
8750 4000 2200
24000
-0.7
+0.7
-0.8
-0.6
-0.6
-0.6
q
d
w
= 5.3KN/m
q
d
w
= 3.31KN/m
+0.8 -0.5
9600
w
h
= 20.05KN

w
d
= 15.54KN

a. Tải trọng gió phân bố đều lên cột
+ Tải trọng gió phân bố đều ở phía đón gió
q
d
w
= n
×
W
o
×
k
o
×
c
×
B
Trong đó:
Cao trình đáy vì kèo: H
A
= H
d
+ H
t
= 8.75 + 4 = 12.75m
n = 1.3
c - Hệ số khí động ở phía đón gió, c = +0.8

k
o
- Hệ số kể đến áp lực gió theo độ cao và địa hình
⇒
tra bảng lấy dạng
địa hình A ứng với độ cao
≤
15m, lấy k
o1
= 1.213
⇒
q
d
w
= 1.3
×
0.7
×
1.213
×
0.8
×
6 = 5.3KN/m
+ Tải trọng gió phân bố đều ở phía hút gió
q
h
w
= n
×
W

o
×
k
o
×
c’
×
B
Với:
c’ - Hệ số khí động ở phía hút gió, c = -0.5
⇒
q
h
w
= 1.3
×
0.7
×
1.213
×
(-0.5)
×
6 = -3.31KN/m
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 6
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
b. Lực tập trung gió tác dụng lên dàn
+ Tải trọng tập trung ở phía đón gió
W
d
= n

×
W
o
×
k
tb
×
B
×
i i
c h×
∑
Cao trình đỉnh mái: H
B
= H
d
+ H
t
+ h
o
+ (tg5.7
×
6) + h
cm

= 8.75 + 4 + 2.2 + 0.6 + 2.3 =17.85m
⇒
tra bảng lấy dạng địa hình B ứng với độ cao
≤
20m, lấy k

o2
= 1.269
Trong khoảng từ cao độ cánh dưới dàn đến đỉnh mái, hệ số k được lấy trung
bình của các giá trị nêu trên :
k
tb
=
o1 o2
k k
2
+
=
1.213 1.269
2
+
= 1.241
⇒
W
d
= 1.3
×
0.7
×
1.241
×
6
×
(0.8
×
2.2 - 0.7

×
0.6 + 0.7
×
1.7 - 0.8
×
0.6) =
13.89KN
+ Tải trọng tập trung ở phía hút gió
W
h
= n
×
W
o
×
k
tb
×
B
×
,
i i
c h×
∑
= 1.3
×
0.7
×
1.241
×

6
×
(-0.5
×
2.2 - 0.6
×
0.6 - 0.6
×
1.7 - 0.6
×
0.6)=
-19.24KN
IV. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG
1. Các giả thiết đơn giản hoá khi giải khung
Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực khung: mômem uốn, lực cắt, lực
dọc trong các tiết diện khung. Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như giàn
,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 giàn vì kèo bằng dầm ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao
trình cánh dưới dàn, thay cột dưới (rỗng) bằng thanh đặc có độ cứng tương đương.
- Chiều cao cột tính từ đế cột đến đáy giàn vì kèo. Nhịp tính toán là khoảng
cách giữa hai trục cột trên.
- Khi tính với các tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dầm ngang thì bỏ qua
chuyển vị ngang ở đầu cột (∆ = 0)
- Khi tính với các tải trọng không đặt trực tiếp lên dầm ngang thì xem dầm
ngang cứng vô cùng, tức là không có chuyển vị ngang ở nút khung (EJ3 = ∞
⇒
ϕ
=0)
- Tính khung giả thiết

1
2
J
6
J
=
;
3
2
J
30
J
=
;
3
1
J
5
J
=

2. Xác định nội lực do tĩnh tải mái
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 7
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
8750 4000
24000
G
tt
m
= 32.44KN/m

J
2
J
3
J
1
1
M
- Để giải tìm nội lực trong biểu đồ M
1
ta phân tích thành: M
1
= (1-a)+(1-b)
+ Lực dọc trong cột :
N
d
=
× = × =
tt
m
L 24
G 32.44 389.28KN
2 2
+ Momen lệch tâm trong sơ đồ (1-b):
e

=
d t
h h 1 0.5
0.25m

2 2
− −
= =

⇒
M = N
d
×
e = 389.28
×
0.25 = 97.32KNm
a. Xác định nội lực biểu đồ (1-a)
Gọi K là tỷ số về độ cứng giữa dầm ngang và cột
Ta có:
1
2
J
6
J
=
; h= H
d
+ H
t
= 8.75 + 4 = 12.75m ;
3
1
J
5
J

=
K =
3
1
J / L
J / h
=
3
1
J
J
×
h
L
= 5
×
12.75
24
= 2.66
+ M
B
=
2
tt
m
B
L
G
12
K

2 1
K
− ×
× +

Tra bảng Tab 1.2.1 ta có:

=


= −


A
B
K 0.837
K 0.891

⇒
M
B
=
×
−
× +
−
2
24
32.44
12

2.66
2 1
0.891
= -223.38KNm

⇒
M
A
=
× = × − =
−
A
B
B
K
0.837
M ( 223.38) 209.84KNm
K ( 0.891)
+ Ta có: M
C
= M
D
=
B
M

- H
t
×

A B
d t
M M
H H
+
+
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 8
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
=
−223.38
-
 
+
× =
 ÷
+
 
209.84 223.38
4 87.47
8.75 4
KNm
+ Giữa nhịp: M
nhịp
=
×
×
− = − − =
tt 2
2
m

B
G L
32.44 24
M 223.38 2112.3KNm
8 8
b. Xác định nội lực biểu đồ (1-b)
Tra bảng Tab 1.2.3 ta có:

=

= −


= −


=

A
B
C
D
K 0.329
K 0.167
K 0.698
K 0.302
Do đó:
+ M
A
= K

A
×
(-M) = 0,329
×
(-97.32)= -32.02 KNm
+ M
B
= K
B
×
(-M) = -0.167
×
(-97.32) = 16.25KNm
+ M
C
= K
C
×
(-M) = -0.698
×
(-97.32) = 67.93KNm
+ M
D
= K
D
×
(-M) = 0.302
×
(-97.32) = -29.39KNm
223.38

2112.3
209.84
(1 - a)
KNm
(1 - b)
KNm
29.39
16.25
67.93
32.02
c. Xác định nội lực biểu đồ M
1
M
1
= M
(1-a)
+ M
(1-b)
+ M
A
= 209.84 - 32.02 = 177.82KNm
+ M
B
= -223.38 + 16.25 = -207.13KNm
+ M
C
= -87.47 + 67.93 = -19.54KNm
+ M
D
= -87.47 - 29.39 = -116.86KNm

- Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M
1
Q
1
= Q
(1-a)
+ Q
(1-b)
(

KN)
N
1
= N
(1-a)
+ N
(1-b)
(KN)
- Gía trị của lực cắt (Q) bằng độ dốc của biểu đồ moment (M)
- Từ biểu đồ lực cắt (Q) suy ra biểu đồ lực dọc (N)
⇒ Biểu đồ nội lực do tĩnh tải mái gây ra
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 9
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
M
1
(KNm)
+
-
-
+

207.13
177.82
19.54
2128.55
116.86
389.3
22.56
Q
1
(KN)
N
1
(KN)
-
- -
22.56
389.3
3.Tính nội lực do hoạt tải mái
Tỷ số giữa hoạt tải và tĩnh tải mái:
m =
tt
m
tt
m
Hoaït taûi P 5.4
0.17
Tónh taûi G 32.44
= =
(Nội lực của hoạt tải mái bằng 0.17 lần nội lực của tĩnh tải mái)
8750 4000

24000
P
tt
m
= 5.4KN/m
2
M
* Nội lực trong sơ đồ M
2
M
2
= M
1
×
m
+ M
A
= 177.82
×
0.17 = 30.23KNm
+ M
B
= -207.13
×
0.17 = -35.21KNm
+ M
C
= -19.54
×
0.17 = -3.32KNm

+ M
D
= -116.86
×
0.17 = -19.87KNm
Tương tự ta có lực cắt và lực dọc trong sơ đồ M
2
Q
2
= Q
1
×
m (KN)
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 10
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
N
2
= N
1
×
m (KN)
M
2
(KNm)
+
-
-
+
35.21
30.23

3.32
361.85
19.87
66.18
3.84
Q
2
(KN)
N
2
(KN)
-
- -
3.84
66.18
4. Tính nội lực do tải trọng đứng cầu trục (D
max
bên trái ; D
min
bên phải)

M
3
D
max
= 608.1KN
D
min
= 183.4KN
M

∆
M
P
(KNm)
M
B
= 0.0106EJ
1
M
A
= 0.026EJ
1
M
C
= M
D
O
M
max
M
min
50.78
212.23
100.03
91.82
27.7
64.01
15.31
30.17
a. Xác định nội lực trong biểu đồ M

∆
+ Moment lệch tâm trong cột
Khoảng cách từ tâm cột dưới đến tâm dầm cầu chạy:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 11
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
e =
d
h
2
=
2
1
= 0.5m
Ta có:

=


=


max
min
D 608.1KN
D 183.4KN

⇒
M
max
= D

max
×
e = 608.1
×
0.5 = 304.05KNm
M
min
= D
min
×
e = 183.4
×
0.5 = 91.7KNm
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có:

= −


=


A
B
K 4.221
K 1.728
+
= × = − × = −
1 1
A A 1
2 2

EJ EJ
M K 4.221 0.026EJ
h 12.75

+
= × = × =
1 1
B B 1
2 2
EJ EJ
M K 1.728 0.0106EJ
h 12.75
b. Xác định biểu đồ nội lực
o
P
M
Tra bảng Tab 1.2.3 ta có:

=

= −


= −


=

A
B

C
D
K 0.329
K 0.167
K 0.698
K 0.302

* Giá trị moment bên cột trái:
+ M
A
= K
A
×
M
max
= 0.329
×
304.05 = 100.03KNm
+ M
B
= K
B
×
M
max
= -0.167
×
304.05 = -50.78KNm
+ M
C

= K
C
×
M
max
= -0.698
×
304.05 = -212.23KNm
+ M
D
= K
D
×
M
max
= 0.302
×
304.05 = 91.82KNm
* Giá trị moment bên cột phải:
+ M
A
= K
A
×
M
min
= 0.329
×
91.7 = 30.17KNm
+ M

B
= K
B
×
M
min
= -0.167
×
91.7 = -15.31KNm
+ M
C
= K
C
×
M
min
= -0.698
×
91.7 = -64.01KNm
+ M
D
= K
D
×
M
min
= 0.302
×
91.7 = 27.7KNm
c. Lập phương trình chính tắc do chuyển vị ∆ gây ra

r
11
×
∆ + R
1P
= 0
⇒
∆ =
1P
11
R
r
−
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có:
'
B
K
= -5.949
Ta có:
r
11
= -2
B
R
= -2
'
1
B
3
EJ

K
h
 
× ×
 ÷
 

= -2
 
× − × =
 ÷
 
1
1
3
EJ
5.949 0.00574EJ
12.75
Tra bảng Tab 1.2.3 ta có :
'
B
K
= 1.496
Ta có:
R
1P
=
( )
'
B

max min
K
M M
h
− × −
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 12
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
=
( )
− × − = −
1.496
304.05 91.7 24.92KNm
12.75

Vậy:
∆ =
1P
11
R
r
−
=
−
− =
1 1
24.92 4342
0.00574EJ EJ
d. Gía trị nội lực của biểu đồ M
3
= M

∆
×
∆ +
o
P
M
* Giá trị moment bên cột trái:
+ M
A
=
( )
× − + = −
1
1
4342
0.026EJ 100.03 12.86KNm
EJ
+ M
B
=
× − = −
1
1
4342
0.0106EJ 50.78 4.75KNm
EJ
+ M
C
=
×− − = −

1
1
4342
0.00088EJ 212.23 216.06KNm
EJ
+ M
D
=
×− + =
1
1
4342
0.00088EJ 91.82 88KNm
EJ
Với:
A B
C D B t
d t
M M
M M M H
H H
 
+
= = − ×
 ÷
+
 
=
+
− × = −

1 1
1 1
0.026EJ 0.0106EJ
0.0106EJ 4 0.00088EJ
12.75
* Giá trị moment bên cột phải:
+ M
A
=
× + =
1
1
4342
0.026EJ 30.17 143.06KNm
EJ
+ M
B
=
×− − = −
1
1
4342
0.0106EJ 15.31 61.34KNm
EJ
+ M
C
=
× − = −
1
1

4342
0.00088EJ 64.01 60.2KNm
EJ
+ M
D
=
× + =
1
1
4342
0.00088EJ 27.7 31.5KNm
EJ
⇒
Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M
3
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 13
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
M
3
(KNm)
216.06
4.75
61.34
60.2
143.06
12.86
31.5
88
Q
3

(KN)
-
+
-
23.2 23.2
2.75
N
3
(KN)
+
-
-
2.75 2.75
23.2
23.2

5. Tính nội lực do tải trọng đứng cầu trục (D
max
bên phải ; D
min
bên trái)
- Tính nội lực trong biểu đồ M
4
: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M
3
ta được giá
trị và biểu đồ nội lực M
4
216.06
4.75

61.34
60.2
143.06
12.86
31.5
88
M
4
(KNm)
M
4
D
max
= 608.1KN
D
min
= 183.4KN
+
-
-
2.752.75
23.2
23.2
23.223.2
Q
4
(KN)
N
4
(KN)

2.75
+
+
-
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 14
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
6. Tính nội lực do tải trọng ngang của cầu trục đặt tại cột bên trái
+ Sơ đồ tải trọng:
M
5
T = 20.27KN
750 3250
8750 4000
M
∆
M
B
= 0.0106EJ
1
M
A
= 0.026EJ
1
M
P
(KNm)
O
24.04
18.1
21.71

38.43
a. Giá trị nội lực của biểu đồ M
∆
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có:

= −


=


A
B
K 4.221
K 1.728
+ M
A
=
× = − × = −
1 1
A 1
2 2
EJ EJ
K 4.221 0.026EJ
h 12.75
+ M
B
=
× = × =
1 1

B 1
2 2
EJ EJ
K 1.728 0.0106EJ
h 12.75
b. Giá trị biểu đồ nội lực
o
P
M
Tra bảng Tab 1.2.4 với x = H
t
– h
dcc
= 4 – 0.7 = 3.25m
Ta có:

= −

= −


=


=

A
B
C
K 0.093

K 0.11
K 0.07
K 0.084
E
Vậy:
+ M
A
= K
A
×
(-T)
×
h = -0.093
×
(-20.27)
×
12.75 = 24.04KNm
+ M
B
= K
B
×
(-T)
×
h = -0.11
×
(-20.27)
×
12.75 = 28.43KNm
+ M

C
= K
C
×
(-T)
×
h = 0.07
×
(-20.27)
×
12.75 = -18.1KNm
+ M
E
= K
E
×
(-T)
×
h = 0.084
×
(-20.27)
×
12.75 = -21.71KNm
c. Hệ số chuyển vị ∆
* Lập phương trình chính tắc:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 15
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
r
11
×

∆ + R
1P
= 0
⇒
∆ =
1P
11
R
r
−
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có:
'
B
K
= -5.949
Ta có:
r
11
= -2
B
R
= -2
'
1
B
3
EJ
K
h
 

× ×
 ÷
 

= -2
 
× − × =
 ÷
 
1
1
3
EJ
5.949 0.00574EJ
12.75
Tra bảng Tab 1.2.4 ta có:
'
B
K
= 0.762
Ta có:
R
1P
=
( )
' '
B B
-K T K T× − = ×
= 0.762
×

-20.27 = -15.45KN
Vậy:
∆ =
1P
11
R
r
−
=
− = −
1 1
15.45 2692
0.00574EJ EJ
d. Gía trị nội lực của biểu đồ
o
5 P
M M M
∆
= ×∆ +
* Giá trị moment bên cột trái:
+ M
A
=
− ×− + =
1
1
2692
0.026EJ 24.04 94.03KNm
EJ
+ M

B
=
− × + = −
1
1
2692
0.0106EJ 28.43 0.11KNm
EJ
+ M
C
=
− ×− − = −
1
1
2692
0.00088EJ 18.1 15.73KNm
EJ
+ M
D
=
− × − = −
1
1
2692
0.0013EJ 21.71 25.13KNm
EJ
Ta có:
+ M
E
=

( )
B A
B t dcc
M M
M H h
h
+
 
− − ×
 
 
=
( )
 
+
− − × =
 
 
1 1
1 1
0.0106EJ 0.026EJ
0.0106EJ 4 0.75 0.0013EJ
12.75
* Giá trị moment bên cột phải:
+ M
A
=
− × = −
1
1

2692
0.026EJ 70KNm
EJ
+ M
B
=
− ×− =
1
1
2692
0.0106EJ 28.54KNm
EJ
+ M
C
=
− × = −
1
1
2692
0.00088EJ 2.37KNm
EJ
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 16
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
+ M
D
=
− ×− =
1
1
2692

0.0013EJ 3.5KNm
EJ
⇒
Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ M
5
0.11
25.13
15.73
94.03
70
2.37
3.5
28.54
M
5
(KNm)
+
-
1.2
7.7312.54
Q
5
(KN)
N
5
(KN)
1.2
+
-
+

-
7.7
1.2
-
+
12.54
7.73
7. Tính nội lực do tải trọng ngang của cầu trục đặt tại cột bên phải
- Tính nội lực trong biểu đồ M
6
: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M
5
ta được
giá trị và biểu đồ nội lực M
6
0.11
25.13
15.73
94.03
70
2.37
3.5
38.54
M
6
750 3250
8750 4000
T = 20.27KN
M
6

(KNm)
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 17
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
+
-
1.2
7.73 12.54
7.7
1.2
-
+
12.54
7.73
Q
6
(KN)
N
6
(KN)
-
-
+
+
1.2
8. Xác định nội lực do tải trọng gió thổi từ trái qua phải
M
∆
M
B
= 0.0106EJ

1
M
A
= 0.026EJ
1
M
P
(KNm)
O
47.39 29.6
31.02
19.4
93.05
58.11
a. Giá trị nội lực của biểu đồ
M
∆
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có:

= −


=


A
B
K 4.221
K 1.728
+ M

A
=
× = − × = −
1 1
A 1
2 2
EJ EJ
K 4.221 0.026EJ
h 12.75
+ M
B
=
× = × =
1 1
B 1
2 2
EJ EJ
K 1.728 0.0106EJ
h 12.75
b. Giá trị biểu đồ nội lực
o
P
M
Tra bảng Tab 1.2.5 ta có:

= −

= −



=

A
B
C
K 0.108
K 0.055
K 0.036
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 18
M
7
5.3KN/m
3.31KN/m
13.89KN/m 19.24KN/m
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
* Giá trị moment bên cột trái:
+ M
A
= K
A
×
d
w
q
×
2
h
= -0.108
×
5.3

×
12.75
2
= -93.05KNm
+ M
B
= K
B
×
d
w
q
×
2
h
= -0.055
×
5.3
×
12.75
2
= -47.39KNm
+ M
c
= K
C
×
d
w
q

×
2
h
= 0.036
×
5.3
×
12.75
2
= 31.02KNm
* Giá trị moment bên cột phải:
+ M
A
= K
A
×
h
w
q
×
2
h
= -0.108
×
(-3.31)
×
12.75
2
= 58.11KNm
+ M

B
= K
B
×
h
w
q
×
2
h
= -0.055
×
(-3.31)
×
12.75
2
= 29.6KNm
+ M
c
= K
C
×
h
w
q
×
2
h
= 0.036
×

(-3.31)
×
12.75
2
= -19.4KNm
c. Xác định hệ số chuyển vị
∆
* Lập phương trình chính tắc:
r
11
×
∆ + R
1P
= 0
⇒
∆ =
1P
11
R
r
−
Tra bảng Tab 1.2.2 ta có:
'
B
K
= -5.949
Ta có:
r
11
= -2

B
R
= -2
'
1
B
3
EJ
K
h
 
× ×
 ÷
 

= -2
 
× − × =
 ÷
 
1
1
3
EJ
5.949 0.00574EJ
12.75
Tra bảng Tab 1.2.5 ta có:
'
B
K

= 0.447
Ta có:
R
1P
=
( )
' d h d h
B w w
K h q q W W
 
− × × + + +
 
=
( )
 
− × × + + + = −
 
0.447 12.75 5.3 3.31 13.89 19.24 82.2KN
Vậy:
∆ =
1P
11
R
r
−
=
−
− =
1 1
82.2 14321

0.00574EJ EJ
d. Gía trị nội lực của biểu đồ
o
7 P
M M M
∆
= × ∆ +
* Gía trị moment bên cột trái:
+ M
A
=
×− − = −
1
1
14321
0.026EJ 93.05 465.4KNm
EJ
+ M
B
=
× − =
1
1
14321
0.0106EJ 47.39 104.41KNm
EJ
+ M
C
=
×− + =

1
1
14321
0.00088EJ 31.02 18.42KNm
EJ
* Gía trị moment bên cột phải:
+ M
A
=
× + =
1
1
14321
0.026EJ 58.11 430.5KNm
EJ
+ M
B
=
×− + = −
1
1
14321
0.0106EJ 29.6 122.2KNm
EJ
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 19
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
+ M
C
=
× − = −

1
1
14321
0.00088EJ 19.4 6.8KNm
EJ
⇒
Lực cắt và lực dọc trong biểu đồ
7
M
M
7
(KNm)
465.4
430.5
18.42
6.8
104.41
122.2
Q
7
(KN)
N
7
(KN)
-
9.44
+ +
81.5 61.44
13.89
19.24

+
-
+
-
81.5
61.44
9.44 9.44
9. Xác định nội lực do tải trọng gió thổi từ phải qua trái
- Tính nội lực trong biểu đồ M
8
: ta lấy đối xứng biểu đồ nội lực M
7
ta được
giá trị và biểu đồ nội lực M
8
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 20
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
5.3KN/m
3.31KN/m
13.89KN/m19.24KN/m
M
8
465.4
430.5
18.42
6.8
104.41
122.2
M
8

(KNm)
+
-
+
-
81.5
61.44
9.44
9.44
Q
8
(KN)
9.44
+
61.44
-
81.5
-
19.24
13.89
N
8
(KN)
V. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT
- Chiều dài hình học các cột:
=
d
H 8.75m
,
= →

d
h 1m
;
=
t
H 4m
,
t
h 0.5m=
- Liên kết khung nhà, cột liên kết với móng ở đầu dưới và với tường ngang (dàn
hoặc dầm) ở đầu trên. Các liên kết này là liên kết ngàm.
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 21
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
1. Xác định nội lực và chiều dài tính toán
a. Xác định nội lực trong cột
Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán.
+ Tại cột trên (tiết diện I) cặp nội lực |N|
max
- M
tư
dùng thiết kế cột có giá trị:
M = -374.49KNm ; N = 458.44KN
+ Tại cột dưới (tiết diện IV)
- Nhánh cầu trục (N
nh
ct
): |N|
max
- M
tư

M = 665.54 KNm ; N = 1005.73 KN
- Nhánh mái (N
nh
m
): |M|
max
- N
tư
M = 778.65 KNm ; N = 563.94KN
b. Xác định chiều dài tính toán
* Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung xác định riêng cho từng phần
cột
- Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột trên và cột dưới (n)
n =
×
×
= = =
× ×
2 t 2 d
1 d 1 t
J / H J H
1 8.75
0.365
J / H J H 6 4
- Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất của phần cột trên và cột dưới
β =
2
1
N
N

=
1005.73
458.44
= 2.194
- Tính hệ số:
α
1
=
× = × =
×β
t 1
d 2
H J
4 6
0.755
H J 8.75 2.197
Với α
1
= 0.755 và n = 0.365 tra phụ lục 8/134 ta có: µ
1
= 1.892
⇒
µ
2
=
1
1
µ
= =
α

1.892
2.51
0.755
* Chiều dài tính toán được xác định cho từng đoạn cột như sau:
- Chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung (theo phương x).
+ Cột dưới:
l
1x
=
1
µ
×
H
d
= 1.892
×
8.75 = 16.56m
+ Cột trên:
l
2x
=
2
µ
×
H
t
= 2.51
×
4 = 10.04m
- Chiều dài tính toán của các phần cột ngoai mặt phẳng khung xác định bằng

khoảng cách các điểm cố kết dọc ngăn cản không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà
(theo phương y).
+ Cột dưới:
l
1y
= H
d
= 8.75m
+ Cột trên:
l
2y
= H
t
-
dcc
h
= 4 - 0.6 = 3.4m
2. Thiết kế tiết diện cột trên
a. Chọn tiết diện cột trên
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng. Hình dạng này đơn giản cho chế
tạo. Tiết diện cột được ghép từ 3 bản thép, với chiều cao tiết diện đã chọn trước
t
h 0.5m=
Ta có: N = 458.44KN ; M = -374.49KNm
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 22
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
+ Độ lệch tâm của tải trọng
e =
= =
M

374.49
0.82m
458.44
N
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện
η =1.25
và diện tích yêu
cầu của tiết diện tính theo công thức gần đúng:
 
= = × η+ (2.2÷ 2.8)×
 ÷
× γ
 
y/c y/c
c t
N e
A F
hf
Trong đó:
N - Lực dọc trong tiết diện cột trên
η
- Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy
η
= 1.25
f
- Cương độ tính toán của thép,
f
= 210MPa = 21 kN/cm
2
c

γ
- Hệ số điều kiện làm việc của cột, lấy
c
γ
= 1

⇒

 
= = × + × =
 ÷
×
 
2
y/c y/c
458.44 82
A F 1.25 2.5 116.8cm
21 1 50
* Chọn sơ bộ tiết diện cột trên:
+ Bề rộng bản cánh:
   
= ÷ × = ÷ ×
 ÷  ÷
   
c t
1 1 1 1
b H 4000
15 12 15 12
= (266.67
÷

333.3)mm

⇒
Chọn
c
b
= 300mm
+ Bề dày bản cánh:
δ
c
=
( )
   
÷ × = ÷ × = ÷
 ÷  ÷
   
c
1 1 1 1
b 300 10 15 mm
30 20 30 20

⇒
chọn δ
c
= 15mm
+ Bề dày bản bụng:
δ
b
=
( )

t
1 1 1 1
h 500 10 16.67 mm
50 30 50 30
   
÷ × = ÷ × = ÷
 ÷  ÷
   

⇒
chọn δ
b
= 12mm
+ Chiều cao bản bụng:
h
b
= h
t
– 2
×
δ
c
= 500 - 2
×
15 = 470mm
⇒
chọn h
b
= 470mm
+ Diện tích thực của tiết diện ngang cột trên:

F
th
= h
b
×
δ
b
+ 2b
c
×
δ
c
= 47
×
1.2 + 2
×
30
×
1.5 = 146.4cm
2
>
y/c
F
= 116.8cm
2
15 470 15
500
14412144
300
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 23

ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
* Kiểm tra tiết diện cột trên đã chọn
Tính các đặc trưng hình học của tiết diện
+ Moment quán tính của tiết diện đối với trục x và y (
x y
J ,J
):

2
3 3
b b c c b c
x c c
h b h
J 2 b
12 12 2
 
×δ δ × + δ
 
= + × + δ × ×
 
 ÷
 
 
 

 
 
× × +
 
= + × + × × =

 ÷
 
 
 
2
3 3
4
47 1.2 1.5 30 47 1.5
2 1.5 30 63324.8cm
12 12 2
3 3
c c b b
y
b h
J 2
12 12
×δ δ ×
= × +
=
× ×
× + =
3 3
4
30 1.5 1.2 47
2 6756.77cm
12 12
+ Moment kháng uốn theo phương x:
= = =
+
+ δ

4
x
x
b
c
J
63324.8
W 2532.99cm
h 47
1.5
2
2
+ Bán kính quán tính của tiết diện:
= = =
x
x
th
J
63324.8
r 20.8cm
F 146.4
= = =
y
y
th
J
6756.77
r 6.8cm
F 146.4
+ Độ mảnh:

×
λ = = =
2
2x
x
x
l
10.04 10
48.27
r 20.8
×
λ = = =
2
2y
y
y
l
3.4 10
50
r 6.8
Chọn λ
min
= min(λ
x
, λ
y
) = λ
y
= 48.27
+ Độ mảnh quy ước:

λ = λ × = × =
×
min
6
2100
48.27 1.53
E
2.1 10
f
Với E = 2.1
×
10
6
KG/cm
2
b. Kiểm tra tiết diện đã chọn
+ Kiểm tra độ bền của cột trên
+ ≤ × γ
c
th x
N M
F W
f

⇔

×
+ ≤ ×
2
458.44 374.49 10

21 1
146.4 2532.99
⇔
17.93 KN/cm
2
< 21KN/cm
2

⇒
thỏa điều kiện
+ Kiểm tra ổn định của cột trong mặt phẳng tác dụng của moment uốn
- Độ lệch tâm tương đối:
× = × × =
2
th
x
F
146.4
m=e 0.823 10 4.76
W 2532.99
- Hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện η:
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 24
ĐỒ ÁN THÉP NGUYỄN DUY PHÍCH
×δ
×
= = =
δ × ×
c c c
b b b
F b

30 1.5
0.798
F h 1.2 47
Với m = 4.76;
λ
= 1.53;
c
b
F
F
= 0.798
⇒
tra phụ lục 6/133 sách HDĐA của
Ngô Vi Long ta có:
( ) ( )
η = 1.75 − 0.1 − × − ×λm 0.02 5 m

( ) ( )
= − × − × − × =1.75 0.1 4.76 0.02 5 4.76 1.53 1.27
- Độ lệch tâm quy đổi:
m
1
= η
×
m = 1.27
×
4.76 = 6.05
Với m
1
= 6.05;

λ
= 1.53
⇒
tra phụ lục 4/131 sách HDĐA của Ngô Vi Long
ta có:
ϕ = =
lt
204.97
0.20497
1000
(
lt
ϕ
- Hệ số uốn dọc cua cấu kiện đặc chịu nén lệch tâm,
phụ thuộc vào độ lệch tâm qui đổi m
1
và độ mảnh qui ước
λ
)
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 hưởng của hình dạng tiết diện và của
moment 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 được kiểm tra theo công
thức:
≤ ×γ
ϕ ×
c
lt th

N
F
f

⇔

≤ ×
×
458.44
21 1
0.20497 146.4
⇔
15.28KN/cm
2
< 21KN/cm
2

⇒
thỏa điều kiện
+ Kiểm tra độ ổn định của cột ngoài mặt phẳng tác dụng của moment
Với λ
y
= 50 và
f
= 21kN/cm
2

⇒
tra phụ lục 3/130 sách HDĐA của Ngô Vi
Long ta có: ϕ

y
= 0.864
6
2.1×10
λ = π× = π× =
2100
c
E
99.35
f
Ta thấy λ
y
= 50 < λ
c
= 99.35
⇒

β
= 1 (tra phụ lục 7/133 sách HDĐA của Ngô
Vi Long)
Với m
1
= 6.05 > 5
⇒

α
= 0.9 (tra phụ lục 7/133 sách HDĐA của Ngô Vi
Long)
- Hệ số ảnh hưởng của moment
Với m = 4.76 < 5 nên hệ số kể đến ảnh hưởng của moment uốn và hình dạng

tiết diện đối với ổn định của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung là C được
xác định:

β
= =
+ ×α + ×
1
C= 0.189
1 m 1 4.76 0.9
- Điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung
≤ ×γ
×ϕ ×
c
y th
N
C F
f

⇔

≤ ×
× ×
458.44
21 1
0.189 0.864 146.4

⇔
19.18 KN/cm
2
< 21KN/cm

2

⇒
thỏa điều kiện
c. Kiểm tra độ ổn định cục bộ của tiết diện
+ Đối với bản cánh
SVTH : NGUYỄN CÔNG LỰC Trang 25