thuyết minh đồ án kết nhà thép 1 tầng 1 nhịp

Thuyết minh
Đồ án môn học : Kết cấu thép
Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.
Các số liệu của nhà :
- Nhịp khung : L = 30(m)
- Sức trục : Q = 30(Tấn)
- Cao trình đỉnh ray: H
1
= 12(m)
- áp lực gió tiêu chuẩn: W
o
= 155(daN/m
2
)
- Bớc khung : B = 6(m)
- Chiều dài nhà : 17B = 17x6 = 102(m)
- Chiều cao dầm cầu trục : H
dct
= 700(mm)
- Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình.
+ L
k
=28,5m
+ H= 2,75m
+ B = 6,3m
+ L1=2,5m
+ B1=0,3m.
+ Loại ray KP70 tra bảng ta có Hr=120mm (theo bảng VI.7).
Vật liệu lớp mái:
- Mái panen sờn BTCT 1,5mx6m(g

TC
= 150(daN/m
2
).
- Bê tông chống thấm dày 4 cm(
o
= 2500Kg/m
3
)
- Bê tông xỉ dày 12cm(
o
= 500Kg/m
3
)
- 2 lớp lát dày 1,5cm/lớp(
o
= 500Kg/m
3
)
- 2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp9
o
= 500Kg/m
3
)
- Hoạt tải mái p
c
= 75daN/m
2
Que hàn N46 có Rgh=1800daN/cm
2

. Rgt=1650daN/cm
2
.
Phơng pháp hàn tay có
h
=0,7;
t
=1;
Bê tông móng mác 200
Tờng gạch tự mang
vu dinh phong1

Phần I : Tính toán chung
A-các kích thớc chung
I/Thành lập sơ đồ kết cấu:
Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại nhà xởng 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. Sơ đồ
khung ngang có dạng nh hình vẽ dới:
h1
l
h
h2
h
h
d
h
3
h
t
h

o
II/ Xác định các kích thớc khung ngang:
II.1/ Các kích thớc theo phơng thẳng đứng:
a- Chiều cao dầm cầu chạy:
h
dcc
= 0.7m
b - Chiều cao từ mặt ray đến đáy canh dới của dàn.
H
2
= (H
c
+f)+100
H
c
: Kích thớc gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con (tra phụ
lục VI.2<138> )ta có H
c
=2,75m.
100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
f: khe hở xét đến độ võng của kết cấu lấy 0,4m(theo sách thiết kế KC thép nhà CN ).
vu dinh phong2

H
2
=(2,75+0,4)+0,1= 3,25m lấy chẵn H
2
=3,4m
c - Chiều cao của cột trên:
H

t
= h
dcc
+H
2
+h
r
h
r
: Chiều cao của ray và đệm. Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kế KC thép
nhà CN ứng với lọai ray KP70 ta có chiều cao là 0,12m , chiều cao của đệm là 0,05
h
r
=0,17m
h
dcc
=0,7m đã tính ở trên.
H
t
=h
dcc
+H
2
+h
r
=0,7+3,4+0,17=4,27m
d - Chiều cao thông thuỷ của nhà tính từ cốt 0,00 đến trục của thanh cánh dới dàn vì kèo.
H=H
1
+H

2
=12+ 3,4 =15,4m. vì H là bội của 1,8 nên chọn H=16,2m
e- Chiều cao của cột dới:
H
d
= H-H
tr
+H
3
H
3
:Chiều sâu của phần cột chôn dới cốt mặt nền :H
3
= 0,8m
H
d
= H-H
tr
+h
ch
= 16,2 - 4,27 + 0,8 = 12,73m
g - Chiều cao đầu dàn: h
0
Với kích thớc là dàn hình thang lấy h
0
=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN).
h- Chiều cao giữa dàn:h
Chọn h=3,5m Độ dốc mái là i=(3,5 - 2,2 )/ 15 =1/12
II .2/ Các kích thớc theo phơng ngang:
a-Bề rộng tiết diện cột trên:

Chiều cao h
tr
=(1/10 ữ 1/12) H
t
với H
t
:khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dới của dàn vì kèo.
Ta chọn h
tr
= 0,4m
b- Chọn a:
a:khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, a phụ thuộc vào chế độ làm việc
của cầu trục. Do sức trục Q=30T nên ta chọn a=250mm.
c- Chọn

:
: Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mép trong của cột dới.
B
1
+(h
tr
- a) + D=0,4+(0,4-0,25)+ 0,075=0,625m;
vu dinh phong3

B
1
:Khoảng cách từ trục ray đến mép ngòai của cầu chạy lấy theo catalô cầu chạy, ta chọn
B
1
=0,4m.

D:Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép trong của cột trên lấy là 0,075m
= 0,75m ( Q 75T)
d - Tính bề rộng phần cột dới h
d
:
h
d
:Theo độ cứng ta có h
d
(1/15 ữ 1/20) H= (1/15 ữ 1/20)16,2 m
vì trục nhánh trong của cột bậc trùng với trục dầm cầu trục nên ta có
h
d
= +a =750+250 = 1000mm;
h
d=12,73m
h
t=4,27m
h
3=0,8m
h=16,2
m
h1
=12m
h2=3,4
m
l=30
m
ho=2,2m
h

=3,5
m
d=3m
l
ct
=12
m
Hct=2,5m
III/lập mặt bằng lới cột, bố trí hệ giằng mái, cột :
III.1/Lập mặt bằng lới Cột :
Nhà xởng đợc thiết kế có chiều dài nhà là : 102m do đó khi bố trí mặt bằng lới Cột ta
không phải để khe lún nhiệt độ . Mặt bằng lới Cột đợc bố trí nh hình vẽ dới.
vu dinh phong4

60006000
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 6000 6000 6000
B
A
60006000600060006000
30000
M
ặT BằNG LƯớI CộT
a- Bố trí 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 của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên

chịu nén của dàn, tạo nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn. Các
thanh giằng chữ thập đợc nên bố trí ở đầu khối nhiệt độ và bố trí thêm ở giữa khối. Mặt bằng bố
trí giằng cánh trên đợc thể hiện nh hình vẽ dới.
b- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dới :
Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên . nó cùng với
giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dới tại đầu hồi
nhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tờng Hồi nên còn gọi là dàn gió. Do Xởng
có Cỗu trục Q = 75tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố trí thêm Hệ giằng cánh dời theo phơng
dọc nhà. Hệ giằng nhà đảm bảo cho sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục
bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận. Mặt bằng bố trí nh hình vẽ dới.
vu dinh phong5

60006000600060006000600060006000600060006000600060006000600060006000
30000
6000 6000 6000 6000 6000
A
B
181716
15
14131211109876
5
4321
HÖ GI»NG C¸NH TR£N

vu dinh phong6

60006000
1 2 3
Hệ GIằNG CáNH DƯớI
4

5 6
7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
17 18
B
A
60006000600060006000
30000
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
c- Bố trí hệ giằng đứng :
Hệ giằng đứng đặt trong các mặt phẳng thanh đứng , cótác dụng cùng với các giằng nằm
tạo nên các khối cứng bất biến hình, giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi lắp dựng. Hệ giằng
đứng đợc bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn và cách nhau 12 - 15m theo
phơng ngang nhà, theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tại những gian có giắng cánh trên và cánh
dới. Hệ giắng dứng đợc bố trí nh sau :
vu dinh phong7

hệ giằng đứng
d- Bố trí hệ giằng Cột :
Trong mỗi trục dọc một khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng các cột khác dựa vào
tấm cứng bằng các thanh chống dọc . Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục các thanh giằng
và các thanh chéo chữ thập. Các thanh giằng bó trí suốt chiều cao của 2 cột đĩa cứng trong
phạm vi đầu dàn chính là hệ giằng đứng của mái : Lớp trên từ mặt dầm cầu trục đến nút gối
vu dinh phong8

tựa dới của dàn kèo. Lớp dới bên dới dầm cầu trục cho đến chân cột. Các thanh giằng lớp trên
đặt trong mặt phẳng trục Cột. Các thanh giằng lớp dới đặt trong mặt phẳng hai nhánh. Tấm
cứng đợc đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở khối nhiệt độ.
Trong các gian đầu và cuối nhà bố trí giằng lớp trên giằng này làm tăng độ cứng dọc nhà,
truyền tải trọng gió từ đầu hồi đến đĩa cứng. Việc bố trí giằng cột đợc thể hiện nh sau :

1
bố trí hệ giằng cột và giằng đứng
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

b- Tính toán khung ngang:
I-Tải trọng tác động lên khung ngang:
I.1-Tải trọng tác động lên dàn: đợc tính ra đơn vị daN/m
2
.
a- Tải trọng mái:
Dựa vào cấu tạo của mái để tính trọng lợng từng lớp(đơn vị N/m
2
mặt dốc mái) Đổi ra
N/m
2
mặt bằng bằng cách chia cho cos , là góc dốc của mái
Các lớp máI
Tải trọng
tiêu chuẩn
(daN/m
2
)
Hệ số
vợt
tải
Tải trọng
tính toán
(daN/m
2
)

- Hai lớp gạch lá nem = 2000daN/m
3
. Dày 3cm
60 1,1 66
- 2 Lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp = 1800 daN/m
3
. Dày 3 cm
54 1.2 64,8
- Bê tông xỉ cách nhiệt = 500daN/m
3
. Dày 12 cm.
60 1,2 72
- Lớp bê tông chống thấm = 2500daN/m
3
. Dày 4 cm.
100 1,2 120
- Panen mái 1,5x6m; = 150daN/m
2
. Dày 10 cm=0,1m
150 1,1 165
vu dinh phong9

Cộng
424 487,8
Vậy ta lấy g
om
= 488daN/m
2
.
i=1/12 tg =1/12cos= 0.9965

Tính trên mặt bằng
g
m
= g
om
/cos=488/0.9965 = 489,7daN/m
2
.
b- Trọng lợng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm)
g
d
= 1,1.1,2.
d
.L(daN/m
2
)

d
=0,6 ữ 0,9 :Là hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn ứng với nhịp từ 24 ữ 36m. L=30m ta
chọn
d
=0,75
1,2:hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng.
L:nhịp dàn 30m theo đầu bài
1,1 Hệ số vợt tải.
g
d
= 1,1.1,2.0,75.30= 29,7 daN/m
2
mặt bằng.

c-Trọng lợng cửa trời: (lấy theo kinh nghiệm)
gct= 1,1.ct.lct daN/m2 (mặt bằng nhà)
g
ct
=1,1.0,5.12=6,6 daN/m
2
(mặt bằng nhà)
d- Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa:
- Trọng lợng cửa kính:
g
k
=1,1.(35 ữ 40) daN/m
2
cửa.
Ta lấy g
k
= 44 daN/m
2
.
- Trọng lợng của bậu cửa:
g
b
=1,1.(100 ữ 150) daN/m của bậu cửa (trên + dới).
Ta lấy g
b
=165 daN/m.
Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải
G1=B (g
m
+g

d
).d/2= 6.(489,7 + 29,7).3/2 = 4674,6 daN
G2 =G3=G5= B (g
m
+g
d
).d=6.(489,7 + 29,7).3 = 9349,2daN
G4 = B (g
m
+g
d
).d + B ( hct.g

+ g
b
) + (3.gct).B
= 6.(489,7 + 29,7).3 + 6.(2,5.44 + 165) +3.6,6.6 = 9349,2 = 11118 daN
G6=B.(g
m
+g
d
).d + 2B. gct.d = 6.(489,7 + 29,7) .3 + 2.6.6,6.3. 3 = 10062 daN
vu dinh phong10

g
1
g
2
g
3

g
6
g
5
g
4
g
5
g
4
g
3
g
2
g
1
Qui đổi về lực phân bố tác dụng lên dàn của tĩnh tải:
g=G
i
/L
g = (2G
1
+2G
2
+2G
3
+2G
4
+2.G
5

+G
6)
/30
= (2.4674,6 + 6.9349,2 + 2.11118 + 10062 )/30
= 3258 daN/m
g- Tải trọng tạm thời : Theo TCVN 2737-95 khi không có ngời trên mái thì P = 75 daN/m
2
Po=75.0,996=74,7 với n
p
=1,3; p =1,3.p
o
.B =1,3.74,7.6=583 daN/m.
h- Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của hoạt tải
P
1
= P.d/2=583.1,5 = 874,5 daN.=8,745 KN
P
2
= d.P= 3.583 =1749daN=17,49 KN
P
3
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
P
4
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
P
5
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
P
6

= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
d:Khoảng cách giữa các mắt dàn theo phơng ngang d = 3
p=2.874,5+9.1749/30 =17490/30=583 daN/m = 5,83 KN
vu dinh phong11

p
1
p
2
p
1
p
2
p
3
p
4
p
5
p
6
p
3
p
4
p
5
II.2/Tải trọng tác động lên cột:
a- Do phản lực của dàn (lực đợc đặt vào trục cột biên):
Ag=gL/2=3258.30/2=48870 daN =488,7 KN

Ap=pL/2=583.30/2=8745 daN =87,45 KN
b- Do trọng lợng của dầm cầu chạy:
Theo công thức kinh nghiệm:
G
dcc
=
dcc
.L
2
dcc
.1,1
Với Q=30T ta chọn
dcc
=26, L
dcc
=6m.
G
dcc
= 35.6
2
.1,1= 1386 daN.=13,86daN
c- Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:
áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Xác định do 2 cầu
trục hoạt đông tại 2 nhịp liên tiếp.
Đờng ảnh hởng của phản lực tại vai cột.
Tra bảng VI-1,2 sách thiết kế KC thép nhà CN phụ lục cầu trục ta có :
P = 34,5tấn = 34500 daN
Q:trọng lợng vật cẩu=30T theo đầu bài Q =30T=300KN.
G:trọng lợng của toàn bộ cần trục G = 62 t = 620 KN
vu dinh phong12

n
o
:số bánh xe 1 bên ray n
o
= 2
P P P
1
0,8
0,15
5100
1200
900
6000
6000
Pmin = (Q+G)/n
o
Pmax = (300+620)/2 - 345 = 115 KN
áp lực lớn nhất lên vai cột D
max
:
D
max
= n.n
c
.Pmax.yi = 1,2.0,85.345.( 0,15 + 1 + 0,8)= 686 KN
n
c
:hệ số tổ hợp xét đến ảnh hởng của nhiều cầu trục 1 lúc n
c

=0,85.
n:hệ số vợt tải n=1,2
y
i
:Tung độ của đờng ảnh hởng.
áp lực nhỏ nhất phía bên kia là D
min
:
D
min
=n.n
c
.Pmin.yi = 1,2.0,85.115.(0,15+1+0,8)=229 KN
d-áp lực ngang của cầu chạy:
Khi cầu trục hoạt động nếu xe con đang chạy, má hãm lại tạo ra lực hãm ngang. áp lực ngang
trên 1 bánh xe:
T
c
1
= (Q+G
XC
).0,05/n
o
.
Tra bảng cầu trục ta có G
XC
=38T=380KN
T
c
1

= (300 + 120).0,05/2 = 10.5 KN
Các lực ngang T
c
1
truyền lên cột thành lực hãm ngang T. Lực T đặt ở cao trình dầm hãm lợi
dụng đờng ảnh hởng khi xác định lực nén lên vai cột ta có thể xác định đợc lực T nh sau(Tính
theo phơng ngang):
T= n.n
c
. T
c
1
.y
i
=1,2.0,85.10.5.(0,15 + 0,8 + 1 ) = 20.88 KN
vu dinh phong13

Lực này chỉ có thể có một trong 2 cột.
II.3/ Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang :
Theo TCVN 2737-95 Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm:
- Gió thổi lên mặt bằng tờng dọc đợc chuyển thành lực phân bố trên cột khung.
- Gió trong phạm vi mái từ cánh dới dàn vì kèo trở lên đợc chuyển thành lực tập trung nằm
ngang đặt ở cao trình cánh dới vì kèo(đầu cột).
Trong phạm vi tờng dọc
W
o
= 155daN/m
2
.
Phía đón gió : q

d
=n.q
o
.k.c.B (daN/m)
Phía trái gió : q
tr
=n.q
o
.k.c.B (daN/m)
n:hệ số vợt tải n = 1,3.
B:Bớc khung B = 6m.
c,c:Tra bảng hệ số khí động học c=0,8, c=- 0,6.(sách TCVN2737-95)
(Do B/L=102/24 >2 và h/L = (16,2+ 2,2)/24 = 0,61333)
h 10m có k = 1
h=15m có k = 1,11 => h = 14,5 m nội suy k = 1,099
h=20m có k = 1,19 => h = (14,5 + 2,2 + 0,75 + 4,5 + 0,6) = 21,05 m => k = 1,204
h= 30m có k = 1,32
Từ cao trình 0.00 đến cao trình 14,5m
q
đ
= n.q
o
.k.c.B = 1,2.65.1.0,8.6 .1,04 = 389 daN/m.
q
h
= n.q
o
.k.c.B = 1,2.65.1.0,6.6.1,04 = 292 daN/m.
vu dinh phong14

h
o
= 2.2m
l = 24m
3
m
0.75m
0,6m
1
4
.
5
m
0.00
Qđ
Qh
W
W'
sơ đồ tải trọng gió
-Trong phạm vi mái :Tải trọng gió qui về lực tập trung:
W=n.q
0
.k.B.C
i
h
i
+Mặt truớc:
=90
o
,có h1=2,2mC

1
= 0,8
=3
0
,H/L = (2,2+14,5)/24 = 0,6985 có h2 = 0,75m C
2
= - 0,62
=90
o
,có h3= 3mC
3
=0,7
=3
0
có h4= 0,6mC
4
=- 0,8
+Mặt sau:Tơng ứng ta tra ra đợc hệ số c của mặt sau ứng với từng chiều cao h là :
C
1
= - 0,6; C
2
= -0,6; C
3
=-0,6; C
4
= - 0,6;
k:Trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đáy vì kèo và giá trị ở độ cao điểm cao nhất
của mái k = (1,099 +1,204) /2 = 1,1515
W = 1,2.65.1,1515.6.[2,2.0,8 + 0,75.(-0,62) + 0,7.3 + (-0,8).0,6 + 2,2.0,6 + 0,75.0,6 + 0,6.3

+ 0,6.0,6)] = 3.689 daN

Theo số liệu đ cho ta có q(đẩy)=9,66 KN q(hut)=6,5 KNã
W=81,68 KN
III.Tổ hợp nội lực:
vu dinh phong15

Ta tiến hành tổ hợp nội lực để tìm ra từng trờng hợp tải trọng bát lợi nhất để thiết kế khung.
Do nhà có tờng tự mang nên lực dọc ở cột chỉ có V, V;ở cột dới có thêm D
max
;G
dcc
(bỏ qua
trọng lợng bản thân của cột). Các kết quả giải đợc ta đa vào bảng tổ hợp.
Với mỗi cột ta xét 4 tiết diện nguy hiểm nhất và tại mỗi tiết diện ghi trị số M,N,Q do mỗi
loại tải trọng gây ra. Riêng tiết diện A thì xét thêm lực cắt Q. Các trị số trong bảng nội lực đợc
ghi làm 2 dòng ; Dòng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hơp cơ bản I(hệ số tổ hợp bằng 1). Dòng
dới ghi trị số nhân 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản II.
THCBI = Tải trọng thờng xuyên + 1tải trọng tạm thời
THCBII = Tải trọng thờng xuyên + 0,9xtải trọng tạm thời.
Ta cần tìm tại mỗi tiết diện:
+ Tổ hợp gây mômen dơng: M
+
max
; N
t
+ Tổ hợp gây mômen âm lớn nhất M
-
max
; N

t
+ Tổ hợp gây lực nén lớn nhất: N
max
; M
+
t
(M
+
t
)
325,34
325,34
170,29
85,90
364,14
85,90
170,29
364,14
do tĩnh tải
vu dinh phong16

do ho¹t t¶i
57,24
63,89
14,45
30,25
63,89
14,45
30,25
57,24

1,58
17,73
8,57
102,33
3,86
30,06
do lùc h m ngang t·
vu dinh phong17


do ¸p lùc ®øng cña b¸nh xe
7,2
198,94
58.39
41,15
61,33
24,44
8,57
129,03
vu dinh phong18

238,4
34,34
1477
1384,89
8,4
275,09
do tải trọng gió

Phần 2 :Thiết kế cột

Nội lực tính toán đợc xác định bởi 3 cặp từ bảng tổ hợp
Với cột trên : N = 46.162daN; M = -37.480daNm
Với cột dới : N = 146.781daN; M = -30.181daNm
N = 142.405 daN; M = 84.772daNm
I- Xác định chiều dài tính toán:
Với cột của nhà công nghiệp 1 tầng có liên kết ngàm với móng ta có chiều dài tính toán
trong mặt phẳng khung đợc xác định:
Với cột dới l
1x
=à
1
.H
d
.
Với cột trên l
2x
=à
2
.H
t
.
Giá trị hệ số à
1
phụ thuộc vào tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cột
k
1
=i
2
/i
1

=(J
2
/H
t
) (H
d
/J
1
)= (J
2
/ J
1
)(H
d
/H
t
) = (1/9).(9,4/5,1)= 0,205
Tỷ số lực nén m = N
d
/N
t
= 146.781/46.162 = 3,18
c
1
=(H
d
/H
t
)[(J
1

/ J
2
.m)
1/2
] =(5,1/9,4)(7/3,18)
1/2
=0,805
vu dinh phong19

Dựa vào bảng II.6b phụ lục II sách Thiết kế KC thép nhà CN ta nội suy có à
1
=1,98
à
2
=à
1
/c
1
=1,98/0,805= 2,46 <3 (thoả mãn)
l
1x
= 1,98.9,4 = 18,61m
l
2x
= 2,46.5,1 = 12,55m
Chiều dài tính toán ngòai mặt phẳng khung:
l
1y
= H
d

=9,4m
l
2y
= H
t
-h
dcc
= 5,1 0,7 = 4,4m(h
dcc
=0,7m theo tính toán phần I)
II-Thiết kế tiết diện cột:
II.1-Xác định lực tính toán của cột:
Vì khi tổ hợp nội lực ta cha kể đến tải trọng bản thân của cột nên ta cần tính thêm tải trọng
bản thân của cột khi tính toán cột. Ta coi tải trọng bản thân nh lực tập trung đặt tại tâm tiết diện
cột ở trên đỉnh cột. Ta tính toán theo công thức:G
c
=g
c
.h
c
a - Cột trên:
g
c
=[N/KR]. daN/m
K : Hệ số kể đến ảnh hởng của mô men làm tăng tiết diện cột. Cột trên chọn k = 0,3; Cột d-
ới chọn k = 0,45.
R: Cờng độ tính toán của thép làm cột.Vật liệu thép BCT3K2 có R = 2150daN/cm
2
: Hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy =1,6;
: Trọng lợng riêng của thép lấy = 7850daN/m

3
.
N: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi cha kể đến trọng lợng bản thân.Với cột trên
N = N
t
= 46.162daN
g
c
= [46.162/(0,3.2,15.10
7
)].1,6.7850 = 89,9 daN/m
h
c
:Chiều dài đoạn cột.
H
tt
= H
t
+h
đd
= 5,1 + 2,2 = 7,3m
G
c
= 89,9.7,3 = 656daN
Lực dọc tính toán cho cột trên: N
tt
= 46.162 + 656 = 46.818daN
b - Cột dới:
k = 0,45, R = 2,15.10
7

daN/m
2
, =1,6; = 7850daN/m
3
.
N = N
tmax
= 146.781daN, H
d
=9,4m
vu dinh phong20

g
c
= [146.781/(0,45.2,15.10
7
)].1,6.7850= 190,5 daN/m
G
c
= 190,5.9,4 =1791daN
Vậy ta có lực dọc tính toán cho cột dới
N
1
tt
= 146.781 + 656 + 1791 = 149.228 daN; M
1
= -30.181daNm
N
2
tt

= 142.405 + 656 + 1791 = 144.852 daN; M
2
= 82.289daNm
II.2-Thiết kế tiết diện cột trên
a-Hình dạng và cấu tạo tiết diện cột:
- Chiều cao tiết diện cột trên b
t
=0,5m(theo phần I)
- Chiều dày bản bụng : đợc chọn sơ bộ
b
= 0,01m = 10mm.
- Chiều rộng bản cánh:đợc chọn sơ bộ b
c
= 0,25m =250mm.
- Chiều dày bản cánh:đợc chọn sơ bộ
c
= 0,016m =16mm
b-Chọn tiết diện cột:
Diện tích yêu cầu sơ bộ:
A
yc
= N.[+(2,2ữ2,8)e/h]/R
e = M/Ne = 37.480/46.818 = 0,8m = 80cm
Ta thiết kế cột đặc tiết diện chữ H=1,25, =1;R=21,5kN/cm
2
=21,5.10
2
daN/cm
2
; =1;

A
yc
= 46.818[1,25+2,4.80/50]/21,5.10
2
= 111cm
2
.
Ta có diện tích tiết diện:
Bản bụng: 46,8. 1 = 46,8cm
2
.
Bản cánh: 2.(25.1,6) = 80,00 cm
2
.
A = 126,80 cm
2
.
16
468
16
2
5
0
1
0
500
vu dinh phong21

c-Kiểm tra tiết diện đã chọn:
Tiết diện cột phải thoả mãn các điều kiện về bền về ổn định tổng thể và ổn định cục bộ.

- Các đặc trng về hình học của tiết diện cột:
Diện tích tiết diện:
J
x
= 1.46,8
3
/12+2.(25.1,6
3
/12+24,2
2
.1,6.25) = 55.410 m
4
.
J
y
= 46,8.1
3
/12+2.(1,6.25
3
/12) = 4.171 cm
4
.
Bán kính quán tính:
r
x
= (J
x
/A)
0,5
= (55.410/126,8)

0,5
= 20,9 cm.
r
y
= (J
y
/A)
0,5
= (4.171/126,8)
0,5
= 5,74 cm.
Mô men chống uốn:
W
x
=2J
x
/h = 2x55.410/50 = 2.216,40 cm
3
.
- Độ mảnh và độ mảnh qui ớc của cột trên:

y
= l
2y
/r
y
= 440/5,96 = 73,83 cm.

y
=

y
(R/E)
0,5
= 73,83. (2150/2,1.10
6
)
0,5
= 2,36 cm.

x
= l
2x
/r
x
= 1255/21,72 = 57,78 cm.

x
=
x
(R/E)
0,5
= 57,78.(2150/2,1.10
6
)
0,5
= 1,85 cm. với E=2,1.10
6
daN/cm
2
.

- Độ lệch tâm tơng đối m và độ lệch tâm tính đổi m
1
:
m = e.A
ng
/W
x
= 80x126,8/2.216,40 = 4,58
A
ng
:Diện tích tiết diện nguyên.
với
x
= 1,85cm; m = 4,58 và A
c
/A
b
= (25.1,6)/(46,8.1) = 0,85
Tra bảng II-4(trờng hợp 5) ta có
= (1,9 - 0,1m) - 0,02(6 - m)
x
= (1,9 0,1.4,58) 0,02(6 4,58).1,85 = 1,39
m
1
= 1,39.4,58 = 6,366
Vì m
1
<20, không có lối đi ở bụng cột A
thực
=A

ng
nên ta không cần kiểm tra điều kiện bền.
- Kiểm tra ổn định tổng thể của cột:
+ Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:

x
= N/(
lt
.A
ng
) .R
với m
1
= 6,366;
x
= 1,85cm.
vu dinh phong22

Tra bảng phụ lục II.2 nội suy ta có
lt
=0,1972

x
= 46.162/0,1972.117,44 = 1.993,25 daN/cm
2
.R=2150daN/cm
2
.
+ Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung:
Tính mô men ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có

M
b
= -37.480daNm.
M
c
t
= -807daNm.(theo bảng tổ hợp nội lực)
Mô men ở tiết diện phần ba cột là(phía M lớn)
M=M
c
t
+ 2[M
b
-M
c
t
]/3 = -807+ 2[-37.480 -( -807)]/3 = -25.256daNm
M= -25.256 > M
b
/2 = -37.480/2= -18.740daNm(về trị số)
ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:

y
=N/(c.
y
.A
ng
).R
với
y

= 73,83 cm ;R=2150daN/cm
2
.
Tra bảng phụ lục II.1 ta nội suy đợc
y
= 0,758
Xác định c : hệ số kể đến ảnh hởng của mô men và hình dáng tiết diện phụ thuộc vào m
x
;
m
x
=e/
x
=(M/N)/(W
x
/A
ng
)
m
x
= (35.047.10
2
/46.162)/(2.216,4/117,44) = 4,02 có m
x
<= 5
C = /(1+.m
x
)
Với 1 < m
x

<5 tra bảng phụ lục II-5 ta có:
= 065 + 0,005m
x
= 0,65+0,005.4,02 = 0,67
với
y
= 73,83cm và
c
=3,14.(E/R)
0,5
= 3,14(2,1.10
6
/2150)
0,5
= 98,1 =1
C = 1/(1+0,67.4,02) = 0,271

y
= 46.162/(0,271.0,758.117,44) = 1.913,51 daN/cm
2
< 2150daN/cm
2
- Kiểm tra ổn định cục bộ của cột:
+ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo điều kiện : h
b
/
b
< [ho/
b
]

Theo bảng 3.4 ta có m = 4,24 > 1 ;
x
= 1,85cm > 0,8
[ho/
b
] = (0,9+0,5 ).(E/R)
0,5
3,1(E/R)
0,5
[ho/
b
] = (0,9+0,5.1,85)(2,1.10
6
/2150)
0,5
= 57,04 < 3,1.(E/R)
0,5
= 96,8
Vậy [ho/
b
]=57,04.
vu dinh phong23

Ta có h
b
/
b
= 46,8/1 = 46,8 < [ho/
b
] = 57,04Thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ của bản

bụng cột trên.
+ Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh : với = 1,85cm thoả mãn 0,8< <4
Theo bảng 3.3:[b
o
/
c
] = (0,36+0,1. ).(E/R)
0,5
[b
o
/
c
] = (0,36+0,1.1,85)(2,1.10
6
/2150)
0,5
= 17,03
Ta có : b
o
/
c
= (b
c
- b
b
)/2
c
= (25 - 1)/(2.1,6) = 7,5 < [b
o
/

c
] =17,03 Thoả mãn điều kiện ổn
định cục bộ bản cánh.
II.3-Thiết kế cột dới (ta dùng cột rỗng):
II.3.1- Chọn tiết diện nhánh:
Ta giả thiết gần đúng khoảng cách giữa 2 trục nhánh c = h
d
=100cm =1m
Các cặp nội lực: Nhánh ngoài cột dới : N
2
tt
=144.852daN; M
2
tt
= 82.289daNm;
Nhánh trong cột dới : N
1
tt
=149.228daN; M
1
tt
= -30.181daNm;
Thay các giá trị vào phơng trình:
y
1
2
-[(M
1
+M
2

)/(N
1
-N
2
)+c]y
1
+ M
2
.c/(N
1
-N
2
) = 0
y
1
2
-[(30.181+ 82.289)/(149.228 -144.852)+1]y
1
+ 82.289x1/(149.228 -144.852) =0
y
1
2
- 26,70 y
1
+ 18,80 = 0
Giải phơng trình ta có y
1
= 0,724m; y
2
= c-y

1
= 1-0,724 = 0,276 m
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy(tính sơ bộ)
N
nh1
= N
1
.y
1
/c+M
1
/c =149.228x0,724/1 + 30.181/1 = 138.222,07 daN
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái
N
nh2
= N
2
.y
2
/c+M
2
/c =144.852x0,276/1 + 82.289/1 = 122.268,15 daN
Giả thiết độ ổn định =0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh
Nhánh cầu chạy:
A
ycnh1
= N
nh1
/R = 138.222/(0,8.2150.1) = 80,36 cm
2

.
Nhánh mái:
A
ycnh2
= N
nh2
/R = 122.268/(0,8.2150.1) = 71,09 cm
2
.
Theo yêu cầu độ cứng bề rộng cột:
b = 40cm (tỷ số b/H
d
= 40/940 = 1/23,5)
a - Nhánh cầu chạy dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ 3 bản thép có các kích thớc tiết diện là :
vu dinh phong24

Bản bụng : 368.8 F
b
= 29,44 cm
2
Bản cánh:2.(200.16)F
c
= 64cm
2
A
nh1
= 93,44 cm
2
.
Tính các đặc trng hình học của nhánh:

J
x1
= 2.hb
3
/12 = 2.1,6.20
3
/12 = 2.133 cm
2
.
r
x1
= (J
x1
/A
nh1
)
0,5
= (2.133/93,44)
0,5
= 4,78 cm.
J
y1
= 0,8.36,8
3
/12+20.1,6.(40/2-1,6/2)
2
= 15.119 cm
4
.
r

y1
= (J
y1
/A
nh1
)
0,5
= (15.119/93,44)
0,5
= 12,72 cm.
b - Nhánh mái là tiết diện tổ hợp : 1 thép bản 360x14F = 50,40 cm
2
và 2 thép góc đều cạnh
L100x8F = 31,2 cm
2
(A
1g
= 15,6cm
2
).
A
nh2
= 50,4 + 31,2 = 81,6cm
2
.
Tính khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái:
z
o
=A
i

z
i
/A
i
= (50,4x0,7 + 2x15,6x2,75)/81,6 = 1,48 cm.
Với z
i
:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện.
với z
o
:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái.
Các đặc trng hình học của tiết diện J
x1
= J
y1g
= 147 cm
4
.
J
x2
=J
x
+2bS
x
+b
2
F
J
x2
= 36.1,4

3
/12 + 36.1,4(1,48 - 0,7)
2
+ 2.[147 + 15,6.(2,75- 1,48)
2
] =383,22 cm
4
.
r
x2
= (J
x2
/A
nh2
)
0,5
= (383,22/81,6)
0,5
= 2,17 cm.
J
y2
= J
y
+2bS
y
+a
2
F=1,4.36
3
/12 + 2.[147 + 15,6.(40/2 2,75)

2
] =15.021
cm
4
r
y2
= (J
x2
/A
nh2
)
0,5
= (15.021/81,6)
0,5
=13,57 cm.
Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh:
C = h - z
o
= 100 1,48 = 98,52 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái:
y
1
=A
nh2
.c/A = 81,6.98,52/(93,44+81,6) = 45,93 cm.
y
2
= c- y
1
= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm.

Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:
J
x
= J
x
+y
i
2
.A
nhi
= J
x1
+J
x2
+ y
1
2
.A
nh1
+ y
2
2
.A
nh2
= 2.133 + 383,22 + 93,44.45,93
2
+ 81,6.52,59
2
= 426.861 cm
4

.
vu dinh phong25