đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP
Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhòp có hai cầu trục sức
nâng 100T, chế độ làm việc trung bình, nhòp cầu trục 21m, chiều dài nhà 153
m ; bước cột B = 9m, cao trình đỉnh ray 14m, mái lợp Panel Bêtông cốt
thép; vật liệu làm kết cấu chòu lực thép CCT34 ; móng Bêtông mac 200.
I.CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU:
1. Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp (H1)
Khung ngang gồm cột và rường ngang. Liên kết cột với rường ngang là
liên kết ngàm cứng. Cột bậc thang, phần trên đặc, phần dưới rỗng. Dàn hình
thang hai mái dốc với mái lợp bằng Bêtông cốt thép. Độ dốc 1/9.
2. Kích thước chính của khung ngang:
2.1 Kích thước cột:
Cầu trục sức nâng Q = 100T ( lấy theo bảngVI.2 ):
Chiều cao H
k
của Gabarit cầu trục: H
c
= 3700m
Chiều cao H
2
từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới rường ngang:
H
2
= H
c
+ 100 + f = 3700 + 100 + 400 = 4200 mm
Trong đó:
H
c

: Chiều cao Gabarit cầu trục
100 : Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu
f :Độ võng của kết cấu dàn lấy theo bảng
Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dưới rường ngang : H
H = H
1
+ H
2
=14000 + 4200 =18200 mm
Chiều cao phần cột trên:
H
tr
= H
2
+ H
dc
+ H
r
= 4200 + 1000 + 200 = 5400 mm
Trong đó:
H
dc
: Chiều cao dầm cầu chạy, lấy theo cấu tạo từ (1/8 đến 1/10)B
H
r
: chiều cao ray , lấy theo kinh nghiệm H
r
=200 mm
Chiều cao phần cột dưới:
H

d
= H - H
tr
+ H
3
= 18200 – 5400 + 700 = 13500 mm
Trong đó :H
3
là độ sâu chôn móng, lấy theo cấu tạo H
3
= 700 mm
Bề rộng cột trên :
h
tr
=
tr
H)
12
1
10
1
( ÷
Chọn h
tr
=750 mm với H
tr
= 5400 mm
Khoảng cách từ trục đường ray đến trục đònh vò:
λ ≥ B
1

+ (h
tr
- a) + D = 400 + (750 – 500) + 75 = 725 mm
Chọn λ = 1000 mm
Trong đó:
B
1
– Khoảng cách từ tâm ray đến mép cầu trục. Tra bảng có B
1
= 400mm
a - Khoảng cách từ mép cột đến trục đònh vò. Lấy a=500 với nhà có Q >75
D –Khoảng hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột, lấy D= 75 mm
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
Bề rộng cột dưới:
h
d
= λ + a = 1000 + 500 = 1500 mm
Bề rộng cột dưới phải thỏa mãn điều kiện:
h
d
>
)(
20
1
dtr
HH +
để đảm bảo độ cứng
h

d
>
)135005400(
20
1
+
= 945 mm
Nhòp nhà L
k
:
L= L
ct
+ 2λ = 19000 + 2×1000 = 21000 mm
2.2 Kích thước dàn
Chiều cao đầu dàn 2200 mm, độ dốc i =1/9 , chiều cao giữa dàn 3400 mm
H-1
II. TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
1.Tải trọng tác dụng lên dàn
1.1Tải trọng thường xuyên:
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
a-Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau:
Cấu tạo của lớp mái
Tải trọng
tiêu
chuẩn
daN/m
2
Hệ số

vượt
tải
Tải trọng
tính toán
daN/m
2
- Tấm Panel : 150daN/m
2
mái
- Lớp ximăng lót 1.5cm có trọng lượng riêng
1800daN/m
2
- Lớp bêtông chống thấm dày 10cm có trọng
lượng riêng 2500daN/m
2
- Lớp gạch lá nem 1cm có trọng lượng riêng
200daN/m
2
-Lớp cách nhiệt 50daN/m
2
mái
150
27
250
20
50
1.1
1.2
1.2
1.1

1.2
165
34
300
22
60
Tổng cộng 497 581
Đổi ra phân số trên mặt bằng với độ dốc i= 1/9 có cosα = 0.9939
g
tc
m
=
=
9939.0
497
500,05 daN/m
2
=0,5005T/m
2
g
m
= 584,5 daN/m
2

=0,5845T/m
2
b-Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức
g
d
=n×1.2×α

d
×L=1.1×1.2×0.6×21=16,63 daN/m
2

= 0,01663T/m
2
Trong đó :
n = 1.1 – Hệ số vượt tải
1.2 Hệ số kể đến trọng lượng các thanh dàn
α
d
– Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đến 0.9 đối với nhòp từ 24 đến
30 m . Ở đây lấy α
d
=0.6
Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên rường ngang là:
q = (g
m
+ g
d
).B = (0,5845+0,01663)×9 = 5,41 T/m
1.2Tải trọng tạm thời
Theo TCVN 2737-90, tải trọng tạm thời trên mái là:
p
tc
= 75 daN/m
2
mặt bằng với hệ số vượt tải n
p
= 1.4

Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang
p = n
p
.p
tc
.B = 1.4×75×9 = 945 daN/m =0.945 T/m
2.Tải trọng tác dụng lên cột
a) Do phản lực dàn
Tải trọng thường xuyên
A =
2
2141,5
2
. ×
=
Lq
= 56.8 T
Tải trọng tạm thời
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
A’ =
2
21945,0
2
. ×
=
LP
= 9.92 T
b) Do trọng lượng dầm cầu trục

Trong lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức
G
ct
=n.α
ct
.l
2
ct
[daN]
Trong đó: l
ct
–Nhòp dầm cầu trục , l
ct
=19 m
α
cr
- Hệ số trọng lượng dầm cầu tục bằng 35-47 với Q>75T
Chọn α
ct
= 40 với Q=100 T
G
ct
= 1.2× 40× 9
2
= 3888 daN = 3.88 T
G
ct
đặt ở vai dầm cầu trục là tải trọng tónh
c) Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục
Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông

qua dầm cầu trục được xác đònh bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản
lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai câu trục sát nhau ở vào vò trí
bất lợi nhất (H3). Cầu trục 100 T có áp lực tiểu chuẩn thẳng đứng lớn nhất
của 1 bánh xe là:
P
tc
1max
= 41 T; P
tc
2max
= 42 T; trọng lượng cầu trục G = 115 T; trọng lượng
xe con G
xc
= 43 T; bề rộng cầu trục B
ct
=8800 mm; khoảng cách giữa các
bánh xe 840 + 4560 + 840 ; số bánh xe ở mỗi bên n
o
= 4.
p lực nhỏ nhất của bánh xe
P
tc
1min
=
=−
+
=−
+
41
4

115100
max1
tc
o
P
n
GQ
12.75 T
P
tc
2min
=
=−
+
=−
+
42
4
115100
max2
tc
o
P
n
GQ
11.75 T
Đặt các bánh xe lên đường ảnh hưởng, với n = 1.2 là hệ số vượt tải và hệ
số tổ hợp n
c
= 0.85( xét xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của nhiều

cầu trục)
D
max
=n.n
c
.( P
tc
1max
∑y
1
+ P
tc
2max
∑y
2
) =
=1.2×0.85×[41×0.843+42(0.906+1+0.705+0.62)]=
= 174.18 T
Tương tự D
min
=n.n
c
.( P
tc
1min
∑y
1
+ P
tc
2min

∑y
2
) = 49.83 T
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
H-2
d-Do lực hãm của xe con
Khi xe con hãm phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương
chuyển động. Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục truyền lên dầm
hãm vào trục
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe :
T
tc
1
=
=
+
=
+
4
)43100(05.0
)(05.0
o
xc
n
GQ
1,787T
Trong đó: G
xc

= 43 – Trọng lượng xe con
n
o
= 4 –Số bánh xe ở 1 bên cầu trục
Lực hãm ngang T
tc
1
truyền lên cột thành lực T đặt tại cao trình dầm hãm;
giá trò T cũng xác đònh bằng đường ảnh hưởng như xác đònh D
max
và D
min
T=n
c
.n.T
tc
1
.∑y
i
=1.2×0.85×1.787(0.306+0,4+0.86+1+0.705+0.62+0,104+0,01)
= 7,44 T
3.Tải trọng gió tác dụng lên khung
Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737-90. Nhà công nghiệp một tầng 1
nhòp chiều cao nhỏ hơn 36 m nên chỉ tính thành phần tónh của gió. p lực
tiêu chuẩn ở độ cao 10 m trở xuống thuộc khu vực IIb (có kể đến ảnh hưởng
của gió bảo) q
tc
= 80 daN/m
2

H-3
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên cột
Phía đón gió: q = n.q
o
.k.c.B (daN /m)
Phía trái gió: q’= n.q
o
.k.c’.B (daN /m)
Trong đó: n = 1.3 – Hệ số vượt tải
B =9 m – Bước cột
c- Hệ số khí động lấy theo bảng (Phụ lục V) ghi trên (H.4)
k – Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao lấy
(Phụ lục V) cho đòa hình loại B. k =1.16
Giá trò tải trọng gió phân bố đều lên cột ( với hệ số quy đổi ra phân bố đều
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
α =1.1 ) là:
q = 1.3× 80× 1.16× 0.8× 9× 1.1 = 955,46 daN /m =0.955 T/m
q’ = 1.3× 80× 1.16× 0.6× 9× 1.1 = 716,6 daN /m =0.716 T/m
Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nốc mái đưa về lực tập
trung đặt tại thanh cánh dưới của dàn mái
W = n.q
o
.k.B.∑c
i
h
i

Trong đó: h

i
– chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động c
i
(H.4a)
k – là trung bình cộng của giá trò ứng với độ cao đáy vì kèo và
giá trò ở điểm cao nhất của mái
K=
1475,1
2
165.113.1
=
+
W = 1.3×80×1.1475× 9× [2.2×0.8 -0.7×1.2+0,6×2.2+0,5×1.2]
= 2840KG =2,84T
III.TÍNH NỘI LỰC KHUNG
1.Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung
-Mômen quán tính dàn:
R
hM
J
d
d
.2
.
max
=
Trong đó :
M
max
là mômen uốn lớn nhất trong rường ngang, coi như dầm đơn

giản chòu toàn bộ tải trọng thăng đứng tính toán
M
max
=
8
21)945.041.5(
8
)(
22
×+
=
+ Lpg
= 350,3Tm
h
d
= 3.4 m. Chiều cao giữa dàn( tại tiết diện có M
max
)
µ - hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanh
bụng: i=1/9, µ = 0.7
Vậy : J
d
=
=×
×
×
7.0
21002
4,335030000
1848416,3 cm

4
Mômen quán tính của tiết diện cột dưới được xác đònh theo công thức gần
đúng:
J
1
=
2
1
max
).2(
d
A
h
Rk
DN +
Trong đó : N
A
: Phản lực của dàn truyền xuống
N
A
=A+ A’ =56.8 + 9.92 = 66,72 T
D
max
=174.18 T : p lực do cầu trục
k
1
: hệ số phụ thuộc bước cột. Lấy k
1
=3 với bước cột 9m
R= 2100 KG/cm

2
:Cường độ tính toán của thép
J
1
=
=×
×
×+
2
150
21003
174180266720
1482428,6 cm
4
Mômen bán kính phần cột trên
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
J
2
=
2
2
1
).(
d
t
h
h
k

J
Trong đó: k
2
:Hệ số xét đến liên kết giữa dàn và cột. Lấy k
2
=1.6 vì dàn
liên kết cứng với cột
J
2
=
6.4
)
5.1
75.0
(
6.1
1
2
1
JJ
=×
Chọn: n=J
1
/J
2
=7
Tỷ số độ cứng giữa dàn và phần cột dưới
==
1482428,6
1848416,3

1
J
J
d
1,25
Dựa theo kinh nghiệm có thể chọn J
d
/J
1
=3 – 6 nên chọn J
d
/j
1
=4
Các tỷ số chọn này thỏa mản điều kiện:
η
ν
1.11
6
+
=
Với: ν =
==×=
21
9.18
4:
1
1
L
H

J
J
H
J
L
J
dd
3,6
η = J
1
/J
2
–1 = 7-1 = 6
Vậy :
61.11
6
1.11
6
×+
=
×+
η
= 1.62 < ν =3.6
Do đó khi tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng thẳng đứng
dặt trực tiếp lên dàn, có thể coi dàn có độ cứng vô cùng ( J
d
=∝)
2.Tính khung với tải trọng phân bố dều trên xà ngang
Dng phỉång phạp chuøn vë våïi áøn säú l ϕ
1

, ϕ
2

V chuøn vë ngang ∆ åí âènh cäüt.Khung đối xỉïng v ti
trng âäúi xỉïng nãn ∆=0 , ϕ
1
=ϕ
2
=ϕ.
Phỉång trçnh chênh tàõc:
r
11
ϕ + R
1p
= 0
trong âọ: r
11
: Täøng phn lỉûc momen åí cạc nụt trãn
ca khung khi gọc xoay ϕ=1
R
1p
: Täøng momen phn lỉûc ca nụt âọ do ti trng åí ngoi gáy ra
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
J
d
J
2
J
1
v

v
21 m
13.5
5.4
e
h
tr
v
h
d
(H.5)-Sơ đồ tính khung
18.9
q
ϕ
1
ϕ
2
A
B
C
(H.6)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
Âãø tçm r
11
cáưn tênh
cätxa
MM &
l cạc momen åí cạc nụt cỉïng B ca x v khi
gọc xoay ϕ=1 åí hai nụt khung .Tênh theo cå hc kãút cáúu

1
1
38.0
21
4.2
2
EJ
JE
L
JE
M
d
xa
B
=
××
==
−
Qui ỉåïc dáúu: Momen dỉång khi lm càng thåï bãn trong ca cäüt v dn .Phn lỉûc
ngang dỉång khi hỉåïng tỉì bãn trong ra ngoi
=−= 1
2
1
J
J
µ
7-1=6
α = H
tr
/H=5400/18900 = 0,285

A = 1+α.µ = 1+ 0,285 × 6 =2,71
B = 1+α
2
.µ = 1+ 0,285
2
× 6 = 1,48
C = 1+α
3
.µ = 1+ 0,285
3
× 6 = 1,14
F = 1+α
4
.µ = 1+ 0,285
4
× 6 = 1,04
K= 4AC-3B
2
= 4× 2.71× 1.14 - 3× 1.48
2
= 5,78
Váûy :
M
B
cäüt
=
=×
H
EJ
K

C
1
4
-
=×
×
9.1878,5
14.14
1
EJ
-0,0417EJ
1
Phn lỉûc åí âỉnh cäüt do ϕ =1 gáy ra :
=×
×
=×=
2
1
2
1
9.18
78,5
48.166
EJ
H
EJ
K
B
R
B

0,0043EJ
1
Hãû säú ca phỉång trçnh chênh tàõc
r
11
=
M
B
xà
+
M
B
cột
= 0.38EJ
1
+ 0.0417EJ
1
= 0,4217EJ
1
r
1P
=M
B
P
=
=
×
−=−
12
2165.5

12
22
ql
-198,8Tm
Gọc xoay : ϕ = - r
1P
/ r
11
= 198,8/ 0.4217EJ
1
= 471,4 / EJ
1
Mämen cúi cng
-ÅÍ âáưu x:
M
ì
B
x
=
M
B
xa
× ϕ + M
B
P
=0.38EJ
1
× 471,4 /EJ
1
– 198,8= -19,7 Tm

-Ở đầu cột :
M
ì
B
cäütì
=
M
B
cäüt
× ϕ = -0.0417EJ
1
× 471.4 /EJ
1
= -19,7 Tm
Ở các tiết diện khác thì tính bằng cách dùng trò số phản lực
ϕ
×=
BB
RR
= 0.0043 × 471,4 = 2,03 T
Vậy mômen ở đầu cột:
M
C
= M
B
+ R
B
× H
tr
= -19.7+ 2.03× 5.4 =-8,74 Tm

Mômen ở chân cột:
M
A
= M
B
+ R
B
× H = -19.7+ 2,3× 18.9 = 18,67 Tm
Biểu đồ mômen cho trên (H.7-a)
Mômen lệch tâm ở vai cột:
M
e
= A.e =56.8 × 0.375 =21,3 Tm
Trong đó: e=
=
−
2
trd
hh
0.375 –Độ lệch tâm của hai phần cột
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
Nội lực trong khung do M
e
có thể tìm được bằng bảng phụ lục đối với cột
hai đầu ngàm. vì trường hợp này coi J
d
= ∝ và khung không có chuyển vò
ngang và tải trọng đối xứng. Dấu M

e
ngược với dấu trong bảng
Các công thức ở bảng cho
=
−+−
−=
eB
M
K
CB
M .
].4)1(3)[1(
αα
=
=−
×−+××−
− )3.21.(
78,5
]14.14)285.01(48.13)[285.01(
=3,02 Tm
=
+−−
−=
H
M
K
AB
R
e
B

.
)]1()[1(6
αα
=
=×
+×−−
− )
9.18
3.21
(
78.5
)]285.01(71.248.1)[285.01(6
= -1,67 T
Mômen tại các tiết diện khác
M
t
C
= M
B
+ R
B
×H
tr
= 3.02 –1.67 × 5.4=-5,84 Tm
M
C
d
= M
B
+ R

B
×H
tr
+ M
e
= 3.02 –1.67 × 5.4 + 21.3=15,46 Tm
M
A
= M
B
+ R
B
×H + M
e
= 3.02 –1.67 × 18.9 + 21.3=-7,24Tm
Biểu đồ mômen cho trên (H.7-b)
Cộng biểu đồ (H.7-a) với biểu đồ (H.7-b) được biểu đồ cuối cùng do tải
trọng trên mái gây ra, cho trên (H.7-c)
M
B
= -19.7 +3.02 = -16,68Tm
M
C
t
= -8,74 – 5,84 = -14,58 Tm
M
C
d
= -8,74 + 15.46 = 6,72 Tm
M

A
= 18,67 – 7,24 = 11,43 Tm
Lực cắt tại chân cột
Q
A
=
=
−
5.13
43.1172.6
-0,35 T
3.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (Hoạt tải)
Ta có biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trò số của mômen do
tải trọng thường xuyên ở biểu đồ trên hình (H.7-c) với trò số
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
19.71
20.33
8.45
M
q
=M
p
+
B
C
A
H.7-a
15.46
3,03
5.84

7.24
M
A
H.7-b
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
p/q = 0.945 / 5.41 = 0,175
M
B
= -16,68 × 0.175 = -2,92 Tm
M
C
t
= -14,58 × 0.175 = -2,55 Tm
M
C
d
= 6,72 × 0.175 = 1,17 Tm
M
A
= 11,43× 0.175 = 2 Tm
Biểu đồ cho trên hình (H.8)
4.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục:
Trọng lượng dầm cầu trục: G
dct
=3,88T đặt tại trục đỡ DCT và sinh ra
mômen lệch tâm
M
dct
= G

dct
× e =3,88× 1.5/2 =2,91
Nội lực trong khung tìm đượcbằng cách nhân biểu đồ M
e
cới tỷ số –M
dct
/M
e
(vì 2 mômen ngược chiều nhau)
-M
dct
/M
e
=-2,91 / 21,3 =-0,136 Tm
Trọng lượng dầm cầu trục G
dct
là tải trọng thường xuyên nên phải cộng
biểu đồ mômen do G
dct
với biểu đồ hình (H.7-c) để được mômen do toàn bộ
tải trọng thường xuyên lên dàn và cột
M
B
= -16,68 + 3.02×(-0.136) = -17,11Tm
M
C
t
= -14,58 +(-5.84)× (-0.136)= -13,78Tm
M
C

d
= 6,72 +15.46×(-0.136) = 4,61Tm
M
A
= 11,43+ (-7.24)× (-0.136) = 12,41Tm
5.Tính khung với mômen cầu trục D
max
, D
min
M
max
, M
min
âäưng thåìi tạc dung åí hai cäüt . Xẹt trỉåìng håüp
M
max
åí cäüt trại , M
min
åí cäüt phi
Gii khung våïi så âäư chuøn vë våïi så âäư
x ngang vä cng cỉïng.ÁØn säú chè l chuøn
vë ngang ca nụt.
Phỉång trçnh chênh tàõc.
r
11
.∆+R
1P
= 0.
r
11:

phn lỉûc liãn kãút thãm do ∆=1 gáy ra åí nụt trãn
Qui ỉåïc : Dáúu ca chuøn vë v dáúu ca phn lỉûc
trong liãn kãút hỉåïng tỉì trại sang phi l dỉång.
2
1
2
1
2
1
54.1
78,5
48.16.6
H
EJ
H
EJ
H
EJ
K
B
M
B
=×
×
=×=
−

3
1
3

1
3
1
62.5
78,5
71.21212
H
EJ
H
EJ
H
EJ
K
A
R
B
−=×
×
−=×
×
−=
−
Biãøu âäư mämen do ∆=1 gáy ra cn âỉåüc dng våïi cạc loải ti trng khạc nhỉ
Thay giọ , nãn ta tênh ln mämen tải cạc tiãút diãûn cäüt.
Tiãút diãûn tải vai cäüt.
2
1
3
1
2

1
066.0
4.5
62.554.1
.
H
EJ
H
EJ
H
EJ
HRMM
trBBC
−=×−=+=
−−−
Chán cäüt.
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
M
max
M
min
J
d
= ∞
B
A
L
(H.8)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI

2
1
3
1
2
1
08,462.554.1
.
H
EJ
H
H
EJ
H
EJ
HRMM
BBA
−=×−=+=
−−−
Ở cột phải, các trò số mômen bằng như vậy, nhưng khác dấu vì phản xứng.
Biểu đồ vẽ ở hình (H.9)
Phản lực trong liên kết thêm :
3
1
3
1
11
24.1162.5
.2
H

EJ
H
EJ
RRr
BB
−=−=−−=
−−
Mômen lệch tâm do cầu trục (e = h
d
/2)
M
max
=D
max
× e =174,18 ×
=
2
5.1
130,63Tm
M
min
=D
min
× e = 49.83 ×
=
2
5.1
37,37Tm
Vẽ biểu đồ mômen do M
max

và M
min
trong hệ

cơ bản. Cũng có thể dùng
kết quả tính với M
e
của

tải trọng mái (H.7-b) nhân với tỷ số
-M
max
/M
e
và -M
min
/M
e
=−=−
3.21
63.130
max
e
M
M
-6,13
=−=−
3.21
37.37
min

e
M
M
-1,75
Từ đó ta có mômen ở cột trái :
M
B
= (-6.13)× 3,02 = -18,5 Tm
M
t
C
=(-6.13)× (-5.84) = 35,8 Tm
M
d
C
=(-6.13)× 15.46 = -94,77 Tm
M
A
= (-6.13)× (-7.24) = 44,38 Tm
Phản lực: R
B
=(-6.13)× (-1.75) = 10,72 Tm
Ở cột phải :
M
B
= (-1,75)× 3,02 = -5,28 Tm
M
t
C
=(-1,75)× (-5,84) = 10,22 Tm

M
d
C
=(-1,75)× 15,46 = -27,05 Tm
M
A
= (-1,75)× (-7.24) = 12,67 Tm
Biểu đồ vẽ trên hình (H.10)
Phản lực: R
B’
=(-1,75)× (1.75) = -3,06 Tm.
Dấu của R
B’
là âm vì nó ngược chiều với R
B
Phản lực trong liên kết thêm :
r
1P
=

R
B
+ R
B’
=10.72 – 3.06 =7,66T
Chuyển vò ẩn số :
∆ =
1
2
3

1
11
1
88.12
/24.11
66.7
EJ
H
HEJ
r
r
p
=
−
−=−
Nhân biểu đồ mômen đơn vò với trò số ∆ này rồi cộng với biểu đồ mômen
trong hệ cơ bản do M
max
và M
min
, ta được :
Cột trái :
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
2
1
56.1
H
EJ
2
1

133.4
H
EJ
2
1
129.0
H
EJ
2
1
56.1
H
EJ
2
1
129.0
H
EJ
2
1
133.4
H
EJ
(H.9)
20.53
37.39
93.17
44.13
5.86
10.67 26.6

12.6
(H.10)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
=−×= 5.1888.12
54.1
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
B
1,33Tm
=+×−= 8.3588.12
066.0
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
t
C

34,95 T
=−×−= 77.9488.12
066.0
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
d
C
-95,6 Tm
=+×−= 38.4488.12
08.4
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
A
-7,52 Tm
Lực cắt chân cột :
Q

A
=
=
+−
5.13
52.76.95
-7,63T
Lực dọc: N
B
= N
c
t
=0
N
C
d
=N
A
=D
max
=174.18 T
Ở cột phải:
=−×−= 28.588.12
54.1
1
2
2
1
EJ
H

H
EJ
M
B
-
25,11Tm
=+×= 22.1088.12
066.0
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
t
C
11,07T
=−×= 05.2788.12
066.0
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ

M
d
C
-26,2 Tm
=+×= 67.1288.12
08,4
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
A
65,22 Tm
Lực cắt chân cột :
Q
A
=
=
+
5.13
2.2622.65
6,77 T
Lực dọc: N
B
= N
c

t
=0
N
C
d
=N
A’
=D
min
=49.83 T
Biểu đồ mômen cho ở hình (H.11)
6.Tính khung với lực hãm T:
Lực hãm T đặt ở cao trình dầm hãm cách vai cột 1 m
Lực T cố thể tác dụng ở cột trái hoặc cột phải, chiều cột hướng vào cột
hoặc đi ra khỏi cột. Dưới đây giải khung với trường hơp lực T đặt vào cột
trái hùng từ trái sang phải. Các trường hợp khác của T có thể suy ra từ
trường hợp này
Trình tự tính toán giống như với M
max
, M
min
Vẽ biểu đồ do ∆ =1 gây ra trong hệ cơ bản và tính được:
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
3
1
11
24.11
H

EJ
r −=
Dùng công thức trong phụ lục tính được mômen và phản lực do T gây ra
trong hệ cơ bản. Lực T đặt cách đỉnh cột 4.4 m
28.0
9.18
4.5
23.0
9.18
4.4
==<==
αλ
=
−+−+−+−
−= HT
K
CBCB
M
P
B

].2)2[()(]2)2[()1(
22
λαλαµλλ

+××
×−×+−
−= 9.1844.7
78.5
]14.1248.1)23.02[()23.01(

[
2


=××
×−×+×−×
+ 9.1844.7
78.5
]14,1248.1)23.028.02[()23.028.0(6
2

= -15,25 Tm
=×
+−−++−−
−= T
K
ABAB
R
B
)]2(.23[)()]2(23[)1(
22
λαλαµλλ
+×
+××−×−
−= 44.7
78.5
)]23.02(71.2248.13[)23.01(
2
B
R

+
=×
+×××−×−
44.7
78.5
)]23.028.02(71.2248.13[)23.028.0(6
2

=5,66 T
Tính mômen tại tiết diện C và A, ngoài ra tính M
T
tại ở tiết diện D
(chỗ đặt T)
M
T
P
= M
B
+R
B
× (H
tr
- H
dct
) = -15.25 + 5.66× (5.4- 1) = 9,65 Tm
M
C
P
= M
B

+ R
B
×H
tr
- T×H
dct
= -15.25 + 5.66×5.4 -7.44×1 =7,87 Tm
M
A
P
= M
B
+ R
B
×H - T×(H
d
+H
dct
) = -15.25+5.66×18.9-7.44×(13.5+1) =
= -16,15 Tm
Biểu đồ mômen cho trên hình (H.12)
Cột bên phải không có nội lực nên mômen và phản lực bằng 0
Vậy: R
1P
= R
B
+R
B’
= 5.66 +0 = 5.66 T
1

2
1
3
11
1
5.9
24.11
66.5
EJ
H
EJ
H
r
R
P
=
−
×
−=−=∆
Mômen cuối cùng tại tiết diện khung
M =
P
MM +∆
−
.
=−×= 25.15
5.9
54.1
1
2

2
1
EJ
H
H
EJ
M
B
-0,62 Tm
Tm
EJ
H
H
EJ
H
EJ
MHHRMM
P
CdcttrBBT
76.1165.9
5.9
)]14.5(
66.554.1
[
)]([
1
2
3
1
2

1
=+×−−=
=+∆×−+=
−−
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
B’
C’
A’
15.25
9.65
T
16.15
A
C
(H.12)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
=+×−=+∆=
−
65.9
5.9
)
066.0
(
1
2
2
1
EJ
H

H
EJ
MMM
P
CCC
9,02 Tm
=−×−=+∆=
−
15.16
5.9
)
08.4
(.
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
MMM
P
AAA
-54,91 Tm
5.13
91.5402.9 +
=
A
Q

= 4,73T
Đối với cột bên phải :
=×−=
1
2
2
1
5.9
)
54.1
(
EJ
H
H
EJ
M
B
-14,63 Tm
=×=
1
2
2
1
5.9
)
.066.0
(
EJ
H
H

EJ
M
C
0,63 Tm
=×=
1
2
2
1
5.9
)
08.4
(
EJ
H
H
EJ
M
A
38,76 Tm
=
−
=
5.13
63.076.38
A
Q
2,82 T
Biểu đồ cho trên hình (H.13)
7. Tính nội lực khung với tải trọng gió:

Ở đây tính cới trưòng hợp gió thổi từ trái qua phải. Với gió thổi từ phải qua
trái chỉ việc thay đổi vò trí cột,
Đã có biểu đồ
−
M
do ∆ =1 trong hệ cơ bản (H.9) và có :
3
1
11
24.11
H
EJ
r −=
Bây giờ chỉ trính mômen và phản lực do q và q’ gây ra trong hệ cơ bản
Ở cột trái:
=××
×
×−××
−=×
−
−=
2
2
2
2
9.18955.0
78.512
14.1804.148.19
12
89

qH
K
CBF
M
P
B
-17 Tm
9.18955.0
78.52
04.171.2314.148.12
2
3 2
××
×
××−××
−=×
−
−= qH
K
FACB
R
P
B
=7,93
=×−×+−=−+=
2
4.5
955.04.593.717
2
.

2
2
tr
trBB
P
C
Hq
HRMM
11,89 Tm
=×−×+−=−+=
2
9.18
955.09.1893.717
2
.
2
2
Hq
HRMM
BB
P
A
-37,76 Tm
Ở cột phải do q’ gây ra. Tính mômen và phản lực bằng cách nhân giá trò
mômen và phản lực ở cột trái với tỷ số : - q’/q =-0.716/0.955 =-0.75
M
P
B’
= -17× (-0.75) =12,75 Tm
M

P
C’
= 11,89× (-0.75) =-8,9 Tm
M
P
A’
= -37.76× (-0.75) =28,32 Tm
R
P
B’
= 7.93× (-0.75) =-5,94 Tm
Biểu đồ cho trên hình (H.14)
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
0,62
11.76
54,91
14.63
0.63
38.76
9.02
(H.13)
17
37.76
12.7
5
28.3
2
11.8
9
8.9

H.14
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT
MAI
Phản lực trong liên kết thêm:
R
1P
= R
B’
- R
B
- W = –5.94–7.93 –2,84
=-16.71 T
Và
1
2
3
1
11
1
81.33
24.11
71.16
EJ
H
H
EJ
r
R
P
=

−
−
−=−=∆
Cột trái :
=−×= 17)
81.33
(
54.1
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
B
35,07 Tm
=+×−= 89,11)
81.33
()
.066.0
(
1
2
2
1
EJ
H

H
EJ
M
C
14,12 Tm
=−×−= 76.37
81.33
)
03.4
(
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
A
-174 Tm
2
5,13955.0
5.13
17412.14
2
.
×
+
+

=+
−
=
d
d
AC
A
Hq
H
MM
Q
=21,12 T
Cột phải:
=+×−= 75,12)
81.33
(
54.1
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
B
-39.31 Tm
=−×= 9.8)
81.33

()
.066.0
(
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
C
-6,67Tm
=+×= 32.28
81.33
)
03,4
(
1
2
2
1
EJ
H
H
EJ
M
A
164,5 Tm

=
×
+
+
=+
−
=
2
5.13955.0
5.13
67,65.164
2
.
d
d
CA
A
Hq
H
MM
Q
19,9 T
Biểu đồ cho trên hình (H.15)
8.Xác đònh nội lực tính toán
Sau khi đã tính được các nội lực M,Q,N tại các tiết diện với từng loại tải
trọng, ta tiến hành tổ hợp tải trọng một cách bất lợi nhất để xác đònh các nội
lực tính toán và chọn tiết diện khung. Các kết quả ddwuwcj ghi vào bảng tổ
hợp dưới đây:
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang
35.07

174
39.3
164,5
14.1
6.6
H.15
BANG NĩI LặC KHUNG K1
S
TT

LOAI
TAI TROĩNG

H S PHệN CĩT TRN PHệN CĩT DặẽI
Tỉ
TIT DIN
B
TIT DIN
Ct TIT DIN Cd TIT DIN A
HĩP M N M N M N M N Q
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]
1 Tốnh taới 1 -17.11 56.8 -13.78 56.8 4,61 60,7 12.41 60,7 -0.35
2
Hoaỷt taới 1 -2.92 9.92
-2.55
9.92 1,17 9.92 2 9.92 -0.06
maùi 0.9 -2.628 8.92 -2.29 8.92 1,053 8.92 1,8 8.92 -0.054
3 Mọ men cỏửn truỷc 1 1,33 0 34.95 0 -95.6 174,18 -7.52 174,18 -7.63
(moùc trc bờn trỏi) 0.9 1,197 0 31.45 0 -86,04 156,76 -6,768 156,76 -6,867
4 Mọ men cỏửn truỷc 1 -25.11 0 11.07 0 -26.2 49.83 65.22 49.83 6.77

(múc trc bờn phi) 0.9 -22.59 0 9.96 0 -23.58 44.84 58.698 44.84 6.092
5 Lổỷc haợm lờn ct trỏi 1 0.62 0 9.02 0 9.02 0 54.91 0 4.73
0.9 0.558 0 8,11 0 8,11 0 49,42 0 4,257
6 Lổỷc haợm lờn ct phi 1 14.63 0 0.63 0 0.63 0 38.76 0 2.82
0.9 13,16 0 0,567 0 0,567 0 34.88 0 2.538
7 Gioù traùi 1 35,07 0 14.12 0 14.12 0 -174 0 21,12
0.9 31.56 0 12,7 0 12,7 0 -156,6 0 19
8 Gioù phaới 1 -39.31 0 -6,67 0 -6,67 0 164.5 0 19.9
0.9 -35.38 0 -6 0 -6 0 148.05 0 17,9
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
BAÍNG TÄØ HÅÜP NÄÜI LÆÛC KHUNG K1
TIÃÚT
DIÃÛN

NÄÜI
LÆÛC

TÄØ HÅÜP CÅ BAÍN 1 TÄØ HÅÜP CÅ BAÍN 2
Mmax, N Mmin, N
Nmax, M
Mmax, N Mmin, N
Nmax, M
M+ M- M+ M-
1,7 1,8 - 1,2 1,3,5,7 1,2,4,6,8 - 1,2
B M 17,96 -56,22 - -20.03 16,2 -90,87 - -19.7
N 56,8 56,8 - 66,72 56,8 65,72 - 65,72
1,3,5 1,8 - 1,2 1,3,5,7 1,2,8 - 1,2
Ct M 30.19 -20.45 - -16,33 38,48 -22,37 - -16,07
N 56,8 56,8 - 66,72 56,8 65,72 - 65,72
1,7 1,3,5 - 1,3,5 1,2,7 1,3,5,8 - 1,2,3

Cd M 18.83 -100,01 - -100,01 18,36 -95.54 - -80,37
N 60,7 230.98 - 230,98 69,6 213,56 - 222,48
1,8 1,7 - 1,3,5 1,2,4,5,8 1,3,5,7 1,2,3 -
A M 177,21 -161.6 - -50.02 171,5 -200,38 7,45 -
N 60,7 60,7 - 230.98 110,56 222,5 222,5 -
Qmax 1,7 20.77 1,4,6,7 27,28
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 20
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
IV. TÍNH CỘT:
1.Xác đònh chiều dài tính toán của cột
Từ bản tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để tính tiết diện cột là cặp M,N
ở tiêt diện B
M = -90,87 Tm ; N = 65.72 T
Để xác đònh chiều dài tính toán của phần cột dưới ta chọn cặp nội lực có N lớn
nhất, tực là cặp :
M = 200,38 Tm ; N = 222.5 T
Tính các hệ số
=×=×==
4.5
5.13
7
1
1
2
2
1
t
d
H
H

J
J
i
i
K
0,357
524.0
0874.41
7
5.13
4.5
.
2
1
1
=
×
==
mJ
J
H
H
C
d
t
Trong đó:
===
7.65
5,222
2

1
N
N
m
3,38
Dựa vào bảng II.6b,nội suy được µ
1
= 1.845
µ
2
= µ
1
/ C
1
= 1.845 / 0.524 = 3,52
Vậy chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung là:
- Cột trên : l
x2
= µ
2
× H
t
= 3,52× 5.4 =19,01 m
- Cột dưới: l
x1
= µ
1
× H
d
= 1.845 × 13.5 =24,9 m

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung là :
- Cột trên: l
y2
=H
t
– H
dc
=5.4 – 1 = 4.4 m
- Cột dưới : l
y1
= H
d
=13.5 m
2.Chọn tiết diện cột trên:
a)Chọn tiết diện:
Cột trên đặc, tiết diện chữ I đối xưng, chiều cao tiết diện h
tr
=750 mm
Độ lệch tâm :
e = M/N = 90,87 /65.2 = 139 cm
Giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng η = 1.4
Diện tích yêu cầu của tiết diện sơ bộ tính theo công thức gần đúng
=+=+= )
75
139
6,24.1(
2100
65200
)6,24.1(
. h

e
R
N
A
YC
γ
193,07 cm
2
Chọn b
c
= 35 cm
Chọn δ
b
= 1.4 cm
Lấy δ
c
=2.0 cm
Diện tích A = 239.4 cm
2
Các đặc trưng hình học:
H.16
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 21
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
=××+
×
+
×
=
=++=
]0.235)

2
0.71
(
12
0.235
[2
12
0.714.1
] )
2
(
12
.
[2
12
.
2
33
2
33
cc
bccbb
x
b
hbh
J
δ
δδ
= 213302 cm
4

=
×
+
×
=+=
12
4.10.71
12
350.2
.2
12
.
12
.
.2
33
33
bbcc
y
hb
J
δδ
14307,9 cm
4
=
×
==
75
2133022
.2

h
J
W
x
x
5688 cm
3
cm
A
J
r
X
x
8,29
4.239
213302
===
cm
A
J
r
y
y
7.7
4.239
14308
===
===
4.239
5688

A
W
x
x
ρ
23,76 cm
Độ mảnh:
02.2
101.2
2100
.8,63.8,63
8,29
1901
6
=
×
=====
E
R
r
l
xx
x
x
x
λλλ
8.1
101.2
2100
.1,57.1,57

7,7
440
6
=
×
=====
E
R
r
l
yy
y
y
y
λλλ
b)Kiểm tra ổn đònh trong mặt phẳng khung:
Độ lệch tâm tương đối
76,23
139
==
x
e
m
ρ
=5,85
Hệ số ảnh hưởng tiết diện với 5< m <20. Tra bảngII.4 phụ lục II, ta có
η = 1.4-0.02
x
λ
= 1.4- 0.02×2,02 =1,36

Độ lệch tâm quy đổi: m
1
=η×m = 1.36× 5,85= 7,9
Từ
x
λ
và m
1
tra bảng II.2 phụ lục II, được ϕ
1t
= 0.155
Cột không cần kiểm tra bền vì A
th
=A
ng
và m
1
<20
Kiểm tra ổn đònh tổng thể trọng mặt phẳng uốn
=
×
==
4.239155.0
65720
.
1
A
N
ϕ
σ

1771 KG/cm
2
< γR =2100 KG/cm
2
c)Kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng khung
Trước hết, tính giá trò mômen ở đầu cột với tiết diện đã có M
2
= -200,38 Tm. Ứng
với từng trường hợp tải trọng , đã cộng được giá trò tương ứng ở đầu kia là :
M
1
= -90,87 Tm
Mômen ở 1/3 đoạn cột là :
M
= -200,38 +2(-90,87 + 200,38)/3 = -127,3 Tm
Giá trò mômen quy ước M’ dùng để kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng khung là
giá trò max(M
1
/2,
M
, M
2
/2). Mà M
2
/2

= -200,38/2 =-100,2 Tm <
M
.
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 22

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
Nên lấy giá trò M’=-127,3 Tm để kiểm tra ổn đònh tổng thể ngoài mặt phẳng khung
Độ lệch tâm tương đối :
5688
4.239
1072,65
103,127'
3
5
×
×
×
=⋅=
x
ng
W
A
N
M
m
=8,1 >5
Dựa vào bảng II.5 phụ lục II, xác đònh hệ số α,β
α = 0.9
λ
y
=57,1 < λ
c
=3.14
RE /
=99.3, chọn β=1

Tính C = C
5
(2-0.2m
x
) + C
10
(0.2m
x
– 1)
trong đó: C
5
= β(1+ αm
x
) = 1/(1+0.9×5) =0,18
C
10
=1/(1+ m
x
j
y
/j
d
) = 1/(1+ 5) =0.16
C = 0.18(2-0.2×5) + 0.16(0.2×5-1)=0.18
Tra bảng II.1 phụ lục II được ϕ
y
=0.834
Điều kiện ổn đònh ngoài mặt phẳng khung:
σ
y

=N/(Cϕ
y
A
ng
)=65,72×10
3
/(0.18×0.834×239.4)=1831 < γR=2100 daN/cm
2
-Kiểm tra ổn đònh cục bộ:
Với bản cánh cột, theo bảng 3.3 có
76.17
2100
10.2
)02,21.036.0()1.036.0(][
6
0
0
=
×
×+=+=
R
E
b
λ
δ
Tiết diện đã chọn có b
o
/d =(35 –1.4)/(2×2) = 8,4 < 17,76
Với bản bụng cột, vì khả năng chòu lực của cột được xác đònh theo diều kiện ổn
đònh tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn [h

o
/d
b
] xác đònh theo bảng
3.4
Ứng với m =5,85 >1 và
λ
=2,02 > 0.8, ta có :
35,60
2100
101.2
)02,25.09.0()5,09,0(][
6
0
=
×
×+=+=
R
E
b
h
λ
δ
Tiết diện đã chọn có h
o
/δ
b
=71.0/1.4 =50.71 < 60,35
Vậy tiết diện đã chọn như hình (H-17) là thỏa mãn
3.Thiết kế tiết diện cột dưới rỗng

Dựa vào bảng tổ hợp nội lực, ta có cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh 1 (nhánh cầu
trục ) là M
1
, N
1
; và cho nhánh 2 (nhánh mái) là M
2
, N
2

a)Chọn tiết diện nhánh
Sơ bộ giả thiết chon khoảng cách hai trục nhánh C≈ h =1.5 m. Khoảng cách từ
trục trọng tâm toàn tiết diện đến trục nhánh cầu trục (nhánh 1):
y
1
= 0.55C = 0.55×1.5 =0.83 m; y
2
= C – y
1
=1.5-0.83 =0.67 m
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục, tính theo M
1
=-100.01 Tm, N
1
=230.98 T
=+×=+⋅=
5.1
01.100
5.1
67.0

98.230
12
11
C
M
C
y
NN
nh
169,84T
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái, tính theo M
2
=200,38 Tm, N
2
=222,5 T
=+×=+⋅=
5.1
38,200
5.1
83.0
5,222
21
22
C
M
C
y
NN
nh
256,7 T

Giả thiết hệ số ϕ = 0.8 , diện tích yêu cầu của nhánh là
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 23
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
=
×
×
==
21008.0
1084.169
3
1
1
R
N
A
nh
ycnh
ϕγ
101,09 cm
2
=
××
×
==
210018.0
107.256
3
2
2
R

N
A
nh
ycnh
ϕγ
152,8 cm
2
Theo yêu cầu độ cứng, chọn bề rộng cột dưới (chiều cao tiết diện nhánh)
b =45 cm
Nhánh 1 dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ ba bản thép có kích thước như sau:
A
nh1
= 41×1,2 + 2×2×20 = 129,2 cm
2
Tính các đặc trưng hình học của nhánh 1
=
×
+
××
=
12
412,1
12
2022
33
1x
J
2672 cm
4
cmAJr

nhxx
55.42,129/2672/
111
===
=××+
×
+
×
= ]2025,21
12
220
[2
12
412,1
2
33
y
J
43898 cm
4
cmAJr
nhyy
4.182,129/43898/
111
===
H-17
Nhánh 2 dùng tiết diện tổ hợp từ một bản thép 410×20 và hai thép góc đều cạnh
L200×14 (H-18), có A
1g
=54,6; trọng lượng 1 m dài =42,8 daN; Z

10
=5.46cm
Diện tích tiết diện nhánh 2
A
nh2
= 41× 2 + 2× 54,6=191,2 cm
2
Khoảng cách từ mép trái của tiết diện (mép ngoài bản thép) đến trọng tâm tiết
diện nhánh mái là z
o

z
o
= ∑A
i
z
i
/ ∑A
i
=(82×1 + 2×54,6×7,46)/191,2 =4,69 cm
Các đặc trưng hình học của tiết diện

=−++−+
×
= ])69,446,7(6,542097[2)169,4(82
12
241
22
3
2x

J
6175 cm
4
cmr
x
68.52,191/6175
2
==
=−++
×
= ])46,55,21(6,542097[2
12
412
2
3
2y
J
43776cm
4
cmr
y
13.152,191/43776
2
==
Tính khoảng cách giữa hai trục nhánh
C = h – z
o
=150 – 4,69 =145,3 cm
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 1
=×

+
== 3,145
2,1912,129
2,191
2
1
C
A
A
y
nh
86,7 cm
Và khỏang cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện đến nhánh 2 H-18
y
2
=C – y
1
=145,3- 86,7 =58,6 cm
Mômen quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x
∑ ∑
=+=
nhixix
AyJJ .
2
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 24
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
= 2671 +6175 + 129,2×86.7
2
+ 191,2×58.6
2

=1636601 cm
4
cmr
x
5.714,320/1636601 ==
b)Xác đònh hệ thanh bụng
Khoảng cách các nút giằng a= 145 cm. Thanh hội tụ tại trục nhánh
Chiều dài thanh xiên :
cmCaS 3.2053,145145
2222
=+=+=
Góc α giữa trục thanh và trục thanh giằng xiên:
tgα=145,3/145 =1,002; α =45
o
04’; sinα =0.708
Sơ bộ chọn thanh xiên là thép góc L125×8 có A
tx
=19.7 cm
2
; r
min
=2.49 cm
Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q = 27.28 T là:
N
tx
=Q/2Sinα =27.28/(2×0.708)= 19,2 T
Độ mảnh của thanh xiên: λ
max
=S/ r
min

=205.3/ 2.49 =82,45
Tra bảng II.1 phụ lục II : ϕ
min
=0.71
Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên:γ=0.75
Kiểm tra điều kiện ổn đònh:
=
××
==
×
7.1971.075.0.
3
102.19
tx
A
tx
tx
N
tx
ϕγ
σ
1830 daN /cm
2
< R=2100 daN /cm
2
Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x là :
===
5,71
2490
1

x
x
x
r
l
λ
34,8
Với α =45
o
04’, tra bảng 3.5 được: K =28
120][8,40
7.19
4,320
288.34
22
=<=+=+=
λλλ
tx
xtd
A
A
K
. Tra bảng II.1 phụ lục II,
được ϕ = 0,9
Tính lực cắt quy ước:
Q
qư
=7,15×10
-6
(2330-E/R)N/ϕ =

7,15×10
-6
(2330-2,1x10
6
/2,1x10
3
)230,98x10
3
/0,9 =2468 daN =2,47T
Nhận thấy rằng, lực cắt đã dùng để tính thanh giằng Q> Q
qư
, do vậy không cần
phải tính lại thanh bụng xiên và λ
td
Thanh bụng ngang tính theo lực cắt Q
qư
=2.47 T.Vì Q
qư
rất nhỏ, chọn thanh bụng
theo độ mảnh giới hạn {λ} =150. Dùng một thép góc đều cạnh L63×4; r
min
=1.25
cm
λ = 145,3 /1.25 = 117 < {λ} =150
c)Kiểm tra tiết diện đã chọn
Nhánh 1

=
×
+××=+⋅=

3,145
1001.100
3,145
6.58
1098.230
5
3
12
11
C
M
C
y
NN
nh
162x10
3
daN =162 T
Độ mảnh của nhánh λ
y1
=l
y1
/r
y1
=1350/ 18.4 =73,4
λ
x1
=l
nh1
/ r

x1
= 145/4.55 =31,9
Từ λ
max
= λ
y1
=73,4 , tra bảng được ϕ
min
=0.765
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 25
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
Kiểm tra ứng suất
=
×
×
==
2,129765.0
10162
3
1min
1
nh
nh
A
N
ϕ
σ
1639 KG/cm
2
< 2100 daN /cm

2
Nhánh 2

=
×
+××=+⋅=
3,145
1038,200
3,145
7.86
105,222
5
3
21
22
C
M
C
y
NN
nh
268x10
3
daN =268T
Độ mảnh của nhánh λ
y2
=l
y2
/r
y2

=1350/ 15.13 =89,2
λ
x2
=l
nh2
/ r
x2
= 145/5.68 =25,5
Từ λ
max
= λ
y2
=89,2 , tra bảng được ϕ
min
=0.674
Kiểm tra ứng suất
=
×
×
==
4,191674.0
10268
3
2min
2
nh
nh
A
N
ϕ

σ
2074 daN /cm
2
< 2100 daN /cm
2
Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x
Với cặp 1: e
1
=100.01/230.98 =0,433 m = 43,3 cm;
m=e
1
(A/J
x
)y = 43,3×(320.4/1636601)×86.7 = 0,73

29.110.1,2/10.1.,28,40/
63
=== xER
tdtd
λλ
Theo m =0.73,
td
λ
=1.29 , tra bảng II.3 phụ lục II, được ϕ
1t
=0.535
N
1
/(ϕ
1t

.A) = 230.98×10
3
/ (0.535×320.4) = 1344 daN /cm
2
< 2100 daN /cm
2
Với cặp 2: e
2
=200,38/222,5 =0,9 m = 90 cm;
m=e
1
(A/J
x
)y = 90×(320.4/1636601)×58.6 = 1,02

29.110.1,2/10.1.,28,40/
63
=== xER
tdtd
λλ
Theo m =1,02
td
λ
=1.29 , tra bảng II.3 phụ lục II, được ϕ
1t
=0.466
N
1
/(ϕ
1t

.A) = 222,5×10
3
/ (0.466×320.4) = 1490 daN /cm
2
< 2100 daN /cm
2
d)Tính liên kết thanh giằng vào các nhánh cột
Đường hàn liên kết thanh giằng vào nhánh cột chòu lực N
tx
= 19.2 T
Với các loại thép có R
btc
< 4300 daN /cm
2
, dùng que hàn ∋42 thí R
gh
=1800 cm
2
;
R
gt
=0,45 R
btc
=1550 daN /cm
2
Hààn tay nên β
t
=1; β
h
=0.7

β
t
R
gt
=1×1550 =1550 daN /cm
2
β
h
R
h
=0.7×1800 =1260 daN cm
2
, lấy (βRg )
min
=1260 daN /cm
2
để so sánh
Thanh xiên là thép góc L125×8, giả thiết chiều cao đường hàn sống h
s
=8 mm;
chiều cao đường hàn mép h
m
=6 mm
Chiều dài cần thiết của đường hàn sống l
hs
và đường hàn mép để liên kết thép
góc thanh bụng xiên vào má cột :
=
××
×

==
75.012608.0
192007.0
)(
7.0
min
γβ
gs
hs
Rh
N
l
17,8 cm
=
××
×
==
75.012606.0
192003.0
)(
3.0
min
γβ
gm
m
Rh
N
l
10,1 cm
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 26

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
Đường hàn thanh bụng ngang L63×4 vào nhánh cột tính đủ chòu lực cắt Q
qư
=2,47
T rất bé. Vì vậy chọn theo cấu tạo với h
s
=6 mm ;h
m
=4 mm; l
h
= 5 cm.
3.2 Thiết kế các chi tiết cột:
1.Nối hai phần cột
Nội lực tính toán mối nối cột M=30.19Tm; N
tư
=56.8T và M =-22.37 Tm;
N
tư
=65.72 Tm
a)Tính toán , thiết kế mối nối hai phần cột
Dự kiến mối nối khuếch đại ở cao hơn mặt trên vai cột b
t
= 500 mm. Mối nối cánh
ngoài , cánh trong và bụng cột tiết hành trên cùng một tiết diện
Nội lực lớn nhất mà mối nối cánh ngoài phải chòu (M=30.19Tm; N=56.8 T)
=
−
+=+=
)02.075.0(
19,30

2
8,56
2
1
'
11
b
MN
S
ngoai
69,7 T
Cánh ngoài nối bằng đường hàn đối đầu thẳng, chiều dài đường hàn bằng bề rộng
cánh cột trên (350 mm), chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cánh cột trên
(20mm)
Ứng suất trong đường hàn đối đầu nối cánh ngoài:
=
−×
×
==
)135(2
107.69
3
hh
ngoai
h
l
S
δ
σ
1025 daN /cm

2
< R
nh
γ = 2100 daN /cm
2
Chọn bản nối “K” có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều dày và chiều
rộng bản cánh cột trên
Nội lực lớn nhất mà mối nối cánh trong phải chòu (M=-22.37Tm; N=65.72 T)
=
−
+=+=
)02.075.0(
37.22
2
72.65
2
1
'
22
b
MN
S
trong
63,5 T
Ứng suất trong đường hàn đối đầu thẳng nối cánh trong:
=
−×
×
==
)135(2

105.63
3
hh
trong
h
l
S
δ
σ
933,8 daN /cm
2
< R
nh
γ = 2100 daN /cm
2
Mối nối bụng cột, tính đủ chòu lực cắt tại tiết diện nối. Vì lực cắt ở cột trên khá
bé, đường hàn lấy theo cấu tạo, hàn suốt, với chiều cao đường hàn đúng bằng
chiều cao thép bảng bụng (14 mm)
b)Tính toán dầm vai
Dầm vai tính như dầm đơn giản nhòp l= h
d
=1.5 m
Dàm vai chòu uốn bởi lực S
trong
= 63,5 T, truyền từ cánh dầm cột trên. Sơ đồ tính
như (H-19)
Phản lực gối A=B= S
trong
/2=31.75 T
Mômen giữa nhòp : M

dv
max
= S
trong
.1,5/4=23.9 Tm
Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục
của cột δ
bđ
= 20 mm; chiều rộng đầu dầm cầu trục
b
s
= 300 mm
Chiều dày bản bụng dầm vai xác đònh từ điều kiện
ép cục bộ của lực tập trung (D
max
+ G
dct
)
SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 27
S
tr
=63.5
750
1500
A=B
B=31.75
M
max
=23,9
Tm

(H-19)
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II GVHD: NGUYỄN THỊ TUYẾT MAI
Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai
z = b
s
+ 2δ
bd
=30+ 2×2 =34 cm
Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai :
=
×
×+
=
+
=
320034
103,88)8.174(
3
max
em
dct
dv
zR
GD
δ
1,64 cm. Chọn δ
dv
=20 mm
Bụng nhánh cầu trục của cột dưới xẻ rãnh cho bản bụng dầm vai luồng qua. Hai
bản bụng này liên kết với nhau bằng 4 đường hàn góc. Chiều cao bụng dầm vai

phải đủ để chứa bốn đường hàn đó
Giả thiết chiều cao đường hàn góc h
h
=8 mm. Chiều dài một đường hàn cần thiết :
=+
××
++
=+
++
= 1
12608.04
317503880174800
1
min)(4
max
1
cm
Rh
BGD
l
gh
dct
h
β
54,08
Chiều dài một đường hàn cần thiết liên kết bản “K” vào bụng dầm vai (Để 4
đường hàn góc đủ truyền lực S
trong
)
=+

××
=+= 1
12608.04
63500
1
)(4
min
2
gh
trong
h
Rh
S
l
β
16,75 cm
Chọn h
dv
=80 cm đảm bảo
cmbh
ddv
755.0 =≥
; chiều dày bản cánh dưới dầm vai
bằng δ
bc
dv
=20 cm; chiều cao bản bụng dầm vai h
bdv
=80-(2+2) = 76 cm
+Kiểm tra điều kiện chòu uốn của dầm vai:

Có thể tính đơn giản thiên về an toàn theo quan điểm chỉ có bản bụng dầm vai
chòu uốn. Tính mômen chòu uốn của bản bụng
W=(δ
dv
.h
2
bdv
)/6 = 2×76
2
/6 = 1925 cm
3
Kiểm tra điều kiện chòu uốn của tiết diện chữ chật
=
×
==
1925
109.23
5
max
W
M
dv
σ
1241,56 daN /cm
2
< Rγ =2100 daN/cm
2
Các đường hàn ngang liên kết bản cánh trên , cánh dưới với bản bụng của dầm
vai lấy theo cấu tạo, cỏ thể chọn h
h

=6 mm.
2.Thiết kế chân cột rỗng
Chân cột rỗng chòu nén lệch tâm nên cấu tạo riêng rẽ cho từng nhánh, chân mỗi
nhánh tính như chân cột chòu nén trung tâm. Lực nén tính toán chân mỗi nhánh là
lực nén lớn nhất tại tiết diện chân cột, tính riêng cho từng nhánh
- Nhánh 1(nhánh cầu trục) có M
1
= 171,5 Tm; N
1
= 110,56 T →N
nh1
=178,6T
- Nhánh 2 (nhánh mái ) M
2
= -200,38 Tm; N
2
=222,5 T→N
nh2
=232T
a)Tính kích thước bản đế:
-Diện tích bản đế của nhánh tính theo công thức:
A
bđ
=N
nh
/R
ncb
Giả thiết hệ số tăng cường độ do nén cục bộ mặt bêtông móng
2.1/
3

==
bdm
AAm
Bêtông mác 200, có R
n
=90 KG/cm
2
Tính dược R
ncb
=m
cb
×R
n
=1.2×90 =108 daN /cm
2

SVTH :TRẦN MẠNH SĨ Trang 28