Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp

Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
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 = 24(m)
- Sức trục : Q = 75(Tấn)
- Cao trình đỉnh ray: H
1
= 8,5(m)
- áp lực gió tiêu chuẩn: W
o
= 95(daN/m
2
)
- Bớc khung : B = 6(m)
- Chiều dài nhà : 17B = 17x6 = 102(m)
- Chiều cao dầm cầu trục : H
dct
= 700(mm)
- Chiều sâu chôn cột : H
3
= 800(mm)
- Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình.
+ L
k
=22,5m
+ H= 3,7m
+ B = 8,8m
+ Lt=4,4m
+ B1=0,4m.

+ Loại ray KP100 tra bảng ta có Hr=150mm (theo bảng VI.7).
Vật liệu lớp 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/lp (
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.
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:
sơ đồ khung 1 nhịp
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 cầu trục.
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
=3,7m.
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 ).
H
2
=(3,7+0,4)+0,1= 4,2m
c - Chiều cao của cột trên:
H
tr
= 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 KP100 ta có
chiều cao là 0,15m; chiều cao của đệm là 0,05
h
r
=0,2m

h
dcc
=0,7m đã tính ở trên.
H
tr
=h
dcc
+H
2
+h
r
=0,7+4,2+0,2=5,1m
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
=8,5 + 4,2
=12,7m.
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
= 12,7 - 5,1 + 0,8 = 8,4m
g - Chiều cao đầu dàn:
Với kích thớc là dàn hình thang lấy h
đd
=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN).
h- Chiều cao giữa dàn:
1
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
Chọn h
gd
=3,2m Độ dốc mái là i = (3,2 - 2,2)/12 = 1/12
II .2/ Các kích thớc theo phơng ngang:
a-Tính chiều cao tiết diện cột trên:
Chiều cao h
tr
=(1/10 ữ 1/12) H
tr

với H
tr
: khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dới của dàn vì kèo.
Ta chọn h
tr
= 0,5m

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=75T nên
ta chọn a=250mm.
c- Chọn

:
: Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mép ngoài của cột dới.
B
1
+(h
tr
- a) + D=0,4+(0,5-0,25)+ 0,075=0,725m;
B
1
: Khoảng cách từ trục ray đến mép ngòai của cầu chạy lấy theo catalô cầu chạy, ta có B
1
=0,4m.
D: Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép trong của cột trên lấy là 0,075m
=750mm khi Q 75T
d - Tính chiều cao tiết diện cột dới h
d
:
h
d
: Theo độ cứng ta có h
d
=(1/15 ữ 1/20) Hd= (1/15 ữ 1/20)8,4m<=560mm
Theo điều kiện cấu tạo ta chọn h
d
= +a=750+250 = 1000mm;

600

+0.00
+12.70

+8.50
+14.90

-0.80
24000
8400
800
5100
750
2200 3000
+19.45
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.
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 đ -
ợc 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 t ờng 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.
6000
2
4
0
0
0
60006000
500
b
60006000600060006000
a
6000600060006000600060006000 60006000
500
Sơ đồ mặt bằng l ới cột, giằng mái trong mặt phẳng cánh trên và d ới
321 87654 131211109 17161514 18
6
0
0
0
6
0
0
0
6
0
0
0
6
0

0
0
2
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
c- Bố trí hệ giằng đứng :
Hệ giằng đứng đặt trong các mặt phẳng thanh đứng , có tác 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 :
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 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 v-
ợt
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
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=24m ta chọn
d
=0,65
1,2: hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng.
L: nhịp dàn 24m theo đầu bài
1,1 Hệ số vợt tải.
g
d
= 1,1.1,2.0,65.24= 20,59daN/m
2
mặt bằng.
c-Trọng lợng cửa mái: (lấy theo kinh nghiệm)
g
cm
=1,1.0.5.(12 ữ 18) daN/m
2
cửa trời.
Ta lấy g
cm
=7 daN/m
2
cửa trời.
d- Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa:
- Trọng lợng cửa kính: g
k
=n.g

k.
.b
k
.B=1,1.35.1,5.6

=346,5daN
g
k
=1,1.(35 ữ 40) daN/m
2
cửa.
Ta lấy g
k
= 40 daN/m
2
.
- Trọng lợng của bậu cửa:
g
b
=n.g.h.B=1,1.100.6= 660 daN của bậu cửa (trên + dới).
Ta lấyg
ct
bk
=(2*g)/(L*B ) =(2*100,65) /(24*6 ) =100.65 daN/m
2
Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của tĩnh tải
G1=B (g
m
+g
d

).d/2= 6.(489,7 + 20,59).2,75/2 = 3.827,2 daN
3
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
G2 = B (g
m
+g
d
).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN
G3 = B (g
m
+g
d
).d=6.(489,7 + 20,59).3 = 9185daN
G4 = B (g
m
+g
d
).d + (a.g
k
+ g
b
+ a.g
cm
).B
= 6.(489,7 + 20,59).3 + 6.(3.40 + 140 + 3.14)
= 9185+ 1594 = 10779daN
G5=B.(g
m
+g
d

+g
cm
).d/2=6.(489,7 + 20,59+14).3/2 = 4.593 daN
G2
G3
G4
G5
G4
G3
G2
G1 G1
Qui đổi về lực phân bố tác dụng lên dàn của tĩnh tải:
g=g
i
*B
g =( 489,7+20,59+7+23,06)*6
= 3281,01daN/m=>A=Gl/2=3281.01*24/2=39372,12 daN
g- Tải trọng tạm thời : Theo TCVN 2737-95 khi không có ngời trên mái thì P
o
= 75 daN/m
2
với n
p
=1,1. p =1,3.p
o
.B =1,3.75.6=585
daN/m.
h- Lực tập trung tác dụng lên mắt dàn của hoạt tải
P
1

= P.d/2=585.1,25 = 731,3daN.
P
2
= d.P= 3.585 =1755daN
P
3
= d.P= 3.585 =1755daN
P
4
= d.P= 3.585 =1755daN
P
5
= d.P= 3.585 =1755daN
d:Khoảng cách giữa các mắt dàn theo phơng ngang3m=>A

=g*L/2=585*24/2=7020daN
II.2/Tải trọng tác động lên cột:
a- Do phản lực đầu dàn (lực đợc đặt vào trục cột biên):
b- Do trọng lợng của dầm cầu chạy:
Theo công thức kinh nghiệm:
G
dcc
=
dcc
.L
2
dcc
.1,1
Với Q=75T ta chọn
dcc

=37, L
dcc
=6m.
G
dcc
= 37.6
2
.1,1= 1465,2daN.
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
c
1max
= 35tấn = 350KN P
c
2max
= 36tấn = 360KN
Q: trọng lợng vật cẩu=75T theo đầu bài Q =75T=750KN,Gxc=38,Gct=115tn.
G: trọng lợng của toàn bộ cần trục G = G
XC
+ G
CT
= 38 +115 = 153tấn = 1530KN
n
o
: số bánh xe 1 bên ray n
o
= 4 bánh.

8400
1280
840
4560
840
1280
6000 6000
1
0
,
8
6
0
,
5
7
3
0
,
4
3
3
0,1
p
1
p
1
p
2
p

2
p
2
p
2
p
1
p
1
mô men đ ờng ảnh h ởng
1280
840
4560
840
1280
8400
P
c
1min
=(Q+G)/n
o
- P
c
1max
= (750+1530)/4 - 350 = 220KN
P
c
2min
=(Q+G)/n
o

- P
c
2max
= (750+1530)/4 - 360 = 210KN
áp lực lớn nhất lên vai cột D
max
:
D
max
= n.n
c
.( P
c
1max
.y
i
+ P
c
2max
.y
i
) = 1,2.0,85.[350.0,1 + 360.(1 + 0,86
+ 0,5733 + 0,4333)] = 1088,32KN
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
.( P
c
1min
.y
i
+ P
c
2min
.y
i
) = 1,2.0,85.[220.0,1 + 210.( 1 + 0,86
+ 0,5733 + 0,4333)] = 637KN
d-áp lực ngang của cầu chạy:
4
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
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
= (750 + 380).0,05/4 = 14,125KN
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
=1,2.0.85.14,125.(0,1 + 0,86 + 1 + 0,5733 + 0,4333) = 42,74KN
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

Tra bảng tải trọng gió ta có q
o
= 95daN/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 = 1,2.
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 = (14,5 + 2,2)/24 = 0,6985)
Dạng địa hình B
h=10m có k = 1
h=15m có k = 1,11 => h = 14,5 m nội suy k = 1,09
h=20m có k = 1,19 => h = (13,5 + 2,2 + 0,75 + 4,5 + 0,6) = 21,05 m => k = 1,20
h= 30m có k = 1,32
Từ cao trình 0.00 đến cao trình 14,5m
q
đ
= n.q
o
.k.c.B = 1,2.95.1.0,8.6 .1,04 = 569 daN/m.

q
h
= n.q
o
.k.c.B = 1,2.95.1.0,6.6.1,04 = 427 daN/m.
l = 24m
0.00
sơ đồ tải trọng gió
Qđ
Qh
W
3
m
0.75m
h
o
= 2.2m
W'
0,6m
1
3
.
5
m
-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
III.Tổ hợp nội lực:
Ta tiến hành tổ hợp nội lực để tìm ra từng trờng hợp tải trọng bất 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
5
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
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
)
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 = -40.718daNm
Với cột dới :N = 142.405daN; M = 92.321daNm
N = 146.781 daN; M = -50.322daNm
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).(8,4/5,1)= 0,183
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
] =(5,1/8,4)(9/3,18)
1/2
=0,9
Dựa vào bảng II.6b phụ lục II sách Thiết kế KC thép nhà CN ta nội suy có à
1
=2,215
à
2
=à
1
/c
1
=2,215/0,9= 2,461 <3 (thoả mãn)
l
1x
= 2,215.8,4 = 18,61m
l

2x
= 2,46.5,1 = 12,55m
Chiều dài tính toán ngòai mặt phẳng khung:
l
1y
= H
d
=8,4m
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 dới 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
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
= -50.322daNm
N

2
tt
= 142.405 + 656 + 1791 = 144.852 daN; M
2
= 92.321daNm
II.2-Thiết kế tiết diện cột trên
a-Chọn tiết diện cột:
Diện tích yêu cầu sơ bộ:
A
yc
= N.[+(2,2ữ2,8)e/h]/R
e = M/Ne = 40.718/46.818 = 0,87m = 87cm
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+2,4.87/50]/21,5.10
2
= 118cm
2
.
b-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
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
.
6
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
16
468
16
2
5
0
1
0
500

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
= 87x126,8/2.216,40 = 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.
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
= -40.718daNm.
M
c
t
= 6293daNm.(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 = 6293+ 2[-40.718 -( 6293)]/3 = -25.048 daNm
M= -25.048 > M
b
/2 = -40.718/2= -20.359 daNm(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
= (25.048.10
2
/46.162)/(2.216,4/117,44) = 2,875 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+0,005.2,875 = 0,66
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+0,66.2,875) = 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.
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
7

Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
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
= 92.321daNm;
Nhánh trong cột dới : N
1
tt
=149.228daN; M
1
tt
= -50.322daNm;
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
-[(50.322+ 92.321)/(149.228 -144.852)+1]y
1
+ 92.321x1/(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 + 50.322/1 = 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 + 92.321/1 = 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 :
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
.
r
x
= [J
x
/(A

nh2
+ A
nh2
)]
0,5
= [426.861/(93,44+81,6))]
0,5
= 49,38 cm.
II.3.2 - Xác định hệ thanh bụng:
a - Bố trí thanh bụng :
- Khoảng cách các nút giằng a= 96cm thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.
- Chiều dài thanh xiên:
S = (a
2
+c
2
)
0,5
= (96
2
+98,52
2
)
0,5
= 137,56 cm
- :góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên
tg = 98,52/96 = 1,048085 sin = 0,716207
Ta giả thiết hệ thanh giằng xiên là hệ thép góc đều cạnh L75x7 có
A
tx

= 10,1 cm
2
, r
mintx
=1,48cm(=r
yo
).
b - Kiểm tra thanh bụng xiên - giằng cột:
Nội lực trong thanh xiên do lực cắt thực tế chân cột là: Q = 12.490daN
N
tx
= Q/2sin = 12.490/2x0,716207 = 8.719,55 daN.
Kiểm tra độ mảnh của thanh bụng xiên

max
= s/r
mintx
= 137,56/1,48 = 92,98 <[] = 150
Tra bảng II.1 phụ lục ta có
mintx
= 0,65.
Kiểm tra : = N
tx
/
min
.A
tx
. R
Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên =0,75 kể đến lệch tâm của trục liên kết và trục thanh: =
8.719,55/0,65x10,1x0,75 = 1770,92daN/cm

2
< R=2150 daN/ cm
2
.
Thanh xiên ổn định
c - Kiểm tra thanh bụng ngang:
Độ mảnh các nhánh:
8
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x:
x
= l
x1
/r
x
= 1.861/49,38 = 37,69
với l
x1
=18,61 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dới đã tính.
Với =44
o
34 nội suy bảng 3.5 đợc k = 28,5

tđ
= (
x
2
+k.A/A
tx
)

0,5
= (37,69
2
+ 28,5.175,04 /10,1)
0,5
= 43,75 < [] =120
với A = A
nh1
+A
nh2
= 93,44 + 81,6 = 175,04 cm
2
.
Theo
tđ
= 43,75 tra bảng II.1 đợc = 0,89
Tính Q
q
= 7,15.10
-6
(2.330 - E/R)N/
= 7,15.10
-6
(2.330 - 2,1.10
6
/2,1.10
3
)149.228/0,89 = 1.622daN
Ta thấy Q
q

<Q vây ta không cần phải tính lại thanh bụng xiên và
tđ
.
- Thanh bụng ngang tính theo Q
q
= 1.622daN vì Q
q
nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngang theo độ mảnh giới hạn [] = 150.
Vậy ta chọn thanh bụng ngang là thép góc L63x4, r
min
=1,25cm.
có = s/r
min
=100cm/1,25cm = 80<[]
d -Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:
Nhánh cầu chạy:
y1
= l
y1
/r
y1
= 940/12,72 = 73,90 =
1max

x1
= l
nh1
/r
x1
= 100/4,78 = 20,92

Nhánh mái:
y2
= l
y2
/r
y2
= 940/13,57 = 69,27 =
2max

x2
= l
nh2
/r
x2
= 100/2,17 = 46,08
Từ
1max
= 73,90 Tra bảng phụ lục II-1 đợc
1
=0,758
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.

Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy
N
nh1
= N
1
.y
1
/c+M
1
/c =149.228x0,4593/0,9852 + 50.322/0,9852 = 100.204 daN
Kiểm tra ứng suất:
= N
nh1
/
1
.A
nh1
R
= 100.204/0,758x93,44 = 1.415 daN/cm
2
R = 2150daN/cm
2
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái
N
nh2
= N
2
.y
2
/c+M

2
/c = 144.852.0,5259/0,9852 + 92.321/0,9852 = 160.847 daN

2max
= 69,27tra bảng
1
=0,782
= N
nh2
/
2
.A
nh2
= 160.847/0,782x81,6 = 2.521 daN/cm
2
> R = 2150daN/cm
2
Ta thấy không thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực của cột(nhánh mái) theo trục y-y. Vì vậy cần chọn lại tiết diện trục nhánh
bằng cách thay 2 thanh thép góc L100x100x8 và tấm 360x14 bằng 2 thanh thép góc L100x100x10 và tấm 360x16. Sau đó kiểm tra lại
điều kiện ổn định và chịu lực theo phơng y y của cột.
Nhánh mái sau khi điều chỉnh lại tiết diện tổ hợp bao gồm :
1 thép bản 360x16F = 57,6cm
2
và 2 thép góc đều cạnh L100x100x8F = 38,4m
2
(A
1g
= 19,2cm
2
). A

nh2
= 57,6 + 38,4 = 96cm
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
= (57,6x0,7 + 2x19,2x2,83)/96 = 1,55 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
= 179 cm
4
.
J
x2
=J

x
+2bS
x
+b
2
F
J
x2
= 36.1,6
3
/12 + 36.1,6.(1,55 - 0,8)
2
+ 2.[179 + 19,2.(2,83 - 1,55)
2
]= 466cm
4
.
r
x2
= (J
x2
/A
nh2
)
0,5
= (466/96)
0,5
= 2,2 cm.
J
y2

= J
y
+2bS
y
+a
2
F=1,6.36
3
/12 + 2.[179 + 19,2.(40/2 2,83)
2
] = 17.899 cm
4
r
y2
= (J
x2
/A
nh2
)
0,5
= (17.899/96)
0,5
= 13,65 cm.
Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh:
C = h - z
o
= 100 1,55 = 98,45 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái:
y
1

=A
nh2
.c/A = 96.98,45/(93,44+96) = 49,89 cm.
y
2
= c- y
1
= 98,45 - 49,89 = 48,56 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 + 466 + 93,44.49,89
2
+ 96.48,56
2
= 461.547 cm
4
.
r
x
= [J
x
/(A
nh2
+ A
nh2
)]
0,5
= [461.547 /(93,44+96))]
0,5
= 49,36 cm.
200
4
0
0
8
1
6
3

6
8
1
6
2
0
3
6
0
2
0
4
0
0
16
100
1
0
2
8
485.6 498.9
984.5
Đối với nhánh mái :

y2
= l
y2
/r
y2
= 940/13,65 = 68,86 =

2max

x2
= l
nh2
/r
x2
= 100/2,2 = 45,45
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy
N
nh1
= N
1
.y
1
/c+M
1
/c =149.228x0,4989/0,9845 + 50.322/0,9845 = 126.736 daN
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái
N
nh2
= N
2
.y
2
/c+M
2
/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 92.321/0,9845 = 165.222 daN

2max

= 68,86tra bảng
1
=0,85
9
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
= N
nh2
/
2
.A
nh2
= 155.032/(0,85x96) = 2.024 daN/cm
2
< R = 2150daN/cm
2
Vậy cột thoả thỏa mãn điều kiện ổn định và chịu lực theo trục y-y.
e - Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:
Các cặp nội lực:
Nhánh mái : N
2
tt
= 144.852daN; M
2
tt
= 92.321daNm;
Nhánh cầu chạy: N
1
tt
= 149.228daN; M
1

tt
= 50.322daNm;
Cặp 1: e
1
= M
1
/N
1
= 50322/149.228 = 0,3372m = 33,72cm
độ lệch tâm tơng đối m = e
1
.A.y
1
/J
x
= 33,72x189,44 x49,89/461.547 = 0,414

tđ
=
tđ
(R/E)
0,5
= 37,7.(2,15.10
3
/2,1.10
6
)
0,5
= 1,206
Với

x
= l
x1
/r
x
= 1.861/49,36 = 37,7
Tra bảng phụ lụcII-3 ta có
lt
= 0,751
ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện
N
1
/
lt
.A = 149.228/0,751x189,44 = 1.049 daN/cm
2
R = 2150daN/cm
2
Cặp 2: e
2
= M
2
/N
2
= 92.321/144.852 = 0,64 m = 64cm
Độ lệch tâm tơng đối.
m = e
2
.A.(y
2

+z
o
-1,6)/J
x
= 64x189,44.(48,56+1,55-1,6)/461.547 = 1,135
1,6 : chiều dày của bản thép của tiết diện nhánh mái.
Tra bảng phụ lụcII-3 ta có
lt
= 0,444.
ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện.
N
2
/
lt
.A = 144.852/0,444x189,44 =1.722daN/cm
2
R = 2150daN/cm
2
g - Tính liên kết các thanh giằng vào các nhánh cột:
Đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột phải chịu đợc lực
N
tx
= 8.883daN.
Với thép CT3 dùng que hàn N-46 R
btc
3.450daN/cm
2
ta có:
R
gh

=1.800daN/cm
2
, R
gt
=0,45. R
btc
daN/cm
2
= 0,45x3.450=1.550daN/cm
2
.
hàn tay có
h
=0,7;
t
=1;

t
.R
gt
= 1x1.550 =1.550 daN/cm
2
.

h
.R
gh
= 0,7x1.880 = 1.260 daN/cm
2
= (

h
. R
g
)
min
.
Ta có thanh xiên là thép góc L75x7Chọn chiều cao đờng hàn sống h
hs
= 7mm, chiều cao đờng hàn mép h
hm
= 6mm.
Vậy ta có chiều dài cần thiết của từng loại đờng hàn để liên kết thép góc thanh bụng xiên vào má cột là:
l
hs
= 0,7N
tx
/h
hs
.(.R
gh
)
min
. = 0,7x8.883/0,7x1.260x0,75 = 9,40 cm
l
hm
= 0,3N
tx
/h
hm
.(.R

gt
)
min
. = 0,3x8.883/0,6x1260x0,75 = 4,7 cm
với =0,75
Đờng hàn liên kết thanh bụng chịu lực cắt Q
q
rất bé do đó ta lấy đờng hàn theo cấu tạo
h
hs
= 6mm; h
hm
= 5mm; l
h
> 4cm;
II.4-Thiết kế các chi tiết cột:
II.4.1 - Nối phần cột trên và cột dới:
- Ta dùng liên kết hàn đối đầu để nối 2 phần cột trên và dới. Mối nối sẽ ở vị trí cao hơn vai cột 1 khoảng là 500mm. Nội lực
dùng để tính toán là nội lực tại tiết diện Ct (tiết diện ngay sát vai cột). Từ bảng nội lực ta chọn ra 2 cặp nội lực nguy hiểm nhất cho
từng nhánh tơng ứng.
Cặp nội lực: N
1
tt
= 46.162daN; M
1
tt
= 9.960 aNm; (1;3;5;8)
N
2
tt

= 46.162daN; M
2
tt
= -8.752daNm. (1;2;7)
Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu:
S
ngoài
= N
1
/2+M
1
/b
t
= 46.162/2 + 9.960/(0,4 - 0,016) = 42.482 daN
Trong đó: b
t
=( b
t
-
c
):khoảng cách trục 2 bản cánh cột trên.
- Cánh ngoài nối bằng đờng hàn đối đầu thẳng góc.Chiều dài đờng hàn bằng chiều rộng cột trên l
h
= (25 - 2.0,5)cm. Chiều cao
đờng hàn bằng chiều dày bản cánh
h
= 1,6cm.
Ta có cột trên tiết diện chữ H :
Bản bụng: 46,8.1 = 46,8cm
2

, bản cánh: 2.(25.1,6) = 80cm
2
.
ứng suất trong đờng hàn đối đầu nối với bản cánh ngoài là:

h
= S
ngoài
/(
h
l
h
) = 42.482/1,6.(25 - 2.0,5) = 1.106 daN/cm
2
<R = 2100daN/cm
2
Chọn bản nối K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều rộng bản cánh của cột.
Nội lực lớn nhất trong cánh trong cột trên:
S
trong
= 46.162/2 + 8.752/(0,4 -0,016) = 44.982 daN
Dùng đờng hàn đối đầu thẳng góc ứng suất trong đờng hàn nối là:

h
= S
trong
/(
h
l
h

) = 44.982/1,6.(25-2.0,5) = 1.171 daN/ cm
2
< R=2100daN/cm
2
Cánh trong và cánh ngoài của cột đều thoả mãn điều kiện ổn định.
- Tính toán mối nối bụng: mối nối bụng đợc tính chịu lực cắt. Vì lực cắt cột trên khá bé nên dùng đờng hàn đối đầu theo cấu
tạo :hàn suốt, chiều cao đờng hàn bằng chiều dày bản bụng (
h
= 10mm).
II.4.2 - Tính toán dầm vai:
Tính dầm vai nh 1 dầm đơn giản có nhịp l=b
d
=100cm, dầm vai chịu uốn bởi lực
S
trong
= 44.982daN đặt tại giữa nhịp.
Phản lực gối tựa:
A = B = S
trong
/2 = 44.982/2 = 22.491daN =22,491T
Mô men lớn nhất tại giữa nhịp:
M
max
dv
= S
trong
.l/4 = 44.982.1./4 = 44.982.1./4 = 11.246daN.m
Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục
bđ
=20mm;

Chiều rộng sờn đầu dầm b
s
= 300mm.
Chiều dày dầm vai đợc xác định từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung
D
max
+G
dct
= 108.832 + 1.465,2 = 110.297 daN.
Chiều dài truyền lực ép cục bộ : z = b
s
+2
bđ
= 30+2.2 = 34cm
a - Chiều dày cần thiết bản bụng dầm vai:

dv
= (D
max
+G
dct
)/z.R
em
= 110.297/34x3.200 = 1,014cm . Lấy
dv
= 12mm
10
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
- Bản bụng của nhánh cầu trục của cột dới sẽ đợc xẻ rãnh cho bản bụng của dầm vai luồn qua. Hai bản bụng này đợc liên kết
với nhau bằng 4 đờng hàn góc. Chiều cao của bản bụng trớc hết phải đủ để chứa 4 đờng hàn này. Giả thiết chiều cao đờng hàn góc là 6

mm
chiều dài cần thiết 1 đờng hàn là:
l
h
1
= [D
max
+G
dct
+B]/[4h
h
.(R
g
)
min
] + 1
= (110.297 + 44.982/2)/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 43,90 cm.
(R
g
)
min
:lấy giá trị nhỏ hơn 2 giá trị
t
R
gt
và
h
R
gh
.Lấy(R

g
)
min
= 0,7.1800
Chiều dài 1 đờng hàn cần thiết liên kết bản K vào bụng dầm vai
l
h
2
= S
trong
/[4h
h
.(R
g
)
min
] + 1 = 44.982/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 14,87 cm.
Theo yêu cầu cấu tạo h
dv
0,5h
d
= 0,5.100 = 50cm để đảm bảo cột trên đợc ngàm vào cột dới (để góc xoay của cột trên và cột dới là nh
nhau). Chọn h
dv
= 60cm.Chiều dày bản cánh dới dầm vai lấy 1 cm. Chiều cao bản bụng h
bdv
= 60 - (2+1) = 57cm.
- Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai:
Để việc tính toán đơn giản, thiên về an toàn ta coi chỉ có riêng bản bụng dầm vai chịu uốn. Mô men chống uốn của bản bụng dầm vai
là :

W =
dv
.h
bdv
2
/6 = 1,2.57
2
/6 = 649,8cm
3
.
ứng suất:
h
= M
dv
max
/W = 11.246.10
2
/649,8 = 1730,7 daN/ cm
2
< R = 2100daN/cm
2
Thoả mãn điều kiện chịu uốn.
II.4.3 - Tính toán chân cột:
Chân cột rỗng chịu nén lệch tâm ta tính toán mỗi nhánh nh cột chịu nén đúng tâm. Lực nén tính toán ở mỗi nhánh là lực nén
lớn nhất tại tiết diện chân cột. Các cặp nội lực để tính toán vẫn là các cặp nội lực để tính toán chọn tiết diện tại A.
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy
N
nh1
= N
1

.y
1
/c+M
1
/c =149.228x0,4989/0,9845 + 50.322/0,9845 = 126736 daN
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái
N
nh2
= N
2
.y
2
/c+M
2
/c = 144.852.0,4856/0,9845 + 92.321/0,9845 = 165.222 daN
a - Tính bản đế:
Diện tích yêu cầu của bản đế đợc xác định theo CT:
A
bđ
=N/R
ncb
Giả thiết hệ số tăng cờng độ do nén cục bộ xuống mặt bê tông móng: m
cb
=(A
m
/A
bđ
)
1/3
=1,2.

Bê tông móng #200 có R
n
=90kg/cm
2
.
R
ncb
= m
cb
.R
n
= 1,2.90 = 108 daN/cm
2
.
Diện tích yêu cầu của nhánh cầu trục là:
A
nh1
yc
= N
nh1
/R
ncb
= 126.736 /108 = 984,06 cm
2
.
Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái là :
A
nh2
yc
= N

nh2
/R
ncb
= 165.222 /108 = 1.435,48 cm
2
.
Chọn chiều rộng bản đế : B = b
c
+2
dđ
+2c = 40 + 2.1,4 + 2.3,6 = 50cm
Chiều dài L của bản đế tính đợc là:
L
1bđ
yc
= A
nh1
yc
/B = 984,06/50 = 19,68 cm. Lấy L
1bđ
= 24cm.
L
2bđ
yc
= A
nh2
yc
/B = 1.435,48/50 = 28,71 cm. Lấy L
2bđ
= 34cm.

ứng suất thực tế ngay dới bản đế:

nh1
= N
nh1
yc
/A
nh1
= 126.736/(24.50) = 88,57 daN/cm
2
.

nh2
= N
nh2
yc
/A
nh2
= 165.222/(34.50) = 91,20 daN/cm
2
.
-Tính chiều dày bản đế:
+Tính chiều dày bản đế nhánh mái:
Ta có : b/a = 230/170 = 1,35 tra bảng 3.6 ứng với bản kê 3 cạnh ta đợc = 0,125.
M
ô2
= .
nh2
.a
2

= 0,125.91,2.17
2
= 3.295 daNcm. Ta chọn M
ô2
để tính toán
Chiều dày bản đế của nhánh mái là:

bđm
=
bđ2
= (6M/R.)
1/2
= (6x3.295/2150x1)
1/2
= 3,03 cm;
Lấy
bđ2
= 3,2cm
+Tính chiều dày bản đế nhánh cầu trục :
Kiểm tra : ta có b/a = 230/100 =2,3 .Tra bảng III.6 nội suy có = 0,133
M
ô2
= .
nh1
.a
2
= 0,133.88,57.11
2
= 1.178 kgcm.
Vậy

bđ1
= (6M/R.)
1/2
= (6x1.178/2150.1)
1/2
= 1,81 cm . Chọn
bđ1
= 2cm.
b - Tính các bộ phận ở chân cột :
Toàn bộ lực từ cột truyền xuống thông qua 2 dầm đế và đôi sờn hàn vào bụng nhánh. Vì vậy dầm đế chịu tác động của phần phản lực

nh
thuộc diện truyền tải của nó.
Tải trọng tác động lên dầm đế ở nhánh mái
q
2dđ
= (5 + 20/2).91,2 = 1.368 daN/cm.
Tải trọng tác động lên dầm đế ở nhánh cầu trục
q
1dđ
= (5 + 20/2).88,57= 1.329 daN/cm.
Tổng phản lực truyền lên dầm đế ở nhánh mái: N
2dđ
= 1.368x34 = 46.512 daN.
Tổng phản lực truyền lên dầm đế ở nhánh cầu trục: N
1dđ
= 1.329x24 = 31.896 daN.
- Tính dầm đế ở Nhánh mái:
- Lực N
2dđ

do 2 đờng hàn liên kết dầm đế với sống và mép thanh thép góc L100x8 của nhánh mái. Chiều dài cần thiết của đ -
ờng hàn là (chọn h
s
= 12mm;h
m
= 8 mm):
l
hs
= N
2dđ
.(b
g
-a
g
)/[b
g
.h
s
.(R
g
)
min
] = 46.512x(10 - 0,55)/10x1,2x0,7x1800 = 29,1 cm.
l
hm
= N
2dđ
.(b
g
-a

g
)/[b
g
.h
m
.(R
g
)
min
] = 46.512x(10-0,55)/10x0,8x1260 = 43,6 cm.
Trong đó:
b
g
:chiều rộng thép góc = 10cm.
a
g
:khoảng cách từ trọng tâm nhánh mái đến đờng hàn sống : (1,55 1) = 0,55cm.
Chọn dầm đế của nhánh mái có tiết diện (500x14)mm, vì dầm đế có tiết diện lớn mà nhịp công xôn lại bé nên không cần kiểm tra các
điều kiện về uốn và cắt.
+ Tính sờn côngxôn nhánh mái:
Sờn A dựa vào cấu tạo ở đế cột nhánh mái. Tải trọng tác dụng lên sờn công xôn A:
q
A
= 91,2x20 = 1.824 daN/cm .
Mô men và lực cắt tại tiết diện công xôn có 2 đờng hàn(Chỗ có 2 đờng hàn góc liên kết sờn với bụng cột là :
11
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
Q
A
= q

A
.l
A
= 1.824x(17 + 1,55 - 1,6) = 1.824x16,95 = 30.917 daN.
M
A
= q
A
.l
A
2
/2 = 1.824x16,95
2
/2 = 262.020 daNcm.
Chọn chiều dày sờn là
A
= 1,2cm
Từ điều kiện bền về uốn ta có chiều cao sờn A.
h
A
= (6M
A
/
A
.R.)
1/2
= (6x262.020/1,2x2150x1)
1/2
= 24,68 cm. chọn h
A

= 30cm
Kiểm tra 2 đờng hàn liên kết sờn A với bụng nhánh mái, chọn h
h
=1,0cm hàn suốt .Chiều dài tính toán của đờng hàn l
h
= 28-1 = 27cm
W
gh
= 2.
h
.h
h
.l
h
2
/6 = 2.0,7.1.27
2
/6 = 170,1 cm
3
.
A
gh
=2.
h
.l
h
.h
h
= 2.0,7.1.27 = 37,8 cm
2

.
Độ bền của đờng hàn(ở đây ta kiểm tra đờng hàn theo tiết diện đờng hàn)
đợc kiểm tra theo
tđ
:

tđ
= [(M
A
/W
gh
)
2
+(Q
A
/A
gh
)
2
]
1/2
= [(262.020/170,1)
2
+ (30.917/37,8)
2
]
1/2
= 1.744 daN/cm
2
< R.=2150kg/cm

2
.
Vậy sờn công xôn A và đờng hàn đủ khả năng chịu lực.
+Tính các đờng hàn liên kết dầm đế nhánh mái với sờn A, nhánh mái với bản đế:
Liên kết dầm đế nhánh mái với bản đế:
h
h
= q
2đđ
/2(R
g
)
min
= 1.368/2x1260 = 0,543 cm.
Liên kết sờn A vào bản đế:
h
h
=q
A
/2(Rg)min = 1.824/2x1260 = 0,724 cm.
Liên kết bụng nhánh vào bản đế:
h
h
= q
b
/2(Rg)min = 1.626/2x1260= 0,65 cm.
q
b
: tải trọng phân bố đều bụng nhánh mái.
q

b
= 91,2.[(15,45 + 17 )/2 + 1,6] = 1.626 daN/cm
Chọn thống nhất các đờng hàn ngang nhánh mái là 10mm.
- Tính dầm đế ở Nhánh cầu trục:
Lực N
1dđ
do 2 đờng hàn liên kết dầm đế với cánh của nhánh cầu trục.
Giả thiết chiều cao đờng hàn : h
h
= 0,8mm
l
h
= N
1dđ
/2h
h
(R
g
)
min
= 31.896/ 2x0,8x1260 = 15,82 cm.
Chọn dầm đế nhánh cầu trục tiết diện(400x12)mm, vì dầm đế có tiết diện lớn mà nhịp công xôn lại bé nên không cần kiểm tra các
điều kiện về uốn và cắt.
+ Tính sờn công xôn B:
Tải trọng tác dụng lên sờn q
B
= 88,57.20 = 1.771 daN/cm.
Mô men và lực cắt tại tiết diện có 2 đờng hàn là
M
B

= 1.771x(20/2 0,4)
2
/2 = 163.215 daN.cm
Q
B
= 1.771x9,6 = 17.002 kg
Chọn chiều dày sờn B :
B
=1,2cm
Tính h
B
(chiều cao tiết diện sờn B) dựa theo CT:
h
B
=(6M
B
/
B
.R.)
1/2
=(6x163.215/1,2x2150x1)
1/2
= 19,48 cm.
Lấy h
B
=25cm
Kiểm tra sờn B theo điều kiện bền của tiết diện đờng hàn giả thiết h
h
= 1cm;l
h

= 25-1 = 24cm (trừ

đi 1 cm do chất lợng đờng hàn ở 2
đầu đờng hàn không tốt)
W
gh
= 2.
h
.h
h
.l
h
2
/6 = 2x0,7x1x24
2
/6 = 134,4 cm
3
.
A
gh
=2.
h
.l
h
.h
h
= 2x0,7x1x24 = 33,6 cm
2
.

tđ
= [(M
B
/W
gh
)
2
+(Q
B
/A
gh
)
2
]
1/2
= [(163.215/134,4)
2
+ (17.002/33,6)
2
]
1/2
= 1.316 kg/cm
2
< R. = 2100kg/cm
2
.
Vậy sờn công xôn B và đờng hàn đủ khả năng chịu lực.
+ Tính các đờng hàn liên kết dầm đế nhánh cầu trục với sờn B, nhánh cầu trục với bản đế:
Liên kết dầm đế nhánh cầu trục với bản đế:
h

h
= q
1đđ
/2(R
g
)
min
= 1.329/2x1260 = 0,527 cm.
Liên kết sờn B vào bản đế:
h
h
= q
B
/2(R
g
)
min
= 1.771 /2x1260 = 0,703 cm.
Liên kết bụng nhánh vào bản đế:
h
h
=q
b
/2(R
g
)
min
= 921/2x1260 = 0,365 cm.
q
b

: tải trọng phân bố đều bụng nhánh cầu trục.
q
b
= 88,57.[(20 - 0,8)/2 + 0,8] = 921 daN/cm
Chọn thống nhất các đờng hàn ngang nhánh cầu trục là 10mm.
- Tính bu lông neo:
- Liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm nên ta phải tính toán cấu tạo sao cho biến dạng xoay của chân cột với móng coi nh
bằng không. Bu lông neo tính với tổ hợp tải trọng gây kéo lớn nhất giữa đế móng với cột(trong bảng tổ hợp trớc đây cha có cột này).
Vì vậy cần phải dựa vào bảng thống kê nội lực ở tiết diện chân cột để chọn ra tổ hợp có N bé nhất và M lớn nhất.
+ ở đây dựa vào bảng nội lực ta tìm đợc tổ hợp tải trọng (1,7) do tĩnh tải và hoạt tải gió gây nên để tính ở nhánh mái :
Nội lực dùng để tính bu lông neo là :
M = M
t
.n
b
/n
t
+ M
g
= 23.231x0,9/1,1 - 46.052 = -27.045daNm
N = N
t
.n
b
/n
t
+ N
g
= 39.844x0,9/1,1 + 0 = 32.600 daNm
Trong đó : M

t
, H
t
cặp nội lực tại tiết diện A(chân cột) do tĩnh tải gây ra.
n
t
: hệ số vợt tải của tải trọng tĩnh mà ta đã dùng khi tính nội lực n
t
= 1,1
n
b
: hệ số giảm tải dùng để tính nội lực cho liên kết bu lông neo n
b
= 0,9.
M
g
:nội lực (mô men) do tải trọng gió gây ra tại tiết diện chân cột
-Từ M,N tính ra đợc lực kéo trong nhánh mái (chính là lực kéo trong các nhánh bu lông).
N
bl
= M/c - N.y
1
/c = 27.045/0,9845 - 32.600x0,4989/0,9845 = 10.951 daN
Trong đó :
y
1
: là k/c từ trục trọng tâm nhánh cầu trục tới trục trọng tâm toàn tiết diện. y
1
= 0,4989 m
c:là k/c giữa 2 trục trọng tâm của 2 nhánh mái và nhánh cầu chạy c = 0,9845m.

Diện tích tiết diện cần thiết của bu lông neo ở nhánh cầu trục là :
A
th
yc
neo
= N
bl
/R
neo
= 10.951/1.400 = 7,82 cm
2
.
12
Đồ áN THIếT Kế KếT CấU THéP NHà CôNG NGHIệP NGUYễN THIÊN TRúC
R
neo
:Cờng độ chịu kéo của bu lông .R
neo
=1400daN/cm
2
.
Chọn 2 bu lông 25 có tiết diện thực là :
A
th
= 2x3,14x1,25
2
= 9,81cm
2
> 7,82cm
2

.
+ Tơng tự từ bảng nội lực ta tìm đợc tổ hợp tải trọng (1,8) do tĩnh tải và hoạt tải gió gây nên để tính ở nhánh cầu trục :
Nội lực dùng để tính bu lông neo là :
M = M
t
.n
b
/n
t
+ M
g
= 23.231x0,9/1,1 + 42.770= 61.777 daNm
N = N
t
.n
b
/n
t
+ N
g
= 39.844x0,9/1,1 + 0 = 32.600 daNm
Tơng tự lực kéo trong nhánh mái là:
N
bl
= M/c -N.y
2
/c = 61.777 /0,9845 - 32.600x0,4856 /0,9845 = 46.670 daN
Trong đó
y
2

:là khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái tới trục trọng tâm toàn tiết diện. y
2
= 0,4856m
Diện tích cần thiết của bu lông neo nhánh cần trục là:
A
th
yc
neo
= N
bl
/R
neo
= 46.670/1.400 = 33,34 cm
2
.
Ta chọn 8 bu lông 25 có tiết diện thực là :
A
th
= 8x3,14x1,25
2
= 39,25 cm
2
> 33,34cm
2
.
13