Đồ án kết cấu thép 2 thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp L=24m

Thiết kế môn học kết cấu thép
Thiết kế môn học kết cấu thép
(ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp )
A-Đề bài
I - Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế khung ngang nhà xởng 1 tâng, 1 nhịp có cửa mái & cầu trục đi
dọc bên trong xởng với các số liệu:
1. Nhịp khung: 24(m)
2. Bớc khung B = 12(m)
3. Số bớc khung: 14
4. Số cầu trục trong xởng : 1
5. Chế độ làm việc:trung bình
6. Sức trục Q =125(T)
7. Cao trinh nh ray H
1
=11 m
8. Địa điểm xây dựng: Hải Dơng
II yêu cầu thiết kế:
1,tính toán thiết kế một khung điển hình gồm
Hệ giằng mái ,hệ giằng cột
Cột,các liên kết của cột
Hệ dàn mái (về cấu tạp và một số nút cơ bản )
2,Thể hiện một khổ giấy A
1
gồm:
Sơ đồ mặt bằng bố trí lới cột
Sơ đồ khung ngang nhà
Hệ giằng cột và các chi tiết của cột ,các mặt cắt cột
Dàn mái và các nút điển hình khuyếch đại dàn
Bảng thống kê thép cho một dàn mái.
3,Tiến độ thực hiện

1, Nhận đợc sơ đồ sinh viên phải triển khai ngay trong thời gian 2 tháng
2,Trong quá trình thực hiện đề tài của sinh viên bắt buộc phải thông qua giáo
viên hớng dẫn tối thiểu các lần với nội dung hoàn thành sau:
Lần1: Lựa chọn sơ đồ kết cấu, tải trọng tác dụng lên khung và dàn
Lần2: tính toán nộilực,tổ hợp nội lực khung và dàn,lựa chọn nội lực
tính toán
Lần3: tính toán và bố trí các tiết diện của cột ,lựa chọn dàn và ph-
ơng án bố trí bản vẽ (kèmtheo thuyết minh đợc chế bản )
Lần4: Bảnvẽ và thuyết minh tính toán đã hoàn thiện(đều đợc chế bản và vẽ
trên máy vi tính
B - tính toán
I-Xác định sơ bộ kích th ớc khung ngang
1-Sơ đồ khung ngang:
[Type text] Page 1
Thiết kế môn học kết cấu thép
Lựa chon sơ đồ khung ngang
nh hình vẽ:
Hình 1 : Sơ đồ khung ngang
2- Bố trí khung ngang:
-Hệ thống lói cột nh hình vẽ, nhà nhịp :
L =24, bớc khung B=12 để đảm bảo bền vững cho kết cấu bao che cần
bố trí thêm khung chống gió ( gômg cột và xà ngang, các cột cách nhau
không quá 6 m).
3- Xác định kích th ớc đứng:
- Chiều cao H
2
từ đỉnh ray đến đáy kết cấu
chịu lực:
H
2

=H
c
+ 100 + f
H
c
: chiều cao cầu trục, tra bảng VI.1 sách thiết kế k.c.t nhà công nghiệp;
Với Q = 125 T , L = 24m , Tra bảng ta có : H
c
=4000(mm)
f : khoảng cách xét đến độ võng của vì kèo và việc bố trí thanh canh dới
( f = 200 ữ 400 . ta lấy f = 300)
- Thay vào ta có : H
2
= 4000 + 100 + 300= 4000 mm = 4.4 m
- H
1
: Là cao trình dỉnh day đợc cho trong nhiêm vụ thiết kế : H
1
= 11m
[Type text] Page 2
Thiết kế môn học kết cấu thép
H= H
1
+ H
2
= 11+ 4.4 =15,4 m.
(Theo quy phạm QPXD 57-73 thì H là bội số của 1,2 khi nhỏ hơn 10,8 m và
của 1,8 nếu lớn hơn 10,8 m.)

Chọn H = 16,2 (m)

- Chiều cao dầm cầu trục :
H
dct
=(1/8ữ1/10).B=(1/8ữ1/10).12=1,2 ữ 1,5 m


chọn H
dct
= 1,4 m
- Chiều cao phần cột trên :
H
tr
= H
2
+ H
r
+ H
dct
= 4,4 +1,4+0,2=6 m
Trong đó : H
r
là chiều cao đáy và đệm ấy sơ bộ là 0,2 m
- Chiều dài phần cột dới:
H
d
= H H
tr
+ H
3
= 16,2- 6 + 0,8 =11 m

(H
3
= 800 mm, là chiều sâu chôn cột dới mặt nền)
2-X ác định kích th ớc ngang
-Kích thớc cơ bản là nhịp
khung : l = 24 m
-Sức nâng cầu trục Q
=125(tấn)
Ta có Q =125 tấn chọn:
a=250mm và =1000mm
L
c
=L-2 =24 - 2.1 =
22(m)
Lấy khoảng cách từ mép
ngoài cột đến trục định vị
a=250 mm
+) Bề rộng phần cột
trên :
h
tr
= (1/12 ữ 1/10)H
tr
=(1/12 ữ 1/10)6 =(0,5 ữ0,6 )m

lấy h
tr
=550(mm)
+)Bề rộng phần cột dới :
h

d
= a + =250 + 1000 = 1250 (mm)
Bề rộng phần cột dới phải thoã mãn điều kiện:
h
d
>
25
1
H =1/25(16200) = 648 (để đảm bảo độ cứng)
3.Kích th ớc dàn.
[Type text] Page 3
Thiết kế môn học kết cấu thép
1.10
i = 1/10
0.55
2.20
2.20
24 m
Hình 4 : Dàn mái
-Chọn dàn hình thang liên kết cứng với cột
-Chiều cao đầu dàn là: h
0
=2200mm
-Độ dốc cánh trên i=1/10
chiều cao giữa giàn là 2200+
10
1
x
2
3300

=3850 (mm) =3.85 (m)
Cửa mái
L
cm
=(
3
1
2
1
ữ
)L = 8
ữ
12 (m ). Chọn bằng 10(m)
h
cm
= 2,2 (m)
Gồm lớp kính cao1,2m ; bậu trên cao 0,2m bậu dới 0,8m .
4. Hệ giằng :
- Bố trí các hệ giằng mái và hệ giằng cột
- Hệ giằng là một bộ phận trọng yếu của kết cấu nhà, có các tác dụng :
+ Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian của kết cấu chịu lực của
nhà.
+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phơng dọc nhà, vuông góc với mặt
phẳng khung nh gió lên tuờng hồi, lực hãm của cầu trục.
+ Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu thanh dàn, cột
vv
+ Làm cho dựng lắp an toàn thuận tiện
*)Hệ thống giằng của nhà xởng đợc chia làm 2 nhóm : giằng mái và giằng
cột
4.1-Hệ giằng ở mái:

[Type text] Page 4
Thiết kế môn học kết cấu thép
- Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dới
dàn trở lên, chúng đợc bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn mặt
phẳng cánh dới dàn và mặt phẳng đứng
giữa dàn.
4.1.1-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 nên bố
trí hai đầu khối nhiệt độ.Khi khối nhiệt độ quá dài thì bố trí thêm ở quảng
giữa khối ,sao cho khoảng cảch giữa chúng không quá 50-60m. Các dàn còn
lại đợc liên kết vào các khối cứng bằng xà gồ hay sờn của tấm mái.
- Thanh chống dọc nhà dùng để cố định các nút quan trọng của nhà:nút
đỉnh nóc(bắt buộc), nút đầu dàn, nút dới chân cửa trời.Những thanh chống
dọc này cần thiết để đảm bảo cho độ mảnh của cánh trên trong quá trình
dựng lắp không vợt quá 220
4.1.2-Giằng trong mặt phẳng cánh d ới.
- Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh
trên,nghĩa là ở 2 đầu của khối nhiệt độ & ở khoảng giữa, cách 50-60m. Nó
cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình .Hệ
giằng cánh dới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chịu gió thổi lên
tờng hồi nên còn gọi là dàn gió.
- Trong những nhà xỡng có cầu trục Q>10 tấn, hoặc có cầu trục chế độ làm
việc nặng,để tăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dới theo ph-
ơng dọc nhà .Hệ giằng này đảm bảo sự làm việc cùng nhau giữa các khung,
truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung, sang các khung lân cận .Bề
rộng của giằng thờng lấy bằng chiều dài khoang đầu tiên của cánh dới dàn.
Trong nhà xỡng nhiều nhịp, hệ giằng dọc đợc bố trí dọc 2 hàng cột biên & tại

một số hàng cột giữa, cách nhau 60-90m theo phơng bề rộng nhà.
4.1.3-Hệ giằng đứng .
Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với
các giằng nằm tạo nên khối cứng bất biến hình giữ cố định & vị trí cho dàn
vì kèo khi dựng lắp.Thông thờng hệ giằng đứng đợc bố trí tại các thanh đứng
đầu dàn, thanh đứng giữa dàn (hoặc dới chân cửa trời), cách nhau 10-15m
theo phơng dọc nhà.Theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tại các gian có giằng
nằm ở cánh trên & cánh dới. Kết cấu chịu lực của cửa trời cũng có các hệ
giằng cánh trên, hệ giằng đứng nh đối với dàn mái.
4.2-Hệ giằng ở cột.
- Hệ giằng ở cột đảm bảo sự bất biến hình & độ cứng của toàn nhà theo ph-
ơng dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà & bảo đảm ổn định của cột.
- Trong mỗi trục dọc mỗi khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng,các cột
khác tựa vào tâm cứng bằng các thanh chống dọc.Tấm cứng cần có 2 cột,
dầm cầu trục, các thanh ngang & các thanh chéo chữ thập.Các thanh giằng
cột bố 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 mút 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 2 mặt
phẳng của 2 nhánh.
[Type text] Page 5
Thiết kế môn học kết cấu thép
- Tấm cứng phải đặt vào khoảng giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không
cản trở biến dạng nhiệt độ của các kết dọc.Nếu khối nhiệt độ quá dài một
tấm cứng không đủ để giữ cố định cho toàn bộ các khung thì dùng 2 tấm
cứng, sao cho khoảng cách từ đầu khối đến trục tấm cứng không quá 75m và
khoảng cách giữa trục hai tấm cứng không quá 50m
- Sơ đồ các thanh của tấm cứng có nhiều dạng; chéo chữ thập một tầng đơn
giản nhất hoặc hai tầng khi cột cao kiểu khung cổng khi bớc cột 12m hoặc
khi cần làm lối đi thông qua.

- Trong các gian đầu và gian cuối của khối nhiệt độ, cũng thờng bố trí giằng
lớp trên. Giằng này tăng độ cứng dọc khung , truyền tải trọng gió từ dàn gió
đến đĩa cứng. Các thanh giằng lớp trên này tơng đối mảnh nên có thể bố trí ở
hai đầu khối mà không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể
II-Tính tải trọng tác dụng lên khung
1.Tải trọng tác dụng lên dàn
1.1-Tải trọng th ờng xuyên
1.1.1 Tải trọng các lớp mái
- Đợc tính toán theo cấu tạo của mái nh bảng sau:

Tải trọng do các lớp mái Tải trọng tiêu
chuẩn
Hệ số vợt
tải (n)
Tải trọng tính
toán (daN/m
2
)
Tấm panel sờn bêtông cốt
thép
150 1,1 165
Bêtông chống thấm dày
4cm
100 1,1 110
Lớp cách nhiệt dày 15 cm 60 1,2 72
Vữa ximăng lót dày 1,5cm 27 1,2 32
Hai lớp gach lá nem 4cm 80 1,1 88
Tổng 417 467
- Đổi ra phân bố trên mặt bằng với đọ dốc i=1/10 có cos= 0.995
mdaNg

tc
m
/419
995.0
417
==
2
mdaNg
tt
m
/34,469
995.0
467
==
2
1.1.2-Trọng l ợng bản thân dàn và hệ giằng
- Đợc tính sơ bộ theo công thức:
g
đ
=1.2ì
đ
ìL = 1.2 ì 0,6 ì 24 = 17,28 daN/m
2
Trong đó: 1.2 là hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng

đ
là hệ số trọng lợng dàn lấy bằng 0.6 ữ 0.9
1.1.3-Trọng l ợng kết cấu cửa trời
g
ct

= nì
ct
ìL
ct

[Type text] Page 6
Thiết kế môn học kết cấu thép
để tính toán chính xác hơn ttải trọng nút dàn lấy g
ct
=12ữ18, lấy g
ct
=16
daN/m
2
1.1.4-Trọng l ợng cánh cửa trời và bậu cửa trời
-Trọng lợng cánh cửa (kính+khung)

2
/35 mdaNg
tc
k
=
.
-Trọng lợng bậu trên và bậu dới:

2
/120 mdaNg
tc
b
=

.
-Trọng lợng cánh cửa và bậu cửa trời đợc đặt tại chân cửa trời,để tiện tính
toán ta chuyển thành phân bố trên mặt bằng:
g
ktb
= 2.n.
BL
BB
.
).35.2,1120( +
n=1,1:hệ số vợt tải
120daN/m trọng lợng 1 m dài bậc cửa
1,2 m
2
diện tích 1m dài cửa kính
35 daN/m
2
trọng lợng cửa kính tác dụng


g
ktb
=2.1,1.
12
12.30
)12.35.2,112.120(
=
+
daN/m
2

Tải trọng thờng xuyên :
g = B.

i
g
= 12.(469,34 + 17,28 + 16 +12)
= 6175,4 daN/m =61,75 (KN/m)
1 .2-Tải trọng tạm thời
- Theo TCVN 2737-95 tải trọng tạm thời trên mái là:
P
tc
=75daN/m
2
mặt bằng với hệ số vợt tải n
p
=1,3
Tải trọng tính toán phân bố đều trên đờng ngang là:
P=n
p
ìp
tc
ìB=1,3ì75ì12 =1170 (daN/m) = 11,7 (KN/m)
2-Tải trọng tác dụng lên cột
2.1-Do phản lực của dàn.
-Tải trọng thờng xuyên:
)(741
2
24 61,75
2

.
KN
Lg
A =
ì
==
-Tải trọng tạm thời:
)(4,140
2
247,11
2
.
' daN
Lp
A =
ì
==

2.2-Do trọng l ợng dầm cầu trục.
- Tính sơ bộ theo công thức:
G
dct
=
dct
.l
2
dct
(daN).
Trong đó l
dct

: Nhịp cầu trục tính bằng m (bằng bớc cột B).

dct
: Là hệ số trọng lợng dầm cầu trục , Q= 125 T >75 T

lấy

dct
=40.
G
dct
=40ì12
2
= 5760 (daN) = 57,6 KN
- G
dct
đặt ở vai đỡ dầm cầu trục , là tải trong thờng xuyên.
2.3-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 đợc xác định bằng cách dùng đờng ảnh hởng của phản lực
[Type text] Page 7
-0,6
-0,4
0,8
-0,6-0,6
-0,6
-0,8
0,7
Thiết kế môn học kết cấu thép
gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất

lợi nhất
- Cầu trục Q=125 T ; L
k
= 22 (m)

Tra bảng VI.2 , trong phụ lục về cầu
trục , sách Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp ta có :
Sức
trục
Q(
T)
Nhịp
L
k
(
m)
H
mm
T
mm
B
mm
P
1
(T)
P
2
(T)
G
(T)

G
xe

(T)
125 22 4000 4560 8800 49 50 135 43
+ Khoảng cách giữa các bánh xe là=840+4560+840 =6240 mm
+ Số bánh xe ở một bên là :n= 4
+ Khoảng cách giữa 2 xe : 8800 -6240 =2560 mm
- Đặt các bánh xe nên ray đờng ảnh hởng của phản lực tựa

Tính đợc:
D
max
= n n
c
(P
c
1max
y

+ P
c
2max
y

)
=
[ ]
)193.0.(50)55,048,0.(49 +++
=150T =1500KN

+) áp lực nhỏ nhất của bánh xe:
P
c
1min
=
c
ma
P
n
GQ
1
0

+
=
4
135125 +
- 49=16 T =160 KN
P
c
2min
=
c
ma
P
n
GQ
2
0

+
=
4
135125 +
- 50=15T =150 KN
D
min
= n ì n
c
yp
c

min
=1,2
ì
0,85
ì
(160.1,03+150.1,93) = 454,3 KN
(Trong đó n
o
=0.85 Là hệ số tổ hợp)
2.4-Do lực hãm của xe con.
- Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe tính theo công thức:
[Type text] Page 8
Thiết kế môn học kết cấu thép
T
c
1
=0.05(Q+Gxe)=0.05(125+43)/4=2,1 T
( n

0
:Số bánh xe một bên cầu trục).
- Lực hãm ngang T
1
tc
truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm,
giá trị T cũng xác định bằng đờng ảnh hởng nh khi xác định D
max
& D
min
.
T=n
o
.n.T
1
tc
.y
I
= 0.85ì1.2
ì
21
ì
(1,03 + 1,93) = 63,4 KN
3-Tải trọng gió tác dụng lên khung.
- Tải trọng gió đợc tính theo TCVN 2737-95 cho nhà công nghiệp 1 tầng 1
nhịp chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió.
- Địa điểm xây dng :

Vùng áp lực gió : IIb
Ta có :

+ áp lực tốc độ gió khu vực IIb là : q
o
=70 daN/m
2
+hệ số k với địa hình che khuất 0,65 : ở độ cao 10m
0,9 : ở độ cao 20m
1.2 : ở độ cao 40m
Nội suy ỏ độ cao 17 m k = 0,825 , ở độ cao 23,05 m (Điểm cao nhất của
mái ) k=0,946
+ Các hệ số khí động lấy theo bảng ghi trên hình vẽ , trong đó -0,6 là trị số
c
1
đợc nội suy với góc dốc của mái là 1/10 tơng đơng với góc 6
0
-0,6
-0,4
0,8
-0,6-0,6
-0,6
-0,8
0,7
[Type text] Page 9
Thiết kế môn học kết cấu thép

w
w'
q'
q

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột :

+ Phía đón gió : q=nìq
o
ìkìCìB(kg/m)
n:hệ số vợt tải = 1,3
B:bớc khung
c:hệ số khí đông phía đón gió:
Đổi thành tải trọng phân bô đêu suốt chiều dài tính toán của cột bằng cách
nhân với hệ số =1,04
q=1.3ì70ì0,825ì0.8ì12ì1,04 = 749,5(daN/m) =7,495
KN
+ Phía trái gió : q=nìq
o
ìkìCìB(kg/m).
q=1.3ì70ì0,825ì0.44ì12ì1,04 =412,25 (daN/m)=4,122
KN


Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đa về tập trung ở
cao trình cánh dới dàn mái.
- Trong đó: h
i
: là chiều cao từng đoạn ứng với hệ số khí động
C
i
.
- k : trong khoảng 14.4 m đến 18.25m lấy là giá trị trung bình của
2 giá trị
k =
8855,0
2

946,0825,0
=
+
W=nìq
o
ìkìBìC
i
ìh
i
W=1,3ì0,7ì0,8855ì12( 0,8ì2,2 0,6ì1,1 + 0,7ì2,2
0,8ì0,55 + 0,6.0,55+0,6.2,2+0,6.1,1+0,44.2,2)

= 52,97 (KN)
[Type text] Page 10
Thiết kế môn học kết cấu thép
B - tính nội lực khung
1-Sơ bộ chọ tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung:
Tính khung nhằm mục đích xác định nội lực :momen uốn ,lực dọc ,lực
cắt,lực cát trong các tiết diện khung.Việc tính khung cứng có các thanh rỗng
nh dàn,cột khá là phức tạp,nên trong thực tế,đã thay sơ đồ tính toán thực của
khung = sơ đồ đơn giản hoá ,với các giả thiết sau:
-Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tơng đặt tại cao trình cánh
dới của dàn .Chiều cao khung tính từ đáy cột đến mép dới cánh dới vì kèo.Độ
cứng của xà ngang tơng đơng với dàn đợc tính bằng công thức:
J
d
= (F
tr
.z
tr

2
+ F
d
.z
d
2
).à
F
tr
,F
d
:tiết diện của cánh trên cánh dới vì kèo
Z
tr
,Z
d
:khoảng cách từ trọng tâm cánh trên và cánh dới đến trục
trung hoà của dàn ở tiế diện giữa nhịp

à : hệ số kể đến độ dốc của cánh trên và sự biến dạng của các
thanh bụng.Với các độ dốc :i =1/8 ; à =0,1
i =1/10 ; à =0,8
i =0 ; à =0,9
-Đối với cột bậc,trục cột dới đợc làm trùng với trục cột trên ;nhịp tính toán là
khoảng cách giữa hai cột .Khi đó đối với tảI trọng đứng truyền từ cột trên
xuống phảI kể thêm momen lệch tâm ở chỗ đổi tiết diện cột:
M =V.e
0
với e
0

=
2
trd
hh
Cột đợc ngàm ở bản đế chân cột
Để tính khung cần sơ bộ cho trớc độ cứng J của dàn ,của các phần cột
,hay ít ra cần bít tỉ số của đọ cứng này.Có thể sơ bộ tính áng chừng theo công
thức sau:
-Momen quán tính của dàn:
J
d
=
à
.
2
.
max
R
hM
dan
-Momen quán tính cột dới:
J
1
=
d
A
h
Rk
DN
2

1
max
.
.
2+
-Momen quán tính phần cột trên :
[Type text] Page 11
Thiết kế môn học kết cấu thép
J
2
=
( )
2
2
1
.
d
tr
h
h
K
J
+ k
2
=1,2 đến 1,8 khi dàn liên kết cứng với cột
+ k
2
=1,8 đến 2,3 khi liên kết khớp
Tỷ số giữa các độ cứng J
1

,J
2
,J
d
có thể giả thiết:
J
1
:J
2
=710 ;J
d
:J
2
=2540
-Khi tính khung với các tải trọng ko phải là các tải trọng đặt trực tiếp lên dàn
thì có thể bỏ qua biến dạng của dàn nếu thoả mãn:
v

.1,11
6
+


với : v=
H
J
L
J
d
1

:
; =
1
2
1

J
J

2-Tính khung với tải trọng thờng xuyên tác dụng trên xà ngang.
- TảI trọng thờng xuyên tác dụng lên xà : q = 61,75 KN/m
- Dùng phơng pháp chuyển vị, với ẩn số là góc xoay
1
&
2
& đợc chuyển vị
ngang ở đỉnh. Trờng hợp ở đây khung đối xứng & tải trọng đối xứng nên
=0 &
1
=
2
= . ẩn số là 2 góc xoay ở nút khung.
Bề rộng phần cột trên :600 mm
Bề rộng phần cột dới :1250 mm
h
1
= 11 m ;h
2
= 6 m
h = h

1
+h
2
=17 m
24m
h2
h1
h
61,75 KN/m
[Type text] Page 12
Thiết kế môn học kết cấu thép
-Phơnh trình chính tắc : r
11
.+R
1P
= 0 (II.16)
-Trong đó :r
11
tổng phản lực mômen các nút trên của khung khi góc xoay
=1
R
1P
tổng mômen phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài:
Trớc tiên
+Ta tính các hệ số:
chn J
d
/J
1
=4,5

à=J
1
/J
2
-1=8-1=7
=
353,0
17
6
2
==
h
h
A=1+ìà=1+0.353ì7 = 3,471
B=1+
2
ìà=1+ 0,353
2
ì7 = 1,872
C=1+
3
ìà=1+0,353
3
ì7 = 1,308
F =1+
4
ìà=1+0,353
4
ì7 =1,108
K=4AC - 3B

2
= 4ì3,471ì1,308-3(1,872)
2
= 7,647
Vậy:
1
11
04,0
17
.
647,7
308,14
.
.
4
EJ
JE
H
JE
K
C
M
cột
B
=
ì
=

=

xa
B
M
=
L
E
d
J2
=
24
J5,4.2
1
E
=0,375 EJ
1

- Phản lực ở đầu cột do =1 :

1
2
1
2
1
.005.0
17
.
.
647.7
872,16
.

.
.6
JE
JE
H
JE
K
B
R
B
=
ì
==
-
Vậy : r
11
=
cot
B
xa
B
MM +
= 0,375EJ
1
+ 0.04EJ
1
= 0,415EJ
1
R
1P

-

Tổng phản lực mômen ở nút B do tải trọng ngoài gây ra.
R
1P
= - ql
2
/12=- 61,75.24
2
/12= - 2964 KNm
- Giải phơng trình chính tắc ta đợc:
=-
1111
1
7142
415,0
2964
EJEJr
R
P
=

=
- Mômen cuối cùng ở đỉnh cột :
M
B
=

ì
C

B
M

= - 0,04EJ
1
ì
1
7142
EJ
= - 285,75 (KNm)
- ở các tiết diện khác thì tính bằng trị số phản lực:
R
B
=
)(71,35
EJ
7142
005.0.
1
1
KNEJR
B
==

- Vậy mômen ở vai cột:
M
C
=M
B
+R

B
H
tr
= - 285,75 + 35,71.6 = - 71,49 KNm
- Mômen ở chân cột: M
A
=M
B
+R
B
.H= - 285,75 + 35,71 .17
= 321,32(KNm)
[Type text] Page 13
Thiết kế môn học kết cấu thép
Mômen phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch tâm của trục cột trên với trục cột dới
ằng : M
e
= V ì e
- Trong đó :

M
e
=
mKN.240
2
6,025,1
.
2
24.75,61
=

- Nội lực trong khung do M
e
có thể tìm đợc bằng bảng ở phụ lục đối với cột 2
đầu ngàm .Vì trong trờng hợp này có thể coi J
d
= & ngoài ra khung không
có chuyển vị ngang vì có tải trọng đối xứng.Dấu M
e
ngợc với dấu trong bảng:

( )
[ ]
( ) ( )
[ ]
( )
)(48240
647,7
13084353.01872,13353,01
.
C413)1(
KNm
M
K
B
M
eB
=
ì+ì
=

=
+
=



( )
[ ]
( )
( ) ( )
[ ]
)(20
17
240
647,7
353.01471,3872,1353,016
.
1AB1.6
KN
H
M
K
R
e
B
=

+
=
=
+
=


- Mômen tại các tiết diện khác:

tr
c
M
=M
B
+R
B
.h
2
= 48 - 20ì6 = - 72 (KNm)

d
c
M
=
tr
c
M
+M

e
=-72+240=168(KNm)
M
A
= M
B
+ R
B
.h+ M
e
= 48-20.17+240=-52 KNm
[Type text] Page 14
Thiết kế môn học kết cấu thép
237,75
96,5
143,5
269,32
237,75
269,32
96,5
143,5
237,75
- Cộng biểu đồ ta đợc biểu đồ mômen cuối cùng do tải trọng thờng xuyên
gây ra toàn mái.
M
B
= - 285,75+48 =-237,75(Knm)

)(5,1437249,71
)(5,9616849,71

KNmM
KNmM
d
c
tr
c
==
=+=
M
A
= 321,32 - 52= 269,32(KNm)
237,75
96,5
143,5
269,32
237,75
269,32
96,5
143,5
237,75
3-Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái(hoạt tải)
- Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của mômen
do tải trọng thờng xuyên gây ra với tỷ số :
19,0
75,61
7,11
==
q
p
[Type text] Page 15

Thiết kế môn học kết cấu thép
M
50,11
50,11
18,1
18,1
27,1327,13
44,99
44,99
4-Tính khung với mômen cầu trục : M
max,
M
min
- M
max
,M
min
đồng thời tác dụng ở 2 cột, M
max
cột trái hoặc có thể cột phải.Dới
đây xét trờng hợp M
max
ở cột trái, M
min
ở cột phải.
-Giải khung bằng phơng pháp chuyển vị với sơ đồ xà ngang cứng vô cùng, ẩn
số chỉ còn là chuyển vị ngang của nút.
D
max
=1500 KN

D
min
=454,3 KN
- Mômen do chuyển vị nút trên =1 dùng công thức của bảng III-2

3
1
3
1
3
1
2
1
2
1
2
1
.
447,5
.
647,7
471,312
.
12
.
469,1
.
647,7
872,16
.

6
h
JE
h
JE
H
JE
K
A
R
h
JE
h
JE
H
JE
K
B
M
B
B
=
ì
=

=
=
ì
==
(Chiều dơng của mômen lấy theo hình vẽ của bảng cùng trùng với quy ớc đã

chọn về dấu của mômen uốn của cột trái ).
- Mômen tại các tiết diện :(trong hệ cơ bản)

2
1
3
1
2
1
2
.
453,0
17
6
.
447,5
.
469,1.
h
JE
h
JE
h
JE
hRMcM
BB
==+=


2

1
3
1
2
1
.
978,3
447,5.
.469,1.
h
JE
h
h
JE
h
JE
hRMM
BBA
=







+=+=
- Cột bên phải có các trị số mômen & phản lực cùng trị số mômen nhng ngợc
dấu.
- phản lực trong liên kết gối tựa :

r
11
=
3
1
3
1
.894,10.
447,52.2
h
JE
h
JE
R
B
=ì=
[Type text] Page 16
Thiết kế môn học kết cấu thép
Mô men lệch tâm do cần trục (gần đúng e=b
d
/2=1,25/2 =0,625)
M
max
= D
max
.e=1500 . 0,625=937,5 (KNm)
M
min
= D
min

.e=454,3 . 0.625=283,94 (KNm)
- Để xác định nội lực do M
max
, M
min
gây ra trong hệ cơ bản ta nhân nội lực
do M
e
gây ra với tỷ số : -
e
M
M
max
cho cột trái và -
e
M
M
min
cho cột phải
- Cột trái:
9,3
240
5,937
max
=

=

e
M

M
- Cột phải:
183,1
240
94,283
min
=

=

e
M
M
-Từ đó có mômen ở cột trái do M
max
gây ra trong hệ cơ bản :
M
B
=-3,9 . 48= - 187,2(KNm)

( ) ( )
)(8,280729,3
)(2,655168)9,3(
KNmM
KNmM
tr
c
d
c
=ì=

=ì=

M
A
= (-3,9) ì (-52) = 202,8(KNm)
R
B
=( -3,9) ì(-20) = 78(KN)
- Mômen ở cột phải:
M
B
=-1,183,4872.9= - 56,78(KNm)

( )
)(74,198168.183,1
)(2,85)72).(183,1(
KNmM
KNmM
d
c
tr
c
==
==

M
A
= (-1,183) . (- 52) = 61,5(KNm)

- Phản lực:R

B
,
=( -1,183) .20 = -23,66 KN (dấu R
B
là âm vì nó ngợc chiều với
R
B
)
- Vậy: R
1P
= R
B
,
+ R
B
= 78 23,66 = 54,34 KN
- Chuyển vị ẩn số:
=
1
2
1
3
11
1
.
8,84
894,10
34,54
JE
h

EJ
h
r
R
P
=
ì
ì
=

- Nhân biểu đồ mômen do =1 với và cộng với mômen ngoại lực trong hệ
cơ bản.Ta đợc biểu đồ mômen cuối cùng:
M =
M
.+M
P
- ở cột trái:
M
B
=
)(63,622,187)
.
8,84
(
469,1
1
2
2
1
KNm

JE
h
h
EJ
=
M
A
=
)(5,1348,202)
.
8,84
(
978,3
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=+ì

[Type text] Page 17
Thiết kế môn học kết cấu thép

)(4,2428,280)
8,84
(
453,0
)(8,6162,655)
8,84
(
453,0
1
2
2
1
1
2
2
1
KNm
EJ
h
h
EJ
M
KNm
EJ
h
h

EJ
M
tr
c
d
c
=+ì







=
=ì







=
- Cột bên phải :
+ Mômen:
M
B
=
)(35,18178,56)

.
8,84
(
469,1
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=
M
C
tr
=
)(6,1232,85)
.
8,84
(
453,0
1
2
2
1
KNm
JE
h

h
EJ
=+ì








)(8,3985,61)
8,84
(
978,3
)(3,16074,198)
8,84
(
453,0
1
2
2
1
1
2
2
1
KNm
EJ
h

h
EJ
M
KNm
EJ
h
h
EJ
M
A
d
c
=+ì






=
=ì






=
Biểu đồ mômen cuối cùng :
M

398,8
160,3
123,6
181,35
134,5
616,8
242,4
62,63
6 -Tính khung với lực ngang T:
- Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai khoảng h
dcc
=1 m
- Lực T có thể tác dụng ở cột trái hay cột phải ,chiều hớng vào cột hoặc đi ra
khỏi cột.
- Dới đây giải khung với trờng hợp lực T dặt vào cột trái hớng từ trái sang
phải .Các trờng hợp khác có thể suy ra từ trờng hợp này.
- Phơng trình chính tắc :
r
11
+ R
1P
= 0
[Type text] Page 18
Thiết kế môn học kết cấu thép
- Ta tính đợc r
11
nh trong trờng hợp trớc
r
11
=

3
1
894,10
H
EJ
- Dùng công thức trong phụ lục tính đợc mômen & lực cắt do T gây ra trong
hệ cơ bản
- Lực T đặt cách đỉnh cột khoảng :
H
tr
- h
dcc
= 5(m)
=5/17=0.293<

=0.353
-Tính M
B
& R
B
theo công thức ở phụ lục :

( ) ( )
[ ]
( ) ( )
[ ]
( ) ( )
[ ]
( ) ( )
[ ]

)(97,114174,63
647,7
308,12872,1294,0353,02294,0353,07
647,7
308,12872,1294,02293,01

22C2B2.1
2
2
2
KNm
x
HT
K
CB
K
M
T
B
=ì

ì+
+
+
ì+
=
=






+
+
+
=
2
à


( ) ( )
[ ]
( ) ( )
[ ]
KNT
K
AB
K

AB
R
T
B
87,42.
2232231
22
=






+
+
+
=
à
- Tính nội lực cột trái:
+ Tính mômen tại tiết diện C,A,B ngoài ra tính M
T
ở tiết diện D(chỗ đặt lực
T):
( )
( )
)(98,146124,631787,4297,114.
)(8,784,63687,4297,114
)(38,99587,4297,114
KNmHHTHRMM

KNmhTHRMM
KNmhHRMM
dctdBB
T
A
dcttrBB
T
c
dcttrBB
T
D
=ìì+=++=
=ì+=+=
=ì+=+=
- Cột bên phải không có ngoại lực nên mômen & phản lực trong hệ cơ bản
bằng không.
- Vậy R
1P
=R
B
= 42,87(KN)
=
1
2
1
3
11
1
9,66
.894,10

87,42
EJ
h
JE
h
r
R
P
==
- Mômen cuối cùng tại tiết diện cột khung:
M=
M
.+M
P
+ Cột bên trái:
M
B
=
)(7,1697,114
.
.9,66
469,1
1
2
2
1
KNm
JE
h
h

EJ
=

M
T
=
( )
[ ]
dcttr
BB
hHRM +
.+M
T
=
[Type text] Page 19
Thiết kế môn học kết cấu thép
=

ì
EJ
h
h
EJ
2
2
1
9,66
133,0
)(48,9038,99 KNm=+
M
c
=
.M
c
+
)(5,488,78
.
9,66
453.0
1
2
2
1
KNm
JE
h
h

EJ
M
T
c
=+

=
M
A
=
.M
A
+
)(413
.
9,66
978,3
98,146
1
2
2
1
Knm
JE
H
h
EJ
M
T
A

==
+ Đối với cột bên phải ta có:
M
B
=-98,27 KNm
M
C
=8,9 KNm
M
A
=266,1 KNm
p
M
M
98,27
30,3
266,1
16,7
90,48
48,5
413146,98
78,8
99,38
114,97
7-Tính khung với tải trọng gió:
- ở đây tính với trờng hợp gió thổi từ trái qua phải. Với trờng hợp gió thổi từ
phải qua trái chỉ việc thay đổi vị trí cột.
[Type text] Page 20

a'

c'
b'
a
c
b
J
d
=

J
d
=

a'
b'
c'
b
a
c
Hệ cơ bản
q
W'
q'
W
Thiết kế môn học kết cấu thép
- Ta có biểu đồ
M
do =1 gây ra trong hệ cơ bản & tính đợc :
r
11

=
3
1
894,10
h
EJ

q= 7,495 KN/m
q=4,122 KN/m
- Ta tính mômen & phản lực do q & q

gây ra trong hệ cơ bản
- Đối với cột trái
)(6,11717495,7
647,712
308,18108,1872,19

.12
.8.9
2
2
2
2
KNmhq
K
CFB
M
T
B
=ì

ì
ììì
=

=
KNhq
K
FACB
R
T
B
3,5517495,7
647,72
108,1471,33308,1872,12

.2
3.2
=ì
ì
ìììì
=

=
)(5,260
2
17495,7
173,556,117
2
.
.

)(29,79
2
6495,7
63,556,117
2
.
.
22
2
2
KNm
xhq
hRMM
KNm
Hq
HRMM
BB
T
A
tr
trBB
T
c
=ì+=+=
=
ì
ì+=+=

- Các trị số cột phải do q

tác dụng đợc suy ra từ cột trái bằng cách nhân với
hệ số
55.0
497,7
122,4
'
==
q
q

( )( )
KNmR
KNmM
KNmM
KNmM
P
B
P
A
P
C
P
B
4,30
27,143
6,43
)(68,6455.06,117
'
'
'

'
=
=
=
==
- Do đó : R
1P
=R
B
,
+R
B
+

W = -30,4+55,3+52,97 = 77,87 KN
=
1
2
1
3
11
1
121
.894,10
87,77
EJ
h
JE
h
r

R
P
=

=
- Giá trị của biểu đồ mômen cuối cùng:
+ Cột trái:
M
B
=
)(15,606,117
.
121
469,1
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=
M
C
=
)(48,2429,79
.
121

453,0
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=+
M
A
=-
)(84,7415,260
.
121
978,3
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=

+ Cột phải:

M
B
=
)(1138,58
.
121
469,1
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=+

[Type text] Page 21
ThiÕt kÕ m«n häc kÕt cÊu thÐp
M
C
=
)(21,116,39
.
121
453,0
1
2
2

1
KNm
JE
h
h
EJ
=−
M
A
=
)(43425,130
.
121
978,3
1
2
2
1
KNm
JE
h
h
EJ
=+
70.58
15.56
c'
b'
a'
281

g
M
145.5
c
1.1
b
a
48.68


[Type text] Page 22
Thiết kế môn học kết cấu thép
Bảng Tổng hợp nội lực
Loại tải
trọng
Hệ số
tổ hợp
Cột trên Cột dới
Tiết diện B Tiết diện C
t
Tiết diện C
d
Tiết diện A
M N M N M N M N Q
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1>Tải
trọng th-
ờng xuyên
1 -237,75 741 -143,5 741 96,5 741 269,32 741 -15,71
2>Tải

trọng tạm
thời
1
0,9
-44,99
-40,5
140,4
126,36
-27,53
-24,78
140,4
126,36
18,1
16,3
140,4
126,36
50,11
45,1
140,4
126,36
-2,91
-2,62
3>Momen
cầu trục
(móc trục
bên trái)
1
0,9
-62,63
-56,37

0
0
242,4
218,16
0
0
-616,8
-555,12
1557,6
1401,8
-134,5
-121
1557,6
1401,8
-43,8
-39,4
4>Momen
cầu trục
(móc trục
bên phải)
1
0,9
-181,35
-163,2
0
0
123,6
111,24
0
0

-160,3
-144,27
510,6
459,54
398,8
358,9
510,6
459,54
5>Lực
hãm trên
cột trái
1
0,9

16,7

15
0
0

48,5

43,65
0
0

48,5

43,65
0

0

413

371,7
0
0

42

37,7
6>Lực
hãm trên
cột phải
1
0,9

98,27

88,44
0
0

30,3

27,27
0
0

30,3

27,27
0
0

266,1

239,5
0
0


7>Gió trái 1
0,9
60,15
54,13
0
0
24,48
22,03
0
0
24,48
22,03
0
0
-741,84
-667,6
0
0

8>Gió
phải
1
0,9
-113
-101,7
0
0
11,21
11,21
0
0
11,21
11,21
0
0
624,6
562,14
0
0

Bảng nội lực
Tiết Nội Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2
[Type text] Page 23
Thiết kế môn học kết cấu thép
diện lực M
max
(+)
,
N

M
max
(-)
,
N
N
max
, M M
max
(+)
,
N
M
max
(-)
,
N
N
max
,M
M
(+)
M
(-)
M
(+)
M
(-)
B
M

N
1,4,6
-517,37
741
1,2
-282,74
881,4
1,2,4,6,8
-631,6
867,36
1,2,4,6,8
-631,6
867,36
C
t
M
N
1,3,5
147,4
741
1,2
-171,03
881,4
1,2
-171,03
881,4
1,3,5,7
140,34
867,36
1,2

-168,28
867,36
1,2
-168,28
867,36
C
d
M
N
1,7
120,98
741
1,3,5
-568,8
2298,6
1,2
114,6
881,4
1,3,5
-568,8
2298,6
1,2,7
134,8
867,36
1,3,5
-502,27
2142,8
1,2,7
134,8
867,36

1,3,5
-502,27
2142,8
A
M
N
Q
1,4,5
1081,12
1251,6
1,4,5
1081,12
1251,6
1,2,4,5,8
1607,16
1326,9
1,3,5,7
-890,98
2142,8
1,2,3,5,8
1127,3
2269,16
Phần 3
Thiết kế cột
IV-Tính cột
1-Xác định chiều dài tính toán của cột:
- Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột:
[Type text] Page 24
Thiết kế môn học kết cấu thép
+ Phần cột trên :Tiết diện B với M= -631,6 KNm

63,16 Tm
N=867,36 KN

86,7 T
- Các cặp khác có trị số nội lực nhỏ nên không nguy hiểm bằng cặp đã chọn.
+ Phần cột dới :ta chọn tiết diện A với:
M=1127,3 KNm = 112,73 Tm
N=2269,16 KN = 226,9 T
- Tính các hệ số:
K
1
=
23,0
6
11
.
8
1
.
1
2
1
2
===
d
tr
H
H
J

J
i
i

C
1
=
953,0
617,2
8
.
11
6
.
2
1
==
mJ
J
H
H
d
tr


- Trong đó:
617,2
7,86
9,226
2

1
===
N
N
m

- Từ K
1
& C
1
tra bảng II-6b phụ lục II ta đợc à
1
=1,984
tính đợc à
2
=
08,2
953,0
984,1
C
1
==
1
à

Vậy:
+chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung là:
-cột trên: L
x2
=à

2
.H
tr
=2,08.6=12,48 m
-cột dới: L
x1
=à
1
.H
d
=1,984.11=21,82 m
+chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung là:
-cột trên: L
Y2
=H
tr
-h
dct
= 6 - 1,4 = 4,6m
-cột dới: L
Y1
= H
d
= 11 m
2-Chọn tiết diện cột trên:
2.1-Chọn tiết diện:
-Cột trên chọn đặc, tiết diện chữ H đối xứng, chiều cao tiết diện đã chọn từ
trớc:
a=b
tr

=550 mm
+Độ lệch tâm: e=
cmm
N
M
8,72728,0
7,86
16,63
===
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hửơng hình dạng tiết diện =1,25(do tiết diện chữ
H).
Diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức:
A
YC
=
( )
2
6,204
55
8,72.8,2
25,1
.1,2
7,86
8,22,2
.
cm
b
e
R
N

tr
=












+=






+


[Type text] Page 25