ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Thuyết minh
Đồ án môn học : Kết cấu thép
Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.

Phần I : Tính toán chung
Các số liệu của nhà :
- Nhịp khung :
L = 24(m)
- Sức trục :
Q = 50(Tấn)
- Cao trình đỉnh ray:
H1 = 9,5(m)
- ¸p lùc giã tiªu chn:
Wo = 95(daN/m2)
- Bíc khung :
B = 6(m)
- ChiỊu dµi nhµ :
17B = 17x6 = 102(m)
- ChiỊu cao dÇm cÇu trơc : Hdct = 700(mm)
- ChiỊu sâu chôn cột :
H3 = 800(mm)
- Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình.
+ Lk=22,5m
+ H= 3,15m
+ B = 6,65m
+ L1=5,25m
+ B1=0,3m.

+ Lo¹i ray KP80 tra b¶ng ta cã Hr=130mm (theo b¶ng VI.7).
VËt liƯu líp mái:
-

Mái sờn BTCT 1,5mx6m(gTC = 150(daN/m2).

-

Bê tông chống thấm dày 4 cm(o = 2500Kg/m3)

-

Bê tông xỉ dày 12cm(o = 500Kg/m3)

-

2 lớp lát dày 1,5cm/lớp(o = 500Kg/m3)

-

2 lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp9o = 500Kg/m3)

-

Hoạt tải mái pc = 75daN/m2
Que hàn N46 có Rgh=1800daN/cm2. Rgt=1650daN/cm2.
Phơng pháp hàn tay có h=0,7; t=1;

Phần II : Tính toán chung
I/Thành lập sơ đồ kết cấu, kÝch th íc chÝnh cđa khung ngang, lËp líi

mỈt b»ng lới cột, lựa chọn và bố hệ giằng mái, hệ giằng cột:

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 díi:

1


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

I.1./ Xác định sơ đồ khung ngang và các kích thớc khung ngang:

- Kết cấu chịu chịu lực của nhà xởng gồm các khung ngang cơ bản, liên kết với các két cấu
dọc nh dầm cầu trục, dầm hÃm, thanh biên.
- Thanh ngang gồm có cột và dàn. Liên kết dàn và cột là liên kết cứng do độ cứng của khung
một nhịp là nhỏ, liên kết cứng tạo độ ổn định cho khung.
- Hệ dàn của khung ngang là dàn hình thang để thực hiện gia công liên kết cứng của dàn với
cột đợc dễ dàng.
- Cét cđa khung ngang lµ cét giËt bËc, tiÕt diƯn thay đổi từ dầm vai đỡ dầm cầu trục.
a. Các kích thớc chính theo phơng đứng khung ngang:
- Chiều cao dầm cầu chạy: hdcc= 0.7m
- Chiều cao ray :
hray= 0.13m
- Chiều cao từ mặt ray đến cánh dới của dàn.
H2 = (Hc+f)+100
Hc: KÝch thíc gabarit cđa cÇu trơc tÝnh tõ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con tra phụ
lục VI.1<138> ta có Hc=3,150m.

100: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
f: khe hở xét đến độ vâng cđa kÕt cÊu lÊy 0,4m(theo s¸ch thiÕt kÕ KC thép nhà CN ).
H2=(3,150+0,35)+0,1= 3,6m
- Chiều cao của cột trên:
Htr = hdcc+H2+hr
hr : Chiều cao của ray và đệm. Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kế KC thÐp
nhµ CN øng víi läai ray KP80 ta cã chiỊu cao là 0,13m; chiều cao của đệm là 0,07 hr =0,2m
hdcc=0,7m đà nêu ở trên.
Htr=hdcc+H2+hr=0,7+3,6+0,2=4,5m
- Chiều cao của nhà tính từ cốt 0,00 đến trục của thanh cánh dới dàn v× kÌo.
H=H1+H2=9,5 + 3,6 =13,1m.
- ChiỊu cao cđa cét díi:
Hd = H - Htr + H3
H3:Chiều sâu của phần cột chôn dới cốt mặt nền : H3 = 0,8m
Hd = H-Htr+hch= 13,1 - 4,5 + 0,8 = 9,4m.
- ChiÒu cao đầu dàn:
Với kích thớc là dàn hình thang lấy hđd=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN).
- Chiều cao cửa trời:
Chọn hct=3,4m Độ dốc mái là i = (3,4 - 2,2)/12 = 1/10
b. Các kích thớc theo phơng ngang:
- Kích thớc cơ bản của nhịp là : L = 24 m.

2


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

- a: khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, a phụ thuộc vào chế độ làm việc của

cầu trục.
- Sức nâng cầu trục Q = 50 T và đảm bảo khoảng cách Lk = 22,5m
- Ta chän a=250mm.
→ htr = 0,5m
- Chän λ:
λ : Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mÐp ngoµi cđa cét díi.
λ ≥ B1 +(htr - a) + D=0,3+(0,5-0,25)+ 0,2=0,75m;
B1: Khoảng cách từ trục ray đến mép ngòai của cầu chạy lấy theo catalô cầu chạy, ta có
B1=0,3m.
D: Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép trong của cột trên lấy là 0,2m
=750mm
- Tính chiều cao tiÕt diƯn cét díi hd:
hd: Theo ®é cøng ta có hd =(1/15 ữ 1/20) Hd= (1/15 ữ 1/20)x9,4m
Theo điều kiƯn cÊu t¹o ta chän hd = λ+a=750+250 = 1000mm

3


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lª minh : 47xd6

Q = 50 T

1

2

c. Bè trÝ khung ngang, lựa chọn 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.
- 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 các thanh chéo chữ nhật 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 nhà và bố trí thêm ở giữa khối sao
cho khoảng cách giữa chúng là 60 m. Mặt bằng bố trí giằng cánh trên đợc thể hiện nh hình vẽ
dới.
- Bố trí gằng trong mặt phẳng cánh dới :
Giằng trong mặt phẳng cánh dới đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên . nó cùng với
giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dới tại đầu hồi
nhà làm gối tựa cho cột hồi chịu tỉ trọng gió thổi lên tờng Hồi nên còn gọi là dàn gió. Do Xởng
có Cầu trục Q = 50 tấn để tăng độ cứng cho nhà ta bố trí thêm Hệ giằng cánh dời theo ph¬ng

4


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

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 đây.

500

500

hệ giằng cánh trên

6000

e

23500
24000

6000

d

6000

c

500

6000

b

a

5500

6000
3

6000
4

6000

6000
6

5

6000
7

6000
8

6000
9

6000
10

6000
11

6000
12

6000
13

6000

14

6000
15

6000
16

5500
17

hệ giằng cánh duới

500

500
18

6000

e

6000
2

1

500

500

23500
24000

6000

d

6000

c

500

6000

b

a
500

1

5500

6000
2

6000
3

6000
4

6000
5

6000
6

6000
7

6000
8

6000
9

6000
10

6000
11

6000
12

6000
13

6000
14

6000
15

6000
16

5500
17

500
18

d. 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 :
e. Bố trí hệ giằng cột :

Trong mỗi trục dọc một khối nhà khi chiều cao cột lớn hơn 9m thì cần phải 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 bã trÝ st chiỊu cao cđa 2 cét ®Üa cøng 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 nhà để không cản trở khối nhiệt độ. Trong các gian ®Çu
5


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

600

và cuối nhà bố trí giằng cột cho 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 :

giằng đứng đặt tại thanh
đứng cửa mái

giằng đứng đặt tại thanh
đứng đầu dàn

6000

giằng đứng đặt tại thanh
đứng đầu dàn

6000

6000

6

6000

2200 600

3400

giằng đứng đặt tại thanh
đứng cửa mái


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

+16.100
+13.900
thanh chống

+9.400

dầm cầu trục

6000
1

6000
2

6000

3

6000
4

6000
5

6000
6

6000
7

6000
8

6000
9

6000
10

6000
11

6000
12

6000

13

6000
14

6000
15

6000
16

6000
17

18

bố trí hệ giằng cột

b- Tính toán khung ngang:
II- xác định Tải trọng tác động lên khung ngang, biểu đổ nội lực cho
các trờng hợp tải, lập bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trng
của cột khung:

II.1-Tải trọng tác động lên dàn: (đợc tính ra đơn vị daN/m2)
a. Tải trọng mái:
Dựa vào cấu tạo của mái để tính trọng lợng từng lớp(đơn vị N/m2 mặt dốc mái) Đổi ra
N/m2 mặt bằng bằng cách chia cho cos , là góc dốc của mái

Các lớp máI
- Hai lớp gạch lá nem = 2000daN/m3. Dày 3cm

- 2 Lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp = 1800 daN/m3. Dày 3 cm
- Bê tông xỉ cách nhiệt = 500daN/m3. Dày 12 cm.
- Lớp bê tông chống thấm = 2500daN/m3. Dày 4 cm.
- Panen mái 1,5x6m; = 150daN/m2. Dày 10 cm=0,1m
Cộng

Vậy ta lấy gom = 490daN/m2.

Tải trọng
tiêu chuẩn
(daN/m2)

60
54
60
100
150

424

i=1/10 tg =1/10cos= 0.995
Tính trên mặt bằng
gm= gom/cos=490/0.995 = 492,5daN/m2.
b. Trọng lợng của dàn và hệ giằng : (Tính theo công thức kinh nghiệm)

7

Hệ số
vợt
tải

1,1
1.3
1,3
1,1
1,1

Tải trọng
tính to¸n
(daN/m2)

66
70,2
78
110
165
489,2


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

gd = 1,1.1,2.d.L(daN/m2)
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=0,7
1,2: hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng.
L: nhịp dàn 24m theo đầu bài
1,1 Hệ số vợt tải.
gd= 1,1.1,2.0,7.24= 22,176 daN/m2 mặt bằng.

c. Trọng lợng cửa mái: (lấy theo kinh nghiệm)
gcm=1,1.(12 ÷ 18) daN/m2 cöa trêi.
Ta lÊy gcm=18 daN/m2 cöa trêi.
d. Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa:
- Trọng lợng cưa kÝnh:
gk=1,1.(35 ÷ 40) daN/m2 cưa.
Ta lÊy gk= 40 daN/m2 .
- Trọng lợng của bậu cửa:
gb=1,1.(100 ữ 150) daN/md của bËu cưa (trªn + díi).
Ta lÊy gb=130 daN/md .
- Träng lợng cửa trời phân bố đều trên mặt bằng nhà :
gct=[18x1,1x12x6 + 2x(130x6 + 40x2,2x6)x1,1] : [24x6]
gct= 28,883 daN/m2
- Träng lợng phân bố đều dàn là :
Gtt = gi x B = (492,5 + 22,176+ 28,883)x6 = 3261,35 daN/m2
II.2/T¶i träng tác động lên cột:
a. Do phản lực đầu dàn (lực đợc đặt vào trục cột biên):
Agtt = 3261,35x12 = 392 KN = 39,2 T
Aptt = 585x12 = 70,2 KN = 7,02 T
b. Do trọng lợng của dầm cầu chạy:
Theo công thøc kinh nghiƯm:
Gdcc=αdcc.L2dcc.1,1
Víi Q=50T ta chän αdcc =37, Ldcc=6m.
⇒ Gdcc= 37.62.1,1= 1465,2daN.
c. Do trọng lợng của dầm ray truyền lên cét:
Gray = gray x B = 63,69 x 6 = 0,382 T = 3,82 KN
CÇu trơc KP-80, 50 TÊn -> träng lỵng ray : gray = 63,69 (kg/m)

8

Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

d. 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 cÇu trơc ta cã :
Pcmax = 46,5tÊn = 465KN
Q: träng lợng vật cẩu=50T theo đầu bài Q =500KN.
G: trọng lợng của toàn bộ cần trục GXC = 66,5T
no: số bánh xe 1 bên ray no = 2 bánh.
Pcmin=(Q+G)/no - P c1max= (50+66,5)/2 46,5 = 11,75T
áp lực lớn nhất lên vai cét Dmax:
Dmax = n.nc.( Pcmax.Σyi) = 1,2.0,85.46,5.(1+0,125+0,76666) = 89,722 T
Dmax =
897,22 KN
Mmax =
897,22 x 0,375 = 336,4 KN.M
¸p lùc nhỏ nhất phía bên kia là Dmin:
Dmin=n.nc.( Pcmin.yi) = 1,2.0,85.11,75.(1+0,125+0,16666) = 22,672 T
Dmin =
226,72 KN
Mmin =226,72 x 0,375 = 85,2 KN.M

p1

p1

p1

0,125
0,7666

1,000

e. áp lực ngang của cầu chạy:

9

p1


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

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:
Tc1= (Q+GXC).0,05/no.
Tra bảng cầu trôc ta cã GXC =38T=380KN
Tc1 = (500 + 180).0,05/2 = 17 KN
Các lực ngang Tc1 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(TÝnh
theo ph¬ng ngang):
T= n.nc. Tc1.Σyi=1,2.0,85.17,05.(1 + 0,125 + 0,76666) = 32,80KN
Lùc nµy chØ cã thĨ cã mét 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 qo= 95daN/m2.
Phía đón gió : qd=n.qo.k.c.B (daN/m)
Phía trái gió : qtr=n.qo.k.c.B (daN/m)
n:hệ số vợt t¶i n = 1,2.
B:Bíc khung B = 6m.
c,c’:Tra b¶ng hƯ 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 cã k = 1
h=15m cã k = 1,11 => h = 13,1 m néi suy ⇒k = 1,05
h=20m cã k = 1,19 => h = (13,5 + 2,2 + 0,75 + 4,5 + 0,6) = 21,05 m => k = 1,204
h= 30m cã k = 1,32
Tõ cao tr×nh 0.00 ®Õn cao tr×nh 13,1 m
q® = n.qo.k.c.B = 1,2.95.1.0,8.6 .1,05 = 574 daN/m.
qh = n.qo.k.c’.B = 1,2.95.1.0,6.6.1,05 = 427 daN/m.

10


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

3m

0,6m

sơ đồ tải trọng gió

Qh
13.5m

W
Qđ

0.75m
ho = 2.2m

W'

0.00
l = 24m

-Trong phạm vi mái :Tải trọng gió qui về lùc tËp trung:
W=n.q0.k.B.∑Cihi
+MỈt trc:
α=90o,cã h1=2,2m→C1= 0,8
α=30 ,H/L = (2,2+14,5)/24 = 0,6985 cã h2 = 0,75m→ C2= - 0,62
α=90o,cã h3= 3m→C3=0,7
α=30 có h4= 0,6mC4=- 0,8
+Mặt sau:Tơng ứng ta tra ra đợc hƯ sè c cđa mỈt sau øng víi tõng chiỊu cao h lµ :
C1 = - 0,6; C 2= -0,6; C3=-0,6; C4= - 0,6;
k:Trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đáy vì kèo và giá trị ở ®é cao ®iĨm cao nhÊt
cđa m¸i 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
II.4.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 nªn lùc däc ë cét chØ cã V, V’;ë cét díi cã thªm Dmax;Gdcc(bá qua träng

11


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

lợng bản thân của cột, sau ny khi chọn tính cột sẽ tính trọng l ợng bản thân 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 đ ợc
ghi làm 2 dòng ; Dòng trên ghi trị số đúng dùng cho tổ hơp cơ bản I(hệ số tổ hợp bằng 1). Dòng
dới ghi trị số nhân 0,9 dùng cho tổ hợp cơ bản II.
THCBI = Tải trọng thờng xuyên + 1tải trọng tạm thời
THCBII = Tải trọng thờng xuyên + 0,9xtải trọng tạm thời.
Ta cần tìm tại mỗi tiết diện:
+ Tổ hợp gây mômen dơng: M+max; Nt
+ Tổ hợp gây mômen âm lớn nhất M-max; Nt
+ Tổ hợp gây lực nén lớn nhất: Nmax; M+t(M+t)

Phần 2 :Thiết kế cột
Nội lực tính toán đợc xác định bởi 3 cặp từ bảng tổ hợp
Với cét trªn : N = 47.305daN;
M = -41.438daNm
Víi cét díi :

N = 128.055daN; M = 98.371daNm
N = 121.735 daN; M = -61.058daNm
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:
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng uốn : l2x= à2.Htr.
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng uốn : l2y = Htr – Hdcc

12


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Giá trị hệ số à1 phụ thuộc vào tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cét
k1=i2/i1=(J2/Ht) (Hd/J1)= (J2/ J1)(Hd/Ht) = (1/9).(9,4/4,5)= 0,26111
Tû sè lùc nÐn m = Nd/Nt = 128.055/47.305 = 2,707
c1=(Hd/Ht)[(J1/ J2.m)1/2] =(4,5/9,4)(9/2,707)1/2=0,823
Dùa vµo bảng II.6b phụ lục II sách Thiết kế KC thép nhµ CN ta néi suy cã µ1=1,9625
→

µ2=µ1/c1 =1,9625/0,823= 2,38465 <3 (tho¶ m·n)

→

l2x= 2,38465 x 4,5 = 10,731m

l2y= 4,5 – 0,7 = 3,8m
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: Gc=gc.hc
a. Cột trên:
gc=[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; Cét díi chän k = 0,45.
R: Cêng ®é tính toán của thép làm cột.Vật liệu thép BCT3K2 có R = 2150daN/cm2
: Hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột lấy =1,6;
: Trọng lợng riêng của thép lấy = 7850daN/m3.
N: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi cha kể đến trọng lợng bản thân.Với cột trên
N = Nt = 47.305daN


gc = [47.305/(0,3.2,15.107)].1,6.7850 = 92,116 daN/m

hc:Chiều dài đoạn cột.
Htt = Ht+h®d = 4,5 + 2,2 = 6,7m
Gc = 92,116 x 6,7 = 617,2daN
Lực dọc tính toán cho cột trên: Ntt = 47.305 + 617,2 = 47.922daN
b. Cét díi:
k = 0,45, R = 2,15.107daN/m2, ψ =1,6; γ = 7850daN/m3.
ΣN = Ntmax = 128.055daN, Hd=9,4m
→

gc = [128.055/(0,45.2,15.107)].1,6.7850= 166,24 daN/m
Gc = 166,24.9,4 =1562,65daN

13

Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Vậy ta có lực dọc tính toán cho cét díi
N1tt= 128.055 + 617,2 + 1562,65 = 130.235 daN; M1= 98.371daNm
N2tt= 121.735 + 617,2 + 1562,65 = 123.915 daN; M2= -61.058daNm
II.2-ThiÕt kÕ tiÕt diƯn cét trªn
a. Chän tiÕt diện cột:
Diện tích yêu cầu sơ bộ:
Ayc = N.[+(2,2ữ2,8)e/h]/R
e = M/N→e = 41.438/47.922 = 0,8647m = 86,5cm
Ta thiÕt kÕ cét đặc tiết diện chữ H=1,25, =1;R=21,5kN/cm2=21,5.102 daN/cm2; =1;
Ayc = 47.922[1,25+2,4.86,5/50]/21,5.102 = 123,24cm2.
b. Hình dạng và cấu tạo tiết diện cột:
- Chiều cao tiết diện cột trên bt=0,5m (cố định theo phần I)
- Chiều dày bản bụng : đợc chọn sơ bộ b= 0,01m = 10mm.
- Chiều rộng bản cánh:đợc chọn sơ bộ bc = 0,25m =250mm.
- Chiều dày bản cánh:đợc chän s¬ bé δc = 0,016m =16 mm

→

A = 126,8 cm2.
468

10

16

46,8x1
= 46,8 cm2.
2.(25.1,6) = 80,0 cm2.

16

250

Ta cã diÖn tÝch tiÕt diện:
Bản bụng:
Bản cánh:

500

c. Kiểm tra tiết diện đà 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 tiÕt diÖn:
Jx = 1.46,83/12+2.(28.1,63/12+24,22.1,6.25) = 55.410,2 cm4.

14


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Jy = 46,8.13/12+2.(1,6.253/12) = 4.170,56 cm4.
Bán kính qu¸n tÝnh:
rx= (Jx/A)0,5= (64.783,4/142,8)0,5 = 20,9 cm.

ry= (Jy/A)0,5 = (7.203,9/142,8)0,5 = 5,735 cm.
M« men chèng uèn:
Wx=2Jx/h = 2x64.783,4/50 = 2.216,4 cm3.
- Độ mảnh và độ mảnh qui ớc của cột trªn:
λy = l2y/ry = 380/5,735 = 66,26 cm/cm.
λx= l2x/rx= 1073,1/20,9 = 51,34 cm/cm.
λx= λx(R/E)0,5 =51,34.(2150/2,1.106)0,5=1,6265 cm. víi E=2,1.106daN/cm2.
- §é lƯch tâm tơng đối m và độ lệch tâm tính đổi m1:
m = e.Ang/Wx = 86,5x125,6/2.202,8 = 4,947
Ang:DiÖn tÝch tiÕt diÖn nguyên.
với x= 1,6265 cm; m = 4,947 và Ac/Ab = (47,2.1)/(28.1,4) = 0,8547
Tra bảng II-4(trờng hợp 5) ta có
= (1,9 - 0,1m) - 0,02(6 - m)λx = (1,9 – 0,1.4,93) – 0,02(6 – 4,93).1,61 = 1,37105
m1= 1,3725.4,93 = 6,7824
V× m1<20, không có lối đi ở bụng cột Athực=Ang 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.Ang) ≤ γ.R
víi m1 = 6,7824; λx= 1,6265cm.
Tra b¶ng phơ lơc II.2 néi suy ta cã ϕlt=0,186
σx = 47.922/0,186.126,8 = 2.031,9 daN/cm2 .R=2150daN/cm2.
(Tiết diện chọn đảm bảo điều kiện uốn trong mặt phẳng uốn)
- Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung:
Tính mô men ở đầu cột đối diện với tiết diện đà có
Mb= -41.438daNm.
Mct= 5.484daNm.
Mô men ở tiết diện phần ba cột là(phía M lớn)
M =Mct + 2[Mb-Mct]/3 = 5.484+ 2[-41.438 -( 5.484)]/3 = -25.7973 daNm
M = -25.797,3 > Mb/2 = -41.438/2= -20.719 daNm(vỊ trÞ sè)

15


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lª minh : 47xd6

M’ = max( M , Mb/2 , Mct/2) : Giá trị momen qui ớc để kiểm tra ổn định
ngoài mặt phẳng khung.
m = e.Ang/Wx = (25.797,3/47.922)x125,6/2.202,6 = 3,08 ( 1Tra bảng phụ lục II.5 tìm ,
= 0,65+0,005.m’ = 0,65+0,005.3,01 = 0,6654
λy = l2y/ry = 57,98 cm/cm. , λc = 3,14.(E/R) 0,5 = 99,3
λy < λc => β = 1.
( 1Ôn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung:
y=N/(c.y.Ang).R
(với y = 66,26 cm ;R=2150daN/cm2).
Tra bảng phụ lục II.1 ta nội suy đợc y= 0,793
y = 47.922/(0,328.0,793.126,8) = 1.453,22 daN/cm2 < 2150daN/cm2
(Tiết diện chọn đảm bảo điều kiện uốn ngoài mặt phẳng uốn)
- Kiểm tra ổn định cục bộ của cột:
- Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng theo điều kiện : hb/b < [ho/b]
Theo bảng 3.4 víi m = 4,947 > 1 ; λx = 1,6265cm > 0,8
→

[ho/σb] = (0,9+0,5 λ).(E/R)0,5 ≤ 3,1(E/R)0,5
[ho/σb] = (0,9+0,5.1,6265)(2,1.106/2150)0,5 = 54,17 < 3,1.(E/R)0,5 = 96,8
VËy [ho/σb]=54,17
Ta cã hb/σb = 46,8/1 = 46,8 < [ho/b] = 54,17

(Thoả mÃn điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng cột trên).
- Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh : với = 1,61cm tho¶ m·n 0,8< λ<4
Theo b¶ng 3.3: [bo/δc] = (0,36+0,1. λ).(E/R)0,5
[bo/δc] = (0,36+0,1.1,6265)(2,1.106/2150)0,5 = 16,5276
Ta cã : bo/δc= (bc- bb)/2δc = (25 - 1)/(2.1,6) = 7,5 < [bo/δc] =16,5276
→(Tho¶ mÃn điều kiện ổn định cục bộ bản cánh).
II.3-Thiết kế cột dới (ta dùng cột rỗng):

16


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

II.3.1- Chọn tiết diện nhánh:
a. Xác định giá trị N nhánh mái và nhánh cầu trục:
Ta giả thiết gần đúng khoảng cách giữa 2 trục nhánh c = hd =100cm =1m
Các cặp nội lực:
Nhánh mái cột dới :
N2tt =130.235daN; M2tt= 98.371daNm;
Nhánh cầu trục cột dới : N1tt =123.915daN; M1tt= -61.058daNm;
Thay các giá trị vào phơng trình:
y12-[(M1+M2)/(N1-N2)+c]y1+ M2.c/(N1-N2) = 0
y12-[(61.058+ 98.371)/(123.915 -130.235)+1]y1+ 98.371x1/(123.915 -130.235) =0
y12 + 34,226 y1 - 15,565 = 0
Giải phơng trình ta có y1 = 0,6263 m; y2 = c-y1= 1-0,6263 = 0,3737 m
Lùc nÐn lớn nhất trong nhánh cầu chạy(tính sơ bộ)
Nnh1= N1.y2/c+M1/c =123.915x0,3737/1 + 61.058/1 = 107.365,2 daN

Lùc nÐn lín nhÊt trong nh¸nh mái
Nnh2= N2.y1/c+M2/c =130.835x0,6263/1 + 98.371/1 = 179.937,1 daN
Giả thiết độ ổn định =0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh
Nhánh cầu chạy:
Aycnh1= Nnh1/R = 107.365,2/(0,8.2150.1) = 62,421 cm2.
Nhánh mái:
Aycnh2= Nnh2/R = 179.937,1/(0,8.2150.1) = 104,614 cm2.
Theo yêu cầu độ cøng bÒ réng cét: b/Hd = (1/20 – 1/30).
b = 35cm (tỷ số b/Hd = 35/940 = 1/26,89)
b. Nhánh cầu chạy dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ 3 bản thép có các kích thớc tiết diện là:
Bản bụng : 32,2x1 Fb = 32,2 cm2
Bản cánh:2.(14.1,4) Fc= 39,2 cm2
Anh1= 71,4 cm2.
Tính các đặc trng hình học của nhánh:
Jx1= 2.hb3/12 = 2.1,4.143/12+13.32,2/12 = 642,95 cm2.
rx1= (Jx1/Anh1)0,5 = (642,95/71,4)0,5 = 3,001 cm.
Jy1= 1.32,23/12+2.[14. 1,43/12+14.1,4.(32,2/2+1,4/2)2] = 13.852,4 cm4.
ry1= (Jy1/Anh1)0,5 = (13.859,2/71,4)0,5= 13,928 cm.
c. Nhánh mái là tiết diện tổ hợp chữ C :
1 thép bản 300x16F = 48 cm2 và 2 thép góc đều cạnh L125x14
F = 66,8 cm2(A1g= 33,4 cm2). Zm=3,61. Jy1g = 482cm4.
Anh2 = 48 + 66,8 = 114,8 cm2.
TÝnh khoảng cách từ mép ngoài tiết diện nhánh mái đến trọng tâm tiết diện nhánh mái:

17


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lª minh : 47xd6

zo=ΣAi zi /ΣAi = (48x0,8 + 2x33,4(3,61+1,6))/114,8 = 3,366 cm.
Với zi:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của từng tiết diện.
với zo:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái.
Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh:
C = hd - zo = 100 – 3,367 = 96,633 cm
C¸c đặc trng hình học của tiết diện
Jx2=Jx+2bSx+b2F
Jx2=30.1,63/12+30.1,6(3,366-0,8)2+2.[482+33,4.(3,61+1,6-3,366)2]=1517,43cm4.
rx2= (Jx2/Anh2)0,5 = (1517,43/114,8)0,5= 3,6356 cm.
Jy2 = Jy+2bSy+a2F=1,6.303/12 + 2.[482 + 33,4.(35/2 – 3,366)2] =17.451,86 cm4
ry2 = (Jx2/Anh2)0,5 = (17.451,86,32/93,6)0,5 =13,65 cm.
Tính lại khoảng cách giữa 2 trục nhánh:
Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái:
y1=Anh2.c/A = 114,8 x 96,634/(114,8+71,4) = 59,5788 cm.
y2= c- y1= 96,634 59,5788 = 37,055 cm.
Mô men quán tính toàn tiết diƯn víi trơc träng t©m x-x:
Jx = ΣJx +Σyi2.Anhi = Jx1+Jx2+ y12.Anh1+ y22.Anh2
=642,95+ 1517,43 + 114,8 x 37,0552 +71,4 x 59,57882 = 413.233,9 cm4.
rx = [Jx/(Anh2+ Anh2)]0,5 = [413.234/(114,8+71,4)]0,5 = 47,11 cm.
II.3.2 - Xác định hệ thanh bụng:
a - Bố trí thanh bụng :
- Khoảng cách các nút giằng đợc xác định a = (hd hdv)/8 = 110 cm thanh giằng hội tụ tại trục
nhánh, phân đều giữa các nút giằng, còn lẻ bao nhiêu thì bố tính vào nút giằng chân cột.
- Chiều dài thanh xiên:
S = (a2+c2)0,5 = (1102+96,633) 0,5= 146,42 cm
- :góc giữa trục nhánh và trơc thanh gi»ng xiªn
tgα = 96,633/110 = 0.87848 → sinα = 96,633/146,42 = 0,66
α = 41,3 o
b - KiÓm tra thanh bơng xiªn - gi»ng cét:

Néi lùc trong thanh xiªn do lực cắt thực tế chân cột là: Q = 14431 daN
Ntx= Q/2sinα = 14431/2x0,66 = 10932 daN.
L©y hƯ sè làm việc thanh xiên 0,75 ( Hệ số kể dến sự làm việc lệch tâm trục liên kết và trục
thanh của các nhánh cột rỗng ).
Chọn hệ số tx giả thiết là 0,7
Ta xác định đợc Atx = Ntx/(0,75. tx.2100) = 10932/(0,75. 0,7.2100) = 9,91cm2.

18


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Chọn thanh xiên là thép L : 80x8 : Atx = 12,8 cm2 , rxmin = 1,57 cm. Zo = 2,27 cm.
Kiểm tra độ mảnh của thanh bơng xiªn
λmax = s/rmintx = 146,42/1,57 = 92,87 <[λ] = 150
( Đảm bảo yêu cầu độ mảnh của thanh xiên )
Kiểm tra điều kiện bền cho thanh xiên ( tính trờng hợp thanh nén )
Tra bảng II.1 phụ lục ta cã ϕ mintx = 0,598.
KiÓm tra : σ = Ntx/ϕmin.Atx.γ≤ R
Hệ số điều kiện làm việc của thanh xiên =0,75 kể đến lệch tâm của trục liên kết và trục thanh:
σ = 10932/(0,75.0,598.12,8) = 1904,72 daN/cm2 < R=2150 daN/ cm2.
→(Thanh xiên ổn định)
c - Kiểm tra thanh bụng ngang:
Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x:
x = lx1/rx = 1880/47.11 = 39,9
với lx1=9,4x2=18,8 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dới đà tính.
Với =41,3o nội suy bảng 3.5 đợc k = 30,8125
tđ = (x2+k.A/Atx)0,5 =(39,92+30,8125.186,2/8,78)0,5= 43,81 <[λ] =120

víi

A = Anh1+Anh2 = 114,8 + 71,4 = 186,2 cm2.

Theo tđ = 43,81 tra bảng II.1 đợc = 0,89
TÝnh

Qq = 10,932. 10-6(2.330 - E/R)N/ϕ
= 10,932.106(2.330 - 2,1.10-6/2,1.103)130.235/0,89 = 2127,6 daN

Ta thấy Qq<< Q vây ta không cần phải tính lại thanh bụng xiên và tđ.
- Thanh bụng ngang tính theo Qq = 2127,6 daN vì Qq nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngang
theo độ mảnh giới hạn [] = 150.
VËy ta chän thanh bơng ngang lµ thÐp gãc L70x8, rmin=1,38 cm.
cã λ = Sbơng/rtxmin= hd/rtxmin=100cm/1,38 = 76,6<[λ]
d -KiĨm tra tiết diện cột rỗng đà chọn:
- Kiểm tra điều kiện ổn định nhánh cầu trục( nhánh 1) :
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy
Nnh1= N1.y1/c+M1/c =123.915x37,055/96,634 + 61,058/96,634 = 110.701 daN
Nhánh cầu trục:

y1 = ly1/ry1 = 940/13,9287 = 67,486 = λ1max
λx1= lnh1/rx1= 110/3.001 = 36,656

19


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Từ 1max = 67,486 Tra bảng phụ lục II-1 đợc 1=0,805
Kiểm tra ứng suất nhánh 1( Nhánh cÇu trơc):
σ = Nnh1/ϕ1.Anh1≤ γR
σ = 110.701/0,805 x 71,4 = 1.926 daN/cm2 R = 2150daN/cm2
(Tiết diện nhánh cầu trục đảm bảo điều kiện ổn định)
- Kiểm tra điều kiện ổn định nhánh mái( nhánh 2) :
Lực nén lớn nhất trong nh¸nh m¸i
Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 130.235.59,5788/96,634 + 98.371/96,634 = 182.093 daN
λy2 = ly2/ry2 = 940/12,33

= 76,24 = λ2max

λx2 = lnh2/rx2 =110/3,6356

Nhánh mái:

= 30,256

Từ 2max = 76,24 Tra bảng phụ lục II-1 đợc 1=0,76
= Nnh2/2.Anh2 = 182.093/0,76 x 114,8= 2087,1 daN/cm2 > R = 2150daN/cm2
(Tiết diện nhánh mái đảm bảo điều kiện ổn định)

- Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:
Cặp nội lực nhánh cầu trục :
N1tt = 123.915; M1tt= 61.058daN
e1 = M1/N1 = 61.058/123.915 = 0,49275m = 49,275 cm

20

Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Độ lệch tâm tơng đối :
m = e1.A.y1/Jx = 49,275x170,64 x53,443/402.709 = 1,116
λt® = λt® (R/E)0,5 = 46,368.(2,15.103/2,1.106) 0,5 = 1,3716
Tra b¶ng phơ lơcII-3 ta cã ϕlt= 0,443
- ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo ®iỊu kiƯn
N1/ϕlt.A = 123.915/0,443x170,64= 1.699,8 daN/cm2 ≤ γR = 2150daN/cm2
(TiÕt diện cột rỗng dới đảm bảo điều kiện ổn định với cặp N1tt, M1tt)
Cặp nội lực nhánh mái :
N2tt = 130.235daN; M2tt = 65.129daNm;
e2 = M2/N2 = 65.129/130.235 = 0,50 m = 50cm
Độ lệch tâm tơng đối.
m = e2.A.(y2+zo-1,6)/Jx =50x130,235.(43,988+2,568-1,6)/402.709= 0,9535
(1,6 : chiều dày của bản thép của tiết diện nhánh mái)
tđ = tđ (R/E)0,5 = 46,368.(2,15.103/2,1.106) 0,5 = 1,3716
Tra bảng phụ lụcII-3 ta có lt = 0,461
ổn định toàn thân cột đợc kiểm tra theo điều kiện.
N2/lt.A = 130.235/0,461x170,64=1.716,3daN/cm2 R = 2150daN/cm2
(Tiết diện cột rỗng dới đảm bảo điều kiện ổn định với cặp N2tt, M2tt)
e - Tính liên kết các thanh giằng vào các nhánh cột:
Đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột phải chịu đợc lực
Ntx = 10932 daN.
Với thép CT3 dùng que hàn N-46 Rbtc≤ 3.450daN/cm2 ta cã:
Rgh=1.800daN/cm2, Rgt=0,45. RbtcdaN/cm2= 0,45x3.450=1.550daN/cm2.
hµn tay cã βh=0,7; βt=1;
βt.Rgt = 1x1.550 =1.550 daN/cm2.

βh.Rgh = 0,7x1.880 = 1.260 daN/cm2 = (h. Rg)min.
Ta có thanh xiên là thép góc L80x8
Chọn chiều cao đờng hàn sống hhs = 8mm, chiều cao đờng hàn mép hhm = 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:
lhs = 0,7Ntx/hhs.(β.Rgh) min.γ = 0,7x10932/(0,8x1.260x0,75) = 10,1 cm
lhm = 0,3Ntx/hhm.(β.Rgt) min.γ = 0,3x10932/(0,6x1260x0,75) = 5,6 cm
(với hệ số điều kiện làm viÖc γ=0,75)

21


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Đờng hàn liên kết thanh bụng chịu lực cắt Qq rất bé do đó ta lấy đờng hàn theo cấu tạo
hhs = 6mm; hhm = 5mm; lh > 4cm;
II.3.3.Thiết kế các chi tiết cột:
a. 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
mặt dầm vai cột 1 khoảng là 500mm ( và tiến hành cắt vát trong đoạn 500 mm này) 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 tại tiết diện Ct.
Cặp nội lực:
N1tt = 40.985daN; M1tt = 5.483 daNm; (1;3;5;8)
N2tt = 47.305daN; M2tt = -9.697 daNm. (1;2;7)
Nội lực lớn nhất mà cánh ngoài phải chịu:
Sngoài = N1/2+M1/bt’ = 40.985/2 + 5.483/(0,5 - 0,016) = 31.821 daN
(Trong đó: bt=( bt-c):khoảng cách trục 2 bản cánh cột trên).

- Cánh ngoài cột trên nối với bản phủ nhánh mái bằng đờng hàn đối đầu thẳng góc.
Chiều dài đờng hàn b»ng chiỊu réng cét trªn lh = (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 = 46,8cm2, bản cánh: 2.(25.1,6) = 80cm2.
ứng suất trong đờng hàn đối đầu nối với bản cánh ngoài là:
h = Sngoµi/(δhlh) = 31.821/1,6.(25 - 2.0,5) = 828,67 daN/cm2 <γR = 2100daN/cm2
( Đờng hàn đảm bảo điều kiện chịu lực)
Cánh trong cột trên hàn vào bản thép K bằng đờng hàn đối đầu, phần trên bản K chính là
một phần của nhánh trong cột trên, phần dới bản K xẻ rÃnh lồng vào bụng của dầm vai và hàn
với bụng dầm vai bằng bốn đờng hàn góc.
Chọn bản nối K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều rộng bản cánh của cột đặc trên.
Nội lực lớn nhất trong cánh trong cột trên:
Strong = 47.305/2 + 9.697/(0,5 -0,016) = 43.678,6 daN
Dùng đờng hàn đối đầu thẳng góc ứng suất trong đờng hàn nối là:
h = Strong/(hlh) = 43.378,6/1,6.(25-2.0,5) = 1.129,6 daN/ cm2 < R=2100daN/cm2
( Đờng hàn đảm bảo điều kiện chịu lực)
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).
b. Tính toán dầm vai:

22


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

- Lực tác dụng lên dầm vai:
Tính dầm vai nh 1 dầm đơn giản có nhịp l=bd=100cm
str=43.678,6 daN
S trong = 43.678,6daN đặt tại giữa nhịp.
Phản lực gối tùa:
A=B=Strong/2=43.678,6/2= 21.839,3daN =21,84 T A = B = s/2
A = B = s/2
Mô men lớn nhất tại giữa nhịp:
Mmaxdv = S trong.l/4 = 43.678,6/4 =
10.919,65 daN.m
Mmax = 10.919,6 daN.m
Chän chiÒu dày bản đậy mút nhánh cầu trục bđ=20mm;
Chiều rộng sờn đầu dầm bs = 300mm.
Chiều dày dầm vai đợc xác ®Þnh tõ ®iỊu kiƯn Ðp cơc bé cđa lùc tËp trung
Dmax+Gdct = 89.722 + 1.465,2 = 91.187,2 daN.
ChiỊu dµi trun lùc Ðp cơc bé : z = bs+2δb® = 30+2.2 = 34cm
- Chiều dày cần thiết bản bụng dầm vai:
dv= (Dmax+Gdct)/z.Repm = 91.187,2/34x3.200 = 0,838cm . LÊyδdv = 10mm
( trïng với độ dày của bản bụng cột trên)
- 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 thoả mÃn 4 yêu cầu sau : chịu lực S trong, chịu uốn cục bộ, đủ để
chứa 4 đờng hàn, yêu cầu cấu tạo hdv > 0,5.hd Giả thiết chiều cao đờng hàn góc là hh = 6 mm
Chiều dài cần thiết 1 đờng hàn liên kết bụng vai với bụng cầu trục lµ:
lh1 = [Dmax+Gdct+B]/[4hh.(βRg)min] + 1
= (91.197,2 + 21.840)/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 38,38 cm.
(Rg)min:lấy giá trị nhỏ hơn 2 giá trị tRgt và hRgh.Lấy(Rg)min = 0,7.1800
Chiều dài 1 đờng hàn cần thiết liên kết bản K vào bụng dầm vai
lh2 = S trong/[4hh.(βRg)min] + 1 = 43.678,6/4.0,6.0,7.1800 + 1 = 15,44 cm.
Theo yêu cầu cấu tạo hdv0,5hd = 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 hdv = 60cm.Chiều dày bản cánh dới dầm vai
lÊy 1 cm. ChiỊu cao b¶n bơng hbdv = 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 lµ :
W = δ dv .hbdv2/6 = 1.572/6 = 541,6 cm3.
øng suÊt: σh = Mdvmax/W =10.919,65.102/541,6= 2.016,18 daN/ cm2 < γR = 2100daN/cm2

23


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

Thoả mÃn điều kiện chịu uốn.
c. 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
Nnh1= N1.y1/c+M1/c =123.915x42,027/97,4315 + 61,058/97,4315 = 116.118 daN
Lực nÐn lín nhÊt trong nh¸nh m¸i
Nnh2 = N2.y2/c+M2/c = 130.235.55,4/97,431 + 65.192/97,4315 = 140.968 daN
-Xác định kích thớc bản đế:
Diện tích yêu cầu của bản đế đợc xác định theo CT:
Abđ=N/Rncb
Giả thiết hệ số tăng cờng độ do nén cục bộ xuống mặt bê tông móng: mcb=(Am/Abđ)1/3 =1,2.
Bê tông móng #200 cã Rn=90kg/cm2.
Rncb = mcb.Rn = 1,2.90 = 108 daN/cm2.

DiÖn tích yêu cầu của nhánh cầu trục là:
Anh1yc = N nh1/Rncb = 110.701 /108 = 1.025 cm2.
Diện tích yêu cầu của bản đế nhánh mái là :
Anh2yc = N nh2/Rncb = 182.093 /108 = 1.686 cm2.
Chọn chiều rộng bản đế : B = bc+2δd®+2c = 35 + 2.1,4 + 2.3,6 = 45cm
Chiều dài L của bản đế tính đợc là:
L1bđyc = Anh1yc/B = 1.025/45 = 22,7 cm. LÊy L1b® = 25cm.
L2b®yc = Anh2yc/B = 1.686/45 = 37,4 cm. LÊy L2b® = 40cm.
ứng suất thực tế ngay dới bản đế:
nh1 = Nnh1yc/Anh1 = 110.701/(25.45) = 98,40 daN/cm2.
σnh2 = Nnh2yc/Anh2 = 182.093/(40.45) = 101,126 daN/cm2.
-Xác định chiều dày bản đế:
+Tính chiều dày bản đế nhánh mái:
a: là chiều dài biên tự do : a = 45/2-3,6-1,4/2 = 18,2 cm.
b: lµ chiỊu dµi cạnh vuông góc với biên tự do : b = 30/2+2,568-1,6/2 = 16,768 cm.
Ta cã : b/a = 16,768/18,2 = 0,9213 tra bảng 3.6 ứng với bản kê 3 cạnh ta đợc = 0,10825.
Mô2=.nh2.a2 =0,10825.101,126.18,22 =3.627,2 daNcm. Ta chọn Mô2 để tính toán
Chiều dày bản đế của nhánh mái là:
bđm = bđ2 = (6M/R.)1/2 = (6x3.627,2/2100x1)1/2= 3,21 cm;
Lấy bđ2 = 3,4cm

24


Đồ án Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp

hoàng lê minh : 47xd6

+Tính chiều dày bản đế nhánh cầu trục :
a: là chiều dài biên tự do : a = 45/2-3,6-1,4/2 = 18,2 cm.

b: là chiều dài cạnh vuông gãc víi biªn tù do : b = 25/2 = 12,5 cm.
KiĨm tra:ta cã b/a =12,5/18,2= 0,6868 . tra b¶ng 3.6 ứng với bản kê 3 cạnh ta đợc = 0,082.
Mô2 = .nh1.a2 = 0,082.98,40.18,22 = 2.803,5 kgcm.
Vậy

bđ1 = (6M/R.γ)1/2 = (6x2.803,5/2100.1)1/2 = 2,83 cm . Chän δb®1 = 3cm.

Chọn cùng chiều dày bản đế cho cả 2 nhánh cột : bđ = 3,4 cm.
- Tính các bộ phận ở chân cột :
Toàn bộ lực từ cột truyền xuống thông qua 2 dầm đế hàn vào cánh thép L:125x14 và 1 dầm đế
hàn xuyên qua, vào bụng nhánh của tiết diện cột. 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
q2dđ = (5 + 18,2/2).101.162 = 1.426,3daN/cm.
Tải trọng tác động lên dầm đế ở nhánh cầu trục
q1dđ = (5 + 18,2/2).98,40= 1.387,3 daN/cm.
Tổng phản lực truyền lên dầm đế ở nhánh mái:
N2dđ = 1.426,3x40 = 57.040 daN.
Tổng phản lực truyền lên dầm đế ở nhánh cầu trục:
N1dđ = 1.387,3x25 = 36.382,5 daN.
+Tính liên kết dầm đế vào thép L125x14 :
- Lực N2dđ do 2 đờng hàn liên kết dầm đế với sống và mép thanh thép góc L100x12 của
nhánh mái. Chiều dài cần thiết của đờng hàn là (chọn hs = 16mm;hm = 10 mm):
lhs=N2d®.(bg-ag)/[bg.hs.(βRg)min]=57040
(1,6/2+2,5684)/10x1,6x0,7x1260=14,53cm.
lhm=N2d®.(bg-ag)/[bg.hm.(βRg)min]=36.382x(10-1,6/2,5684)/10x1,0 x1260

x(10–
=19,148 cm.

Trong ®ã:
bg:chiỊu réng thÐp gãc = 10cm.
ag:khoảng cách từ trọng tâm nhánh mái đến đờng hàn sống:(1,6/2+2,5684)=3,3684 cm.
Chọn dầm đế của nhánh mái có bề dày bđ = 14 mm còn chiều cao tối thiểu phải lớn hơn chiều
dài lhm = 20 cm và thoả mÃn ĐK chịu uốn và cắt( bằng cách tính sờn A là dầm đế chịu phản lực
đáy móng lớn nhất)
+ Tính sờn côngxôn A nhánh mái:
Sờn A dựa vào cấu tạo ở đế cột nhánh mái. Tải trọng tác dụng lên sên c«ng x«n A:
qA = 104,421x18,2 = 1.900,47 daN/cm .
M« men và lực cắt tại tiết diện công xôn có 2 đờng hàn(Chỗ có 2 đờng hàn góc liên kết sên víi
bơng cét lµ :
QA = qA.lA = 1.900,47x(30/2+2,5684 -1,6) =1.900,5x15,97 = 30.351daN.

25