BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 HAY VÀ CHI TIẾT

.1 Ch ơng 1: Kết cấu thép nhà CN

Đ1. Đại c ơng về Nhà CN bằng thép
ỉ Đặc điểm chung
- Kết cấu đa dạng. V

ợt nhịp L lớn (Nếu sử dụng khung thép)
- Th

ờng có cầu trục, tải trọng lớn (Khác với các loại nhà khác)
- Phân loại nhà theo chế độ làm việc của cầu trục:
- Chế độ làm việc nhẹ: thời gian làm việc 15%
- Chế độ trung bình: thời gian làm việc 20ữ25%
- Chế dộ làm việc nặng: thời gian làm việc 40ữ60%
- Chế độ làm việc rất nặng: thời gian làm việc >60%



ỉ Yêu cầu cơ bản khi thiết kế Nhà CN 1 tầng
- Yêu cầu sử dụng:
- Bố trí l

ới cột, hệ giằng: Thuận tiện khi lắp đặt máy móc thiết bị
- Kết cấu bảo đảm độ bền, cứng theo 2 ph

ơng dọc và ngang của công
trình.
- Đảm bảo thông gió, chiếu sáng.
- Yêu cầu kinh tế: Rẻ
(Điển hình hoá cấu kiện đến mức tối đa, chi phí sản xuất, bảo d

ỡng, sửa
chữa,)
Tuỳ theo yêu cầu từng công trình cụ thể để chọn giải pháp thiết kế:
- Khung liên hợp
- Khung toàn thép.

Đ2. Cấu tạo nhà CN 1 tầng
ỉ Bố trí l ới cột
- Theo 2 ph

ơng
- Ngang: Nhịp L (Modun 3
m
, 6
m
: 18
m
, 21
m
, 27
m
, 30
m
, )
- Dọc: B

ớc B (6
m
, 12
m

): B

ớc 12
m
chi phí vật liệu cho 1 CK tăng nh

ng
giảm số l

ợng cấu kiện.
(Chọn L, B theo 2 yêu cầu cơ bản của thiết kế Nhà CN)
- Khoảng cách khe nhiệt độ: Max 200m.
(B ớc cột ngoài cùng lùi vào 500 để bố trí s ờin t ờng và tấm panen bịt đầu hồi)



Các bộ phận nhà CN:
- Mái: Dàn mái, cửa mái, dàn đỡ kèo
- Cột
- S

ờn t

ờng
- Móng
Các bộ phận trên hợp thành khung không gian: Gồm khung ngang, khung dọc Tác
thành khung phẳng để tính (đơn giản)
Ø TÝnh khung ngang v× ®é cøng theo ph

¬ng däc nhµ lín)

2. Kích th ớc khung ngang
- Sơ đồ khung ngang
- Khung nhiều nhịp: Liên kết cột-dàn dùng lk khớp (đơn giản, dễ thi
công)
- Khung 1 nhịp: Liên kết cột-dàn dùng lk ngàm (để tăng độ cứng công
trình vì có cầu trục). Liên kết này còn phụ thuộc vào dình dạng dàn, dàn
tam giác chỉ có thể liên kết khớp với cột.




- Kích th

ớc khung ngang 1 nhịp : Theo 2 ph

ơng (đứng, ngang)
- Theo ph

ơng đứng


ỉ H
t
: chiều cao đoạn cột trên
H
t
= H
2
+ H
dct

+ H
r

H
2
= H
c
+ 100 + f
ỉ H
c
: Khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của dầm cầu trục (Catalo)
ỉ H
d
: chiều cao đoạn cột d

ới
H
d
= H - H
t
+ H
3

H = H
1
+ H
2

ỉ H
r

: chiều cao tổng của đệm và ray (th

ờng lấy bằng 200 (theo số liệu ray))
ỉ f = 200 ữ 400: Độ võng dàn, bố trí giằng d

ới
ỉ H
3
: chiều sâu chôn cột d

ới nền; H
3
= 600 ữ 1000.
ỉ H: chiều cao toàn cột.
- Theo ph

ơng ngang

ỉ a= 0 khi Q < 30T ( hoặc không có cầu trục )
ỉ a= 250 khi 30T Q 75T
ỉ a= 500 khi Q > 75T
ỉ h
t
= (1/10 ữ1/12)H
t
(Từ yêu cầu độ cứng của cột)
ỉ Kiểm tra khe hở an toàn để cầu trục không chạm vào cột
> B
1
+ ( h

t
- a ) + D; D: là khoảng hở cho phép D = 60 ữ 75
= 750 khi Q 75T
= 1000 khi Q > 75T
ỉ h
d
= a + và theo độ cứng của cột h
d
= (1/15 ữ1/20)H
ỉ L=L
ct
+2
Ø KÝch th

íc khung ngang nhiÒu nhÞp :


- KÝch th

íc ngang
- Kh«ng cã lèi ®i ë trªn: h
d
= 2λ
- Cã lèi ®i ë trªn: h
d
= λ + λ
1

λ
1

> a + b
t
+ B
1
+ D + 450
!" #$%&'()*+%',%
450: bÒ réng lèi ®i
- KÝch th

íc ®øng: nh

ë nhµ 1 nhÞp
ỉ Hệ giằng
ỉ Gồm: Hệ giằng mái & Hệ giằng cột
ỉ Tác dụng:
- Đảm bảo độ cứng không gian cho công trình ( đặc biệt là công trình
bằng thép có độ mảnh lớn)
- Giảm chiều dài tính toán, tăng ổn định tổng thể cho cấu kiện.
- Chịu tải trọng gió (giằng gió), tải do lực hãm cầu trục (giằng dọc)
ỉ Giằng mái: Đã học ở ch

ơng dàn (thép 1)
- Giằng cánh trên
- Giằng cánh d

ới
- Giằng đứng: Bố trí ở 2 đầu gối tựa và giữa dàn. Khoảng cách 12-15m
theo ph

ơng ngang; theo ph

ơng dọc giằng đứng nằm ở vị trí có giằng
cách trên và giằng cánh d

ới dàn. Cùng với các giằng cánh trên, cánh d

ới
và 2 dàn lân cận tạo khối cứng bất biến hình, làm điểm tựa cho các dàn
khác.
- Giằng cửa mái: T

ơng tự nh

ng không có giằng cánh d

ới.

ỉ Giằng cột:
- Đảm bảo độ cứng theo ph

ơng dọc nhà, ổn định cho cột (Ph ơng dọc
của khung nhà CN có độ cứng rất bé, coi cột lk khớp với móng, cấu tạo
giằng cột tạo thành miếng cứng bất biến hình để các cột khác tựa vào)
- Giằng cột trên: đ

ợc bố trí thêm ở đầu hồi, đầu khe nhiệt độ để nhận
lực gió đầu hồi và lực hãm của cầu trục giằng cột d

ới móng
- Khoảng cách từ đầu hồi giằng gần nhất: 75m

- Khoảng cách 2 giằng trong khối nhiệt độ: <50 ữ 60m
- Góc nghiêng của giằng so với ph

ơng ngang hợp lý 35 ữ 55
o
. Khi
cột cao thì làm 2 đoạn giằng cho 1 cột hoặc dùng thanh chống phụ.



ỉ Tính toán hệ giằng:


- Hệ giằng mái:
- Hệ giằng cánh d

ới:
+ Ph

ơng ngang nhà: Chịu lực gió W (Chỉ tính thanh chịu kéo, bỏ
qua thanh chịu nén, lúc đó coi thanh nén không làm việc).
-" + Ph ơng dọc nhà: Chịu ảnh h ởng của lực hãm ngang T ./%01%23*'$%
#45%6-7*%289%2:7*%9;9%+<-%0=*%'1->%?'8%2'@A9%9'@BC*%DE%04@%&'@*+"F%
G'HI*+%2'J%2-K2%L-M*%+-N*+%O%%. %P'Q*%2'R(%0A%5)*'%9S!%2'!*'% %TU%
VWXX%DY-%2'!*'%9'@%&%(Z%TU%V[XX%DY-%2'!*'%9'@%*%*Z%"%




- Hệ giằng cánh trên: Theo cấu tạo hệ giằng cánh d

ới (giằng này phải
tính trong tr ờng hợp không có hệ giằng cánh d ới)
- Hệ giằng đứng: Theo cấu tạo hệ giằng cánh d

ới
- Hệ giằng cột: Tính chịu lực dọc nhà
- Do dàn gió truyền vào
- Do lực hãm dọc cầu trục.
(Lực từ cột qua dầm cầu trục Giằng cột d ới Móng).

Đ3. Tính toán khung ngang 1 nhịp
Đ Sơ đồ tính khung ngang



Đ Chọn sơ đồ tính gần sát với sơ đồ thực tế Kết quả chính xác nhất.
Đ Giả thiết độ cứng của khung: J
1
/J
2
= 7 ữ 10 ; J
d
/J
2
= 25 ữ 40; Liên kết giữa
các kết cấu (Khung - móng, dàn - cột)
Đ Trục tính toán trục trọng tâm tiết diện.
Đ Nếu xà ngang là dàn: Trục tính toán trục cánh d

ới.
Nếu xà ngang là dầm: Trục tính toán trục trung bình.
(Sau khi tính nội lực chọn tiết diện các cấu kiện tính lại J. Nếu sai khác >
30% so với giả thiết thì phải giả thiết lại và tính lại).
Đ Tải trọng
- Tải trọng th

ờng xuyên
- Tải phân bố đều trên xà:
- Trọng l

ợng các lớp mái:
g
m
= q
0
(các lớp mái theo bảng nh

sau)
Tải trọng do
các lớp mái
Tải trọng
tiêu chuẩn
(daN/m
2

)

Hệ số
v

ợt tải

Tải trọng
tính toán
(daN
/m
2
)

Tấm panen 1,5x6m 150 1,1 165
Lớp cách nhiệt bằng bê tông xỉ
dày 15 cm

120 1,2 144
Lớp bê tông chống thấm dày 4 cm

100

1,1

110

Lớp vữa xi măng lót dày 1,5 cm

27

1,2

32

Hai lớp gạch lá nem dày 4 cm 80 1,1 88
Tổng cộng 477 539
- Trọng l

ợng dàn và hệ giằng:
g
d
= 1,2ì
d
ìL (
d
= 0.6 ữ 0.9 Hệ số trọng l

ợng bản thân)
- Trọng l

ợng kết cấu cửa trời: gct = 12ữ18 daN/m2 mặt bằng cửa trời
- Tải tác dụng lên cột
- Trọng l

ợng dầm cầu chạy: G
dcc
=
dcc
ìL
2
dcc
;

dct
= 24ữ37 khi Q < 75 T

dct
= 35ữ47 khi Q 75 T
L
dcc
: Nhịp dầm cầu trục (= B

ớc cột B)
Mô men lệch tâm tại vai cột (vị trí đặt dầm cầu chạy) M
dcc
= g
dcc
.e
- Tải trọng tạm thời
- Tải trọng cầu trục: (Gồm: Sức trục Q, trọng l ợng xe con, trọng l ợng cầu
trục)
Đ áp lực đứng: D
max
, D
min
xác định theo đ

ờng ảnh h

ởng.
Khi xe con mang vật nặng ở sát bên cột áp lực lớn nhất của 1 bánh xe
cầu trục lên ray là P
max

(đ

ợc tra theo Catalo).
Nh

vậy ta có: P
max
. (Catalo)

max
o
min
P
n
GQ
P
+
=

Trong đó: Q: Sức trục
G: Trọng l ợng toàn bộ cầu trục
n
o
: Số l ợng bánh xe ở 1 bên ray
Lúc đó lực tác dụng lên cột là:
D
max
= n.n
c
.P

max
.y
i
. M
max
=D
max
.e
D
min
= n.n
c
.P
min
.y
i
. M
max
=D
min
.e
(Khi thiết kế giả thiết e=(0.45ữ0.55)h
d
).
Với: n
c
: Hệ số tổ hợp TCVN
n: Hệ số v ợt tải
y
i

: Tổng tung độ đ ờng ảnh h ởng phản lực gối tựa ở vị trí bánh xe cầu trục.
Đ áp lực ngang T (do xe con hãm: đặt ở cao trình dầm hãm)
T
max
= n.n
c
.T
1
. y
i
.

(
(
*
G
G=
1
;
\9
]
\9\9
*
*"F^_F `
G
+
=
0

T

o
: Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục
G
xc
: Trọng l

ợng ce con
n
xc
: Tổng số bánh xe của xe con
$*
]
\9
Số bánh xe hãm (=
2
\9
*
)
f: Hệ số ma sát.
- Tải trọng do sửa chữa mái: Tính theo m
2
mặt bằng nhà (do TCVN quy định)
- Tải trọng gió:
ỉ Tải trọng gió tác dụng lên khung tính theo từng đoạn:
Khi chiều cao cột H<10m q = TCVN
Khi chiều cao cột H>10m q =
2
2
a
b

(M là mômen tại chân cột
conxon)
Tải trọng này đ

ợc quy thành phân bố đều trên cột: q = n.c.k.q
o
.B
n=1.3: Hệ số v

ợt tải
c: Hệ số khí động
k: Hệ số độ cao
q
o
: Gió tiêu chuẩn (TCVN)
ỉ Tải trọng gió tác dụng từ đáy xà trở lên Lực tập trung W.

+
=
ii
hcB
qq
W
2
21

q
1
: Tải trọng gió tại cao trình đáy xà ngang
q

2
: Tải trọng gió tại cao trình đỉnh nhà.
- Các tải trọng khác: Do cháy, nổ, động đất (Tính theo quy phạm)

Đ Tính nội lực khung:
Yêu cầu tính nội lực hkung 1 tầng, 1 nhịp (Cơ học kết cấu:Giải nội lực thủ công, máy, ).
Đ4. Kết cấu mái
(Chọn KC mái phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, thông gi , chi u sáng, t nh kinh t )
Gồm:
Đ Kết cấu mang lực mái: Dàn, vì kèo,
Đ Kết cấu bao che: Tấm lợp, panen,
Đ Hệ giằng.
Đ Mái có xà gồ
Đ Xà gồ liên kết vì kèo này với vì khèo khác để đỡ các tấm mái có kích th

ớc nhỏ.
Đ B

ớc xà gồ phụ thuộc vào kích th

ớc các tấm mái, liên kết tại nút dàn đỡ.
Đ Nhịp xà gồ là khoảng cách các xà gồ.
Đ Hình dạng tiết diện: Th

ờng là thép [ . Khi nhịp lớn hơn 12m dùng dạng dàn.
ỉ Xà gồ tiết diện đặc:

Tải trọng tác dụng vào xà gồ g

bq

nq
c
+








ì
ì=
cos

q
c
- tải trọng tiêu chuẩn trên 1m
2
mặt nghiêng mái
- góc nghiêng của mái. b - khoảng cách xà gồ.
g - trọng l

ợng bản thân xà gồ. n - hệ số v

ợt tải.
Xà gồ chịu uốn xiên Tải trọng phân bố đều trên xà gồ:
Ph

ơng x: q

x
= q.sin Tính đ

ợc M
x

Ph

ơng y: q
y
= q.cos Tính đ

ợc M
y

Kiểm tra:
R
W
M
W
M
y
y
x
x
yx
+=+=

][
22

ffff
yx
+=
Khi tấm mái liên kết chặt với xà gồ:
- Không phải kiểm tra ổn định tổng thể của xà gồ vì khoảng cách liên kết
giữa xà gồ và tấm mái là nhỏ.
- Xà gồ coi nh

không bị uốn trong mặt phẳng mái (ph

ơng x). Chỉ uốn theo
ph

ơng y với lực q
y
. Kiểm tra
200
1
3
=







ì
=
l

f
EJ
lq
l
f
x
c
y

ỉ Xà gồ tiết diện rỗng:.
- Cấu tạo nh

dàn.
- Tính toán nh

dàn th

ờng.


Đ Mái không có xà gồ: (Tấm panen đặt trực tiếp lên dàn: Mái panen BTCT)
- Kích th

ớc tấm panen định hình: 1.5x6m; 3x6m
- Nếu dùng panen 1.5x6m Phải bố trí dàn phân nhỏ hoặc tính 1 số cấu
kiện với Momen cục bộ M
cb
.
Đ Đặc điểm tính toán dàn mái (xà)
- Sơ đồ dàn (Xem Thép 1)

- Hình dạng dàn phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, yêu cầu công nghệ.
- Các dạng dàn: Tam giác, hình thang, .

- Độ dốc cánh trên phụ thuộc yêu cầu thoát n

ớc mái, loại tấm lợp
- Liên kết cứng hoặc khớp:
+ Cứng th

ờng cho khung một nhịp
+ Khớp th

ờng cho khung nhiều nhịp
- Nhịp đ

ợc chọn với bội số của 3m và 6m, nhịp tính toán đ

ợc tính với
khoảng cách hai trọng tâm chuyền phản lực gối tựa.
- Chiều cao )L(h
10
1
8
1
4/1
ữ=
- Hệ thanh bụng chọn sao cho nút trùng với vị trí đặt tải, góc nghiêng hợp lý
của thanh bụng xiên so với cánh d

ới: 35

0
ữ55
0
.

- Tải trọng tác dụng lên dàn (Xem Thép 1)
- Tĩnh tải:
- Hoạt tải:
- Gió (nếu là dàn mái nhẹ)
- Cầu trục treo (nếu có)
Phân tải thành lực tập trung tại nút dàn

- Nội lực dàn: Có thể giải bằng nhiều cách.
- Chiều dài tính toán và chọn tiết diện thanh dàn: (Xem Thép 1)
- Cấu tạo và tính toán nút (mắt) dàn.
ỉ Nút liên kết với cột:
- Dạng khớp: Xem Thép 1
- Dạng ngàm:


Tính toán nút d ới:

ỉ Tính s

ờn gối 2:
Chiều cao h
sg
đ

ợc xác định từ khả năng chịu lực của đ

ờng hàn chịu:
- Phản lực V
A

- Lực ngang h

5-*+'a'c'
"d +=
22
;
hh
A
hV
lh
V
ìì
=
2
;
2
2
6
2
hhhh
hH
lh
eH
lh
H

ìì
ì
ì
+
ìì
=

222
max
min
)
6
1(,
)(2
1
A
hgh
h
R
h
e
H
Rl
h ++


Trong đó: l
h
: Chiều dàI đ

ờng hàn liên kết bản 1 và 2.
e: Khoảng các từ lực H đến diểm giữa đ

ờng hàn.
H
max
: max(
+
HH ; )
Bề dày
bg
thoả

mãn các điều kiện:
-ép mặt:
em
A
R
V
ì


bg
A ;
sem
A
bR
V
ìì

sg

- Chịu uốn do H: ==
g
g
W
M


R
a
bH
bgbg

ì
6
.
:
8
2
1
:

aR
bH
ììì
ìì

4
3
1
Sg

- Theo đk cấu tạo: 20

sg


- Theo đk ổn định cục bộ:
R
E
b
s
s
4.0


Đ Tính bu lông liên kết bản gối nút d

ới với cột (Khi lực H gây kéo)
- B? trí tru?c kho?ng cách bu lông, loại bu lông
Kiểm tra: + Lực kéo lớn nhất ở 1 bu lông d

ới cùng
[]

= .
4
2
O
&
&
O
d
L
ee
hay kiểm tra đ

ờng kính bu lông (phần qua ren)
O
&
O
(
d
e
L


max
4

Trong đó:

ì
ì

ì
=
2
i
1
a2
azH
O
e

z: khoảng cách từ H tới hàng bu lông trên cùng (tâm quay)
Chú ý: Nếu H= 0 (tức là không có M
+
) thì đặt bu lông theo cấu tạo.
Đ Tính gối đỡ
- b
g
>b
s
.
-
g
>
s
+(5ữ10)mm
- l
g
phụ thuộc l
h
(2 đ

ờng) chịu 1.5V
a
. 95
d'
c
6
+'
f
+
1
)(2
5.1
min
+


Tính toán nút trên:


Đ Bề dày bản gối xác định từ điều kiện chịu uốn do H
Đ Đ

ờng hàn liên kết bản mã và s

ờn gối đ

ợc kiểm tra theo: (T

ơng tự nút d

ới.
R
hpn
=V
a
)

min
22
"d
+'?*'c'
+= ;
Với
''
?*
'?*
6'
d
ìì
=
2
;
2
2
6
2
hhhh
hH
lh

eH
lh
H
ìì
ì
ì
+
ìì
=

222
max
min
)
6
1(
)(2
1
?*
'+'
'
d
'
R
a
d6
' ++


Trong đó: l

h
: Chiều dàI đ

ờng hàn liên kết bản 1 và 2.
e: Khoảng các từ lực H đến diểm giữa đ

ờng hàn.
H
max
: max(
+
HH ;
)
R
hpn
: Phản lực dàn phân nhỏ
Đ Nếu lực H gây kéo Tính bu lông t

ơng tự nút d

ới. Ng

ợc lại H gây nén thì
chọn bu lông theo cấu tạo.

Đ5. Cột thép nhà CN
1. Các loại cột nhà công nghiệp

2. Cột không thay đổi tiết diện: Q < 20T và H < 10m
3. Cột thay đổi tiết diện (cột bậc): Q lớn

4. Chiều dài tính toán cột có tiết diện không đổi (Không giảng: Y/c SV tham khảo tàI liệu)
5. Trong mặt phẳng khung :
%%6
(\
%V%àì6%
%% 6$%9'-@%L=-%'J*'%'Q9% 6%V%a"%
%% à$%2:!%O)*+%?'8%2'@A9%g%%
h
a
i
i
g
9A2
\=
ì= %
Bảng 1.1. Giá tr hệ số à đối với cột ti t diện không đổi ở đầu trên liên k t cứng
h-7*%&K2%04@%LHY-%9S!%
9A2%DY-%5%*+%
G:%j<%à%&'-%g%ON*+%
% X% X>[% X>k% X>l% m% [% k% nmX%
Po*+% [% m>l% m>W% m>[p% m>mq% m>Xp% m>Xq% m%
g'Y?% % k>W[% k>X% [>qk% [>kk% [>mr% [>mm% [%

1. Ngoài mặt phẳng khung:
%%6
B[
%V%a
2
%s%a
L99

%
%%6
Bm
%V%a
L
%
2. Cơ sở để xác định chiều dài tính toán cột bậc
2:(*+%5t2%?'u*+%&'@*+"%
%
Khung 1 nhịp l.kết khớp khi mất ổn định cột đ

ợc xem là công sôn.
Khung 1 nhịp liên kết cứng khi mất ổn định cột đ

ợc xem là 1 đầu ngàm, 1 đầu ngàm
tr

ợt.
Khung nhiều nhịp liên kết khớp khi mất ổn định cột đ

ợc xem là 1 đầu ngàm, 1 đầu
khớp.
Khung nhiều nhịp liên kết cứng khi mất ổn định cột đ

ợc xem là 2 đầu ngàm.
3. 4.
4. Chiều dài tính toán cột bậc


1. Đ Trong mặt phẳng khung: l

x1
= à
1
ìH
d

l
x2
= à
2
ìH
t

à
1
tra bảng phụ thuộc vào K
1
=
1
t
d2
JH
H
J
ì
ì

và C =
1
2

2
1
d
t
N
N
J
J
H
H

à
2
=
C
1
à
(bảng tra có trong quy phạm)
2. Đ Ngoài mặt phẳng khung: l
y2
= H
t
- H
dcc

l
y1
= H
d