đồ án kết cấu thép

Thuyết minh đồ án SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
THUYếT MINH Đồ áN
KếT CấU THéP
A,Xác định kích th ớc theo ph ơng ngang nhà:
I,Theo ph ơng đứng:
Chọn cốt nền nhà trùng với cốt +0.00 để tính các thông số chiều cao.Ta có cao trình
đỉnh ray H
r
= 10m, nhịp nhà L=21m (theo đề bài).
Mặt khác do tải trọng cầu trục Q=50t 75t
Tra phụ lục VI.1 ta có thông số về cầu trục:
Lk= 19,5m
B1=300mm.
B=6650mm.
K=5250mm.
H
C
=3150mm.
Chiều cao từ cao dầm câu chạy:
hdcc=(1/5ữ1/8)Ldcchdcc=(1/5ữ1/8)*6000=800mm
Vậy ta lấy hdcc=0,8m
Kích thớc cột trên:
Htr= hdcc+ Hr + Hg + f + 0.1m +H lớp đệm ray.
Htr=0,8 + 0,13 + 3,15 + 0,3 + 0,1 +0,08=4,56m.
Kích thớc cột dới:
Hd=10 - Hr hdcc - H lớp đệm ray + H3
Với H3 là lớp chân cột lấy H3=0,85m
Hd=10 0,13 0,8 0,08 + 0,85=9,84m
Chiều cao toàn cột:
H= Hd + Htr H3=9,84 +4,56 0,85=13,55m (Tính từ mặt móng)
II,Theo ph ơng ngang:

1,Chọn bề rộng cột trên (tức chiều cao tiết diện cột trên) :
h
t
=(1/10ữ1/12)*Htr=(1/10ữ1/12)*4,56m
vậy ta chọn htr=0,4m(1/10ữ1/12)Htr.
2,Chọn a: là khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị do sức trục Q=50t<75t nên ta
chọn a= 250mm=0,5m.
3,Chọn : là khoảng cách từ mép ngoài cột đến tim ray ta chọn khoảng hở an toàn
d=60ữ75mm lấy d=0,75m.
B1 + d + (htr a)
với B1 theo catalô cầu trục có B1 = 0,3m 300 + 75 +(400-250)=525mm
chọn = 750mm
4,Tính chiều cao cột dới sàn(hd):
Tính theo độ cứng ta có: hd=(1/15ữ1/20)Hd =(1/15 ữ1/20)*9840m
Theo đ/k cấu tạo ta chọn: hd = a + =0,25+0,75=1m
Đảm bảo điều kiện hd = 1m>1/15*14,4m=0,96m
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
b,chọn tính toán hệ máI:
I,Dàn mái ( xà ngang):

Ta chọn theo mẫu chuẩn trong giáo trình kết cấu thép nhà công nghiệp.
Vì tấm lơp máI là panel bê tông cốt thép do vậy ta chọn độ dốc i=1/10
Hđd=2,2m;L=21mHđỉnh dài=3250m.
Sơ đồ khung (trang bên).
II,Cửa mái:
lcm=(1/3ữ1/2)Llcm=9m
Chiêu cao ô cửa a=1/15L=1/15*21m=1,4m ;
Chiêu cao bậu cửa hbc =400ữ450 mm
Vậy ta chọn hbc= 400mm hcm =a + 2*hbc + h panel = 1.4+2*0.4 + 0.4=2.6m
Sơ đồ dàn máI ,cửa mái xem trang sau.

c,Hệ rằng:
I,Hệ giằng mái: bố trí từ mép cánh dới của dàn lên cánh trên
1, Giằng trong mp cánh trên:
Đợc bố trí theo mặt phẳng cánh trên của dàn kèo , bố trí hệ thanh chéo chữ thập. Nhà
có chiều dài là 102m do vậy ngoài giằng ở 2 đầu ta còn bố trí ở giữa nhà (trong gian
giữa).
2,Hệ giằng cánh d ới :
Đợc bố trí cùng gian với hệ giằng cánh trên và bố trí thêm hệ giăng doc nhà ở 2 đầu hồi.
3,Hệ giằng trong mặt phẳng thanh đứng:
Đợc bố trí ở những ô có mặt phẳng giăng cách trên và giằng cánh dới đợc bố trí doc nhà
II,Hệ giằng cột:
Bao gồm có hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dới
ở cột trên ta bố trí giằng ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dới
ở cột dới ta bố trí giằng ở gian giữa nhà để tránh gây hiệu ứng nhiệt nên ta không bố trí
giằng cột dới ở hai đầu nhà (xem hình bên).
d,Tính toán khung ngang:
I,Tải trọng tác dụng lên khung ngang nhà:
1,Tải trọng tác dụng lên dàn:
Tải trọng tác dụng lên dàn bao gồm trọng lợng bản thân của mái, của cửa trời, của
bản thân kết cấu và hoạt tải.
a,Tải trọng mái:
Theo cấu tạo của các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái nh sau:
2
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Cấu tạo các lớp mái. Tải trọng tiêu
chuẩn(daN/m
2
).
Hệ số vợt tải
n.

Tải trọng tính
toán(daN/m
2
).
Hai lớp gạch lá nem
và vữa lót,dày
1,5cm=0,015m có
gc=2000 daN/m
2
. .
60 1,1 66
Lớp BT tạo xỉ dày
12cm
có o=500KG/ m
3

6 1,2 7,2
Lớp BT chống thấm
dày 0.04m có
o=2500KG/ m
3
100 1,2 120
Panel 1,5x6m 150 1,1 165
Hai lớp vữa
dày1,5cm
54 1,2 64.8
Tổng cộng 370 423
Đây là tải trọng phân bố theo diện tích mặt bằng mái ,ta qui về lực phân bố theo
diện tích mặt bằng nhà với I=1/10= tg cos =0.99504, vậy ta lấygm=425 daN/m
2

b,Tải trọng do trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng :
Theo công thức kinh ngiệm
g
d
tc
=1.1 g
d
c
1,1*1,2*d *L(daN/m
2
).
Với L=21m nên ta có d=0.5
g
d
tc
=1,1*1,2*0.5 *21(daN/m
2
).
g
d
tc
=14 (daN/m
2
mặt bằng).
c,Tải trọng do trọng lợng kết cấu cửa trời:
Theo công thức kinh nghiệm :
g
cm =

1,1*(12ữ18)
Ta lấy g
cm
=15 daN/m
2
.
d,Tải trọng do trọng lợng cách cửa và bậu cửa trời:
Chọn trọng lợng của cửa kính. g
k
= 1.1*(30ữ40) ta lấy g
cm
=40daN/m
2
cửa kính
Trọng lợng bậu cửa: g
b
=1,1*(100ữ50)daN/m dài bậu cửa<trên + dới>.
Ta lấy g
b
=140 daN/m
e, Quy đổi tải phân bố thành tải tập trung tác dụng lên mắt dàn:
G
1
=B * d
1
/2*(g
m
+g
d
) =6*3/2(423+14)=3933daN

G
2
=B * d
1
*(g
m
+g
d
) =6*3(423+14) =7866daN
G
3
= G
1
+B*d
2
/2*(g
m
+g
d
+g
cm
)+B*a*g
k
+B*g
,
b

G
3
=3933+6*4,5/2*(423+14+15)+6*1,4*40+6*140

G
3
=3933+6102+336+840=11211daN
G
4
= B*d
2
*(g
m
+g
d
+g
cm
)=6*4,5*(423+14+15)=12204daN
f,Quy đổi lực phân bố tác dụng lên dàn:
3
)/(426.3
99504,0
423
cos
,
423
)/(372.9
99504,0
370
cos
370
2
2
mdaNg

mdaNg
tt
mai
tc
mai
===
===


Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép

g=Pi/L=(2P
1
+2P
1
+2P
3
+P
4
)/L

g =(2*3933+2*7866+2*11211+12204)/21

g=(7866+15732+22422+12204)/21
g=2772,57daN/m
g,Tải trọng tạm thời:
Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN-2737-95, hoạt tải mái áp dụng cho trờng hợp
mái bằng mái dốc bằng bê tông cốt thép không có ngời đi lại ,chỉ có ngời đi lại sửa chữa
cha kể các thiết bị điện nớc thông nếu có đợc lấy bằng 75 daN/m
2

mặt bằng nhà, với hệ số
vợt tải n=1,3.
P=n.P
o
.B=585(daN/m
2
).
h,Lc tập trung tác dụng lên mắt dàn của hoạt tải :
P
1
= 0,5*d
1
* P =0,5.3.585= 878daN
P
2
= d
1
*P = 3.585 = 1755daN
P
3
= d
2
*P =4,5.585 =2633daN
P
4
= (d
1
+d
2
)/2*P=2194daN

2,Tải trọng tác dụng lên cột:
a,Do phản lực dàn: (lực đợc đặt vào trục cột trên)
*,Do tải trọng thờng xuyên:
A=1/2*g*L=0,5*2772,57*21=29111,25daN
*,Do hoạt tải:
A
,
=1/2*P*L=0,5*585*21=6142,5daN
b,Do trọng lợng dầm cầu trục :
Theo công thức kinh nghiệm: G
dct
=L
2
dct
.
dct
.n ( với n=1,1)
Trong đó : vì ta có Q=50t nên ta chọn
dct
,

dct
, hệ số trọng lợng bản thân
dct
=30.
L
dct
,là nhịp dầm cầu trục L
dct
=6 m.

Suy ra : G
dct
=6
2
.30.1,1=1188(daN).
Lực này coi là tải thờng xuyên truyền vào vai cột và sẽ gây ra mômen cho cột dới
M
dct
=G
dct
*h
d
/2=1188*0,5=594daN.m
c,Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:
Với sức trục Q=50t và L
c
=19,5m, tra bảng ta có P
c
max
=45t.=450kN
G=61.5t=615kN
G
xe con
=18t=180Kn


Số bánh xe mỗi bên ray là 4.Bê tông cầu trục B
ct
= 6,65m, khoảng cách bánh xe
800+4560+800

Với vị trí bánh xe nh hình vẽ ,ta có:
D
max
=n.n
c
. P
c
max
.y=1,1.0,85.45.[1+0,267+0,683]=43,758(t)=43758(daN).
Tơng ứng phía bên kia có áp lực
D
min
=n.n
c
. P
c
min
.y=1,1.0,85.45.[ 1+0,267+0,683]=11,934(t)=11934(daN).
Suy ra P
c
min
=0,25.(G+Q) - P
c
max
=0,5.(36+20)-22=6(t).
áp lực lớn nhất D
max
của cầu trục lên cột do các lực P
c
max

,đợc xác định theo đờng ảnh hởng
của phản lực tựa của hai dầm cầu trục ở hai bên cột .
4
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
ở đây do D
max
,D
min
đặt vào trục nhánh cầu trục, nên lệch tâm so với trục cột dới một khoảng
xấp xỉ bằng b
d
/2.Mô men lệch tâm Tại vai cột :
M
max
=D
max
.e=43758.0,75/2=16409(daNm).
M
min
=D
min
.e=11934.0,75/2=4475(daNm).
d,Do lực hãm của xe con:
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm:
3,Tải trọng gió:
Vùng xây dựng ở TP Vũng tàu, theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động 2737-95, thì
phân vùng áp lực gió khu vực này là II C.
W
0
=155(daN/m

2
).
Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :
*,Gió thổi lên mặt tờng dọc đợc chuyển về thành lực phân bố trên cột khung.
*,Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dới dàn vì kèo trở lên, đợc chuyển về thành lực
tập trung tại cao trình cánh dới dàn vì kèo.
Tải trọng gió phân bố lên cột đợc tính bằng công thức:
*,Phía đón gió: P
đẩy
=n.w
0
.k.c
đẩy
.B=1,2.155.0,66.0,8.6=638(daN/m).
*,Phía hút gió: P
hút
=n.w
0
.k.c
hút
.B=1,2.155.0,66.0,6.6=497(daN/m).
Với : k là hệ số độ cao, với độ cao dới 10m thì k=1.
C là hệ số khí động học .
Trong phạm vi mái, hệ số k có thể lấy không đổi ,là trung bình cộng của giá trị ứng với
cao độ đáy dàn vì kèo và giá trị ở độ cao lớn nhất của mái.
*,Với độ cao h=12,3 m,tra bảng k=0,66.
*,Với độ cao h=18,2 m,tra bảng k=0,755.
Vậy k
tb
=(0,66+0,755)=0,71.

Xác định hệ số khí động học :
5
).(7125,0
40
5,820
40
1
t
GQ
T
conxe
C
=
+
=
+
=
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Lực tập trung tại cánh dới dàn vì kèo:
W=1,3.155.0,71.6[0,8.2,2-0,5.0,6+0,7.2,5-0,8.0,6+0,6.0,6+2,5.0,6+0,6.0,6+0,6.2,2]
=5382(daN).
c,Tính nội lực khung:
Khung cần tính bao gồm các thanh rổng của dàn và của cột nên tính toán rất phức
tạp.Trong thực tế ta làm đơn giản hoá sơ đồ tính bằng cách sử dụng một số giả thiết nhng
vẫn cho kết quả nội lực không sai khác là bao nhiêu:
*,Thay dàn bằng một xà ngang có độ cứng tơng đơng đặt tại cao trình cánh dới dàn vì kèo.
*,Đối với cột bậc, khi tính toán trục cột dới đợc làm trùng trục cột trên.Khi đó để đảm bảo
nội lực thì phải kể thêm mômen lệch tâm tại chổ thay đổi tiết diện cột đối với tải trọng
thẳng đứng.
*,Cho phép coi là dàn có độ cứng bằng vô cùng khi tính khung với các trờng hợp tải trọng

không phải là tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dàn nếu thoã mãn điều kiện điều kiện
ràng buộc.
Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng của các bộ phận khung :
Kiểm tra:
6
.405
7
21
2
1
==
===
J
J
J
J
J
J
J
J
n
dandan
tren
duoi
.2,962,3
.9167,1
24
2,9
.5.:
1

1
=+==
====
+
dt
dandan
HHH
L
H
J
J
H
J
L
J
.7181
J
J
2
1
===
53,1
7.1,11
6
.1,11
6
9167,1
=
+
=

+
=
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Đây chính là điều kiện ràng buộc cho phép khi tính khung với các tải trọng không phải là
tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dàn ,có thể bỏ qua biến dạng của dàn (coi dàn có độ
cứng vô cùng lớn).
Với các giả thiết trên ta giải nội lực khung theo phơng pháp chuyển vị.
D,Tổ hợp nội lực:
E,Thiết kế cột:
I,Xác định chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:
1,Trớc hết ta sơ bộ tính trọng lợng bản thân của cột trên và cột dới.
*,Trọng lợng bản thân cột dới:
Trong công thức trên:
N là lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp của đoạn cột dới, ở đây là
lực dọc Tại tiết diện A.
K là hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột,
K=0,4.
R là cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột, R=2100 daN/cm
2
.
là hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột,
=1,6.
là trọng lợng riêng của thép , =7850.10
-6
daN/cm
3
.
Suy ra :
*,Trọng lợng bản thân cột trên:

Trong công thức trên: N là lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp tại tiết diện C
T
.
K là hệ số kể đến ảnh hởng của mômen làm tăng tiết diện cột,
K=0,3.
R là cờng độ tính toán của vật liệu thép làm cột, R=2100 daN/cm
2
.
là hệ số cấu tạo trọng lợng các chi tiết làm tăng tiết diện cột,
=1,6.
là trọng lợng riêng của thép , =7850.10
-6
daN/cm
3
.
Suy ra :
2,Từ bảng nội lực ta chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm dùng để tính toán.
Đối với tính toán phần cột trên ta dùng cặp nội lực :
Đối với tính toán phần cột dới ta dùng 2 cặp nội lực :
7
)./(29.110.7850.6,1.
2100.4,0
86180
..
.
6
cot
cmdaN
RK
N

g
duoi
===


).(12139400.29.1.
cotcot
daNHgG
d
duoiduoi
===
)./(92.010.7850.6,1.
2100.3,0
45903
..
.
6
cot
cmdaN
RK
N
g
tren
===


).(340)370.(92.0).(
cotcot
daNHgG
t

trentren
===



=
=
.45903
.4110000
daNN
daNcmM
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Nhánh mái:
Nhánh cầu trục:
Kết hợp ở trên ta có:
N
1
=86180+G
duoi
cot
=69487+1213=87393 daN.
N
2
=45903+G
tren
cot
=45903+340=46243 daN.
Tính các hệ số :
Tra bảng II.6b ta có :
à

1
=2,587 à
2
=à
1
/c
1
=2,587/0,76=3,404.
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:
L
x1
=à
1
.H
d
=2,587.940=2432 cm.
L
x2
=à
2
.H
t
=3,404.370=1260 cm.
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:
L
Y1
=H
d
=940 cm.
L

Y2
=H
t
-H
DCT
=370-70=3,0 cm.
II,Thiết kế phần cột trên:
Cặp nội lực thiết kế:
Tiết diện cột trên là cột đặc tiết diện hình chữ I ,đối xứng.Chọn chiều cao tiết diện b
t
=400
mm.
Tính độ lệch tâm:
Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hởng hình dạng tiết diện là =1,25.Ta tính diện tích tiết diện yêu
cầu sơ bộ theo công thức:
1,Với yêu cầu sơ bộ nh vậy ta chọn tiết diện nh sau:
8



=
=
.86180
.10928400
daNN
daNcmM



=

=
.79862
.6923700
daNN
daNcmM
.76,0
88,1
7
.
4,9
7,3
.
.
.36,0
7,3.7
4,9
.
88,1
46243
87393
2
1
1
1
2
1
2
1
2
1

===
====
===
mJ
J
H
H
C
H
H
J
J
i
i
K
N
N
m
d
t
t
d



=
=
.43530
.2050900
daNN

daNcmM
).(1,47
43530
2050900
cm
N
M
e
===
.536,78
40
1,47
.2,225,1
1.2150
32,43966
).8,22,2(25,1
.
2
Y/C
2
Y/C
cmA
h
e
R
N
A
=

+=






ữ+

=
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Chiều dày bản bụng:
b
=10 mm.

c
=10 mm.
b
c
=220 mm.
2,Tính các thông số chuẩn bị kiểm tra:
Tính các đặc trng hình học của tiết diện vừa chọn:
Diện tích bản bụng: A
b
=1.(40-2.1)=38 cm
2

.
Diện tích bản cánh: A
c
=22.1=22 cm
2
.
Diện tích tiết diện: A=2.A
c
+A
b
=2.22+38=82 cm
2
.
Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục x-x:
Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục y-y:
Độ mảnh và độ mảnh quy ớc của cột trên:
Độ lệch tâm tơng đối và độ lệch tâm tính đổi:
9
.112,16
82
333,21307
.333,21307)5,020.(1.2222.1.
12
1
.21.38.
12
1
4233
cm
A

J
r
cmJ
x
x
x
===
=






++=
.656,4
82
833,1777
.833,17771.38.
12
1
1.22.
12
1
.2
433
cm
A
J
r

cmJ
y
y
y
===
=+=
.123,1
10.1,2
2150
.094,35.
.543,51
656,4
240
.094,35
112,16
44,565
6
2
2
===
===
===
E
R
r
l
r
l
xx
y

y
y
x
x
x
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
3,Kiểm tra tiết diện vừa chọn:
Cột đợc kiểm tra theo trờng hợp cột đặc, tiết diện đối xứng chịu nén lệch tâm.
a,Kiểm tra bền:
Do cột không có tiết diện bị giản yếu, độ lệch tâm tính đổi m
1
<5 và giá trị của các mômen
uốn dùng để kiểm tra bền và ổn định là nh nhau cho nên theo quy phạm điều 5.24 ta
không cần kiểm tra bền.
b,Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn trùng mặt phẳng đối xứng:
Có:
Vậy điều kiện ổn định :
Vậy cột đã chọn bảo đảm ổn định trong mặt phẳng uốn.
Chú ý ở đây ta có thể tính chính xác đợc trọng lợng bản thân cột theo đúng kích thớc đã
chọn :
G
cot
tren
=(320+220).82.7850.10
-6
=347,598<436,32.
Nh vậy kết quả tính càng thiên về an toàn mà thôi.
c,Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn .
ở ngoài mặt phẳng uốn cột đợc kiểm tra nh cột chịu nén đúng tâm có kể tới ảnh hởng của
mômen trong mặt phẳng uốn(trùng với mặt phẳng đối xứng).

Công thức kiểm tra:
Trong đó:
Y
là hệ số uốn dọc theo phơng ngoài mặt phẳng uốn đợc tính bằng
cách tra bảng hoặc tính theo công thức:
Mô men trong mặt phẳng uốn ảnh hởng tới ngoài mặt phẳng uốn đợc lấy :
10
.964,4625,3.370,1.
.370,1
.477,1136,1).714,36.(02,0)714,3.1,09,1(1 Khi
.349,1136,1).714,35.(02,0)714,3.1,075,1(5,0 Khi
: cóta II.4 ngbảra
58,0
38
22
5625,3
5123,1
: số hệ Tính
.625,3
367,1065
82.1,47.
.367,1065
40
333,21307.2
2/
1
3
===
=
===

===









==
<=
<=

===
===
mm
A
A
A
A
t
A
A
m
W
Ae
m
cm
h

J
W
b
c
b
c
b
c
x
x
x
x
.256,0 cóta II.2 ngbảtra
123,1
964,4
1
=



=
=
lt
x
m
./2150./432,2094
82.256,0
32,43966
.
22

cmdaNRcmdaN
A
N
nglt
===

=


=
.
..
R
AC
N
ngy
.857,0649,1.649,1).
10.1,2
2150
.53,5073,0(1.)..53,5073,0(1
.649,1
10.1,2
2150
.543,51.
6
6
===
===
yyy
yy

E
R
E
R
}M,2/,2/max{MMx
21
M
=
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Trong đó : M là mômen lớn nhất trong 1/3 đoạn giữa của đoạn cột đang xét.
M
1
,M
2
là mômen ở hai đầu đoạn cột đang xét lấy theo cùng một tổ hợp tải trọng
.ở đây M
1
=-2050900 daNcm (tổ hợp 1,2,4,6,8).
M
2
=-273400 daNcm.
Suy ra :
Vậy độ lệch tâm tuyệt đối, độ lệch tâm tơng đối và hệ số C:
Điều kiện ổn định ở ngoài mặt phẳng khung:
Vậy đảm bảo điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung.
d,Kiểm tra ổn định cục bộ:
*,Kiểm tra ổn định bản cánh:
Công thức kiểm tra:
*,Kiểm tra ổn định bản bụng:
11

.14584002.
3
2734002050900
2734002.
3
21
2
daNcm
MM
MM
=
+
+=

+=
.14584001458400,136700
2
,1025450
2
max
21
daNcmM
MM
M
X
=

====
.369,0
578,2.663,01
1
.663,0578,2.005,065,0'.005,065,0
.1134,98
2150
10.1,2
.14,3.14,3545,51
'.1
.5578,2
367,1065
82.5,33
'.
'
.5,33
43530
1458400
'
6
=
+
=

=+=+=
=





==<=
+

=<===
===
C
m
R
E
m
C
W
Ae
m
cm
N
M
e
X
Y
XX
ng
X

X
./2150./5,1695
82.369,0.857,0
32,43966
22
cmdaNRcmdaN
Y
===
.76,145,10
.76,14
2150
10.1,2
).123,1.1,036,0()..1,036,0(
.5,10
1.2
122
.2
0
C
0
6
0
C
0
=

=


=+=+=







=

=


=

C
x
C
C
bC
bb
R
E
b
bb

.67,4538
)1625,3(
.88,96
2150
10.1,2
.1,367,45
2150
10.1,2
).123,1.5,09,0()..5,09,0(
.38
1
1.240
.2
00
66
0
0
=







=


>=
==+=+=

=

=


=

bb
X
b
b
c
b
hh
mdo
R
E
h
h
h
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Kết luận : Cột đã chọn thoã mãn các yêu cầu về chịu lực và ổn định.
III,Thiết kế phần cột d ới:

1,Chọn cặp nội lực tính toán:
Đối với tính toán phần cột dới ta dùng 2 cặp nội lực :
Nhánh mái:
Nhánh cầu trục:
2,Chọn tiết diện nhánh:
Sơ bộ giả thiết khoảng cách giữa hai trục nhánh C=h
d
=750 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:
Y
1
=0,55.C=412,5 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh mái:
Y
2
=0,45.C=337,5 cm.
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:
Giả thiết =0,8, diện tích yêu cầu của các nhánh là:
Chọn bề rộng cột dới b=270mm.
Nhánh cầu trục ta chọn thép hình chữ I mang số hiệu: I 27
Có các thông số sau:
A
nh1
=40,2 cm
2
.
J
x1
=260 cm

4
.

r
x1
=2,54 cm.
J
Y1
=5010 cm
4
.

r
Y1
=11,2 cm.
12



=
=
.69487
.4303700
2
daNN
daNcmM



=

=
.69487
.2204600
1
daNN
daNcmM
.664,61065
75
2204600
45,0.995,70379.
12
11
daN
C
M
C
y
NN
nh
=+=+=
.664,96091
75
4303700
55,0.995,70379.
21
22
daN
C
M
C

y
NN
nh
=+=+=
.867,55
2150.8,0
664,96091
..
.503,35
2150.8,0
664,61065
..
2
2
2
2
1
1
cm
R
N
A
cm
R
N
A
nh
ycnh
nh
ycnh

===
===


Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Nhánh mái đợc tổ hợp hàn từ 1 thép bản 220x10 mm và hai thép góc đều cạnh
L110x8mm, có các thông số sau: A
g
=17,2 cm
2
.
z
g
0
=3 cm.
3,Tính các thông số chuẩn bị kiểm tra:
Nhánh cầu trục:
A
nh1
=40,2 cm
2
.
J
x1
=260 cm
4
.

r
x1

=2,54 cm.
J
Y1
=5010 cm
4
.

r
Y1
=11,2 cm.
Nhánh mái:
Khoảng cách thực tế giữa hai trục nhánh :
C=h-z
0
=75-2,635=72,365 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh mái:
y
2
=C-y
1
=72,365-42,250=30,115 cm.
Mômen quán tính của toàn tiết diện đối với trục ảo x-x:
Kiểm tra lại tỷ số độ cứng của phần cột trên và cột dới
Độ sai lệch so với giả thiết tỷ số độ cứng:
(8-5,806)/8.100%=27,4% <30%.
Nh vậy nội lực giải ra theo tỷ số độ cứng giả thiết vẩn đảm bảo dùng đợc để thiết kế.
13
[ ]
[ ]

.488,9
4,56
933,5075
.933,5075)32/27.(2,17198.21.22.
12
1
.157,3
4,56
209,562
.209.562)13635,2.(2,17198.2)5,0635,2.(22.122.1.
12
1
nh2
2
2
423
2
nh2
2
2
4223
2
cm
A
J
r
cmJ
cm
A
J

r
cmJ
x
x
y
x
x
x
===
=++=
===
=+++=
.635,2
4,56
)13.(2,17.25,0.1.22
.
z
cm2. 56,422.117,2.2A
0
nh2
=
++
==
=+=


i
ii
A
zA

.250,42365,72.
2,404,56
4,56
.
2
1
cmC
A
A
y
nh
=
+
==
.789,35
6,96
627,123731
.627,123731115,30.4,56250,42.2,40209,562260.
4222
===
=+++=+=

A
J
r
cmyAJJ
x
x
inhixix
.806,5

333,21307
627,123731
J
J
J
J
n
tren
duoi
2
1
====
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
4,Xác định hệ thanh bụng:
*,Bố trí hệ thanh bụng nh hình vẽ,các thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.Chọn
khoảng cách các nút giằng là a=80 cm .Vậy chiều dài thanh xiên :
Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:
tg=C/a=72,365/80=0,905.
Suy ra: =42,131
0
và sin=0,671.
Sơ bộ chọn thanh giằng xiên L56x5 mm.Có các thông số sau:
Diện tích tiết diện : A=5,41 cm
2
.
Bán kính quán tính nhỏ nhất xét cho tất cả các trục: r
min tx
=1,1 .
Vậy độ mảnh lớn nhất của thanh xiên là :
Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q=6175 daN gây ra:

Thanh kiểm tra nh thanh chịu nén đúng tâm, tra bảng II.1 ta có
min tx
=0,598.
Trong đó hệ số điều kiện làm việc =0,75 do có kể đến sự liên kết lệch trục giữa trục liên
kết và trục thanh:
Vậy thanh xiên đảm bảo sự ổn định.
*,Độ mảnh của toàn cột theo phơng trục ảo x-x:
14
.874,107365,7280
2222
cmCaS
=+=+=
[ ]
.150067,98
1,1
874,107
min
max
=<===
tx
tx
r
S
.494,4602
671,0.2
6175
sin.2
daN
Q
N

tx
==

=
./2150/852,1896
41,5.598,0.75,0
494,4602
..
22
cmdaNRcmdaN
A
N
txtx
tx
tx
=<==

=
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Tra bảng II.1 ta có
min
=0,906.
Tính lực cắt qui ớc:
Chọn thanh bụng ngang L40x5mm chịu lực cắt Q
q
khá bé.Ta chỉ kiểm tra độ mảnh:
5,Kiểm tra tiết diện:
a, Nhánh cầu trục:
Ta kiểm tra hoàn toàn nh cột chịu nén đúng tâm:
Nội lực tính toán:

Lực nén trong nhánh cầu trục:
Vậy nhánh cầu trục đảm bảo ổn định.
b, Nhánh mái:
Ta kiểm tra hoàn toàn nh cột chịu nén đúng tâm:
15
../785,1750
2,40.849,0
936,59753
.
N
:tra kiểmthức ô
.849,0: có II.1 ngbảTra .571,53
.307,43
54,2
110
.571,53
2,11
600
:nhánhcủa nhmả ộĐ
.936,59753
365,72
2204600
365,72
115,30
.995,70379.
2
1min
nh1
minmax1
1

1
x1
1
1
y1
12
11
RcmdaN
A
ngC
r
l
r
l
daN
C
M
C
y
NN
nh
x
x
y
y
nh
<==

=
==

===
===
=+=+=
[ ]
.120884,38
41,5.2
2,404,56
.7214,29307,35
.
7214,29 kcóta suy ội,131,42 Với
.307,35
789,35
6,1263
2
2
0
1
x
=<=
+
+=
+=

==
===
td
tx
x
td
x
x
A
A
k
n
r
l
tdtế ực
6
6
6
và nxiê thanh lại tính cần khôngnnê cho Do
.635,751
906,0
995,70379
).
2150
10.1,2
2330.(10.15,7

).2330.(10.15,7
<
==

=


thqu
qu
qu
QQ
daNQ
N
R
E
Q
[ ]
.150233,82
88,0
365,72
min
=<===
r
C



=
=
.69487

.2204600
1
daNN
daNcmM



=
=
.69487
.4303700
2
daNN
daNcmM
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Nội lực tính toán:
*******************************************
Lực nén trong nhánh mái:
Vậy nhánh mái cầu trục đảm bảo ổn định.
c, Kiểm tra toàn cột theo trục ảo x-x:
*,Với cặp gây nguy hiểm cho nhánh cầu trục:
Vậy với cặp nội lực gây nguy hiểm cho nhánh cầu trục thì cột vẫn đảm bảo ổn định ngoài
mặt phẳng uốn.
*,Với cặp gây nguy hiểm cho nhánh mái :
Nhánh mái:
16
%.5%9,2%100.
2150
2150-2212,20
R Có

.R.cm/daN20,2212
4,56.806,0
184,100563
A.
N
:tra kiểmthức ngôC
.806,0: có II.1 ngbảTra .238,63
.341,25
157,3
80
r
l
.238,63
488,9
600
r
l
:nhánhcủa nhmả ộĐ
.daN184,100563
365,72
4303700
365,72
25,42
.995,70379
C
M
C
y
.NN
2

2nhmin
nh2
minmax2
2x
2x
x2
2y
2y
y2
21
22nh
<==
>==

=
==







===
===
=+=+=

=
=
.69487
.2204600
1
daNN
daNcmM
..301,1587
6,96.459,0
995,70379
.
459,0
:cóta II.3 ngbảTra
.25,1
10.1,2
2150
.061,39.
046,125,42.
627,123731
6,96
.7,31..
.7,31
69487
2204600
1
lt
6

11
1
R
A
N
E
R
y
J
A
em
cm
N
M
e
lt
tdtd
x
<==

==
===
===
===



=
=
.69487

.4303700
2
daNN
daNcmM
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
Ta tiến hành kiểm tra:
d, Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột:
Đờng hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực N
tx
=4601,341 daN.
Dùng que hàn N46= 42 có các thông số sau:
R
gh
=1800 daN/cm
2
.
R
gt
=0,45.R
btc
=0,45.3450=1550 daN/cm
2
.
Do yêu cầu hàn tay nên
h
=0,7,
t
=1.
(R
g

)
t
=1.1550=1550(daN/cm
2
).
(R
g
)
h
=0,7.1800=1260(daN/cm
2
).
Vậy (R
g
)
min
=1260daN/cm
2
.
Thanh xiên là thép góc L56x5 liên kết một đầu với L110x8 và đầu kia liên kết với bản
cánh thép hình chữ I N
0
27 (t=9,8mm).
Chọn trớc chiều cao đờng hàn:h
min
h h
max
h
min
=4 mm.

h
max
=1,2.5=6 mm.
Chọn h
hs
=6mm,h
hm
=4mm.
Vậy chiều dài cần thiết là cho đờng hàn sống:
Chiều dài cần thiết cho đờng hàn mép:
Tóm lại chiều dài đờng hàn sống l
hs
=7cm,l
hm
=5cm.
Còn đơng hàn liên kết thanh bụng ngang L40x5 do phải chịu lực khá bé cho nênta chọn đ-
ờng hàn theo cấu tạo:
h
hs
=6mm,h
hm
=4mm.
l
hs
=l
hm
=5cm.
IV,Thiết kế các chi tiết cột:
1,Nối hai phần cột trên và dới:
a,Chọn phơng án nối :

Mối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 500mm.Mối nối cánh ngoài và cánh
trong và bụng đợc tiến hành trên cùng một tiết diện.
Mối nối cánh ngoài dùng phơng án đờng hàn đối đầu, mối nối cánh trong dùng ph-
ơng án đờng hàn đối đầu với bản K.
b,Nội lực tính toán đợc chọn từ bảng tổ hợp nội lực cho tiết diện C
t
:
M
-
max
=-660300 daNcm.
17
..396,1949
6,96.369,0
69487
.
369,0
:cóta II.3 ngbảTra
.25,1
10.1,2
2150
.061,39.
559,1)5,0635,2115,30.(
627,123731
6,96
.9,61..
.9,61
69487
4303700
2

lt
6
22
2
R
A
N
E
R
y
J
A
em
cm
N
M
e
lt
tdtd
x
<==

==
===
=+==
===
.cm6
1260.75,0.6,0
341,4601.7,0
)R..(.h

N.k
l
minghs
hs
==

.cm4
1260.75,0.4,0
341,4601.3,0
)R..(.h
N).k1(
l
minghm
hm
=


=
Thuyết minh đồ án: SV: Vũ Anh Dũng Kết cấu thép
N
t/
=43530 daN N
2
=43966,32 daN.
Nhận xét:
Tại tiết diện C
t
chỉ tồn tại mômen mang dấu âm nên ta cha thể kết luận đợc là tại nhánh
ngoài thì chịu kéo hay là chịu nén nguy hiểm hơn.
Trong trờng hợp chịu nén:

Ta tìm trờng hợp cho tiết diện C
t
với mục đích N bé nhất còn mômen M
-
max.Lúc này tổ
hợp tìm đợc chính là tổ hợp (1,7) đã trùng với tổ hợp đã chọn ở trên.Tóm lại đối với nhánh
ngoài luôn chịu nén và lực nén lớn nhất là S
ngoai
=8399,622 daN.
c,Tính toán:
*,Mối nối cánh ngoài:
Dùng đờng hàn đối đầu có gia công mép dạng chữ K hay chữ V, chiều dài đờng hàn bằng
bề rộng cánh cột trên,l
h
=22cm.
Chiều cao đờng hàn: h
h
=10mm (h
max
=1,2.10=12mm).
Kiểm tra:
*,Mối nối cánh trong:
Chọn bản nối K có chiều dài và chiều rộng bằng bản cánh trong cột trên, tức là có tiết
diện: 220x10mm.Dùng đờng hàn đối đầu vẫn có gia công mép, chiều dài l
h
=22cm.
Chiều cao đờng hàn: h
h
=10mm (h
max

=1,2.10=12mm).
Kiểm tra:
*,Mối nối bụng cột tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối.Vì lực cắt cột trên là khá
bé nên đờng hàn đối đầu lấy theo cấu tạo: hàn suốt chiều dài và chiều cao đờng hàn bằng
chiều dày bản thép.
2,Tính toán dầm vai:
Dựa theo sự làm việc của dầm vai ,nên dầm vai đợc tính toán nh một dầm đơn giản có
nhịp =750cm, kê lên hai gối tựa là nhánh trong và nhánh ngoài cột dới.Dầm chịu uốn bởi
lực tập trung S
trong
=38913,929 daN.
Phản lực gối tựa:
18
.daN622,8399
2
32,43644286
39
544500
S
.daN724,3483
2
32,43636726
39
588800
S
ngoai
ngoai
=
+
+

=
=
+
+

=
.929,38913
2
32,43966
39
660300
daNS
trong
=+=
./2150/981,419
)1.222.(1
622,8399
).2.(
22
cmdaNRcmdaN
lh
S
nh
hh
ngoai
=<=

=

=
./2150/696,1945
)1.222.(1
929,38913
).2.(
22
cmdaNRcmdaN
lh
S
nh
hh
trong
=<=

=

=