thuyết minh Đồ án Kết Cấu Thép

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH

Mục Lục
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 1
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
 
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, với các số liệu sau:
- Xà ngang tiết diện thay đổi (chữ I)
- Số lượng cầu trục: 2 chiếc
- Sức nâng của cầu trục: Q =16 T
- Chế độ làm việc trung bình
- Nhịp khung,thiết kế theo nhịp cầu trục: L
k
= 31m
- Chiều dài nhà: 66 m
- Bước cột: B =6m
- Cao trình đỉnh ray: H = 8.2 m
- Độ dốc mái: i=15%
- Vật liệu thép CT34s có: f = 21 kN/cm
2
;
f
v
= 12kN/cm
2
;
f
c
= 32kN/cm
2
- Mô đun đàn hồi

- Vùng gió II-B
- Hàn tay, dùng que hàn N42,bulông cấp độ bền 8.8
- Bê tông móng cấp độ bền B20 có R
b
=1.15 kN/cm
2
- Kết cấu bao che :Tường xây gạch cao 1,5m ở phía dưới, quay tole ở phía trên,mái tole
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 2
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
 
  
Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang
H
2
= b
k
+ = 1.19 + 0.4= 1.59 m
Với – tra catalo cẩu trục
b
k
= 0.4 – khe hở an toàn giữa cẩu trục và xa ngang
 Chọn H
2
=1.6m
Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:
H= H
1
+H
2
+H

3
= 8.2+1.6+0= 9.8m
Trong đó: H
1
- cao trình đỉnh ray H
1
=8.2m
H
3
- phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cột ±0.000
Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cẩu trục đén đáy xà ngang.
= 1.6+0.5+0.2=2.3 m
Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:
H
d
=H-H
t
=9.8- 2.3=7.5m
 !
Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng
h =(=((0.65÷0.49)m
 chọn h=0.6m=60cm
Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a=0),khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cẩu trục:
Vậy nhịp khung ngang ta chọn
===1m
Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:
z =>=0.18m
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 3
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 4

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
" #$%&'()
" *+, ,/012345,*+6
Độ dóc mái là i=15% =8.5 (=0.989,0.148)
Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng của các mái,trọng lượng bản
thân xà gồ ,trọng lượng bản thân khung ngang và dầm cầu trục.
Trọng lượng bản thân các tấm lợp,lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy 0.15kN/m
2
,trọng lượng bản thân xà
ngang chọn sơ bộ 1kN/m.Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang.
+1.05*1=2.05kN/m
Trọng lượng.của tôn tường và xà gồ tường lấy 0.15kN/m
2
.Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột.
1.1*0.15*6*9.8=9,7 kN
Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m,quy thành tải tập trung và moment lẹch tâm
đặt tại cao trình vai cột:
1.05*1*6=6.3 kN
6.3*(-0.5h)=6.30.7=4.41 kNm
" 7,,*+89+
Theo TCVN 2727-1995 ,hoạt tải sửa chữa mái là 0.3kN/m
2
,hệ số vượt tải 1,3.
Ta quy vể tải trọng phân bố đều trên xà ngang.
=2.37 kN/m
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 5
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
"" *+, +:
Công trình được giả định ở vùng gió II-B. Áp lực gió tiêu chuẩn =0.95kN/m
2.

Hệ số vượt tải =1.2. Căn
cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và độ dốc mái,ta nội suy bảng III.3 phụ lục,ta được các hệ số khí động
; ; ;
- Tải trọng gió tác dụng lên cột.
- Phần đón gió
1.2*0.95*1*0.8*6=5.47 kN/m
- Phần khuất gió
1.2*0.95*1*0.5*6=3.42 kN/m
- Tải trọng tác dụng trên mái :
- Phía đón gió :
1.2*0.95*1*0.2711*6=1.854 kN/m
- Phía khuất gió
1.2*0.95*1*0.4*6=2.736 kN/m
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 6
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
Gió Trái
Gió phải
"; 7,,*+<=1,-><
Theo bảng phụ lục II-3,các thông số cầu trục
sức nâng 16 tấn như sau
Nhịp
Lk (m)
Chiều
cao
gabarit
Hk
(mm)
Khoản
g cách
Zmin

(mm)
Bề
rộng
gabarit
Bk
(mm)
Bề
rộng
đáy Kk
(mm)
Trọng
lượng
cầu
trục
G(T)
Trọng
lượng
xe con
Gxe (T)
Áp lực
Pmax
(kN)
Áp lực
Pmin
(kN)
31 1190 190 6110 5100 21.26 1,301 134 52.3
Tải trọng tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực hãm ngang xác định như sau :
 &?@< <A!<B1,->< C
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 7
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua dầm cầu trục được xác
định bằng cách dùng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp các bánh xe của 2 cầu
trục sát nhau vào vị trí bất lợi nhất ,xác định được các tung độ của đường ảnh hưởng,từ đó xác
định được áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột :
=0.85*1.1*134*1.982=248.325 kN
=0.85*1.1*52.3*1.982=96.921 kN
Trong đó. =1+0.15+0.832=2.32
Các lực , thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột,do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là
e=0.75m.Trị số của các moment lệch tâm tương ứng
= =248.325*0.75=186.244 kNm
= =96.921*0.75=72.683 kNm
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 8
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
D
max
lên cột trái
D
max
lên cột phải
 @<D8!<A!<B1,-><
Lực hãm ngang tiểu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray :
==4.33 kN
Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột đặt vào cao trình dầm hãm ( giả thiết cách vai cột
0,7m)
T==0.85*1.1*4.33*1.982=8.024 kN
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 9
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
Lực hãm lên cột trái
Lực hãm lên cột phải
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 10

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
; E&FGHI
Nội lực do tĩnh tải Nội lực do hoạt tải trái
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 11
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
Nội lực do hoạt tải phải Nội lực do hoạt tải chất đầy
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 12
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
Nội lực do gió phải Nội lực do gió trái
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 13
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
Nội lực do áp lực đứng Nội lực do áp lực đứng
của cầu trục lên cột trái của cầu trục lên cột phải
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 14
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
Nội lực do lực hãm ngang Nội lực do lực hãm ngang
của cầu trục lên cột trái của cầu trục lên cột phải
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 15
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
BẢNG THỐNG KÊ NỘI LỰC
(đơn vị : kN,kNm)
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 16
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 17
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC
(đơn vị : kN,kNm)
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 18
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
J 'K

J +L,ML0NO89+
I. Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái và trọng lượng bản thân của xà gồ,lớp mái và xà
gồ chọn trước. Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện biến dạng của xà gồ.
II. Tấm lợp mái : chọn như sau :
- Các thông số kỹ thuật :
III. Số hiệu
IV. Chiều
dày
(mm)
V. Trọng lượng 1 tấm
(kN/m
2
)
VI. Diện tích 1 tấm (m
2
)
VII. C10 - 1000 -
0.6
VIII. 0.6 IX. 0.056 X. 6
• Xà gồ : ta chọn xà gồ hình chữ C,là loại xà gồ được chết tạo từ thép hình dập nguội
- Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ C
XI. Tiết
diện
XII. I
x
XIII. (c
m
4
)
XIV. W

x
XV. (c
m
3
)
XVI. I
y
XVII. (c
m
4
)
XVIII. W
y
XIX. (c
m
3
)
XX. Trọng lượng
(kN/m)
XXI. Chiều dày
(mm)
XXII. D
iệ
n
tí
c
h
(c
m
2

)
XXIII. 8CS
4 105
XXIV. 7
7
4.
1
9
XXV. 7
7.
4
1
9
XXVI. 1
5
6.
5
0
XXVII. 1
2.
0
9
XXVIII. 0.08
93
XXIX. 2.7
XXX. 1
1.
4
8
• Tải trọng tác dụng lên xà gồ

- Tải trọng tác dụng lên xà gồ gôm : tải trọng tôn lợp mái,tải trọng bản thân xà gồ tải trọng do
hoạt tải sửa chữa mái :
- Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng
- là a=1.5m
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 19
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
XXXI. Vậy khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là
• Tĩnh tải
XXXII. Vật liệu mái
XXXIII. Hệ số
vượt
tải
XXXIV. Tải trọng tiêu
chuẩn
XXXV. Tải trọng tính
toán
XXXVI. 1 lớp tôn lợp
mái
XXXVII. 1.1XXXVIII. 0.056(kN/m
2
)XXXIX. 0.062(kN/m
2
)
XL. Xà gồ mái 8CS4 105
XLI. 1.05 XLII. 0.0893(kN/m) XLIII. 0.094(kN/m)
• Hoạt tải : hoạt tải sữa chữa lấy p
tc
= 0.3 kN/m
2
với hệ số vượt tải n= 1.3

XLIV.
• Tải trọng tác dụng lên xà gồ C(8CS4×105)
• Kiểm tra lại xà gồ đã chọn
XLV. Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sữa chữa được tính toán như cấu kiện
chịu uốn xiên.
XLVI. Ta phân loại tải trọng tác dụng lên xà gồ C tác dụng theo 2 phương trục x-x tạo với phương
ngang một góc α = 8.53
o
.
XLVII. Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y
XLVIII.
XLIX.
L.
LI.
- Theo điều kiện bền
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 20
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
LII.
LIII. Với γ
c
= 1 hệ số điều kiện làm việc
LIV. -cường độ của thép xà gồ
LV. Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản đầu tựa lên xà ngang
moment đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp.
LVI. Ta có:
LVII.
LVIII.
M =
q
tt

m
y
tt
q
b
y
2
M =
q
tt
m
x
tt
q
b
x
2
8
x
32
y
6000 3000 3000
S¬ ®å tÝnh xµ gå theo ph ¬ng x-x vµ y-y
LIX.
LX. Độ võng:
LXI.
LXII. ta có :
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 21
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
LXIII.

LXIV. Vậy xà gồ đảm bảo được điều kiện độ võng.
J +L,MLPL,Q+R<S,
+ E9<T<+U1QN+V,9
LXV. Chọn phương án cột tiết diện không đổi,với tỷ số độ cứng của xà và cột giả
thiết bằng nhau ,ta có :
LXVI. =1. = 0.297
LXVII. Ta có :
LXVIII. µ=
LXIX. vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức :
LXX. =µ.H=1.4*9.8=13.5
LXXI. Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt khung phẳng lấy bằng khoảng cách giữa
các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà ( dầm cẩu trục,giằng cột,xà
ngang…). Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại cào trinh +4.1m,tức là
khoảng cách giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm hãm,nên
+ .WNM+X8,-!PL,Q+R
LXXII. Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán :
LXXIII. N= -327.11kN
LXXIV. M= -334.23 kNm
LXXV. V= -79.99 kN
LXXVI. Đây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp 1,4,7,9 gây ra.
LXXVII. Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :
LXXVIII. =(0.65÷0.49)m vậy ta chọn h=60cm
LXXIX. Bề rộng tiết diện cột chon theo các điều kiến cấu tạo và độ cứng
LXXX. ==
LXXXI. == (0.205 ÷ 0.1367)m  chọn =25 cm
LXXXII. Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sợ bộ như sau :
LXXXIII. == =(77.828÷93.744)cm
2
LXXXIV. Bề dày bản bụng :
LXXXV. =≥0.6cm  chọn =0.8 cm

LXXXVI. Tiết diện cột chọn như sau
- Bản cánh : (1.2*25) cm
- Bản bụng : (0.8*57.6) cm
LXXXVII. Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn :
LXXXVIII. A=0.8*57.6+2(1.2*25)=106.08
LXXXIX. ==64609
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 22
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
XC. = + 2*= 3127
XCI.
XCII. <=120 75.52<=120
XCIII. 55.59*1.7579 *2.388
XCIV.
XCV. Tra bảng IV.5 phụ lục –với loại tiết diện số 5
XCVI. Với
XCVII. = (1.75-0.1*5.033)-0.02(5-5.033)*1.7579=
1.363
XCVIII. Với
XCIX. =(1.9-0.1*5.033)-0.02(6-5.033)*1.7579=
1.28273
C. Với nội suy ta có =1.28273
CI. Từ đó không cần kiểm tra bền
CII. Với =1.7579 và =6.456 ,tra bảng IV.3 phụ lục,nội suy ta có =0.1806
CIII. Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo công
thức sau
CIV.
- Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số moment ở
đoạn 1/3 cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn. Vì cặp nội lực dừng để tính toán cột là tiết diện ở
dưới vai và do các trường hợp tải trọng 1,4,8,10 gây ra nên trị số của moment tại tiết diện chân cột
tương ứng là:

CV. 184.85+0.9*(159.94-5.56+0.34)=324.1
kN.m
CVI. Vậy trị số của moment tại 1/3 chiều cao cột dưới,kể từ tiết diện vai cột:
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 23
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
CVII. =
kNm
CVIII. Do đó: =max( ; )=max(-114.787;-167.115)=-167.115 kNm
CIX. Tính độ lệch tâm tương đối theo :
CX.
CXI. Do =2.516< 5 nên ta có ;
CXII. ở trên : =1 vì
CXIII. theo bảng 2.1 ta có:
CXIV. từ đó:
CXV. với =75.52 tra bảng phụ lục IV.2, nội suy ta có =0.746
CXVI. Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phưởng được kiểm tra theo
công thức sau:
CXVII.
CXVIII. Điều kiện ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra như sau:
- Với bản cánh cột :
CXIX.
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 24
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2 GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LĨNH
CXX. Ở trên ,vì 0.8< =1.7579< 4 nên tính theo công thức
- Với bản bụng cột : do =5.033> 1; =1.7579<2 và khả năng chịu lực của cột được quyết định
bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn ( ) nên ta có.
CXXI.
CXXII. Ta có
CXXIII.
CXXIV. vậy ta không cần đặt vách

cứng
CXXV. Tuy nhiên , do vậy bản bụng cột bị mất ổn định cục
bộ,coi như chỉ còn phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn lại làm việc.Bề rộng của
phần bụng cột này là
CXXVI.
CXXVII. Diện tích tiết diện cột ,không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộ:
CXXVIII. A´=2*1.2*25+2*0.8*37.922=120.6752 > 106.08
 Không cần kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thể
CXXIX. Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu chuẩn
là
CXXX.
CXXXI. vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu.
CXXXII.
SVTH: Nguyễn Đình Huy Hoàng Trang 25