Thuyết minh đồ án kết cấu thép

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
1
Thuyết minh đồ án kết cấu thép ii

* Số liệu thiết kế :
Nhịp khung L = 30m
Bớc khung B = 6m
Chiều dài nhà 17B
Sức trục Q = 75T
Số cầu trục làm việc trong xởng là 2 , chế độ làm việc trung bình
Cao trình đỉnh ray H
1
= 8.3m
Địa điểm xây dng : vùng B
Vật liệu thép BCT3, hàn tay que hàn N46
Tấm mái panen sờn 1.5x6m
Bêtông móng mac M200# , tờng gạch tự mang
Xác định các kích thớc cơ bản của khung
ngang nh :
A.Xác định kích thớc theo phơng ngang nhà:
I.Theo phơng đứng:

Chọn cốt nền nhà trùng với cốt +0.00 để tính các thông số chiều cao.Ta có cao
trình đỉnh ray là chiều cao từ mặt nền đến mặt ray cầu trục H
1
= 8,3cm (theo đề bài).
Kích thớc cơ bản là nhịp khung L = 30m . Mặt khác, do tải trọng cầu trục:
Q=75T nên trục định vị trùng với mép ngoài cột một khoảng : a= 250 mm.Trong
trờng hợp này, để cho cầu trục khi chuyển động không chạm vào cột, khoảng cách

từ trục ray đến trục định vị phải đảm bảo đủ lớn
DahB
t
+
+
)(
1

. lấy chẵn
250mm , ta chọn =750 mm khi cầu trục Q =75T .
Suy ra nhịp của cầu trục là khoảng cách giữa 2 tim ray:
L
C
= L- 2. = 30-2.0,75 = 28,5(m)
Tra phụ lục VI.2 ta có thông số về cầu trục với sức trục bằng 75T :
B
K
B
1

H
C

=
=
=
=
8800
4400
400

4000
mm
mm
mm
mm
Chiều cao từ cao trình đỉnh ray tới cánh dới của dàn vì kèo:
H
2
=(H
C
+100)+
Trong đó : H
C
=4000mm.
100 mm là khe hở an toàn giữa cầu trục và dàn vì kèo
: là khe hở phụ xét tới độ võng của dàn vì kèo và việc bố trí hệ giằng
thanh dới , ta chọn =300mm.
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
2
Thay số ta có : H
2
=(4000+100)+300=4400(mm)
Chiều cao thông thuỷ của xởng, từ nền nhà tới đáy của dàn vì kèo :
H=H
1
+H
2
=8300+4400=12700(mm).

Kích thớc thực cột trên từ vai cột tới đáy dàn vì kèo ( chiều cao đoạn cột trên ):
H
T
=H
2
+H
DCT
+H
R

Trong đó : H
DCT
- chiều cao dầm cầu trục cho trọng đề bài H
DCT
= 0,7m
H
R
- chiều cao ray và các lớp đệm, chọn sơ bộ H
R
=0,2m
Suy ra : H
T
=4,4+0,7+0,2=5,3(m).
Chiều cao cột dới tính từ mặt móng tới vai cột:
H
D
=H-H
T
+H
3

Trong đó : H
3
- chiều sâu chôn cột , cho trong đề bài H
3
= 0,8m
Suy ra : H
D
=12.7-5,3+0,8=8,2(m).
II.Theo phơng ngang:

Chọn bề rộng cột trên (tức chiều cao tiết diện cột trên) :
tt
Hh )
12
1
10
1
( ữ=
=> 4425305300*)
12
1
10
1
( ữ=ữ=
t
h mm , chọn h
t
=500mm.
Suy ra , bề rộng cột dới : h

d
=a+=250+750=1000 mm.
Lúc này khe hở giữa cầu trục và mặt trong cột trên:
D =-B
1
-h
t
+a=750- 400- 500+250 = 100 mm.
Nh vậy D = 100 mm > 60 ữ75mm, bảo đảm sự an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột
trên .
hd=1000
ht = 500
H3 = 800
Ht = 5300
Hd = 8200
L = 30000
Q = 75T



Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
3
III.Lựa chọn dàn mái:
Chọn dàn mái dạng hình thang, liên kết cứng với cột .Chiều cao đầu dàn
h
dd
=2,2m, chọn độ dốc là 10%. Suy ra chiều cao giữa dàn là: h
gd

=3,7m
mLL
ct
615)
5
1
2
1
( ữ=ữ=
, lấy nhịp cửa trời bằng 12m. Theo yêu cầu về kiến trúc và
chiếu sáng ta chọn cửa trời chạy suốt theo chiều dài nhà .Chọn kích thớc :
+ Chiều cao cánh cửa là h
k
= 1500 phù hợp với cánh cửa tiêu chuẩn
+ Chiều cao bậu cửa trên và bậu cửa dới h
b
= 1000
=> Chiều cao cửa trời là 2.5m. Bề rộng cửa trời 12m, độ dốc mái cửa trời 10%
Cửa trời đợc bố trí một tầng cửa kính 1500mm
Hdd=2200
L = 30000
i
=
1
/
1
0
Lct = 12000
Hct=2500
IV.Mặt bằng lới cột và bố trí hệ giằng:

1.Giằng trong mặt phẳng cánh trên :
Gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc
nhà .Chiều dài nhà 17B = 102m < 200m với khung nhà toàn thép, không cần bố trí khe
nhiệt độ. Giằng trong mặt phẳng cánh trên đợc bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ và ở
quãng giữa khối để khoảng cách < 60m.
Thanh chống dọc
3000 3000
B
A
30000
Hdd=2200
6000
6000 6000
6000
55006000600060006000600060006000600060006000600060006000600060005500
181716
15
14131211109876
5
4321
2.Giằng trong mặt phẳng cánh dới:
Đợc đặt tại các vị trí có giằng cánh trên. Với nhà xởng có Q = 75T, để tăng độ
cứng cho nhà cầncó thêm hệ giằng cánh dới theo phơng dọc nhà .Bề rộng của hệ
giằng lấy bằng chiềudài khoang đầu tiên của cánh dới dàn.
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
4
6000
600060006000

6000
Hdd=2200
30000
1
A
B
2 3 4
5 6
7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
17 18
5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 5500
3.Hệ giằng đứng:
Nằm trong mặt phẳng thanh đứng của nhà. Theo phơng dọc nhà đợc bố trí ở
những chỗ có hệ giằng cánh dới và hệ giằng cánh trên, theo phơng ngang nhà
khoảng cách giữa các hệ giằng đứng cách nhau 12 ữ15m
Biểu diễn hệ giằng đứng giữa dàn :
12 3 4
5 6
7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
17 18
5500
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
5500
Hdd=2200
L = 30000
4.Hệ giằng cột:
Hệ giằng cột trên đợc bố trí theo phơng dọc nhà ở hai đầu khối nhiệt độ và ở
giữa nhà. Hệ giằng cột dới đặt ở giữa khối nhiệt độ . Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ

giằng cột dới là 6x8 = 48m < 75m .Với B =6m, Hd = 8,2m chỉ cần bố trí một khoang .
H.g. đúng mái
H.g. cột trên
H.g. cột duới
Hđd= 2200Hd = 8200
Ht = 5300
Dầm cầu trục
12 3 4
5 6
7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
17 18
5500
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
5500

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
5
B.Tính toán khung ngang nhà:
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.Các tải trọng này đợc tính ra N/m
2
mặt bằng nhà, sau
đó quy về phân bố đều trên dàn .
a.Tĩnh tải:

*Trọng lợng mái :
Theo cấu tạo của các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái nh sau:
Tải trọng do các lớp
mái
Tải trọng tiêu chuẩn
g
m
c
(daN/m
2
)
Hệ số vợt tải n
Tải trọng tính toán
g
m
(daN/m
2
)
Tấm mái Panel sờn
BTCT 1,5 x 6m ,
cao 30cm
150 1,1 165
Betong chống thấm
dày 4cm

100 1,2 120
Betong xỉ dày 12cm 60 1,2 72
2 lớp vữa lát dày
1,5cm/lớp
54 1,2 64,8

Hai lớp gạch lá nem
dày 1,5cm/lớp
60 1,1 66
Tổng cộng 334 487,8
Đây là tải trọng phân bố theo diện tích mặt bằng mái ,ta qui về lực phân bố
theo diện tích mặt bằng nhà:

)/(25,490
995,0
8,487
cos
8,487
)/(68,335
995,0
334
cos
334
2
2
mdaNg
mdaNg
tt
mai
tc
mai
===
===

*Tải trọng do trọng lợng bản thân dàn và hệ giằng :
Theo công thức kinh nghiệm :
g
d
tc
=1,2.
d
.L (daN/m
2
).
Trong đó :
L- nhịp dàn L=30m

d
- hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn
d
=0,65.
1,2 - hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng
Suy ra : g
d
tc
=1,2.0,65.30=23,4(daN/m
2
)
g
d
tt
=n. g
d
tc

=1,1.23,4=25,74(daN/m
2
)

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
6
*Tải trọng do trọng lợng kết cấu cửa trời :
Theo công thức kinh nghiệm :
g
tc
ct
=
ct
.l
ct
(daN/m
2
)
Trong đó :

ct
= 0,5
L
ct
- nhịp cửa trời ( m)
Cũng có thể dùng trị số 12-18 daN/cm
2
cửa trời ở đây lấy : g

tc
ct
=18 daN/m
2

g
ct
tt
=1,1.18=19,8 daN/m
2
*Tải trọng do trọng lợng cánh cửa và bậu cửa trời :
Trọng lợng cánh cửa (Kính + Khung)
g
tc
k
=40 daN/m
2
=> g
tt
k
=1,1 . 40 = 44 daN/m
2

Trọng lợng bậu trên và bậu dới
g
tc
b
=150 daN/m => g
tt
b

=1,1 . 150 = 165 daN/m
Các tải trọng này tập trung ở chân cửa trời, để tiện tính khung ta quy đổi thành phân bố
trên mặt bằng nhà .Lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là :
g
kb
=(44.2,5.6) + (165.6) = 1650 daN
=> Lực tơng đơng phân bố đều trên bề mặt bằng nhà g
ct


2'
/38,26
995,0.6.30
1650.26.12.8,19

2
mdaN
CosBL
gBlg
g
kbctct
ct
=
+
=
+
=


b.Hoạt tải mái :

Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động 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 nếu có đợc lấy bằng 75 daN/m
2
mặt bằng nhà,
với hệ số vợt tải n=1,3.
P
tt
=1,3.75=97,5 (daN/m
2
)
c.Tải trọng phân bố đều trên dàn :
*Tải trọng thờng xuyên :
)/(22,32546).38,2674,2525,490( mdaNgBg
i
=++==


*Hoạt tải :
p=B.p
tt
=6.97,5=585(daN/m)
2.Tải trọng tác dụng lên cột :

a.Do phản lực dàn :
*Do tải trọng thờng xuyên:
)(3,48813
2
30.22,3254
2

.
daN
Lg
A ===

*Do hoạt tải :
)(8775
2
30.585
2
.
' daN
Lp
A ===

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
7
b.Do trọng lợng dầm cầu trục :
Theo công thức kinh nghiệm : G
dct
=1,2.L
2
dct
.
dct

Trong đó :

dct
- hệ số trọng lợng bản thân chọn
dct
=36
L
dct
- nhịp dầm cầu trục L
dct
=6 m
Suy ra : G
dct
=1,2.6
2
.35=1555 (daN)
c.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :
Với sức trục Q=75T và L
c
=28,5m, tra bảng ta có :
P
c
1max

P
c
2max

G
CT

G

xe con

=
=
=
=
38
39
135
38
T
T
T
T
Số bánh xe trên mỗi ray là 4 bánh. áp lực lớn nhất D
max
của cầu trục lên cột do
các lực P
c
2max
, P
c
1max
đợc xác định theo lý thuyết đờng ảnh hởng của phản lực tựa
của hai dầm cầu trục ở hai bên cột khi bánh xe cầu trục di chuyển đến vị trí bất lợi
nhất, xe con mang vật ở vào vị trí sát nhất với cột phía đó .
Dựa vào tam giác đồng dạng ta tính đợc các giá trị sau :
1.01.
6000
600

1
==y
86.01.
6000
4560600
2
=
+
=y
573.01.
6000
2600840
4
=
+
=y
433.01.
6000
2600
5
==y

P2P2P2P2P1
y3=1
y1=0.1
y2=0.86
2600
840
600
2560

60006000
840
K = 4560
y4=0.573
y5=0.433

Với vị trí bất lợi nh trên hình vẽ , D
max
kể thêm hệ số vợt tải n=1,2 và hệ số tổ hợp n
c

xét xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của nhiều cầu trục ta có:
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
8
D
max
= n.n
c
.( P
c
1max
. y+ P
c
2max
. y)
= 1,2.0,85.[38.(0,1+0,433+,0573)+39(0,86+1)]
= 116,86(T) = 116860 daN
Khi đó phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất của bánh xe :

P
c
1min
=

+
0
n
GQ
P
c
1max
= )(14500)(5,1438
4
13575
daNT ==
+

P
c
2min
=
+
0
n
GQ
P
c
2max
= )(13500)(5,1339

4
13575
daNT ==
+

Tơng ứng phía bên kia có áp lực
D
min
= n.n
c
.( P
c
1min
. y+ P
c
2min
. y)
= 1,2.0,85.[14500.(0,1+0,433+0,573)+13500(0,86+1)]
= 41970(daN)
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 = 116860 .1,0/2 = 58430(daNm)
M
min
=D
min
.e = 41970.1,0/2 = 20985(daNm)
M
dct
=G
dct
.e = 1555.1,0/2 = 777,5(daNm)
d.Do lực hãm của một bánh xe con :
Khi xe con hãm , phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phơng chuyển
động. Lực hãm của xe con qua các bánh xe cầu trục , truyền lên dầm hãm và vào cầu
trục . Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm :

)(413,1
4
)3875(05,0
4
)(05,0
1
T
GQ
T
xc
C
=
+

=
+
=

T = n.n
c
.
c
T
1
.y
= 1,2.0,85.1413.(0,1+0,86+1,0+0,437+,0567)
= 4272 (daN)
3.Tải trọng gió:

áp lực gió tiêu chuẩn :
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: q = n.w
0
.k.c.B
*Phía hút gió: q= n.w

0
.k.c.B
Với : k - hệ số độ cao tra theo H trong TCVN2737-95
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
9
C - hệ số khí động học
n - hệ số vợt tải của tải trọng gió = 1,2
w
0
- áp lực gió tiêu chuẩn , theo đề bài thuộc vùng B
B - bớc khung
* Tính toán hệ số khí động theo sơ đồ 8. Hệ số ce
1
, ce
2
, ce
3
, ce
4
tra theo bảng sơ
đồ 2 trong TCVN 2737-95.
Do mái nhà có độ dốc i = 10% nên
0
71.5=


+ Tính hệ số ce
4

h
2
= 8,2+5,3+2,2 = 15,7m
l = 30m
h/l


0.5 1
0 -0.6 -0.7
20 -0.4 -0.7
546.0
5233,0
30
7,15
4
2
=
==
ce
l
h

+ Tính hệ số ce
3

b = 17B = 17.6 = 102m
505.0
5233.0;34
30

102
3
2
=
===
ce
l
h
l
b

+ Tính hệ số ce
1

h
1
= 15,7+0,9+2,5 = 19,1m
586.0
6367,0
30
1,19
1
1
=
==
ce
l
h

+ Tính hệ số ce

2

427.0
34;6367,0
2
1
=
==
ce
l
b
l
h

Để tiện tính toán, có thể đổi tải trọng này thành phân bố đều suốt chiều cao cột .
H<15m lấy
04,1=

. Từ đó có tải trọng phân bố đều lên cột là :
q = 1,2.155.1.0,8.6.1,04 = 928,5 (daN/m)
q = 1,2.155.1.0,505.6.1,04 = 586,1 (daN/m)
Ta có hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tra trong
bảng 5 sách hớng dẫn :
H<10m -> k = 1
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
10
H=15m -> k = 1,08 từ đó nội suy H = 13,5m -> k = 1,056
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=13,5 m, nội suy đợc k=1,056
*Với độ cao h=19,7 m, nội suy đợc k=1,127
Vậy trong khoảng từ độ cao đáy dàn vì kèo lên điểm cao nhất của mái nhà :
0915,1
2
127,1056,1
=
+
=
td
k

Xác định hệ số khí động học đợc tra theo sơ đồ 8 trang 27 sách hớng dẫn:
-
0
.
5
-
0
.4
2
7
-
0.586
-
0.
5
46
-0.6

+0.7
-0.505
+0.8
L = 30000
7400800
5300
2200
15700
Lực tập trung tại cánh dới dàn vì kèo:

ii
hcBkWnW
0

=
W=1,2.155.1,0915.6 ( 0,8.2,2 - 0,546.0,9 + 0,7.2,5 - 0,586.0,6 + 0,427.0,6 +2,5.0,6
+0,5.0,9 + 0,505.2,2) = 7290 (daN)
II.Tổ hợp nội lực và xác định nội lực tính toán:

+ Sau khi tính toán xong nội lực khung ( tính đợc M , N , Q tại các tiết diện) với
từng loại tải trọng , sẽ tiến hành tổ hợp các tải trọng bất lợi nhất đấic định đợc các nội
lực tính toán để chọn tiết diện khung .
+ Lực dọc N trong cột đợc xácđịnh nh là khi dàn liên kết khớp với cột ( có thể
xác định đợc N dựa vào biểu đồ Q nhng mất khá nhiều công mà kết quả sai khác
không quá 1% ) Nh vậy để xác định N chỉ cần dồn tải trọng đứng về cột một cách
bình thờng .

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2

11
1>Nội lực do tĩnh tải mái :

MA
MCd
MCt
MB
MA
MCd
MCt
MB
MB = -344.41 KNm
Mct = -49.69 KNm
Mcd = 55.98 KNm
MA = 511.96 KNm
QA = -55.61 KN
N = 500.32 KN

2>Nội lực do hoạt tải mái :

MA
MCd
MCt
MB
MA
MCd
MCt
MB
MB = -62.13 KNm
Mct = -9.30 KNm

Mcd = 10.88 KNm
MA = 92.61 KNm
QA = -9.97 KN
N = 87.75 KN

3>Nội lực do áp lực đứng của bánh xe cầu trục ( D
Max
tại cột trái ) :

MB
MCt
MCd
MA
MB = -45.29 KNm
Mct = 102.63 KNm
Mcd = -332.43 KNm
MA = -103.58 KNm
QA = -27.91 KN
N = 1160.15 KN

4>Nội lực do áp lực đứng của bánh xe cầu trục ( D
Max
tại cột phải ) :
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
12

MB
MCt

MCd
MA
MB = -77.18 KNm
Mct = 70.74 KNm
Mcd = -89.95 KNm
MA = 138.90 KNm
QA = 27.91 KN
N = 428.5 KN

5>Nội lực do lực hãm ngang T ( đặt tại cột trái ) :

MA
MCd
MCt
MB
MB = -14.54 KNm
Mct = 17.47 KNm
Mcd = 17.47 KNm
MA =-237.20 KNm
QA = 31.06 KN

6>Nội lực do lực hãm ngang T ( đặt tại cột phải ) :

MB
MCt
MCd
MA
MB = -40.13 KNm
Mct = 21.80 KNm
Mcd = 21.80 KNm

MA =117.61 KNm
QA = 11.68 KN



Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
13
7>Nội lực do tải trọng gió ( từ trái sang ) :

W=59.51
Q=6.02Q=9.31
MB
MCt
MCd
MA
MB = 160.33 KNm
MCt = -79.95 KNm
MCd = -79.95 KNm
MA = -967.21 KNm
QA = 146.39 KN

8>Nội lực do tải trọng gió ( từ phải sang ) :

MA
MCd
MCt
MB
Q=9.31Q=6.02

W=59.51
MB = -191.26 KNm
MCt = 99.27 KNm
MCd = 99.27 KNm
MA = 882.14 KNm
QA = 120.17 KN


+ Kết quả nội lực khung đợc ghi trong bảng tổ hợp . Với mỗi cột , xét 4 tiết diện
tiêu biểu , tại mỗi tiết diện có ghi trị số M , N do từng loại tải gây ra, riêng tiết diện
chân cột thi ghi thêm lực cắt Q để tính móng
+ Tổ hợp cơ bản 1 :Bao gồm các nội lực do tải trọng tĩnh ,do các hoạt tải dài hạn
và do một hoạt tải tạm thời gây ra giá trị nội lực lớn nhất . Khi tổ hợp thì các tải trọng
này lấy hệ số tổ hợp c = 1
+ Tổ hợp cơ bản 2 :Gồm nội lực do tĩnh tải và do các hoạt tải với hệ số tổ hợp 0.9
+ Tại mỗi tiết diện ta cần tìm 3 tổ hợp tải trọng sau :
- Tổ hợp gây momen dơng lớn nhất và lực nén tơng ứng
- Tổ hợp gây momen âm lớn nhất và lực nén tơng ứng
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
14
- Tổ hợp gây lực nén lớn nhất và trị số M tơng ứng . Nhiều tải trọng không gây
thêm N nhng gây M ( gió , lực hãm ) thì cũng kể vào sao cho cùng với Nmax
có đợc M tơng ứng lớn nhất .
+ Nguyên tắc tổ hợp nh sau :
- Tĩnh tải luôn đợc kể đến trong mọi trờng hợp
- Không thể lấyđồng thời nội lực do D
Max
bên cột phải và D

Max
bên cột trái , gió
trái và gió phải , T
Max
bên cột phải và T
Max
bên cột trái
- Khi đã kể đến nội lực do T
Max
thì phỉa kể đến D
Max
D
Min

Tiến hành tổ hợp nội lực đợc kết quả ghi trong bảng sau :










Bảng nội lực

Cột trên
Cột dới

Tiết diện B Tiết diện C
t
Tiết diện C
d
Tiết diện A
Thứ tự
tải
trọng
Loại tải trọng

Hệ
số tổ
hợp
M N M N M N M N Q
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1
Tải trọng
thờng xuyên
MA
MCd
MCt
MB
MA
MCd
MCt
MB

1 -344.41 500.32 -49.69 500.32 55.98 500.32 511.96 500.32 -55.61
1 -62.13 87.75 -9.3 87.75 10.88 87.75 92.61 87.75 -9.97
2

Tải trọng tạm
thời trên mái
MA
MCd
MCt
M
B
MA
MCd
MCt
M
B

0.9 -55.917 78.975 -8.37 78.975 9.792 78.975 83.349 78.975 -8.973
1 -45.29 0 102.63 0 -332.43 1160.15 -103.58 1160.15 -27.91
3
Momen cầu
trục(móc trục
bên trái)
M
B
MCt
MCd
MA

0.9 -40.761 0 92.367 0 -299.19 1044.14 -93.222 1044.14 -25.119
1 -77.18 0 70.74 0 -89.95 428.5 138.9 428.5 27.91
4
Momen cầu
trục(móc trục

bên phải)
M
B
MCt
MCd
MA

0.9 -69.462 0 63.666 0 -80.955 385.65 125.01 385.65 25.119
1 14.54 0 17.47 0 17.47 0 237.2 0 31.06
5
Lực hãm lên
cột bên trái
MA
MCd
MCt
MB


0.9 13.086 0 15.723 0 15.723 0 213.48 0 27.954
1 40.13 0 21.8 0 21.8 0 117.61 0 11.68
6
Lực hãm lên
cột bên phải
MB
MCt
MCd
MA

0.9 36.117 0 19.62 0 19.62 0 105.85 0 10.512
1 160.33 0 -79.95 0 -79.95 0 -967.21 0 146.39

7 Gió trái
W=59.51
Q=6.02Q=9.31
MB
MCt
MCd
MA

0.9 144.297 0 -71.955 0 -71.955 0 -870.49 0 131.751
1 -191.26 0 99.27 0 99.27 0 882.14 0 120.17
8 Gió phải
MA
MCd
MCt
MB
Q=9.31Q=6.02
W=59.51

0.9 -172.13 0 89.343 0 89.343 0 793.926 0 108.153




B¶ng tæ hîp néi lùc



Tæ hîp c¬ b¶n 1 Tæ hîp c¬ b¶n 2
N
Max

,M N
Max
,M
TiÕt diÖn Néi lùc
M
+
Max
,N M
-
Max
,N
M
+
M
-

M
+
Max
,N M
-
Max
,N
M
+
M
-

1,8 1,2 1,2,4,6,8 1,2,4,6,8
M

-535.67 -406.54 -678.04 -678.04
B
N
_
500.32
_
588.07
_
579.3
_
579.3
1,3,6 1,7 1,2 1,3,6,8 1,2,7 1,2,3,6,8 1,2,7
M
74.74 -129.64 -58.99 151.642 -130.015 143.27 -130.015
C
t

N 500.32 500.32
_
588.07 500.32 579.3 579.3 579.3
1,8 1,3,6 1,3,6 1,2,8 1,3,6,7 1,2,3,6,7
M
155.25 -298.25 -289.25 155.115 334.785 -325
C
d

N 500.32 1660.47
_
1660.47 579.295 1544.46
_

1623.435
1,8 1,7 1,3,5 1,2,4,5,8 1,3,5,7 1,2,3,5,8 1,2,3,5,7
M
1394.1 -455.25 645.58 1727.725 -665.231 1509.493 -581.882
N 500.32 500.32 1660.47
_
964.945 1544.46 1623.435 1623.475
A
Qmax
1,3,5
-114.58
1,2,3,5
-117.656
1,4,5,7
129.214
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 17 -
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:

)/(2793,08,1.850,7.
10.2100.4,0
166047

.
4

cot
mT
RK
N
g
duoi
===


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, =1,8.
- là trọng lợng riêng của thép , =7850.10
-6
daN/cm
3
.
Suy ra :

).(29,22,8.2793,0.
cotcot
THgG
d

duoiduoi
===
*Trọng lợng bản thân cột trên:

)./(1583,085,7.8,1.
10.2100.25,0
58807

.
4
cot
mT
RK
N
g
tren
===


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=0,25.
- 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, =1,8.
- là trọng lợng riêng của thép , =7850.10
-6

daN/cm
3
.
Suy ra :

).(839,03,5.1583,0).(
cotcot
THgG
t
trentren
===
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 :
.
.3,579
.04,678



=
=
KNN
KNmM

Đối với tính toán phần cột dới ta dùng 2 cặp nội lực :
Nhánh mái:

=
=
.435,1623
.493,1509
KNN
KNmM

Nhánh cầu trục:




=
=
.46,1544
.231,665
KNN
KNmM

Kết hợp ở trên ta có:
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 18 -
N
11
=1623,435+ G
tren
cot
+G

duoi
cot
+G
DCT
=1623,435+ 0,839 +2,29 +15.55= 1642.125KN
N
12
=1544,46+ G
tren
cot
+G
duoi
cot
+G
DCT
= 1544,46+ 0,839 +2,29 +15.55 = 1563,15KN
N
2
=579,3 + G
tren
cot
= 579,3 + 0,839 = 580,14KN
016,1
83,2
7
.
2,8
3,5
.
.

221,0
3,5.7
2,8
.
83,2
14,580
125,1642
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

Tính các hệ số :
Tra bảng II.6b ta có :

1
=2
2
=
1
/c
1
=2 / 1,016=1,968
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:
L
x1
=
1
.H
d
=2.8,2 = 16,4m.
L

x2
=
2
.H
t
=1,968.5,3 = 10,43m.
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:
L
Y1
=H
d
=8,2m.
L
Y2
=H
t
-H
DCT
=5,3-0,7=4,6m.
II.Thiết kế phần cột trên:

Cặp nội lực thiết kế:




=
=
.14,580
.04,678

KNN
KNmM

Tiết diện cột trên là cột tổ hợp cấu tạo từ 3 bản thép ,đối xứng.Chọn chiều cao tiết diện
h
t
=500 mm.
Tính độ lệch tâm:

.1687,1
14,580
04,678
m
N
M
e ===
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:

.6,176
5,0
1687,1
.2,225,1
21
14,580
).8,22,2(25,1
.
2
Y/C
2

Y/C
cmA
h
e
R
N
A
=






+=






ữ+=


1.Với yêu cầu sơ bộ nh vậy ta chọn tiết diện nh sau:
250
452
16
2424
500

250

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 19 -
Chiều dày bản bụng:

b


c

b
c

=
=
=
16
24
250
mm
mm
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

=2.(50-2,4.2)=72,32 cm
2
.
- Diện tích bản cánh: A
c
=25.2,4=60 cm
2
.
- Diện tích tiết diện: A=2.A
c
+A
b
=2.60+72,32=192,32 cm
2
.
- Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục x-x:

.439,20
32,192
121,80343
.121,803438,23.4,2.2525.4,2.
12
1
.26,1.2,45.
12
1
4233
cm
A
J

r
cmJ
x
x
x
===
=






++=

- Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục y-y:

.708,5
32,192
4,6265
.4,62656,1.2,45.
12
1
4,2.25.
12
1
.2
433
cm
A

J
r
cmJ
y
y
y
===
=+=

- Độ mảnh và độ mảnh quy ớc của cột trên:

61,1
10.1,2
2100
.0,51.
6,80
708,5
460
0,51
439,20
1043
6
===
===
===
E
R
r
l
r

l
xx
y
y
y
x
x
x




- Độ lệch tâm tơng đối và độ lệch tâm tính đổi:

994,6
7,3213
32,192.88,116.
.7,3213
50
121,80343.2
2/
3
===
===
x
x
x
W
Ae
m

cm
h
J
W

368,102,04,11 Khi
:
83,0
32,72
60
5994,6
561,1
===









==
>=
<=
x
b
c
b
c

x
A
A
t
A
A
m


cóta II.4ngbảra

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 20 -
288,9994,6.328,1.328,1
25,15,0 Khi
1
====
==
mm
A
A
b
c



3.Kiểm tra tiết diện vừa chọn:
Cột kiểm tra theo trờng hợp cột tổ hợp chữ H, 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
< 20 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:

./2100./2128
32,192.1418,0
58014
.
2000
: 1418,0
61,1
288,9
22
1
cmdaNRcmdaN
A
N
m
nglt
lt
x
====
=

=
=





cóta II.2ngbảtra

Vậy cột đã chọn bảo đảm ổn định trong mặt phẳng uốn.
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:





.

R
AC
N
ngy
=

Trong đó:
Y
là hệ số uốn dọc theo phơng ngoài mặt phẳng uốn đợc tính

bằng cách tra bảng II.1
:
6,80=
y


=>
Y
= 0,718
Mô men trong mặt phẳng uốn ảnh hởng tới ngoài mặt phẳng uốn đợc lấy :


}M,2/,2/max{MM
21x
M=
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 tt
ở đây M
1
= -678,04 KNm (tổ hợp 1,2,4,6,8).
M
2
=114,569 KNm
KNmM
MM

M
KNm
MM
MM
X
837,413837,413,28,57
2
,02,339
2
max
.837,4132.
3
569,11404,678
569,1142.
3
21
21
2
=






====
=

+=

+=


Vậy độ lệch tâm tuyệt đối, độ lệch tâm tơng đối và hệ số C:
, xác định theo bảng II.5 phụ lục II :

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 21 -
259,0
269,4.672,01
1
.1).1/(
13,99
2100
10.1,2
14,314,3
671,0269,4.005,065,0005,065,0
).1/(*
.5269,4
7,3213
32,192.334,71
'.
'
.334,71
58014
10.7,41383
'
6

2
=
+
=+=
=>===
=+=+=
+=
<===
===
x
yc
x
x
X
ng
x
X
mC
R
E
m
mC
W
Ae
m
m
N
M
e

Điều kiện ổn định ở ngoài mặt phẳng khung:
22
/2100./1625
32,192.718,0.259,0
58014
1600 cmdaNRcmdaN
Y
===


Vậy đảm bảo điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung.
d.Kiểm tra ổn định cục bộ:


5,16
2100
10.1,2
).61,1.1,036,0() 1,036,0(
6
0
=+=+=

R
E
b
bb
x
C
c
o
c
o




*Kiểm tra ổn định bản cánh:
Công thức kiểm tra:

Vì 0,8 < 61,1=
x

< 4
.5,1688,4

88,4
4,2.2
6,125
.2
0
C
0
C
0
=






=
=

=

=
C
C
bC
bb
bb

*Kiểm tra ổn định bản bụng:
ổn định cục bộ của bản bụng cột chịu nén lệch tâm không chỉ phụ thuộc vào độ
mảnh của cột , vật liệu cột , hình dáng tiết diện cột mà còn phụ thuộc vào độ lệch tâm
tơng đối m và hệ số đặc trng phân số ứng suất pháp trên bản bụng .
Khi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung quyết định khả năng chịu lực
của cột thì điều kiện ổn định theo tỉ số :









o
b
o
bb

Khi không thoả mãn điều kiện tức là bản bụng quá mỏng cần đợc gia cờng bằng các
cặp sờn dọc đặt vào giữa bản bụng .
25,28
6,1
4,2.250
.2
0
=

=

=
b
c
b
hh




Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 22 -
98,5325,28
)1288,9(
.03,98
2100
10.1,2
.1,398,53
2100
10.1,2
).61,1.5,09,0() 5,09,0(
00
1
66
0
=

=
>=
==+=+=









hh
mdo
R
E
h
b
X

=> Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng thoả mãn .
Ngoài ra khi
57,691000.2,2.2,2 ==
R

E
b
b
o

nên không phải đặt các sờn ngang để
gia cờng cho bụng cột khi bị mất ổn định cục bộ dới tác dụng của ứng suất tiếp .
Kết luận : Cột đã chọn thoả mãn các yêu cầu về chịu lực và ổn định.


III.Thiết kế phần cột dới:

1.Chọn cặp nội lực tính toán:
Cột dới đợc thiết kế rỗng gồm hai nhánh , liên kết với nhau bằng các thanh nối
Đối với tính toán phần cột dới ta dùng 2 cặp nội lực :
Nhánh mái:



=
=
KNN
KNmM
125,1642
493,1509
2

Nhánh cầu trục:

=
=
KNN
KNmM
15,1563
231,665
1

2.Chọn tiết diện nhánh cột :
Sơ bộ giả thiết khoảng cách giữa hai trục nhánh C=h
d
=100 cm. Trục trung hoà
của tiết diện nằm vào khoảng giữa hai nhánh của cột . Nhận thấy cặp nội lực gây nén
cho nhánh mái lớn hơn cặp nội lực gây nén cho nhánh cầu trục nên vị trí trục trung hoà
sẽ lệch về phía nhánh mái .Giả thiết diện tích nhánh tỉ lệ với lực dọc của nhánh , thành
lập đợc phơng trình xác định vị trí trọng tâm tiết diện :
7,0
0114,19.573,26
0).(
1
1
2
1
21
2
1
21
21
2

1

=+
=

++

+

y
yy
NN
CM
yC
NN
MM
y

Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:
Y
1
=0,7.C = 70 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh mái:
Y
2
=0,3.C = 30 cm.
Dựa vào khoảng cách đã giả thiết , ta tính gần đúng lực nén gây cho nhánh cột và sơ bộ
lựa chọn kích thớc tiết diện theo cấu kiện nén lệch tâm .
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:

KN
C
M
C
y
NN
nh
1134
1
231,665
1
3,0
.15,1563.
12
11
=+=+=
Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 23 -
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:
KN
C
M
C
y
NN
nh
2659

1
493,1509
1
7,0
.125,1642.
21
22
=+=+=
Giả thiết = 0,9, diện tích yêu cầu của các nhánh là:

.7,140
2100.9,0
265900

.60
2100.9,0
113400

2
2
2
2
1
1
cm
R
N
A
cm
R

N
A
nh
ycnh
nh
ycnh
===
===



Chọn thép tổ hợp ở nhánh cầu trục với các thông số chọn nh sau:

b


c

b
c

h
b

=
=
=
=
8
10

180
400
mm
mm
mm
mm

Tính các đặc trng hình học của tiết diện vừa chọn:
Diện tích bản bụng: A
b
=0,8.(40-2.1)=30,4 cm
2
.
Diện tích bản cánh: A
c
=18.1=18 cm
2
.
Diện tích tiết diện: A=2.A
c
+A
b
=2.18+30,4=66,4cm
2
.
Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục y-y:


.2,16
4,66

17350
.17350)5.020.(1.1818.1.
12
1
.28,0.38.
12
1
4233
m
A
J
r
cmJ
y
y
y
===
=






++=

Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục x-x:

.8,3
4,66

974
.9748,0.38.
12
1
1.18.
12
1
.2
433
cm
A
J
r
mJ
x
x
x
===
=+=

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 24 -
Các thông số chuẩn bị kiểm tra:
Nhánh cầu trục:

A
nh1

J
x1

r
x1
J
Y1
r
Y1

=
=
=
=
=
66,4
974
3,8
17350
16,2
cm
2
cm
4
cm
cm
4
cm
Nhánh mái đợc tổ hợp hàn từ 1 thép bản 340x24mm và hai thép góc đều cạnh
L160x12mm, có các thông số sau:

A
tg

z
g
0

J
x

=
=
=
37,4
4.39
913
cm
2
cm
cm
4


Xác định trục trung hoà của tiết diện nhánh mái :
Gọi z
0
là khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện đến mép mgoài của bản bụng có
phơng trình sau :

cmz
A
ZA
z
i
ii
87,3
4,156
)4,239,4.(4,37.22/4,2.6,81
.
0
0
=
++
=
=




[
]
[]
.36,13
4,156
27913
.27913)39,420(4,37913.24,2.34.
12
1
.44,3

4,156
1854
.1854)87,34,239,4.(4,37913)2,187,3.(34.4,234.4,2.
12
1
nh2
2
2
423
2
nh2
2
2
4223
2
cm
A
J
r
cmJ
cm
A
J
r
cmJ
y
y
y
x
x

x
===
=++=
===
=++++=

Thuyết minh đồ án Kết cấu thép Phạm Thị Lan Anh _ 2158.47_Lớp 47
th
2
- 25 -
Khoảng cách thực tế giữa hai trục nhánh :
C=h-z
0
=100-3,87 = 96,13 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:


.48,6713,96.
6,814,156
4,156
.
2
1
cmC
A
A
y
nh
=
+

==
Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh mái:
y
2
=C-y
1
=96,13- 67,48 =28,65 cm.
Mômen quán tính của toàn tiết diện đối với trục ảo x-x:


.1,44
4,664,156
37,433528
.37,43352865,28.4,15648,67.4,661854974.
4222
cm
A
J
r
cmyAJJ
x
x
inhixix
=
+
==
=+++=+=


Tiết diện đợc thiết kế :

4.Xác định hệ thanh bụng:
Chiều dài phần cột dới chia làm 8 đoạn có kích thớc nh hình vẽ , chiều dài
mỗi đoạn bằng 950mm ->H
d
= 950x7+900+650 = 8200 mm .
*Bố trí hệ thanh bụng nh hình vẽ, các thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.
Chọn khoảng cách các nút giằng là a =95 cm .Vậy chiều dài thanh xiên

.13613,9695
2222
cmCaS =+=+=
Góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên:
7113,0
34,45012,1
95
13,96
0
=
====


Sin
a
C
tg

Sơ bộ chọn thanh giằng xiên L80x6 mm. Có các thông số sau:
- Diện tích tiết diện : A=9,38 cm
2

.
- Bán kính quán tính nhỏ nhất xét cho tất cả các trục: r
min tx
=1,58
- Vậy độ mảnh lớn nhất của thanh xiên là :
[]
68,0.15008,86
58,1
136
min
min
max
==<===

r
S
tx