Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp

Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
I)Đề Bài:
Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với số liệu
cho trước như sau:
- Nhịp khung ngang: L= 27 m
- Bước khung: B= 6 m
- Sức nâng cầu trục: Q= 6.3
- Cao trình ray: H
1
= +7,5 m
- Độ dốc của mái: i = 10%
- Chiều dài nhà: 90 m
- Phân vùng gió: III-A
- Vật liệu thép mác CCT34 có cường độ :
f = 210 N/mm
2
f
v
= 116 N/mm
2
f
u
= 310 N/mm
2
- Hàn tay, dùng que hàn N42.
II)Thuyết minh:
1. Xác định các kích thước chính của khung ngang
1.1. Theo phương đứng
Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang :
H

2
= H
K
+ 0,1+f = 0,87 + 0,1+0,2 =1,17 (m)
Với : H
K
= 0,87 (m) – tra catalo cầu trục
f= 0,2 kt xét đến đọ võng của vì kèo và việc bố trí của hệ giằng .
0,1:khe hở an toàn
 Chọn H
2
=1,2(m) .
Chiều cao của cột khung,tính từ mặt móng đến đáy xà ngang :
H = H
1
+ H
2
+ H
3
= 7,5 + 1,2+ 0 = 8,7 (m)
Trong đó :
H
1
: cao trình đỉnh ray , H
1
= 7,5(m).
H
3
: phần cột chôn dưới cốt mặt nền,coi mặt móng ở cốt ± 0.000
Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang :

H
t
=H
2
+ H
dct
+ H
r
= 1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 (m)
Giả thiết: H
dct
=0,6 m
Do H
dct
( )
B B
0,6 0,75 m
8 10
 
∈ ÷ = ÷
 ÷
 
Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên cuả vai cột :
H
d
= H – H
t
= 8,7 -2 = 6,7 (m).
1.2. Theo phương ngang
Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột ( a=0 ) → Khoảng cách từ trục

định vị tới trục ray cầu trục là :

λ
=
K
L L 27 25.5
0.75
2 2
− −
= =
(m).
Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng:
Trang 1
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
h =
( )
1 1 1 1
H .7,8 0,41 0,55
15 20 15 20
   
÷ = ÷ = ÷
 ÷  ÷
   
(m)
→ Chọn h = 50 cm.
Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung :
z =
λ
– h = 0,75 -0,5 = 0,25 (m)> z
min

= 0,18 (m).
27000
i

=

1
0
%
q = 6.3 t
a
± 0.00
+ 7.50
+ 8.70
i

=

1
0
%
b
+10.00
1.3. Sơ đồ tính khung ngang
Dựa trên sức nâng của cầu trục chọn phương án cột có tiết diện không thay đổi, với độ
cứng là I
1
. Vì nhịp khung L = 27 m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi
hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 6 m. Với đoạn xà dài 6 m, độ cứng
ở đầu xà và cuối xà là I

1
/ I
2
tương ứng (giả thiết độ cứng của xà và cột tại chỗ liên kết xà
- cột là như nhau). Với đoạn xà dài 7,5 m, độ cứng ở đầu xà và cuối xà giả thiết bằng I
2
(tiết diện không thay đổi). Gỉa thiết sơ bộ tỷ số độ cứng I
1
, I
2
là như nhau. Do nhà có cầu
trục nên chọn kiểu liên kết giữa cột với móng là khớp cố định tại mặt móng (cốt ± 0.000).
Liên kết giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng. Trục cột khung lấy
trùng với trục định vị để đơn giản hoá tính toán và thiên về an toàn. Sơ đồ tính khung
ngang như hình vẽ.
6000 7500 7500 6000
1 1
1
1
2
3
2
27000
13007500 1200
Trang 2
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2. Thiết kế xà gồ
2.1 Thiết kế xà gồ mái
2.1.1 Tải trọng tác dụng:
a. Tĩnh tải :

Chọn vách làm bằng tấm tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng
bằng
tc
m
g =
0,074 kN/m
2
Chọn sơ bộ chiều xà gồ chữ C mã hiệu 7CS2.5×105 có các thông số sau :
I
x
= 413,73 cm
4
I
y
= 47, 87cm
4
A= 8,77 cm
2
q
tc
= 0,0682kN/m =
tc
xg
g
Chọn khoảng cách bố trí giữa các xà gồ là a
xg
= 1.5m
tc tc tc
vach xg xg
q g a g= × +

= 0,074.1,5+0,0682=0.18 kN/m
tt tc
g
q q= × γ =
0,18.1,05= 0,189 kN/m
b. Tải gió :
Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng
vào cột và gió tác dụng trên mái. Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió
III-A, có áp lực tiêu chuẩn W
0
=1,25 kN/m
2
, được giảm đi 0.15kN/m
2
nên còn W
0
=1,1 kN/m
2
. Hệ số vượt tải 1,2. Nội suy ta có : C
e1
= -0,284 ; C
e2
= -0,4; C
e3
=-0,5;
k
1
= 0,9688 với cao trình tại đỉnh cột là:+8,7.
k
2

= 1 với cao trình tại đỉnh mái.
Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ vách :
Phía đón gió : Wtc = 1,2. 0,9688. 1,1. 0,8. 1,5 = 1,53 (kN/m)
Wtt = 0,9688. 1,1. 0,8. 1,5 = 1,275 (kN/m)
Phía khuất gió : Wtc = 0,9688. 1,1. 0,5. 1,5 = 0,8 (kN/m)
Wtt=1,2. 0,9688. 1,1. 0,5. 1,5 =0,959 (kN/m)
Chọn tải gió W = 1,53 kN/m
2.1.2 Sơ đồ tính

q
y
tt
q
x
tt
x
y
Trang 3
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa

My
6000
M
y
tt

qB
2
8
=

q
y
tt
Mx
6000
M
x
tt

qB
2
8
=
q
x
tt
2.1.3. Kiểm tra điều kiện về cường độ
Có M
xmax
=
2
x
q .B
8
=
2
1,53.6
5,885
8
=

kNm.
M
ymax
=
2
y
q .B
8
=
2
0,189.6
0.85
8
=
kNm.
Do đó
y
x
c
M
M
f
Wy Wx
σ = + ≤ γ
hay
2 2
c
588,5 65
18,65 kN / cm f 21.1 kN / cm
46,54 10,82

σ = + = < γ =
Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn.
2.1.4 Kiểm tra độ võng
- Độ võng theo phương y do q
y
gây ra
tc 4
4
y
y
8 8
x
q .B
5 5 0,189.6
. . 0.021
384 EJ 384 2,1.10 .47,87.10
−
∆ = = =
(m)
y
3 3
2,1 1
3.5.10 5.10
B 600 B 200
− −
∆
∆
 
= = < = =
 

 

Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép.
- Độ võng theo phương x do q
x
gây ra
tc 4
4
y
y
8 8
x
q .B
5 5 1,275.6
. . 0.024
384 EJ 384 2,1.10 .413,73.10
−
∆ = = =
(m)
y
3 3
2,4 1
4.10 5.10
B 600 B 200
− −
∆
∆
 
= = < = =
 

 

Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép.
2.2 Thiết kế xà gồ mái
Trang 4
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2.2.1 Tải trọng tác dụng lên xà gồ
Chọn tấm mái tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm có trọng lượng bằng
tc
m
g =
0,074 kN/m
2
Chọn sơ bộ chiều xà gồ chữ C mã hiệu 7CS2.5×105 có các thông số sau :
I
x
= 413,73 cm
4
I
y
= 47, 87cm
4
A= 8,77 cm
2
q
tc
= 0,0682kN/m =
tc
xg
g

Chọn khoảng cách bố trí giữa các xà gồ là a
xg
= 1m
Hoạt tải tác dụng được xác định theo TCVN 2737-1995 :

tc
m
p 0,3=
kN/m
2
;
Như vậy tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán tác dụng lên xà gồ ;

xg
tc tc tc tc
m m xg
a
q (g p ). g
cos
= + +
α
=
=(0,074+0,3).
1
cosα
+0,0628=0,44kN/m;

xg
tt tc tc tc
m g m p xg g

a
q (g . p . ). g .
cos
= γ + γ + γ
α
=(0,074.1,05+0,3.1,3).
1
cosα
+0,0682.1,05 = 0,54 kN/m
2.2.2 Sơ đồ tính xà gồ
q
x
q
y
y
x
a
Mặt cắt xà gồ
Phân tải trọng theo 2 phương

tc tc
x
q q cos= α
;
x
q qcos= α
;

tc tc
y

q q sin= α

y
q q sin= α
;
Do đó ta có sơ đồ tính và biểu đồ mômen :
Trang 5
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
6000
M
y
tt

qB
2
8
=
q
y
tt

Mx
6000
M
x
tt

qB
2
40

=
q
x
tt
My
2.2.3 Kiểm tra điều kiện về cường độ
Có M
xmax
=
2
x
q .B
40
=
2
0,044.cos .6
0.039
40
α
=
kNm.
M
ymax
=
2
y
q .B
8
=
2

0,54.sin .6
2,42
8
α
=
kNm.
Do đó
y
x
c
x y
M
M
f
W W
σ = + ≤ γ
hay
2 2
c
242 39
8.8 kN / cm f 21.1 kN / cm
46.54 10,82
σ = + = < γ =
Vậy điều kiện độ bền thỏa mãn.
2.2.4 Kiểm tra độ võng
Do có giằng xà gồ nên ta chỉ xét độ võng theo phương y(tức là do q
x
gây ra)
tc 4
4

x
y
8 8
x
q .B5 5 0,43.cos .6
. . 0.0073
384 EJ 384 2,1.10 .744.19.10
−
α
∆ = = =
(m)
y
3 3
0.73 1
1,22.10 5.10
B 600 B 200
− −
∆
∆
 
= = < = =
 
 

Vậy độ võng của xà gồ trong giới hạn cho phép.
3. Tải trọng tác dụng lên khung ngang
3.1.Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)
Độ dốc mái i = 10% → α =5,71
0
(sinα = 0,0995; cosα = 0,995).

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm: trọng
lượng của các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung
ngang dầm và dầm cầu trục.
Tải trọng mái và xà gồ được truyền xuống xà ngang dưới dạng lực tập trung
đặt tại đầu các xà gồ nhưng do số lượng xà gồ > 5 nên có thể quy về tải phân bố
Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1 kN/m . Tổng tĩnh tải phân bố
tác dụng lên xà ngang :

0,039
1,05. 0,0893 .6 1,05.1 1,94 /
cos
kN m
α
 
+ + =
 ÷
 
(kN/m).
Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ tường lấy tương tự như mái.
Quy thành tải tập trung đặt tại đỉnh cột :
1,05. (
0,039 0.0893+
). 6.8.7 = 7,3 (kN)
Trang 6
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1(kN/m). Quy thành lực
tập trung và mômen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột :
1,05. 1. 6 = 6.3 (kN);
6,3. (L
1

-0.5h) = 6,3. (0.75- 0,5. 0,5) = 3.15 (kNm).
3.2.Hoạt tải mái
Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa
mái (mái lợp tôn) là 0,3 (kN/m
2
), hệ số vượt tải là 1,3.
Quy đổi về tải trọng phân bố lên xà ngang :
1,3.0,3.6
2,352
cos
α
=
(kN/m)
3.3. Tải trọng gió
Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là gió tác dụng
vào cột và gió tác dụng trên mái. Theo TCVN 2737-1995, địa điểm phân vùng gió
III-A, có áp lực tiêu chuẩn W
0
=1,25 kN/m
2
, được giảm đi 0.15kN/m
2
nên còn W
0
=1,1 kN/m
2
. Hệ số vượt tải 1,2. Nội suy ta có : C
e1
= -0,284 ; C
e2

= -0,4; C
e3
=-0,5;
k
1
= 0,9688 với cao trình tại đỉnh cột là:+8,7,
k
2
= 1 với cao trình tại đỉnh mái.
Tải trọng gió tác dụng lên cột:
Phía đón gió : 1,2. 0,9688. 1,1. 0,8. 6 = 6,14(kN/m)
Phía khuất gió : 1,2. 1. 1,1. 0,5. 6 = 3.96 (kN/m)
Tải trọng gió tác dụng lên mái :

1 2
0,9688 1
0,9844
2 2
k k
k
+ +
= = =
Phía đón gió : 1,2. 0,9844. 1,1. 0,284. 6 = 2,21 (kN/m)
Phía khuất gió : 1,2. 09844. 1.1. 0,4. 6 = 3,11 (kN/m)

3.4.Hoạt tải cầu trục
Theo bảng II.3 phụ lục sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng,
một nhịp, các thông số cầu trục sức nâng 6.3T như sau :
Nhịp
L

k
(m)
Ch.cao
Gabarit
H
K
(mm)
Khoảng
cách
Z
min
(mm)
Bề
rộng
gabarit
B
K
(mm)
Bề
rộng
đáy
K
K
(mm)
T.lượng
cầu trục
G
(T)
T.lượng
xe con

G
xe
(T)
áp lực
P
max
(kN)
áp lực
P
min
(kN)
25.5 870 180 4500 3800 12,74 0,605 58 26.3
Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực
hãm ngang, xác định như sau :
3.4.1. Áp lực đứng của cầu trục :
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 (hình vẽ), xác định
Trang 7
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
được các tung độ y
i
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 :
4500 4500
p
max
p
max
p

max
p
max
6000 6000
0.367
1 0.83
0.25
3800 700 3800
Đường ảnh hưởng để xác định Dmax, Dmin
D
max
=
c p max i
n . . P .y 0,85. 1,1. 58. (1 0,367 0,83 0,25)=132
γ = + + +
∑
(kN)
D
min
=
c p min i
n . . P .y 0,85. 1,1. 26.3. (1 0,367 0,83 0,25)=60.17
γ = + + +
∑
(kN).
Các lực D
max
và D
min
thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do

đó sẽ lệch tâm so với trục cột là: e = L
1
– 0,5h =75 – 0,5.0,5 = 0,5 (m). Trị số của
các mômen lệch tâm tương ứng:
M
max
= D
max
.e = 132 0,5 = 66 (kNm)
M
min
= D
min
. e = 60.17. 0,5 = 30.8 (kNm)
3.4.2. Lực hãm ngang của cầu trục
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray :

tc
xe
1
0
0,05(Q G )
0,05.(63 6,05)
T 1.726
n 2
+
+
= = =
(kN).
Lực hãm ngang của toàn cầu trục lên cột đặt vào cao trình dầm hãm (giả

thiết cách vai cột 0,7m):
tc
c p 1 i
T n T y 1,1. 0,85. 1.726. (1 0,367 0,83 0,25) 3.95
= γ = + + + =
∑
(kN)
4. Xác định nội lực
Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng
phần mềm SAP2000. Kết quả tính toán được thể hiện dưới các biểu đồ và bảng
thống kê nội lực:
Trang 8
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
6700 2000
6000 7500 7500 6000
27000
1300
7.3 kn 7.3 kn
1.94 kn
3.15 kn
6.3 kn
3.15 kn
6.3 kn
SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG VỚI TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN (TĨNH TẢI )
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO TĨNH TẢI
BIỂU ĐỒ LƯC DỌC DO TĨNH TẢI
BIỂU ĐỒ LƯC CẮT DO TĨNH TẢI
Tĩnh Tải
Cột Chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V

0 -39.91 -13.41 86.72 -33.61 -13.41 113.55 -33.61 -13.41
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
-113.54 -15.87 -24.9 10.9 -14.61 -11.8 46.6 -13.3 1.28
Trang 9
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2.352 kn
HOẠT TẢI MÁI NỬA TRÁI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO HOẠT TẢI MÁI TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO HOẠT TẢI MÁI TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO HOẠT TẢI MÁI TRÁI
Hoạt tải mái trái
Cột chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 -23.92 -7.94 53.18 -23.92 -7.94 69.05 -23.92 -7.94
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
-69.05 -10.19 -23.05 33.44 -8.67 -7.18 28.29 -7.14 8.70
Trang 10
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2.352 kn
HOẠT TẢI MÁI NỬA PHẢI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO HOẠT TẢI MÁI PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO HOẠT TẢI MÁI PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO HOẠT TẢI MÁI PHẢI
Hoạt tải mái phải
Cột chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 -7.97 -7.94 53.18 -7.97 -7.94 69.05 -7.97 -7.94
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm

M N V M N V M N V
-69.05 -8.67 -7.18 -20.38 -8.67 -7.18 28.29 -8.67 -7.18
Trang 11
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2.352kn
HOẠT TẢI TOÀN MÁI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO CHẤT HOẠT TẢI TOÀN MÁI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO CHẤT HOẠT TẢI TOÀN MÁI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO CHẤT HOẠT TẢI TOÀN MÁI
Hoạt tải cả mái
Cột chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 -31.90 -15.87 106.36 -31.90 -15.87 138.11 -31.90 -15.87
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
-138.11 -18.86 -30.23 13.06 -17.33 -14.35 56.57 -15.80 1.52
Trang 12
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2.21 kn/m 3.11 kn/m
6.14 kn/m
3.19 kn/m
GIÓ TRÁI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO GIÓ TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO GIÓ TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO GIÓ TRÁI
Gió trái
Cột chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 47.43 67.27 -312.91 47.43 26.13 -352.90 47.43 13.85
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm

M N V M N V M N V
352.90 18.34 45.89 92.53 18.34 30.90 -66.20 18.34 15.92
Trang 13
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2.21 kn/m3.11 kn/m
6.14 kn/m
3.19 kn/m
GIÓ PHẢI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO GIÓ PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO GIÓ PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO GIÓ PHẢI
Gió phải
Cột chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 24.39 -21.77 56.96 24.39 4.76 39.52 24.39 12.68
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
0.00 24.39 -21.77 56.96 24.39 4.76 39.52 24.39 12.68
Trang 14
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
132 kn
66 kn
60.17 kn
30.8 kn
D
MAX
TÁC DỤNG LÊN CỘT TRÁI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI

Dmax trái
Cột
chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 -130.70 -4.91 -33.07 1.30 -4.91 -23.24 1.30 -4.91
Dầm
Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
23.24 -4.77 1.77 11.25 -4.77 1.77 -0.75 -4.77 1.77
Trang 15
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
132 kn
66 kn
60.17 kn
30.8 kn
D
MAX
TÁC DỤNG LÊN CỘT PHẢI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO ÁP LỰC ĐỨNG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI
Dmax phải
Cột Chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 -61.47 -4.91 2.13 -1.30 -4.91 11.96 -1.30 -4.91
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
-11.96 -5.02 -0.83 -6.35 -5.02 -0.83 -0.75 -5.02 -0.83
Trang 16
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa

3.95 kn
LỰC HÃM LÊN CỘT TRÁI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO ÁP LỰC NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO ÁP LỰC NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO ÁP LỰC NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT TRÁI
T trái
Cột Chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 -0.98 -2.51 16.83 -0.98 1.44 13.96 -0.98 1.44
Dầm Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
-13.96 1.34 -1.11 -6.41 1.34 -1.1 1.14 1.34 -1.11
Trang 17
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
3.95 kn
LỰC HÃM LÊN CỘT PHẢI
BIỂU ĐỒ MÔ MEN DO ÁP LỰC NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC DỌC DO ÁP LỰC NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT DO ÁP LỰC NGANG CỦA CẦU TRỤC LÊN CỘT PHẢI
T phải
Cột
Chân cột Dưới vai Đỉnh cột
M N V M N V M N V
0.00 0.98 1.44 -9.63 0.98 1.44 -12.51 0.98 1.44
Dầm
Đầu dầm Giữa dầm Cuối dầm
M N V M N V M N V
12.51 1.52 0.84 6.83 1.52 0.84 1.14 1.52 0.84
Trang 18
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa

Bảng thống kê nội lực
(Đơn vị tính: kN,kN.m)
Trang 20
Cấu
kiện

tiết
diện

Nội lực

Phương án chất tải
Tĩnh tải
Hoạt tải
cả mái
Hoạt tải
mái trái
Hoạt tải
mái phải Gió trái Gió phải
Dmax
trái
Dmax
phải T trái T phải
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CỘT
CHÂN
CỘT
M 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
N -39.911 -31.899 -23.924 -7.975 47.435 24.385 -130.696 -61.474 -0.9802 0.980
V -13.41 -15.875 -7.937 -7.937 67.272 -21.768 -4.915 -4.9146 -2.5124 1.438

DƯỚI
VAI
M 86.721 106.360 53.180 53.180 -312.910 56.964 -33.072 2.12809
16.833
2 -9.632
N -33.611 -31.899 -23.924 -7.975 47.435 24.385 1.304 -1.3037 -0.9802 0.980
V -13.413 -15.875 -7.937 -7.937 26.134 4.764 -4.915 -4.9146
1.4375
8 1.438
ĐỈNH
CỘT
M 113.549 138.109 69.054 69.054 -352.898 39.516 -23.243
11.957
4
13.958
1 -12.507
N -33.611 -31.899 -23.924 -7.975 47.435 24.385 1.304 -1.3037 -0.9802 0.980
V -13.413 -15.875 -7.937 -7.937 13.854 12.684 -4.915 -4.9146
1.4375
8 1.438
DẦM
ĐẦU
DẦM
M -113.542 -138.109 -69.054 -69.054 352.898 -39.516 23.243 -11.957 -13.958 12.507
N -15.874 -18.859 -10.194 -8.665 18.337 14.963 -4.767 -5.017
1.3370
1 1.525
V -24.904 -30.230 -23.053 -7.177 45.888 23.057 1.769 -0.8266 -1.1135 0.838
GIỮA
DẦM

M 10.932 13.061 33.445 -20.384 92.533 -124.367 11.248 -6.3519 -6.4074 6.825
N -14.6129 -17.330 -8.665 -8.665 18.337 14.963 -4.767 -5.017
1.3370
1 1.525
V -11.809 -14.354 -7.177 -7.177 30.902 1.968 1.769 -0.8266 -1.1135 0.838
CUỐI
DẦM
M 46.613 56.571 28.286 28.286 -66.204 -66.204 -0.746 -0.7464
1.1432
8 1.143
N -13.351 -15.801 -7.136 -8.665 18.337 14.963 -4.767 -5.017
1.3370
1 1.525
V 1.285 1.522 8.699 -7.177 15.915 -19.122 1.769 -0.8266 -1.1135 0.838
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
Bảng tổ hợp nội lực
(Đơn vị tính :kN, kN.m)
Cấu
kiện
Tiết
diện
Nội lực
Tổ hợp cơ bản 1
Tổ hợp cơ bản 2
Mmax,
Ntu Mmin,Ntu Nmax,Mtu
Mmax,
Ntu Mmin,Ntu Nmax,Mtu
Cột
Chân

cột

1,6 1,8 1,7 1,3,6,8,10 1,2,5 1,2,7,9
M 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
N -15.526 -101.385 -170.607 -79.586 -25.929 -187.129
V -35.182 -18.328 -18.328 -43.278 32.844 -34.385
Dưới
vai
1,2 1,5 1,7 1,2,5,7 1,3,5,7,9 1,2,7,9
M 196.232 -226.188 122.800 266.498 -161.650 230.381
N -71.810 13.823 -170.607 -102.000 -12.161 -187.129
V -29.288 12.720 -18.328 -27.836 -0.166 -34.385
Đỉnh
cột
1,2 1,5 1,3 1,2,6,8 1,2,5,7,9 1,2,8
M 251.658 -239.349 182.604 284.173 -150.266 248.609
N -65.510 13.823 -57.535 -41.547 -12.161 -63.493
V -29.288 0.440 -21.351 -20.708 -11.218 -32.124
Dầm
Đầu
dầm
1,5 1,2 1,3 1,2,5,7,9 1,2,8,6 1,2,8
M 239.349 -251.658 -182.604 150.266 -284.173 -248.609
N 2.463 -34.733 -26.068 -11.632 -23.896 -37.362
V 20.984 -55.135 -47.957 -3.763 -32.104 -52.856
Giữa
dầm
1,5 1,6 1,2 1,2,5,7,9 1,2,6,8,10 1,2,8
M 103.465 -113.435 23.993 128.669 -118.918 16.970
N 3.724 0.350 -31.943 -8.995 -16.488 -34.725

V 19.092 -9.841 -26.164 10.133 -12.088 -25.472
Cuối
dầm
1,2 1,5 1,2 1,2,7,9 1,2,5,7,9 1,2,8
M 103.185 -19.591 103.185 97.885 12.844 96.856
N -29.153 4.985 -29.153 -30.660 -6.358 -32.089
V 2.807 17.201 2.807 3.245 24.028 1.911
Trang 21
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
5.Thiết kế tiết diện cấu kiện
5.1.Thiết kế tiết diện cột
5.1.1 Thiết kết tiết diện chân cột
a) Xác định chiều dài tính toán
Chọn phương án tiết diện cột không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột giả
thiết là bằng nhau ; ta có :

xa cot
I I 8,7
n : 1. 0,322
L H 27
   
= = =
 ÷  ÷
   
Theo công thức tính µ ta có :

0,38 0,38
2 1 2 1 2,96
n 0.322
µ = + = + =

Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công
thức :
x 1
l H 2,96.1,06.8,7 27,3= µµ = =
(m)
Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung (l
y
) lấy
bằng khoảng cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương
dọc nhà (dầm cầu trục, giằng cột, xà ngang ). Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà
bằng thép hình chữ C tại cao trình +3,5m tức là khoảng giữa phần cột tính từ mặt
móng đến dầm hãm,nên l
y
= 3,5 m.
b) Chọn và kiểm tra tiết diện
Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực tính toán :
N = -187.2 kN
M = -1.74.10
-14
kNm
V = -34.4 kN
Đây là cặp nội lực tại tiết diện đỉnh cột, trong tổ hợp nội lực 1,2,7,9 gây ra
Chọn chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :
h = (1/15÷1/20)H = ( 0,58 ÷ 0,435) m → Chọn h = 60 cm.
Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng :
b
f
= (0,3÷0,5)h = (20 ÷ 12) cm ;
b
f

= (1/20÷1/30)l
y
= (17,5÷11.6) cm → Chọn b
f
=20 cm.
Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức sau :

yc
c
N M
A 1,25 (2,2 2,8)
f Nh
 
= + ÷
 
γ
 
Do đó ta có :

2
yc
187 0.10
A . 1,25 (2,2 2,8). 11.13
21.1 6613.50
 
= + ÷ =
 
 
cm
2

Bề dày bản bụng : t
w
=(1/70÷1/100)h
≥
0,6 cm .
→ Chọn t
w
= 1 cm.
Tiết diện cột chọn như hình sau:
Bản cánh (1,2×20 ) cm ,bản bụng (1×57.6 ) cm
Trang 22
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa

10
h
f
=6 mm
200
12
578
600
h
f
= 6 mm
10 9595
12

*)Tính đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn :
A = 1.57.6 +2.(1,2.20)= 105,6 cm
2

;
I
x
=
3
3
3 3
f w w
f
0,5.(b t )h
b .h 20.60 0,5.(20 1).57,6
2 2. 57420,3
12 12 12 12
 
 
−
−
− = − =
 
 
 
 
cm
4
I
y
=
3
3
3 3

w w
f f
h .t
t .b 57,8.1 1,2.20
2 2. 1604.8
12 12 12 12
+ = + =
cm
4
W
x
=
x
I .2 57420.3
2871
h 60
= =
cm
3
;
i
x
=
x
I 57420,3
23.3
A 105.6
= =
(cm);
i

y
=
y
I
1604.8
3.89
A 105,6
= =
(cm);
λ
x
=
2
x
x
l 27,3.10
117,2
i 23,3
= =
< [λ]=120;
λ
y
=
2
y
y
l
3,5.10
90
i 3.89

= =
< [λ]=120;

x
x
6
f 2100
117,2. 3,7
E 2,1.10
λ = λ = =
;

y
y
6
f 2100
90. 2,84
E 2,1.10
λ = λ = =
;
m
x
=
2
x
M A 0.10 105,6
. 0
N W 187,2 2871
= =

=> m
e
= 0 <20 → không cần kiểm tra bền
*)Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:
Với
x
λ = 3,7
và m
e
= 0 tra bảng IV.3 sách “Thiết kế khung thép nhà công
nghiệp một tầng, một nhịp, lấy m
e
=0.1 ta có :
e
ϕ =
0,546 N/mm
2
.
Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra
theo công thức :

x
e
N 187,2
3,25
.A 0,546.105,6
σ = = =
ϕ
(kN/cm
2

)<fγ
c
=21 (kN/cm
2
).
*)Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột trong phương ngoài mặt phẳng
khung:
Trang 23
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung
tính trị số mômen ở 1/3 chiều cao của cột dưới kể từ phía có mômen lớn hơn.Vì
cặp nội lực dùng để tính toán cột là tíêt diện dưới vai cột và do các tổ hợp tải
trọng 1,2,7,9 gây ra nên trị số của mômen uốn tại tiết diện chân cột tương ứng là:
230.4 kNm.
Trị số mômen tại 1/3 chiều cao cột dưới,kể từ tiết diện chân cột :
[ ]
0 230,4)
M 0 76,8
3
+
= − = −
(kNm).
Do đó :
M’=max(
M
;M/2)=max(-76.8; 0)= 76,8 (kNm).
Độ lệch tâm tương đối theo M’:

2
x

x
M' A 76,8.10 105,6
m . 1,72
N W 187,2 2871
= = =
Do m
x
< 5 nên ta có c=
x
1 m
β
+ α
4
2,1.10
3,14 3,14 99 90
21
c y
E
f
λ λ
= = = > =
=>
1
β
=

Theo bảng 2.1 ta có:
0,65 0,05.1,72 0,736
α
= + =

Từ đó :
x
1
c 0.44
1 m 1 0,736.1,72
β
= = =
+ α +
Với λ
y
=89,8 tra bảng phụ lục IV.2, nội suy ta được ϕ
y
= 0,652
Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng
được kiểm tra theo công thức :
187.2
6.18
0,44.0,652.105,6
y
y
N
c A
σ
φ
= = =
(kN/cm
2
) <
c

f
γ
=21 (kN/cm
2
)
Vậy thoả mãn điều kiện ổn đinh.
*)Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cột theo các
công thức sau :
Với bản cánh cột :

6
0 0
f f
b 0,5(20 1) b 2,1.10
7,9 (0,36 0,1.3,7) 23,1
t 1 t 2100
 
−
= = < = + =
 
 
Với bản bụng cột: do m
x
=1,72>1;
x
3,7λ =
>2 và khả năng chịu lực của cột
được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn (σ
x
> σ

y
) nên
ta có
Trang 24
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa
2
w
x
w
h E
(1,3 0,15 )
t f
 
= + λ
 
 
=
6 6
2,1.10 2,1.10
(1,2 0,35.2,7) 2,145 67.8
2100 2100
+ = =
Mặt khác :
w
w
h
56,7
57,6
t 1
= =

<
E
3,1 98
f
=

w
w
h
56,7
57,6
t 1
= =
<
E
2,3 73
f
=
→không phải đặt vách cứng:
Ta có
w w
w w
h h
56,7 67,8
t t
 
= < =
 
 
=> Tiết diện cột đã chọn thỏa mãn điều

kiện ổn định.
⇒
Không cần kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thể.
5.1.2 Thiết kết tiết diện đỉnh cột
Từ bảng tổ hợp nội lực chọn ra cặp nội lực tính toán :
N = -284 kN
M = -41,5.10
-14
kNm
V = -20.7 kN
Đây là cặp nội lực tại tiết diện đỉnh cột, trong tổ hợp nội lực 1,2,6,8 gây ra
Chọn chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :
h = (1/15÷1/20)H = ( 0,58 ÷ 0,435) m → Chọn h = 80 cm.
Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng :
b
f
= (0,3÷0,5)h = (20 ÷ 12) cm ;
b
f
= (1/20÷1/30)l
y
= (17,5÷11.6) cm → Chọn b
f
=20 cm.
Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức sau :

yc
c
N M
A 1,25 (2,2 2,8)

f Nh
 
= + ÷
 
γ
 
Do đó ta có :

yc
41,5 284
A . 1,25 (2,2 2,8). (39,47;49.56)
21.1 41,5.80
 
= + ÷ =
 
 
cm
2
Bề dày bản bụng : t
w
=(1/70÷1/100)h
≥
0,6 cm .
→ Chọn t
w
= 1 cm.
Tiết diện cột chọn như hình sau:
Bản cánh (1,2×20 ) cm ,bản bụng (1×77.6 ) cm
Trang 25
Đồ án kết cấu Thép II GVHD: Nguyễn Trọng Nghĩa

10
12
776
12
800
250
h
f
= 6 mm


*)Tính đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn :
A = 1.77,6 +2.(1,2.20)= 125,6 cm
2
;
I
x
=
3
3
3 3
f w w
f
0,5.(b t )h
b .h 20.80 0,5.(20 1).77,6
2 2. 113459,8
12 12 12 12
 
 

−
−
− = − =
 
 
 
 
cm
4
I
y
=
3
3
3 3
w w
f f
h .t
t .b 77,6.1 1,2.20
2 2. 1606.5
12 12 12 12
+ = + =
cm
4
W
x
=
x
I .2 113459.8
5673

h 80
= =
cm
3
;
i
x
=
x
I 113459,8
30
A 125.6
= =
(cm);
i
y
=
y
I
1606.5
3.57
A 105,6
= =
(cm);
λ
x
=
2
x
x

l 27,3.10
90,8
i 30
= =
< [λ]=120;
λ
y
=
2
y
y
l
3,5.10
98
i 3,57
= =
< [λ]=120;

x
x
6
f 2100
90,8. 2,87
E 2,1.10
λ = λ = =
;

y
y
6

f 2100
98. 3,1
E 2,1.10
λ = λ = =
;
m
x
=
2
x
M A 284.10 125,6
. 15.15
N W 41,5 5673
= =

=> Tra bảng IV.5 phụ lục với loại tiết diện số 5, ta có:
1,25
η
=
Từ đó : m
e
=1,25.15,15=18,9 < 20. => Không cần kiểm tra bền
*)Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung:,
Với
x
λ = 2,87
và m
e
= 18,9 tra bảng IV.3 sách “Thiết kế khung thép nhà công
nghiệp một tầng, một nhịp, ta có :

e
ϕ =
0,067 N/mm
2
.
Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra
theo công thức :

x
e
N 41,2
4,89
.A 0,067.125,6
σ = = =
ϕ
(kN/cm
2
)<fγ
c
=21 (kN/cm
2
).
Trang 26