thiết kế cầu trục 2 móc cẩu, chạy điện có sức nâng của móc chính là 50t, chế độ làm việc trung bình, với trường hợp nhịp nhà xưởng là 24m

ĐỒ ÁN THÉP II
I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG
1. Các số liệu tra bảng:
Cầu trục 2 móc cẩu, chạy điện có sức nâng của móc chính là 50T, chế độ làm việc
trung bình, với trường hợp nhịp nhà xưởng là 24m, tra bảng ta được các số liệu
sau:
Loại ray thích hợp: KP80
Chiều cao H
k
= 3150 mm
Bề rộng cầu trục B
k
= 6650 mm
Nhịp cầu trục L
k
= 22,5 m
Khoảng cách hai trục bánh xe của cầu trục K = 5250mm. Ở đây cầu trục chỉ có 2
bánh xe một bên.
Kích thước B
1
= 300 mm
2. Xác định kích thước theo phương đứng nhà
Cao trình đỉnh ray H
r
= 10700 mm
Chiều cao ray và đệm giả định h
r
= 200 mm
Chiều cao dầm cầu chạy h
dcc
=1/10 B = 600 mm

Không bố trí đoạn cột chon dưới đất h
m
= 0
Chiều cao gabarit của cầu trục H
k
= 3150 mm
Độ võng của dàn mái f = 1/100 L =240 mm
• Chiều cao thực của cột dưới
• Chiều cao thực của cột trên
• Chọn
3. Xác định kích thước theo phương ngang nhà
• Chọn khe hở an toàn giữa cầu trục và cột D =60 mm
• Khoảng cách tim ray đến trục định vị
1. Sơ bộ chiều cao tiết diện cột
 Chọn
2. Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột
 Chọn
1
3. Chiều cao tiết diện cột dưới
4. Kiểm tra lại yêu cầu độ cứng của khung ngang:
 Vậy trị số chiều cao tiết diện cột dưới đã đạt yêu cầu
5. Kích thước dàn mái và cửa mái
II. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌN TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
1. Tải trọng thường xuyên
Trọng lượng các lớp mái
Lớp mái
Trọng lượng
(daN/m
2
) Hệ số vượt tải n

Tấm panen bê tông cốt thép cỡ lớn 150 1.1 165
Lớp bê tông nhẹ cách nhiệt dày 4cm 40 1.2 48
Lớp chống thấm 2 dấu 3 dầu giả định 10 1.2 12
Các lớp vữa tô trác tổng chiều dày 4
cm 80 1.2 96
Hai lớp gạch lá nem, dày mỗi lớp 3
cm 120 1.1 132
q
tt
(daN/m
2
) 453
Do mái nghiên với độ nghiên 12.5% nên
6. Trọng lượng kết cấu mái và hệ dằng
g
1
tc
=1.2*α
d*
L=1.2*0.8*24=23.04 (daN/m
2
)
 Giá trị tính toán
g
1
tt
=n g
1
tc
=1.2*23.04=27.65 (daN/m

2
)
7. Trọng lượng kết cấu cửa mái
g
2
tc
=15 (daN/m
2
)
8. Giá trị tính toán
g
2
tt
=n g
2
tc
=1.2*15=18 (daN/m)
Vậy tĩnh tãi phân bố về các khung ngang như sau
2. Tải trọng sữa chữa mái:
Tải trọng sữa chữa mái lợp panel bê tông cốt thép lấy bằng 75daN/m
2
Với hệ số vượt tải n = 1,3; mặt phẳng mái nghiêng một góc tanα=1/8; giá trị sữa
chữa mái tính toán là :
Tải trọng sữa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều
2
3. Áp lực của cầu trục lên vai cột
Các tải trọng này được xác định theo công thức
Với:
n = 1,1
n

c
= 0,9
P
max
= 4650 kN
Tổng trọng lượng cầu trục G = 665 kN
Số lượng bánh xe một bên ray n
0
=2
Sơ đồ bố trí hai cầu trục để ∑y
i
max như sau

y
2
y
1
y
3
P
4
P
2
P
1
P
3
525014005250
60006000
460014005250750

Vậy
3
4. Lực xô ngang của cầu trục
Tổng hợp lực hãm ngang tác động lên toàn cầu trục
Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục
Vậy lực xô ngang của cầu trục là
Lực xô ngang này đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy, cách vai cột một khoảng
0.6 m, tại cao độ 10.5m
5. Tải trọng gió:
9. Công trình giả định xây dựng tại vùng ngoại ô thành phố Hồ Chí Minh, vùng
gió II, ít chịu ảnh hưởng của bão. Do vậy,áp lực gió tiêu chuẩn q
0
=
83daN/m
2
. Các hệ số như sau:
10. Hệ số vượt tải n=1,3
11. Hệ số khí động c xem hình bên
Hệ số
Góc nghiêng
α(degree)
H/L
7.125 0.7
C1 -0.67
B/L ≤ 0.5
C3 ≤ 1 -0.4
1
C =-0.4
3
A B

h3=750
h4=2200
h1=750
ho=2200
+0.8
C =-0.67
+0.7
-0.8 -0.6
-0.6
-0.6
4
• Hệ số độ cao và địa hình k
Độ cao(m)
Dạng địa hình B
k k
tđ
Thanh cánh dươi vì kèo 14.4 1.070
1.102
Đỉnh mái 20.3 1.133
A B A B
+10.00m
+14.40m
+20.30m
+00.00m
k=1
k=1.07
k =1.019
k=1.13
t
d

k =1.102
t
d
Vậy
• Tải trọng gió tác dụng đều trên cột
• Toàn bộ tải trọng gió tác động từ đáy vì kèo lên đỉnh mái được quy về các
tải trọng tập trung đặt tại đáy vì kèo
•
•
5
q =5.28 kN/m
t
d
W
=15.68kN
d
A B
W
=20.31kN
h
q =2.64 kN/m
t
d
III. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG
 Tĩnh tải
Sơ đồ tính
M
lt
=93 kNm
M

lt
=-93 kNm
+=
24m
4.4m
10m
q =31 kN/m
q =31kN/m
Dữ liệu vào:
Có thể xem phân bố đều trên toàn bộ khung
Lực dọc trong cột trên của khung bằng
Moment lệch tâm đặt tại vai cột
Giả định tỷ lệ độ cứng
6
Nội lực do tải trọng là lực phân bố đều
Hệ cơ bản: như hình dưới
Từ giả thuyết dơn giản hóa, ẩn phản xứng Δ triệt tiêu, hai ẩn φ
1
= φ
2
ϕ
1
ϕ
2
J
ct
J
cd
J
d

A A
B
C
Phương trình chính tắc:
Biểu đồ đơn vị và biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản
Biểu đồ đơn vị do gây ra như hình dưới.
Các thông số để tra bảng theo giả thuyết
Vậy moment ở đỉnh cột do chuyển vị xoay bằng đơn vị gây ra là:
Moment và lực cắt chân cột có thể xác định như sau:
Moment trong thanh xà ngang được xác định như sau:
7
Biểu đồ moment do tải trọng tác dụng lên hệ cơ bản:
Do cột có liên kết 2 đầu ngàm cứng và không có tải trọng tác dụng nên moment
bằng 0. Thanh xà có sơ đồ tính là thanh ngang ngàm 2 đầu, chịu tải trọng phân bố
đều, biểu đồ moment có giá trị tại gối và giữa nhịp như sau:
B
C
ql
2
/12
ql
2
/12=1488 kNm
ql
2
/24 = 744 kNm
Xác định hệ số r
11
và số hạng tự do R
1P

Bằng cách tách nút và xét cân bằng moment, ta xác định được
Xác định ẩn số φ:
Vẽ biểu đồ moment trong hệ ban đầu
Giá trị moment ở chân cột
Giá trị moment ở đỉnh cột
Giá trị moment ở đầu dàn:
Giá trị moment ở giữa dàn:
8
A A
B
C
2124.978
107.010
113.808
107.022
 Nội lực do tải trọng là moment lệch tâm
Các thông số để tra bảng theo giả thuyết
Vậy moment và phản lực ở đỉnh cột xác định như sau:
Moment ở tiết diện II-II trên vai cột thuộc phần cột trên:
Moment ở tiết diện II-II trên vai cột thuộc phần cột trên:
Moment tại chân cột:
9
29.014
66.206
26.794
15.103
C
B
AA
Biểu đồ moment cuối cùng của khung ngang trường hợp tĩnh tải bằng biểu đồ tổng

cộng của sơ đồ 1 và sơ đồ 2
A A
B
C
91.907
84.794
2140.086
91.914
66.332
26.668
 Hoạt tải
Tương tự như tĩnh tãi. Do sự tương đồng về ngoại lực và sơ đồ tính nên biểu đồ
moment của hoạt tải nhận được bằng cách nhân biểu đồ moment tĩnh tải với
Ta có biểu đồ moment như sau
10
A A
B
C
17.492
16.138
407.307
17.493
12.624
5.076
 Áp lực đứng của cầu trục D
max
, D
min
lên vai cột
Sơ đồ tính

M
max
=435.49 kNm
M
min
=110.045kNm
+=
D
max
=870.98 kN D
min
=220.09 kN D
max
=870.98 kN D
min
=220.09 kN
10m
4.4m
24m
Dữ liệu vào
Moment lệch tâm được xác định như sau:
Hệ cơ bản
11
J
ct
J
cd
A A
B
C

ϕ
1
ϕ
2
EJ
d
=
8
Do tải trọng không tác dụng trực tiếp lên xà ngang nên quan niệm độ cứng của xà
ngang bằng vô cùng, dẫn đén các chuyển vị xoay ở đỉnh cột triệt tiêu. Hệ chỉ còn
lại ẩn chuyển vị ngang ở đỉnh cột
Phương trình chính tắc:
Biểu đồ đơn vị và biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản
Biểu đồ đơn vị do gây ra như hình dưới.
Tra bảng theo phục lục 17 ta được
Từ đó ta tính được:
Biểu đồ moment do tải trọng tác dụng lên hệ cơ bản:
Tra bảng theo phục lục 16 ta được
Vậy moment và phản lực ở đỉnh cột xác định như sau:
12
Moment ở tiết diện II-II trên vai cột thuộc phần cột trên:
Moment ở tiết diện II-II trên vai cột thuộc phần cột dưới:
Moment tại chân cột:
A D
B
C
78.341
31.704
17.871
34.329

310.036
125.454
70.724
135.824
Xác định r
11
, R
1p
Dung mặt cắt bao quanh thanh xà và cân bằng lực theo phương ngang ta tìm được
r
11
:
B
C
r
11
B
C
R
1p
5.6581EJ
cd
/h
3
5.6581EJ
cd
/h
3
44.586
11.267

13
Xác định ẩn chuyển vị thẳng
Vẽ biểu đồ moment trong hệ kết cấu ban đầu
A D
B
C
76.051
33.994
78.887
213.211
312.326
123.160
9.698
43.057
 Nội lực do áp lực ngang T= 31.84 kN của cầu trục tác dụng lên cách vai
cột một khoảng 0.6 m
Hệ cơ bản
EJ
d
=
8
J
ct
T
J
cd
A A
B
C
ϕ

1
=0
ϕ
2
=0
14
Do tải trọng không tác dụng trực tiếp lên xà ngang nên quan niệm độ cứng của xà
ngang bằng vô cùng, dẫn đén các chuyển vị xoay ở đỉnh cột triệt tiêu. Hệ chỉ còn
lại ẩn chuyển vị ngang ở đỉnh cột
Phương trình chính tắc:
Biểu đồ đơn vị và biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản
Biểu đồ đơn vị do gây ra như hình dưới.
Tra bảng theo phục lục 17 ta được
Từ đó ta tính được:
Biểu đồ moment do tải trọng tác dụng là lực T lên hệ cơ bản:
Tra bảng theo phục lục 15 ta được
Vậy moment và phản lực ở đỉnh cột xác định như sau:
Moment ở tiết diện II-II trên vai cột thuộc phần cột trên:
Moment tại chân cột:
15
A D
B
C
43.248
44.061
50.710
Xác định r
11
, R
1p

Dung mặt cắt bao quanh thanh xà và cân bằng lực theo phương ngang ta tìm được
r
11
:
B
C
r
11
B
C
R
1p
5.6581EJ
cd
/h
3
5.6581EJ
cd
/h
3
22.976
Xác định ẩn chuyển vị thẳng
Vẽ biểu đồ moment trong hệ kết cấu ban đầu
16
A D
B
C
41.669
1.985
174.064

42.076
123.354
29.458
8.472
 Nội lực do tải trọng gió tác dụng lên khung
Các số liệu tính toán
Sơ đồ tính
W
d
=15.68kN
q
d
=5.28kN/m
W
h
=20.31kN
q
h
=2.64kN/m
Hệ cơ bản
17
J
ct
J
cd
A D
B
C
ϕ
1

ϕ
2
EJ
d
=
8
Do tải trọng không tác dụng trực tiếp lên xà ngang nên quan niệm độ cứng của xà
ngang bằng vô cùng, dẫn đén các chuyển vị xoay ở đỉnh cột triệt tiêu. Hệ chỉ còn
lại ẩn chuyển vị ngang ở đỉnh cột
Phương trình chính tắc:
Biểu đồ đơn vị và biểu đồ moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản
Biểu đồ đơn vị do gây ra như hình dưới.
Tra bảng theo phục lục 17 ta được
Từ đó ta tính được:
Biểu đồ moment do tải trọng tác dụng lên hệ cơ bản:
Tra bảng theo phục lục 16 ta được
Vậy moment và phản lực ở đỉnh cột xác định như sau:
18
Moment ở tiết diện II-II, III-III:
Moment tại chân cột:
A D
B
C
38.137
56.714
126.453
19.066
16.586
63.234
Xác định r

11
, R
1p
Dung mặt cắt bao quanh thanh xà và cân bằng lực theo phương ngang ta tìm được
r
11
:
16.586
15.68
20.31
B
C
r
11
B
C
R
1p
5.6581EJ
cd
/h
3
5.6581EJ
cd
/h
3
33.173
Xác định ẩn chuyển vị thẳng
19
Vẽ biểu đồ moment trong hệ kết cấu ban đầu

;
A D
B
C
6.516
100.315
586.813
12.552
140.443
523.594
TỔ HỢP NỘI LỰC
Ta có các bảng kết quả như sau:
THIẾT KẾ CỘT
 Tóm tắt số liệu:
Nội lực tính toán được xác định từ bảng tổ hợp
Phần cột trên: cặp nội lực nguy hiểm
20
Phần cột dưới:
Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục
Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái
Trọng lượng bản thân cột
Phần cột trên:
Trong đó
: hệ số kể đến ảnh hưởng moment nhận giá trị trong khoảng (0.25-0.3)
: cường độ tính toán của thép
:hệ số cấu tạo cột, lấy trong khoảng (1.4-1.8)
: trọng lượng riêng của thép
Phần cột dưới:
Trong đó
 Xác định chiều dài tính toán của cột

• Chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung
 Đối với phần cột trên:
 Đối với phần cột dưới:
 Trong đó:
Hệ số quy đồi chiều dài tính toán được tra bảng theo hai thông số và :
Với m là tỉ số lực nén tính toán trong phần cột dưới và phần cột trên
Tra phục lục D
3
tcxdvn 338:2005 ta được:
21
Hệ số quy đồi chiều dài tính toán được xác định như sau:
• Chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung
 Đối với phần cột trên:
 Đối với phần cột dưới:
1. Thiết kế tiết diện cột trên
 Cặp nội lực nguy hiểm
Trọng lượng bản thân cột phần cột trên:
Lực nén tổng cộng:
 Vậy cặp nội lực tính toán
a. Chọn tiết diện sơ bộ
 Độ lệch tâm:
 Giả thuyết (hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện), diện tích yêu cầu của tiết
diện
 Chọn tiết diện cột trên dạng chữ H đối xứng, tổ hợp hàn từ 3 thép bảng
Các kích thước tiết diện được chọn sơ bộ như sau


Chọn

Chọn

 Chiều dày bản cánh chọn theo điều kiện ổn định cục bộ, cụ thể:
22
Sơ bộ ta chọn
Chọn
10
12
500
300
b. Kiểm tra tiết diện đã chọn
 Các đặc trưng hình học của tiết diện
 Diện tích bản cánh
 Diện tích bản bụng
 Diện tích tiết diện cột trên đã chọn:
 Moment quán tính của nhánh đối với trục x (vuông góc với mặt phẳng
khung)
 Moment quán tính của nhánh đối với trục y (vuông góc với trục x)
 Bán kính quán tính tiết diện
23
 Độ mảnh
c. Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn
 Độ lệch tâm tương đối m tính theo công thức
 Hệ số ảnh hưởng hình dáng tiết diện được tra bảng trong phục lục 6 theo
các tham số
 Độ lệch tâm tính đổi
 Hệ số uốn dọc cho trường hợp cột đặc, chịu nén lệch tâm xác định thông qua
các tham số và trong bảng tra như sau
• Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn như sau:
• Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn
 Hệ số uốn dọc cho trường hợp cột đặc, chịu nén lệch tâm xác định thông qua
các tham số trong bảng tra như sau

 Cặp nội lực nguy hiểm đang xét là từ tổ hợp của các tải trọng 1+2+4+6+8, ta
xác định được moment tương ứng ở đầu kia cuộc (cùng tổ hợp trên) là
-43.427 kNm
 Moment ở 1/3 đoạn cột
 Giá trị tuyệt đối của moment tính toán
 Độ lệch tâm tương đối
 Các hệ số xác định theo công thức sau:
Nên
 Hệ số ảnh hưởng của moment trong mặt phẳng uốn được xác định như sau
Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn theo công thức
24
• Kiểm tra ổn định cục bộ của tiết diện
 Đối với bản cánh
 Đối với bản bụng
, , ta có
Như vậy tiết diện đã chọn thỏa các điều kiện về chịu lực
Thiết kê cột dưới
 Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục
 Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh mái
Trọng lượng bản thân phần cột dưới:
Trọng lượng cột trên truyền xuống cột dưới
Vậy cặp lực dung trong thiết kế cột dưới như sau
 Cặp nội lực tính toán cho nhánh cầu trục
 Cặp nội lực tính toán cho nhánh mái
25