Đồ Án Kết Cấu Thép Nhà Công Nghiệp Nhịp 27m

SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

LỜI GIỚI THIỆU
Sinh viên ĐH Mở sau khi được học môn kết cấu thép 1 và kết cấu thép 2 được phép làm đồ
án thép dưới sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn.
Thiết kế kết cấu thép khung nhà công nghiệp một tầng là một trong các đồ án chuyên ngành
quan trọng của các sinh viên đại học ngành Xây dựng dân dụng và Công nghiệp thuộc hệ chính
quy và không chính quy.
Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng cũng là công việc thường gặp của các kỹ sư kết
cấu. Do đó tầm quan trọng của đồ án này là rất lớn.
Đồ án này được nhận ngày 25/9/2012 và hoàn thành ngày 16/10/2012 .
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Quốc Hùng đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành
tốt đồ án này.
Sơ đồ khung nhà công nghiệp 1 tầng cần thiết kế
1
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

1. Số liệu thiết kế:
1.1. Các số liệu chung:
- Nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp. Bước cột đều nhau B = 6m.
- Mái dùng panel ( bề rộng tấm mái 1,5 m) lợp trên dàn thép. Độ dốc mái i = 1/10.
- Khu vực xây dựng công trình thuộc công trình địa hình B ( tương đối trống trải).
- Cầu trục hai móc, làm việc ở chế độ trung bình.
- Vật liệu: thép CT3, que hàn E42A, bulông từ thép độ bền thuộc lớp 4.6 ( hoặc lớp 4.8). Móng
bêtông mác #250; # 300.
1.2. Số liệu thiết kế riêng:
- Mã đề: : 35
- Nhịp nhà : L = 27 m
- Chiều dài nhà : A = 108 m
- Cao trình đỉnh ray : H
r

= 11 m
- Sức trục : Q = 30/5
- Vùng gió : IIb
1.3. Các số liệu tra bảng:
Từ số liệu thiết kế, chọn cầu trục có các đặc trưng:
- Nhịp cầu trục: L
k
= 25,5 m
- Bề rộng cầu trục: B
k
= 6,3 m
- Chiều cao gabarit cầu trục : H
k
= 2,75 mm
- Khoảng cách 2 trục bánh xe: K = 5,1 m
- Khoảng cách tim ray đến mép ngoài cùng của cầu trục: B
1
= 0,3 m
- Áp lực bánh xe lên ray:
ax min
33 ; 10,2
c c
m
P T P T= =
- Trọng lượng xe con: G = 12 T
2
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

- Trọng lượng toàn cầu trục: 56,6 T
- Kiểu ray: KP70

2. Tính toán khung ngang:
2.1. Xác định kích thước khung ngang:
2.1.1. Kích thước theo phương đứng:
- Chiều cao thực cột trên:
fHhhH
kdccrt
++++=
100
Với:
+ Chiều cao ray và đệm : giả định lấy Hr = 200 mm
+ Chiều cao dầm cầu chạy lấy: h
dcc
=1/10 B = 600 mm
+ Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất : h
m
= 0 .
+ Chiều cao gabarit cầu trục : H
k
= 2750 mm
+ Độ võng dàn mái : 1/100 nhịp nhà : f = 270 mm
Từ đó tính được:
- Chiều cao cộ trên:
fHhhH
kdccrt
++++= 100
= 200 + 600 + 2750 + 100 + 270 = 3920 mm.
- Chiều cao cột dưới:
H
d
= H

r
– h
r
–h
dcc
+ h
m
= 11000 – 200 – 600 + 0 = 10200mm.
Lấy tròn số ta chọn như sau:
H
t
= 4000 mm
H
d
= 10000 mm
2.1.2. Xác định kích thước theo phương ngang:
- Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị :
3
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

27000 25500
750
2 2
K
L L
mm
λ
− −
= = =
- Chiều cao tiết diện cột trên , chọn sơ bộ :

h
t
= (1/11 đến 1/10) H
t
= 364 mm : 400 mm ,
Chúng ta chọn h
t
là bội số của 250, ta chọn h
t
= 500 mm.
- Khoảng cách trục định vị đến mép ngoài cột:
λ
−++≥ DBha
t 1
= 500 + 300 + 60 - 750 =110 mm, chọn a = 110 mm.
- Ta chọn a = 250 mm, tức là trục định vị trùng cột trên
- Bề rộng cột dưới xác định theo công thức:
h
d
=
λ
+ a = 750 + 250 = 1000 mm.
- Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng của khung ngang, ta có:
( )
1 1
909 1000
11 10
1
700
20

d d
d d t
h H mm
h H H mm
 
≥ =
 ÷
 
≥ + =
: :
Như vậy, trị số chiều cao tiết điện cột dưới đã chọn là đạt yêu cầu.
2.1.3. Kích thước của dàm mái và cửa mái:
2.1.3.1. Dàn:
Chọn dạng vì kèo có dạng hình thang, liên kết cứng với cột, nên chiều cao đầu dàn là H
0
= 2200
mm, độ dốc cánh trên i = 1/10, như vậy chiều cao ở giữa dàn là:
27 1
2,2 3,55
2 2 10
g o
L
H H i m= + = + × =
Chiều cao đầu dàn H
0
= 2200 mm = 2,2 m ( đảm bảo lợp panel mái).
2.1.3.2. Cửa mái:
Chọn cửa mái hình thang có hệ thanh bụng phân nhỏ:
4
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

Độ dốc i=1/10
+ Nhịp của trời L
ct
= 13,5m -
( )
1 1
.
2 3
L:
nhịp nhà.
+ Chiều cao cửa trời H
ct
=3 m, độ dốc i = 1/10
2.1.3.3. Các hệ giằng:
2.1.3.3.1. Hệ giằng mái:
Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cánh dưới dàn trở lên. Chúng
được bố trí nằm trong các mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dưới dàn và mặt phẳng đứng
giữa các dàn.
5
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

2.1.3.3.2. Giằng trong mặt phẳng cánh trên:
Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các
thanh chống dọc nhà. Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của
dàn, tại nên những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn. Các thanh giằng chữ
thập nên bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ. Sơ đồ bố trí giằng như hình vẽ:
6
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

2.1.3.3.3. Giằng trong mặt phẳng cánh dưới:
Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên, và ở khoảng
giữa, như hình vẽ sau:
2.1.3.3.4. Hệ giằng đứng:
- Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, có tác dụng cùng với các giằng nằm tạo
nên khối cứng bất biến hình; giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi dựng lắp. Hệ giằng đứng
được bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn, dưới chân cửa trời. Do công trình
có sử dụng giàn đỡ kèo nên ta lợi dụng luôn giàn đỡ kèo là hai hệ giăng đứng. Khi đó chỉ cần bố
trí thêm giằng đứng thứ ba ở giữa dàn như sau:
2.1.3.3.5. Hệ giằng cột:
- Có hai loại: hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dưới
- Tác dụng:
+ Đảm bảo sự bất biến hình học và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc.
+ Chịu tải trọng tác dụng dọc nhà: lực gió ở đầu hồi, lực hãm dọc của cầu chạy.
+ Bảo đảm ổn định, tăng độ cứng hướng dọc của dãy cột
7
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

2.2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang:
2.2.1. Tĩnh tải mái:
- Trọng lượng các lớp mái :
Panen cỡ lớn : 150daN /m2 , n = 1.1
Bêtông cách nhiệt: 40daN/m2 , n = 1.2
Lớp chống thấm 10daN/m2, n = 1.2
Vữa tô trát 80 daN/m2 , n = 1.2
Gạch lá nem 120 daN/m2 , n = 1.1
- Tổng tải trọng tính toán :
q
tt
= 150x1.1 + 40x1.2 + 10x1.2 + 80x1.2 + 120x1.1 = 453daN / m2

- Trọng lượng kết cấu mái cộng hệ giằng :

)/(362.130.
2
11
mdaNxngg
tctt
===
- Tĩnh tải mái được dồn về các khung ngang. Tải trọng các lớp lợp và kết cấu mái cùng hệ giằng
được coi như là một tải phân bố đều trên suốt nhịp nhà xưởng.
8
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

- Trọng lượng kết cấu cửa mái :

)/(182.115.
2
22
mdaNxngg
tctt
===
- Tải trọng cửa mái coi như phân bố đều trên bề rộng cửa mái .
2.2.2. Tải trọng sửa chữa mái:
Theo TCVN -1995 :
- Mái lợp panel btct : 75 daN/ m
2
mặt bằng nhà xưởng; hệ số vượt tải n = 1.3
- Độ dốc mái: i = 1/10 .
- Giá trị tính toán :
)./(983.1

))10/1(cos(arctan
75
2
mdaNxp
tt
ht
==
- Tải sửa chửa dồn về một khung thành tải phân bố đều :
)/(588698. mdaNxBp
tt
ht
==
2.2.3. Áp lực cầu trục lên vai cột:
D
max
=
∑
ic
yPnn
max
D
min
=
∑
ic
yPnn
min
, n = 1.1 ; n
c
= 0.9 .

Tra bảng cầu trục có được : P
max
= 330 KN.
Tổng trọng lượng cầu trục : G = 56,6 T.
Số bánh xe một bên ray : n
0
= 2.
P
min
=
max
0
300 560
330 100 .
2
Q G
P KN
n
+ +
− = − =
Dùng lý thuyết đường ảnh hưởng cho hệ dầm đơn giản , sắp tải và khảo sát hàm tuyến tính để
tìm ra vị trí các bánh xe dầm cầu chạy cho giá trị max của
∑
i
y
.
Với số liệu cụ thể : B = 6300mm . K = 5100mm , thì cách xắp tải như sau sẽ cho giá trị max (
∑
i
y

) từ đó sẽ cho giá trị max của áp lực lên vai cột :
9
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

1 2 3 4
1.95
i
y y y y y= + + + =
∑
D
max
=
∑
ic
yPnn
max
= 1.1x0.9x330x1.95 = 28 T = 637 KN
D
min
=
∑
ic
yPnn
min
= 1.1x0.9x102x1.95 = 6.76T= 196,9 KN
2.2.4. Lực xô ngang của cầu trục:
- Các số liệu:
+ Trọng lượng xe con được tra từ catalogur: G
xc
= 120 kN

+ Giả định rằng cầu trục sử dụng góc mềm: f
ms
= 0.1
n’
xc
= 2 : số bánh xe hãm.
n
xc
= 4 : tổng số bánh của xe con .
- Lực hãm ngang tác dụng lên toàn bộ cầu trục :
'
0
300 120
. . 0,1 2 21
4
xc
ms xc
xc
Q G
T f n KN
n
+
+
= = × × =
- Lực ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe lên cầu trục do hãm :
0
1
0
21
10,5 .

2
T
T kN
n
= = =
- Lực xô ngang cầu trục:
1 1
. 1.1 0.9 10,5 1,95 20,27
i
T n n T y kN= = × × × =
∑
- Lực xô ngang ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy. cách vai cột 0.6m tức là ở cao trình 10,8m.
10
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

2.2.5. Tải trọng gió:
- Bề rộng cửa mái lấy bằng 13,5 m
- Bậu cửa dưới lấy chiều cao 600 mm, bậu cửa trên cao 400 mm, phần cánh cửa lật cao 1200
mm.
- Cao trình thanh cánh dưới: H = 4 + 10 = 14 m → k = 1.064
- Cao trình đỉnh mái: H= 14 + 3,55 + 3 = 20,55 m → k = 1.135

1,064 1,135
1,0995
2
tb
k
+
= =
- Công trình được xây dựng ở vùng gió II, ít chịu ảnh hưởng của bão. Do vậy áp lực gió tiêu

chuẩn W
0
= 83 daN/cm
2
.
- Hệ số độ tin cậy n = 1,2.
- Hệ số khí động c như hình.
- Tải trọng phân bố tác dụng lên cột:
+ Phía đón gió:
1,2 83 1,0995 0,8 6 525,65 / 5.26 /
d o
q n W k c B daN m kN m= × × × × = × × × × = =
+ Phía khuất gió:
1,2 83 1.0995 0,6 6 394,22 / 3,94 /
h
q n W k C B daN m kN m= × × × × = × × × × = ≈
- Toàn bộ phần tải gió tác dụng từ cao trình đáy vì kèo lên đén đỉnh mái được quy về W
đ
và W
h
,
chúng ta cũng có thể tính tổng W của W
đ
và W
h
, với h
0
=2,2 m ; h
1
= 1,35m; h

2
= 3m; h
3
=0,675m
- Các trị số C
e
được tra ở bảng 6, trang 25 CTXDVN 2737-1995:
Ta có
0
10
α
=
;
1
16,2
0,6
27
h
l
= =
e1
e2
C 0,54
C 0,42
= −

⇒

= −


1
3
108 16,2
2; 0,6 0,6
27 27
e
hb
C
l l
= > = = ⇒ = −
11
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

( )
1,2 83 1,0995 6
2,2 0,8 0,9 1,35 3 0,7 0,6 0,8 0,6 0,6 0,6 3 1,35 0,5 2,2 0,6 4152,6 41.53
o i i
W n W k B C h
daN kN
= × × × = × × × ×
× − × + × − × + × + × + × + × = =
∑
3. Xác định nội lực tính toán trong khung ngang:
Khi tính toán nội lực cho khung ngang, ta chấp nhận các giả thuyết tính toán sau:
+ Theo các công thức kinh nghiệm ta chọn sơ bộ độ cứng giữa các bộ phận khung như sau:
107
2
1
÷=
J

J
;
4025
2
÷=
J
J
d
;
63
1
÷=
J
J
d
+ Khi đó tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng thẳng đứng đặt trực tiếp lên dầm,
có thể coi dàn là cứng vô cùng (J = ∞).
+ Khi tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số
là góc xoay ϕ
1,
ϕ
2
và một chuyển vị ngang ∆ ở đỉnh cột. Trường hợp ở đây, khung đối xứng và tải
trọng đối xứng nên ∆.
Nội lực do tĩnh tải gây ra do tĩnh tải mái là:
12
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

173.89
+6.50

-73.47
N=402.55
q=-14.07
N=402.55
-142.39
173.89
N=402.55
+6.50
-73.47
N=402.55
Mg
-142.39
Qg
q=-14.07
-14.07
-14.07
14.07
14.07
Nội lực do hoạt tải mái gây ra là:
31.22
N=70.20
+2.35
N=70.20
-25.68
-13.79
Mp
Qp
-13.79
+2.35
-25.68

N=70.20
-2.43
N=70.20
-2.43 2.43
2.43
31.22
Nội lực do áp lực của bánh xe cầu trục:
Vì khung chỉ có 1 nhịp nên nội lực do D
max
gây ra ở cột trái thì đồng thời cũng có D
min
ở cột phải.
vì vậy ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen chỉ do D
max
gây ra ở trong cột phải:
-370437.04
37.04 -37.04
Qdt
-107.99
N=0
-136.94
Mmin
73.53
303.89
n=420.94
N=0
-34.39
Mmax
-493.47
-52.64

147.13
n=1281.19
Mdt
Nội lực do lực hãm cầu trục tại gối trái:
13
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

Cũng như lý luận ở trên , do vậy ta chỉ cần vẽ biể đồ cho 1 trường hợp và ỏ đây lực hãm T
đặt ở cao trình của đỉnh ray:
45.57
N=0
N=0
-360.68
Tmax
-12.74
19.82
252.74
N=0
Mtt
69.46
N=0
-76.09
34.14
19.57
Qtt
19.7
19.7
34.14
34.14
19.7

19.7
Qtt
19.57
34.14
-76.09
N=0
69.46
Mtt
N=0
252.74
19.82
-12.74
Tmax
-360.68
N=0
N=0
45.57
Nội lực do tải trọng gió gây ra:
ở đây ta cũng chỉ vẽ biểu đồ mômen do gió thổi từ bên trái gây ra . Còn gió thổi từ bên phải có
biểu đồ mômen cũng tương tự nhưng ngược lại với biểu đồ mômen gây ra ở bên trái :
24.67
76.67
q
N=0
Mgt
N=0
-621.81
1.56
581.87
9.83

N=0
W=24.67
90.27
N=0
-106.21
q'
W'
Qgt
35.35
24.67
14
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

N=0
9.83
581.87
1.56
-621.81
N=0
Mgt
N=0
q
76.67
24.67 24.67
35.35
Qgt
W'
q'
-106.21
N=0

90.27
W=24.67
Tổ hợp nội lực:
Nội lực tính toán của cột đã được cho kèm theo đồ án vì vậy mà ta có bảng nội lực sau đây:
Chú ý rằng:
+Nội lực sinh ra do T phải xét cả 2 chiều tác dụng, ± hay F tuỳ vào trường hợp cụ thể.
+Mô men căng thớ trong khung là dương, thớ ngoài là âm.
+Đơn vị mô men là KNm
+ Đơn vị lực dọc lực cắt là KN.
+Hệ số tổ hợp là 0,9 với mọi trường hợp .
15
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

Bảng nội lực
Tiết
diện
Nội
lực
Tổ hợp loại 1 Tổ hợp loại 2
M
+

max
,
N
tư
M
-
max
, N

tư
N
max
, M
tư
M
+

max
,
N
tư
M
-
max
, N
tư
N
max
, M
tư
M
+
M
-
M
+
M
-
B

(KNm);
(KN)
(KNm);
(KN)
(KNm);
(KN)
(KNm);
(KN)
(KNm);
(KN)
(KNm);
(KN)
(KNm);
(KN)
(KNm);(KN)
1,4 1,2 1,2,4,6,8 1,2,4,6,8
M -250.38 -168.07 -426.76 -426.763
N 402.55 472.75 465.73 465.73
C
trên
1,3 1,2 1,2 1,3,5,8 1,2 1,2,3,5,8 1,2
M 73.66 -87.26 -87.26 108.81 -85.881 55.383 -85.881
N 402.55 472.75 472.75 402.55 465.73 465.73 465.73
C
dưới
1,3,5 1,3,5 1,2,8 1,3,5 1,2,3,5
M -532.54 -532.54 17.462 -478.64 -476.521
N 1701.02 1701.02 483.01 1572.9 1636.081
A
1,4,5 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 838.46 -447.92 587.21 1323.8 -757.73 974.809 -729.629
N 840.77 419.83 1701.02 861.86 1572.9 1636.08 1636.081
Q
max
1,7 62.6 1,3,5,7 52.323
4. Thiết kế cột:
16
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

Cột trên và cột dưới coi như cấu kiện nén lệch tâm trong mặt phẳng khung, nén đúng tâm ngoài
mặt phẳng khung .
4.1. Nội lực tính toán:
- Trọng lượng bản thân cột:
+ G
c
được coi như một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột
G
c
được tính theo công thức:
c c c
G g H= ×
+ H
c
- Chiều dài mỗi đoạn cột
+ g
c
– trọng lượng 1m dài cột được tính theo công thức :
c
N
g

KR
ψγ
= ×
∑
+ trong đó:
+ ΣN: Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi chưa kể đến trọng lượng bản thân
cột
+ K: hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen làm tăng tiết diện cột
+ R = 2100 daN/cm2 – cường độ của vật liệu thép làm cột
+ ψ= 1,5 hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột
+ γ = 7850 daN/m3 – trọng lượng riêng của thép
- Với cột trên:
;25,0;47275 ==
∑
KdaNN
g
c
=
mdaN
KR
N
g
c
/0.106
10210025,0
78505,147275
4
=
××
××

=
∑
=
ψγ
106 4.0 424
t t
c c t
G g H daN= × = × =
- Với cột dưới:
17
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

16361( ); 0,4N daN K= =
∑
ψγ
KR
N
g
cd
∑
=
với K= 0,4 đến 0,5 ta chọn 0,4; và
ψ
=1,5
4
16361 1,5 7850
229.3 /
0,4 2100 10
ph
cd

g daN m
× ×
= =
× ×
229,3 10 2293
d d
c c d
G g H daN= × = × =
- Các cặp nội lực tính toán như sau:
- Với đoạn cột trên:
-42676
46573 424 46997
M daNm
N daN
=
= + =
- Với đoạn cột dưới:
Cặp 1
-72963
163608 530,2 164138,2
M daNm
N daN
=
= + =
( Với nhánh cầu trục)
Cặp 2
126299,2
163608 530,2 2293 166431,2
M daNm
N daN

=
= + + =
( Với nhánh mái)
4.2. Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung:
- Dự kiến thiết kế cột có tiết diện thay đổi, nếu chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung
được xác định riêng rẽ cho từng cột theo công thức:
l
1x
=
µ
1
H
d
, l
2x
=
µ
2
H
t
- Xác định
1 2
,
µ µ
:
Khi tỉ số
0,6
t
d
H

H
≤
và
1
2
3
N
N
≥
chúng ta có thể lấy
1 2
2, 3
µ µ
= =
(Chỉ đúng với khung 1 nhịp và
cột liện kết cứng với dàn mái).
- Tính được:
1 1
2 2
2 10 20 ;
3 4 12 ;
x d
x t
l H m
l H m
µ
µ
= = × =
= = × =
4.3. Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung:

18
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

- Chiều dài tính toán cột dưới lấy từ bản đế chân cột cho đến mặt trên vai cột, chính bằng chiều
cao cột dưới:
1
10
y d
l H m= =
- Chiều dài tính toán của cột trên được lấy từ mặt trên dầm cầu chạy đén hệ giằng cánh dưới
dàn:
2
4 0.6 3, 4
y t dc
l H h m= − = − =
4.4. Thiết kế tiết diện cột trên:
4.4.1. Chọn sơ bộ tiết diện:
- Chọn thép làm công trình là thép CT3 có R= 21000T/m
2
; R
b
= 3650daN/cm
2
;
E=2100000 daN/cm
- Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ ba bản thép, với chiều cao tiết diện đã
chọn trước h
t
= 500 mm
- Độ lệch tâm:

42676 1000
908
46997
M
e m
N
×
= = =
- Diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức:
( )
2
46997 90,8
1,25 2,2 2,8 1,25 2,5 129,58
2100 50
t yc
t
N e
F cm
R h
−
 
 
= + ÷ = + =
 
 ÷
 
 
- Chọn bề dày bản bụng bằng
1 1
100 70

t
h
 
 ÷
 
:
, ta chọn
7
b
mm
δ
=
- Chọn chiều rộng bản cánh bằng
( )
0,3 0,5
t
h:
, ta chọn
250
c
b mm=
- Chọn chiều dày bản cánh
20
c
mm
δ
=
- Diện tích của tiết diện được chọn:
2
2 (25 2) (46 0,7) 132,2F cm= × × + × =

+ Diện tích bản bụng:
2
46 0,7 32,2
b
F cm= × =
19
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

+ Diện tích bản cánh:
2
2 (25 2) 100
c
F cm= × × =
4.4.2. Kiểm tra tiết diện đã được chọn:
3 3
2 4
2
0,7 32,2 25 2
2 ( 23 2 25) 54880,86
12 12
x
J cm
× ×
= + × + × × =
3 3
4
2
2 2 25 (0,7) 32,2
5209,25
12 12

y
J cm
× × ×
= + =
2
2
54880,86
20,37
132,2
x
x
J
r cm
A
= = =
2
2
5209,25
6,28
132,2
y
y
J
r cm
A
= = =
4
2
2
2.

2 54880,86
2195,23
50
x
x
J
W cm
h
×
= = =
- độ mảnh và độ mảnh quy ước cột trên:
2
2
2
12 100
58,91
20,37
x
x
x
l
r
λ
×
= = =
2
2
6
2100
58,91 1,86

2,1 10
x
x
R
E
λ λ
= = × =
×
2
2
2
3,4 100
50,14
6,28
y
y
y
l
r
λ
×
= = =
2 2
6
2100
50,14 1,59
2,1 10
y y
R
E

λ λ
= = × =
×
- Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đối m:
2
. 90.8 132,2
5.47
2195,23
x
e F
m
W
×
= = =
20
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

- Với:
2
50
0,1 1,59 5 ;5 5,47 20; 1,55
32,2
c
x
b
F
m
F
λ
< = < < = < = =

- Tra bảng ta có:
2
1,4 0,02 1, 4 0,02 1,86 1.36
x
η λ
= − × = − × =

1
1,36 5,47 7,44 20m m
η
= × = × = <
- Tra bảng phụ lục 4, theo m
1
và
x
λ
, có được ϕ
lt
= 0.1656
- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:
2 2
2
46997
2035,73 / R=2100daN / cm
. 0,1656 132,2
x
lt
N
daN cm
F

σ
ϕ
= = = 〈
×
Vậy điều kiện ổn định được đảm bảo.
4.4.3. Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:
- Từ
2
50,14
y
λ
=
, tra bảng phụ lục 3 có được hệ số uốn dọc ϕ
2y
= 0.869
- Với cặp nợi lực đang xét là tổ hợp của 1+2+4+6+8 , xác định được moment tương ứng đầu kia
của cột là M
tư
=108,81daNm.
- Moment lớn nhất ở 1/3 đoạn cột trên là:
( ) / 3 -42676 (108,81 42676) / 3 28414
tu
M M M M daNm= + − = + + = −
- Giá trị moment đưa vào tính toán là GTLN trong các trị số ½ giá trị tuyệt đối của M ở hai đầu
thanh :
MaxM
tt
=
( ; / 2; / 2 ) 28414
tu

M M M daNm=
.
- Độ lệch tâm tương đối :
10>
'
2
/ 2841400 / 46997
3,61 5
/ 2195,23/132,2
x
x
e M N
m
W F
ρ
= = = = <
- Xác định các hệ số:
x
0.65 0.005 m 0.65 0.005 3,61 0.668
α
= + = + × =
- Do
2
2
2
21000 /
3,14 99,3 50,14
21 /
c y
E kN cm

R kN cm
λ π λ
= = × = 〉 =
nên
1
β
=
21
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

- Hệ số ảnh hưởng của moment trong mặt phẳng uốn C:
1
0,293
1 1 3,61 0,668
x
C
m
β
α
= = =
+ × + ×
4.4.4. Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn:
2 2
2
46997
1327 / R=2100daN / cm
. . 0,293 0,1656 132,2
y
lt
N

daN cm
C F
σ
ϕ
= = = 〈
× ×
4.4.5. Kiểm tra ổn định cục bộ tiết diện:
- Bản cánh:
25 21000
12,5 2 (0,36 0,1 ) 2 (0,36 0.1 1.86) 34,53
2 21
c c
c c
b b
E
R
λ
δ δ
 
= = < = × + = × + × =
 
 
- Bản bụng:
Có
2
1.86 0.8; 3,61 1
x
x
m
λ

= > = >
3
46
65,71 (0.9 0.5 ) (0.9 0.5 1.86) 10 67,87
0,7
b b
b b
h h
E
R
λ
δ δ
 
= = < = + = + × =
 
 
 Vậy tiết diện đã chọn thỏa mãn các điều kiện chịu lực và ổn định.
4.5. Thiết kế tiết diện cột dưới:
4.5.1.Dạng tiết diện:
- Thiết kế cột dưới dạng tiết diện rỗng:
+ Nhánh ngoài cấu tạo dạng chữ U, gồm một bản thép lưng và hai thép góc làm cánh.
+ Nhánh trong thường cấu tạo dạng chữ I tổ hợp từ 3 tấm thép ghép lại.
4.5.2. Chọn tiết diện:
Cặp nội lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục, kể thêm trọng lượng bản thân cột:
daNN
daNmM
6411112.503163608
-72963
=+=
=

Cặp nội lực tính toán nhánh mái kể thêm trọng lượng bản thân của cột:
22
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

daNN
daNmM
66870127292.503163608
126299,2
=++=
=
- Giả thiết diện tích mỗi nhánh sẽ tỉ lệ với lực dọc lớn nhất trong nhánh, ta xác định sơ bộ khoảng
cách y
1
từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của tiết diện:
- Bề rộng tiết diện cột dưới b lấy từ
1 1
333 500
2 3
d
h mm
 
÷ = ÷
 ÷
 
 Chọn b= 400
- Đối với nhánh cầu trục, chọn tiết diện dạng chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại.
- Bản bụng có kích thước thước 8x280 mm, bản cánh có kích thước 10x160 mm.
- Nhánh mái có dạng chữ C tổ hợp, gồm một bản ghép lưng 14x280 mm và hai thép góc L70x8
yyy
L70x8

x
x
14x280
10x160
8x280
4.5.3. Các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:
- Đối với nhánh cầu trục:
+ Diện tích tiết diện nhánh:
2
1
0.8 28 2 1.0 16 54.4
nh
F cm= × + × × =
+ Moment quán tính của nhánh đối với trục x (vuông góc mặt phẳng khung):
3 3
1
28 0.8 1.0 16
2 683.86
12 12
x
J
× ×
= + =
23
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

+ Moment quán tính đối với trục y (vuông góc trục x):
3 3
2 4
1

0,8 28 16 1
2 1.0 16 15,4 8666.13
12 12
y
nh
J cm
 
× ×
= + × × + =
 
 
+ Bán kính quán tính của tiết diện:
1
1
1
683,86
3,55
54,4
x
x
nh
J
r cm
F
= = =

1
1
1
8666.13

12.62
54.4
y
y
nh
J
r cm
F
= = =
+ Độ mảnh của nhánh cầu trục:

1
1
1
68
19,18
3,55
nh
x
x
l
r
λ
= = =

1
1
1
680
53,88

12,62
y
y
y
l
r
λ
= = =
- Đối với nhánh mái:
+ Diện tích tiết diện nhánh:
2
2
1,4 28 2 10,7 60,6
nh
F cm= × + × =
+ Moment tĩnh của tiết diện nhánh đối với mép ngoài của tiết diện:
3
1,4
1.4 28 2 10,7 (1,4 2,02) 100,63
2
x
S cm= × × + × × + =
+ Khoảng cách từ trọng tâm nhánh đến mép ngoài:
2
100,63
1,66
60,6
x
nh
S

cm
F
= =
+ Moment quán tính của nhánh đối với trục x (vuông góc mặt phẳng khung):
3
2 4
2
28 1,4 1,4
28 1,4 (1,66 ) 2 (48,2 10,7 (2,02 1, 4 1,66)) 176,62
12 2
x
J cm
×
= + × × − + × + × + − =
+ Moment quán tính đối với trục y (vuông góc trục x):
24
SVTH: MSVS: GVHD: Th.S Trần Quốc Hùng

3
2 4
2
1,4 28
2 48,2 10,7 (30 2,02) 6262,95
12
y
J cm
×
 
= + × + × − =
 

+ Bán kính quán tính của tiến diện:
2
2
2
176,62
1,71
60,6
x
x
nh
J
r cm
F
= = =
2
2
2
6262,95
10,17
60,6
y
y
nh
J
r cm
F
= = =
+ Độ mảnh của nhánh mái:
2
2

2
68
39,83
1,71
nh
x
x
l
r
λ
= = =
2
2
2
680
66,89
10,17
y
y
y
l
r
λ
= = =
+ Đối với toàn bộ tiết diện cột dưới:
F
d
= F
nh1
+ F

nh2
=54,4+60,6 =115 cm
2

C = 68 – 1,66 =66,34 cm .
S
d
= F
nh1
x C = 54.4x66.34 =3608.87 cm
3
+ Khoảng cách từ trọng tâm nhánh mái đến trọng tâm chung tiết diện :
2
3608,87
31,38
115
d
d
S
y cm
F
= = =
+ Khoảng cách từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung tiết diện :
cmyCy 96.3438.3134.66
21
=−=−=
+ Moment quán tính cột dưới trong mặt phẳng uốn :
2
22
2

1121
yFyFJJJ
nhnhxxd
+++=
=683.86+176.62+54.4x34.96
2
+60.6x31.38
2
=127019.33 cm
4
25