Thuyết minh đồ án kết cấu thép 2 D12XD02

Đồ án kết cấu thép 2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG
NGHIỆP
1 TẦNG 1 NHỊP

Trường: Đại Học Thủ Dầu Một
Sinh viên thực hiện:
Lớp: D12XD02 – Khoa: Xây Dựng
Ngành học: Kỹ thuật xây dựng
GV hướng dẫn:

1


Đồ án kết cấu thép 2
3/2015

MỤC LỤC
Lời nói đầu………………………………………………………………….....Tr. 4
Số liệu đồ án…………………………………………………………………. Tr. 5
Tiến độ thực hiện……………………………………………………………. .Tr .6
Tài liệu kham khảo …………………………………………………………. .Tr. 7
Chương 1: Số liệu và nhiệm vụ thiết kế…………………………………….. .Tr. 8
1. Số liệu thiết kế…………………………………………………………Tr. 8
2. Nhiệm vụ thiết kế……………………………………………………. .Tr. 8
Chương 2: Tính toán thiết kế……………………………………………….. .Tr. 9

3. Sơ đồ kết cấu khung ngang…………………………………………... Tr. 9
4. Kích thước theo phương đứng……………………………………….. Tr. 10
1.1. Kích thước theo phương ngang……………………………….. Tr. 10
1.2. Hệ giằng………………………………………………………. Tr. 11
2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung……………………………….. Tr. 14
2.1. Tải trọng thường xuyên……………………………………….. Tr. 14
2.2. Hoạt tải sữa chữa mái…………………………………………. Tr. 14
2.3. Tải trọng gió…………………………………………………... Tr. 15
2.4. Hoạt tải cầu trục……………………………………………… Tr. 17
3. Thiết kế xà gồ, sườn tường…………………………………………... Tr. 19
3.1. Thiết kế xà gồ………………………………………………… Tr. 20
4. Tính nội lực khung…………………………………………………… Tr. 24
4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000………. Tr. 24
4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực……………………………………… Tr. 46
5. Kiểm tra tiết diện cột và xà mái……………………………………… Tr.51
5.1. Kiểm tra tiết diện cột………………………………………….. Tr. 51
5.2. Kiểm tra tiết diện xà mái……………………………………… Tr. 55
5.3. Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột……………. Tr. 53
6. Tính các chi tiết………………………………………………………. Tr. 58
6.1. Chân cột ngàm vào móng……………………………………. . Tr. 58
6.2. Tính vai cột……………………………………………………. Tr. 63
6.3. Chi tiết liên kết xà với cột…………………………………….. Tr. 66
6.4. Chi tiết nối xà………………………………………………… Tr. 67
6.4.1. Mối nối đỉnh…………………………………………… … Tr. 68
6.4.2. Mối nối trung gian………………………………………… Tr. 70
Chương 3: Bài học kinh nghiệm
3.1. Những điều rút ra từ “Đồ Án”………………………………… Tr. 72
3.2. Đánh giá bản thân………………………………………...…… Tr. 72
2

Đồ án kết cấu thép 2
3.3 Định hướng trong tương lai…………………………………..... Tr. 72

LỜI MỞ ĐẦU
3


Đồ án kết cấu thép 2
Trong sự phát triển của xã hội, nhiều công trình bằng thép như khung nhà công
nghiệp, nhà công nghiệp có cầu trục sức nâng nhỏ, mái nhẹ lợp tôn được xây dựng
ngày càng nhiều.
Đồ án Thiết kế kết cấu thép khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng nhằm giúp
em tổng hợp và vận dụng kiến thức được học vào công việc thiết kế trong thực tế. Do
đó khi được thực hiện đồ án này mặc dù còn gặp một số khó khăn nhất định nhưng em
đã cố gắng, nổ lực học hỏi, bổ sung kiến thức để hoàn thành với kết quả tốt nhất. Tuy
nhiên do kiến thức bản thân còn hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhiều sai
sót điều đó ảnh hưởng phần nào đến “chất lượng” của đồ án.
Rất mong nhận được sự quan tâm và những đóng góp ý kiến quý báu từ các
thầy cô và các bạn để em kịp thời khắc phục, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm
việc, công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô Khoa Xây Dựng Trường Đại học
Thủ Dầu Một Bình Dương, thầy Nguyễn Tiến Dũng đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt
những kiến thức chuyên môn - những kinh nghiệm thực tế cho em trong suốt quá trình
học tập môn học Kết cấu thép ứng dụng tại trường cũng như thời gian làm đồ án.
Trong thời gian làm đồ án môn học em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận
tình của thầy và các bạn, với tất cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm
ơn.

Tp. Thủ Dầu Một, ngày 01 tháng 03 năm 2015

Người thực hiện

Nguyễn Hoàng Quy

4


Đồ án kết cấu thép 2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP
(THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP)

I.

SỐ LIỆU THIẾT KẾ
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp có cầu trục. Các số
liệu thiết kế :
1. Nhịp cầu trục : S=….. (m)
2. Bước khung : B=….. (m).
3. Chiều dài nhà : L =….. (m).
4. Nhà 2 cầu trục, chế độ làm việc trung bình. Sức trục : Q =….. (tấn).
5. Cao trình đỉnh ray: =….. (m)
6. Phân vùng gió:
- Dạng địa hình công trình : …..
- Vùng gió : …..
7. Vật liệu
- Thép : CCT34
- Hàn tay, que hàn N42
- Bê tông móng cấp độ bền: …..
8. Kết cấu bao che: Tường xây cao 1,5 m ở phía dưới, tôn phía trên.

II.

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1. Thuyết minh tính toán
- Thành lập sơ đồ kết cấu : Xác định kích thước khung ngang, lập mặt
bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột.
- Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng
cầu trục, tải trọng gió.
- Thiết kế xà gồ
- Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng
trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực
cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái.
- Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai
cột, liên kết xà với cột, mối nối xà
2. Bản vẽ: Bản vẽ khổ A1
- Sơ đồ khung ngang
- Hệ giằng mái, hệ giằng cột
- Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của chân cột.
- Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà.
- Triển khai các bản vẽ thép của cột và xà.
- Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết.

5


Đồ án kết cấu thép 2

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
STT Ngày sửa bài

1
11/ 01/ 2015

Nội dung
Tải trọng và tổ hợp tải trọng

2

11/ 02/2015

Nội lực và thuyết minh kiểm tra

3

11/03/ 2015

Hoàn thành bản vẽ trên khổ A1

….

……………

………………………………….

Ghi chú

GV ký

………..

…………

6


Đồ án kết cấu thép 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TCXDVN 338-2005; TCXD 2737:1995
2. Hiệp hội chế tạo nhà kim loại Hoa Kỳ MBMA
3. Kết cấu thép - cấu kiện cơ bản (Phạm Văn Hội và các tác giả khác – NXB
KHKT 2009)
4. Ví dụ tính toán kết cấu thép (ĐH.Xây Dựng)
5. Kết Cấu Thép – Nhà dân dụng và công nghiệp ( Nguyễn Quang Viên và các
tác giả khác – NXB KHKT 2011 )
6. Kết Cấu Thép – Công trình đặc biệt (Phạm Văn Hội và các tác giả khác –
NXB KHKT 2013)
7. Thiết kế khung thép nhà công nghiệp

7


Đồ án kết cấu thép 2
CHƯƠNG I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1. Số liệu thiết kế
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số
liệu thiết kế:
-

Nhịp khung: L = 10 m.

-

Bước khung: B = 5 m; toàn bộ nhà dài L = 11B = 55 m.

-

Sức trục: Q = 20 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 1 chiếc, chế độ làm
việc trung bình.

-

Cao trình đỉnh ray: H1 = 7 m.

-

Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0,65 m; Chiều cao ray: hr = 0, 2 m.

-

Tải trọng gió: + Vùng gió: III
+ Dạng địa hình xây dựng công trình: C

-

Vật liệu: Thép CCT34; hàn tay, que hàn N42 (d = 3÷5mm) hoặc tương đương.
Bê tông móng cấp độ bền B15.

-

Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, quây tôn ở phía trên.

2. Nhiệm vụ thiết kế
-

Thuyết minh tính toán:
+ Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng
lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột.
+ Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: Tải trọng mái, tải trọng cầu
trục, tải trọng gió.
+ Thiết kế xà gồ.
+ Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp
tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện
đặc trưng của cột và xà mái.
+ Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột,
liên kết xà với cột, mối nối xà.

-

Bản vẽ thể hiện: 01 bản vẽ khổ A1
+ Sơ đồ khung ngang.
+ Hệ giằng mái, giằng cột.
+ Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột.
+ Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà.
+ Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết.
8


Đồ án kết cấu thép 2
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1. Sơ đồ kết cấu khung ngang
Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi
liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn
xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 ( tương đương i = 17%). Do tính chất làm việc
của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường
nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa
nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột
một đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi.
Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn
chiều cao cửa mái là 2 m và chiều rộng cửa mái là 4m.

I=17%

Q=20T

10000

Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang

1.1. Kích thước theo phương đứng
- Chiều cao cột dưới: Hd
Hd = H1- (hdct + hr)
Trong đó:
H1 = 7 m là cao trình đỉnh ray
hdct = 0,65 m là chiều cao dầm cầu trục
9


Đồ án kết cấu thép 2
hr = 0,2 m là chiều cao ray

Hd = 7 – (0,65 + 0,2) = 6,15 (m) lấy Hd = 6,2 (m)
- Chiều cao cột trên: Htr
H tr = ( h dct + h r ) + K1 + 0,5

Trong đó:
K1 = 1,3 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con.
Giá trị này được tra trong catalo cầu trục.
0,5 m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang.
Htr = (0,65 + 0,2) + 1,33 + 0,5 = 2,68 (m); lấy Htr = 2,7 (m)
- Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 6,2 + 2,7 = 8,9 (m)
1.2. Kích thước theo phương ngang
- Nhịp nhà (lấy bằng khoảng tim 2 trục cột) là: L = 11,5 m
Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 10 m , khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép
trong cột: Zmin = 180 mm = 0,18 m.
- Sơ bộ chọn kích thước tiết diện khung ngang:
a. Tiết diện cột
Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:
- Chiều cao tiết diện: h = (1/10 ÷ 1/15)H, bề rộng b = (0,3÷0,5)h
- Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện
chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm.
- Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28 ÷ 1/35)b.
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột:
+ Chiều cao tiết diện:

h = 60 cm

+ Bề rộng tiết diện cột:

b = 30 cm

+ Chiều dày bản bụng:

tw = 1,0 cm

+ Chiều dày bản cánh:

tf = 1,0 cm

Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột:
Z = 0,5 (L – h – S)
Trong đó:
L: là nhịp nhà.
h: là chiều cao tiết diện cột
S: là nhịp cầu trục
10


Đồ án kết cấu thép 2
Z = 0,5x(11,5– 0,6– 10) = 0,45 m
Z = 0,45m ≥ Zmin = 0,18m.Thỏa mãn điều kiện an toàn.
b. Tiết diện xà mái
Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:
- Chiều cao tiết diện nách khung: h1 ≥

1
L ; bề rộng b = (0,2 ÷ 0,5)h1 và b ≥ 180mm,
40

thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột; chiều cao tiết diện đoạn dầm không
đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b

- Chiều dày bản bụng t w nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện
chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm.
- Chiều dày bản cánh tf =

1
b.
30

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm:
+ Chiều cao tiết diện xà tại nách khung:

h1 = 50 cm

+ Chiều cao tiết diện xà tại đỉnh khung:

h2 = 35 cm

+ Bề rộng tiết diện:

b = 20 cm

+ Chiều dày bản bụng xà:

tw = 1,0 cm

+ Chiều dày bản cánh xà:

tf = 1,0 cm

- Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn ( bằng = 0,35 ÷ 0,42 chiều dài

nửa xà) Ltđ = 2,2 m.
c. Tiết diện vai cột
Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp
lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm
hãm, dàn hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực
tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai:
+ Chiều cao tiết diện vai cột:

h = 50 cm

+ Bề rộng tiết diện vai cột:

b = 35 cm

+ Chiều dày bản bụng vai cột:

tw = 1,0 cm

+ Chiều dày bản cánh vai cột:

tf = 1,0 cm

1.3. Hệ giằng
Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu
không gian. Hệ giằng bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà; chịu
các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió
thổi lên tường đầu hồi; bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh
11

Đồ án kết cấu thép 2
dàn, cột. Hệ giằng còn góp phần tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi
công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột
Hệ giằng cột: Chiều cao cột H =8,9m < 9m, bố trí 1 lớp giằng cột. Hệ giằng cột
được bố trí ở giữa khối nhà; chiều dài nhà = 55m nên đặt thêm hệ giằng tại hai khối
gần kề hai đầu nhà (hình 1.2). Sức trục Q = 20 tấn, thanh giằng bằng thép tròn φ20.
Trên tiết diện ngang của cột, giằng cột đặt vào giữa tiết diện.
Hệ giằng mái: Hệ giằng mái với tiết diện thanh giằng φ20, được bố trí ở hai
gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí
lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà
chịu nén); khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng
các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ). Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn
L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 680 mm ~ 800 mm.

Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột

12


Đồ án kết cấu thép 2

Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái

Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ

13


Đồ án kết cấu thép 2
2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung

2.1. Tải trọng thường xuyên
- Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái
- Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1,1
- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:
qtc = gtc . B = 15 . 5 = 55 daN/m
qtt = ng . gtc . B = 1,1 . 15 . 5 = 82,5 daN/m
- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục, dàn hãm:
2
Gdct = α dct .L dct = 30 . 52 = 750 daN

Bảng 2.1. Tĩnh tải mái

STT

Loại tải

Tải trọng Hệ số Tải trọng
tiêu
vượt tải tính toán Bước Tổng tải
chuẩn
khung trọng
2
2
(daN/m )
(daN/m ) (m) (daN/m)
44
8
1,1
8,8
5

1
Tôn lợp mái
38,5
7
1,1
7,7
5
2
Xà gồ
82,5
3
Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung
- Sơ đồ tải trọng thường xuyên được thể hiện trong hình vẽ minh họa.
Trọng lượng bản thân của tôn tường và xà gồ lấy 15daN/m2. Quy thành tải phân bố
đều dọc cột: 1,1.15.9,4 = 155,1 (daN/m)
2.2. Hoạt tải sửa chữa mái
- Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3
- Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng
ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m 2 mặt bằng nhà do đó hoạt tải
sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau:
ptc = 30 . B và ptt = np . 30 . B
- Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cosα.

Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái

14


Đồ án kết cấu thép 2
STT

Loại tải

Tải trọng Hệ số Tải trọng Bước Tổng tải
t. chuẩn vượt tải tính toán khung trọng
(daN/m2)
(daN/m2) (m) (daN/m)
1
Sửa chữa mái
30
1,3
39
5
195
2
Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung
195
- Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái được thể hiện trong hình vẽ minh họa.
2.3. Tải trọng gió
Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995.
q = n . W0 . k . C . B (daN/m)
Trong đó:

q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.
W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng III có W0 = 125daN/m2.
n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió.
k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao
C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu.
B: là bước khung.

a, Trường hợp gió thổi ngang nhà:

Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió
a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà

- Xác định hệ số khí động Ce:

15


Hm3

Đồ án kết cấu thép 2

Hm1 Hm2

c e1
c e = +0,7

c e2
c e = -0,6

c e4

Hc

c e5

c e = +0,8

c e3

L+ h

Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ:
+ Nhịp:

L + h = 11,5 + 0,6 = 12,1m

+ Chiều cao: Hc = 8,9 m
hm1 = 1,07 m
hm2 = 2,0 m
hm3 = 0,55 m
Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 được giá trị Ce
Ce1 = - 0,8

Ce2 = -0,6

Ce3 = -0,4

Ce4 = -0,51

Ce5 = -0,5

- Xác định hệ số k:
Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu
vực thuộc dạng địa hình C. Chiều cao cột 8,9 m lấy gần đúng hệ số k =1,167 đối với
giá trị tải trọng gió phân bố trên thân cột và k = 1,198 (ứng với độ cao trung bình của

mái Htb = 12,4m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái.
Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Loại tải
Cột đón gió
Mái đón gió
Cột cửa mái đón gió
Cửa mái đón gió
Cửa mái hút gió
Cột cửa mái hút gió
Mái hút gió
Cột hút gió

Tải trọng Hệ số
t.chuẩn
k
(daN/m2)
125

0,66
0,68

0,71
0,72
0,72
0,71
0,68
0,66

Hệ số
c
0,8
-0,51
0,7
-0,8
-0,6
-0,6
-0,5
-0,5

Bước Tổng tải
Hệ số
khung
trọng
vượt tải
(m)
(daN/m)
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2

1,2
1,2
1,2

5
5
5
5
5
5
5
5

396,0
-260,1
372,8
-432,0
-324,0
-319,5
-255,0
-247,5

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.
16


Đồ án kết cấu thép 2
b, Trường hợp gió thổi dọc nhà:
- Xác định hệ số khí động Ce:
Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động

trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/ΣB.

Hm3

Công trình có L/ΣB<1 và H/ΣB<0,5 nên Ce3 =-0,4, tức là gió có chiều hút ra ngoài
cho cả hai cột.
Hm1 Hm2

c e = -0,7

c e = -0,7

c e = -0,4
c e = -0,7

c e = -0,4

Hc

c e = -0,7

c e = -0,4

c e = -0,4

L+ h

Hình 2.3. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà
Bảng 2.4. Tải trọng gió theo phương dọc nhà

STT

Loại tải

Tải trọng Hệ số
t.chuẩn
k
(daN/m2)

Hệ số
c

125
1
Cột khung
-0,40
0,66
2
Mái
-0,70
0,68
3
Cột cửa mái
-0,40
0,71
4
Cửa mái
-0,70
0,72
* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.

Bước Tổng tải
Hệ số
khung
trọng
vượt tải
(m)
(daN/m)
396,0
1,2
5
-260,1
1,2
5
372,8
1,2
5
-432,0
1,2
5

2.4. Hoạt tải cầu trục
a, Áp lực đứng:
- Thông số cầu trục : Sức trục : Q = 20 tấn; Nhịp cầu trục: S = 10m
Tra trong catalo cầu trục có:
+ Bề rộng cầu trục: Bct = 3930 mm
+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 2900 mm
c
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pmax
= 108 kN= 10800 daN

c
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pmin = 23,7 kN= 2370 daN

- Áp lực đứng lên vai cột:
D max = n.n c .Pmax .∑ yi ; D min = n.n c .Pmin .∑ yi

17


Đồ án kết cấu thép 2
Trong đó:
n = 1,1- Hệ số độ tin cậy;
nc = 0,85 Hệ số tổ hợp; khi có 1 cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình.
Σyi – Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ
ở gối bằng 1.
Bảng 2.5. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

STT
1
2

Σyi
2,448
2,448

Loại tải
Dmax
Dmin
490

2900

Pmax

n
1,1
1,1

Tổng (daN)
24719
5424

490

y2

Pmax

Pmax

Pmax

y1

nc
0,85
0,85

y4

y3

5000

5000

6900

6900

Hình 2.4. Đường ảnh hưởng phản lực gối

b, Áp lực ngang( lực hãm ngang):
Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương
chuyển động: tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn T1c , các lực
này cũng di động như lực thắng đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột.
Cách tính giá trị T cũng xếp bánh xe trên đ.a.h. Lực T truyền lên cột qua dầm hãm
hoặc các chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu
trục (hoặc mặt dầm hãm), có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột.
T1c =

0, 05.(Q + G xecon )
;
no

trong đó: Gxecon = 1,1 (T)– trọng lượng xe con.
T = n.n c. .T1c .∑ yi
Bảng 2.6. Lực hãm ngang

STT

Loại tải

Σyi

N

nc

Tổng (daN)
18


Đồ án kết cấu thép 2
1

T

2,448

1,1

0,85

2518

19


Đồ án kết cấu thép 2

3. Thiết kế xà gồ:
3.1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng
- Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện C. Sơ đồ giằng xà gồ:

y
qx= qsina

x

x
a
q y= qcosa

y

l
2

xà go

khung zamil

l
2
l

giang
d=18 : 22

2

qx.l
32

qy.l2
8

Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ

- Chọn xà gồ loại: C12 có đặc trưng hình học tiết diện
Loại

hxg

bxg

Ix

Iy

Wx

Wy

G

tiết diện
C12

(mm)

(mm)

(cm4)

(cm4)

(cm3)

(cm3)

(daN/m)

100

46

174

20,4

34,8

4,64

8,59

a, Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân xà gồ:
g cm .n
q = (p .n p +

).d + g cxago .n g
cosα
c

20


Đồ án kết cấu thép 2
( Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt
mái được chia cho hệ số cosα)
c
Trong đó: g m _ trọng lượng mái tôn;

pc _ hoạt tải sửa chữa mái;
d_ khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang, d = 1,2m;
g cxago _ trọng lượng bản thân xà gồ;

ng; np_hệ số độ tin cậy, ng = 1,1 và np = 1,3
- Tải trọng tính toán:

q = (30.1,3 +

- Tải trọng tiêu chuẩn:

q c = (30 +

8.1,1
).1, 2 + 8,59.1,1 = 66,97 daN/m
cos10

8
).1, 2 + 8,59 = 54,33 daN/m
cos10

- Tải trọng tính toán theo phương x và phương y:
qx= q. sinα ⇒ qx= 68,96. sin100 = 11,62daN/m
qy= q. cosα ⇒ qy= 68,96. cos100 = 65,95 daN/m
- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y:
q cx = qc. sinα ⇒ q cx = 56,15. sin100 = 9,43daN/m
q cy = qc. cosα ⇒ q cy = 56,15. cos100 = 53,50 daN/m

- Sử dụng một thanh giằng φ18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ. Mômen lớn nhất theo
hai phương:
Mx =

q y .B2
8

= 206, 09daN.m ; M y =

q x .B2
= 9, 09daN.m
32

* Kiểm tra bền theo công thức:
σ = σx+ σy =

Mx My
+
≤ f .γc

Wx Wy

206, 09.102 9, 09.10 2
+
= 778,12daN / cm 2 ≤ 2100 daN / cm 2
σ=
(Thỏa mãn)
34,8
4, 64

* Kiểm tra độ võng:
2

2
Δ
Δ  Δ 
Δ 
=  x ÷ + y ÷ ≤  
B
B
 B  B

Trong đó:

21


Đồ án kết cấu thép 2
Δ y 5.q cy .B3
Δ x 5.q cx .B3

=
=
và
là độ võng tương đối theo phương x và phương
B 384.E.I y
B 384.E.I x
Δ

1

c
y do qcx và q y gây ra;   =
là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái
 B  200

tôn.
Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ
võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó ∆x = 0, chỉ có ∆y lớn nhất) và tại điểm cách
Δx
q cx .B3
=
đầu xà gồ một khoảng z = 0,421.B/2 = 0,21B (tại đây có ∆x lớn nhất):
B 2954.E.I y

và độ võng ∆y bằng:

Δy
B

=

3,1.q cy .B3
384.E.I x

- Độ võng tại giữa nhịp:
Δy

5.q cy .B3

5.0,5350.5003
1
1
=
=
=
= 2.38.10−3 <
= 5.10−3 (Thỏa mãn)
6
B 384.E.I x 384.2,1.10 .174 270
200

- Độ võng tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0,21B:
Δx
q cx .B3
0, 0943.5003
=
=
= 9,31.10−5
6
B 2954.E.I y 2954.2,1.10 .20, 4

Δy
B

=

3,1.q cy .B3
384.E.I x

=

3,1.0,5350.5003
= 1, 47.10−3
6
384.2,1.10 .174

Δ
1
= (9,31.10−5 ) 2 + (1, 47.10−3 ) 2 = 1, 47.10 −3 ≤
= 5.10 −3
B
200

(Thỏa mãn)

a, Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:
- Tải trọng gió tính toán:
q gió = C e .Wo .k.n.

d
− 0,9. ( g cm .d + g cxago ) .cosα

cosα

q gió = 0, 7.65.1,197.1, 2.

1, 2
− 0,9. ( 8, 28.1, 2 + 8,59 ) .cos100 = 63, 22daN / m
0
cos10

- Tải trọng gió tiêu chuẩn:
q cgió = 0, 7.65.1,197.

1, 2
− 0,9. ( 8, 28.1, 2 + 8,59 ) .cos10 0 = 49,94daN / m
cos100

* Kiểm tra bền theo công thức:
M gió =

63, 22.52
= 197,56 daNm ;
8

22


Đồ án kết cấu thép 2
σ=

19756

= 567, 7 daN/cm2 < 2100.1 daN/cm2
34,8

(Thỏa mãn)

* Kiểm tra độ võng:
Δy
B

=

3,1.q cy .B3
384.E.I x

=

3,1.0,5350.5003
1
= 3,1.10 −3 <
= 5.10 −3
6
384.2,1.10 .174
200

(Thỏa mãn)
Kết luận: dùng xà gồ C10, vít bắt tôn: 6~8 chiếc /m2.

23

Đồ án kết cấu thép 2
4. Tính nội lực khung:
4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000.
a, Sơ đồ kết cấu
- Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng.
- Trục tính toán khung lấy qua trọng tâm tiết diện; trục dầm lấy qua trọng tâm phần
không đổi.
- Liên kết giữa cột với móng là liên kết khớp, liên kết giữa cột với dầm là liên kết
cứng.
- Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm2; E = 2,1.106 daN/cm2; D = 7850 daN/m3

Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang

24


Đồ án kết cấu thép 2

Hình 4.2. Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán

b, Sơ đồ chất tải trọng

Hình 4.3. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

25