Đồ Án Thép Thiết Kế Khung Ngang Nhà Xưởng 1 Tầng , 1 Nhịp L = 30m , Hr = 8 m

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
ĐỒ ÁN THÉP

NHÀ CƠNG NGHIỆP MỘT TẦNG
ĐỀ BÀI:
Thiết kế khung ngang nhà xưởng 1 tầng, 1 nhịp.
1.Kích thuớc nhà:
 Nhịp nhà dài L=30m,
 Dài 96m
 Bước cột 6m
 Cao trình đỉnh ray Hr=8 m
2.Có hai cầu trục có sức nâng Q(T) =50/10T,chế độ làm việc trung bình
3.Vật liệu: Kết cấu khung :
Kết cấu bao che:

Thép CT3
Mái :
Tấm BTCT (chon loại 1,5 x 6 = 9m2 )
Tường:Tấm BTCT ; Xây gạch
Móng :Bê tơng :B12.5 ; B15

4.Liên kết hàn và bu lơng
5.Địa điểm xây dựng :Thành phố Bn Ma Thuột
I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC NHÀ
1

Theo phương đứng:

Chọn cốt nền nhà trùng với cốt +0.00 để tính các thơng số chiều cao.Ta có cao trình đỉnh
ray Hr= 8 m, nhịp nhà L=30 m (theo đề bài).
Mặt khác do tải trọng cầu trục Q=50t ≤ 75t

Tra phụ lục VI.1 ta có thơng số về cầu trục:
Lk= 28,5 m
B=6650 mm.
K=5250 mm.
HC=3150 mm.
B1=300 mm.
F=650 mm
p lực của bánh xe lên ray: 49T
Trọng lượng xe con:
18T
Trọng lượng tồn cẩu:
77T
Chiều cao dầm câu chạy:
hdcc=(1/5÷1/8)Ldcc⇒hdcc=(1/5÷1/8)*6000= (750÷ 1200 mm)
Vậy ta lấy hdcc=0,8 m
Kích thước cột trên:
Htr= hdcc+ Hr + HC + F + 0.1m +H lớp đệm ray.
Htr=0,8 + 0,13 + 3,15 + 0,65 + 0,1 +0,08=4,91 m.
LÊy Htr= 4.95m.
KÝch thíc cét díi:
Hd=8 - Hr – hdcc - H líp ®Ưm ray + H3
Víi H3 lµ líp ch©n cét lÊy H3=0,80m
1


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
Hd=8 – 0,13 – 0,8 – 0,08 + 0,80=7,79 m
LÊy kÝch thíc cét díi Hd=7.8m
ChiỊu cao toµn cét:
H= Hd + Htr – H3=7,8 +4,95 – 0,80=11.95 m (TÝnh tõ mỈt mãng)

2
•

Theo ph¬ng ngang:
Chän bỊ réng cét trªn (tøc chiỊu cao tiÕt diƯn cét trªn) :
ht=(1/10÷1/12)*Htr=(1/10÷1/12)*4,95 m
vËy ta chän htr=0,50 m ∈(1/10÷1/12)Htr.
• Chän a: lµ kho¶ng c¸ch tõ mÐp ngoµi cét ®Õn trơc ®Þnh vÞ do søc trơc Q=50t<75t nªn ta chän
a= 250mm=0,25m.
• Chän λ lµ kho¶ng c¸ch tõ trơc ®Þnh vÞ ®Õn tim ray. Ta chän kho¶ng hë an toµn d=0.075m
λ ≥ B1 + d + (htr – a )
B1 = 0.3m tra theo cataloge cÇu trơc
λ ≥ 0.3 + 0.075 + ( 500 – 250) = 525 m
• TÝnh chiỊu cao tiÕt diƯn cét díi (hd):
Theo ®é cøng ta cã: hd=(1/15÷1/20)Hd =(1/15 ÷1/20)*7,8 m
Theo ®/k cÊu t¹o ta chän: hd = a + λ=0,25+0,75=1m
§¶m b¶o ®iỊu kiƯn hd = 1m >1/25*11.95 m = 0,478 m
II. CHỌN TÍNH TOÁN HỆ MÁI
1.

Dµn m¸i ( xµ ngang):
Ta chän theo mÉu chn trong gi¸o tr×nh kÕt cÊu thÐp nhµ c«ng nghiƯp.
V× tÊm l¬p m¸i lµ panel bª t«ng cèt thÐp do vËy ta chän ®é dèc i=(1/10÷1/12)
H®d=2,2m;L=30 m⇒H®Ønh dµi=3700m.
S¬ ®å khung (trang bªn).

2.

Cưa m¸i:
lcm=(1/3÷1/2)L⇒lcm=12m

Chiªu cao « cưa a=1/15L=1/15*30m=2m ;
Chiªu cao bËu cưa hbc =400÷450 mm
VËy ta chän hbc= 400mm
Víi Lcm= 12m, ta lÊy Hcm=2.5m
S¬ ®å dµn m¸I ,cưa m¸i xem trang sau.

III. HỆ GIẰNG
1.
HƯ gi»ng m¸i:
Bè trÝ tõ mÐp c¸nh díi cđa dµn lªn c¸nh trªn
Gi»ng trong mp c¸nh trªn: §ỵc bè trÝ theo mỈt ph¼ng c¸nh trªn cđa dµn kÌo , bè trÝ hƯ thanh
chÐo ch÷ thËp. Nhµ cã chiỊu dµi lµ 96 m do vËy ngoµi gi»ng ë 2 ®Çu ta cßn bè trÝ ë gi÷a nhµ
(trong gian gi÷a).
2.
HƯ gi»ng c¸nh díi :§ỵc bè trÝ cïng gian víi hƯ gi»ng c¸nh trªn vµ bè trÝ thªm hƯ gi¨ng
doc nhµ ë 2 bªn ( xem s¬ ®å)
3.
HƯ gi»ng ®øng: §ỵc bè trÝ ë nh÷ng « cã mỈt ph¼ng gi»ng c¸nh trªn vµ gi»ng c¸nh díi ®ỵc
bè trÝ doc nhµ
4.
HƯ gi»ng cét:
Bao gåm cã hƯ gi»ng cét trªn vµ hƯ gi»ng cét díi
- ë cét trªn ta bè trÝ gi»ng ë nh÷ng « cã gi»ng c¸nh trªn vµ gi»ng c¸nh díi
- ë cét díi ta bè trÝ gi»ng ë gian gi÷a nhµ ®Ĩ tr¸nh g©y hiƯu øng nhiƯt nªn ta kh«ng bè trÝ
gi»ng cét díi ë hai ®Çu nhµ (xem h×nh bªn).
IV. TÍNH TOÁN KHUNG NGANG
1 T¶i träng t¸c dơng lªn khung ngang nhµ:
2

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
• T¶i träng t¸c dơng lªn dµn:
T¶i träng t¸c dơng lªn dµn bao gåm träng lỵng b¶n th©n cđa m¸i, cđa cưa trêi, cđa b¶n th©n kÕt
cÊu vµ ho¹t t¶i.
a. T¶i träng m¸i:
Theo cÊu t¹o cđa c¸c líp m¸i ta cã b¶ng thèng kª c¸c t¶i träng m¸i nh sau:
STT
1
2
3
4
5
6

7
8
B
9
10

Vật liệu , quy cách
δ (m)
γ(t/m3) Gtc(t/m3)
Gạch lá men
0,04
2
0,08
Vữa lót
0,015
1,8

0,027
BT chống thấm
0,04
2,5
0,1
BT xỉ cách nhiệt
0,15
0,75
0,1125
Panel BTCT
0,06
2,5
0,15
Trát trần
0,015
1,8
0,027
Cộng
0,32
0,4965
Quy đổi về mặt bằng Gi/Cosα
0,499
-5
2
Gdàn, giằng = 3.10 .L
0,033
A. Tải trọng phạm vi mái
0,532
-5
Gdàn cm = 5.10 Lcm

0,006
B. Tải trọng phạm vi cửa mái
0,538
Trọng lượng bậu cửa mái 0,04Lcm (t/m)
0,1
Trọng lượng bậu cửa mái 0,045 (t/m)
0,045
C. Tải trọng phạm vi chân cửa mái G x B'(t) 0,87

n
1,1
1,3
1,1
1,3
1,1
1,3

1,05
1,05
1,1
1,05

Gtt(t/m3)
0,088
0,035
0,11
0,146
0,165
0,035
0,579

0,582
0,035
0,617
0,0063
0,623
0,11
0,047
0,942

- Tải trọng tính toán quy đổi về thành lực tập trung tại nút thứ k được xác đònh
theo công thức :
m

∑ nm Gm
Pk = (d k −1+ d k ).( B j −1 + B) ( i =1
+ ∑ nck Gck )

Tấn

4
Cosα
Trong đó : Bj-1 , Bj bước khung hai bên lân cận của dàn vì kèo ,
3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

Như vậy :

m – số lớp mái ;

Gm – Tải trọng tính toán của lớp mái thứ i ,
Gck – tải trọng tính toán của các cấu kiện ,
nm - hệ số độ tin cậy tải trọng các lớp mái ,
nck – hệ số độ tin cậy tải trọng các cấu kiện,
dk-1 , dk – panel bên trái , bên phải nút k , m .
α - góc nghiêng của thanh cánh trên so với mặt bằng

(0 + 3).(6 + 6)
0, 617 = 5.55(t)
4
(3 + 3).(6 + 6)
0,617 = 11.1 (t)
P2 =
4
(3 + 3).(6 + 6)
0,623 = 11,21 (t)
P4 =
4
P3 = 0,5P2 + 0,5P4 + Gbậu = 12,1 (t)
Phản lực đầu dàn
∑ Pi = 2P1 + 4P2 + 2P3 + 3P4 = 113.33 = 56.66(t)
V=
2
2
2
113.33
gm =
= 3,78 (t/m)
30
P1 =

b. Tải trọng tạm thời do thi công và sữa chửa mái .
Tải trọng tạm thời xác đònh theo TCVN 2737-95
Ptc = 0,075 T/m2 mặt mái , hệ số vượt tải n= 1,3
B
Tải trọng tình toán : Ptt = n.Ptc.
= 1,3 . 0,75.6/Cos5,7 = 0,588 T/m
Cosα
P’1= 1,5 .0.588 = 0,88T
P’2 = 3.0,588 = 1,76 T

Phản lực đầu dàn
4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
V=
pmtt =

∑ P = 2P + 9 = 17.6 = 8.8 (t)
i

2

1

2

2

113.33
= 0.59 (t/m)
30

c.Hoạt tải gió.

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :
- Gió trong phạmvi mái ,Từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên,được chuyển về thành lực tập trung
W nằm ngang đựat ở cánh dưới cao trình dàn vì kèo.
- Gió thổi lên bề mặt tường dọc , được chuyển về thành lực tập trung phân bố trên cột .Nếu
trong trương hợp có bố trí hệ thống cột phụ thì tải một phần được truyền lên cột và một phần
truyền lên cột phụ từ đó quy về lực tập trung truyền vào khung.
Trong trường hợp này với bước nhà B=12 , thì bố trí ba cột phụ trong một bước cột ,và có sơ
đồ truyền tải như sau:

5


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

∑

∑

p lực gió tác dụng lên công trình được xác đònh theo công thức:
qz = n.W.k(z).Ci.B1.
W= n.Wo.k(z).B.∑Ci.h1.
S= n. Wo.k(z).Ci.B1.H/2.
Lực tập trung ở chổ cánh dưới dàn sẻ là W+∑S , Các công thức gió hút cũng lấy tương tự như
trên.

Trong đó :
qz – p lực gió ở độ cao z
n – hệ số tin cậy của tải trọng gió n= 1,2
Wo – giá trò áp ực gió được xác đònh theo bản đồ phân vùng:
Vùng gió
Wo

II

IA
0.055

III

A

B

A

0.083

0.095

0.11

B
0.12
5

IV

V

0.155

0.185

Ci – hệ số khí động xác đònh theo quy phạm TCVN 2737-95
2m

 Z 

K(z) – hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao : K(z) = 1,84451 

Zg


Zg – Độ cao grandient mà tại đó vận tốc gió không còn chòu ảnh hưởng sực cản mặt đệm .
m – hệ số ma sát các lớp biên , xác đònh từ xử lý thống kê theo số liệu đo đạt profil gió trong
lớp biên.
Zg và hệ số m phụ thuộc vào dạng đòa hình A,B, C như sau:
Đòa hình
Zg

A
250

B
300

C
400
6


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
m

0.07

0.09

0.14

Bảng xác đònh tải trọng gió :
Hi (m) Z (m)
7.8
7.8
4.85 12.65
2.7 15.35
0.9 16.25
3.6 19.85
0.6 20.45

K(z) Ci (đẩy) Ci (hút) q(z) đẩy q(z) hút
0.135
1.135
0.8
-0.6

0.18
0.144
1.215
0.8
-0.6
0.192
0.148
1.248
0.8
-0.6
0.198
1.258 -0.423
-0.5
-0.105 0.125
0.154
1.294
0.7
-0.6
0.179
0.103
1.299 -0.423
-0.4
0.109

Wđ(t)

Wh(t)

1.15

1.128

Tải trọng gió trung bình :
0,18 x7,8 + 0,19 x 4.85
= 0.18 t/m
qđẩy =
7.8 + 4.85
0,135 x7.8 + 0,144 x 4.85
= 0.138 t/m
qhút =
7.8 + 4.85
2. Tải trọng do phản lực của dàn.
a. Do tải thường xuyên
Vtx
Pm = 
2Vtx + Gdd

- Khi không có dàn trung gian
- Khi có dàn trung gian

Trong đó :
Vtx = 56.66 tấn – Phản lực tại gối tựa dàn do tải trọng thường xuyên
2
Gdđ – Trọng lượng bản thân của dàn đỡ trung gian, Gdđ = 10-4. Ldd .Vtx
Ldđ – Nhòp của dàn đở trung gian
Vậy
Pm = 56.66 tấn
b. Do tải tạm thời (Chính bằng tải trọng đầu cột do tải tạm thời gây ra )
B
6

p tt L
.L = 1,3 x 0,075.
.30 = 9.2 tấn
= n.ptc.
P’m =
cos 5,7
2.cos 5, 7
2
• Ptt Trong trường hợp này vẫn sử dụng công thức tính Ptt tác dụng lên dàn .Tuy nhiên
bước dàn trong trường hợp là bước khung B = 12 m
• Trường hợp không sử dụng dàn phụ thì P’m chính bằng phản lực đầu dàn do tải tạm
thời gây ra.
3. Tải trọng do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục
a. áp lực thẳng đứng do náh xe cầu trục:
tc
Dmax = n.nc.γn.kđ.∑ Pmax .y + Gdct
tc
Dmin = n.nc.γn.kđ.∑ Pmin .y + Gdct
Trong đó
7


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
n = 1,1 – hệ số tin cậy tải trọng
nc
- hệ số kết hợp đồng thời 2 cầu trục đứng gần nhau.
0.85 − Khi chế độ nhẹ , trung bình
nc = 
- Khi chế độ nặng , rất nặng
0.9

γn – hệ số điều kiện làm việc của cầu trục
1.6 − Khi chế móc rất nặng , móc cứng

1,4 - Khi chế đọ móc rất nặng , móc mền
γn = 
1,3 - Khi chế độ nặng
1,1
- Khi chế độ móc nhẹ , trung bình
tc
Pmax
- tra bảng cataloge cầu trục
Gdct - Trọng lượng bản thân dầm cầu trục
tc
Gdct = 1,05. Gdct =1,05. 5.10-4.B2.Q
Q + Gct
tc
tc
− Pmax
Pmin
=
- Khi Q< 75 T
2
 Q + Gct

tc
tc
− 1÷ - Khi Q ≥ 75 T
P1min
= P1max 
tc

÷
 ∑ Pmax

 Q + Gct

tc
tc
− 1÷ - Khi Q ≥ 75 T
P2min
= P2max 
tc
÷
 ∑ Pmax

Q – Sức nặng cầu trục
Gct – Trọng lượng cầu trục ,Tra bảng cataloge cầu trục
no – số bánh xe ở một bên cầu trục
Kđ – Hệ số động
1,1 - Chế độ nặng và rất nặng
Kđ = 
1, 0 - Chế độ nhẹ và trung bình
∑y – tổng tung độ max đường ảnh hưởng khi D = 1

Với Q ≤ 75 t
 Bk
3 − 6 − Khi B = 6 m
∑y = 
 4 − Bk − Khi B = 12 m

6

Vậy , Coi cầu trục làm việc ở chế độ trung bình , hai móc
Ptcmax = 49 t
Ptcmin = 14.5 t
Gtc = 77 t ; Gxc = 18 t
Bk = 6.65 m ; T = 1,9 m ; no = 4
6.65
∑y = 3 = 1.89
6
8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
tc

Gdct = 1,05. Gdct =1,05x5 x 10-4.B2.Q = 1,05x 5x10-4.62x50= 0.945 t
Q + Gct
50 + 77
tc
tc
Pmin
− Pmax
=
− 49 = 14.5
=
2
2
Dmax = n.nc.γn.kđ.Ptcmax.∑y + Gdct
= 1,1 x 0,85 x 1,1 x 1x49 x1,89 + 0.945 = 96.19 t
Dmin = n.nc.γn.kđ.Ptcmin.∑y + Gdct
= 1,1 x 0,85 x 1,1 x 1x14,5x1.89 + 0.945 = 29.13 tấn

b. Tải trọng do lực hãm ngang của xe con
tc
T = n.nc.γn.kđ.∑ T1 .y
Trong đó - Lực xô ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục khi hãm phanh
n ph
T1tc = f(Q+Gxe).
n.n o
f – hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray f = 0.1 khi bánh xe và ray bằng sắt
nph - số bánh xe khi phanh
n – tổng số bánh xe
no – số bánh xe ở một bên cầu trục ,Thường thì nph = ½ . n
Vậy
n ph
1
T1tc = f(Q+Gxe).
= 0,1.(50 + 18).
= 0.85 T
n.n o
2.4
tc
T = n.nc.γn.kđ.∑ T1 .y = 1,1x0,85x1,1x1x0,85x1.89 = 1.65 T
d. Tải trọng do sườn tường
- Chọn kết cấu sườn tường bao che là panel BTCT có chiều dài 80 mm
- Ta bố tri sườn tường từ vai cột trở lên , với chiều cao bố trí panel là7.8 m (chiều cao cột
trên là 4.95 m ) do đó phần trọng lượng cửa kính trong phạm vi 7.8m là không đáng kể so với
trọng lượng panel => bỏ qua trọng lượng của kính
- Tải trọng tiêu chuẩn panel sườn tường
Psttc = 7,8 .6. 0,08 . 2,5 = 9,36 T
- Tải trọng tính toán panel sườn tường
Psttt = Psttc .n = 9,36x1,1 = 10.3 T

V. TINH NỘI LỰC KHUNG
1. Sơ đồ tính khung
Tính khung nhằm mục đích xác đònh nội lực khung :mômem uốn lực cắt,lực dọc trong
các tiết diện khung .Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như giàn ,cọt khá là phức tạp ,
nên trong thực tế đã thay sơ đố tính toán thực của khung bằng sơ đồ đơm giạn hoá , với các
giả thiết sau :
- Thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh dưới
của dàn.
9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
- Khi tính khung với tải trọng không phải là tải trọng đứng tác dụng lên dàn thì xem dàn
cứng vô cùng.
Sơ đồ tính :
J1
= 7 ÷10
J2

Jd
= 25 ÷ 40
J2

Htr

v

chọn
chọn

J1
=9
J2
Jd
= 36
J2

Jd

J2

v
5720

Giả thiết :

htr

J1

9180

Hd

H

M2

30000

e

hd

10


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
2. Tính nội lực khung :
a) Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang:
ϕ1 = ϕ2 = ϕ
Do đối xứng :
Phương trình chính tắc:
r11* ϕ + R1P = 0
hay:

ϕ

= −

R1P
r11

Trong đó : r11 : tổng phản lực mômen các nút trên của khung khi xoay góc ϕ =1;
r12 : tổng mômen phản lực ở nút đó do tải trọng ngaòi .
Qui ước dấu:
- Moment phản lực và góc xoay là dương khi nút cột trái quay theo chiều kim đồng hồ,
nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ.

* Xác đònh r11 : r11 = MxàB - McộtB
MxàB =

2 EJ d
L

chọn J1 = 1 , J2 = 1 : 8 , Jd = 4,5

2 * 4.5EJ1
=0.3EJ1
30

=

4C EJ1
.
= 0, 05EJ1
K H
J1
Với µ =
= 8- 1 = 7
J2
McộtB =

α =
A
B
C
F
K

=
=
=
=
=

H tr
4.95
=
=0.38
H tr +H d
4.95 +7.8

1 + α .µ = 1 + 0,38 . 7
= 3,7
2
2
1 + α .µ = 1 + (0,38) . 7 = 2,1
3
1 + α .µ = 1 + (0,38)3 . 7 = 1,40
1.159
4AC - 3B2 = 8.298

- Suy ra: Hệ só phương trình chính tắc :

r11

4C 1 


0.3
+
. 

K
H  = 0.354 EJ1

= EJ1
11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
* Xác đònh r1P
r1P
Suy ra

= M

B
P

ql 2
3.78*(30)2
=−
= −213.9T.m
= −
12
12

r

r11

ϕ =− 1P =

Moment cuối cùng :
- Ở đầu xà : Mxà=

2.139
605
=
0, 354 EJ1
EJ1

605
MxàB. ϕ + MBP = 0.3EJ1 * EJ + (−213.9)= - 32.41 T.m
1

605
- Ở trên cột : McộtøB = McộtøB . ϕ = - 0,05 EJ1 .
= -32.41 T.m
EJ1
→ phản lực ở đầu cột do ϕ = 1

RB =

6 B EJ1
6 * 2, 03
. 2 =
EJ1 = 0, 0092 EJ1
K H

8.2 *(7 + 2.25)2

Phản lực tại B:
RB = R B .ϕ

= 0,0092 EJ1 .

605
= 5.571 T
EJ1

Moment ở vai cột :
MC = MB + RB . H2 = - 32.41 + 5.571 * 2.25
= - 17.37 (Tm)
Moment ở chân cột :
MA = MB + RB *h= - 32.41 + 5.571*9.25
= 38.34 (Tm)
- Moment lệch tâm chổ vai cột :
2.852 *30 1 − 0.25
*
= 16.044Tm
Me = v. e =
2
2
Với hd = 1 m , ht = 0.25 m
Các công thức ở bảng cho :
(1 − α ) [ 3B(1 + α ) − 4C ]
MB = −
.Me = 3.433(Tm)
K

6(1 −α) [ B − A(1 +α)]  M e 
RB =
.−
÷= −2.831(T )
K
 h 
Suy ra :

(1)

MB =
MtC =
MdC =
MA =

3.433 Tm
MB + RB . H2 = -4.212 (Tm)
MCTr + Me = 11.832 (Tm)
MB + RB *h + Me = -16.48 Tm

(2)
(3)

(4)
(5)
(6)
(7)

12

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
•

Moment tổng cộng do tính tải gây ra :
MB
MtC
Mdc
MA

•

=
=
=
=

(1) + (4)
(2) + (5)
(2) + (6)
(3) + (7)

= -28.978 (Tm)
= - 21.518 (Tm)
= - 5.538 (Tm)
= 21.86 (Tm)

Moment tổng cộng do hoạt tải gây ra :

P 0.59

=
= 0.156
g 3.78
Suy ra : MB = - 29.978 * 0.156
= - 5.944
(Tm)
t
M C = - 21.518 *0.156
= - 2.1518 (Tm)
d
M c = -5.538 * 0.156
= -1.13
(Tm)
MA = 21.86 * 0.156
= 4.48
(Tm)
Ta có :

Tổng moment do tỉnh, hoạt tải :
13


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
MB = -28.978 + (- 5.944 ) = -34.9 (Tm)
MtC = - 21.518 + ( - 21.518) = -26 (Tm)
Mdc = - 5.538 + (-1.13 ) = -6.67 (Tm)
MA = 21.86 + 4.48
= 26.343 (Tm)
b) Tính khung với moment cầu trục:
Để tiện tính toán ta xem (Dmax + Gdct ) và (Dmin + Gdct ) là những hoạt tải:

Dmax + Gdct = 96.19 (T)
Dmin + Gdct = 29.13 (T)
Mmax = Dmax . e = 96.19 * 0.5 = 48.1 (Tm)
h
1
Với e = d = = 0.5
2 2
Mmin = Dmin .e = 29.13 * 0.5 = 14.56 (Tm)
Với sơ đồ xà ngang là cứng vô cùng, ẩn số theo phương chuyển vò là chuyển vò ngang của nút
trên ;
+ Phương trình chính tắc :
r11 + R1P = 0

R1P
r11

hay ∆=−

6 B EJ1
.
= 0.009 EJ1
K H2
−12 A EJ1
RB =
. 3 = −0.0026 EJ1
K
H
Mômen tại các tiết diện khác :
1,36 EJ1 5,33EJ1
MC = M B + RB h2 =

−
.H t = 0.0021 EJ1
H2
H3
M A =M B +RB * h =0.0242EJ1

ta có : M B =

(a)
(b)

(c)
cột phải các trò số mômen bằng như vậynhưng klhác dấu do phản đối xứng :
r11 = 2 RB = 0.0052 EJ1
( dấu trừ của phản lực qui ươc1 là chiều phản lực ngược chiều với chuyễn vò ,nghóa là từ phải
sang trái)
Mômen lệch tâm do cầu trục :
Mmax = Dmax * e = 48.1
Mmin = Dmin * e = 14.56
Vẽ biể đồ momen do Mmax và Mmin trong hệ cơ bản. Có thể dùng kết quả mômen ở cột trái
nhân với hệ số tỷ lệ –Mmax/Me,và -Mmin/Me.
–Mmax/Me =-2.94
-Mmin/Me =-0.91
Từ đó momen ở cột trái :
Với :
MB
= -2.784
(d)
t
MC

= 3.417
(e)
14


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
MdC
= -9.599
p
MA
= 13.370
Phản lực
RB
= 2.297
Từ đó momen ở cột ph :
MpB’ = -0.89 Tm
MpC T’ = 1.1 (Tm)
MdC’ = -3.04 (Tm)
MA’
= 4.33 (Tm)
Phản lực
RB’
= -0.731 (T)
Phản lực trong các liên kết thêm :
r11 = RB + RB’ =1.566 EJ1
chuyển vò ẩn số :
r
∆ = − 1 p = 136.599
r11

(f)
(g)

(d’)
(e’)
(f’)
(g’)

Nhân biểu đồ momen với đơn vò với giá trò delta này rồi cộng với bviểu đồ momen trong hệ
cơ bản do Mmax và Mmin, được kết quả cần tìm .
Cột trái:
MB = (a) .  + (d) = -1.527(Tm)
MtC = (b) .  + (e) = 3.704(Tm)
MdC = (b) .  + (f) = -9.312(Tm)
MA = (c) .  + (g) = 10.062(Tm)
Cột phải :
M’B = (a’) .  + (d’) = 0.372(Tm)
MtC’ = (b’) .  + (e’) = 1.374(Tm)
MdC’ = (b’) .  + (f’) = -2.756(Tm)
M’A = (c’) .  + (g’) = 0.946(Tm)

c) Lực hãm ngang T
Lực T Đặt tại cao trình dầm hãm của 1 trong 2 cột đỡ cầu trục .Chiều lực có thể hướng từ
sang trái hoặc phải . Do dó nội lực khung luôn có dấu dương hoặc âm ,dấu dương ứng với 1
chiều , dấu âm ứng với chiều kia
15


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
Phương trình chính tắc : r11∆ + R1 p = 0 → ∆ = −

Xác đònh λ :

λ H = Ht − Hdct → λ =

R1 p
r11

Ht − Hdct
=0.495
H

Ta có r11 =1.566 EJ1
Xác đònh R1p tra banûg III2 (Trường hợp λ < a )
 (1 − λ )2 [ (2 + λ )B − 2C ] µ (α − λ )2 B − 2C 
MB = − 
+
 HT = -0.76
K
K



 (1 − λ )2 [ 3B − 2 A(2 + λ )] µ (α − λ )2 [ 3B − 2 A(2α + λ )] 
RB = − 
+
 * T = 0.516
K
K



M BP = M B = -0.763
M BT = M B + RB (H − H dct ) = 1.825

M BP = M B + RB H t + TH dct = 1.73
M AP = MB + RB H + T (H + H dct ) = -0.64
R1P = RB = 0.516

Ta có : ∆ = −

R1 p
r11

= 97.96

Momen tác dụng lên cột trái do lực hãm ngang T:
MB = 0.139
MT =2.727
MC =1.936
MA = -- 3.017
Momen tác dụng lên cột trái do lực hãm ngang T:
M’B = -0.902
M’C = 0.206
M’A = -2.372

16


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

d) Tải trong gió

Tải trọng gió có thể đỗi chiều.Trong tính toán chỉ cần xét 1 trường hợp ,kết quả có thể sử
dụng cho trườmg hợp kia bằng cách đảo biểu đồ gió lật 1800 quanh trục thăng đứng .Chúng ta
sử dụng giả thuyết khi tải trong không tác dụng vào xà ngang ,độ cứng xà ngang cứng vô
cùng. Do vậy chuyển vò xoay bắng không còn chuyển vò ngang tại đỉnh cột

CỘT TRÁI

Phương trình chính tắc : r11∆ + R1 p = 0
Ta có : r11 =0.0053 EJ1
Xác đònh :R1p
Cột trái :
9BF − 8C 2
MB = −
qH 2 = -5.81
12 K
2 BC − 3 AF
RB = −
qH = 3.55
2K
Cột phải
q'
= 0.75
q
Vậy : R1p =RB +R’B +W+W’ = 9.38
R1 p
∆=−
= 1781.92 EJ1
r11
Cột trái :
17

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
M BP = M B = -5.81
H t2
= 3.87
2
H2
P
M A = M B + RB H − q
= -13.04
2
Cột phải :
MCP = M B + RB H t − q

M B′P = −0.648 × M BP = −3.76(Tm)
M C′P = −0.648 × M CP = 2.51(Tm)
M AP = −0.648 × M AP = −8.45(Tm)

Momen do tải trọng gió gây ra:
Cột trái
M B = 9 ×10−3 EJ1∆ + M BP = 10.6(Tm)
M C = −2 ×10−3 EJ1∆ + M CP = 7.61(Tm)
M A = −24 ×10−3 EJ1∆ + M BP = −56.2(Tm)

Cột phải
M B′ = −9 ×10−3 EJ1∆ + M B′P = 12.64(Tm)
M C′ = 2 ×10−3 EJ1∆ + M C′P = −4.7(Tm)
M ′A = 24 ×10−3 EJ1∆ + M A′P = 34.679(Tm)

KẾT QỦA NỘI LỰC TRONG KHUNG DO CÁC TẢI TRỌNG GÂY RA
STT

Loại

n

Cột trên

Cột dưới
18


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
Tiết diện B

tải
trọng

Tiết diện Ct

Tiết diện Cd

Tiết diện A

M

N

M

N

M

N

M

N

Q

1.0

-28.98

42.78

-21.58

45.08

-5.54

45.08

21.86

48.52

-2.98

1

Tónh
Tải

2

Hoạt
Tải

1.0

-5.94

8.78

-4.43

8.78

-1.14

8.78

4.48

8.78

-0.61

0.9

-5.35

7.90

-3.98

7.90

-1.02

7.90

4.04

7.90

-0.55

Mcầu
trục
trái
M cầu
trục
phải
Lực

hãm
trái T
Lực
hãm
phải T

1.0

-2.78

0

3.42

0

-9.60

51.82

13.37

51.82

-2.50

0.9

-2.51

0

3.07

0

-8.64

46.64

12.03

46.64

-2.25

1.0

-0.89

0

1.09

0

-3.05

16.50

4.25

0

-0.80

0.9

-0.80

0

0.98

0

-2.75

14.85

3.83

0

-0.72

1.0

0.14

0

2.73

0

1.94

0

-3.02

0

1.21

0.9

0.12

0

2.45

0

1.74

0

-2.71

0

1.09

1.0

-0.90

0

0.21

0

0.21

0

-2.37

0

-0.80

0.9

-0.81

0

0.19

0

0.19

0

-2.14

0

-0.72

1.0

10.60

0

7.61

0

7.61

0

-56.20

0

6.95

0.9

9.54

0

6.85

0

6.85

0

-50.58

0

6.26

1.0

-12.64

0

-4.71

0

-4.71

0

34.70

0

-4.29

0.9

-11.38

0

-4.24

0

-4.24

0

31.23

0

-3.86

3

4

5

6
7

Gió trái

8

Gió
phải

19


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

BẢNG TỔ HP NỘT LỰC

Tổ hợp cơ bản 1

Tiết diện Nội lực

Tổ hợp cơ bản 2

N max , M
M−
M
+

M

B

,N M

−
max

,N

M

1,8
-41.623

1,2
-34.922

N

42.783

51.558

M

1,2
1,2
-26.008
-26.008
50.681
53.853
1,3,5
1,3,5
-17.073
-17.073
96.898
96.898
1,8
1,7
1,3,5
56.557 -34.336 32.213

N

48.517 48.517 100.337

Ct

M

N

Cd

M
N

A

+
max

Qmax

1,3,5

-4.280

+
M max
,N

−
M max
,N

M

+

N max , M
M−

1,2,4,6,8

1,2,4,6,8
-47.32

-47.32

50.68
50.68
1,2,5,8
1,2,5,8
-32.26
-32.26
52.98
52.98
1,2,3,5,8
1,2,3,5,8
-21.18
-21.18
99.61
99.61
1,2,4,5,8 1,5,7 1,2,3,5,8 1,2,3,5,7
63.666
-15.36
-31.43
71.87
56.415

95.16

103.05

Qmax

1,2,3,5,7

-10.74

103.05

20


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

THIẾT KẾ CỘT


Chiều dài hình học các cột Ht = 4.95 m; Hd = 7.8 m



d
1
Tỷ số momen quán tính chọn là J = 8 và J = 36 .
2
2



J

J

Liên kết khung nhà, cột liên kết với móng ở đầu dưới và với tường ngang (dàn
hoặc dầm) ở đầu trên . Các liên kết này là liên kết ngàm.
I. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN
1. Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn.
Chiều dài tính toán riêng cho từng phần cột
+ Cột trên: L2 x = µ 2 H t
+ Cột dưới: L1 x = µ 1 H d
Tính toán các tham số:
-Tỷ số độ cứng đơn vò giữa 2 cột
k1 =

i2 J t H d J 2 H d 1 7.8
=
×
= ×
= ×
= 0.2
i1 J d H t J1 H t 8 4.95

-Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất giữa phần cột trên và dưới là:
m=

N d 95.16

=
= 1.877
N t 50.68

→ c1 =

Ht
Hd

J1
4.95
8
=
= 1.315
mJ 2
7.8 1.877

 k1 = 0.2
→ Tra bảng II.6b hệ số qui đổi chiều dài tính toán µ1 = 2.14
c1 = 1.315

Từ 

µ1 2.14
Giá trò µ2 = c = 1.315 = 1.626
1

Vậy chiều dài tính toán
+ Cột trên: L2 x = µ 2 H t = 1.626 × 4.95 = 8.04(m)
+ Cột dưới: L1x = µ1 H d = 2.14 × 7.8 = 16.7(m)

2. Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn.
+ Cột trên: l1 y = H d = 7.8(m)
+ Cột dưới: l2 y = H t − H DCT = 4.95 − 0.7 = 4.25(m)
II. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG CỘT
+Tại cột trên (tiết diện B) cặp nội lực dùng thiết kế cột có giá trò
M = -47.33 (Tm) ;Ntu=50.68 (T)
+Tại cột dưới:
Nhánh trái M = 71.87 (Tm) ; Ntu= 103.05(T)
Nhánh phải M = -21.18 (Tm) ; Ntu= 99.61(T)
21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

A.THIẾT KẾ CỘT TRÊN

Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ 3 bản thép, với chiều
cao tiết diện đã chọn trước h = 500 mm
Độ lệch tâm e =

M 47.32
=
= 0.933( m)
N 50.68

Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện η = 1.25 và diện tích yêu cầu của
tiết diện theo công thực:
Ayc =

N 

e
η + (2.2 ÷ 2.8)  = 173.49(cm 2 )

γR
h

Chọn tiết diện như hình vẽ:
h = 50cm

1 1
bc = 40cm ∈ ( ÷ ) H t = (38 ÷ 47)
15 12
1 1
δ b = 1.2cm ∈ ( ÷ )h = (1 ÷ 1.6)
50 30
1 1
δ c = 2cm ∈ ( ÷ )bc = (1.1 ÷ 3.3)
36 12
→ F = 2(2 × 40) + 1.2 × 46 = 215.2cm2

Kiểm tra tiết diện đã chọn
• Theo trục xx:

22


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
1.2 × 463
40 × 23
+ 2(

+ 242 × 2 × 40) = 94426.9(cm 4 )
12
12
2J
2 × 94426.9
WX = X =
= 3777(cm3 )
h
50
JX
94426.9
rX =
=
= 20.94(cm)
F
215.2
l
918
λX = 2 x =
= 45.5
rX 20.94
JX =

λX = λX

R
2.1×103
= 45.5 ×
= 1.4388
E

2.1× 106

• Theo trục yy

1.23 × 38
403 × 2
+ 2×
= 21339.96(cm 4 )
12
12
JY
21339.96
rY =
=
= 9.96(cm)
F
215.2
l
502
λY = 2 y =
= 50.41
rY 9.96
JY =

λY = λY

R
2.1×103
= 50.41×
= 1.594

E
2.1×106

Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tỷ đối m 1
m=e

Ang
WX

= 5.32(cm)

Ta có:

λ = 1.4388 < 5
 X
−
 m = 5.31 ∈ [ 5; 20] Tra bảng II.4 ta được η = 1.4 − 0.02 λ x = 1.65
F
 c = 1.33〉1
 Fb

→ m1 = η m = 1.65 × 5.31 = 8.78(cm)
 m1 = 8.78cm < 20cm

Nhận thấy  A = A
ng
 th

→ Không cần kiểm tra bền

• Kiểm tra ổn đònh trong mặt phẳng uốn:
λX = 1.4388
Ta có 
tra bảng II.2 ta được ϕlt = 0.141
 m1 = 8.77(cm)

23


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

λ
m
1.5
1.438
2

6
207
208.7
193

8.777
145.2
141.4
135.4

6.5
195
196.6

182

N
50.68 × 103
σx =
=
= 1665Kg / cm 2 < 2100 Kg / cm 2
ϕlt Ang 0.141× 215.2

• Kiểm tra ổ đònh ngoài mặt phẳng uốn:
Ta có momen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có M2 = -42.32(Tm)
Ứng với từng trường hợp tải trọng đã cộng ở đầu kia (TH:1,2,4,6,8)
M1 = -28.638(Tm)
Momem ở 1/3 đoạn cột là:

M1 − M 2
−28.68 + 47.32
= −47.32 +
= −41.09(Tm)
3
3
Ta có Max( M 1 ; M 2 ) / 2 < M Vậy dùng momen qui ước để tính toán là
M ' = M = 41.09(Tm) để kiểm tra ổ đònh ngoài mặt phẳng khung
M ' Ang
×
= 4.61 < 5
Độ lệch tâm tương đối m =
N WX
M = M2 +

λY = 50.41 < λC = 3.14

E
2.1×106
= 3.14
= 99.3
R
2.1×103
= 0.9
=1

α
Tra bảng II.5 phụ lục II → 
β
β
1
→c=
=
= 0.193
1 + α m 1 + 0.9 × 4.61
Cc λY = 32.03 Tra bảng II.1 phụ lục II ta được ϕ y = 0.865

σy =

N
50.68 × 103
=
= 1678.8Kg / cm 2 < 1403Kg / cm 2
cϕ y Ang 0.193 × 0.865 × 215.2

• Kiểm tra ổn đònh cục bộ
a)Bản cánh
bc − δ b 40 − 1.2
b0 =

=
2
2
b 19.4
→ 0 =
= 9.7
δc
2

= 19.4(cm)

Theo công thức trong bảng 3.3 Thép chữ I có 0.8 < λX = 1.4388 < 4
 b0 
E
2.1×106
=
(0.36
+
0.1
λ
)
=
(0.36
+
0.1

×
1.438)
= 15.93
 
X
R
2.1×103
 bc 
24


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

Vậy

b 
b0
= 9.7 <  0  = 15.93 (thoả)
δc
δc 

b) Bản bụng

h0 = h − 2δ C = 50 − 2 × 2 = 46

→

h0 46
=
= 35

δ b 1.2

Với bản bụng cột, vì khả năng chòu lực của cột được xác đònh theo điều kiện ổn đònh
tổng thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn [ h0 / δ b ] xác đònh theo bảng 3.4
 m = 4.61 > 1

Với 

λX = 1.4833 > 0.8
h 
E
2.1× 106
E
→  0  = (0.9 + 0.5λ X )
= (0.9 + 0.5 ×1.4833)
= 51.21 < 3.1
= 98
3
R
2.1× 10
R
 δb 

Vậy

h 
h0
= 35 <  0  = 51.21 (thoả)
δb
δb 

Kết luận tiết diện chọn là hợp lý

25