Đồ Án Thiết Kế Kết Cấu Thép Khung Nhà Công Nghiệp 1 Tâng, L=24m, Hr=10m, D=120m (Kèm Bản Vẽ, Excel, Sap)

ĐỒ ÁN THÉP II
TRƯỜNG ĐAỊ HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẲNG
KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
………………………

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TÂNG

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN HỮU NAM
Lớp : 28x1AKT
Giáo viên hướng dẫn : ThS.Huỳnh Minh Sơn
NỘI DUNG:
Thiết kế kết cấu nhà công ghiệp 1 tầng theo các số liệu sau :
I/GIẢ THIẾT:
1/Kích thước nhà :
Nhịp nhà: L(m);Bước cột :B=6m Chiều dài nhà : D(m);Cao trình đỉnh ray
:Hr(m)
2/Vật liệu :
Kết cấu khung : Thép CT3; Cường độ f=2100daN/cm2; que hàn E42 hoặc
tương đương .
Kết cấu bao che : Mái :Tấm panen BTCT ;Tường : Xây gạch ; Móng :BTCT
cấp bền M15
3/Liên kết : Hàn và bulong
4/Tiêu chuẩn thiết kế : Theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam
5/Địa điểm xây dựng: Khu công nghiệp Hòa Khánh-TP Đà Nẵng
II/BẢNG SỐ LIỆU:
L(m): 24
D(m): 120
Hr(m): 10
Q(T): 100/20
III/NHIỆN VỤ THIẾT KẾ:

1/Bố trí mặt bằng ,mặt cắt ngang khung nhà và hệ giằng
2/Thiết kế cột khung và dàn mái
3/Tính toán cấu tạo chi tiết và lien kết cấu thép các bộ phận của khung ngang
IV/ HÌNH THỨC THỂ HIỆN :
1/Thuyết minh :
Viết tay sạch sẽ,rõ ràng kèm theo hình vẽ trên giấy A4 ,đóng tập
2/Bản vẽ: Bố trí các hình vẽ trên bản vẽ A1


ĐỒ ÁN THÉP II

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP
Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhịp có hai cầu trục sức nâng
100/20 T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà L = 24 m dài 120 m; bước cột B=6
m, cao trình đỉnh ray 10 m, mái lợp Panen Bêtong cốt thép. Nhà xây dựng vùng
gió IIB. Vật liệu làm kết cấu chịu lực thép CCT34. Móng Bê tong cấp độ bền B15.
1. CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU.
1.1. Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp (Hình 1)
Khung ngang gồm có cột và rường ngang. Liên kết cột với rường ngang là
cứng hoặc khớp, ở đây trong đồ án môn học ta chọn cứng cho tổng quát. Cột
thường là bộc thang, phần trên đặc, phần dưới đặc hoặc rỗng. Dàn hình thang hai
mái dốc với mái lợp bằng BTCT. Độ dốc từ 1/8 đến 1/12. Đồ án này chọn 1/10.
1.2.Kích thước chính của khung ngang
Xác định các kích thước chính của khung, cũng như của cột, dàn, là dựa vào
nhịp khung L. Bước khung B, sức nâng cầu trục Q và cao trình mặt ray H r .
1.2.1. Kích thước cột
Cầu trục sức nâng Q = 100/20 T lấy theo bảng VI -1 (phụ lục VI. Sách “Thiết
kế KCT nhà công nghiệp”) có:
Nhịp Lcc = 22m loại ray KP-120, chiều cao H ct của Gabarit cầu trục:
H ct = 3700mm , f=400mm.

Chiều cao H 2 từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới của rường ngang:
H 2 = ( H ct + 100 ) + f = (3700 + 100) + 400 = 4200mm

Trong đó:
H ct - Chiều cao Gabarit cầu trục.
100 – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
f = 400m – Khe hở phụ xét độ võng của kết cấu và thanh giằng lấy bằng
200 – 400 mm.
H 2 - Chọn chẵn mô đun 200 mm.
Chiều cao từ mặt nền đến cao trình cánh dưới rường ngang:
H = H1 + H 2 = 10000 + 4200 = 14200mm

Chiều cao phần cột trên:

ht = H 2 + H dcc + H r = 4200 + 750 + 170 = 5120mm

Trong đó:
1
1
H dcc - Chiều cao dầm cầu chạy lấy H dcc = B = 6 = 0.75m
8
8
1
1


Chọn 1/8 ∈ H dcc =  ÷ ÷B
 8 10 
H r = 170mm - Chiều cao ray tra bảng IV – 7

Chiều cao phần cột dưới:

hd = H − ht + hch = 14200 − 5120 + 820 = 9900mm

Trong đó:


ĐỒ ÁN THÉP II
hch - Phần cột chôn dưới mặt nền lấy 600 – 1000 mm, chọn 820 mm.
Bê tong phần cột trên chọn: bt = 600mm không nhỏ hơn 1/12 chiều cao ht .
1 1
bt >  ÷ ÷ht = 426.67 ÷ 512mm
 10 12 

Bề rộng phần cột dưới (của trục nhánh đỡ dầm cầu chạy trùng với trục của
DCC)
1 
 1
bd = a + λ = 500 + 1000 = 1500mm >  ÷ ÷( ht + hd )
 20 25 

Trong đó:
a =500mm – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột.
λ - Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray, được xác định:
λ=

L − Lcc 24000 − 22000
=
= 1000mm
2

2

Bề rộng cột dưới phải thỏa mãn điều kiện bd >
bd >

1
( ht + hd ) = 600.8mm và
25

1
( ht + hd ) = 751mm để đảm bảo độ cứng.
20

Kiểm tra cầu trục không vướng vào phần cột trên.

bd − bt = 1500 − 600 = 900mm > B1 + C1 = 400 + 75 = 475mm

Trong đó:

B1 = 400mm - Khoảng cách từ trục ray cầu chạy đến đầu mút cầu chạy.
C1 - Khe hở tối thiểu lấy 75mm khi sức nâng cầu trục 75 ÷ 250T .

2.Kích thước dàn
Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy h0 = 2200mm , độ dốc cánh trên
i=1/10=0.1 như vậy chiều cao giữa giàn là:
h0 + i

L
24000
= 2200 + 0.1x

= 3400mm
2
2


ĐỒ ÁN THÉP II

Hệ thanh bụng là loại thanh hình tam giác có thanh đứng. Khoảng mắt cánh
trên 3000mm. Bề rộng cửa trời lấy 12m (trong khoảng 0.3 – 0.5 nhịp nhà), chiều
cao cửa trời gồm một lớp kính 1.5m, bậu trên 0.2m và bậu dưới 0.8m.

3.Hệ giằng
3.1.Hệ giằng mái
3.2.Hệ giằng cột
II.TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
1.Tải trọng tác dụng lên dàn
1.1.Tải trọng thường xuyên
a)Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của mái lập theo bảng sau
Cấu tạo của lớp mái
Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số
Tải trọng tính
2
vượt tải toán KG / m 2 mái
Kg / m mái
-Tấm Panen 1.5x6m
150
1.1
165
-Lớp cách nhiệt dày 12cm
60

1.2
72
bằng bê tong xỉ
γ = 500 KG / m3
-Lớp xi măng lót 1.5cm
27
1.2
32
-Lớp chống thấm 2 giấy + 3
20
1.2
24
dầu
-Hai lớp gạch lá nem và vữa
80
1.1
88
lát
Cộng
337
381
Đổi ra phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 có cos α = 0.995
g mtc = 337 / 0.995 = 339 KG / m 2
g m = 381/ 0.995 = 383KG / m 2

b)Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính sơ bộ theo công thức
g d = n ×1.2 × α d × L = 1.1x1.2 x0.75 x 24 = 24 Kg / m 2
Trong đó:
n = 1.1 – Hệ số vượt tải.
1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng.

α d = 0.75 - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 –
36m.


ĐỒ ÁN THÉP II

c)Trọng lượng kết cấu cửa trời
Có thể tính theo công thức kinh nghiệm:
g ct = n × gcttc = 1.1x120 = 13.2 Kg / m 2

Ở đây lấy g ct = 12 Kg / m .
d)Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời
- Trọng lượng cánh cửa (kính + khung)
tc

2

g Ktc = 35 Kg / m 2

- Trọng lượng bậu trên và bậu dưới
gbtc = 120 Kg / m

Vậy lực tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là:
g Kb = n × g Ktc × hct × B + n × gbtc × B = 1.1x35 x1.5 x 6 + 1.1x120 x 6 = 1139 Kg
Tải trọng g ct và g Kb chỉ tập trung ở những chân cửa trời.

Để tiện tính toán khung, ta thay chúng bằng lực tương đương phân bố đều trên
mặt bằng nhà g ct′ .
g ct′ =

g ct × lct × B + 2 × g Kb 13.2 x12 x6 + 2 x1139
=
= 22.4 Kg / m 2 mặt bằng.
L× B
24 x9

Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên rường ngang là:

q = g = ( g m + g d + g ct′ ) ×B = (383 + 24 + 22.4) = 2576 Kg / m = 2.58T / m

1.2.Tải trọng tạm thời
Theo TCVN 2737 – 95, tải trọng tạm thời trên mái là:
p tc = 75 Kg / m 2 mặt bằng với hệ số vượt tải n p = 1.4
Tải trọng tính toán phân bố đều trên rường ngang
P = n p × p tc × B = 1.4 x 75 x 6 = 630 Kg / m = 0.63T / m

2.Tải trọng tác dụng lên cột
a)Do phản lực của dàn
Tải trọng thường xuyên
L
24
V = A = q × = 2576 x
= 30912 Kg
2
2

Tải trọng tạm thời
L
24
V ′ = A′ = P × = 630 x

= 7560 Kg
2
2

b)Do trọng lượng dầm cầu trục
Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức:
2
Gdcc = n × α dcc × ldcc
= 1.2 x 40 x62 = 1728Kg
Trong đó:
ldcc = B = 6m - Nhịp cầu trục
α dcc = 40 là hệ số trọng lượng dầm cầu trục bằng 35 đến 47 với Q > 75T
n = 1.2
Gdcc đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên.


ĐỒ ÁN THÉP II

c)Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục
Tải trọng áp lực 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 của phản lực gối
tựa của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất.
Cầu trục 100T có áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe là:
tc
P1max
= 42T

P2tcmax = 43T

Áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cũng có thể tra bảng

cầu trục hoặc tính theo công thức:
tc
P1min
=

Q+G
100 + 125
tc
− P1max
=
− 42 = 14.3T
n0
4

P2tcmin =

Q+G
100 + 125
tc
− P2max
=
− 43 = 13.3T
n0
4

Trong đó:
Q – Sức trục của cầu trục
G=125T – Trọng lượng toàn bộ cầu trục
n0 = 4 - Số bánh xe ở trên 1 cầu trục

Áp lực thẳng đứng tính toán:

P1max = 1.2 x 42 = 50.4T ; P2max = 1.2 x 43 = 51.6T

P1min = 1.2 x14.3 = 17.2T ; P2min = 1.2 x13.3 = 16T
Cầu trục có bề rộng Bct = 8800mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe T =
4560mm. Đặt bánh xe ở vị trí như hình vẽ tính được các tung độ yi của đường ảnh

hưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên
cột theo công thức:
Dmax = nc × ( P1max × ∑ yi1 + P2 max × ∑ yi 2 ) = 129.99T
Dmin = nc × ( P1min × ∑ yi1 + P2 min × ∑ yi 2 ) = 40.44T

Trong đó:

nc = 0.85 - Hệ số tổ hợp khi hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình.


ĐỒ ÁN THÉP II

Các lực Dmax , Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối
với trục cột dưới một đoạn e lấy xấp xỉ bằng b/2. Do đó tại vai cột có sinh ra
moment lệch tâm:
M max = Dmax × e = 129.9 x0.75 = 97.493Tm
M min = Dmin × e = 30.33x 0.75 = 30.33Tm

d)Do lực hãm của xe con
Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương
chuyển động. Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm vào
cột.

Lực hãm ngang của xe con:
Tngtc = f × ( Q + GT ) ×

nTxc
4
= 0.1x(100 + 42) x = 7.1T
nxc
8

Trong đó:
f = 0.1 – Hệ số ma sát trường hợp nóc mềm
GT = 42T - Trọng lượng xe con tra bảng phụ lục
nTxc = 4 - Số bánh xe được hãm của xe con.
nxc = 8 - Tổng số bánh xe của xe con.
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính:
T =
tc
1

Tngtc
n0

=

7.1
= 1.8T
4

Trong đó:

n0 = 4 - Số bánh xe ở 1 bên cầu trục.
Lực hãm ngang T1tc truyền lên cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm: giá

trị T cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định
Dmax và Dmin .
T = nc × n × T1tc × ∑ yi = 5.45T

3.Tải trọng gió tác dụng lên khung
Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 90. Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp
chiều cao nhỏ hơn 36m nên chỉ tính thành phần tĩnh của gió. Áp lực gió tiêu chuẩn
ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực IIB (có thể kể đến ảnh hưởng của gió bão):
q0tc = 95 Kg / m 2 .


ĐỒ ÁN THÉP II
α = 60
⇒ tra bảng

 H / L = 0.592
∑ B = 120 = 5 m
L
24

C1 = −0.569

C3 = −0.518

Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên đỉnh cột. Trường hợp giữa các cột
khung có các cột sườn tường với bước cột 6m. Không bố trí sườn tường với
khoảng cách B1 = 6m .

Phía đón gió: q = n × q0 × K × C × B
Phía trái gió: q′ = n × q0 × K × C ′ × B
Trong đó:
n = 1.3
B = B1 = 6m - Bước cột (bước khung) khi không có sườn tường. Khi có
sườn tường B = B1 .
C – Hệ số khí động lấy theo bảng phụ lục.
K – Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao lấy cho địa hình loại
B. K = 1.067ở 14.2m. K = 1 ở 10m.
Giá trị tải trọng gió phân bố đều lên cột (với hệ số quy đổi ra phân bố đều
α = 1.03 ) là:
q = n × q0 × K × C × B1 = 1.3x95 x1x0.8 x6 x1.03 = 610.58Kg / m
q′ = n × q0 × K × C ′ × B1 = 1.3x95 x1x0.518 x6 x1.03 = 395.35Kg / m

Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về tập trung đặt ở
cao trình cánh dưới của dàn mái:
W = n × q0 × K × B × ∑ Ci × hi

Trong đó:
hi - Chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động Ci .
K = 1.131 ở 20.1m trong khoảng từ độ cao 14.2m đến 20.1m, dùng hệ số
trung bình của K: K = 1.099.
Vậy:
W = n × q0 × K × B × ∑ Ci × hi

= 1.3x95 x1.099 x6 x(0.8 x 2.2 − 0.569 x0.6 + 0.7 x 2.5 − 0.8 x0.6 + 0.6 x 0.6 + 0.6 x 0.6 + 0.518 x 2.2)
= 4925 Kg
Phần tải trọng gió lên cột tường (diện tích F1 ) sẽ truyền vào khung dưới dạng
lực tập trung S, S ′ .
S = n × q0 × K × C × F1 = n × q0 × K × C × B1 × H = 1.3x95 x1.099 x 0.8 x 6 x14.2 / 2 = 4490.875Kg

2
S ′ = n × q0 × K × C ′ × F1 = n × q0 × K × C ′ × B1 × H = 1.3x95 x1.099 x 0.518 x 6 x14.2 / 2 = 2907.842 Kg
2

III.Tính nội lực khung
1.Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung
Moment quán tính dàn:


ĐỒ ÁN THÉP II
Id =

M max × hd × µ
2× f

Trong đó:
M max - Moment uốn lớn nhất trong rường ngang, coi như dầm đơn giản
chịu toàn bộ tải trọng đứng tính toán.
M max =

( g + p ) L2

=

(2.58 + 0.63) x 242
= 231Tm
8

8
hd = 340cm - Chiều cao giữa giàn (tại tiết diện có M max ).

µ - Hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanh bụng,

µ = 0.8 khi i = 1/10.
Vậy:
M × h × µ 23100000 x340 x0.8
I d = max d
=
= 1496000cm 4
2× f
2 x 2100
Kết cấu khung thép CCT34 cường độ tính toán f = 2100daN / cm 2 khi
t ≤ 20mm .
Moment quán tính của tiết diện cột dưới được xác định theo công thức gần
đúng:
N A + 2 Dmax ) × bd2 (38.47 + 2 x129.99) x1502
(
I1 =
=
= 1279071cm 4
k1 × f
2.5 x 2100
Trong đó:
N A - Phản lực tựa của dàn truyền xuống
N A = A + A′ = 30.91 + 7.56 = 38.47T
Dmax - Áp lực do cầu trục.
k1 - Hệ số phụ thuộc vào bước cột và loại cột.
Bước cột B = 6m thì k1 = 2.5
Moment quán tính phần cột trên:
2
2

I1  bt 
I  600 
I1
I2 = ×  ÷ = 1 x 
÷ =
k2  bd  1.6  1500  10

Trong đó:
k2 - Hệ số xét đến liên kết giữa dàn và cột.
Dàn liên kết khớp với thì cột thì k2 = 1.8 − 2.3
Dàn liên kết cứng với thì cột thì k2 = 1.2 − 1.8
Ở đây lấy k2 = 1.6
Chọn

I2

I1

1279071
= 11 thì I 2 = I1 =
= 116279cm 4
11
11
1496000
Id
=
= 13
I 2 116279

Tỷ số độ cứng giữa dàn và phần cột dưới:

ĐỒ ÁN THÉP II
I d 1496000
=
= 1.17
I1 1279071

Dựa theo kinh nghiệm có thể chọn

Id
I
= 3 − 6 nên chọn d = 3
I1
I1

Các tỷ số đã chọn này thỏa mãn điều kiện:
I1
− 1 = 11 − 1 = 10
I2
6
ν=
= 1.34
1 + 1.1 µ
h = ht + hd = 17.02m

µ=

15.02
I  I  I  h

υ =  d ÷/  1 ÷ =  d ÷×  ÷ = 3 x
= 1.88
24
 L   h   I1   L 
6
<υ
Thỏa điều kiện ν =
1 + 1.1 µ
Do đó khi tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng phẳng đứng đặt
trực tiếp lên dàn, có thể coi dàn là cứng vô cùng ( I d = ∞ )

2.Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang
Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là góc xoay ϕ1 , ϕ2 và một chuyển vị ngang
∆ ở đỉnh cột. Trường hợp ở đây, khung đối xứng và tải trọng đối xứng nên ∆ = 0
và ϕ1 = ϕ 2 = ϕ . Ẩn số là 2 góc xoay bằng nhau của nút khung.
Phương trình chính tắc:
r11 × ϕ + R1 p = 0
Trong đó:
r11 - Tổng phản lực moment ở các nút trên của khung khi góc xoay ϕ = 1
R1 p - Tổng moment phản lực ở nút đó do tải trọng ngoài.


ĐỒ ÁN THÉP II
xa

cot

Để tìm r11 cần tính M B và M B là các moment ở nút cứng B của xà và cột khi
xa
góc xoay ϕ = 1 ở hai nút khung, M B tính theo công thức CHKC.

xa

MB =

2 E × I d 2 x3xEI1
=
= 0.25E × I1
L
24
cot

Để tính M B của thanh có tiết diện thay đổi, có thể dùng các công thức ở bảng
III – 1 Phụ lục.
Từ đây về sau quy ước dấu như sau:
Moment dương khi làm căng thớ bên trong của cột và dàn. Phản lực ngang là
dương khi có chiều hướng từ bên trong ra bên ngoài. Tức là đối với cột trái thì
hướng từ phải sang trái, ta hiểu phản lực là lực do nút tác dụng lên thanh.

Tính các trị số:

h = ht + hd = 15.02m
I
µ = 2 − 1 = 10
I1
h
α = t = 0.341
h
A = 1 + α × µ = 4.41
B = 1 + α 2 × µ = 2.163
C = 1 + α 3 × µ = 1.397

F = 1 + α 4 × µ = 1.135
K = 4 AC − 3B 2 = 10.607
cot
4CEI1
MB =−
= −0.035 EI1
Kh
Phản lực ở đỉnh cột do ϕ = 1 gây ra là:
6 BEI1
RB =
= 0.0054 EI1
Kh 2

Vậy:
xa

cot

r11 = M B − M B = 0.285EI1


ĐỒ ÁN THÉP II
R1 p - Tổng moment phản lực ở nút B do tải trọng ngoài gây ra.
qL2
M =−
= −123.84Tm
12
R1 p = M BP = −123.84Tm
P
B

Giải phương trình chính tắc:
ϕ=−

R1 p
r11

= 434.526 / EI1

Moment cuối cùng ở đỉnh cột:
cot
M BC = M B ϕ = −15.21Tm
xa

M Bxa = M B ϕ + M BP = −15.21Tm

Các tiết diện khác thì tính bằng cách dùng trị số phản lực:
RBC = R Bϕ = 2.346T
Vậy moment ở vai cột:
M C = M B + RB ht = −3.2Tm

Moment ở chân cột:

M A = M B + RB h = 20.03Tm

Biểu đồ moment vẽ ở hình 7a.
Moment phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch của trục cột trên với trục cột dưới
bằng:
M e = A.e = 13.91Tm

Trong đó:

bd − bt
= 0.45m - Độ lệch tâm 2 phần cột.
2
Nội lực trong khung do M e có thể tìm được bằng bảng ở phụ lục đối với cột 2
đầu ngàm. Vì trường hợp này có thể coi I d = ∞ và ngoài ra khung không có
chuyển vị ngang vì tải trọng đối xứng. Dấu M e ngược với dấu trong bảng.
e=

MB = −
RB = −

( 1 − α ) ( 3B ( 1 + α ) − 4C ) M e

K
6( 1−α ) ( B − A( 1+ α ) ) M e
Kh

= 2.69Tm

= −1.29T = −19.45 / h

Vậy:
M Ct = M B + RB ht = −3.915Tm
M Cd = M B + RB ht + M e = 9.995Tm
M A = M B + RB h + M e = −2.776Tm
Biểu đồ moment do M e vẽ ở hình 7b.

Cộng biểu đồ 7a với 7b ta được biểu đồ moment cuối cùng do tải trọng thường

xuyên gây ra toàn mái.


ĐỒ ÁN THÉP II
M B = −12.52Tm
M Ct = −7.115Tm
M Cd = 6.795Tm
M A = 17.254Tm

Lực cắt tại chân cột:
QA = −1.056T

3.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (hoạt tải)
Ta có ngay biểu đồ do hoạt tải gây ra bằng cách nhân các trị số của moment do
tải trọng thường xuyên ở biểu đồ hình 7c với tỷ số:
P
= 0.244
q
M A = 4.21Tm
M Cd = 1.658Tm
M Ct = −1.736Tm
M B = −3.055Tm
QA = −0.258T


ĐỒ ÁN THÉP II

4.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục
Trọng lượng dầm cầu trục Gdcc = 1.73T đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra
moment lệch tâm:

M dcc = Gdcc .edcc = 1.3Tm
b
edcc = d = 750mm
2

Nội lực khung tìm được bằng cách nhân biểu đồ M e với tỉ số −

M dcc
(vì 2
Me

moment này đặt cùng 1 vị trí nhưng ngược chiều).
−

M dcc
= −0.0935
Me

Trọng lượng dầm cầu trục Gdcc là tải trọng thường xuyên nên phải cộng biểu
đồ moment do Gdcc với nội lực ở biểu đồ hình 7c để được moment do toàn bộ tải
trọng thường xuyên lên dàn và lên cột:
M B = −12.772Tm
M Ct = −6.749Tm
M Cd = 5.86Tm
M A = 17.514Tm

Biểu đồ moment vẽ ở hình 7d.
Trong nhiều trường hợp, khi Gdcc khá nhỏ so với Dmax , Dmin nên có thể nhập
luôn Gdcc vào Dmax , Dmin và tính luôn M max , M min như ở điểm 5 tiếp theo bỏ qua
điểm 4 này.

5.Tính khung với moment cầu trục M max , M min
M max , M min đồng thời tác dụng ở 2 cột, M max cột trái hoặc có thể cột phải. Dưới
đây xét trường hợp M max ở cột trái, M min ở cột phải.
Giải khung bằng phương pháp chuyển vị với sơ đồ xà ngang cứng vô cùng. Ẩn
số chỉ còn là chuyển vị ngang của nút.


ĐỒ ÁN THÉP II

Phương trình chính tắc:
r11 × ∆ + R1 p = 0

Trong đó:
r11 - Phản lực ở liên kết thêm do chuyển vị đơn vị ∆ = 1 gây ra ở nút trên.
Dấu của chuyển vị và dấu của phản lực trong liên kết thêm quy ước hướng từ trái
sang phải là dương. Dùng bảng phụ lục tính được moment và phản lực ngang ở
đầu B của cột:
6 BEI1
= 1.224 EI1 / h 2
2
Kh
12 AEI1
RB = −
= −4.989 EI1 / h3
Kh3
Biểu đồ moment do ∆ = 1 gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác như
MB =

T hay gió, nên ta tính luôn moment tại các tiết diện cột.
Tiết diện vai cột:

M C = M B + R B ht = −0.477 EI1 / h 2

Chân cột:
M A = M B + R B h = −3.765EI1 / h 2

Cột bên phải các trị số moment và phản lực có cùng trị số nhưng khác dấu.
Biểu đồ moment vẽ ở hình 10a.
r11 = − R B − R B′ = −9.978 EI1 / h3
R1 p - Phản lực trong liên kết thêm do tải trọng ngoài gây ra trong hệ cơ bản.

Vẽ biều đồ moment do M max , M min gây ra dùng các công thức ở phụ lục. Cũng
có thể sử dụng ngay biểu đồ moment lệch tâm M e của tải trọng mái (hình 7b)
nhân với hệ số:
−

M max
= −7.009
Me

Cột phải:


ĐỒ ÁN THÉP II
−

M min
= −2.18
Me

Từ đó ta có moment ở cột trái:

M B = −18.854Tm
M Ct = 27.44Tm
M Cd = −70.055Tm
M A = 19.457Tm

Phản lực:

RB = 136.325 / h(T )

Moment ở cột phải:
M B′ = −5.864Tm
M Ct ′ = 8.535Tm
M Cd′ = −21.789Tm
M A′ = 6.52Tm

Phản lực:

RB′ = 42.401/ h(T )

Vậy:

R1 p = RB − RB′ = 93.924 / h(T )

Giải phương trình chính tắc:
∆=−

R1 p
r11

= 9.413h 2 / EI1

Nhân biểu đồ moment do ∆ = 1 và cộng với moment ngoại lực trong hệ cơ bản
(hình 10b) ta được biểu đồ moment cuối cùng
M = M∆ + M p

Ở cột trái:

M B = −7.332Tm
M Ct = 22.95Tm
M Cd = −74.545Tm
M A = −15.983Tm

Lực cắt ở chân cột:
QA = −5.915T

Lực dọc:
N B = N Ct = 0
N A = N Cd = Dmax = 129.99T

Cột bên phải:

M B′ = −17.386Tm
M Ct ′ = 13.025Tm


ĐỒ ÁN THÉP II
M Cd′ = −17.299Tm
M A′ = 41.492Tm

Lực cắt ở chân cột:

QA′ = 5.938T

Lực dọc:
N B′ = N Ct ′ = 0
N A′ = N Cd ′ = Dmin = 40.44T

Biểu đồ moment cuối cùng ở hình 10c.


ĐỒ ÁN THÉP II

6.Tính khung với lực hãm ngang
Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai cột 0.75m.
Lực T có thể tác dụng ở cột trái hay cột phải, chiều hướng vào cột hoặc đi ra
khỏi cột. Dưới đây giải khung với trường hợp lực T đặt vào cột trái hướng từ trái
sang phải. Các trường hợp khác của T có thể suy ra từ trường hợp này.
Trình tự tính toán giống như tính với M max , M min .
Vẽ biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra trong hệ cơ bản và đã tính được:
r11 = −9.978 EI1 / h3

Dùng công thức trong phụ lục tính được moment và phản lực do T gây ra trong
hệ cơ bản (hình 11a). Lực T đặt cách đỉnh cột: 4.37m.
λ = 0.291 < α = 0.341
2
2
( 1 − λ ) ( 2 + λ ) B − 2C  + µ ( α − λ ) ( 2α + λ ) B − 2C 
MB = −
MB = −

K

2
2
( 1 − λ ) 3B − 2 A ( 2 + λ )  + µ ( α − λ ) 3B − 2 A ( 2 + λ ) 
K

Th = −8.252Tm
T = 3.719T

Tính moment tại tiết diện C và A, ngoài ra tính M T ở tiết diện D (chỗ đặt T).
M TD = M B + RB ( ht − hdcc ) = 8.0Tm

M TC = M B + RB ht − Thdcc = 6.702Tm

M TA = M B + RB h − T ( ht + hdcc ) = −10.435Tm

Cột bên phải không có ngoại lực nên moment và phản lực trong hệ cơ bản
bằng không.
Vậy:
R1 p = RB − RB′ = 3.719T

∆=−

R1 p
r11

= 0.373h3 / EI1 = 5.602h 2 / EI1

Moment cuối cùng tại tiết diện cột khung M = M ∆ + M p

ĐỒ ÁN THÉP II
M B = −1.395Tm
M T =  M B + R B ( ht − hdcc )  ∆ + M TD = 6.725Tm
M C = 4.03Tm
M A = −31.527Tm
QA = 3.592T

Đối với cột bên phải ta có:
M B′ = −6.857Tm
M C ′ = 2.672Tm
M A′ = 21.092Tm
QA′ = 1.861T

Biểu đồ moment ở hình 11b.

7.Tính khung với tải trọng gió
Ở đây tính với trường hợp gió thổi từ trái qua phải. Với gió thổi từ phải qua
trái chỉ việc thay đổi trị số cột. (Sơ đồ tải trọng gió ở hình 4b)
Đã có biểu đồ M do ∆ = 1 gây ra trong hệ cơ bản (hình 10a) và có:
r11 = −9.978 EI1 / h3

Bây giờ chỉ tính moment và phản lực so q và q′ gây ra trong hệ cơ bản.
Ở cột trái:

( 9 BF − 8C ) qh
=−
2

2

= −7.015Tm
12 K
( 2 BC − 3 AF ) qh = 3.879T
RBq = −
2K
qh 2
M Cq = M B + RB ht − t = 4.842Tm
2
qh 2
q
M A = M B + RB h −
= −17.626Tm
2
M

q
B


ĐỒ ÁN THÉP II

Các trị số cột phải do q′ tác dụng được suy ra từ cột trái bằng cách nhân với hệ
số

q′
= −0.647
q
M Bq′′ = 4.539Tm

−

M Cq′′ = −3.133Tm
M Aq′′ = 11.404Tm
RBq′′ = −2.51T

Do đó:

R1 p = RB − RB′ + W + mS + mS ′ = 11.319T

Và:
∆=−

R1 p
r11

= 1.134h3 / EI1 = 17.033h 2 / EI1

Biểu đồ moment cuối cùng (hình 12b)
Cột trái:
M B = 13.833Tm
M C = −3.283Tm
M A = −81.755Tm
M + M C qhd
QA = A
+
= 10.949T
hd
2

Cột phải:

M B′ = −16.309Tm
M C ′ = 4.992Tm
M A′ = 75.533Tm
M + M C ′ q′hd
QA′ = A′
+
= 9.082T
hd
2

Kết quả tính được ghi vào bảng nội lực.


ĐỒ ÁN THÉP II

IV.TÍNH CỘT
1.Xác định chiều dài tính toán của cột
Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực nguy hiểm để chọn tiết diện cột là cặp
M, N ở tiết diện B.
M = -51.766Tm
N tu = 37.714Tm

Các cặp khác có trị số nhỏ rõ ràng là không nguy hiểm bằng cặp đã chọn.
a)Xác định trọng lượng bản thân của mỗi đoạn cột
Khi chọn tiết diện mỗi phần cột cần kể thêm trọng lượng bản thân của cột
(hoặc đoạn cột).
Gc coi như một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột.
Gc = g c hc

Trong đó:


ĐỒ ÁN THÉP II
g c - Trọng lượng mỗi mét dài cột (hoặc đoạn cột)
∑ N ψρ
gc =
Kf

Trong đó:
∑ N - Lực nén lớn nhất trong mỗi đoạn cột khi chưa kể đến trọng lượng
bản thân Gc .
Đối với cột trên: ∑ N = N tu = N max = 37.714T
Đối với cột dưới:
+Nhánh cầu trục: ∑ N = N tu = N max = 156.435T
+Nhánh mái: ∑ N = N tu = N max = 156.435T
K – Hệ số kể đến ảnh hưởng của moment làm tăng tiết diện cột.
K = ( 0.25 ÷ 0.3) đối với cột trên chọn K = 0.25

K = ( 0.4 ÷ 0.5 ) đối với cột dưới chọn K = 0.4
ψ - Hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột.
ψ = ( 1.4 ÷ 1.8 ) lấy ψ = 1.4

ρ = 7850daN / m3 trọng lượng riêng của thép.
hc - Chiều dài đoạn cột.
Đối với cột trên: hc = ht = 5.12m
Đối với cột dưới: hc = hd = 9.9m
Đối với cột trên:
∑ N ψρ = 37714 x1.4 x7850 = 78.948daN / m
gc =

Kf
0.25 x 2100
Gc = g c .hc = 78.948 x5.12 = 404daN
Đối với cột dưới:
+Nhánh cầu trục:
∑ N ψρ = 156435 x1.4 x7850 = 204.669daN / m
gc =
Kf
0.4 x 2100
Gc = g c .hc = 204.669 x9.9 = 2026daN
+Nhánh mái:
∑ N ψρ == 156435 x1.4 x7850 = 204.669daN / m
gc =
Kf
0.4 x 2100
Gc = g c hc = 204.669 x9.9 = 2026daN
Để chọn tiết diện cột dưới có thể chọn nhiều cặp tùy thuộc vào tính toán bộ
phận nào. Ở đây để xác định chiều dài tính toán của các phần cột ta chọn cặp có N
lớn nhất tức là cặp:
M = 103.012Tm
N = 156.435T


ĐỒ ÁN THÉP II

Tính các hệ số:
i2  J 2   hd 
=  ÷ ÷ = 0.176
i1  J1   ht 
 h  J1

C1 =  t ÷
= 0.842
 hd  J 2 m
K=

Trong đó:
N d 156.435
=
= 4.148
Nt
37.714
Từ K và C1 tra bảng được:
µ1 = 1.96
µ
1.96
µ2 = 1 =
= 2.328
C1 0.842
m=

Vậy chiều dài tính toán của các phần cột trong mặt phẳng khung là:
l x 2 = µ2 ht = 2.328 x5.12 = 11.919m
l x1 = µ1hd = 1.96 x9.9 = 19.404m
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung bằng
-Cột trên:
l y 2 = ht − H dcc = 5.12 − 0.75 = 4.37 m

-Cột dưới:

l y1 = hd = 9.9m

2.Chọn tiết diện cột trên
Nội lực nguy hiểm cho cột trên là:
M = -51766daNm

N = N tu + Gc = 37714 + 404 = 38118daN

a)Dạng tiết diện và chiều cao h của tiết diện
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ 3 bản thép, với chiều cao
tiết diện đã chọn trước.
h = bt = 600mm

b)Độ lệch tâm và diện tích yêu cầu
Độ lệch tâm:
e=

M 51766
=
= 1.36m
N 38118

Sơ bộ giả thiết hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện η = 1.4 và diện tích yêu cầu
của tiết diện tính theo công thức:
2.8M x

N η +
hN
Ayc = 
f γc


2.8 x136
)
÷ 38118 x(1.4 +
=
60
= 140.6cm 2
2100 x1
c)Chiều rộng tiết diện b và bề dày các bản t f , tw

Dựa theo yêu cầu


ĐỒ ÁN THÉP II
ht 512
=
= 17.067cm
30 30
Chọn b = b f = 30cm
2
Dựa vào Ayc = 140.6cm và các yêu cầu
b = bf ≥

 1 1  fb
t w ≥ 8mm; t f ≥ t w , t f =  ÷ ÷ , t f ≤ 60mm . Chọn t w = 1.2cm và t f = 1.6cm . Vậy
 28 35  21

diện tích tiết diện đã chọn là
Bản bụng
(60-1.6x2)x1.2 = 68.2 cm2

Bản cánh
2x30x1.6
= 96 cm2
A = 164.2cm 2

d)Kiểm tra tiết diện đã chọn
Các đặc trưng hình học của tiết diện
30 x603 (30 − 1.2) x(60 − 2 x1.6) 3
−
= 100199cm 4
12
12
2 x1.6 x303 (60 − 2 x1.6) x1.23
Iy =
+
= 7208.2cm 4
12
12
I
100199
ix = x =
= 24.7cm
A
164.2
I
7208.2
iy = y =
= 6.63cm
A
164.2

2I
2 x100199
Wx = x =
= 3340cm3
h
60
Ix =

-Độ mảnh và độ mảnh quy ước của cột
λy =

ly2
iy

=

4.37
= 65.91 = λmax < [ λ ] = 120
6.63

f
2100
= 65.91x
= 2.08
E
2100000
l
11.919
λx = x 2 =
= 48.26

ix
24.7

λ y = λy

;

( E = 2100000daN / cm 2 )


ĐỒ ÁN THÉP II

λ x = λx

f
2100
= 48.26 x
= 1.53
E
2100000

-Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi me
m=
Af
Aw

eA 136 x164.2
=
= 6.686
Wx

3340
=

30 x1.6
= 0.7
56.8 x1.2

Với
λ x = 1.53 < 5

 Af
= 0.7 < 1
⇒ Tra bảng D9 – Hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết

 Aw
5 < m = 6.686 < 20

η
diện , TCVN 338:2005 có hệ số η : η = 0.922
-Cột có An = A và me = η .m = 0.922 x6.686 = 6.16 < 20 – Không cần kiểm tra về

bền
-Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:
Với λ x = 1.53 và me = 6.16
Tra bảng II.2 phụ lục II được hệ số ϕe = 0.202
Điều kiện ổn định:
N
37714
=
= 1137.046daN / cm 2 < γ c f = 2100daN / cm 2

ϕe A 0.202 x164.2

-Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn:
Moment tính toán khi kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung là moment lớn
nhất tại tiết diện ở phần 3 cột.
ht 5.12
=
= 1.707 m
3
3

Moment tính toán tại tiết diện B (đỉnh cột) có trị số: M B = −51766daNm do các
tải trọng 1, 2, 4, 6, 8. Vậy moment tương ứng ở đầu kia (tiết diện C) do các tải
trọng này là:
M C = 5.134Tm = 5134daNm
2
2
M = M C + ( M B − M C ) = 5134 + x(−51766 − 5134) = −32799.3daNm
3
3
M max
M
M

= max  B = −25883daNm; C = −2567 daNm ÷ = 25883daNm
2
2
 2


Mà
M M

M ′ = max  M ; B ; C
2
2



÷ = 32799.33daNm
