ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP
BẰNG THÉP.
GVHD : Th.S. Nguyễn Xuân Hiển
SVTH :
Mã SV :
Mã đề : A3-B3-C2-D5-Dàn

Số liệu thiết kế :
− Nhịp khung L = 30 m.
− Bước khung B = 6 m.
− Chiều dài nhà 17B.
− Sức trục của cầu trục Q = 75 Tấn.
− Cao trình đỉnh ray H1 = 11.5 m.
− Địa điểm làm việc: Huyện Kế Sách – Sóc Trăng.
Vùng gió II-A có : W0 = 83 daN/m2
− Chiều cao dầm cầu trục Hdct = 700 mm.
− Chiều sâu chôn cột dưới cốt + 0.00m là H3 = 800 mm.
− Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình.
− Vật liệu thép: BCT3, hàn tay. Que hàn N46 hoặc tương đương.
− Các lớp bên trên bao gồm:
+ Mái panen sườn BTCT 1,5x6m ( gc = 150 daN/m2)
+ BT chống thấm dày 4 cm ( γ0 = 2500 kG/m3)
+ BT xỉ dày 12cm (γ0 = 500 kG/m3)
+ 2 lớp vữa trát dày 1,5cm/lớp (γ0 = 1800 kG/m3)
1

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

+ 2 lớp gạch lá nem dày 1,5cm/lớp (γ0 = 2000 kG/m3)
− Hoạt tải mái pc = 75 daN/m2.
− Bêtông móng mác M200, tường gạch tự mang.

I. Chọn sơ đồ kết cấu.
2


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
12000

2500

+22.10

+15.90

5300

4400

2200

+18.10

15900

+10.60

11400

11500

Q=75(T)

800

+0.000

30000

A

B

Hình 1.1: Sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp.
1 Các kích thước chính của khung nhà và một số cấu kiện cơ bản.
− Kích thước cơ bản là nhịp khung L = 30 m. Mặt khác ta có sức trục của cầu trục Q =
75T > 30T nên trục định vị các mép ngoài cột một khoảng a = 250 mm. Trong trường
hợp này để cho cầu trục khi di chuyển không chạm vào cột khoảng cách λ từ trục ray đến
trục định vị phải đủ lớn lấy bội số của 250 mm , với Q = 75T
ta chọn λ = 750 mm.
→ nhịp cầu trục là Lk = 30 – 2 λ = 30 – 2.0.75 = 28.5 m.

− Tra bảng VI.2 phụ lục sách " Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp " ta được thông số
cầu trục như sau :

Bảng 1.1 : Thông số về cầu trục
Nhịp Lk

Loại

Hc

T

Bề

B1
3

Trọng lượng

Áp lực bánh xe


ĐẠI HỌC THỦY LỢI
(m )

ray

28.5

KP-100

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

(mm) (mm) rộng B (mm)
(mm)

(T)
Xe
Toàn
con cầu trục

lên ray(T)
P1
P2

4000

38

38

4560

8800

400

135

39

Đường ray.
Tra bảng IV.7 với loại ray KP-100 ta có bảng sau :
Bảng 1.2: Thông số kĩ thuật của loại ray KP-120
Loại ray

K.lượng 1m
dài (kg)

KP-100

88.96

H

B

150

150

Kích thước ( mm )
b
b1

a

d

100

40

38

108

1 Kích thước theo phương thẳng đứng.
− Chiều cao từ cao trình đỉnh ray đến mép dưới của dàn vì kèo
H2 = Hc + 100 + f
Trong đó:
+) Hc = 4000 mm. chiều cao Gabarit của cầu trục tính từ mặt ray đến điểm cao
nhất của xe con.
+) 100 là khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
+) f = 300 là khe hở phụ xét đến độ võng của kết cấu và việc bố trí hệ giằng thanh
cánh dưới lấy 200÷400 mm.
→ H2 = 4000 + 100 + 300 = 4400 ( mm ).
− Chiều cao thông thủy của xưởng, từ nền nhà tới đáy của dàn vì kèo.
H = H1 + H2 = 11500 + 4400 = 15900 ( mm ).
− Kích thước thực cột trên từ vai cột tới đáy của dàn vì kèo.
Ht = H2 + Hdct + Hr
Trong đó:
Hdct chiều cao dầm cầu trục cho trong đề bài Hdct = 700 m.
4


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

Hr chiều cao ray và các lớp đệm, chọn sơ bộ Hr = 200 m.
→ Ht = 4400 + 700 + 200 = 5300 ( mm ).
− Chiều cao phần cột dưới tính từ mặt móng tới vai cột.
Hd = H – Ht + H3 = 15900 – 5300 + 800 = 11400 (mm).
2 Kích thước theo phương ngang.
− Chọn bề rộng tiết diện cột trên.

ht=

1 1
1 1
 ÷ ÷.H t =  ÷ ÷.5300 = ( 442 ÷ 530 ) mm
 12 10 
 12 10 

Mặt khác phải thỏa mãn: λ> B1 + ht – a + D. → ht<λ - D – B1 + a.
D = 75 mm; → ht< 750 – 75 – 400 + 250 = 525 (mm). chọn ht = 500 (mm).
− Bề rộng cột dưới hd = a + λ = 250 + 750 = 1000 (mm).

Ngoài ra hd>

1
H
20

= 15900/20= 795 (mm). Vậy hd= 1000 (mm) thỏa mãn.

Trong đồ án này ta chọn tiết diện cột trên là tiết diện cột đặc còn tiết diện cột dưới
là tiết diện cột rỗng.
− Mặt bằng lưới cột.

30000

b

a
500 5500
1

6000
2

6000
3

6000
4

6000
5

6000
6

6000
7

6000
8

6000

6000
10

9

6000
11

6000
12

6000
13

6000
14

6000
15

6000
16

5500 500
17

18

Hình 1.2 : Mặt bằng lưới cột.
3 Tính toán kích thước dàn mái.
Chọn dàn mái dạng hình thang, liên kết cứng với cột. Chiều cao đầu dàn hdd= 2,2m,
chọn độ dốc i = 10%. Vậy chiều cao giữa dàn là :
5


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

hgd = hdd + i.L/2 = 2,2 + 0,1 . 30/2 = 3,7 (m). Lct =

1 1
 ÷ ÷.L = ( 6 ÷ 15 )
2 5

m. lấy nhịp cửa trời

Lct = 12 m. Theo yêu cầu về kiến trúc và chiếu sang ta chọn cửa trời chạy suốt chiều dài
nhà. Chọn kích thước :
- chiều cao cánh cửa hk = 1,5 m phù hợp với cánh cửa tiêu chuẩn.
- chiều cao bậu cửa trên và bậu cửa dưới hb = 1m.
→ chiều cao cửa trời là hct = 2,5m. Bề rộng cửa trời Lct = 12m độ dốc mái cửa trời 10%,
cửa trời được bố trí một tầng cửa kính 1,5 m.
2 Mặt bằng lưới cột và bố trí hệ giằng.
1 Hệ giằng cánh trên.
Gồm các thanh chéo chữ nhật trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà.
Chiều dài nhà 17B = 102 m < 200 m với khung nhà toàn thép, không cần bố trí khe nhiệt
độ. Giằng trong mặt phẳng cánh trên được bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ và ở giữa khối

để khoảng cách < 60 m.

30000

B

2200

A

500

5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 5500
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

500

18

Hình 1.3: Hệ giằng cánh trên.
2 Hệ giằng cánh dưới.
− Được bố trí tại các vị trí có giằng cánh trên. Với nhà xưởng có Q = 75T để tăng độ
cứng cho nhà cần có thêm hệ giằng cánh dưới theo phương dọc nhà. Bề rộng của hệ
giằng lấy bằng chiều dài khoang đầu tiên của cánh dưới dàn.

6

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

30000

6000 6000 6000 6000 6000

B

2200

A

500

5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 5500
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

500

18

Hình 1.4: Hệ giằng cánh dưới.
3 Hệ giằng đứng.
− Nằm trong mặt phẳng thanh đứng của nhà. Theo phương dọc nhà được bố trí ở chỗ có
hệ giằng cánh dưới và hệ giằng cánh trên, theo phương ngang nhà khoảng cách giữa các
hệ giằng đứng cách nhau 12 ÷ 15 m.

2200
500

5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 5500
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

500

18

Hình 1.5: Hệ giằng đứng.
4 Hệ giằng cột.
− Hệ giằng cột được bố trí theo phương dọc nhà ở hai đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà.
Hệ giằng cột dưới đặt ở giữa khối nhiệt độ. Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng cột dưới
là 6x9 = 54 m < 75 m. Với B = 6 m, Hd = 11,4 m chỉ cần bố trí một khoảng.
11400 5300

2200

500 5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 60005500
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Hình 1.6: Hệ giằng cột.

7

13

14

15

16

17

18

500


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

II. Tính toán tải trọng tác dụng lên khung.
1

Tải trọng tác dụng lên dàn.
Tải trọng tác dụng lên dàn bao gồm trọng lượng bản thân của mái, của cửa trời, của

bản thân kết cấu và hoạt tải. Các tải trọng này tính ra N/m 2 mặt bằng nhà sau đó quy về
phân bố đều trên dàn bằng cách chia cho cosα với α=i=0,1 cosα=0,995
Tĩnh tải.
1 Tải trọng mái.
Theo cấu tạo các lớp mái ta có bảng thống kê các tải trọng mái như sau:
Bảng 2.1: Tải trọng mái tác dụng lên dàn
Tải trọng tiêu
chuẩn mái

Hệ số
vượt
tải

Tải trọng
tính toán

mái

Tấm mái panen 1,5x6 m

150

1,1

165

BT chống thấm dày 4cm, γ0=2500 kg/m3

100

1,2

120

BT xỉ dày 12cm, γ0=500kg/m3

60

1,2

72

2 lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp, γ0=1800kg/m3

54

1,2

64.8

2 lớp gạch lá nem, 1,5cm/lớp, γ0=2000kg/m3

60

1,1

66

Tổng cộng

424

Cấu tạo các lớp mái

Đổi ra phân bố đều trên mặt bằng:
g mc =

g mtt =

424
424
=
= 426,23
cos α 0,995
487,8 487,8
=

= 490, 25
cos α 0,995

( daN/m2 mặt bằng)

( daN/m2 mặt bằng).

2 Tải trọng do trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng.
− Theo công thức kinh nghiệm

8

487,8


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

g dtc = 1,2.α d .L
g dtt = n.1,2.α d .L

Trong đó: n- hệ số vượt tải lấy n=1,1
1,2 – hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng.
αd =0,75 hệ số trọng lượng dàn lấy khoảng 0,6÷0,9 đối với nhịp 24÷36 m
→

g dtc =

27 ( daN/m2);

g dtt =

29,7 ( daN/m2).

3 Trọng lượng kết cấu cửa trời.
− Theo công thức kinh nghiệm.
g tc ct = α ct .Lct
g cttt = 1,1.α ct .Lct

Trong đó: αct =0,5 ; Lct = 12m ; n=1,1
→

g ct =

1,1.0,5.12 = 6.6 ( daN/m2).

4 Trọng lượng bậu cửa trời + cửa kính.
− Trọng lượng cửa kính:

g cktt = n.g cktc

, với n=1,1 hệ số vượt tải, gcktc= 35÷40 daN/m2 chọn

gcktc= 40 ( daN/m2).→ gcktt= 1,1.40 = 44 ( daN/m2).
Trọng lượng bậu cửa gbctt= 1,1.150= 165 daN/m2 , gbctc= 100÷150 ( daN/m2).
Lực tập trung ở chân cửa trời do cửa kính và bậu cửa.
gcb= (gcktt .hk + gbctt) .B = ( 44.1,5 + 165).6 = 1386 (daN).
Quy trọng lượng kết cấu cửa trời về lực tập trung theo phương thẳng đứng.
gctttr = gct . Lct .B = 6,6 . 12 . 6 = 475,2 (daN).

− Ta quy tải trọng tập trung do trọng lượng kết cấu cửa trời, trọng lượng kết cấu cánh
cửa và bậu cửa về tải phân bố trên mặt bằng nhà.

9


ĐẠI HỌC THỦY LỢI
g

tt
cm

(g
=

ttr
ct

+ 2.g cb )
L.B

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
=

( 475, 2 + 2.1386 )
30.6

= 18, 04

( daN/m2).

Vậy tải trọng tác dụng thường xuyên:
tt
G = B(g mtt + g dtt + g cm
) = 6× (490, 25 + 29, 7 +18, 04) = 3227,94(daN/ m) = 32, 28(kN/ m)

11400

16700

5300

g=32,28kN/m

30000

Hình 2.1: Sơ đồ tính của tĩnh tải mái
2.1. Hoạt tải ( tải trọng tạm thời ).
− Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 – 95, hoạt tải mái áp dụng cho
trường hợp mái bằng mái dốc bằng bêtông cốt thép không có người đi lại, chỉ có người
đi lại sửa chữa chưa kể các thiết bị điện nước nếu có lấy P tc = 75 daN/m2 mặt bằng nhà,
với hệ số vượt tải n=1,3. Ptt = 1,3.75 = 97,5 ( daN/m2).
→ Tải trọng phân bố đều trên dàn mái:
P=n.Ptc.B = 1,3.75.6 = 585 daN/m = 5,85kN/m

10


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

11400

16700

5300

P= 5,85 kN/m

30000

Hình 2.2: Sơ đồ tính của hoạt tải mái
2.2. Tải trọng tác dụng lên cột.
2.3.1. Do phản lực của dàn.
− Do tải trọng thường xuyên.
Ag= g.L/2 = 32,28 . 30/2 = 484,2 (kN).
− Do tải trọng tạm thời
Ap= P . L/2 = 5,85 . 30/2 = 87,75 (kN).
2.3.2. Do trọng lượng dầm cầu trục.
− Theo công thức kinh nghiệm : Gdct = n.αdct.Ldct2.
Trong đó: Ldct=B= 6m, n=1,2 hệ số vượt tải.
αdct là hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục, αdct= 35 ÷ 47 chọn αdct=35.
→ Gdct = 1,2 . 35 . 62 = 1512 (daN) = 15,12 (kN).
2.3.3. Do áp lực thẳng đứng của bánh xe con cầu trục.
− Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Tải trọng
đứng của cầu trục tác dụng lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục hoạt
động trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó.

11

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

− Áp lực lớn nhất của một bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vật nặng ở vị
trí sát nhất với cột phía đó. Trị số tiêu chuẩn Pmaxc được tra trong Catalog cầu trục bảng
phụ lục VI.1.2. Khi đó phía ray bên kia có áp lực nhỏ nhất
Pminc = (Q+G)/n0 - Pmaxc.
Với n0 là số bánh xe cầu trục ở bên một ray n0=4. G là trọng lượng toàn bộ cầu trục.
Tra bảng ta có:
Áp lực bánh xe lên ray(T)
P1maxc
P2maxc
P1minc
P2minc
38
39
14,5
13,5
c
Trong đó: P1min = (75 + 135)/4 – 38 = 14,5 (T).

Trọng lượng(T)
Xe con
Toàn bộ
38
135

P2minc = (75 + 135)/4 – 39 = 13,5 (T).
− 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 sử dụng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa của dầm và
xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vị trí bất lợi nhất. Áp lực lớn nhất D max(do
Pmaxc) và nhỏ nhất Dmin(do Pminc) do các dầm cầu trục tác dụng lên cột được xác định nhờ
đường ảnh hưởng của phản lực tại gối tựa của dầm cầu trục ở hai bên cột :
8800
840
P1

4560

840

P1

P2

1280

1280

P2

P2

1,0

0,573

0,1

0,86

840

6000

4560
P2

840
P1

1280
P1

0,433

1280

8800

6000

Hình 7: Đường ảnh hưởng của cầu trục.
Dmax= n.nc.( P1maxc.Σyi + P2maxc.Σyi )
Dmin= n.nc. .( P1minc.Σyi + P2minc.Σyi )
Trong đó : n= 1,2 hệ số vượt tải
nc= 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục làm việc chế độ nhẹ hoặc

trung bình gây ra ;
∑yi là các tung độ của đường ảnh hưởng.
12


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

→ Dmax= 1,2.0,85.[38.0,1+39.(0,86+1+0,573+0,433)]= 117,886(T)=1178,86(kN).
Dmin= 1,2.0,85.[14,5.0,1+13,5.(0,86+1+0,573+0,433)] = 40,94(T)
= 409,4(kN).
− Các tải trọng Dmax và Dmin đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối
với trục cột một đoạn e ≈ hd/2 = 1,0/2 = 0, 5m.
Do đó tại vai cột sinh ra mômen lệch tâm :
Mmax = Dmax . e = 1178,86. 0,5 = 589,43(kN.m).
Mmin = Dmin . e = 409,4. 0,5 = 204,7 (kN.m).

204,7 kNm

589,43 kNm

5300

Mdct = Gdct . e = 15,12 . 0,5 = 7,56 (kN.m).

409,4kN

11400

16700

1178,86kN

30000

204,7kNm

589,43 kNm

409,4kN

5300

Hình 2.4: Sơ đồ tính do Dmax trái

11400

16700

1178,86kN

30000

Hình 2.5: Sơ đồ tính do Dmax phải
2.3.4. Do lực hãm xe con.
− Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe con cầu trục do hãm: ( móc mềm ).

13

ĐẠI HỌC THỦY LỢI
T1c =

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

0, 05.(Q + Gxc ) 0, 05.(75 + 38)
=
= 1, 413
n0
4

(T).

Với n0 = 4; số bánh xe ở một bên cầu trục.
− Các lực ngang T1c truyền lên cột lực T đặt ở cao trình dầm hãm, giá trị T cũng xác định
bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định Dmax, Dmin
T = n.nc.T1.Σyi = 1,2.0,85.1,413.(1+0,1+0,573+0,433+0,86) = 4,273 (T)

5300

= 42,73(kN).

11400

16700

42,73 kN

30000

5300

Hình 2.6: Sơ đồ tính do Tmax trái

11400

16700

42,73 kN

30000

Hình 2.7: Sơ đồ tính do Tmax phải
2.3. Tải trọng gió tác dụng lên khung.

14


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

− Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95. Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp chiều
cao < 36m nên chỉ tính phần tĩnh của gió. Tải trọng gió tác dụng lên khung gồm :
+ Gió thổi lên tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên khung .
+ Gió trong phạm vi mái từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên được chuyển thành lực
tập trung ở cao trình cánh dưới dàn vì kèo.
− Vì bước cột B= 6m. nên ta có tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính theo công
thức :

+ Phía gió đẩy: qđ= n . W0tc. k . C . B (daN/m).
+ Phía gió hút: qh = n . W0tc. k . C’ . B (daN/m).
Trong đó : n=1,2 : hệ số vượt tải.
k : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào độ cao z
và dạng địa hình (A,B,C).
B= 6m : bề rộng bước khung.
C , C’ : hệ số khí động phía gió đẩy và gió hút ghi trên hình.
W0tc = 83 ( kg/m2) gió thuộc địa hình A.
Với H = 15,9m dựa vào Phụ Lục 13 để tra hệ số k với dạng địa hình B: k = 1,089
→ qđ = 1,2 . 83 . 1,089 . 0,8 . 6 = 521 (daN/m) = 5,21 (kN/m).
qh= 1,2 . 83 . 1,089 . -0,506 . 6 = 329 (daN/m) = 3,29 (kN/m).
Ta có: và
Từ hai tỉ số trên ta nội suy dựa vào phụ V.5:
C1 = -0,5486 với góc α = 6°.
C3 = -0,506.

15


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
-0.8

-0.6

+0.7

-0.6

-0.5486

-0.6
-0.506

+0.8

30000
A

B

Hình 2.8: Hệ số khí động của gió tác dụng lên nhà công nghiệp.
− Lực tập trung ở cao trình dưới đáy dàn. W = Wđ + Wh.
Wđ = n . W0tc . k . B . Σ(Ci . hi)
Wh = n . W0tc . k . B . Σ(Ci’ . hi)
Trong đó : hi : chiều cao từng đoạn có các hệ số khí động Ci , C’i.
Ta có hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tra
trong bảng phụ lục V.4. với địa hình xét là địa hình B.
H= 15m → k = 1,08
H= 20m → k = 1,13 từ đó → H = 15,9m : k = 1,089
H= 30m → k = 1,22 từ đó → H = 22,1m : k = 1,1489
Vậy trong khoảng từ độ cao đáy dàn vì kèo lên điểm cao nhất của mái nhà
ktd=(1, 089+ 1, 1489)/2 = 1,12
→ Wđ = 1,2.83.1,12.6.(0,8.2,2 – 0,5486.0,9 + 0,7.2,5 – 0,8.0,6 ) = 1698 ( daN)
= 16,98 (kN).
Wh = 1,2.83.1,12.6.( 0,6.0,6 + 0,6 .2,5 + 0,6.0,9 + 0,506.2,2) = 2351 ( daN)
= 23,51(kN).

16

ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
Wh=23,51kN

qh=3,29
kN/m

11400

qd=5,21
kN/m

16700

5300

Wd=16,98kN

30000

Hình 2.9: Sơ đồ tính toán gió trái
Wd=16,98kN

qd=5,21
kN/m

11400

qh=3,29
kN/m

30000

Hình 2.10: Sơ đồ tính toán gió phải

17

16700

5300

Wh=23,51kN


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
g=32,28kN/m

Ag=484,2kN

Ag=484,2kN

Ap=87,75kN

Ap=87,75kN

Wd=16,98kN

Wh=23,51kN

Dmax=1178,86kN
Dmin=409,4kN
Mmax=589,43 kN m
Mmin= 204,7kNm
T=42,73 kN

qd=5,21
kN/m

Gdct=15,12 kN
qh=3,29
kN/m

30000
A

B

Hình 2.11: Sơ đồ chất tải cho khung ngang nhà công nghiệp
III. Tính toán và tổ hợp nội lực khung.
3.1. Sơ đồ tính khung ngang.
3.1.1. Các giả thiết.
− Để đơn giản sơ đồ tính, thay vì kèo bằng xà ngang đặc có độ cứng tương ứng đặt tại
thanh cánh dưới dàn. Chiều cao tính toán từ chân cột dưới đến thanh cánh dưới dàn. Nhịp
tính toán là khoảng cách giữa 2 trục trọng tâm của cột trên.
− Khi tính toán khung đối xứng với tải trọng thẳng đứng đối xứng tác dụng trực tiếp lên

xà ngang (như g và p ) thì chuyển vị ngang nhỏ nhất có thể bỏ qua, lúc đó chỉ còn ẩn số là
góc xoay tại liên kết giữa dàn và cột.
− Khi tính khung với tải trọng không phải thẳng đứng tác dụng trực tiếp lên xà ngang
(như Dmax, Dmin, T, W, W’, q , q’) thì xem xà ngang là cứng tuyệt đối, lúc đó chì còn ẩn số
là chuyển vị ngang.
3.1.2. Sơ đồ tính khung ngang.
− Khi giải khung tìm nội lực tại 4 tiết diện: A, Cd , Ct, B.

18


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

B

5300

Jd
J2
Ct

11400

16700

Cd

J1

A
30000
A

B

Hình 3.1 : Sơ đồ xác định độ cứng khung dàn
3.2. Tính toán nội lực trường hợp điển hình bằng phương pháp chuyển vị.
3.2.1. Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung.
− Lập các tỷ số:
+ Dựa theo kinh nghiệm J1/J2 = 7 ÷ 10 nên ta chọn J1/J2 = 10.
+ Dựa theo kinh nghiệm Jd/J2 = 25 ÷ 40 nên ta chọn Jd/J2 = 35.
ν≥

− Kiểm tra điều kiện:
Trong đó:

H=

Ht + Hd

= 5,3 + 11,4 = 16,7 (m)

ν=

J d J1 J d H
16, 7
: = . = 3,5.
= 1, 95

L H J1 L
30

η=

J1
− 1 = 10 − 1 = 9
J2

ν = 1,95 ≥

→

6
1 + 1,1. η

6
= 1, 4
1 + 1,1. 9

.

Vậy thỏa mãn điều kiện để xà ngang có độ cứng vô cùng.

19


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

q

b
c

A
Hình 3.2 : Sơ đồ tính khung ngang bằng phương pháp chuyển vị.
3.2.2. Tính toán khung ngang 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 là khung đối xứng,tải trọng đối xứng nên φ1=φ2=φ,
∆ = 0. Ẩn số còn lại 2 góc xoay ở 2 nút khung.
− Phương trình chính tắc: r11 . φ + R1p = 0.
Trong đó: r11 là tổng momen phản lực tại nút khi góc xoay φ= 1.
R1p là tổng momen phản lực tại nút khung do tải trọng ngoài gây ra.
- 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.
xa

− Để tìm r11 ta cần tính

MB

cot

và
xa

MB

MB =

của khung cùng xoay φ= 1,

là các momen ở nút cứng B của xà và cột khi 2 nút

2 EJ d 2 E.3,5 J 1
=
= 0,23EJ1
L
30

.

cot

− Đối với thanh có tiết diện thay đổi thì

lục III.1,

M

cot
B

−

=

MB

4C.EJ1
k .H

20

được tính dựa vào công thức cho trong phụ


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

µ

Trong đó:

=

J1
J2

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

-1 = 10 – 1 = 9 ;
α .µ

A= 1 +
B= 1 +
C= 1 +
F= 1 +

α 2 .µ

α 3 .µ
α 4 .µ

α

Ht
5,3
=
= 0,32
H 16, 7

=

= 1 + 0,32 . 9 = 3,88
= 1 + 0,322 . 9 = 1,92
= 1 + 0,323 . 9 = 1,3
= 1 + 0,324 . 9 = 1,09

k = 4AC - 3B2 = 4 . 3,88 . 1,3 – 3 . 1,922 = 9,12

→

M

cot
B

−

4.1,3.EJ1

= −0, 034.EJ1
9,12.16, 7

=

− Qui ước momen dương là momen làm căng thớ bên trong của cột và dàn.
xa

r11=

MB

cot

–

MB

RBp = −

R1p =

= (0,23 + 0,034). EJ1 = 0,264.EJ1

g .L2
32, 28.30 2
=−
= −2421
12
12

ϕ=−

− Giải phương trình chính tắc:

R1 p
r11

=−

(kN).

−2421
9170
=
0, 264 EJ1
EJ1

− Momen cuối cùng được tính như sau:
+ Ở đỉnh cột:
cot

M Bcot = M B .ϕ = −0, 034 EJ1.

xa

9170
= −311, 9
EJ1

M Bxa = M B .ϕ + R1 p = 0, 23EJ1.

(kN.m).

9170
− 2421 = −311,9
EJ 1

+ Ở vai cột:

21

(kN.m).


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

RB = R B .φ =

6 B EJ1
6.1, 92 EJ1 9170
. 2 .φ =
.
.
= 41,53
k H
9,12 16, 7 2 EJ1

(kN)

M c = M Bcot + RB .H t = −311,9 + 41,53.5,3 = −91, 79(kN.m).

+ Ở chân cột:
M A = M Bcot + RB .H = −311,9 + 41,53.16, 7 = 381, 65(kN .m).

311,9
B

91,79

B

C

C

M'g
(kNm)

A

A
381,65

Hình 3.3 : Biểu đồ momen do tải trọng phân bố đều trên xà ngang
− Momen phụ sinh ra do lệch tâm giữa trục cột trên và trục cột dưới:
M e = A.e =

g .L hd − ht 32, 28.30 1, 0 − 0,5
.
=
.
= 121, 05
2
2
2
2

(kN.m)

Khung đối xứng tải trọng A đối xứng nên có thể xem xà ngang có độ cứng vô cùng và
không có chuyển vị ngang. Nội lực trong khung do Me gây ra có thể tìm được dựa vào
công thức trong bảng III.2 phụ lục đối với cột 2 đầu ngàm. Dấu M e ngược với dấu trong
bảng.
M Bt = −

(1 − α ) [ 3B.(1 + α ) − 4C ]
k

.M e = −

(1 − 0,32) [ 3.1,92.(1 + 0,32) − 4.1,3]
9,12

= 21, 69(kNm)
22

.(−121, 05)

ĐẠI HỌC THỦY LỢI
RBt = −

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

6(1 − α ) [ B − A.(1 + α ) ] M e
6.(1 − 0,32) [ 1,92 − 3,88.(1 + 0, 32) ] (−121, 05)
.
=−
.
k
H
9,12
16, 7

= −10,38(kN)

RBp = − RBt = 10, 38

(kN)

Mct = MB + RB.Ht = 21,69 – 10,38.5,3 = -33,324 (kNm).
MCd = Mct + Me = -33,324 – (-121,05) = 87,726 (kNm).
MA = MdC +RB.Hd= 87,726– 10,38.11,4 = -30,606 (kNm).
21,69
B

B

C

C

87,726

33,324

MA
(kNm)

A

A

30,606

Hình 3.4 : Biểu đồ momen do lệch tâm giữa trục cột
− Tải trọng cột và panel nếu có kể đến.
+ Trọng lượng cột trên chọn sơ bộ gct= 200 daN/m.
→ Gct = n. gct.Ht = 1,1.200.5,3 = 1166 (daN) = 11,66 (kN).
+ Panel bao che BTCT dày 60mm, bố trí từ vai cột trở lên với chiều cao panel bao
che là : Hst = Ht + H0 = 5,3 + 2,2 = 7,5 m.
→ Gst= n. g. Hst.B = 1,1.7,5.6.150 = 7425 (daN) = 74,25 (kN).
− Momen sinh ra do trọng lượng dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường gây ra.
M dct + r = Gdct + r .e = Gdct + r .

hd
1, 0

= (15,12 + 0,8896).
= 8, 01( kNm).
2
2

23


ĐẠI HỌC THỦY LỢI
M ct = Gct .

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

hd − ht
1, 0 − 0, 5
= 11, 66.
= 2,915( kNm)
2
2

M st = Gst .e = Gst .

hd
1, 0
= 74, 25.
= 37.125( kNm).
2
2

Tổng hợp các momen lại ta được momen tác dụng lên cột là

Mtt = Mst + Mct – Mdct+r = 37,125 + 2,915 – 8,01= 32,03 (kNm).
− Nội lực khung tìm được bằng cách nhân với biểu đồ MA hệ số
M tt 32, 03
=
= 0, 265
M e 121, 05

( vì 2 momen này đặt cùng vị trí và cùng chiều nhau ).
MB = 21,69 . 0,265= 5,75 (kNm).
MCt = -33,324 . 0,265 = -8,83 (kNm).
MCd = 87,726 . 0,265 = 23,25 (kNm).
MA = -30,606 . 0,265 = -8,11 (kNm).
5,75
B

B

C

C

23,25

8,83

Mtt
(kNm)

8,11

A

A

Hình 3.5 : Biểu đồ mômen tổng tác dụng lên cột.
-

Trọng lượng dầm cầu trục, ray, cột trên, sườn tường và A là tải trọng thường xuyên
nên ta có thể cộng biểu đồ momen do Mtt và MA, Mg’ gây ra trực tiếp với biểu đồ nội
lực do g gây ra lên dàn và cột.

24


ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP

284,46
B

C

B

C

19,186

133,944

Mg
(kNm)

A

A
342,934

Hình 3.6 : Biểu đồ mômen tổng do tải trọng thường xuyên.
3.3. Tính khung với tải trọng tạm thời trên xà ngang.
− Ta có ngay biểu đồ nội lực do tải trọng tạm thời gây ra bằng cách nhân biểu đồ nội lực
p 5,85
=
= 0,18
g 32, 28

của tải trọng thường xuyên (g + A) với hệ số
MB = (-311,9 + 21,69) . 0,18 = -52,24 (kNm ).
MCt =(-91,79 – 33,324) . 0,18 = -22,52 (kNm).
MCd= (-91,79 + 87,726) . 0,18 = -0,73 (kNm).
MA = (381,65 – 30,606) . 0,18 = 63,2(kNm).

25