Bài tập lớn kết cấu thép 2

Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân
Mục Lục

Trang 1


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, với các số liệu sau:
- Xà ngang và cột tiết diện thay đổi (chữ I)
- Chiều dài nhà:

90 m

-Nhịp

L=36 m

- Bước cột:

B =6m

- Chiều cao cột

H = 10 m

- Độ dốc mái:

i=10%

- Vật liệu thép CT34s có:

f = 21 kN/cm2;
fv = 12kN/cm2;
fc = 32kN/cm2

- Mô đun đàn hồi
- Vùng gió thành phố Hồ Chí Minh
- Địa hình B
- Hàn tay, dùng que hàn N42,bulông cấp độ bền 8.8
- Bê tông móng cấp độ bền B25 có Rb=1.45 kN/cm2
- Mái Tole

Trang 2


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

2. KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

2.1. Theo phương ngang.

Chiều cao tiết diện chọn theo yêu cầu độ cứng

h =(=((0.65÷0.49)m
 chọn h=0.6m=60cm

Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột

Trang 3


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

Giằng cột
3. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
3.1. Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải )

Độ dóc mái là i=10%  =5.71 (=0.995,0.1)
Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng của các mái,trọng lượng bản thân xà gồ ,trọng lượng bản thân
khung ngang .
Qc=0.15 KN/m2

Trang 4


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

3.2. Hoạt tải mái

Theo TCVN 2727-1995 ,hoạt tải sửa
chữa mái là 0.3kN/m2,hệ số vượt tải
1,3.
Ta quy vể tải trọng phân bố đều trên
xà ngang.

3.3. Tải trọng gió.

Áp lực gió tiêu chuẩn =0.83kN/m2. Hệ
số vượt tải =1.2. Căn cứ vào hình
dạng mặt bằng nhà và độ dốc mái, ta
nội suy bảng III.3 phụ lục,ta được
các hệ số khí động
;;;
- Tải trọng gió tác dụng lên cột.
- Phần đón gió
Trang 5


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

-

Trong đó :
ϒQ=1.2 : hệ số tin cậy của gió
W0=0.83KN/m2 Áp lực gió tiêu chuẩn
B=6m : Bước khung
K =1.0288 Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao

C : hệ số khí động : C1= +0.8 (Đón gió)
C3= - 0.5 ( Hút gió)
Phần khuất gió :

-

Tải trọng tác dụng trên mái :
+ Phía đón gió :
+ Phía khuất gió :

Trang 6


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

Gió Trái

Gió phải
4. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

 Tĩnh tải
 Momen
Trang 7


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

 Lực dọc

 Hoạt tải

Trang 8


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

 Momen

 Lực dọc

 Gió trái :
Trang 9


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

 Momen

 Lực dọc

Trang 10

Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

 Gió phải :
 Lực dọc

 Momen

Trang 11


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

Trang 12


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC
TABLE:
Element
Forces Frames
Tiết diện
Text

cột phải
cột phải
cột phải
cột phải
cột phải
cột phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo phải
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái

kèo trái
kèo trái
kèo trái
kèo trái
cột trái
cột trái

Vị trí
m
0
5
10
0
5
10
0
6.03
6.03
9.04
12.1
12.1
18.1
0
6.03
6.03
9.04
12.1
12.1
18.1
0

6.03
6.03
9.04
12.1
12.1
18.1
0
6.03
6.03
9.04
12.1
12.1
18.1
0
5

Tổ hợp
Text
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4

COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4
COMB4

StepType
Text
Max
Max
Max

Min
Min
Min
Max
Max
Max
Max
Max
Max
Max
Min
Min
Min
Min
Min
Min
Min
Max
Max
Max
Max
Max
Max
Max
Min
Min
Min
Min
Min
Min

Min
Max
Max

Trang 13

Lực dọc
KN
-4.18
0.153
4.8
-84.54
-80.21
-75.56
-2.733
-3.018
-3.018
-3.18
-3.341
-3.341
-3.702
-42.96
-45.43
-45.43
-46.68
-47.94
-47.94
-50.48
-3.702
-3.341

-3.341
-3.18
-3.018
-3.018
-2.733
-50.48
-47.94
-47.94
-46.68
-45.43
-45.43
-42.96
-4.18
0.153

Lực cắt
KN
43.176
43.176
43.176
-40.8
-18.3
4.2
14.047
20.389
20.389
32.92
45.452
45.452
70.891

-14.883
-12.03
-12.03
-10.416
-8.801
-8.801
-5.195
5.195
8.801
8.801
10.416
12.03
12.03
14.883
-70.891
-45.452
-45.452
-32.92
-20.389
-20.389
-14.047
40.8
18.3

Momen
KN-m
2.6E-13
147.749
182.998
2.8E-14

-215.88
-431.76
165.281
117.139
117.139
111.456
140.424
140.424
182.998
-3.9018
-79.333
-79.333
-110.85
-138.5
-138.5
-431.76
182.998
140.424
140.424
111.456
117.139
117.139
165.281
-431.76
-140.5
-140.5
-110.85
-79.333
-79.333
-3.9018

2E-13
215.879


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2
cột
cột
cột
cột

trái
trái
trái
trái

10
0
5
10

COMB4
COMB4
COMB4
COMB4

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân
Max
Min
Min
Min

Trang 14

4.8
-84.54
-80.21
-75.56

-4.2
-43.176
-43.176
-43.176

431.757
-3E-13
-147.75
-183


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

5. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN.
5.1. Thiết kế tiết diện cột
i. Xác định chiều dài tính toán

Chọn phương án cột tiết diện thay đổi ,với tỷ số độ cứng của xà và cột
giả thiết bằng nhau ,ta có :
III.

µ=1.2
IV.
vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công thức :
V.
=µ.H=1.2*10=12m
VI.
Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt khung phẳng lấy bằng khoảng cách
giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà ( dầm cẩu
trục,giằng cột,xà ngang…). Giả thiết bố trí giằng cột dọc nhà bằng thép hình chữ C tại
cào trinh +6m,tức là khoảng cách giữa phần cột tính từ mặt móng đến dầm hãm,nên
i. Chọn và kiểm tra tiết diện.
II.

VII.
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
XIII.
XIV.
XV.
XVI.
XVII.
XVIII.

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán :
N= 4.8kN
M= -431.75 kNm
V= -4.2 kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai,trong tổ hợp nội lực do các trường hợp 1,4,7,9
gây ra.
Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :
=(0.65 ÷ 0.49) m vậy ta chọn h=60cm
Bề rộng tiết diện cột chon theo các điều kiến cấu tạo và độ cứng
==
== (0.205 ÷ 0.1367) m  chọn =26 cm
Bề dày bản bụng :
=≥0.6cm  chọn =0.8 cm => tf =1.2 cm

Trang 15


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

XIX.
XX.
Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn :

XXI.

XXII.
 Kiểm tra ổn định tổng thể : N=75.56 KN , M= 183 KN.m , Q= 43.17 KN
XXIII.
+ Ổn định tổng thể trong mặt phẳng :

XXIV.
XXV.

Tra bảng IV.5 phụ lục –với loại tiết diện số 5

XXVI.

Với

XXVII.

Với
Trang 16


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2
XXVIII.

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

nội suy ta có =1.2798

XXIX.

Từ đó

XXX.
XXXI.

Với =1.53 và =15.2751 ,tra bảng IV.3 phụ lục,nội suy ta có =0.053
Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo
công thức sau

XXXII.

-

Để kiểm tra ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung cần tính trị số
moment ở đoạn 1/3 cột dưới kể từ phía có moment lớn hơn.
Vậy trị số của moment tại 1/3 chiều cao cột dưới,kể từ tiết diện vai cột:
=

XXXIII.

XXXIV.
XXXV.

Do đó:

=max(

;

)=max(-122;-91.5)= - 122 kNm

Tính độ lệch tâm tương đối theo

:

XXXVI.

XXXVII.

XXXVIII.
XXXIX.

XL.

Với

= 5 nên ta có

;

ở trên :
theo bảng 2.1 ta có:

từ đó:
Trang 17


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

Với

XLI.

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

= 10 nên ta có

;

ở trên :

XLII.
XLIII.

theo bảng 2.1 ta có:

XLIV.

từ đó:
Từ 2 trường hợp =>

XLV.

XLVI.
với =105.37 tra bảng phụ lục IV.2, nội suy ta có =0.508
Do vậy điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phưởng được kiểm
tra theo công thức sau:

XLVII.
XLVIII.

XLIX.
L.
-

Điều kiện ổn định cục bộ của các bản cánh và bản bụng cột được kiểm tra như sau:
Với bản cánh cột :

LI.
LII.

-

Ở trên ,vì 0.8<

Với bản bụng cột : do

=1.53 < 4 nên tính theo công thức

=12.06 > 1;

=1.545 <2 và khả năng chịu lực của cột được

quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn (

Trang 18

) nên ta có.


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

LIII.

LIV.

Ta có

LV.

vậy ta không cần đặt

LVI.

vách cứng

LVII.

Tuy nhiên
, do vậy bản bụng cột bị mất ổn định cục
bộ,coi như chỉ còn phần bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn lại làm việc.Bề rộng
của phần bụng cột này là

LVIII.
LIX.

Diện tích tiết diện cột ,không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộ:
A´=2*1.2*26+2*0.8*32.94=115.104
> 108.48
 Không cần kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thể
Chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh cột trong tổ hợp tĩnh tải và tải trọng gió trái tiêu

LX.
LXI.

chuẩn là

LXII.
LXIII.

vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu.

LXIV.
LXV.
LXVI.

Trang 19


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

 Chân cột ( khớp) nên chịu nén đúng tâm N=84.54 KN

LXVII.
LXVIII.

LXIX.

Tra bảng

LXX.
Kiểm tra ổn đinh tổng thể:
LXXI.
5.2. Thiết kế tiết diện xà ngang.

i. Đoạn xà 1 ( tiết diện thay đổi) : khoảng cách xà gồ 1.5 m

LXXII.
LXXIII.

Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực tính toán
N= -50.48 kN
Trang 20


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2
M= -431.71 kN.m

LXXIV.
LXXV.
LXXVI.
LXXVII.

LXXVIII.
LXXIX.
LXXX.

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

V= -70.89kN

Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà,trong tổ hợp nội lực.
Momen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang :

Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu:

LXXXI.
LXXXII. Chọn h=60cm
LXXXIII.
Kiểm tra lại bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt :

LXXXIV.
LXXXV.
LXXXVI.

LXXXVII.

Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang :

Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ kích thước tiết diện của bản cánh được
chọn là

LXXXVIII.

Trang 21


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

LXXXIX.
XC.

Do khoảng cách giữa các xà gồ ( 1.5 m) không lớn nên tỷ số l0/hf không vượt giới hạn

xác đinh theo mục 7.2.2.2 TCVN 5575-2012 :

XCI.
XCII.
Do đó không cần kiểm tran ổn đinh thanh xà ngang

XCIII.
XCIV.

Tính lại các đặc trưng hình học

XCV.
XCVI.

XCVII.
XCVIII.

Do mx=41.74>20 =>

kiểm tra bền theo công thức sau

Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất
tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo:
Trang 22


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

XCIX.
C.

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

Trong đó:

CI.

CII.

CIII.

Vậy
Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng

CIV.
CV.

CVI.
⇒ Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp nén ( không

phải đặt sườn dọc)

CVII.
⇒ Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp pháp và ứng
CVIII.

suất tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng)
Vậy tiết diện đã chọn đạt yêu cầu
CIX.

CX.

Trang 23


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

i. Đoạn xà 2( tiết diện không đổi)

CXI.

CXII.
CXIII.
CXIV.
CXV.
CXVI.

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán

Đây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai,trong tổ hợp nội lực tại đầu xà.
Chon h=40cm
Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang :

CXVII.

CXVIII.
CXIX.

Tính lại các đặc trưng hình học

Trang 24


Bài Tập Lớn KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Lê Văn Phước Nhân

CXX.
CXXI.
CXXII.
CXXIII.

Với ta có >1
Từ đó
không cần kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng
Tại tiết diện đầu xà có momen uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất
tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng theo:

CXXIV.
CXXV.
CXXVI.

Trong đó:

CXXVII.

CXXVIII.

CXXIX.
CXXX.
CXXXI.

Vậy
Do tiết diện xà đ chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn 6.5 m nên không cần kiểm tra ổn
định cục bộ của bản cánh và bản bụng
CXXXII.
5.2.3 Đoạn xà 3 ( tiết diện thay đổi) : khoảng cách xà gồ 1.5 m

Trang 25