Huong dan do an thep II

Hướng dẫn
đồ án môn học kết cấu thép II
Vũ Văn Hiệp Bộ môn Kết cấu Xây dựng

-----------------------------------------------------------------------------------Thuyết minh tính toán
Mặt bằng kết cấu nhà xưởng và
các kích thước của khung ngang

Htr

Hm

I.

hch

Hd

H

q

L

A

B
Sơ đồ khung ngang

Dg

b

Dg

Dct

C1

C1

C1

C1

C1

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct
c3

C2

L1

Dct

C1

Dg

L1

L1

Dct

Dg

đặt tên kc phương án 2
C1

L1

đặt tên kc phương án 1

L1

L1

L

c3

Dct

a

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dct

Dg

Dg

Dct

Dg

Dct

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg

Dg
C1

Dg
C1

Dg
C1

Dg
C1

Dg
C1

Dg
C1

Dg
C1

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

L1

L1

c3

C2

15.B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

MặT BằNG KếT CấU NHà Xưởng

1

12

13

14

15

16

1. Xác định các số liệu tính toán
Từ nhiệm vụ thiết kế đã cho, ta có các số liệu : Q = , L = , H1 = ,
hdcc= , hr = .
Tra bảng 4.2 phụ lục 4 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp cầu trục hai
dầm kiểu ZLK ta có:
* Với Q ta xác định được các số liệu sau:
- Khoảng cách từ đỉnh ray đến đỉnh xe con của cầu trục là
K1 =
- Khoảng cách tối thiểu từ tim ray đến mặt trong của cột trên là
Zmin =
* Với Q và L ta xác định được các số liệu sau:
- Nhịp cầu trục: Lcc = S =
- Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị () :
= (L- Lcc)/2 =
* Khoảng cách từ đỉnh xe con đến đỉnh cột trên (mặt dưới cùng của kết cấu xà
nằm ngang hoặc mặt trần nhà):
a = 200 500 (mm)

2. Kích thước chính của cột
Cột có tiết diện đặc dạng chữ H, đoạn cột trên và đoạn cột dưới có tiết diện như
nhau.
a. Chiều cao cột
- Chiều cao cột trên:
Htr = K1 + hdcc + hr + a = , Chọn Htr =
- Chiều cao cột dưới:
Hd = H1 - hdcc - h r + hch = , Chọn Hd =
- Chiều cao toàn cột:
H = Htr + Hd =

(Lưu ý: Hd , Htr nên chọn chẵn và phù hợp với kích thước tấm tường).
b. Tiết diện cột
(Lưu ý: vẽ tiết diện, ghi đầy đủ kích thước)
- Bề cao tiết diện cột:
h - Zmin = mm,
h (1/10 1/15)H =
Chọn h =
(Lưu ý: h nên chọn chẵn và phù hợp với kích thước rộng của thép bản).
- Bề rộng bản cánh
b (0,3 0,5)h =
b (1/20 1/30)H =
Chọn b =
(Lưu ý: b nên chọn chẵn và phù hợp với kích thước rộng của thép bản).
- Bề dày bản cánh và bản bụng
tf = (1/28 1/35)bf/21 = (f đơn vị là kN/cm2)
tw = (1/60 1/120)h =
tw 8 mm, tf tw , tf 60 mm
(Lưu ý: tf và tw phải chọn phù hợp với kích thước bề dày thực tế của thép
bản).
c. Tiết diên vai cột
Vai cột là một công xôn ngắn, tiết diện dạng chữ I
2


tf
h/2

Lv
h

tf

hv

hv1

tw

bv

a

hv

hw

a

a-a
Ls

a

-

Bề cao tiết diện vai cột:
h V - h = mm, chọn h V =
Bề rộng bản cánh vai cột
bV = b =
Bề dày bản cánh và bản bụng vai cột

tw = (1/70 1/100)hV , tw 8 mm, chọn tw =
tf bV /30, tf tw , tf 60 mm, chọn tf =
(Lưu ý: tf và tw phải chọn phù hợp với kích thước bề dày thực tế của thép
bản).

3. Kích thước chính của xà mái và kết cấu cửa mái
Xà mái tiết diện đặc dạng chữ I. Xà được chia thành 4 đoạn lắp ghép, 2 đoạn ở
2 đầu (liên kết với cột) có tiết diện thay đổi, 2 đoạn giữa có tiết diện không thay
đổi.
a. Chiều dài nhịp đoạn tiết diện thay đổi
Ld1 (0,35 0,4)L/2 , chọn Ld1 =
b. Tiết diện xà mái (Lưu ý: vẽ các tiết diện, ghi đầy đủ kích thước)
- Bề cao tiết diện tại nách khung: hd1 L/40, chọn hd1 =
- Bề cao tiết diện đoạn giữa: hd2 0,6hd1 , chọn h d2 =
- Bề rộng bản cánh: bd = (0,2 0,5)h d1 , bd 180 , chọn bd =
- Bề dày bản cánh và bản bụng :
tw = (1/70 1/100)h d , tw 8 mm, chọn tw =
tf bd /30, tf tw , tf 60 mm, chọn tf =
(Lưu ý: tf và tw phải chọn phù hợp với kích thước bề dày thực tế của thép bản.
Đoạn đầu tw lấy theo h d1 , đoạn giữa có thể lấy theo đoạn đầu hoặc tính theo
h d2 ).
c. Kết cấu cửa mái
- Chiều cao kết cấu cửa mái : HCM = (1000 1500) mm = mm
- Nhịp kết cấu cửa mái : LCM = (1/5 1/3)L = mm
- Độ vươn công xôn của dầm cửa mái: La 500 mm =
- Tiết diện của kết cấu cửa mái (cột và dầm): Dùng thép hình chữ I số hiệu .
d. Độ dốc thoát nước mái, chiều cao mái
- Độ dốc thoát nước mái: Mái lợp tôn, độ dốc thoát nước thường chọn i 0,12 .
, có góc nghiêng của mái là =
Chọn i = tg =

3


-

Chiều cao mái: Chiều cao từ điểm giao cánh trên xà mái với cánh ngoài cùng
của cột đến đỉnh trên cùng của xà mái là
Hm = L.tg/2 =
Chiều cao mái ứng với đoạn xà mái đầu tiên (thay đổi TD)
Hm1 = Ld1.tg =
Chiều cao mái ứng với đoạn xà mái giáp đỉnh mái (TD không đổi)
Hm2 = Hm Hm1 =

II.

Hệ giằng của nhà xưởng
Vẽ các hình vẽ có ghi đầy đủ các kích thước cho các hệ giằng của nhà xưởng
(các hệ giằng này cũng được thể hiện trên bản vẽ A1 ), gồm:

1. Sơ đồ kết cấu hệ giằng mái ( lệch phía trên)
phương án 1

phương án 2

a

a

L

a

a

b

a
B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

= 60 m ( 50 ữ 60 m)

B

B

B

B

50 ữ 60 m
15B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Hg1 Hg2

2. Sơ đồ kết cấu hệ giằng cột

Hg1

ĐỉNH RAY

B

1

B

2

B

3

B

4

B

5

B

6

B

7

B

8

B

9

B

10

B

11

B

12

B

13

B

14

B

15

16

3. Chi tiết thanh giằng chống xiên
Thanh chống xiên bằng thép góc (không nhỏ hơn L50x5) liên kết cánh dưới
của xà mái vào xà gồ, để giữ ổn định cho xà mái và cánh dưới của nó khi
khung chịu tải trọng gió bốc.

4

III.

Xác định tải trọng tác dụng vào khung ngang

1. Tĩnh tải
a/ Tĩnh tải mái: (tính toán đưa về tải phân bố đều trên xà mái g)
gc = (g 1c + g2c + g3c)B =
g = ng gc =
Trong đó :
-

g1c là trọng lượng tôn lợp trên 1 m2 mái:
g1c = daN/m2

-

g2c là trọng lượng giằng mái, giăng xà gồ quy đổi trên 1 m2 mái lấy gần
đúng:
g2c = (2 3) daN/m2

-

g3c là trọng lượng xà gồ quy đổi trên 1 m2 mái:
g3c = daN/m2
(sơ bộ giả thiết trước, sau khi tính xong xà gồ ở phần sau thì chỉnh lại số
liệu này)

-

ng là hệ số độ tin cậy của tĩnh tải (hệ số vượt tải):
+ ng = 1,1 khi trong tổ hợp nội lực nội lực do tĩnh tải cùng dấu với nội lực
do hoạt tải hoặc trị số tuyệt đối của nội lực do tĩnh tải lớn trị số tuyệt
đối của nội lực do hoạt tải.
+ ng = 0,9 khi trong tổ hợp nội lực trị số tuyệt đối của nội lực do tĩnh tải
nhỏ trị số tuyệt đối của nội lực do hoạt tải.

-

Lưu ý: Trọng lượng của xà mái và kết cấu cửa mái được phần mềm tính
nội lực tự xác định.

b/ Trọng lượng dầm cầu trục:
Gdct = dctLdct2 = (daN) ,
(trọng lượng dầm cầu trục xác định gần đúng theo công thức trên xem như
bao gồm cả ray và đệm, Gdct đặt tại vai cột. Ldct là nhịp của dầm cầu trục (Ldct
= B) đơn vị tính là m, dct = 24 37)
g
g
Gdct

Gdct

Sơ đồ tĩnh tải trên khung

5


2. Hoạt tải sửa chữa mái:

Hoạt tải sửa chữa mái từ các xà gồ truyền xuống dầm khung (xà mái) gần
đúng xem là tải phân bố đều trên xà mái (p). Hoạt tải này được xét với các
trường hợp tác dụng trên khung là: chất ở nửa nhịp trái, ở nửa nhịp phải và
trên nhịp khung ngang. Giá trị của p được xác định như sau:
p = np.p c.B.cos = 1,3.30.B.cos = (daN/m)
p
p

Sơ đồ hoạt tảI sửa chữa máI ở nửa trái khung

p
p

Sơ đồ hoạt tảI sửa chữa máI ở nửa phải khung

3. Hoạt tải cầu trục:
Từ sức trục Q = , nhịp cầu trục Lcc= tra bảng số liệu về cầu trục (bảng
4.2 phụ lục 4 sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp) có :
-

áp lực bánh xe lên ray

Pmax= Rmax =
Pmin = Rmin =

-

Bề rộng cầu trục

Bct = 2LK =

-

Số lượng bánh xe một bên cầu trục n 0 = 2

-

Khoảng cách hai bánh xe cầu trục R =

-

Trọng lượng xe con của cầu trục Gxecon =

Lấy gần đúng trọng lượng xe con theo các số liệu sau :
Sức trục (tấn)
Gxecon (tấn)

5
0,5

6,3

8

12,5

16

20

25

32

0,61 0,61 0,84 0,84

1,3

1,3

1,67

2,7

6

10


a/ Xác định áp lực thẳng đứng của cầu trục lên vai cột (Dmax , Dmin):
(Xem sách Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp trang 15, 16)
yi =
Dmax = n.nc.Pmax.yi = 1,1.0,85.P max. yi =
Dmin = n.nc.Pmin. yi = 1,1.0,85.Pmin. yi =
r

R

p

y1

r

p

p

p

y2 y 3

y4

B

B

Dmax

Dmin

Sơ đồ tảI dmax , dmin trên khung

b/ Xác định lực xô ngang T vào cột do lực hãm của xe con:
(Xem sách Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp trang 16, 17)
T1c = 0,05.(Q + Gxecon)/n0 =
T = n.nc.T 1c. yi = 1,1.0,85.T1c . y i =
( Lực T đặt tại vị trí trên cột cách trục vai cột một đoạn hv/2+hdct)

T

Sơ đồ tảI xô ngang t trên khung

7


4. Tải trọng gió:

a) Gió ngang nhà

b) gió dọc nhà

a/ Tải trọng gió ngang nhà:
Tải trọng gió tác dụng trên khung xác định theo TCVN 2737-1995
q = n.W0.k.c.B
-

k là hệ số độ cao, để an toàn lấy tải gió trên cột với k ở cao độ đỉnh cột,
gió trên xà mái với k ở cao độ đỉnh mái cửa trời.

-

C là hệ số khí động, xác định theo hình khối của nhà.

-

n = 1,2

-

W0 = .

daN/m2.

*) Xác định hệ số khí động C:
B
Từ góc nghiêng = , h1 H c ... , b ... tra bảng theo sơ đồ 8 tiêu
l

l

L

L

chuẩn TCVN2737-1995 được các giá trị Ce sau:
Ce1 = - 0,8 ;

Ce2 = - 0,6 ;

Ce3 = ,

Ce4 =

hm3

(Ce4 tra bảng theo Ce1 với h1 tính đến mép mái)
ce2= -0,6

c e = +0,7

c e = -0,6
c e = -0,5

c e4

Hc

hm1 hm2

ce1= -0,8

c e = +0,8

c e3
L

*) Xác định hệ số độ cao k:
Công trình xây dựng tại địa điểm có dạng địa hình ., tra bảng 1.2 phụ lục 1
sách Thiết kế khung thép nhà công nghiệp có:
8


kcột = . ,

kmái =

*) Xác định tải trọng gió ngang nhà vào khung:
qm4

qm3
qm2

qm1

qm5

qm6

q

qh

Sơ đồ tảI gió ngang nhà trên khung

qđ = 1,2.W0.kcột.0,8.B =
qh = 1,2.W0.kcột.Ce3.B =
qm1 = 1,2.W0.kmái .Ce4.B =
qm2 = 1,2.W0.kmái .0,7.B =
qm3 = 1,2.W0.kmái .0,8.B =
qm4 = qm5 = 1,2.W0.kmái.0,6.B =
qm6 = 1,2.W0.kmái .0,5.B =
b/ Tải trọng gió dọc nhà:
*) Xác định hệ số khí động C:
Từ các tỷ số h1 H1 ... , b L ... (H1 = Hc + Hm1 + Hm2 = ) tra bảng
l B
l B
theo sơ đồ 2 tiêu chuẩn TCVN2737-1995 được giá trị Ce3 sau:
hm3

Ce3 =

hm1 hm2

c e = -0,7

Hc

c e = -0,7

c e3

c e = -0,7

c e3

c e3
c e = -0,7

c e3

L

*) Xác định tải trọng gió ngang nhà vào khung:
9


qm7

qm7
qm8

q m7

qm8

qm7

qc

qc

Sơ đồ tảI gió dọc nhà trên khung

qc = 1,2.W0.k cột.Ce3.B =
qm7 = 1,2.W0.kmái .0,7.B =
qm8 = 1,2.W0.kmái .Ce3.B =

IV.

Thiết kế xà gồ:

1. Thit k x g dựng thộp hỡnh cỏn núng
a, Chn tit din x g
H thng x g mỏi c b trớ nh hỡnh v, ging x g dựng thộp trũn 14, ging ti
gia nhp x g.

n.d

c

a

L

dd dd

n.d

b

a
B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

15.B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

mb bố trí xà gồ trên cửa mái

10

11

12

14

15

16

MB bố trí xà gồ trên dầm mái

- Ti trng tỏc dng lờn x g:
q1 c = (g1c + p c.cos).d1 = ...
(trong ú d 1 = d/cos = ..., d l k/c x g trờn mt bng)
q1xc = q 1c.sin = ...

13

q1yc = q 1c.cos = ...

q1 = (g 1c.n g + n p.p c.cos).d 1 = ...
10

q1x = q 1.sin = ...

q1y = q 1.cos = ...

Sơ đồ phân tích tảI trọng theo phương x và y

- S b chn tit din x g:
qx

B/2

qy

B/2

B

B

qx B2
32

My

Mx
q y B2
8

Sơ đồ tính nội lực xà gồ

X g bng thộp hỡnh ch C, c trng tit din cn thit ca x g l

My
1
B2
q
Wxct
(M x
)
(q1y 1x ) ...
R
kw
8 R
4k w
I xct

c
5B3 q1y

...
384E [ / l]

(H s kw cú th ly k w = 0,13 0,21 , s nh ng vi thộp C22, s ln ng vi thộp
C10)
T Wxct v Ixct tra bng thộp hỡnh chon x g l thộp C... v cú c trng tit din ca
x g bng sau
Loi
tit din

C

h xg

b xg

Ix

Iy
4

4

Wx

Wy

3

3

g

(mm)

(mm)

(cm )

(cm )

(cm )

(cm )

(daN/m)















b, Tớnh toỏn kim tra x g vi t hp ti trng gm: tnh ti v hot ti sa cha
mỏi
11


q c = q 1 c + gxgc = …
q xc = q c.sin = ...

q yc = q c.cos = ...

q = q1 + n g.g xgc = ...
q x = q.sin = ...

q y = q.cos = ...

Mômen lớn nhất theo hai phương:

Mx 

q y B2
8

2

 ...

; M y  q x B  ...
32

* Kiểm tra bền theo công thức:

M
 = x+ y = M x  y  f.γ c
Wx Wy
=…
* Kiểm tra độ võng:
2

2

Δ
 Δx   Δy 
Δ 
 
     
B
 B  B
 B

Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp B của xà gồ, 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 đầu xà gồ một khoảng z = 0,421.B/2 = 0,21B (tại đây có x lớn nhất):
- Độ võng tại giữa nhịp:
c
3
Δ 5.q y .B
1
Δ 

 ...    
B 384.E.I x
 B  200

- Độ võng tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0,21B:

Δx
5.q cx .B3

 ...
B 2954.E.I y

Δy
B



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

 ...

Δ
Δ
Δ
1
Δ
 ( x ) 2  ( y ) 2  ...    
B
B
B
 B  200
c, Tính toán kiểm tra xà gồ với tổ hợp tải trọng gồm: tĩnh tải và hoạt tải gió
q xc = (g1c.d 1 + gxgc).sin = ...
q yc = W0.k m¸i.0,7.d1 - (g1 c.d 1 + gxgc).cos = …
q x = 0,9.(g1c.d 1 + gxgc).sin = ...
q y = 1,2.W0.k m¸i.0,7.d 1 – 0,9.(g1 c.d 1 + gxgc).cos = …
12


Mômen lớn nhất theo hai phương:

Mx 

q y B2
8

2

; M y  q x B  ...
32

 ...

* Kiểm tra bền:
M
 = x+ y = M x  y  f .γ c
Wx Wy

=…
* Kiểm tra độ võng:
- Độ võng tại giữa nhịp:
c
3
Δ 5.q y .B
1
Δ 

 ...    
B 384.E.I x
 B  200

- Độ võng tại điểm cách xà mái (gối, đầu xà gồ) một khoảng z = 0,21B:

Δx
5.q cx .B3

 ...
B 2954.E.I y

Δy
B



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

 ...

Δ
Δ
Δ
1
Δ 
 ( x )2  ( y ) 2  ...    
B
B
B
 B  200
Kết luận: ...
Để mái tôn không bị bốc khi chịu gió bão, cần bắt vít tôn vào xà gồ với số lượng 6~8

chiếc /m2 .

2. Xà gồ dùng thép hình dập nguội
Từ giá trị tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) q gió = … kN/m, nhịp B =
… mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng S200 chọn được xà gồ là thép
Z số hiệu là Z…. (xem phụ lục 3- sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp”).
Các đặc trưng hình học tiết diện xà gồ:
A = ... cm 2
Ix = ... cm4 ; rx =

I x = ... cm
A

Iy = … cm 4 ; ry =

Iy

4

= ... cm

A

I 'x = … cm ;

r x’ =

4
I'y = … cm ;

r y’ =

I'x = ... cm
A

I'y

= ... cm

A
13


*) Kiểm tra khả năng tham gia làm việc cùng
hệ giằng mái của xà gồ :
- max = y = B/ry = …
- λ' max  λ' y = y = B/ry’ = …
(Khi max và λ' max  λ' y nhỏ hơn hoặc bằng 200, xà gồ có khả năng tham gia làm thanh
chống trong hệ giằng mái).

V.

X¸c ®Þnh néi lùc khung
1. S¬ ®å tÝnh néi lùc khung
H0 ≈ h d1/cos - h.tg = … m
Hx = H0 + Hm1 – hd2 /(2cos) = … m
l1 = Ld1 – h = …

β1  artg(
β 2  artg(

h 2d1
)  ...
4(l12  H 2x )  h 2d1
l1
)  ...
Hx

1 = 90o - 1 - 2 = …
Hd1 = (l1 + h/2).tg1 = … m
Hco = Hx – Hd1 = … m
Hd2 = (0,5.L - 0,5.Lcm - Ld1).tg = … m
Hd3 = 0,5.Lcm.tg = … m
Hd4 = La.tg = … m
H1 = Hd – hV/2 = … m
H2 = Htr + h V/2 + HC0 = … m
Ltt = L – h = …

m

LV =  - h/2 = … m

14




H d3
H d4

H cm

˜ H cm

˜ H cm
H m2



H m1

La

h d1

H0

H d3
H d2

h d2

L cm

La

H d1

H C0

H C0
L cm /2

L d1

H tr

L b = (L - Lcm)/2 - L d1

L d1 -h/2

Hv
Lv

Hd

1/2 S¬ ®å tÝnh néi lùc khung k1

1/2 S¬ ®å kÝch th­íc khung k1
h

h
_
2

L tt
L/2

L tt /2

A

15

H tr

H2

Hd

H1

hv
__
2


H x2


H m2

2
H m2
h_d_2
2

H m1

1

H x1

2

1
h_d_1
2



H0

1

1  artg
H d1
Hx

h d1

h_d_1

 2  artg

2

h 2d1
2
4L21  4H 2x  h d1

L1
;   900  1   2
Hx

H C0

h/2

L1

L2

h

V× α1 vµ α chªnh nhau nhá, gÇn ®óng xem tiÕt diÖn cña dÇm 2 t¹i chç nèi víi dÇm 1 vu«ng gãc víi trôc cña dÇm 1:
Hx = H0 + Hm1 – hd2 /(2cosα);

Hx1 = Hm1 – hd2 /(2cosα);

Hx2 = h d2/(2cosα);

Hd1 = (h/2+L1)tgα1
HC0 = Hx – Hd1

16


Hd3

Hcm

Hcm

Hd3
Hd2
Hd1

Lcm/2
Lcm

La

Ld1-h/2

Lv

H2

Lv
H
H1

Ltt/2

Ltt/2
Ltt

Sơ đồ tính nội lực khung

2. Xác định nội lực khung với các trường hợp tải trọng:

Nội lực khung sử dụng phần mềm SAP2000 để tính toán. Nội lực xác định
riêng rẽ cho từng trường hợp tải trọng, gồm các trường hợp:
a) Tĩnh tải:
b) Hoạt tải sửa chữa mái ở nửa trái xà mái: (sau đó suy ra kết quả nội lực
khung cho trường hợp hoạt tải sửa chữa mái ở nửa phải xà mái bằng cách
lấy đối xứng qua trục đối đối xứng của khung)
c) Tải DMAX ở cột trái DMIN ở cột phải: (sau đó suy ra kết quả nội lực khung
cho trường hợp DMIN ở cột trái DMAX ở cột phải bằng cách lấy đối xứng qua
trục đối đối xứng của khung)
d) Tải T ở cột trái: (Nội lực mang dấu , sau đó suy ra kết quả nội lực khung
cho trường hợp T ở cột phải bằng cách lấy đối xứng qua trục đối đối xứng
của khung)
e) Gió ngang nhà từ trái qua phải: (sau đó suy ra kết quả nội lực khung cho
trường hợp gió ngược lại bằng cách lấy đối xứng qua trục đối đối xứng của
khung)
f) Gió dọc nhà:

(Vẽ biểu đồ nội lực của các trường hợp tải trọng)
3. Tổ hợp nội lực:
(Lập bảng thống kê nội lực khung cho các trường hợp tải trọng và bảng tổ hợp
nội lực cho các tiết diện cột v các đoạn xà mái).
Tổ hợp nội lực cho các tiết diện được thực hiện theo Tổ hợp cơ bản 1 và Tổ
hợp cơ bản 2. Trong mỗi Tổ hợp cơ bản này mỗi tiết diện cần tìm các cặp
nội lực tổ hợp sau:
- M(+)max , Vtư , Ntư .
- M(-)max , Vtư , Ntư .
- N(+)max , Mtư , Vtư .
(-)
- N max , Mtư , Vtư .
- Vmax .

17


VÞ trÝ c¸c tiÕt diÖn cÇn tæ hîp néi lùc

18


B¶ng thèng kª néi lùc
Loại tải trọng
Cấu
kiện

1

Tiết
diện

2

Nội
lực

Tải trọng thường
xuyên

Hoạt tải mái trái

Hoạt tải mái phải

n g =1,1

n g =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

n c =1,0

n c =0,9

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

3

Dmax ở cột trái

Dm ax ở cột phải

Tma x ở cột trái

Tmax ở cột phải

Gió ngang trái

Gió ngang phải

Gió dọc

M
Cột

A

N
V

B¶ng tæ hîp néi lùc
Tæ hîp c¬ b¶n 1
CÊu
kiÖn

TiÕt
diÖn

Néi lùc

M (+)max
N t­ V t­

M (-)-max
N tu V tu

N (+)max
M t­ V tu

Tæ hîp c¬ b¶n 2
N (-)max
M t­ V tu

TH t¶i träng
M
Cét

A
N
V

19

V max

M (+)max
N tu V tu

M (-) max
N t­ V tu

N (+)max
M t­ V tu

N (-)max

M t­ V tu

V max


VI. tính toán kiểm tra cột và xà mái

Chiều dài tính toán của cột và xà mái

1.

Chiều dài tính toán của cột và xà mái xác định theo sách Thiết kế khung thép
nhà công nghiệp như sau:

a. Chiều dài tính toán của cột :
lx =.H

- Trong mặt phẳng khung:

tra bảng theo tham số GT = L xà.Ic/(H.Ixà) =
(trong đó: H chiều cao cột, Lxà = Ltt /2, Ltt - nhịp tính toán của khung, Ic
mômen quán tính của tiết diện cột, Ixà - mômen quán tính của tiết diện xà mái
tại vị trí cách nút khung 0,4lxà).
Bảng tra hệ số theo tham số GT
GT

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

4,0



1,00

1,10

1,15

1,23

1,30

1,35

1,40

1,47

GT

5,0

6,0

8,0

10

15

20

30

50



1,50

1,60

1,70

1,75

1,83

1,90

1,95

2,00

- Ngoài mặt phẳng khung:

ly = a

(a khoảng cách hai điểm giằng cột)

b. Chiều dài tính toán của xà mái :
- Trong mặt phẳng khung:

lx = Ltt

- Ngoài mặt phẳng khung:

ly = a

(a khoảng cách hai điểm giằng mái)

2.

Tính toán kiểm tra tiết diện cột

a. Nội lực tính toán cột:
Các cặp tổ hợp nội lực nguy hiểm để tính toán cột :
Từ bảng tổ hợp nội lực, qua các tiết diện B, Ct , Cd và A chọn ra các cặp nội

lực nguy hiểm
(1)
M(+)max , Ntư , Vtư
M(-) max , Ntư , Vtư
(2)
Mtư , Vtư , N(-)max
(3)
(+)
Mtư , Vtư , N max (4)
Vmax
(5)
Cột được kiểm tra với từng cặp tổ hợp nội lực trên, riêng hai cặp tổ hợp (1) và
(2) chọn ra một cặp nguy hiểm hơn để kiểm tra tiết diện cột trên (vì ở đây
dùng tiết diện đặc dạng chữ H đối xứng).
Lưu ý: Trong tính toán cụ thể, rất có thể không có đầy đủ 5 tổ hợp nội lực
phân biệt như trên, ngoài tổ hợp Vmax còn 4 trường hợp trên có khi chỉ có một
20


cặp, có khi có hai cặp (1) và (2) còn cặp (3) trùng vào một trong hai cặp trên,


b. Kiểm tra tiết diện cột

x

*) Các đặc trưng hình học của tiết diện

y

y
tw

ix = , iy = ,

b0

Iy = ,

b

A = , An = , Ix = ,
Wx = , S x = , S xc =

x

*) Kiểm tra tiết diện cột theo điều kiện bền

tf

tf

h

N M


... fc
A n Wx
max

hw

VmaxSx
... fvc
Ix t w

td 12 312 ... fc

c
trong đó 1 h w ... , 1 VSx ...
Ix t w
h

*) Độ mảnh, độ mảnh quy ước và kiểm tra độ mảnh

x = , x = , y = ,
max = max(x, y) = < [] = 120 hoặc = [] , nếu > [] thì phải chọn
lại tiết diện cột, hoặc làm giảm chiều dài tính toán của cột trong trường
hợp có thể.
*) Độ lệch tâm m, m1 và mx
- Độ lệch tâm tương đối m:

m

M A
...
N Wx

- Độ lệch tâm tính đổi m1:

Với x = , m = , Af/Aw = tra bảng II.4 phụ lục II sách Thiết kế kết
cấu thép nhà công nghiệp được
=
m1 = m =
- Độ lệch tâm tương đối mx:
+ Giá trị mômen tính toán Mx
Gọi mômen có trị số lớn nhất đã chọn để tính toán cột là Mmax và mômen có
giá trị lớn nhất trong đoạn 1/3 giữa cột trên là Ml/3 có:
Mx = max(Ml/3 , M max /2)
+ mx = MxA/(NWx) =
21


*) Kiểm tra cột theo điều kiện ổn định tổng thể
-

Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn
Từ x = và m1 = tra bảng II.2 phụ lục II sách Kết cấu thép, cấu kiện
cơ bản xuất bản năm 2006 được e =
N/(eA) = < fc hoặc = fc , nếu > fc thì phải chọn lại tiết diện cột.

-

Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn
+ Khi mx 5, xác định c như sau:
Từ mx = và c = 3,14 E f = tra bảng II.5 phụ lục II sách Thiết kế
kết cấu thép nhà công nghiệp xác định được
= ... và = ...
c = /(1 + mx) =
+ Khi mx 10, xác định c như sau:

Từ y = và f = tra bảng II.1 phụ lục II sách Kết cấu thép, cấu kiện
cơ bản xuất bản năm 2006 xác định được y =
Xác định thông số : l0 = a = (a k/cách các điểm liên kết giằng mái)
2

ht 3
l t
8 0 f 1 w3 ...
hb 2bt f
Xác định hệ số :
= 2,25 + 0,07

khi 0,1 40

= 3,6 + 0,04 - 3,5.10 -5 2

khi 40 < 400

Xác định hệ số 1 :
2

1 =

Iy h E
...

I x l0 f

Xác định hệ số b :
b = 1 =

khi 1 0,85

b = min(0,68 + 0,211 ; 1,0) =

khi 1 > 0,85

Hệ số c :

c
1

1
...
m x y

b

+ Khi y > c thì c c max

c max

2
16 M
1 1 x
Nh f
2

22

2


Trong đó:



4(I x I y )
h f2 A

0,156I t
2
A

,

y

hf

2

It = 0,433biti3 (bi và ti là bề rộng và bề dày các bản thép
của tiết diên)
Kết quả kiểm tra ổn định tổng thể của cột ngoài mặt phẳng uốn:
N/(cyAng) = < fc hoặc = fc , nếu > fc thì phải chọn lại tiết diện cột.
*) Kiểm tra cột theo điều kiện ổn định cục bộ
(xem tài liệu, trang 222 225 sách Kết cấu thép cấu kiện cơ bản xuất bản
năm 2006 do PGs. Phạm Văn Hội chủ biên hoặc trang 37, 38,41 sách
Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp do Gs Đoàn Định Kiến chủ biên)

b0 b0 , độ mảnh giới hạn của bản cánh b 0

t
t f t
theo bảng 4.4 sách Kết cấu thép, cấu kiện cơ bản xuất bản năm 2006.
- Đối với bản cánh:

E phải đặt các sườn
h w h 0 , khi h w
2,2

tw t
tw
f
ngang. Độ mảnh giới hạn của bản bụng h 0 theo bảng 4.3 sách Kết cấu
t
thép, cấu kiện cơ bản xuất bản năm 2006.

- Đối với bản bụng:

3.

Tính toán kiểm tra tiết diện xà mái

a. Kiểm tra tiết diện (I-I) tại nách khung:
*) Nội lực tính toán:
Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm để tính toán sau
(1)
(2)

(3)
(4)
(5)

b

y

tf

M(+) max , Ntư , Vtư
M(-)max , Ntư , Vtư
Mtư , N(-)max , Vtư
Mtư , N(+)max , Vtư
Vmax

*) Các đặc trưng hình học của tiết diện
Ix = ,

Iy = ,

Wx = ,

Wy = ,

tw
hw

An = ,

h

A=,

x

x

Sx = , Sxc = .
b0

tf

*) Kiểm tra bền :
N
M


... fc
A n Wx
V S
max max x ... fvc
Ix t w
23

y


td 3 ... fc
2

1

2
1

c
trong đó 1 h w ... , 1 VSx ...
Ix t w
h

*) Kiểm tra ổn định tổng thể :
Trường hợp bản cánh xà mái chịu ứng suất nén, xà mái có thể bị mất ổn định tổng
thể. Vậy phải kiểm tra ổn định tổng thể của xà mái với trường hợp cụ thể sau:
- Trường hợp cánh nén do chịu M và Nkéo (lực kéo nhỏ) hoặc khi mx =MA/(WNnén)
> 20 bỏ qua lực dọc và kiểm tra ổn định tổng thể của xà như sau:
M/(bW) fc

b xác định như đã nêu ở phần trên.
Trong trường hợp này không phải kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định tổng thể
của xà mái khi l0 l0 , trong đó độ mảnh ngang quy ước giới hạn không phải
b b
tính toán kiểm tra ổn định tổng thể của dầm là
b
b b E , khi b/t < 15 lấy b/t =
l0




0,

41
0,0032
0,73
0.016
f
f




b
tf
tf h tf f

15.
l0 là chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng uốn của dầm, là khoảng cách các điểm
liên kết dầm với hệ giằng mái.
- Trường hợp nén uốn có mx 20 tiến hành kiểm tra như đã nêu ở phần cột.
*) Kiểm tra ổn định cục bộ :
- Đối với bản cánh:

b0
E
.. 0,5
f
tf

- Đối với bản bụng:

hw

E
3, 2
f
tw

b. Kiểm tra tiết diện nhỏ (II-II, III-III):
*) Nội lực tính toán:
Từ bảng tổ hợp nội lực, chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm từ tiết diện II-II,
III-III để tính toán sau
b

y

tf

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)

hw

tw
h

M(+) max , Ntư , Vtư
M(-)max , Ntư , Vtư
Mtư , N(-)max , Vtư
Mtư , N(+)max , Vtư

Vmax

x

x

*) Các đặc trưng hình học của tiết diện
An = ,

Ix = ,

Iy = ,

Wx = ,

Wy = ,

b0

tf

A=,

Sx = , Sxc = .
*) Kiểm tra bền :
24

y

N M

... fc
A n Wx

max

VmaxSx
... fvc
Ix t w

td 3 ... fc
2
1

2
1

c
trong đó 1 h w ... , 1 VSx ...
Ix t w
h

*) Kiểm tra ổn định tổng thể :
Trường hợp bản cánh xà mái chịu ứng suất nén, xà mái có thể bị mất ổn định tổng
thể. Vậy phải kiểm tra ổn định tổng thể của xà mái với trường hợp cụ thể sau:
- Trường hợp bản cánh có ứng suất pháp nén khi chịu M và Nkéo (lực kéo nhỏ)
hoặc khi chịu nén uốn có mx =MA/(WNnén) > 20, bỏ qua lực dọc và kiểm tra ổn

định tổng thể của xà như sau:
M/(bW) fc

b xác định như đã nêu ở phần trên.
Trong trường hợp này không phải kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định tổng thể
của xà mái khi

l0 l0
, trong đó độ mảnh ngang quy ước giới hạn không phải

b b

tính toán kiểm tra ổn định tổng thể của dầm là

b
b b E , khi b/t < 15 lấy b/t =
l0
f
f
b 0, 41 0, 0032 t 0,73 0.016 t h t f

f
f
f

15.
l0 là chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng uốn của dầm, là khoảng cách các điểm
liên kết dầm với hệ giằng mái.
- Trường hợp nén uốn có mx 20 tiến hành kiểm tra như đã nêu ở phần cột.
*) Kiểm tra ổn định cục bộ :

- Đối với bản cánh: b 0 .. 0,5 E
tf
f
- Đối với bản bụng: h w 3, 2 E
tw
f

4.

Kiểm tra chuyển vị ngang của đỉnh cột:

1

H 300
là chuyển vị ngang đỉnh cột do tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn bất lợi nhất gây
ra.

25