Thuyết minh Thiết kế Khung nhà công nghiệp 1 Tầng

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

ĐỒ ÁN THÉP II
THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
CHƯƠNG 1

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

1.1: Các số liệu thiết kế :
- Nhòp nhà : L = 24 m
- Cao trình đỉnh ray : Hr = 9 m
- Sức trục : Q = 300 KN
- Gió vùng II : wtc = 0.55 KN / m2 .
Các số liệu tra bảng :
Từ số liệu thiết kế , chọn loại ray KP70, có các đặc trưng :
-Hk = 2750 mm
-Bề rộng cầu trục :Bk = 6300 mm
-Nhòp cầu trục : Lk = 22.5m .
- Khoảng cách 2 trục bánh xe : K = 5100 mm .
-Khoảng cách tim ray đến mút ngoài cùng của cầu trục : B1 = 300 mm
-F=500mm ,
1.2: Kích thước theo phương đứng :
1.2.1:Cột dưới
Chiều cao ray và đệm : giả đònh lấy bằng hr =200 mm
Chiều cao dầm cầu chạy : hdcc =1/10 B = 600 mm
Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất : hm = 0 .
Chiều cao gabarit cầu trục : Hk = 2750 mm
Độ võng dàn mái : 1/10 nhòp nhà : f = 300 mm
Từ đó tính được :

Hd = Hr – hr –hdcc + hm
= 9000 – 200 – 600 + 0
= 8200mm.
1.2.2:Cột trên
Chiều cao gabarit cầu trục : Hk = 2750 mm
Độ võng dàn mái : 1/100 nhòp nhà : f = 240 mm
H t = hr + hdcc + H k + 200 + f
= 200 + 600 + 2750 + 200 + 240 = 3990 mm
Chọn Ht = 4000 mm
Hd = 8200 mm
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
1


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

1.3 Xác đònh kích thước theo phương ngang :
Nhòp nhà xưởng :
L = 24000mm
Nhòp cầu trục:
Lk = 22500mm
Kích thước phần đầu B1 = 300mm
Khe hở an toàn giữa mép cột trên và cần trục D= 70mm
- Khoảng cách từ tim ray đến trục đònh vò :
L − LK 24000 − 22500
λ=
=
= 750mm

2
2
-Chiều cao tiết diện cột trên , chọn sơ bộ :
1
× 4000 =400 mm
ht = 1/10 Ht =
10
Chọn ht =500mm
-Khoảng cách trục đònh vò đến mép ngoài cột
a ≥ ht + B1 + D − λ = 500 + 300 + 70 -750 = 120mm, chọn a = 250 mm , trục đònh vò
trùng tim cột trên
- Bề rộng cột dưới xác đònh theo công thức :
hd = λ + a = 750 + 250 = 1000 mm .
Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng khung ngang
1 1
hd ≥ ( − ) H d =750-820mm
10 11
1
hd ≥
( H d + H tr ) =610mm
20

Q=30T

MẶT CẮT KHUNG NGANG
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
2


GVHD :Ths NGÔ VI LONG

K

B1

d dcc

hr H

hct
a

H

t

D

100

f

h0

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

Nhòp cầutrục LK

H

d

hd

A

II) XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG :
1)Tónh tải mái :
Trọng lượng các lớp mái :
Panen cỡ lớn :
1.5KN / m2 . hệ số vượt tải n = 1.1
Bêtông cách nhiệt
0.4KN/ m2 . hệ số vượt tải n = 1.2
Lớp chống thấm
0.1KN / m2
n = 1.2
Vữa tô trát
0.8 KN /m2
n = 1.2
Gạch lá nem
1.2 KN / m2
n = 1.1
tt
Tổng tải trọng tính toán : g = 1.5x1.1 + 0.4x1.2 + 0.1x1.2 + 0.8x1.2 + 1.2x1.1
= 4.53KN / m2 .
g tt
4.53
tt
Tải tính toán tính trên mặt bằng g o =
=

=4.55 KN / m2
0
.
995
cos α
tc
Trọng lượng kết cấu mái cộng hệ giằng :g 1 = 0.3 KN / m2 . hệ số vượt tải n = 1.2
tt
Giá trò tính toán
g 1 = 0.3x1.2=0.36 KN / m2
tc
Trọng lượng kết cấu cửa mái :
g 2 = 0.12KN / m2. hệ số vượt tải n = 1.2
tt
Giá trò tính toán
g 2 = 0.12x1.2=0.144 KN / m2
Tải trọng các lớp lợp + hệ kết cấu mái + hệ giằng coi như phân bố đều trên suốt nhòp
nhà xưởng .
∑ g tt = g 0tt .B + g1tt .B + g 2tt .B.l / L = 4.55 × 6 + 0.36 × 6 + 0.144 × 6 × 12 / 24 = 29.892 KN / m
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

2) Tải trọng sửa chửa mái : Hoạt tải .
Theo TCVN 2737 -1995 :
Mái lợp panen btct : 0.75KN/ m2 mặt bằng nhà xưởng . n = 1.3

Độ dốc mái i = 10% ⇒ cos α =0.995
0.75
tt
× 1.3. = 0.980 KN / m 2 .
Giá trò tính toán : p ht =
cos a
Tải sửa chửa dồn về một khung thành tải phân bố đều :
p httt .B = 0.980 × 6 = 5.879 KN / m .
3) Áp lực cầu trục lên vai cột :
Dmax = nQ .nc .Pmax .∑ y i

Dmin = nQ .nc .Pmin .∑ y i , nQ=1.2 ; nc = 0.85.
Tra bảng cầu trục có được : Pmax = 315KN .
Tổng trọng lượng cầu trục : G = 385 T .
Số bánh xe một bên ray : n0 = 2 .
Pmin = 95 KN
Dùng lý thuyết đường ảnh hưởng cho hệ dầm đơn giản , xắp tải và khảo sát hàm
tuyến tính để tìm ra vò trí các bánh xe dầm cầu chạy cho giá trò max của ∑ y i .

P3

P1

Y3

P2

Y1

Y2

P4

Y4

Với số liệu cụ thể : B = 6300mm . K = 5100mm , thì cách xắp tải như sau sẻ cho giá
trò max ( ∑ y i ) từ đó sẻ cho giá trò max của áp lực lên vai cột :
6 − 1.2
6 − 5.1
× y1 =0.8 ;
× y1 =0.15 ; y4= 0
y1= 1 ;
y2=
y3 =
6
6
∑ yi = y1 + y 2 + y3 = 1.95
Dmax = nQ .nc .Pmax .∑ y i = 1.2x0.85x315x1.95 = 626.535 KN.
Dmin = nQ .nc .Pmin .∑ yi = 1.2*0.85*95*1.95 = 188.955 KN.

4) Lực xô ngang của cầu trục :
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng

4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Các số liệu :
Gxc = 120 KN.
Móc mềm có : fms = 0.1 .
n’xc = 2 : số bánh xe hãm .
nxc = 4 : tổng số bánh của xe con .
Lực hãm ngang tác dụng lên toàn bộ cầu trục :
T0 = 31.5 KN .
Lực ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe lên cầu trục do hãm :
T
31.5
T1 = 0 =
= 15.75.KN .
n0
2
Lực xô ngang cầu trục :
T = n.n1T1 ∑ yi = 1.1 * 0.85 *15.75 * 1.95 = 28.717 KN

Lực xô ngang ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy . .
5) Tải trọng gió :
Cao trình thanh cánh dưới : H = 12.2 m → k = 1.21 .
Cao trình đỉnh mái : H = 9.2 +2.2x2+ 12x0.10 = 14.8 m → k = 1.25 .
1.25 + 1.21
ktb =
= 1.23.
2
Tải trọng gió gồm :
Tải phân bố tác dụng lên cột
Tải tập trung đặt tại đáy vì kèo .
W = n.q 0 .kB ∑ ci hi
W ' = n.q 0 .kB ∑ ci' hi .

-0.8
0.7

-0.6
-0.6

-0.561

-0.6
-0.528

0.8

MẶT CẮT KHUNG NGANG

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
5


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Các số liệu có :
q0 = 83 daN / m2 .
n = 1.3 , hệ số vượt tải .
B=6m.
1
→ α = 8.530

15
H 15.4
=
= 0.64
L
24
Từ α và H / L , nội suy có được c1 = -0.561 .
Tính c3 : H / L = 0.64 .
∑ B / L = 120 / 24 = 5.
Tính c1 bằng tra bảng và nội suy : i =

→ c3 = -0.528 .
Tính tải tập trung :
W = n.q 0 .kB ∑ ci hi = 1.3x83x1.23x6x(0.8x2.2-0.561x0.6+0.7x2.2-0.8x0.6) =

= 1977.536 daN = 19.775 KN .
W ' = n.q 0 .kB ∑ ci' hi . = 1.3x83x1.23x6x(-0.6x0.6-0.6x2.2 -0.6*0.6-0.528*2.2) =
= -2549.4daN = -25.494 KN .
Tính tải phân bố đều :
q = nq0 .B.k .c = 1.3 × 83 × 6 × 1.21 × 0.8 = 626.68daN = 6.266 KN .

q ' = nq0 .B.k .c ' = 1.3 × 83 × 6 ×1.21× (−0.528) = −413.61daN = −4.136.KN .
III) XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG VÀ TỔ HP NỘI LỰC :
III.1 TĨNH TẢI :
J cd
J
= 7; d = 30.
Các giả thiết tính toán :
J ct
J ct

Các số liệu tính toán :
tónh tải coi như phân bố đều , có giá trò tính toán : N = 29.892 KN/m .
Ht = 4 m , Hcd = 8.2 m , độ lệch tâm e = 250mm.
Nhòp L = 24 m .
Bỏ qua trọng lượng cột .

29.892KN/m

29.892KN/m

M

BT1

BT2

Giải bài toán 1 :
Lực dọc trong cột trên khung :
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
6


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

N2 = Ql / 2 = 29.892x24 / 2 = 358.704 KN .
→ Moment lệch tâm ở vai cột : M = N2 x e = 358.704 x 0.25 = 89.676 KNm .
Hệ cơ bản :
ptct : r11ϕ1 + R1P = 0 .

xa
2 EJ d
2 E × 3.75 J cd
=−
Mômen ở đầu xà ngang do ϕ =1 M B = −
=-0.313EJ
L
24
Mômen ở đầu cột do ϕ =1 gây ra
J
h
4
µ = cd − 1 =7-1=6
α = ctr =
=0.328
J ctr
h 12.2
2
A=1+ αµ =1+0.328x6=3.295
B=1+ α µ =1+0.3282 x6=1.752
3
3
C=1+ α µ =1+0.3283 x6=1.247
F=1+ α µ =1+0.3283 x6=1.081
K=4AC-3B2=4x2.967x1.211-3x1.0692=7.219
cot
4C EJ 1
MB =−
= -0.057EJ
K h

Phản lực ở đầu cột do ϕ =1 gây ra
6 B EJ 1
6 × 1.752
RB =
=
EJ1=0.01EJ1
2
K h
7.219 × 12.2 2
xa
cot
r11= M B + M B =-0.313EJ-0.057EJ=-0.369EJ
ql 2
B
M
r1p= p =
=29.892x242/12=1434.816(KNm)
12
r1 p
1434.816 3887.057
Góc xoay ϕ = −
==
r11
− 0.369 EJ
EJ
Mômen cuối cùng
3887.057
B
xa
xa

-Ở đầu xà M B = M B × ϕ + M p =-0.313EJ ×
+1434.816=220.111 (KNm)
EJ
3887.057
cot
cot
-Ở đầu cột trên M B =- M B × ϕ =-0.057EJ ×
=-220.111(KNm)
EJ
3887.057
RB= R B .ϕ =0.01EJ1
=38.042KN
EJ
Mômen ở vai cột
cot
Mc= M B + RB × hctr=-220.111+38.042x4=-67.944(KNm)
Mômen ở chân cột
cot
MA= M B + RB × h=-220.111+19.54x12.2=243.997(KNm)

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
7


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

B

220.1 11

C

67.944

A

D

243.997

Giải bài toán 2
Moment lệch tâm ở vai cột : Me = N2 x e = 358.704x 0.25 = 89.676 KNm
(1 − 0.328)[ 3 × 1.752(1 + 0.328) − 4 × 1.247]
(1 − α )[ 3B (1 + α ) − 4c ]
M e =MB=x-89.676
K
7.219
=16.653(KNm)
− 6(1 − α )[ B − A(1 + α )] M e − 6(1 − 0.328)[1.752 − 3.295(1 + 0.238)] − 89.676
=
RB=
K
h
7.219
12.2
=-10.771KN
Momen tại các tiết diện khác
tr

M C = MB+RB × h2=16.653-10.771x4=-26.432(KNm)
d

tr

M C = M C + Me=-26.432+89.676=63.244(KNm)
M A = MB+RB × h+ Me=16.653-10.771x12.2+89.676=-25.080(KNm)

B

16 .65 3
64.244

C
26.43 2

A
25.080

D

Tổng tính toán cho cột đối với tỉnh tải
Lưc dọc N=358.704 KN .
Momen
MB=MB1+MB2=-220.111+16.653=-203.458(KNm)
tr
tr
M C = MC+ M C 2 =-67.977-26.432=-94.376(KNm)
d

d

M C = MC+ M C 2 =-67.977+64.244=-4.7
(KNm)
MA=MA1+MA2=243.997-25.08 =218.917(KNm)

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

-203.458
-94.376
-4.70

218.917

III.2. HOẠT TẢI
tt
N ht =5.916KN/m
Tính toán tương tự như tỉnh tải ta có kết qủa
Lưc dọc N=70.992 KN .
Momen
tr
MB = -40.267(KNm)
M C = -18.678(KNm)
MA = 43.326 (KNm)

d

M C = - 0.930 (KNm)

-40.267
-18.678
-0.93

43.326

III.3 ) ÁP LỰC CỦA CẦU TRỤC Dmax , Dmin LÊN VAI CỘT :
Dmax=626.535KN
Dmin=188.955KN

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Dmin

Dmax

Dmax

BT1

Dmin

Mmax

BT2

Rõ ràng ở bài toán 1 không gây ra moment rong khung , vậy chỉ giải bài toán 2 .
Mmax = Dmax * hd/2 = 626.535* 0.5 = 313.268 KNm .
Mmin = Dmin * hd /2 = 188.955*0.5 = 94.478 KNm .
1) hệ cơ bản : chỉ có chuyển vò ngang tại đỉnh cột .

EJ=

Jct
B'

8

B

Mmax

C

C'

Mmin

Jcd

A

BT2

D

ptct : r11 ∆ + R1P = 0 .
6 B EJ 6 × 1.752 EJ
EJ
MB =
2 =
2 =1.457
K h
7.219 h
h2
− 12 A EJ − 12 × 3.295 EJ
EJ
RB =
3 =
3 =-5.478
K h
7.219
h
h3
EJ
EJ h2
EJ
M B ' = M B + R B × h2=1.457 2 -5.478 2 x =-0.339 2
h
h

h
h
EJ
EJ
EJ
M A = M B + R B × h=1.457 2 -5.478 2 =-4.021 2
h
h
h

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
10

Mmin


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

C

EJ=

8

1.475 EJ2
h

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

-0.339 EJ2

h

-4.021 EJ2
h

A

D

Ở cột phải trò số momen cũng như vậy nhưng khác dấu
Phản lực trong liên kết thêm là
EJ
r11=-2 R B =10.995 3
h
Momen do Mmax,Mmin trong hệ cơ bản
M max 313.268
M min
94.478
=
=-3.423
=
=-1.032
Me
M e − 91.512
− 91.512
MB=-3.423x16.994=-58.170(KNm), M B' =-3.423x-26.973 = 92.36(KNm)
tr

M B' =-3.423x64.359=-220.931(KNm),MA=-3.423x-25.593 = 87.612(KNm)
RB=-3.423x-10.992=37.627KN

RC=-1.032x10.992=-11.348KN
d

-58.170
-220.931

-17.544
92.36

87.612

27.847

-66.630

26.423

Phản lực trong liên kêt thêm
r1p=-RB-RC=-37.627+11.348=-26.279KN
Chuyển vò ẩn số

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

− 26.279

h2
∆=−
EJ
==29.266
r11 10.955 3
EJ
h
r1 p

-58.170

42.626

-17.544
B

-220.931

-9.93

-66.630

92.36

-57.549

A
87.612

M1

27.847

0

MP

Kết quả

Cột phải

EJ
h
x1.457 2 -58.170=-15.544(KNm)
h
EJ
EJ
h2
tr
M B' =-0.339 2 x29.266
+92.336=82.406(KNm)
h
EJ
EJ
h2
d
M B' =-0.339 2 x29.266
-220.931=-230.861(KNm)
h
EJ

EJ
h2
MA=-4.021 2 x29.266
+87.612=-30.063(KNm)
h
EJ
MB=29.266

26.423

2

-15.544
-230.861

-30.063

-60.173
82.406 37.77

-56.7

144.098

III.4 NỘI LỰC DO LỰC XÔ NGANG :
Các số liệu : T = 28.717KN , tại cao trình 9.0 m .
ptct : r11 .∆ + R1P = 0.
P
Vẽ các biểu đồ M 1 ; M 0
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng

12

MC=-60.173(KNm)
tr

M C ' =37.777(KNm)
d

M C ' =-56.700(KNm)
MD=144.098(KNm)


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Biểu đồ M 1 đã được vẽ ở III.3
h − h p 12.2 − 9
P
Vẽ M 0 , , λ =
=
=0.262
12.2
h
 (1 − λ ) 2 [ (2 − λ ) B − 2C ]
(α − λ ) 2 [ (2α + λ ) B − 2C ] 
+
µ
MB= - 
 P× h

K
K


=-37.567KNm
 (1 − λ ) 2 [ 3B − 2 A(2 + λ )]
(α − λ ) 2 [ 3B − 2 A(2α + λ )] 
+
µ
QB =- 
 ×P
K
K


=20.990KN

-37.567
29.602
23.421

0

MP

-6.355

R1P=-QB=20.990KN
− 20.990
r

h2
∆ = − 1 p =EJ =23.375
r11 10.995 3
EJ
h

-37.567

34.049

B
29.602
23.421

-7.931

A
-93.991

MB=-3.518(KNm)
MB’=15.489 (KNm)
MA=-100.346(KNm)

M1

-6.355

MC =-34.049(KNm)
MC’ =7.931(KNm)
MD =93.991(KNm)

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
13

0

MP


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

-3.518

-34.089
30.085
15.489

-100.346

MP

7.931

0

93.911

III.5 NỘI LỰC DO TẢI TRỌNG GIÓ GÂY RA :

Hệ cơ bản :

W

W

q

q

HCB

Chỉ có một ẩn chuyển vò ∆ ở đầu cột .
Ptct : r11 . ∆ + R1P = 0 .
Vẽ các biểu đồ :
Biểu đồ M 1 đã được vẽ ở III.3
P
Để vẽ biểu đồ M 0 ta có công thức
9 BF − 8C 2 2
qh =-49.675KNm
2K
MB’=33.954KNm
MA=-108.032KNm
MB=-

MB
32.789

-49.675

QB

B
-22.412

33.954

-108.032

A
71.308

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
14


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

2 BC − 3 AF
qh =33.439KN
2K
QC=22.072KN
R1p= -(QB+QC+Wd+Wh)= -(33.439+22.072+16.524+28.361)=-100.397 KN
− 100.397
r1 p
h2
∆=−
EJ =111.806

=10.955 3
r11
EJ
h
QB=-

32.789

-49.675

162.857

B
-37.936 KNm

-449.561

-22.412

33.954

M1

Ta có kết qủa
MB=113.182 (KNm)
MB’=-3.982 (KNm)
MA=-557.593 (KNm)

-108.032

A
0

MP

MC =-130.068(KNm)
MC’ =15.524(KNm)
MD =520.870(KNm)

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
15

71.308


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Bảng tổ hợp nội lực khung
Tiết Hệ Số
diện tổhợp
Đỉnh
cột B

1.0
0.9

Trên

1.0
0.9

Dướ
i

1.0
0.9

Chân 1.0
cột A
0.9

Tỉnh tải(1)
M
N
358.70
-203.458
4
358.70
-203.458
4
358.70
-94.376
4
358.70
-94.376
4
358.70
-4.700

4
358.70
-4.700
4
358.70
218.917
4
358.70
218.917
4

Dmax phải(4)
M
N

T trái(5)
M
M

M

-40.267 70.992

-15.544

0.000

-60.173

0.000

-3.518

3.518

-34.049

34.049 113.805 -130.691

63.89
3

-13.990

0.000

-54.156

0.000

-3.166

3.166

-30.644

30.644 102.424 -117.622

-18.678 70.992

82.406

0.000

37.777

0.000

38.463

-38.463

7.931

-7.931

-4.127

15.669

-16.810

63.89
3

74.166

0.000

34.000

0.000

34.617

-34.617

7.138

-7.138

-3.714

14.102

-0.930

70.992

-230.861 626.535

-56.700

188.955

38.463

-38.463

7.931

-7.931

-4.127

15.669

-0.837

63.89
3

-207.775 563.882

-51.030

170.060

34.617

-34.617

7.138

-7.138

-3.714

14.102

43.326

70.992

-30.063

626.535

144.098

188.955 -100.346 100.346

93.991

-93.991 -559.313 522.590

38.994

63.89
3

-27.057

563.882

129.688

170.060

84.592

-84.592 -503.382 470.331

-90.311

90.311

Tphải(6)
M
M

Gió
phải(8)
M

Hoạt tải(2)
M
N

-36.240

Dmax trái (3)
N

Gió
trái(7)
M

TỔ HP NỘI LỰC
Tiết

diện
M
Đỉnh
cột B
Trên

Mmax-Ntu
N
-

TỔ HP CƠ BẢN 1
Mmin-Ntu
M
N
Nmax
1+8
358.70
-334.149
4
1+2
-113.054 428.992

1+2
429.696
1+2
429.696

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
16

Nmax-Mtu
M+
M-

M

TỔ HP CƠ BẢN 2
Mmin-Ntu
M
N
Nmax

Mmax-Ntu
N

-243.725

-

-113.054

1+3+5+8
28.508

358.704

1+2+4+6+8
-442.120
1+2+7
-114.901

Nmax-Mtu
M+

M…+4+6+8
-442.120

422.597

1+2
422.597

422.597

….+7
1+2+
…+3+5+8
-114.901
422.597 11.699


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

Dưới
Chân
cột A

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

1+8

10.969

1+3
358.70
-235.562 985.239
4

1+3
985.239

1+8
741.507

1+7
358.70
358.70
-340.395
4
4

1+3
985.239

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
17

-235.562

188.854

1+8
9.402

1+2+3+5+7
358.704 -251.643 986.479

1+2+4+6+8
942.502 592.656

1+3+5+7
-401.832

922.586

1+2+3
986.478

…+5+7
-243.943

…+5+7
1+2+3 …+5+8
-362.839
986.478 791.496


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

IV – THIẾT KẾ CỘT :
Cột trên và cột dưới coi như cấu kiện nén lệch tâm trong mặt phẳng khung , nén đúng
tâm ngoài mặt phẳng khung .
Khoảng cách các điểm giằng cột dưới là 1m .
IV.1 Các số liệu thiết kế :
Ht = 4m , ht = 0.5m , Hd = 8.2m , hd = 1m . Jt / Jd = 1/8 .
Nội lực tính toán được xác đònh tư bảng tổ hợp nợi lực ,
Phần cột trên :
Chọn cặp nội lực nguy hiểm : M = 442.120 KNm , N tu = 422.597KN .
N max = 429.696 KNm , M tu = -243.725KN
Phần cột dưới :
Nhánh mái : Chọn cặp nội lực nguy hiểm M2 = 942.502 KNm , N2 = 592.656 KN .
Nhánh cầu trục : Chọn cặp nội lực nguy hiểm :M1 = -401.832 KNm, N1 =922.568KN
IV.2 Xác đònh chiều dài tính toán :
a) Trong mặt phẳng khung :
Các thông số :
i
J
J
1 8.2
K1 = ì = t ÷ d = ×
= 0.256
ií H t H d 8 4
m=

N d 992.568
=
= 2.31
N t 429.696

c1 =

Ht
Jd
4
8
.
=
*
= 0.908
H d mJ t 8.2
2.31

Tra phụ lục 8 và nội suy có được : µ1 = 1.967 → µ2 = µ1 / c1 = 2.166 .
l1x = µ1 . Hd = 2 x 8.2 = 16.4 m .
l2x = µ2 . H t = 3 x 4 = 12 m .
b) Ngoài mặt phẳng khung :
l1y = Hd = 8.2 m .
l2y = Ht - hdcc = 4 – 0.6 = 3.40 m .
IV.4 Chọn tiết diện cột :
A ) Cột trên :
M 442.120
e=
=
= 1.046m = 104.6cm
N 422.597
Diện tích yêu cầu
e
104.6 



N 1.25 + (2.2 → 2.8)  422.597 × 1.25 + 2.3 ÷
h =
50  =122cm2

Ft − yc = 
R
21
δ b = (1/20-1/30)ht=10-16.7mm chọn δ b = 12mm
bc=1/12-1/15Ht=266.6-333.3mm
chọn bc=280mm
δ c = (1/20-1/36)bc =8.33-15mm chọn δ c = 14mm
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
18


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Chọn trước tiết diện như bên :
x

x

Tính các đặc trưng hình học :
1.2 × 47.2 3
28 ×1.4 3
J 2x =
+ 2 × (28 × 1.4 × 24.32 +

) = 56823cm 4
12
12
1.4 × 283 47.2 × 1.2 3
J2y = 2×
+
= 5129cm 4
12
12
F = 2 × 28 × 1.4 + ( 50 − 2 × 1.4 ) ×1.2 = 135.04cm 2
r2 x =
r2 y =

J 2x
= 20.51cm
F
J2y
F

= 6.16cm

J 2x
= 2273cm
h/2
l
1200
λ2 x = 2 x =
= 58.51
r2 x 20.51

Wx =

λ2 y =

l2 y
r2 y

=

340
= 52.76
6.16

R
= 58.51 10 −3 = 1.85
E
1) Kiểm tra tiết diện đã chọn :
1.1) Kiểm tra ổn đònh trong mặt phẳng uốn :
Độ lệch tâm tương đối m :
e eF
m= =
.
ρ W
104.6 × 135.04
⇒m=
= 5.8
2273
Hệ số kể đến ảnh hưởng hình dáng η , tra ở phụ lục 6 có :
η = 1.4 − 0.02.λ2 x = 1.4 − 0.02 ×1.85 = 1.36
m1 = η × . m = 1.36 × 6. = 7.9

λ 2 x = λ2 x .

Tra bảng phụ lục 4 , theo m1 và λ 2 x , có được ϕlt = 0.157

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
19


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
Kiểm tra : σ 2 x =

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

N
422.597
=
= 19.93KN / cm 2 〈 21KN / cm 2
ϕ lt .F 0.157 *135.04

1.2) Kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng uốn :
λ2 y = 52.76 , tra phụ lục 3 có được hệ số uốn dọc ϕ2y = 0.852
Với cặp nợi lực đang xét là tổ hợp của 1+2+4+6+8 , xác đònh được moment tương ứng
đầu kia của cột là M = -70.222 KNm .
Từ đó xác đònh được gía trò lớn hơn tại vò trí 1/3 cột trên : M = 304.821KNm .
Giá trò moment tính toán :
M tt = Max{ 429.696 / 2;70.222 / 2;304.821KNm} = 383.221KNm.
Độ lệch tâm tương đối :
e M tt / N 304.821 / 422.597
mx = =

=
= 4.218.
ρ Wx / F
2405 / 140.64
Xác đònh các hệ số :
α = 0.65 + 0.005 mx = 0.671 .
do λc = π E / R = 99.3〉 λ2 y = 50.746 → β = 1
Hệ số ảnh hưởng của moment trong mặt phẳng uốn C :
β
1
C=
=
= 0.261.
1 + m x .α 1 + 4.218 * 0.671
Kiểm tra ổn đònh tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :
N
422.597
σy =
=
= 13.51KNm〈 21KNm.
C.ϕ 2 y .F 0.261 * 0.852 * 140.64
Kiểm tra ổn đònh cục bộ tiết diện :
Bản cánh :
b 
bc 28
E
=
= 20 <  c  = 2.(0.36 + 0.1λ )
= 2 × (0.36 + 0.1× 1.85) × 10 3 = 34.46 .
δ c 1.4

R
δ c 
Bản bụng :
Có λ x = 1.85 > 0.8; m x = 4.218 > 1
→

h 
hb 47.2
E
=
= 39.33 <  b  = (0.9 + 0.5λ )
= (0.9 + 0.5 ×1.85) × 10 3 = 57.71
δ b 1 .2
R
δ b 

Vậy tiết diện đã chọn thõa mãn các điều kiện chòu lực và ổn đònh .
B) Cột đưới :
Nhánh mái : Chọn cặp nội lực nguy hiểm M2 = 942.502 KNm , N2 = 592.656 KN .
Nhánh cầu trục : Chọn cặp nội lực nguy hiểm :M1 = -401.832 KNm, N1 =922.568KN
Giả thiết C=100
Từ trọng tâm đến nhánh cầu truc y1=0.55C=55cm
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ mái
y2=45cm
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
20


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

N nh1 = N 1 ×

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

y2 M 1
45 401.832
+
= 922.856
+
= 817.172 KN
C
C
100
100

y1 M 2
55 942.502
+
= 592.656
+
= 1268.46 KN
C
C
100
100
Giả thiết ϕ = 0.8
N
817.172
Anh1 = nh1 =
= 48.64 cm2

ϕRγ 0.8 × 21
N
1268.46
Anh 2 = nh 2 =
= 76.575 cm2
ϕRγ
0.8 × 21
N nh 2 = N 2 ×

1) Chọn tiết diện cột dưới : hình vẽ bên

L100X12

y

y

Cột dưới

1.1 Tính các đạc trưng hình học :
1.1.1: Nhánh cầu trục :
Fnh1 = 0.8 × (32 − 2 × 1.0) + 2 × 1.0 × 15 = 54cm 2
30.0.83
1.0 *153
J x1 =
+ 2.(
) = 563.78cm 4 .
12
12

0.8 × 303
1.03 × 15
+ 2(
+ 1.0 × 15 × 15.5 2 ) = 9010cm 4 .
12
12
J y1
J1x
rx1 =
= 3.23; ry1 =
= 12.92.
Fnh1
nh1
J y1 =

λ x1 =
λ y1 =

lnh1 110
=
= 34.055
rx1 3.23
l y1
ry1

=

820
= 63.423.
12.92

1.1.2 : Nhánh mái :
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

L100X12 có : F = 22.8 cm2 , Jx = Jy = 209cm4 , z = 2.91 cm .
Fnh2 = 1.4 × 30+2 × 22.8 = 87.6cm2 .
Moment quán tính của tiết diện đối với mép ngoài tiết diện :
Sx = 1.4 × 30 × 1.4/2+2 × 22.8 × (1.4+2.91) = 225.936 cm3 .
Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép ngoài tiết diện :
S
225.836
c0 = x =
= 2.579cm.
Fnh 2
87.6
Moment quán tính của nhánh đối với trục x-x :
30 × 1.4 3
J x2 =
+ 1.4 × 30 * ( 2.579 − 1.4 / 2) 2 + 2 * (209 + 22.8 * (2.91 + 1.4 − 2.579) 2 ) = 709.78cm 4 .
12
Moment quán tính của nhánh đối với trục y-y :
1.4 × 30 3
J y2 =
+ 2 × (22.8 × (16 − 2.91) 2 + 209) = 11381.47cm 4 .

12
J y2
J x2
rx 2 =
= 2.85; ry 2 =
= 11.4
Fnh 2
Fnh 2

λx 2 =

l y 2 820
l nh 2 100
=
= 35.088; λ y 2 =
=
= 71.9
rx 2 2.85
ry 2 11.4

1.1.3 Với toàn bộ cột dưới :
Fd = Fnh1 + Fnh2 = 54+87.6 = 141.6cm2 .
Khoảng cách trọng tâm 2 nhánh cột : C = 100 – c0 = 100 – 2.579 = 97.421 cm .
Sd = Fnh1 × C = 54 × (100 – c0) = 5260.731
Khoảng cách từ trõng tâm nhánh mái đến trọng tâm chung tiết diện :
S
5260.731
y2 = d =
= 37.15 cm.
Fd

141.6
Khoảng cách từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung tiết diện :
y1 = C − y1 = 60.26cm
Moment quán tính cột dưới trong mặt phẳng uốn :
J d = J x1 + J x 2 + Fnh1. y12 + Fnh 2 . y 22 = 318325.8cm 4
rd =

λx =

Jd
= 47.41
Fd
l x1 1640
=
= 34.59
rd 47.41

Kiểm tra giã thiết độ cứng :
J cd 318325.8
=
= 5.601
J ct
56823
5.601 − 8
= 30%.
8
Vậy tiết diện cột đã chọn là chấp nhận được .
Sai số so với giả thiết : ∆ =

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng

22


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

2: Kiểm tra tiết diện đã chọn :
Các thông số tính toán :
Lực dọc trong các nhánh cột :
y
M
37.15 401.832
N nh1 = N1 × 2 − 1 = 922.856 ×
+
= 764.394KN.
C
C
97.421 0.97421
y M
60.26 942.502
N nh 2 = N 2 × 1 − 2 = 592.656 ×
+
= 1334.04 KN.
C
C
97.421 0.97421
2.1: Kiểm tra nhánh cầu trục :
Từ λmax = max{ 34.055;63.023} = 63.023 ⇒ ϕ = 0.808
N

764.394
⇒ σ = nh1 =
= 17.51KN / cm 2 < 21KN / cm 2 .
ϕ .Fnh1 0.808 × 54
2.2: Kiểm tra nhánh mái :
Từ λmax = max{ 35.088;71.9} = 71.9 ⇒ ϕ = 0.765
N
1334.04
⇒ σ = nh 2 =
= 19.91KN / cm 2 < 21KN / cm 2 .
ϕ .Fnh 2 0.765 * 87.6
2.3 : Kiểm tra ổn đònh tổng thể cột dưới nén lệch tâm trong mặt phẳng khung :
Chọn trước hệ thanh giằng :
Thanh xiên : L63x6 , F = 7.28cm2 .
Thanh ngang : L50X5 , F = 4.8 cm2 .
Góc nghiêng thanh giằng xiên :
α = arctan[ (100 − 2.597) / 100] = 44.24 0.
Tra bảng → K = 28.456
F
137.6
⇒ λtd = λ2x + K .
= 34.59 2 + 28.456 ×
= 38.609
Fx
2 × 7.28

λ = λtd . R / E = 1.221 .
Kiểm tra với cặp nội lực: M1 = -401.832KNm , N1 = 992.856 KN .
M
e1 = 1 = 0.405m = 40.5cm

N1
m1 =

e1 e1 .Fd . y1
137.6 × 62.02
=
= 40.5 ×
= 1.14
ρ1
Jd
302979.8

Với λ = 1.211; m1 = 1.14 tra bảng phụ lục 5 , tìm được ϕlt = 0.443
N1
992.856
⇒σ =
=
= 16.28 KN / cm 2 < 21KN / cm 2
ϕ lt .Fd 0.443 *137.6
Kiểm tra với cặp nôi lực : M2 = 942.502 KNm , N1 = 592.656 KN .
M
e2 = 2 = 159cm
N2
m2 =

e2 e2 .Fd . y 2
137.6 × 35.4
=
= 159 ×
= 2.556

ρ2
Jd
302979.8

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
23


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

Với λ = 1.211; m2 = 2.556 tra bảng phụ lục 5 , tìm được ϕlt = 0.275
N2
592.575
⇒σ =
=
= 15.66 KN / cm 2 < 21KN / cm 2
ϕ lt .Fd 0.275 × 137.6
2.3.1 : Kiểm tra thanh bụng đã chọn :
l gx = 110 2 + 97.4212 = 146.938cm

λ x = λtd = 38.609
Tra bảng → ϕ = 0.909.
Lực cắt quy ước trong cột dưới :Qqu = 7.5 × 10-6 × (2330-E/R ) × N / ϕ = 10.127 KN .
Lực cắt thực tế tại chân cột có thể tính gần đúng như sau :
Momen tại mặt cắt 3-3 tổ hợp theo 1+2+4+6+8 là M3-3=-35.479
942.502 + 35.479
Q tt =
= 119.265KN

8.2
Thấy rằng Qtt > Qqu , lấy Q = Qtt = 119.265KN để kiểm tra .
Lực nén trong thanh xiên do lực cắt Q gây ra :
Q
119.265
N tx =
=
= 89.94 KN
2. sin α 2 × sin 41.530
l
146.938
λmax tx = gx =
= 76.13
rmin tx
1.93
Tra bảng → ϕ = 0.74
Kiểm tra thanh xiên : σ tx =

N tx
89.94
=
= 17.2 KN / cm 2 < 21KN / cm 2
γ .ϕ.Ftx 0.75 × 0.74 × 9.42

2.3.2 Tính liên kết hàn giữa thanh xiên và nhánh cột :
2.3.2.1 Thanh bụng :
Chòu Qtu = 10.127KN là khá nhỏ , đờng hàn lấy theo cấu tạo : hs = 6mm,
hm = 4mm, lh > 5cm .
2.3.2.2 Thanh xiên :
Chòu Ntx = 89.94 KN ,

Rgh = 1800daN/cm2 , Rgt = 0.45Rbtc , Rgt = 0.45 × 3450 = 1550 daN / cm2 .
Hàn tay có : βh = 0.7 , βt = 1.0 , βh × Rgh = 0.7 × 18 = 12.6 KN / cm2 ,
βt × Rgt = 1 × 15.5 = 15.5KN/ cm2 → βh × Rgh = ( β.Rg )min = 12.6 KN/cm2.
Chọn chiều cao đường hàn sóng : hs = 7mm .
Chiều cao đường hàn mép : hm = 5mm.
Chiều dai các đường hàn cần thiết :
0.7 N
0.7 × 89.84
ls =
=
= 9.52cm
hs .( β .R g ).γ 0.7 × 12.6 × 0.75
lm =

0.3.N
0.3 × 89.94
=
= 5.71cm
hm .( β .R g ).γ 0.6 × 12.6 × 0.75

SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
24


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

GVHD :Ths NGÔ VI LONG

V-THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT :
1) Thiết kế vai cột :

1.1 : Thiết kế mối nối hai phần cột :
Vò trí khoách đại cao hơn mép trên vai cột 500mm.Mối nối cánh ngoài ,cánh trong ,
bụng trên cùng một tiết diện .
Chọn cặp nội lực gây nén lớn nhất cho cánh ngoài và cánh trong cột trên từ bảng tổ
hợp nội lực
Cánh ngoài : Mmax = 28.508 KNm , Ntu = 358.704 KN
Cánh trong : Mmin = -114.901 KNm , Ntu = 422.597 KN .
Lực dọc tương ứng nhánh cột trong phải chòu :
M max
N
358.704
2850.8
N ngoai = +
=
+
= 238.01KN
2 ( ht − δ c )
2
(50 − 1.4)
M min
N
422.597 11490.1
N trong = +
=
+
= 447.120 KN .
2 (ht − δ c )
2
(50 − 1.4)
Liên kết bằng đường hàn đối đầu thẳng , chiều dài đường hàn bằng bề rộng cột trên .

lh = 28 cm .
Chiều cao đường hàn bằng chiều dày thép cột trên : δh = 1.4 cm .
Chọn bản K có chiều dày và chiều rộng đúng bằng chiều dày và chiều rộng cánh cột
trên .
N trong
447.120
=
= 11.83KN / cm 2
ng suất trong đường hàn đối đầu : σ h =
δ h .l h 1.4 * (28 − 2 * 0.5)
Với mối nối cánh ngoài theo cấu tạo đường hàn lấy như mối nối cánh trong .
Mối nối bụng cột : Lực cắt ở cột trên là khá nhỏ , đường hàn lấy theo cấu tạo , hàn
suốt với chiều cao đường hàn bằng chiều dày bàn thép bụng .δh = 14mm.
1.2: Tính dầm vai :
Sơ đồ tính :như 1 dầm đơn giản gối lên hai nhánh cột .
Ntr on g=447.12KN

Phản lực gối tựa :
N trong
RA = RB =
= 223.56 KN
2
Moment uốn giữa dầm vai : M =

N trong .l
4

=

447.12 *1

= 111.78KNm
4

1.2.1: Chiều dày bản bụng dầm vai :
Xác đònh từ điều kiện ép cục bộ của lực tập trung D max + Gdcc .
Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai : z = b + 2δ = 30 + 2x2 = 34 cm .
Với : b là Chiều rộng sườn đầu dầm cầu trục ,
SVTH : Nguyễn Hồng Dũng
25