Thuyết minh đồ án kết cấu thép 2

Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo
TRƯỜNG ĐAỊ HỌC ĐÔNG Á
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
………………………

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

Họ và tên sinh viên : ĐÀM TRUNG KIÊN
Lớp : 15XD5A
Giáo viên hướng dẫn : ThS. NGUYỄN THỊ HƯƠNG THẢO
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 B15
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 Trà Đa, thành phố Gia Lai.

SVTH: Đàm Trung Kiên

1

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

II/BẢNG SỐ LIỆU:
L(m):
D(m):
Hr(m):
Q(T):
III/NHIỆN VỤ THIẾT KẾ:

24
108
8
50/10

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

SVTH: Đàm Trung Kiên

2

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP
Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng, một nhịp có hai cầu trục sức nâng 50/10
T, chế độ làm việc trung bình, nhịp nhà L = 24 m dài 108 m; bước cột B=6 m, cao trình
đỉnh ray 8 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 bậc 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 = 20/5 T lấy theo bảng VI -1 (phụ lục VI. Sách “Thiết kế KCT
nhà công nghiệp”) có:
Nhịp Lcc = 22.5m loại ray KP-70, chiều cao H ct của Gabarit cầu trục:
Hct=2750mm, f= 400mm.
Chiều cao H 2 từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới của rường ngang:
H2= (Hct + 100) + f =(3150+100)+400 = 3650mm
Trong đó:

H ct - Chiều cao Gabarit cầu trục.

100 – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
f – 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+H2 = 8000 + 3650 = 11650mm
Chiều cao phần cột trên:
ht=H2+Hdcc+Hr = 3650 + 0,6x1000 + 130 = 4380mm
Trong đó:
SVTH: Đàm Trung Kiên

3

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

H dcc - Chiều cao dầm cầu chạy lấy H dcc =

1
1
B = x6 = 0, 67 m
9
9

H r - Chiều cao ray tra bảng IV – 7 = 130mm

Chiều cao phần cột dưới:
hd = H – ht + hch = 11650 – 4380 +820 = 8090mm=8,09m
Trong đó:
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 .
bt > (1/10 -:- 1/12).ht = 623,5 -:- 498,8mm.
Bề rộng phần cột dưới (của trục nhánh đỡ dầm cầu chạy trùng với trục của DCC)
1 
 1
bd = a + λ = 250 + 1750 = 1000mm >  ÷ ÷( ht + hd )
 20 25 

Trong đó:
a – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài của cột, a = 250mm .
λ - Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray, được xác định:
λ = L-Lcc/2 = 24000– 22500/2 = 750mm

Bề rộng cột dưới phải thỏa mãn điều kiện
bd >

1
1
1
− : − (ht + hd ) = ( x 4380 + 586.8)=498,8mm và bd >
20
25
25

1
x 4380 + 8090 = 623,5mm để đảm bảo độ cứng.
20

Kiểm tra cầu trục không vướng vào phần cột trên.
bd – bt = 1000 – 600 = 400mm > B1 + C1 = 300 + 75 = 375mm
Trong đó:
B1=300mm - Khoảng cách từ trục ray cầu chạy đến đầu mút cầu chạy.
C1 - Khe hở tối thiểu lấy 75mm khi sức nâng cầu trục 5 ÷ 50T .

2.Kích thước dàn

SVTH: Đàm Trung Kiên

4

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

Chiều cao dàn mái tại trục định vị lấy h0 = 2200mm , độ dốc cánh trên i=1/10=0.1
L
2

như vậy chiều cao giữa giàn là: h0 + i. = 2200+0,1x2400/2=3400mm

Hệ thanh bụng là loại thanh hình tam giác có thanh đứng. Khoảng mắt cánh trên
3000mm. Bề rộng cửa trời lấy 9m (trong khoảng 0.3L – 0.5L = 7.8-:-13), 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

SVTH: Đàm Trung Kiên

5

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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

Kg / m 2 mái

vượt tải

150
60

1.1
1.2

toán KG / m 2 mái
165
72

γ = 500 KG / m3
-Lớp xi măng lót 1.5cm
-Lớp chống thấm 2 giấy + 3

27
20

1.2
1.2

32
24

dầu
-Hai lớp gạch lá nem và vữa

80

1.1

88

-Tấm Panen 1.5x6m
-Lớp cách nhiệt dày 12cm
bằng bê tong xỉ

lát
Cộng
337
Đổi ra phân bố trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 có cos α = 0.995

381

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 x 0.6 x 27 = 21Kg / m 2

Trong đó: n = 1.1 – Hệ số vượt tải.
1.2 – Hệ số kể đến trọng lượng các thanh giằng.
α d = 0.6 - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0.6 đên 0.9 đối với nhịp 24 – 36m.

c)Trọng lượng kết cấu cửa trời
Có thể tính theo công thức kinh nghiệm: g ct = n × g cttc = 1,1x12 = 13.2 Kg / m 2

tc
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) g Ktc = 35Kg / m 2
tc
- Trọng lượng bậu trên và bậu dưới gb = 100 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 × g btc × B = 1.1x35 x1.5 x 6 + 1.1x100 x6 = 1007 Kg
SVTH: Đàm Trung Kiên

6

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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 x9 x6 + 2 x1007
=
= 17.5 Kg / m 2 mặt bằng.

L× B
26 x6

Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên rường ngang là:
q = g = ( g m + g d + g ct′ ) ×B = (383 + 21 + 17.5).6 = 2529 Kg / m = 2.53T / 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
V=A=q.L/2= 2530x26/2 = 32880 Kg
Tải trọng tạm thời
V'=A'=P.L/2= 630 x 26/2 = 8190 Kg
b)Do trọng lượng dầm cầu trục
Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức:
Gdcc = n.αdcc.l2dcc =1,2 x 24 x 62 = 1040 Kg
Trong đó: ldcc = B = 6m - Nhịp cầu trục
αdcc = 24 là hệ số trọng lượng dầm cầu trục bằng 24 đến 37 với Q ≤ 75T
n = 1.2
Gdcc đặt ở vai đỡ dầm cầu trục là tải trọng thường xuyên.

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 20T có áp lực
thẳng đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe là:
Ptcmax = 22 T
SVTH: Đàm Trung Kiên

7

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

Áp lực thẳng đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cũng có thể tra bảng cầu trục
hoặc tính theo công thức:
Ptcmin=(Q+G)/n0-Ptcmax = ( 20 + 36)/2 -22 = 6 T
Trong đó:
Q – Sức trục của cầu trục
G= 36T – Trọng lượng toàn bộ cầu trục
n0 = 2 - Số bánh xe ở trên 1 cầu trục

Áp lực thẳng đứng tính toán:
Pmax = 1,2 x 22 = 26,4 T
Pmin = 1,2 x 6 = 7,2 T
Cầu trục có bề rộng Bct = 6300mm và khoảng cách giữa 2 bánh xe K = 4400mm. 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.Pmax.∑yi = 0,85 x 26,4 x 1,9 = 42,64 T
Dmin = nc.Pmin.∑yi = 0,85 x 7,2 x 1,9 = 11,63 T

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

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 bd/2. Do đó tại vai cột có sinh ra moment lệch
tâm:
Mmax = Dmax x e = 42,64 x 1 = 42,64 T
Mmin = Dmin x e = 11,63 x 1 = 11,63 T
d)Do lực hãm của xe con
SVTH: Đàm Trung Kiên

8

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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/nxc = 0,1 x (20+8,5)x 2/4 = 1,4 T
Trong đó:
f = 0.1 – Hệ số ma sát trường hợp nóc mềm
GT = 8,5 T - Trọng lượng xe con tra bảng phụ lục
nTxc = 2 - Số bánh xe được hãm của xe con.
nxc = 4 - Tổng số bánh xe của xe con.

Lực hãm ngang tiêu chuẩn của 1 bánh xe tính:
Ttc1=Tngtc/n0 = 1,4/2 = 0,7 T
Trong đó:
n0 = 2 - 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.Ttc1 .∑yi = 0,85 x 1,2 x 0,7 x 1,9 = 1,36 T
3.Tải trọng gió tác dụng lên khung
Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 – 95. 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 I-A (có thể kể đến ảnh hưởng của gió bão):
q0tc = 65 Kg/m2.

SVTH: Đàm Trung Kiên

9

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

H/L = 0,533
Α = 60

=> Tra bảng C1 = -0,551; C3 = -0,507

∑ B = 4 ,615
L

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 A.
K = 1,226 ở 13,85 và K = 1,18 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 x q0 x K x C x B1 = 1,3 x 65 x 1,18 x 0,8 x 1,03 x 6 = 492,97 Kg/m
q’ = n x q0 x K x C’ x B1 = 1,3 x 65 x 1,18 x (-0,507) x 6 = 312,42 Kg/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 = 1,289 ở độ cao 19.85m trong khoảng từ độ cao 13,85m đến 19,85m, dùng hệ
số trung bình của K: K = 1,258.
Vậy:
W=n x q0 x K x B x∑Ci x hi

=1,3x65x1,258x6x(0,8x2,2+0,551x0,85+0,6x2,5+0,8*0,45-0,6*0,45-0,6*2,5-0,6*0,450,507*2,2) = 3,88 T
Phần tải trọng gió lên cột tường (diện tích F1 ) sẽ truyền vào khung dưới dạng lực tập
trung S, S ′ .
SVTH: Đàm Trung Kiên

10

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

S= n x q0 x K x C x F1= n x q0 x K x C x B1x H/2 = 3,444 T
S= n x q0 x K x C’ x F1= n x q0 x K x C’ x B1x H/2 = 2,182 T
III.Tính nội lực khung
1.Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung
Moment quán tính dàn:
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.
Mmax =(g+p).L2/8 = (2,53+0,63) x 262 = 267 T.m
hd = 350cm- 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: Id =(Mmax x hd x μ)/(2 x f) = 26700000 x 350 x 0,8 /2 x 2100 = 1780000 cm4
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:
I1= (NA+2 x Dmax) x bd2/(k1 x f)
= (41,07 + 2 x 42,64*1000)x (2000/10)2 /(2,5 x 2100) = 962667 cm4
Trong đó:
N A - Phản lực tựa của dàn truyền xuống

NA= A + A' = (32,88 + 8,19) = 41,07 T
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

I b 
I  500 
I1
I2 = 1 ×  t ÷ = 1 x 
÷ =
k2  bd  1.7  1000  6.8

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
SVTH: Đàm Trung Kiên

11

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

Dàn liên kết cứng với thì cột thì k2 = 1.2 − 1.8
Ở đây lấy k2 = 1.7
Chọn

I2

I1

= 7 thì I2 = I1/7 = 962667/7 = 137524 cm4

Id / I2 = 1780000/137527 = 13
Tỷ số độ cứng giữa dàn và phần cột dưới:
Id / I2 = 1780000/962667 = 6
Dựa theo kinh nghiệm có thể chọn

Id
I

= 3 − 6 nên chọn d = 6
I1
I1

Các tỷ số đã chọn này thỏa mãn điều kiện:
µ=

I1
−1 = 7 −1 = 6
I2

ν=

6
6
=
= 1.62
1 + 1.1 µ 1 + 1.1x 6

H = ht + hd = 3,97 + 10,7 = 14,67m
υ=(Id/L)/(I1/h) = (Id/I1)x(h/L) =6 x 14,67/26 = 3,39
Thỏa điều kiện ν =

6
<υ
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

SVTH: Đàm Trung Kiên

12

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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

MB =

2 E × I d 2 x6
=
E × I1 = 0.444 xEI1
L
26
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 = 14,67m
μ=I1/I2-1 = 6
α=ht /h = 0,271
SVTH: Đàm Trung Kiên

13

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

A=1+ α x μ =2,626
B=1+ α2x μ =1,441
C=1+ α3 x μ=1,119
F=1+ α4 x μ= 1,032
K=4 x A x C – 3 x B2 = 5,525
McotB = -4 x C x E x l1/(K x h) = - 0,055EI1
Phản lực ở đỉnh cột do ϕ = 1 gây ra là:
−

RB =

6 BEI1
= 0,073EI1
Kh 2

Vậy:
xa

cot

r11 = M B − M B = 0,517EI1
R1 p - Tổng moment phản lực ở nút B do tải trọng ngoài gây ra.
M BP = −

qL2
= -142,523 Tm
12

R1 p = M BP = -142,523Tm

Giải phương trình chính tắc:
ϕ=−

R1 p
r11

= 275,673/ EI1

Moment cuối cùng ở đỉnh cột:
cot

M BC = M B .ϕ = -15,16 Tm
xa

M Bxa = M B ϕ + M BP = -15,36 Tm

Các tiết diện khác thì tính bằng cách dùng trị số phản lực:
RBC = R B .ϕ = 2,012 T

Vậy moment ở vai cột:
M C = M B + RB ht = -7,17

Tm

Moment ở chân cột:
M A = M B + RB h = 14,36 Tm

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 = 24,66 Tm

SVTH: Đàm Trung Kiên

14

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

Trong đó: e =

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

bd − bt
= 0,75m - 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.
MB = −
RB = −

( 1 − α ) ( 3B ( 1 + α ) − 4C ) M e 3,31Tm
=
K

6( 1−α ) ( B − A( 1+ α ) ) M e

K .h

= -2,52T = -37,53/h

Vậy:
M Ct = M B + RB ht = -6,694 Tm
M Cd = M B + RB ht + M e = 17,966 Tm
M A = M B + RB h + M e = -8,998 Tm

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.
M B = - 11,85 Tm
M Ct = -13,864 Tm
M Cd = 10,796 Tm
M A = 5,362 Tm

Lực cắt tại chân cột:
QA = -(10,796 T + 5,362 T)/hd = 0,508 T

SVTH: Đàm Trung Kiên

15

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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/q= 0,249
MA= 1,335 Tm
MdC= 2,688 Tm
MtC= -3,452 Tm
MB= -2,951 Tm
QA=

0,126 T

SVTH: Đàm Trung Kiên

16

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

4.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục
Trọng lượng dầm cầu trục Gdcc = 1.04T đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra moment
lệch tâm:
M dcc = Gdcc .edcc = 1,04 Tm
edcc =

bd
= 1000mm
2

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

M dcc
(vì 2 moment
Me

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

M dcc
= -0,0422
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:
MB=

-11,99 Tm

MtC=

-13,582Tm

MdC=

10,038Tm

MA=

5,742 Tm

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.
SVTH: Đàm Trung Kiên

17

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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.

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:
MB =

6 BEI1
= 1,565 EI1 / h 2
Kh 2

RB = −

12 AEI1
= −5, 704 EI1 / h3
3
Kh

Biểu đồ moment do ∆ = 1 gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác như 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, 021EI1 / h 2

Chân cột:
M A = M B + R B h = −4,139 EI1 / h 2

Cột bên phải các trị số moment và phản lực có cùng trị số nhưng khác dấu.
SVTH: Đàm Trung Kiên

18

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

M B'= -1,565 E.I1/h2
M C'= -0,021 E.I1/h2
M A'= 4,139 E.I1/h2

Biểu đồ moment vẽ ở hình 10a.
r11 = − R B − R B′ = −11, 408EI1 / 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
= −1, 729
Me

Cột phải:
−

M min
= −0, 472
Me

Từ đó ta có moment ở cột trái:
M B = −5, 723Tm
M Ct = 11,574Tm
M Cd = −31, 063Tm
M A = 15,558Tm

Phản lực:
RB = 64, 025 / h(T )

Moment ở cột phải:
M B′ = −1,562Tm
M Ct ′ = 3,16Tm
M Cd′ = −8, 48Tm
M A′ = 4, 247Tm

Phản lực:
RB′ = 17, 478 / h(T )

Vậy:
R1 p = RB − RB′ = 46,547 / h(T )

Giải phương trình chính tắc:
SVTH: Đàm Trung Kiên

19

Lớp: 15XD5A

Đồ Án Kết Cấu Thép II
∆=−

R1 p
r11

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

= 24, 08h 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 = 0, 662Tm
M Ct = 11, 66Tm
M Cd = −30,977Tm
M A = −1,329Tm

Lực cắt ở chân cột:
QA = −2, 771T

Lực dọc:
N B = N Ct = 0
N A = N Cd = Dmax = 42, 64T

Cột bên phải:
M B′ = −7,947Tm
M Ct ′ = 3, 074Tm

M Cd′ = −8,566Tm
M A′ = 21,134Tm

Lực cắt ở chân cột:
QA′ = 2, 776T

Lực dọc:
N B′ = N Ct ′ = 0
N A′ = N Cd ′ = Dmin = 11, 63T

Biểu đồ moment cuối cùng ở hình 10c.

SVTH: Đàm Trung Kiên

20

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

6.Tính khung với lực hãm ngang T
Lực T đặt ở cao trình hãm cách vai cột 1m.
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 = −11, 408 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: 2,97m.
λ = 0, 202 < α = 0, 271

( 1 − λ ) ( 2 + λ ) B − 2C  + µ ( α − λ ) ( 2α + λ ) B − 2C 
2

MB = −
MB = −

2

K

( 1− λ )

2

T .h = −2, 031Tm

3B − 2 A ( 2 + λ )  + µ ( α − λ ) 3B − 2 A ( 2 + λ ) 
.T = 1,186T
K

SVTH: Đàm Trung Kiên

2

21

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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 ) = 1, 492Tm
M TC = M B + RB ht − Thdcc = 1,318Tm
M TA = M B + RB h − T ( ht + hdcc ) = −0,543Tm

Cột bên phải không có ngoại lực nên moment và phản lực trong hệ cơ bản bằng
không.
Vậy:
R1 p = RB − RB′ = 1,186T
∆=−

R1 p
r11

= 0,104h3 / EI1 = 1,526h 2 / EI1

Moment cuối cùng tại tiết diện cột khung M = M ∆ + M p
M B = 0,358Tm
M T =  M B + R B ( ht − hdcc )  ∆ + M TD = 2,118Tm
M C = 1,35Tm
M A = −6,859Tm

QA = 0, 767T

Đối với cột bên phải ta có:
M B′ = −2,338Tm
M C ′ = −0, 032Tm
M A′ = 6,316Tm
QA′ = 0,593T

Biểu đồ moment ở hình 11b.

SVTH: Đàm Trung Kiên

22

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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 = −11, 408 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

M

q
B

RBq = −

12 K

2

= −5,387Tm

( 2 BC − 3 AF ) qh = 3, 21T
2K

M Cq = M B + RB ht −

qht2
= 3, 472Tm
2

qh 2
M = M B + RB h −
= −11,342Tm
2

q
A

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

q′
= −0, 634
q

M Bq′′ = 3, 415Tm
M Cq′′ = −2, 201Tm
M Aq′′ = 7,191Tm
RBq′′ = −2, 035T

Do đó:
SVTH: Đàm Trung Kiên

23

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

R1 p = RB − RB′ + W + mS + mS ′ = 9,125T

Và:

R1 p

∆=−

r11

= 0,8h3 / EI1 = 11, 736h 2 / EI1

Biểu đồ moment cuối cùng (hình 12b)
Cột trái:
M B = 12,98Tm
M C = 3, 718Tm
M A = −59,917Tm
QA =

M A + M C qhd
+
= 8,585T
hd
2

Cột phải:
M B′ = −14,952Tm
M C ′ = −2, 447Tm
M A′ = 55, 766Tm
QA′ =

M A′ + M C′ q′hd
+
= 7,112T

hd
2

Kết quả tính được ghi vào bảng nội lực.

SVTH: Đàm Trung Kiên

24

Lớp: 15XD5A


Đồ Án Kết Cấu Thép II

GVHD:ThS. Nguyễn Thị Hương Thảo

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 = -37,264Tm
N tu = 40, 251T

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:
gc - Trọng lượng mỗi mét dài cột (hoặc đoạn cột)
SVTH: Đàm Trung Kiên

25

Lớp: 15XD5A