thuyết minh đồ án môn học kết cấu nhà thép một nhịp

Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU NHÀ THÉP
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG,MỘT NHỊP BẰNG
THÉP
*.Các số liệu thiết kế
- Nhịp khung
: L = 27m
- Bước khung
: B = 6m
- Sức trục
: Q = 75T
- Cao trình đỉnh ray
: H1= 11m
- Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2,chế độ làm việc trung bình.
- Địa điểm xây dựng huyện Tam Điệp-Ninh Bình .Suy ra áp lực gió tiêu chuẩn :
Wo = 155daN / m 2

( vùng IV-B )
- Vật liệu thép BCT3 ,hàn tay que hàn N46
- Tấm mái panen sườn 1,5x6m
- Móng bằng bê tông M200 ,tường gạch tự mang
A. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA KHUNG NHÀ VÀ TÍNH TOÁN
TỔ HỢP NỘI LỰC
I.Sơ đồ khung ngang :

1.Kích thước theo phương đứng :
- Cao trình đỉnh ray H1 = 11m
- Kích thước H2 từ mặt ray đến cánh dưới của dàn vì kèo

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 1

1


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong
H 2 = H c + 100 + f = 3700 + 100 + 300 = 4100mm = 4,1m

Trong đó :
+ HC: kích thước gabarit của cầu trục, tính từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con. ở đây
nhà có nhịp L = 27m nên chọn loại cầu trục có
Lk = L − 2 × λ = 27 − 2 × 0,75 = 25,5m tra bảng catalog cầu trục ta có H =3700mm
C

+ 100mm : khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu
+ f = 300mm : kích thước xét đến độ võng của dàn vì kèo và việc bố trí hệ giằng thanh
cánh dưới
- Chiều cao của xưởng, từ nền nhà đến đáy của vì kèo
H = H 1 + H 2 = 11 + 4,1 = 15,1m

- Chiều cao thực của cột trên Ht từ vai dầm đỡ dầm cầu trục đến mép dưới vì kèo
H t = H 2 + H dct + H r = 4,1 + 0,7 + 0,2 = 5m

Trong đó:
+ Hdct = 700mm = 0,7m chiều cao dầm cầu trục
+ Hr: chiều cao tổng cộng của ray và lớp đệm ray ( chọn sơ bộ Hr= 0,2m
- Chiều cao thực của cột dưới Hd từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết diện

H d = H − H t + H 3 = 15,1 − 5 + 0,8 = 10,9m

Trong đó:
+ H3 = 0,8m phần cột chôn dưới cao trình nền
2.Kích thước theo phương ngang
- Khoảng cách từ mép ngoài đến trục định vị a = 250mm với nhà có sức trục Q= 50T
1
1
ht =  ÷  H t = ( 500 ÷ 417 ) mm
 10 12 
- Chiều cao tiết diện cột trên

Chọn ht = 500mm
- Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray = 750 mm (nhà có sức trục Q = 75T)
Để đảm bảo cầu trục làm việc an toàn theo phương dọc nhà cần kiểm tra điều kiện
λ = 750 > B1 + ( ht − a ) + D = 400 + ( 500 − 250 ) + 70 = 720mm
Trong đó :
+ B1 = 300 mm : Phần đầu cầu trục lấy từ ray ra tới mép ngoài lấy theo Catalo
+ D = 70 mm : Khe hở an toàn giữa cầu trục và cột
- Trục nhánh trong cột bậc đỡ dầm cầu trục trùng với trục dầm cầu trục, có chiều cao tiết
diện cột dưới : hd = a + λ = 250 + 750 = 1000mm
hd
1000
1
1
=
=
>
H 15,1 × 1000 15,1 20 (Đảm bảo yêu cầu về độ cứng)

3. Cửa mái .
- Chọn cửa mái hình thang có hệ thanh bụng phân nhỏ
-

1
Độ dốc i = 10

Chiều cao đầu dàn Ho = 2200mm = 2,2m
Chiều cao giữa dàn
Cửa trời :

H g = Ho +

L
27 1
i = 2,2 +
× = 3,55m
2
2 10

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 2

2


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

1 1

:
+ Nhịp cửa trời Lctrời = ( 2 5 )*L =13,5 : 5,4 m

Suy ra Lct = 11m
+ Chiều cao cửa trời Hct = hbd +hk + hbt =0,5+1,25+0.5 =2,25 m
Trong đó:
hk:chiều cao lớp kính, chọn hk= 1,25m
hbd:chiều cao bậu cửa dưới, chọn hbd= 0,5m
hbt:chiều cao bậu cửa trên, chọn hbt= 0,5m
độ dốc i=1/10
Các lớp mái cấu tạo từ trên xuống dưới như sau:
+ Hai lớp gạch lá nem, dày 1,5cm/lớp (go = 2000kG/m3)
+Hai lớp vữa lát, dày 1,5cm/lớp (go = 1800kG/m3)
+Lớp bêtông chống thấm có độ dày trung bình 4cm (go = 2500kG/m3)
+ Lớp bêtông xỉ dày 12cm (go = 500kG/m3)
+ Panel sườn BTCT 1.5x6 (gc = 150daN/m2)
4. Mặt bằng lưới cột và các hệ giằng
Chiều dài nhà : 17xB = 17 x 6 = 102 m < 200m không cần phải bố trí khe nhiệt độ

hÖ gi»ng cét

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

hÖ gi»ng cét

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 3

3

17

1


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

26500

A

B

2250 5500 5500 5500 5500 2250

Hệ giằng cánh trên

500

5500

6000

6000

6000

6000

6000

5500

500

102000

1

2

3

4

8

9

12

13

14

15

26500

A

B

2250 5500 5500 5500 5500 2250

Hệ giằng cánh dưới

500

5500

6000

6000

6000

6000

6000

5500

500

102000

1

2

3

4

8

9

12

13

14

15

II. Tính toán khung ngang
1.Tải tác dụng lên dàn
a. Trọng lượng của mái

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 4

4


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

Dựa vào cấu tạo cụ thể của mái có bảng sau:
STT

Tải trọng tiêu
chuẩn
daN/m2

Hệ số
vượt tải

Tải trọng
tính toán
daN/m2

2000

2000x2x0,015=6
0

1,1

66

Hai lớp vữa lót dày
1,5cm/lớp

1800

1800x2x0,015=5
4

1,2

64,8

Lớp BT chống thấm
dày 4cm
Lớp BT xỉ cách nhiệt
dày trung bình 12cm
Lớp Panel mái
(1,5x6m)
Tổng cộng

2500

0,04x2500=100

1,2

120

500

500x0,12=60

1,2

72

150

1,1

165

0

Các lớp mái

kG/m

1

Hai lớp gạch lá nem
dày 1,5cm/lớp

2
3
4
5

3

424

487,8

Trọng lượng mái cần đổi ra phân bố đều trên mặt bằng với độ dốc i = 1/10 = 5,710
cos = 0,995
424
424
=
= 426,13daN / m 2
cos α 0,995
487,8 478,8
g mtt
=
= 490,25daN / m 2
cos α 0,995

g mtc =

 Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng
Theo công thức kinh nghiệm :
gtc= 1,2. αd..L
có α d = 0,65
g dtc = 1,2 × 0,65 × 27 = 21,06daN / m 2 ;
g tt d = 1,1× 21,06 = 23,17daN / m 2

 Trọng lượng cửa trời
Theo công thức kinh nghiệm :
g cttc = α ct × lct daN / m 2 ;

Trong đó : α ct = 0,5; lấy trong khoảng 12 18 daN/m2
g ctc = 0,5 × 11 = 5,5daN / m 2
⇒ g ct = 1,1× 5,5 = 6,05daN / m 2

 Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa
tc
2
tt
2
- Trọng lượng cánh cửa : g k = 40daN / m ⇒ g k = 1,1 × 40 = 44daN / m
- Trọng lượng bậu cửa trên và dưới:

g btc = 150 daN / m 2 ⇒ g btt = 1,1×150 = 165daN / m 2

- Trọng lượng tập trung ở chân cửa trời do cánh cửa và bậu cửa là:

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 5

5


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

g kb = 44 × 2,25 × 6 + 165 × 6 = 1584 daN

-

Trọng lượng tương đương phân bố đều trên mặt bằng nhà
g ct =

g cttt .lct .B. + 2.g kb 6,05 ×11× 6 + 2 ×1584
= 22,13daN / m 2

27 × 6 × 0.995
L.B. cos α
=

b. Hoạt tải mái:
pctt = nc × pctc = 1,3 × 75 = 97,5daN / m 2 ;

Trong đó:
nc: hệ số vượt tải
Pctc: hoạt tải mái tiêu chuẩn (Pctc= 75daN/m2)
c. Tải trọng phân bố đều lên dàn:
+ Tải trọng thường xuyên:

tt
g = B × ∑ g i = B × ( g mái
+ g dtt + g cttt ) = 6 × ( 490,25 + 23,17 + 22,13) = 3213,3daN / m

+ Tải trọng tạm thời :
p = B × pctt = 6 × 97,5 = 585daN / m

2. Tải trọng tác dụng lên cột:
a. Do phản lực đầu dàn
- do tải trọng thường xuyên:

g × L 3213,3 × 27
=
= 43379,6daN = 433,796kN
2
2
p × L 585 × 27

Ap =
=
= 7897,5daN = 78,975kN
2
2
Ag =

b. Do trọng lượng của dầm cầu trục
Công thức kinh nghiệm : Gdct = 1,2dctLdct2
Trong đó
+ dct : hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục
dct = 24 37 với cầu trục sức trục Q =30T< 75T
Chọn dct= 30; Ldct = 6 m
Gdct = 1,2 × 30 × 6 2 = 1296daN

c. Do áp lực đứng bánh xe dầm cầu trục
Số liệu cầu trục đã cho:

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 6

6


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

+ Sức trục : Q =75T

+Nhịp cầu trục: Lk = L − 2λ = 27 − 2 × 0,75 = 25,5m;

+Chế độ làm việc trung bình
Tra bảng VI.2 (Thiết kế KCT nhà công nghiệp) có các số liệu cầu trục như sau:
+ Số bánh xe ở một bên : n0 = 4 bánh
+ Khoảng cách giữa các bánh 4560 mm
+ áp lực tiêu chuẩn lên các bánh xe: Pc 1max= 36T ,Pc 2max=37T
+ Trọng lượng xe con : Gxc = 38T
+Trọng lượng cầu trục : Gct = 125T
áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực Pc 1max & Pc 2max được xác định lý thuyết
đường ảnh hưởng khi các bánh xe di chuyển đến vị trí bất lợi nhất (Phản lực tựa dầm cầu
trục lớn nhất xuất hiện khi một trong số các PCmax đặt trực tiếp lên gối tựa và các PCmax đặt
gần gối nhất).
Với vị trí bất lợi nhất của các bánh xe trên dầm (xem hình vẽ )
Từ hình vẽ theo tam giác đồng dạng ta có:
Y 1=
Y 2=
Y 4=
Y 5=

600
600
× y3 =
×1 = 0,1
6000
6000
600 + 4560
600 + 4560
× y3 =
×1 = 0,86
6000
6000

840 + 2600
840 + 2600
× y3 =
× 1 = 0,573
6000
6000
2600
2600
× y3 =
×1 = 0,433
6000
6000

Dmax = n × nc × ( P1Cmax ∑ yi + P2Cmax ∑ yi ) = 1,2 × 0,85 × [ 36.(0,1 + 0,433 + 0,573) + 37.(0,86 + 1)] = 110,809T

= 110809 daN

trong đó: + n = 1,2 : Hệ số vượt tải

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 7

7


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

+ nc : Hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của nhiều cầu
trục, với tải trọng của hia cầu trục chế độ vừa có nC = 0,85

+ yi : tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dưới các vị trí bánh xe cầu trục
Áp lực nhỏ nhất của bánh xe
Q + GCT
75 + 125
− P1Cmax =
− 36 = 14T = 14000daN
no
4
Q + GCT
75 + 125
=
− P2Cmax =
− 37 = 13T = 13000daN
no
4

P1Cmin =
P2Cmin

Vậy : Dmin=

n × nc × ( P C 1min × ∑ yi + P C 2 min × ∑ yi )

= 1,2.0,85.[14000.(0,1 + 0,433 + 0,573) + 13000.(0,86 + 1)] =40457,28 daN
Ở đây do Dmax & Dmin đặt vào trục nhánh cầu trục nên lệch tâm so với trục cột dưới một
khoảng xấp xỉ bằng e= hd/2=1,0/2 =0,5m
Suy ra Mmax= Dmax.e =11809.0,5 = 55404,5 daN.m
Mmin= Dmin..e = 40457,28.0,5 =20228,64 daN.m
Mdct=Gdct.e = 1296.0,5 =648 daN.m
d. Do lực hãm ngang T của bánh xe con chạy trên cầu trục

Lực hãm ngang T được xác định tương tự như Dmax , Dmin
Trước hết có lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục do hãm, tính theo công thức
T1c =

0,05(Q + G xe ) 0,05.(75 + 38)
=
= 1,413T
n0
4

Trong đó : + Q = 75T (sức trục) ; Gxe = 38T (trọng lượng xe con)
+ n0 – số bánh xe ở một bên cầu trục
Vậy

T = n × nc × T1c × ∑ yi = 1,2 × 0,85 × 1413 × ( 0,1 + 0,86 + 1 + 0,573 + 0,433) = 4274,78daN

= 42,7478 kN = 4,275T
3.Tải trọng gió tác dụng lên khung
Để đơn giản tính toán, chia tác dụng của gió thành hai thành phần
- Gió tác dụng lên tường dọc đưa về phân bố đều trên cột khung
- Gió tác dụng trên mái kể từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên đưa về thành lực tập trung đặt
ngang cao trình cánh dưới dàn vì kèo
*.Tính các hệ số khí động :
Do mái có độ dốc i=10% nên α= 5,71°
h2 18,2
=
= 0,67
27
+ Tính hệ số ce4 :Ta có h2=10,9+2+2,2 =18,1 m ,L=27m => l

Nội suy theo bảng 6,sơ đồ 2 TCVN 2737-95 ta có ce4= -0,596
h2 18,2
b 102
=
= 3,78
=
= 0,67
l
27
l
27
+ Tính hệ số ce3 :b=17B=17.6=102m =>
&

Nội suy bảng 6,sơ đồ 2 TCVN 2737-95 ta có ce3 =-0,534
h1 21,15
=
= 0,783
27
+ Tính hệ số ce1 :h1= 18,1+0,8+2,25 =21,15 m => l

Nội suy ta có ce1 = -0,632
h1 21,15
=
= 0,783
27
+ Tính hệ số ce2 : l
Nội suy ta có ce2 = -0,4566

Do chiều cao cột H= 15,9m <20m nên chọn α =1,1 .Khi đó :

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 8

8


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

+ Phía đón gió : q d = nWo kcB = 1,2 ×155 ×1,08 × 0,8 × 6 ×1,1 = 1061daN / m = 10,61kN / m
+ Phía gió hút : qh = n × W × k × C × B = 1,2 × 155 ×1,08 × 0,534 × 6 ×1,1 = 708daN / m = 7,08kN / m
Trong đó:
+Wo : áp lực gió ở độ cao 10m, theo đầu bài Wo = 155 daN/m2
+ n = 1,2 hệ số vượt tải
+ k : hệ sô kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao lấy k=1,08
+ c : hệ số khí động
Trong phạm vi mái hệ số k là trung bình cộng của giá trị ứng với đáy dàn vì kèo và giá trị
tại độ cao lớn nhất của mái :
*Với độ cao h =15,9 m nội suy theo bảng 5 TCVN 2737-95 ta có k=1,089
*Với độ cao h=21,7m nội suy được k =1,1453
Phần tải trọng gió trên mái, từ đỉnh cột trở lên đưa về thành tải tập trung đặt ở đầu cột W với
trị số k lấy trung bình : k = 0,5 × (1,089 + 1,1453) = 1,1172
Vậy ta có :
W = n × Wo × k × B ∑ Ci hi = 1,2 ×155 × 1,1172 × 6 ×

( 2,2 × 0,8 − 0,8 × 0,596 + 2,25 × 0,7 − 0,55 × 0,632 + 0,55 × 0,4566 + 0,6 × 2,25 + 0,8 × 0,5 + 2,2 × 0,534)

= 7090 daN = 70,90 kN
III. Xác định nội lực & tổ hợp nội lực

1.Tính toán nội lực
Chọn J1/J2 = 9 và Jd/J2 = 36 , J1=1 ,J2=1/9 ,Jd=4,0
a. Tĩnh tải
Ta có chuyển vị góc xoay đầu cột 1 = 2 =
R1 p

Phương trình chính tắc: r11. + R1P = 0 = - r11
Trong đó r11 là tổng phản lực momen ở các nút trên khung khi góc xoay
R1P là tổng phản lực momen ở các nút trên khung do tải trọng ngoài gây ra
*Xác định r11:
Cho 2 nút xoay một góc = 1 và chuyển vị ngang = 0
Momen uốn ở 2 đầu xà ngang là:
MB

xa

MB

cot

2 EJ d 2 E 4 J 1
=
= 0,296 EJ 1
L
27
4 ×1,2489 EJ 1
4C EJ1
=
×
=

= 0,0396 EJ1
K
H
7,94 × (5 + 10,9)

=

Trong đó:
J1
−1 = 8
J
2
µ=
Ht
5
Ht
=
= 0.3145
H
+
H
5
+
10
,
9
t
d
H
α=

=

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 9

9


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

 A = 1 + αµ = 1 + 0.3145 × 8 = 3.5160

2
2
 B = 1 + α µ = 1 + 0.3145 × 8 = 1.7913

3
3
C = 1 + α µ = 1 + 0.3145 × 8 = 1.2489
 F = 1 + α 4 µ = 1 + 0.3145 4 × 8 = 1.0783


K = 4.A.C – 3.B2 = 4×3,5160×1,2489 - 3×1,79132 = 7.94
Tính hệ số của pt chính tắc:
xa
cot
r11 = M B + M B = 0,296 EJ1 + 0,0396 EJ1 = 0,3356 EJ1

gL2

3213,3 × 27 2
=−
= −195208daN .m
12
R1P = MBP = - 12
= -195,208 T.m
R1 p
− 195,208 581,67
−
=
EJ1
= - r11 = 0,3356 EJ1

Phản lực đầu cột do chuyển vị góc xoay = 1 gây ra:
B

R =

6 B EJ1 6 ×1,7913 EJ1
×
=
×
= 0,00535EJ1
K H2
7,94
15,9 2
B

R ϕ = 0.00535 EJ1 ×

RB =
Giá trị momen cuối cùng:

581,67
= 3,112
EJ1
T

581,67
− 195,208 = −23,034
E
J
xa
1
+Ở đầu xà: MB =
T.m
581,67
cot
M B ϕ = 0.0396 EJ1 × (−
) = −23,034
EJ 1
+Ở đầu cột: MBcot =
T.m
M B ϕ + M B = 0,296 EJ1 ×
xa

P

Vậy : MBxa = MBcot = -23,034 T.m
Momen ở vai cột:

MC = MBcot + RB×Ht = -23.034+ 3,112 × 5 = -7,474 T.m
Momen ở chân cột:
MA = MBcot + RB×H = -23,034 + 3,112 × 15,9 = 26,447 T.m
Momen lệch tâm ở vai cột:

(1)
(2)
(3)

3213,3 × 27 1 − 0.5
×
= 10845daN.m
2
2
Me = V.e =
= 10,845 T.m

Momen cột do momen lệch tâm gây ra (dùng các công thức tra bảng)
(1 − α )[ 3B(1 + α ) − 4C ]
(− M e )
K
MB =
(1 − 0,3145)[ 3 ×1,7913 × (1 + 0,3145) − 4 × 1,2489]
−
(−10,845) = 1,937
7,94
=
T.m
−

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 10

(4)

10


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

M
6(1 − α )[ B − A(1 + α ) ]
× (− e )
K
H
RB =
6 × (1 − 0,3145)[1,7913 − 3,5160 × (1 + 0,3145) ]
10,845
−
× (−
) = −1,0
7,94
15,9
=
T
−

Momen tại các tiết diện khác:
MCt = MB + RB×Ht = 1,937 – 1,0×5 = –3,063 T.m

(5)
MCd = MCt + Me = -3,063 + 10,845 = 7,782 T.m
(6)
MA = MB + RB×H + Me = 1,937 – 1,0×15,9 + 10,845 = -3,118 T.m
(7)
Momen tổng cộng do tĩnh tải gây ra:
MB = (1) + (4) = -23,034 + 1,937 = -21,097 T.m = -210,97 kN.m
MCt = (2) + (5) = -7,474 – 3,063 = -10,537 T.m = -105,37 kN.m
MCd = (2) + (6) = -7,474 + 7,782 = 0,308T.m = 3,08 kN.m
MA = (3) + (7) = 26,447 – 3,118 = 23,329 T.m = 233,29 kN.m

210,97

210,97
3,08

3,08

105,37

105,37
M
kN.m

233,29

233,29

Biểu đồ mô men do tĩnh tải
b. Hoạt tải

Xác định tương tự như tĩnh tải.Ta có thể nhanh chóng tìm được biểu đồ momen dựa vào kết
tính trong trường hợp tĩnh tải bằng cách nhân các tung độ của biểu đồ momen do tĩnh tải với
tỉ số p/g (tính trên 1 m dài)
p
585
=
= 0,182
Ta có: g 3213,3

Vậy:

MB = -210,97×0,182 = -38,40 kN.m
MCt = -105,37×0,182 = -19,18 kN.m
MCd = 3,08×0 ,182= 0,56 kN.m
MA = 233,29×0,182 = 42,46 kN.m

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 11

11


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

38,40

38,40
0,56

0,56

19,18

19,18
M
kN.m

42,46

42,46

Biểu đồ mô men do hoạt tải
c. Nội lực do áp lực của bánh xe cầu trục
Để an toàn và dễ dàng trong tính toán ta xem như (Dmax + Gdct) và (Dmin + Gdct) là những hoạt
tải
Dmax + Gdct = 110,809 + 1,296 = 112,105 T
Dmin + Gdct = 40,457+ 1,296 = 41,753 T
Khung được tính với các momen Mmax và Mmin đặt ở 2 cột đỡ cầu trục,xem xà ngang là cứng
vô cùng
R1P
Phương trình chính tắc: r11. + R1P = 0 = - r11

*Xác định r11
Ta có:

6 B EJ1 6 × 1,7913 EJ1
×
=
×

= 0,00535EJ 1
K H2
7,94
15,9 2
T.m
12 A EJ1
12 × 3,5160 EJ1
RB = −
× 3 =−
×
= −0,00132 EJ 1
K
7,94
H
15,9 3
T
MB =

Momen tại các tiết diện khác:
M C = M B + R B × H t = 0,00535EJ1 − 0,00132 EJ1 × 5 = −0,00125EJ1 T.m
M A = M B + R B × H = 0,00535EJ1 − 0,00132 EJ1 ×15,9 = −0.01564 EJ1 T.m

Ở cột phải trị số momen bằng như vậy nhưng khác dấu vì đối xứng
Phản lực trong liên kết thêm là:
r11 = 2 R B = -2×0,00132 = -0.00264EJ1
Momen lệch tâm do dầm cầu trục:
hd
1
× Dmax = × 112,105 = 56,053
2

Mmax = e’.Dmax = 2
T.m
hd
1
× Dmin = × 41,753 = 20,877
2
Mmin = e’.Dmin = 2
T.m

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 12

12


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

Có thể dùng kết quả momen ở cột trái nhân với hệ số tỷ lệ -Mmax/Me và –Mmin/Me sẽ được
biểu đồ do Mmax và Mmin gây ra trong hệ cơ bản
−

M max
56,053
=−
= −5,17
Me
10,845

−

M min
20,877
=−
= −1,93
Me
10,845

Momen cột trái:
MB = -5,17×1,937 = -10,01 T.m
MCt = -5,17×(-3,063) = 15,84 T.m
MCd = -5,17×7,782 = -40,23 T.m
MA = -5,17×(-3,118) = 16,12 T.m
Phản lực
RB = -5,17×(-1,0) = 5,17 T
Momen cột phải:
M’B = -1,93×1,937 = -3,74 T.m
M’Ct =-1,93×(-3,063) = 5,91 T.m
M’Cd = -1,93×7,782 = -15,02 T.m
M’A =-1,93×(-3,118) = 6,02 T.m
Phản lực
R’B = -1,93×1,0 = -1,93 T (ngược chiều RB)
Phản lực trong liên kết thêm:
r1P = RB + R’B = 5,17 – 1,93 = 3,24 T
−

r1P
3,24
1227,27
=−

=
r11
− 0.00264 EJ1
EJ 1

Chuyển vị ẩn số: =
Nhân biểu đồ momen đơn vị với rồi cộng với biểu đồ momen trong hệ cơ bản do Mmax và
Mmin được kết quả cần tìm
Cột trái:
1227,27
MB = 0,00535 EJ1× EJ1 +(-10,01) = -3,44 T.m = -34,4 kN.m
1227,27
M t = -0,00125EJ × EJ1 +15,84 = 14,31 T.m = 143,1 kN.m
C

1

1227,27
MCd = -0,00125EJ1× EJ1 +(-40,23) = -41,76 T.m = -417,6 kN.m
1227,27
M = -0,01564EJ × EJ1 +16,12 = -3,075 T.m = -30,75 kN.m
A

1

N = 112,105 T = 1121,05 kN
Cột phải:
1227,27
M’B =-0,00535 EJ1 × EJ1 +(-3,74) = -10,31 T.m = -103,1 kN.m
1227,27

M’ t = 0,00125EJ × EJ1 +5,91 = 7,44 T.m = 74,4 kN.m
C

1

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 13

13


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

1227,27
M’Cd = 0,00125EJ1× EJ1 +(-15,02) = -13,49 T.m = -134,9 kN.m
1227,27
M’ = 0,01564EJ × EJ1 +6,02 = 25,21 T.m = 252,1 kN.m
A

1

N= 41,753 T
34,4

34,4

417,6

417,6

143,1

103,1

103,1
134,9

143,1

74,4

74,4

134,9

M
kN.m

M
kN.m

30,75

252,1
252,1
Mômen do D ph?i

30,75
Mômen do D trái

d. Nội lực do lực hãm cầu trục T tại cốt trái
Lực T đặt tại cao trình dầm hãm của 1 trong 2 cột đỡ cầu trục.Chiều có thể hướng sang trái
hoặc phải.Do đó nội lực khung luôn có dấu dương hoặc âm,dấu + ứng với một chiều,dấu ứng với chiều kia
R1P
Phương trình chính tắc: r11. +R1P = 0 = - r11
H t − H dct 5 − 0,7
=
= 0,27
H
15,9
Xác định : .H = Ht–Hdct =
< α = 0.2917

*Ta có r11 = -0.00264 EJ1
*Xác định R1P

[

]

 (1 − λ ) 2 [ ( 2 + λ ) B − 2C ] µ ( α − λ ) 2 [ ( 2α + λ ) B − 2C ] 
−
+
H ×T
K
K

MB = 
 (1 − 0.27 ) 2 [ ( 2 + 0.27 )1,7913 − 2 × 1,2489]
−

+
7,94

=

[

+

]

8( 0,3145 − 0,27 )

= -7,035 T.m

[

2

[ ( 2 × 0,3145 + 0,27 )1,7913 − 2 × 1,2489]  × 15,9 × 4,275
7,94




]

 (1 − λ ) 2 [ 3B − 2 A( 2 + λ ) ] µ ( α − λ ) 2 [ 3B − 2 A( 2α + λ ) ] 
−
+

T
K
K

RB = 

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 14

14


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

[

]

 (1 − 0,27 ) 2 [ 3 × 1,7913 − 2 × 3,516( 2 + 0,27 ) ]
−
+
7,94

=

8( 0,3145 − 0,27 ) [ 3 × 1,7913 − 2 × 3,516( 2 × 0,3145 + 0,27 ) ] 
 × 4,275
7,94


2

+

= 3,046 T.m
MB = MB = -7,035 T.m
MTP = MB + RB.(Ht–Hdct) = -7,035 + 3,046.(5-0,7) = 6,063 T.m
MCP = MB + RB.Ht – T.Hdct = -7,035 + 3,046×5 – 4,275×0,7 = 5,203 T.m
MAP = MB + RB.H – T.(Hd+Hdct)=-7,035 + 3,046×15,9 – 4,275(10,9+0,7) = -8,194 T.m
P

M T = M B + R B ( H t − H dct ) = 0,00535 EJ – 0,00132 EJ (5-0,7) = -3,26.10-4 EJ
1
1
1

R1P = RB = 3,046 T
−

R1P
3,046
1153,79
=−
=
r11
− 0,00264 EJ1
EJ1

Ta có:
=

Momen tác dụng lên cột trái do lực hãm ngang T:
1153,79
MB = 0,00535 EJ1× EJ1 +(-7,035) = -0,86 T.m
1153,79
M = -3,26×10-3 EJ × EJ1 +6,063 = 5,69 T.m
T

1

1153,79
MC = -0,00125 EJ1× EJ1 +5,203 = 3,76 T.m
1153,79
M = -0,01564 EJ × EJ1 +(-8,194) = -26,24 T.m
A

1

Momen tác dụng lên cột phải do lực hãm ngang T:
1153,79
M’B = -0,00535 EJ1× EJ1 = -6,17 T.m
1153,79
M’ = 0,00125 EJ × EJ1 = 1,44 T.m
C

1

1153,79
M’A = 0,01564 EJ1 × EJ1 = 18,05T.m

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 15

15


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

61,17

8,6
56,9

T

37,6

M
kN.m

262,4

180,5

e. Nội do tải trọng gió gây ra
Tải trọng gió có thể đảo chiều.Trong tính toán chỉ cần xét một trường hợp, kết quả có thể sử
dụng cho trường hợp kia bằng cách đảo biểu đồ gió lật 180 quanh trục thẳng đứng.Giả thiết
khi tải trọng không tác dụng vào xà ngang,xem xà ngang cứng vô cùngdo vậy chuyển vị
xoay = 0,còn chuyển vị ngang tại đỉnh cột
Phương trình chính tắc: r11. + R1P = 0

*Ta có r11 = -0,00264 EJ1
*Xác định R1P :
CỘT TRÁI
−

MB =
RB =

−

9 BF − 8C 2
9 ×1,7913 ×1,0783 − 8 × 1,2489 2
qd H 2 = −
×1,061×15,9 2 = −13,81
12 K
12 × 7,94
T.m

2 BC − 3 AF
2 ×1,7913 × 1,2489 − 3 × 3,516 ×1,0783
qd H = −
×1,061×15,9 = 7,33
2K
2 × 7,94
T

CỘT PHẢI
qh 0,708
=
= 0,667

qd 1,061

Ta có

M ' B = 0.667 × ( − 13,81) = −9,21 T .m

 R' B = 0.667 × 7,33 = 4,89 T

R1P = RB + R’B + W = 7,33 + 4,89 + 7,09 = 19,31 T
−

=

R1P
19,31
7314,4
=−
=
r11
− 0,00264 EJ1
EJ1

CỘT TRÁI
MBP = MB = - 13,81 T.m
2

Ht
52
− 13,81 + 7,33 × 5 − 1,061× = 9,58
2

MCP = MB + RB.Ht – qd 2 =
T.m
2
2
H
15,9
− 13,81 + 7,33 ×15,9 − 1,061×
= −31,38
2
MAP = MB + RB.H – qd 2 =
T.m

CỘT PHẢI
M’BP = - 0.667MBP = - 0.667×(-13,81) = 9,21 T.m

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 16

16


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

M’CP = - 0.667MCP = - 0.667×9,58 = -6,39 T.m
M’AP = - 0.667MAP = - 0.667×(-31,38) = 20,93 T.m
Momen do tải trọng gió gây ra:
CỘT TRÁI
7314,4
MB = 0,00535 EJ1× + MBP = 0,00535 EJ1× EJ1 - 13,81= 25,32 T.m

7314,4
M = -0,00125EJ × + M P = -0,00125EJ × EJ1 + 9,58 = 0,44 T.m
C

1

C

1

7314,4
MA = -0,01564 EJ1× + MAP = -0,01564 EJ1× EJ1 - 31,38 = -145,78 T.m

CỘT PHẢI
7314,4
M’B = -0,00535 EJ1× + M’BP = -0,00535 EJ1× EJ1 + 9,21 = -29,92 T.m
7314,4
M’ = 0,00125EJ × + M’ P = 0,00125EJ × EJ1 - 6,39 = 2,75 T.m
C

1

C

1

7314,4
M’A = 0,01564 EJ1× + M’AP =0,01564 EJ1× EJ1 + 20,93 = 135,33 T.m

2.Tổ hợp nội lực

Nội lực tính toán của cột đã được cho kèm theo đồ án vì vậy mà ta có bảng nội lực sau đây
Sau khi có bảng nội lực ta tiến hành tổ hợp nội lực
Có hai loại tổ hợp nội lực
Tổ hợp nội lực loại 1 : tĩnh tải + hoạt tải gây nguy hiểm nhất
Tổ hợp nội lực loại 2: tĩnh tải + các tải trọng khác gây nguy hiểm cho kết cấu và ta có
kể đến hệ số đồng thời của các tải trọng với hệ số 0,9
Khi có các cặp nội lực ta chọn cặp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán
Môt cách đơn giản là tính phác lực dọc trong nhánh gây bởi mỗi cặp M, N dùng công thức
gần đúng sau
N nhanh =

M N
+
h 2

No

Dạng
tải
trọng

B
Cs
Ci
A

Hệ số tổ hợp

Bảng nội lực
Cột

trên
Tiết
diện
B

Cột dưới
Tiết
diện
Ct

Tiết
diện
Cd

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 17

Tiết diện A

17


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

M
kN.
m

N

kN

M
kN.
m

N
kN

M
kN.
m

N
kN

M
kN.
m

N
kN

Q
kN

210,
97

433,

80

105,
37

433,
80

3,08

433,
80

233,
29

433,
80

21,1
2

-38,4

78,9
8

19,1
8

78,9
8

0,56

78,9
8

42,4
6

78,9
8

3,84
4

0,9

34,5
6

71,0
82

17,2
62

71,0
82

0,50
4

71,0
82

38,2
14

71,0
82

3,46
0

1

34,4
0

0

143,
10

0

417,
6

1121
,05

30,7
5

1121
,05

35,4
9

0,9

30,9
6

0

128,
79

0

375,
84

1008
,95

27,6
75

1008
,95

31,9
4

1

103,
10

0

74,4
0

0

134,
9

417,
53

252,
1

417,
53

35,5
0

0,9

92,7
9

0

66,9
6

0

121,
41

375,
78

226,
89

375,
78

31,9
5

1

8,6

0

±37,
6

0

±37,
6

0

262,
4

0

±27,
52

0,9

7,74

0

±33,
84

0

±33,
84

0

236,
16

0

±24,
77

1

61,7

0

±14,
4

0

±14,
4

0

±180
,5

0

15,2
4

0,9

55,5
3

0

±12,
96

0

±12,
96

0

±162
,45

0

13,7
2

1

tỉnh tải

q

1

4



Dtrái
Dphải

3

Mmax

Mmin

Mmin

Mmax

Tphải

5


6

p

Ttrái

2

Hoạt tải

1

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 18

18


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

253,
2

7

Gió trái

1
W

Gió phải

4,4

0

4,4

0

1457
,8

0

134,
15

0

1312
,02

0

120,
74

0

1353
,3

0

121,
63

0

1217
,97

0

109,
47

W'

q

0,9

227,
88

q'

299,
2

1
8

0

W'

W

0,9

q'

q

269,

28

0

3,96

0

27,5

0

24,7
5

0

3,96

0

27,5

0

24,7
5

Bảng tổ hợp nội lực
Tiết

diện

B

Nội
lực

+

M

max

N

,

Tổ hợp loại 1
Nmax , M
M-max ,
N
M+
M-

M

max

,

N

—

1,8

—

M

—

510,17

—

N

—

433,80

—

1,3,5

1,2

—

1,2

1,3,5,8

75,33

124,55

—

124,5
5

82,01

Ct
M

1,2

+

49,37
512,7
8

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 19

—
—

—

Tổ hợp loại 2
Nmax , M
M-max ,
+
N
M
M1,2,4,6,
1,2,4,6,
—
8
8
—
-663,13
663,13
504,88
—
504,78
2
1,2,3,5,
1,2,4,5
1,2,7
8
64,748
89,512
118,672

19

Đồ án Kết cấu thép II

N

GVHD : Ts Lê Trung Phong

433,80
1,8

Cd

512,7
8
1,3,5

—
—

M

27,83

448,33

—

N

433,80

1554,8
5

—

1,8

1,7

1,3,5

M

1451,26

N

433,80

A

Qmax

1078,7 464,9
3
4
1554,
433,80
85

1,8
-100,51

512,7
8
1,3,5
448,3
3
1554,
85

433,80
1,2,8
28,334
504,882

—

1,2,4,5,
8

—

1952,52
4

—

880,662

504,88
2
1,2,3,5
406,09
6
1513,8
32

504,88
2
—
—

504,882
1,2,3,5
406,096

1513,83
2
1,2,3,5, 1,2,3,5,
1,3,5,7
8
7
1697,9
1342,5
1304,35
59
65
1
1442,7 1513,8 1513,83

5
32
2
1,2,4,5,8
-190,77
—

B- THIẾT KẾ CỘT
I. Xác định các thông số thiết kế
1. Nội lực tính toán cột
*Trọng lượng bản thân cột
Gc được coi như một lực tập trung đặt tại trọng tâm tiết diện đỉnh của mỗi đoạn cột
Gc được tính theo công thức
Gc = gc × hc ;

hc- Chiều dài mỗi đoạn cột
gc – trọng lượng 1m dài cột được tính theo công thức :
gc =

∑ N ×ψγ ;
KR

trong đó:
+ N: Lực nén lớn nhất trong bảng tổ hợp của đoạn cột trên (tại C t ) và cột dưới
chưa kể đến trọng lượng bản thân cột
+ K: hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen làm tăng tiết diện cột
+R = 2100 daN/cm2 – cường độ của vật liệu thép làm cột
+ = 1,8 hệ số cấu tạo, trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột
+ = 7850 daN/m3 – trọng lượng riềng của thép
-Với đoạn cột trên:

(tại A )

∑ N = 512,78kN ; K = 0,25;
gc =

gc =

∑N
512,78 × 1,8 × 78,50
ψγ =
= 1,38kN / m
KR
0,25 × 2100 ×10 2

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 20

20


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

Gct = g ct × ht = 1,38 × 5 = 6,9kN ;

-Với đoạn cột dưới:

∑ N = 1554,85kN ; K = 0,4;

gc =

∑N
1554,85 × 1,8 × 78,50
ψγ =
= 2,62kN / m
KR
0,4 × 2100 ×10 2

Gcd = g cd × hd = 2,62 ×10,9 = 28,56kN ;

*Các cặp nội lực tính toán như sau:

M = −663,13kN .m

- Với đoạn cột trên: { N = 504,882 + 1,38 = 506,262kN ;
- Với đoạn cột dưới :

{

Cặp 1

M = −1342,565kN .m
N = 1442,75 + 28,56 = 1471,31kN
M = 1697,959kN .m
N = 1513,832 + 28,56 = 1542,392kN

Cặp 2 {
2. Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung
Dự kiến thiết kế cột có tiết diện thay đổi, nên chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung

được xác định riêng rẽ cho từng đoạn cột theo công thức
l1x = 1Hd , l2x = 2Ht
Trước hết xác định các tham số
-Tỷ số độ cứng đơn vị giữa hai phần cột
K1 =

J 2 H d 1 10,9
×
= ×
= 0,242
J1 H t 9
5

J2 1
=
J
9
1
Với Giả thiết

- Tỷ số lực nén tính toán lớn nhất của phần cột trên và phần cột dưới
m=

N d 1542,392
=
= 3,05
Nt
506,262
>3

-Tính hệ số
C1 =

Ht
Hd

J1
5
9
=
= 0,788
J 2 m 10,9 3,05

Tra bảng II.6b sách Thiết kế Kết cấu thép Nhà công nghiệp ta có :
µ1 = 1,97; → µ 2 =

µ1 1,97
=
= 2,5
C1 0,788

l1x = µ1 H d = 1,97 ×10,9 = 21,47 m;

Tính được : l 2 x = 2,5 × 5,0 = 12,5m;
3. Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung
Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung được xác định bằng khoảng cách các điểm cố
kết dọc ngăn cản không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 21

21


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong
l1 y = hd = 10,9m;
l 2 y = ht − H dct = 5,0 − 0,7 = 4,3m,

II. Thiết kế cột đặc (đoạn cột trên)
1. Chọn tiết diện
Tiết diện cột trên chọn dạng chữ H đối xứng, ghép từ ba bản thép, với chiều cao tiết diện đã
chọn trước ht = 500 mm và cặp nội lực
Độ lệch tâm
e=

{

M = −663,13kN .m
N = 504,882 + 1,38 = 506,262 kN ;

M
663,13
=
= 1,31m
N 506,262

Diện tích yêu cầu của tiết diện tính theo công thức
Ayc =

N
Rγ


e  506,262 
1,31 
1,25 + 2,2
 = 169,1cm 2
1,25 + ( 2,2 ÷ 2,8)  =
h
21
0
,
5


t 


Chọn chiều dày bản bụng b = 14 mm ;
Chọn chiều dày bản cánh c = 24 mm,
Chiều rộng bản cánh bc = 300 mm ;
Diện tích của tiết diện vừa chọn là : + Bản bụng : 45,2 ×1,4 = 63,28cm

2

2
+Bản cánh : 2 × 30 × 2,4 = 144cm

A = 63,28 + 144 = 207,28cm 2 (<30%)

2.Kiểm tra tiết diện đã chọn
- Tính các đặc trưng hình học của tiết diện
Jx =

1,4 × 45,2 3
30 × 2,4 3
+ 2× (
+ 23,8 2 × 2,4 × 30) = 92410,111cm 4
12
12

Jy =

2 × 2,4 × 303 1,4 3 × 45,2
+
= 10810,336cm 4
12
12

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 22

22


Đồ án Kết cấu thép II
Jx
92410,111
=
= 21,115cm

A
207,28
;

rx =

Jy

ry =
Wx =

GVHD : Ts Lê Trung Phong

A

=

10810,336
= 7,222cm;
207,28

2 J x 2 × 92410,111
=
= 3696,404cm 4
h
50

- Độ mảnh và độ mảnh quy ước của cột trên
λx =
λy =

l2 x
1250
R
2100
=
= 59,20 λ x = λ x
= 59,20
= 1,872
6
rx 21,115
E
2
,
1
×
10
;
l2 y
ry

=

430
R
2100
= 59,54 λ y = λ y
= 59,54
= 1,883
6

7,222
E
2
,
1
×
10
;

- Độ lệch tâm tương đối m, và độ lệch tâm tính đổi m1:
m=

Với

eAng
Wx

=

131× 207,28
= 7,35
3696,404

0,1 < λ x = 1,872 < 5;5 < m = 7,35 < 20;

Ac
72
=
= 1,14
Ab 63,28

tra bảng II.4 ta có :Khi Ac/Ab=1 =>η = 1,4 − 0,02 × λ x = 1,4 − 0,02 × 1,872 = 1,3626
Vậy ta có m1 = η × m = 1,3626 × 7,35 = 10,015 < 20;
Cột không cần kiểm tra bền vì Ath = Ang & m1=10,015<20
- Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :
Với : λ x = 1,872 và m = 10,015
1

tra bảng II.2 ta được lt = 0,12717
Điều kiện ổn định :
σ=

N
50626,2
=
= 1920,58daN / cm 2 < Rγ = 2100daN / cm 2
ϕ lt . Ath 0,12717 × 207,28

Như vậy điều kiện ổn định được bảo đảm
- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn
Trước hết tính giá trị mômen ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có

M 2 = −663,13kN .m (tổ hợp 1,2,4,6,8) trong trường hợp này ta có giá

trị mômen tương ứng ở đầu kia (tại Ct ) là: M 1 = −17,962kN .m;

2
M = M1 + × ( M 2 − M1 ) =
3
Mômen ở đoạn 1/3 cột là :

-448,074 kN.m

Như vậy giá trị mômen quy ước để tính toán là :
M ' = max(M ; M 1 / 2; M 2 / 2) = −448,074kN .m

Độ lệch tâm tương đối
M ' Ang 44807,4.10 2
207,28
mx =
×
=
×
= 4,96 < 5
N Wx
50626,2
3696,404

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 23

23


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

Tra bảng II.5 phụ lục II xác định được các hệ số , :
α = 0,65 + 0,005m = 0,65 + 0,005 × 4,96 = 0,675

E

2,1× 10 6
λ y = 59,54 < λc = 3,14 ×
= 3,14 ×
= 99,295; β = 1;
R
2100
β
1
C=
=
= 0,22999 → ϕ y = 0,826
1
+
α
m
1
+
0
,
675
×
4
,
96
x
Tính được

Điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng uốn
σ=

N
50626,2
=
= 1285,67daN < Rγ = 2100daN ;
C × ϕ y Ang 0,22999 × 0,826 × 1207,28

Như vậy điều kiện ổn định được bảo đảm
- Kiểm tra ổn định cục bộ
+ Với bản cánh cột :

(

)

 bo 
E
2,1×10 6
(
)
=
0
,
36
+
0
,
1
λ
×
=

0
,
36
+
0
,
1
×
1
,
872
×
= 17,3
 
R
2100
δ c 

Tiết diện đã chọn có :

bo 30 − 1,4
=
= 5,96 < 17,3
δ c 2 × 2,4
( thỏa mãn )

+ Với bản bụng cột, vì khả năng chịu lực của cột được xác định theo điều kiện ổn định tổng
thể trong mặt phẳng khung nên tỷ số giới hạn [ ho/b] được xác theo bảng 3.4 sách Thiết kế
Kết cấu thép, ứng với
m = 7,35> 1 và = 1,872 > 0,8 có

(

)

 ho 
E
2,1×10 6
=
0
,
9
+
0
,
5
λ
×
=
(
0
,
9
+
0
,
5
×
1
,

872
)
×
= 58,06
 
R
2100
δ b 

Tiết diện đã chọn có :

ho 50 − 2 × 2,4
=
= 32,29 < 58,06
δb
1,4

Vậy tiết diện đã chọn như hình trên là thoả mãn
III.Thiết kế cột dưới rỗng (đoạn cột dưới)
1.Chọn tiết diện cột.
Cột dưới rỗng có tiết diện không đối xứng,bao gồm 2 nhánh:
nhánh mái và nhánh cầu trục. Nhánh mái dùng tổ hợp của 1thép bản và 2 thép góc, nhánh
cầu trục dùng tiết diện chữ I tổ hợp từ ba thép bản.
+ Cặp nội lực tính toán nhánh cầu trục (nhánh 1 ) kể thêm trọng lượng bản thân của cột :
M 1 = −1342,565kN .m

Cặp 1 { N1 = 1471,31kN
+ Cặp nội lực tính toán nhánh mái ( nhánh 2 ) kể thêm trọng lượng bản thân của cột :
Cặp 2

{

M 2 = 1697,959kN .m
N 2 = 1542,392kN

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 24

24


Đồ án Kết cấu thép II

GVHD : Ts Lê Trung Phong

a.Chọn tiết diện nhánh.
Sơ bộ giả thiết
+ Khoảng cách 2 trục nhánh C=hd=100 cm. Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn tiết diện
đến trục nhánh 1 và nhánh 2 được xác định từ phương trình sau
 M + M2

M 2C
2
y1 −  1
+ C  y1 +
=0
N1 − N 2
 N1 − N 2


Trong đó

y1 là khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến tâm của nhánh cầu trục
y 2 là khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến tâm của nhánh mái

Giải phương trình ta tìm được
y12 + 41,77 y1 − 23,89 = 0

Suy ra y1 = 0,56 m ; => y2 =C-y1= 1-0,56=0,44 m
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:
N nh1 =

M 1 N1
1342,565 1471,31
+
y2 =
+
.0,44 = 1989,95kN
C
C
1
1

Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:
N nh 2 =

M 2 N2
1697,959 1542,392
+
y1 =
+
× 0,56 = 2561,70kN ;

C
C
1
1

Giả thiết hệ số = 0,9
Diện tích yêu cầu các nhánh:
+ Nhánh cầu trục:
Anhyc1 =

+Nhánh mái:
ct
Anh
2 =

N nh1
1989,95 × 100
=
= 105,29cm 2 .
ϕ × R × γ 0,9 × 2100 × 1
N nh2 2561,70 × 100
=
= 135,54cm 2 .
ϕRγ 0,9 × 2100 × 1

Theo yêu cầu độ cứng, chọn bề rộng cột (chiều cao tiết diện mỗi nhánh):
b=50 cm, thoả mãn điều kiện :
b
0,5
1

1
=
=
>
tỷ số H d 10,9 21,8 30

*Nhánh cầu trục.
Dùng tiết dạng chữ I tổ hợp từ ba bản thép có các kích thước và diện tích là:
Bản bụng dầy 1,2cm ; bản cánh dầy 1,8cm ,rộng 20cm
Anh1 = 46,4 ×1,2 + 2 × 20 ×1,8 = 127,68cm 2

hình vẽ

SVTH : Hoàng Như Quyết - Lớp 51XDPage 25

25