ĐAMH thép 2 ĐH Bách Khoa TPHCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Bộ Môn Công Trình

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: Ths. NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY

SVTH:
MSSV:
Lớp:

MAI TRẦN AN BÌNH
81300304
XD13DD01
TP. HCM, 11/2015


LỜI MỞ ĐẦU
Trong xu thế công nghiệp hóa - hiện đại hóa, công trình kết cấu thép ngày càng phổ biến
trong xây dựng. Bằng việc vận dụng kiến thức môn học Kết cấu thép và các tiêu chuẩn,
Đồ án Kết Cấu Thép 2 đã giúp em có kiến thức và cách nhìn rõ ràng hơn về môn học.
Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự
góp ý, nhận xét từ Cô để kiến thức em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra được nhiều
kinh nghiệm bổ ích có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai.
Kính chúc Cô luôn vui vẻ, hạnh phúc, dồi dào sức khỏe và thành công trong công việc.
Em xin chân thành cám ơn.
Sinh viên thực hiện.
MAI TRẦN AN BÌNH

Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

MỤC LỤC
Lời mở đầu................................................................................................................... 2
Mục lục ......................................................................................................................... 3
1/ Yêu cầu thiết kế ....................................................................................................... 4
1.1 Số liệu chung....................................................................................................... 4
1.2 Số liệu cá nhân .................................................................................................... 4
1.3 Thông số kỹ thuật ............................................................................................... 4
1.4 Chọn cầu trục ...................................................................................................... 4
2/ Thiết kế khung ngang ............................................................................................. 5
2.1 Kích thước theo phương đứng ........................................................................... 5
2.2 Kích thước theo phương ngang ......................................................................... 5
2.3 Kích thước dàn mái ............................................................................................ 5
2.4 Kích thước cửa mái ............................................................................................ 6
2.5 Hệ giằng ............................................................................................................. 6
3/ Xác định tải trọng ................................................................................................... 8
3.1 Tĩnh tải .............................................................................................................. 8
3.2 Hoạt tải .............................................................................................................. 9
4/ Thiết kế cột ............................................................................................................ 27
4.1 Nội lực tính toán của cột ................................................................................. 27
4.2 Xác định chiều dài tính toán của cột ............................................................... 27
4.3 Thiết kế tiết diện cột trên................................................................................. 27
4.4 Thiết kế tiết diện cột dưới ............................................................................... 30
4.5 Thiết kế chi tiết cột .......................................................................................... 35
5/ Thiết kế dàn mái ................................................................................................... 42

5.1 Nội lực trong dàn mái ...................................................................................... 42
5.2 Chiều dài tính toán của các thanh dàn ............................................................. 43
5.3 Chọn tiết diện thanh dàn.................................................................................. 43
5.4 Tính toán các chi tiết trong dàn ....................................................................... 47
Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 60

Mai Trần An Bình - 81300304

3


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

1. YÊU CẦU THIẾT KẾ
1.1. Số liệu chung





Nhà xưởng có 2 cầu chạy cùng sức trục đang hoạt động, chế độ làm việc trung bình.
Mặt bằng xưởng có chiều dài B=90m, bước khung B=6m.
Xây dựng tại Hải Phòng, địa hình che chắn ít, tuổi thọ công trình 50 năm.
Vật liệu lợp mái: Panel BTCT (1.5x6m)

1.2. Số liệu cá nhân
Sức trục
Q (T)

15

Nhịp
L (m)
18

Cao trình đỉnh ray
Hr (m)
8,0

1.3. Thông số kỹ thuật
 Vật liệu làm khung: Thép CT34 (f = 21kN/cm2; E = 2.1x104 kN/cm2)
 Betong móng B15 (Rb = 0.85 kN/cm2)
 Liên kết hàn: phương pháp hàn tay với que hàn N42

Cường độ thiết kế đường hàn góc

Cƣờng độ
(kN/cm2)
fwf
18

Cường độ chịu cắt của TCB trên biên nóng chảy

fws

19

Cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu kéo, nén

fw

18

Cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu cắt

fwv

13

Cường độ thiết kế chịu nén của móng BTCT

Rb

1.15

Tiêu chuẩn thiết kế

 Liên kết Bulông

Cấp 4,6

Chịu kéo ftb
(kN/cm2)
17

Chịu cắt fvb
(kN/cm2)
15

Chịu ép mặt fcb
(kN/cm2)
18

Cấp 8,8

40

35

32

Bulông

1.4. Chọn cầu trục
Q
(T)

Lk
(m)

15

17

Kích thƣớc gabarit chính
(mm)
B

K

Hk

B1

6300 4400 2300 280

Mai Trần An Bình - 81300304

Trọng
lƣợng (T)
Kiểu
ray
pc
pc
Xe Cầu
F
T
To
max min
con trục
250 KP70 17.5 3.2 0.55 1.75 8.4 26.5
Áp lực lên ray (T)

4


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

2. THIẾT KẾ KHUNG NGANG
2.1. Kích thƣớc theo phƣơng đứng
- Chọn chiều cao ray đệm:
hr = 200 mm
- Chọn chiều cao dầm cầu chạy:
hdcc = B/10 = 6000/10 = 600 mm
- Không bố trí đoạn chôn dưới đất nên:
hm = 0
- Độ võng của dàn mái lấy bằng 1/100 bước cột, f = 18000/100 = 180 mm
- Chiều cao Gabarit cầu trục:
Hct = 2300 mm
- Khe hở an toàn giữa cầu trục và mép dưới kết cấu dàn mái: 100 mm
- Theo yêu cầu thiết kế, cao trình đỉnh ray:
Hr = 8000 mm
- Chiều cao cột dưới:
Hd = Hr – hr – hdcc + hm = 8000 – 200 – 600 + 0 = 7200 mm
- Chiều cao cột trên:
Ht = hr + hdcc + Hct + 100 + f = 200 + 600 + 2300 + 100 + 180 = 3380 mm
- Chọn chiều cao cột là bội số của 200 mm, nên ta chọn:
Hd = 7200 mm; Ht = 3400 mm
2.2. Kích thƣớc theo phƣơng ngang
- Chiều cao tiết diện cột trên:
ht ≥ (1/10  1/11)Ht = 309mm  340mm; chọn ht = 500 mm (bội số 250mm)
- Khe hở an toàn giữa đầu mút cầu trục và mép trong cột trên D = 70 mm
- Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị:
=
- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột:
a ≥ ht + B1 + D –  = 500 + 280 + 70 – 500 = 350 mm
Chọn a = 500 mm, tức là trục định vị ở mép trong cột trên

- Chiều cao tiết diện cột dưới:
hd =  + a = 500 + 500 = 1000 mm
- Kiểm tra điều kiện cứng của khung ngang:
hd ≥ (
hd ≥

)Hd = 655

720 mm

(Hd + Ht) = 530 mm

=> Thỏa yêu cầu
Do đó, ta chọn chiều cao tiết diện cột như sau:
ht = 500 mm; hd = 1000 mm
2.3. Kích thƣớc dàn mái
- Chọn vật liệu lớp mái là Panel BTCT (1.5x6m)
- Độ dốc i =

, chọn i = 1/10

Mai Trần An Bình - 81300304

5


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

- Chiều cao tiết diện ở đầu dàn: hđd = 2200 mm
2.4. Kích thƣớc cửa mái
- Chiều rộng cửa mái: Lcm =

L=6

9 m, chọn Lcm = 6000 mm

- Chọn Hcm = 2200 mm

2.5. Hệ giằng
- Khung cấu tạo bằng thép có khoảng cách tối đa cho phép không làm khe nhiệt độ là 90m,
vậy ta khoâng bố trí một khe nhịp giữa khung.

Mai Trần An Bình - 81300304

6


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

Mai Trần An Bình - 81300304

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

7


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

3. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
3.1. Tĩnh tải
Với độ dốc i = 1/10 => α = 5.71O, cosα = 0.995
3.1.1. Trọng lượng các lớp mái
STT

Lớp mái

Trọng lƣợng tiêu
chuẩn qtc (daN/m2)

1
2
3
4
5

Tấm panel BTCT cỡ lớn
Lớp BT nhẹ cách nhiệt dày 4cm
Lớp chống thấm 2 giấy 3 dầu, giả định
Các lớp vữa tô trát, tổng chiều cao dày 4cm
Hai lớp gạch lá nem, dày mỗi lớp 3cm
Tổng cộng

150
40
10
80

120
400

Hệ số
vƣợt
tải n
1.1
1.2
1.2
1.2
1.1

Trọng lƣợng tính
toán qtt (daN/m2)
165
48
12
96
132
453

Quy đổi ra phân bố trên mặt với độ dốc mái i = 1/10:
gm = qtt/cosα = 453/0.995 = 455 daN/m2 = 4.55 kN/m2 mặt bằng
3.1.2. Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng
- Giá trị tiêu chuẩn:
- Hệ số vượt tải:
- Giá trị tính toán:

g1tc = 30 daN/m2
n = 1.2

g1tt = 36 daN/m2

3.1.3. Trọng lượng kết cấu cửa mái
- Giá trị tiêu chuẩn:
- Hệ số vượt tải:
- Giá trị tính toán:

g2tc = 15 daN/m2
n = 1.2
g2tt = 18 daN/m2

3.1.4. Trọng lượng dầm cầu trục, ray và bản đệm
Trọng lượng của dầm cầu trục đặt tại vai cột, thường giả thiết theo kinh nghiệm
Chọn như sau:
- Giá trị tiêu chuẩn: Gdcttc = αdct.L2dct = 24 x 62 = 864 daN = 8.64 kN
- Trọng lượng ray và bản đệm, tính trên 1m dài, lấy gr = 1.5 kN/m;
Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray và bản đệm, hợp thành lực
tập trụng đặt trên vai cột, ký hiệu là Gd
Gd = (Gdcttc + a.gr)ng = (8.64 + 6 x 1.5) x 1.1 = 19.4 kN
3.1.5.Tĩnh tải phân bố trên dàn
Trọng lượng bản thân kết cấu mái và các lớp lợp truyền về mắt dàn:
- Mắt đầu dàn:
G1 = d/2 x B x (gm + g1) = 3/2 x 6 x (4.55 + 0.36) = 44.2 kN
- Mắt trung gian:
G2 = d x B x (gm + g1) = 3 x 6 x (4.55+0.36) = 88.4 kN
- Mắt tại chân cửa trời: G3 = d/2 x B x g2 + G2 + Gct = 3/2 x 6 x 0.18 + 88.4 + 6 = 96 kN
(Gct – trọng lượng cánh cửa và bậu cửa mái, lấy Gct = 6 kN)
Mai Trần An Bình - 81300304

8

Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

- Các mắt khác có cửa trời gối lên (trừ mắt chân cửa trời):
G4 = d x B x g2 + G2 = 3 x 6 x 0.18 + 88.4 = 91.64 kN
Xét moment tại vị trí vai cột bên trái, với chiều dường cùng chiều kim đồng hồ
- Do tải trọng tấm lợp và kết cấu dàn mái:
Mgm-1 = -[(gm + g1)×B×L]/2×(hd/2 – ht/2)
= -[(4.55 + 0.36) ×6×18]/2×(1/2 – 0.5/2) = - 66.29 kNm
- Do tải trọng kết cấu cửa trời:
Mg2 = - g2×B×Lcm/2× (hd/2 – ht/2)
= - 0.18×6×6/2×(1/2 – 0.5/2) = - 0.81 kNm
- Do trọng lượng dầm cầu trục, ray và bản đệm:
MGd = Gd×hd/2 = (19.4×1/2) = 9.7 kNm
Do tĩnh tải: Mg = MGd + Mg2 + Mgm-1 = 9.7 – 0.81 – 66.29 = -57.4 kNm

3.2. Hoạt tải
3.2.1. Tải trọng sửa chữa mái
Theo TCVN 2737 – 1995, tải trọng sửa chữa mái lợp panel BTCT lấy bằng 75 daN/m2 mặt
bằng nhà (phân bố trên một mét theo phương nghiêng mái), hệ số vượt tải n = 1.3.
- Giá trị tính toán: pm = pmc×n = 0.75×1.3/cosα = 0.75×1.3/0.995 ≈ 0.98 kN/m2
Mai Trần An Bình - 81300304

9


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

Xác định tương tự như tĩnh tải:
- Mắt đầu dàn: P1 = d/2.B.pm = 3/2×6×0.98 = 8.82 kN
- Mắt trung gian: P2 = d.B.pm = 3×6×0.98 = 17.64 kN
Moment gây ra do hoạt tải sửa chữa mái:
Mp = - pm×B×L/2×(hd/2 – ht/2) = - 0.98×6×18/2×(1/2 – 0.5/2) = -13.23 kNm

3.2.2. Áp lực của cầu trục lên vai cột
Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục
∑

∑

- Bằng phương pháp hình học, ta xác định được chỉ có 3 bánh xe cùng nằm trên 2 nhịp trong
tường hợp tính áp lực.
Mai Trần An Bình - 81300304

10


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

Và có:
y1 = 1;

y2 = 0.267;

y3 = 0.683;

y4 = 0;

- Áp lực đứng do cầu trục truyền lên vai cột:
Dmax = n.nc. Pcmax (y1 + y2 + y3 + y4)max
= 1.1×0.9×175×(1 + 0.267 + 0.683 + 0) = 337.84 kN
Dmin = n.nc. Pcmin (y1 + y2 + y3 + y4)max
= 1.1×0.9×32.5×(1 + 0.267 + 0.683 + 0) = 62.74 kN
Dmax, Dmin đặt tại trục của dầm cầu trục (điểm đặt trùng với Gd), lệch tâm so với
trục định vị một khoảng bằng λ.
Với Pcmin = (Pct + Q)/2 - Pcmax = (265 + 150)/2 – 175 = 32.5 kN
Moment do hoạt tải Dmax, Dmin:
MDmax = hd/2×Dmax = 1/2 x 337.84 = 168.92 kNm
MDmin = hd/2×Dmin = 1/2 x 62.74 = 31.37 kNm
Lực xô ngang của cầu trục
- Vì chiều dọc nhà dài 90m, lớn hơn 7 bước khung (bước khung B= 6m), nên có thể bỏ qua
lực hãm dọc của cầu trục, chỉ xét lực hãm ngang.
- Lực hãm ngang tính tác dụng lên toàn cầu trục, tính theo công thức:
To = fms×(Q+Gxc)n’xc/nxc = 0.1×(150+84)×2/4 = 11.7 kN
Trong đó,
Q: sức trục, Q = 15T = 150kN;
Gxc: trọng lượng xe con, Gxc = 84 kN;
nxc: tổng số bánh xe của xe con, nxc = 4;
n’xc: tổng số bánh hãm, thường n’xc = 0.5nxc;
fms: hệ số ma sát, lấy fms = 0.1 đối với móc mềm và fms = 0.2 đối với móc cứng.
- Lực xô ngang truyền lên vai cột:
T = n.nc.To/no (y1 + y2 + y3 + y4)max
= 1.1×0.9×(11.7/2)×(1 + 0.267 + 0.683 + 0) = 11.3 kN

- Lực xô ngang này đặt ở cao trình mặt trên dầm cầu chạy:
Hd + hdcc = 7.2 + 0.6 = 7.8m

Mai Trần An Bình - 81300304

11


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

3.2.3. Tải trọng gió
Tính toán tải gió lên cột:
Ta có:
=> c1 = -0.61
Ta có:


> 2 => c3 = -0.54

- Cao trình trục thanh cánh dưới : H= Ht+Hd =7.2+3.4 = 10.6 m, địa hình A kd = 1.1872
- Cao trình đỉnh mái :
H = 7.2 + 3.4 + 2.2 + 0.6 + 2.2 + 0.3 = 15.9 m, địa hình A ktr = 1.249

Tải phân bố tác dụng lên cột
qđ = nw . qo .c . kh .B = 1,3 × 1.55 × 0,8 × 1.2181×6 = 11.78 kN/m
qh = nw . qo .c . kh .B = 1,3 × 1.55 × -0,54 × 1.2181×6 = -7.95 kN/m
Tải gió tác dụng lên các nút dàn mái
Mai Trần An Bình - 81300304

12


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

1
2
3

h(m)

k

12.8
13.4
13.4
15.6
15.6
15.9

1.2136
1.2208
1.2208
1.246
1.246
1.249

c
-0.61

0.7
-0.8

Bên trái
q(kN/m)
-8.950
-9.003
10.332
10.545
-12.051
-12.080

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

qtb(kN/m)

c’

-8.9765

-0.6

10.4385

-0.6

-12.0655

-0.6

Bên phải
q’(kN/m) q’tb(kN/m)
-8.803
-8.8295
-8.856
-8.856
-8.947
-9.038
-9.038
-9.049
-9.060

a) Tải gió theo phương đứng
Tải gió theo phương đứng quy về tải tập trung tại các mắt dàn (cách làm tương tự tĩnh tải
và hoạt tải). Chọn chiều dương hướng xuống, chiều âm ngược lại
Mặt đón gió:
- Mắt đầu dàn bên trái:
- Mắt trung gian:
- Mắt tại chân cửa trời:
- Tại mắt khuếch đại:

W1 = 0.5 × d × qTB1 = 0.5× 3 × -8.9765 = -13.5 kN
W2 = d × qTB1= 3 × -8.9765= -26.9 kN
W3 = 0.5×d×(qTB1+qTB3) = 0.5×3×(–8.9765–12.065) = -31.6 kN;
W4 = d/2 × qTB3 = 3/2 × (-12.0655) = -18.1 kN

Mặt khuất gió:
- Mắt đầu dàn bên phải: W1’ = 0.5 × d × q’TB1= 3/2 × -8.8295 = -13.2 kN;
- Mắt trung gian:
W2’ = d × q’TB1= 3 × -8.8295 = - 26.5 kN

- Mắt tại chân cửa trời: W3’ = d/2 × ( q’TB1+q’TB3) = 3/2 × (-8.8295 – 9.049) = -26.8 kN;
- Tại mắt khuếch đại: W4 = d/2 × q’TB3 = 3/2 × (– 9.049) = -13.6 kN
b) Tải gió theo phương ngang
Tải gió theo phương ngang quy về tải tập trung tại mắt dàn. Chọn chiều dương từ trái qua
phải, chiều âm ngược lại:
Mặt đón gió:
- Mắt tại chân cửa trời: W3 = d/2 × (qTB1 + qTB3) tan(5.71o) + qTB2 × hđd
= 3/2 × (-8.9765 – 12.0655)×0.1 + 10.4385 × 2.2 = 19.8 kN;
Mặt khuất gió:
- Mắt tại chân cửa trời: W3’ = d/2 × (q’TB1 + q’TB3) tan(5.71o) + q’TB2 × hđd
= 3/2 × (-8.8295 – 9.049) × 0.1 - 8.947 × 2.2 = -22.4 kN;

Mai Trần An Bình - 81300304

13


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

NỘI LỰC CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI GIẢI BẰNG SAP2000
 Tĩnh tải

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC TĨNH TẢI

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT TĨNH TẢI

Mai Trần An Bình - 81300304

14


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ MOMENT TĨNH TẢI

 Hoạt tải

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC HOẠT TẢI

Mai Trần An Bình - 81300304

15


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT HOẠT TẢI

BIỂU ĐỒ MOMENT HOẠT TẢI

Mai Trần An Bình - 81300304

16

Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

 Dmax trái

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC Dmax trái

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT Dmax trái

Mai Trần An Bình - 81300304

17


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ MOMENT Dmax trái

 Dmax phải

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC Dmax phải

Mai Trần An Bình - 81300304

18

Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT Dmax phải

BIỂU ĐỒ MOMENT Dmax phải

Mai Trần An Bình - 81300304

19


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

 T trái

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC T trái

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT T trái

Mai Trần An Bình - 81300304

20


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ MOMENT T trái

 T phải

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC T phải

Mai Trần An Bình - 81300304

21


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT T phải

BIỂU ĐỒ MOMENT T phải

Mai Trần An Bình - 81300304

22


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

 Gió trái

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC GIÓ TRÁI

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT GIÓ TRÁI
Mai Trần An Bình - 81300304

23


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ MOMENT GIÓ TRÁI

 Gió phải

BIỂU ĐỒ NỘI LỰC GIÓ PHẢI
Mai Trần An Bình - 81300304

24


Thuyết minh ĐAMH Kết cấu Thép 2

GVHD: Nguyễn Thị Bích Thủy

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT GIÓ PHẢI

BIỂU ĐỒ MOMENT GIÓ PHẢI

Mai Trần An Bình - 81300304

25