đồ án kết cấu thép gỗ

GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
I: Số liệu chung………………………………………………………………..………2
II: Số liệu riêng…………………………………………………………….……….…2

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG
I: Các số liệu tra bảng…………………………………………………………...……4
II: Xác định kích thước phương đứng………………………………………….……5
II.1: Kích thước cơ bản…………………………………………………………..……..5
II.1: Kích thước của cột…………………………………………………………..…….5
III. Xác định kích thước theo phương ngang………………………………………..6
III.1: Kích thước cơ bản: ………………………………………………...…………….6
III.2: Kích thước của cột: …………………………………………………………..….6
IV. Kích thước dàn mái :………………………………………………………….….6

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
I.Tải trọng tác dụng lên dàn:…………………………………………………………8
I.1: Trọng lượng mái:……………………………………………………………….….8
I.2: Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng:…………………………………………...9
I.3: Trọng lượng kết cấu cửa trời……………………………………………………….9
I.4: Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời………………………………………..9
I.5: Tải trọng tạm thời………………………………………………………………..10
II. Tải trọng tác dụng lên cột:.................................................................................10
I.1: Do phản lực của dàn:……………………………………………………………..10
I.2: Do trọng lượng dầm cầu trục:……………………………………………………10
I.3: Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:…………………………...………………..11
I.4: Do lực hãm ngang của xe con:…………………………………………..…..……13

SVTH:

MSSV:
1


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

I.5: Tải trọng gió tác dụng lên khung:…………………………………………..…….14

CHƯƠNG IV: TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG.
I. Sơ đồ tính khung: ………………………………………………………..………..15
I.1 sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung……………………………..…15
I.2 sơ đồ tính khung……………………………………………………………….…..17
II. Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang………………………….17
III.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (hoạt tải)………………………...20
IV.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục……………………………………..21
V.Tính khung với moment cầu trục DMAX ; DMIN ………………………………..…..22
VI.Tính khung với lực hãm ngang T………………………………………………25
VII. Tính nội lực khung với tải trọng gió………………………………………..…27
VIII. Bảng tổ hợp nội lực……………………………………………………………29

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CỘT
I.Xác định chiều dài tính toán cột………………...………………………………..33
II.Chọn tiết diện cột trên………………….…………………………………...……32
II.1 Chọn tiết diện: …………………………..………………………………………..32
II.2 Kiểm tra ổn định mặt phẳng khung……………...……………………………….35
II.3 Kiểm tra ổn định mặt phẳng ngoài khung …………………………..………...…35

III. Thiết kế cột dưới rỗng……………………………………….……………….....37
III.1 Chọn tiết diện và chiều cao h của tiết diện………………………………………37
a.Chọn tiết diện nhánh ……………………………………..……………………...….37
b.Xác định hệ thanh bụng…………………….……………………………………….40
c.Kiểm tra tiết diện cột đã chọn………………..……………………………………...41
d.Tính liên kết thanh giằng vào cột…………………..……………………………….43
IV. Thiết kế các chi tiết cột………………………….………………………..……..43
IV.1 Nối hai phần cột....................................................................................................43
IV.2.Tính dầm vai………………………………...………………………………..…45
SVTH:

MSSV:
2


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

IV.3. Tính chân cột rỗng………………………….…………………………………..48
a.Xác định kích thước bàn đế…………………………………………………………48
b,Tính kích thước dầm đế :……………………….………………………………...…51
c.Tính sườn ngăn A:………………………………...…………………………….…..52
d.Tính bu lông neo:…………………………………………….………………..……53

LỜI MỞ ĐẦU
SVTH:

MSSV:
3

GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

Đồ án môn học “Kết cấu thép gỗ 2” là một môn học rất quan trọng và rất cần
thiết đối với sinh viên ngành xây dựng. Nó là môn học tổng hợp tất cả các môn học
khác của ngành xây dựng. Nó giúp cho sinh viên làm quen với công tác tính toán và
thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp Để làm đồ án môn học nầy đòi hỏi sinh viên phải
tham khảo nhiều tài liệu nhà công nghiệp các tiêu chuẩn quy phạm về xây dựng và các
kinh nghiệm của những người đi trước để lại, cũng như đồ án môn học của các khóa
trước. Nhưng quan trọng nhất vẫn là người thầy hướng dẫn thầy chỉ ra hướng đi, cách
xác định phương án và giải quyết mọi thắc mắc.
Trong đồ án môn học này em nhận được nhiệm vụ là thiết kế dàn vì kèo mái b ằng
th ép. Sau khi nghiên cứu và thống kê các số liệu thiết kế. Quyết định chọn phương án
sao cho tối ưu về mặt kinh tế, khả thi về mặt thi công.
Do lần đầu tiên làm đồ án nên chưa có nhiều kinh nghiệm thiết kế em đã phải làm
lại rất nhiều lần ( và có lẽ cũng chưa hoàn thiện ) và bản vẽ sẽ không tránh khỏi nhiều
sai sót mong thầy bỏ qua và chỉ dẫn thêm, để em có thể hoàn thành tốt hơn trong
những đồ án tiếp theo.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn kết cấu đã hướng
dẫn, giải quyết cho em những thắc mắc trong thiết kế, đặc biệt là thầy hướng dẫn
chính: Thầy ………………….đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Một lần nửa em xin chân thành cảm ơn!

Bình Dương, ngày 26 tháng 11 năm 2014
Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I

SVTH:

MSSV:
4


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
I. Số liệu chung:
- Vật liệu thép BCT 3KΠ 2 :
+ Cường độ tức thời tiêu chuẩn của thép cơ bản : Rbc = 3450daN / cm 2
+ Cường độ tính toán của thép cơ bản : R = 2100daN / cm 2
+ Cường độ tính toán chịu cắt của thép cơ bản : Rc = 1200daN / cm 2
2
+ Cường độ tính toán chịu ép mặt : Rem = 3350daN / cm

+ Cường độ tính toán liên kết hàn :

Rgh = 1800daN / cm 2
Rgt = 1550daN / cm 2

+ Que hàn N46, hàn tay , hệ số hàn góc : β h = 0.7; βt = 1
II. Số liệu riêng:
Nhịp nhà L = 30 (m).
Bước cột B = 8 (m).
Khoảng cách từ mặt nền nhà đến mặt ray cầu trục: H1 = 10.5m.
Chiều cao đầu dàn 2.2m.

Độ dốc mái i(%) = 1/12
Sức nâng của cầu trục : Q = 30 (T)

CHƯƠNG II
SVTH:

MSSV:
5


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.
Khung nhà công nghiệp một tầng một nhịp bao gồm hai cấu kiện chính: Cột và
dàn mái. Để đảm bảo độ cứng theo phương ngang nhà ta chọn liên kết giữa cột và dàn
mái được thực hiện là liên kết cứng. Liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm cứng.
Sơ đồ kết cấu nhà công nghiệp như hình vẽ

30000

A

500

1

8000

8000

2

8000

3

12

8000

13

Hình II.1: Mặt bằng nhà công nghiệp

SVTH:

MSSV:
6

500

14

B


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

+15850

+13650

+10150

+0.000

24000

A

B

Hình II.2: Sơ đồ kết cấu khung nhà công nghiệp
I. Các số liệu tra bảng:
Căn cứ các số liệu ở mục số liệu tính toán ta tiến hành tra bảng
Từ số liệu L = 30 (m) và sức cẩu của cầu trục Q = 30 (T) tra catalogue của cầu
trục ta có các số liệu sau:
 Loại ray thích hợp KP70
Chiều cao Hk = 2750 mm (chiều cao gabarít của cầu trục được tính từ cao trình
đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con).
 Chiều rộng của cầu trục B k = 6300 mm (kích thước gabarit tính theo phương
dọc của cầu trục).
 Nhịp cầu trục Lk = 28.5 m (nhịp gabarit của cầu trục được tính bằng khoảng
cách giữa hai tim ray, ở đây ta chọn 28.5 m vì theo yêu cầu đồ án là 30 m nên ở đây ta
chọn 28.5 m là gần nhất.
 Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục là T= 2500 mm

 Kích thước B1 kể từ tim ray cho tới mép ngoài (điểm nút ngoài cùng của cầu
trục ) B1 = 300(mm). Trị số này dùng để tính khe hở giữa cầu trục và mép trong cột
trên.
 Áp lực bánh xe P1 = 34,5T
SVTH:

MSSV:
7


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

 Trọng lượng xe con : 12 T, trọng lượng toàn cầu trục : 62 T
II. Xác định kích thước phương đứng:

Hình II.3 : Kích thước chi tiết cột và cầu trục
II.1. Kích thước cơ bản:
- Khoảng cách mặt nền nhà đến mặt ray cầu trục H1 = 10.5m (số liệu đồ án)
- Kích thước H2 từ mặt ray đến đáy kết cấu chịu lực được quyết định bởi gabarit
của cầu trục:
H 2 = ( H C + 100) + f = (2750 + 100) + 300 = 3150mm

Trong đó:
+ HC là kích thước gabarit của cầu trục (H K) từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe
con
+ 100: khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
+ f: khe hở phụ, xét độ võng của kết cấu, việc bố trí thanh giằng (lấy bằng 200400mm)
- Chiều cao từ nền nhà đến đáy của vì kèo H = H1 + H 2 = 10500 + 3150 = 13650mm

- Phần cột chôn bên dưới cốt mặt nền H 3 = 600 − 1000mm . Chọn H3=650mm.

SVTH:

MSSV:
8


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

II.2. Kích thước của cột:
- Kích thước thực của cột trên Ht từ vai đỡ dầm cầu trục đến đáy dàn vì kèo.
H t = H 2 + H dct + H r = 3150 + 800 + 200 = 4150mm

Trong đó:
+

Hdct:

Chiều

cao

dầm

cầu

trục

chọn

sơ

bộ

theo

công

thức

H dct = (1/ 8 − 1/10) B = (1/ 8 − 1/10) x8000 = (800 − 1000) mm (Chọn Hdct = 800 mm)

+ Hr: Chiều cao ray và đệm, sơ bộ lấy là 200mm.
- Chiều cao phần cột dưới tính từ bản đế chân cột (từ mặt móng) đến chỗ đổi tiết
diện H d = H − H t + H 3 = 13650 − 4150 + 650 = 10150mm
III. Xác định kích thước theo phương ngang.
III.1. Kích thước cơ bản:
- Nhịp nhà xưởng theo nhiệm vụ đồ án L = 30 (m).
- Nhịp cầu trục tra bảng được xác định Lk = 28.5 (m).
- Kích thước phần đầu cầu trục B1 = 300 (mm).
- Khe hở cho phép giữa đầu mút cầu trục và mép trong cột trên : D = 60 - 75
(mm), ta chọn D = 60mm.
III.2. Kích thước của cột:
- Chiều cao tiết diện cột trên ht được chọn theo công thức
ht = (1/10 − 1/12) H t = (1/10 − 1/12) x 4150 = (345.83 − 415) mm Chọn ht = 400mm.

- Chiều cao tiết diện cột dưới hd được chọn theo công thức

hd = a + λ = 400 + 750 = 1150mm Chọn hd = 1000mm.

Trong đó:
+ a là khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị, a được chọn phụ thuộc vào
sức trục (a =250mm khi Q >=30T)
+ λ là khe hở an toàn để cầu trục không chạm vào cột, được xác định theo công
thức λ ≥ B1 + (ht − a ) + D = 300 + (400 − 250) + 60 = 510mm
+ D là khoảng hở cho phép (60-75mm).
- Nhịp của cầu trục Lct = L − 2λ = 30000 − 2 x750 = 28500mm

SVTH:

MSSV:
9


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

IV. Kích thước dàn mái :
Theo số liệu đồ án có chiều cao đầu dàn là 2200mm, độ dốc mái i(%)=1/12 ta
tính được chiều cao giữa dàn từ công thức
L
30000
xi (%)
x12
hgd − hdd
i (%) =
x100 ⇒ hgd = 2

+ hdd = 2
+ 2200 = 4000mm
L
100
100
2

SVTH:

MSSV:
10


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

CHƯƠNG III
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
I. Tải trọng tác dụng lên dàn:
I.1. Trọng lượng mái:
Căn cứ theo số liệu đồ án ta có bảng trọng lượng các lớp cấu tạo của mái như
sau:

STT

Các lớp cấu tạo

Tải trọng
tiêu chuẩn

(daN/m2)

1

Tấm panen mái

Hệ số
vượt tải

Tải trọng
tính toán
(daN/m2)

150

1.1

165

100

1.1

110

60

1.3

78

54

1.3

70.2

60

1.1

66

Lớp bê tông chống thấm
2

δ = 4cm
γ 0 = 2500(kG / m3 )

Lớp bê tông xỉ
3

δ = 12cm
γ 0 = 500(kG / m3 )

2 Lớp vữa lót, dày 1.5 cm/lớp
4

5

γ 0 = 1800(kG / m3 )

2 lớp gạch lá nem, dầy 1.5
cm/lớp
γ 0 = 2000(kG / m3 )

Tổng cộng

489.2
tc
Tổng tải trọng tiêu chuẩn : g m = 424 (daN/m2)

Tổng tải trọng tính toán : g m tt = 489.2(daN/m2)
Đổi ra phân bố đều trên mặt bằng với độ dốc i=1/12 có cosα=0.992

SVTH:

MSSV:
11


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

g mtc =

424
= 427.92 (daN/m2mb)
0.992

gm =

489.2
= 493.15 (daN/m2mb)
0.992

I.2. Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng:
Theo công thức kinh nghiệm:
g d = n.1.2 xα d xL = 1.1x1.2 x0.6 x30 = 23.76(daN / m 2 mb)

Trong đó :
- Nhịp nhà L = 30m
- n=1.1 hệ số vượt tải
- 1.2: hệ số kể đến trọng lượng các thanh dàn
- Hệ số trọng lượng bản thân dàn α d = 0,6 ÷ 0,9 đối với dàn nhịp từ 24 ÷ 36m, ở
đây L= 30m nên ta chọn α d = 0.6
Vậy tải trọng tổng cộng phân bố đều trên dàn là:
g = (gm+gd)xB = (493.15+23.76)x8= 4135.3 (daN/m)=4.1353(T/m)
I.3. Tải trọng tạm thời
Theo “TCVN 2737– 1995 tải trọng và tác động” đối với mái không có chức năng
sử dụng thì p tc = 75(daN / m 2 ) ⇒ p tt = p tc xn = 75 x1.3 = 97.5(daN / m 2 )
Tổng hoạt tải tác dụng lên dàn:
p = Bx ∑ pi = 8 x97.5 = 780( daN / m) = 0.78(T / m)

II. Tải trọng tác dụng lên cột:
1. Do phản lực của dàn:
- Do tải trọng thường xuyên:
A=

gL 4135.3 x30
=
= 62032.5(daN ) = 63.03(T )
2
2

- Do tải trọng tạm thời:
A' =

pL 780 x30
=
= 11700( daN ) = 11.7(T )
2
2

- Momen lệch tâm do tĩnh tải đặt tại vai cột:
SVTH:

MSSV:
12


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

M1 = Axe = 63.06 x 0.5 = 31.515 (T.m)
- Momen lệch tâm do hoạt tải đặt tại vai cột:
M2 = A’xe = 11.7 x 0.5 = 5.85 (T.m)
2. Do trọng lượng dầm cầu trục:

Theo công thức kinh nghiệm:
Gdct = nxα dct xLdct 2 = 1.1x30 x82 = 2112( daN ) = 2.112(T )

Trong đó :
- Nhịp nhà Ldct = B(bước cột) = 8m
- Hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục α dct = 24 − 37 với cầu trục sức trục
trung bình ( Q ≤ 75T ) Chọn α dct = 30
- n=1.1 hệ số vượt tải.
- Momen lệch tâm do TL dầm cầu trục Gdct đặt tại vai cột:
Mdct = Gdctxe = 2.112 x 0.5 = 1.056 (T.m)
3. Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:
Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung vào vai cột. Tải trọng
đứng của cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của chỉ hai cầu trục hoạt động
trong một nhịp, bất kể số cầu trục thực tế trong nhịp đó. Nhà nhịp nhiều thì cột giữa
được tính với không quá bốn cầu trục (mỗi nhịp có hai cầu trục).
Áp lực lớn nhất của mỗi bánh xe cầu trục lên ray xảy ra khi xe con mang vật
c
nặng ở vào vị trí sát nhất ở cột phía đó. Trị số tiêu chuẩn Pmax
được cho trong cataloge

cầu trục (tham khảo bảng VI.1,2 phụ lục). Khi đó phía ray bên kia có áp lực lớn nhất.
c
Pmin
=

Q+G
c
− Pmax
no

Trong đó:
- Q: sức trục của cầu trục (trọng lượng vật cẩu cầu trục)
- G: Trọng lượng toàn bộ cầu trục
- no: số bánh xe ở một bên ray( hai hoặc bốn)
c
Áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực Pmax
, được xác định theo

đường ảnh hưởng của phản lực tựa cảu hai dầm cầu trục ở hai bên cột. Ở đây phải kể
thêm hệ số vượt tải n=1.2 và hệ số tổ hợp nc; nc = 0.85 khi xét tải trọng do hai cầu trục
SVTH:

MSSV:
13


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

chế độ nhẹ và vừa; nc = 0.9 khi chế độ nặng và rất nặng, với bốn cầu trục thì n c tương
ứng bằng 0.7 và 0.8.
- Với vị trí bất lợi nhất của bánh xe trên dầm Dmax = n × nc × Pmax × ∑ yi
- Tương ứng ở phía bên kia có áp lực Dmin: Dmin = n × nc × Pmin × ∑ yi
i

Trong đó: y là tung độ của đường ảnh hưởng thứ i
Các số liệu tính toán xác định như sau :
- Hệ số vượt tải : n = 1.2
- Hệ số tổ hợp xét đến xác xuất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của 2 cầu trục

hoạt động cùng nhịp ( với cầu trục làm việc nhẹ và vừa )nc = 0.85 .
- Từ bảng cataloge của cầu trục (phụ lục VI.2 trang 136 sách thiết kế kết cấu thép
nhà công nghiệp – GS. Đoàn Định Kiến) ta tra được các giá trị sau:
+ P1max = 34.5T
+ Trọng lượng của toàn cầu trục : G = 62(T).
+ Số lượng bánh xe một bên ray no = 2.
- Giá trị Pmin đươc xác định theo công thức:
P1min =

Q+G
30 + 62
− P1max =
− 34.5 = 11.5(T )
no
2

- Từ kích thước của cầu trục ta xếp bánh xe theo sơ đồ:

SVTH:

MSSV:
14


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

Hình III.1: Đường ảnh hưởng nguy hiểm của cầu trục trên dầm cầu trục
- Ta đặt bánh xe lên cầu trục và vẽ đường ảnh hưởng của gối tựa

Từ kích thước cầu trục Bk =6300mm , K = 5100 được tra từ Catalogue ta có thể
sắp xếp các bánh xe cầu trục sau: 600+5100+600
+ y2 = 1
+ y1 = 0.55
+ y3 = 0.44
+ y4 = 0.17
4

⇒ ∑ yi = y1 + y2 + y3 + y4 = 1 + 0.55 + 0.44 + 0.17 = 2.16
n =1

- Áp lực lớn nhất Dmax của cầu trục lên cột do các lực Pmax
4

c
D1max = nxnc xP1max
x ∑ yi = 1.2 x0.85 x34.5 x 2.16 = 76.01(T )
i =1

Dmax = D1max = 76.01T

- Áp nhỏ nhất Dmin của cầu trục lên cột do các lực Pmin.
4

c
D1min = nxnc xP1min
x ∑ yi = 1.2 x0.85 x11.5 x 2.16 = 25.34(T )
i =1

Dmin = D1min = 25.34T

Trong đó :
+ n= 1,2 là hệ số vượt tải
+ nc = 0,85 : Hệ số tổ hợp, khi xét đến xác suất xảy ra các đk bất lợi cùng lúc, cả
hai cầu trục đều phải cẩu vật nặng bằng sức cẩu tối đa cho phép hai cầu trục phải đi
phép liền nhau xe con của hai cầu trục cùng về 1 phía của cầu trục và vị trí các bánh xe
của hai cầu trục ở vào vị trí bất lợi nhất.
- Dmax, Dmin và cả Gdct đặt vào trục nhánh cầu trục, nén lệch tâm so với trục cột
dưới một khoảng là e ( e =

hd 1
= = 0.5 )
2 2

- Ta có momen lệch tâm đặt tại vai cột :
+ Mmax = Dmax x e = 76.01 x 0.5 = 38.01 (T.m)
SVTH:

MSSV:
15


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

+ Mmin = Dmin x e = 25.34 x 0.5 = 12.67 (T.m)

4. Do lực hãm ngang của xe con:
Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển

động. Lực hãm của xe con, qua các bánh xe cầu trục, truyền lên dầm hãm và vào cột.
- Lực hãm tiêu chuẩn của 1 bánh xe:
T1tc =

0.05 x(Q + Gxc ) 0.05 x(30 + 12)
=
= 1.05(T )
n0
2

Trong đó:
Gxc=12 T: trọng lượng xe con
n0 = 2 : số bánh xe ở một bên cầu trục
Lực hãm ngang T1tc truyền lên cột thành lực T đặt tại cao trình dầm hãm, giá trị T
cũng xác định bằng đường ảnh hưởng nội lực như Dmax, Dmin.
T = nc xnxT1tc x ∑ yi = 1.2 x0.85 x1.05 x 2.16 = 2.31(T )

SVTH:

MSSV:
16


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

CHƯƠNG IV
TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG.
I. Sơ đồ tính khung:

Việc tính khung cứng có các thanh rỗng như dàn, cột khá phức tạp, nên trong
thực tế đã thay sơ đồ tính toán thực của khung bằng sơ đò đơn giản hoá, với các giả
thiết:
+ thay dàn bằng một xà ngang đặc có độ cứng tương đương đặt tại cao trình cánh
dưới của dàn. Chiều cao khung tính từ đáy cột (mặt trên móng) đến mép dưới cánh vì
kèo.
+ đối với cột bậc, trục cột dưới được làm trùng với truc cột trên, nhịp tính toán là
khoảnh cách giữa hai trục cột trên. Khi đó đối với tải trọng đứng truyền từ cột trên
xuống phải kể them momen lệch tâm ở chỗ đổi tiết diện cột.
I.1 sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung
- mômen quán tính đầu dàn:
Jd =

M max xhd
2 xR

Trong đó : + Mmax là mômen uốn lớn nhất trong rường ngang, coi như dầm đơn
giản chịu toàn bộ tải trọng thẳng đứng tính toán.
M max

( g + p) xL2 (4.1353 + 0.78) x302
=
=
= 552.97(T .m)
8
8

+ hd = 10c m : chiều cao giữa dàn (tại tiết diện có Mmax)
+µ= 0.8: hệ số kể đến độ dốc cánh trên và sự biến dạng của các thanh
bụng( i=1/12,µ=0.8)

+R=2100daN/cm2 : cường độ tính toán của thép
Vậy:
Jd =

M max xhd
552.97 x105 x100
×µ =
x0.8 = 1053276.19(cm 4 )
2 xR
2 x 2100

Mômen quán tính của tiết diện cột dưới được xác định theo công thức gần đúng:
J1 =

( N A + 2 xDmax ) 2
xhd
k1 xR

Trong đó:
SVTH:

MSSV:
17


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

+NA: phản lực của dàn truyền xuống( NA=A+A’=63.03+11.7=74.73(T)

+Dmax=76.03 T: áp lực do cầu trục
+k1: hệ số phụ thuộc bước cột. lấy k1=2.5 với bước cột 8m
+ R=2100daN/cm2 : cường độ tính toán của thép
Vậy:
J1 =

( N A + 2 xDmax ) 2 (74.73x103 + 2 x76.03 x103 )
xhd =
x1002 = 431980.95(cm 4 )
k1 xR
2.5 x 2100

Mô men quán tính phần cột trên:
J2 =

J1 ht 2
x( )
k2 hd

Trong đó:
+k2: hệ số lien kết giữa dàn và cột, ở đây dàn lien kết cứng với cột nên lấy k 2=1.6
J2 =

J1 0.4 2
x( ) = 0.1J1
1.6
1

Chọn:
n=

J1
=7
J2

Tỷ số độ cứng giữa dàn và cột dưới:
J d 1053276.19
=
= 2.44
J1
431980.95

Dựa theo kinh nghiệm có thể chọn

Jd
J
= 3 − 6 , nên chọn d = 4
J1
J1

Các tỷ số chọn này thoả mãn điều kiện:
v=

Với: + v =
+η =

6
1 + 1.1x η

J d J1 J d xH

13.65
: =
= 4x
= 1.82
L H
LxJ1
30
J1
−1 = 7 −1 = 6
J2

Vậy:
SVTH:

MSSV:
18


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

v=

6
= 1.62 < v = 1.82
1 + 1.1x 6

Do đó khi tính khung với các tải trọng không phải là tải trọng thẳng đứng đặt trực
tiếp lên dàn, có thể coi dàn có độ cứng vô cùng( Jd=∞).

I.2 sơ đồ tính khung

v

v
Jd
ht

ht

e

h
hd

hd

L
Hình IV.1: Sơ đồ tính khung
II. Tính khung với tải trọng phân bố đều trên xà ngang
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:
r11ϕ + 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 gây ra.
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 cơ học kết cấu.
xa

MB =

2 ExJ d 2 Ex 4 J1
=
= 0.444 EJ1
L
18
cot

Để tính M B của thanh có tiết diện thay đổi, có thể dùng các công thức ở bảng III –
1 Phụ lục sách “ Thiết Kế Kết Cấu Thép Nhà Công Nghiệp”
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.
SVTH:

MSSV:
19


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

q
B

  1

  2

A
Hình IV.2: Sơ đồ tính khung với tải trọng phân bố đều
Tính các trị số:

H = H t + H d = 4150 + 10150 = 14.3m
J
µ = 2 −1 = 7 −1 = 6
J1
H
4.150
α= t =
= 0.3
H
14.3
A = 1 + α xµ = 1 + 0.3 x6 = 2.8
B = 1 + α 2 xµ = 1 + 0.32 x6 = 1.54
C = 1 + α 3 xµ = 1 + 0.33 x6 = 1.162
F = 1 + α 4 xµ = 1 + 0.34 x 6 = 1.049
K = 4 AC − 3B 2 = 4 x 2.8 x1.162 − 3x1.542 = 5.9

Vậy:
4CEJ1
4 x1.163 xEJ1

=−
= −0.0551EJ1
KxH
5.9 x14.3
Phản lực ở đỉnh cột do ϕ = 1 gây ra là:
6 BEJ1 6 x1.54 xEJ1
RB =
=
= 0.008EJ1
KH 2
5.9 x14.32
cot

MB =−

Vậy hệ số của phương trình chính tắc:
xa

cot

r11 = M B − M B = 0.444 EJ1 + 0.0551EJ1 = 0.499 EJ1
R1 p - Tổng moment phản lực ở nút B do tải trọng ngoài gây ra.
qL2
4.1353 x302
=−
= 310.15(T .m)
12
12
R1 p = − M BP = −310.15(T .m)

M BP = −

Giải phương trình chính tắc:
SVTH:

MSSV:
20


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

ϕ=−

R1 p
r11

=−

−310.15
= 621.54(T .m / EJ1 )
0.499 EJ1

Moment cuối cùng ở đỉnh cột:
+ ở đầu cột:
cot
M Bcot = M B ϕ = −621.54 x0.0551 = −34.25(T .m)
+ ở đầu xà:
xa

M Bxa = M B ϕ + M BP = 0.444 x (621.54) − 310.15 = −34.19(T .m)
Các tiết diện khác thì tính bằng cách dùng trị số phản lực:
RB = R Bϕ = 0.008 x 621.54 = 4.97T
Vậy moment ở vai cột:
M C = M B + RB H t = −34.19 + 4.97 x 4.150 = −13.56Tm

Moment ở chân cột:

M A = M B + RB H = −34.25 + 4.97 x14.3 = 36.82T .m

Biểu đồ moment ở hình IV.3a
Moment phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch của trục cột trên với trục cột dưới bằng:
M e = A.e = 49.17 x0.5 = 24.59(T .m)

Trong đó:

hd − ht 1 − 0.4
=
= 0.3(m) : Độ lệch tâm 2 phần cột.
2
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 J d = ∞ và ngoài ra khung không có chuyển vị
ngang vì tải trọng đối xứng. Dấu M e ngược với dấu trong bảng.
e=

Các công thức bảng cho như sau:
MB = −

( 1 − α ) 3B ( 1 + α ) − 4C  M e

K

=−

(1 − 0.311)[3 x1.580(1 + 0.311) − 4 x1.180]x( −15.07)
=
6.038

2.57Tm
RB = −

6 ( 1 − α ) [ B − A(1 + α )]M e
6(1 − 0.311)[1.580 − 2.866(1 + 0.311)]x( −15.07)
=−
= −1.39T
KH
6.038 x16.1

Vậy moment tại các tiết diện khác:
M Ct = M B + RB H t = 2.57 + (−1.39 x5.05) = −4.45Tm
M Cd = M B + RB H t + M e = 2.57 − 1.39 x5.00 + 15.07 = 10.62Tm
M A = M B + RB H + M e = 2.57 − 1.39 x16.1 + 15.07 = −4.74Tm

Cộng biểu đồ IV.3a với IV.3b ta được biểu đồ moment cuối cùng do tải trọng
thường xuyên gây ra toàn mái( hình IV.3c )
M B = −11 + 2.57 = −8.43Tm

M Ct = −5.5 − 4.45 = −9.95Tm
M Cd = −5.5 + 10.62 = 5.12Tm
M A = 6.55 − 4.74 = 1.81Tm

RB = 1.39 − 1.09 = 0.3T

III.Tính khung với tải trọng tạm thời trên mái (hoạt tải)
SVTH:

MSSV:
21


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2

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 IV.3c với tỷ số:
p 0.78
=
= 0.233
q 3.349

Ta được biểu đồ moment do hoạt tải mái( Hình IV.3d )

M A = 1.81x0.233 = 0.42Tm
M Cd = 5.12 x0.233 = 1.2Tm

M Ct = −9.95 x0.233 = −2.32Tm
M B = −8.43 x0.233 = −1.96Tm
RB = 0.3 x0.233 = 0.07T
11

2.27

4.45

5.5

10.62

Mq

Mv

a

b

4.74

6.55

1.96

8.43

1.2

5.12
1.32

7.95

Mq M v

18.1

Mg

4.2

c

d

Hình IV.3: Biểu đồ mômen do tĩnh tải và tải trọng tạm thời phân bố đều

IV.Tính khung với trọng lượng dầm cầu trục
Trọng lượng dầm cầu trục Gdcc = 0.99T đặt vào trục nhánh đỡ DCT và sinh ra
moment lệch tâm:
M dct = Gdct .e = 2.82 x0.75 = 1.41Tm

SVTH:

MSSV:
22


GVHD:

e =

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2
hd 1.5
=
= 0.75m
2
2

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

M dct
(vì 2 moment
Me

này đặt cùng 1 vị trí nhưng ngược chiều).
M dct
1.41
=−
= −0.0935
Me
15.07
Trọng lượng dầm cầu trục Gdct là tải trọng thường xuyên nên phải cộng biểu đồ
moment do Gdct với nội lực ở biểu đồ hình IV.3c để được moment do toàn bộ tải trọng
−

thường xuyên lên dàn và lên cột( Hình IV.4 ):
M B = −8.43 + 2.57 x (−0.0935) = −8.67Tm

M Ct = −9.95 + ( −4.45) x(−0.0935) = −9.53Tm
M Cd = 5.12 + 10.62 x(−0.0935) = 4.12Tm
M A = 1.81 + (−4.74) x( −0.0935) = 2.25Tm

RB = −1.39 x(−0.0935) + 0.3 = 1.78T

8.67

4.12
7.53

22.5

Hình IV.4: Biểu đồ moment do toàn bộ tĩnh tải.
Trong nhiều trường hợp, khi Gdct khá nhỏ so với Dmax , Dmin nên có thể nhập luôn
Gdct vào Dmax , Dmin và tính luôn M max , M min như ở điểm 5 tiếp theo bỏ qua điểm 4 này.
V.Tính khung với moment cầu trục DMAX ; DMIN
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.

SVTH:

MSSV:
23


GVHD:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2
Jd = ∞

B

M max

M min

A
Hình IV.5: Sơ đồ tính khung với Dmax ,Dmin
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:
6 BEJ1 6 x1.580 EJ1 1.57 EJ1
=
x
=
KH 2
6.038 H 2
H2
12 AEJ1
12 x 2.886 EJ1
5.736 EJ1
RB = −
=−
x 3 =−
3
KH
6.038
H

H3
Biểu đồ moment do ∆ = 1 gây ra còn được dùng với các loại tải trọng khác như T
MB =

hay gió, nên ta tính luôn moment tại các tiết diện cột.
Tiết diện vai cột:
M C = M B + R B Ht =

1.57 EJ1 5.376 EJ1
0.116 EJ1
−
x5.050 = −
2
3
H
H
H2

Chân cột:
M A = M B + RBH =

1.57 EJ1 5.376 EJ1
3.806 EJ1
−
xH = −
2
3
H
H
H2

Cột bên phải các trị số moment và phản lực có cùng trị số nhưng khác dấu.
Biểu đồ moment vẽ ở hình
r11 = − R B − R B′ = −2

5.376 EJ 1
10.752 EJ1
=−
3
H
H3

Mô ment lệch tâm do cầu trục:

M max = Dmax xe = 315.36 x 0.75 = 236.52Tm
M min = Dmin xe = 93.1x0.75 = 69.83Tm

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:
cột trái:
SVTH:

MSSV:
24


GVHD:

−

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GỖ 2
M max
236.52
=−
= −15.7
Me
15.07

Cột phải:
−

M min
69.83
=−
= −4.63
Me
15.07

Từ đó ta có moment ở cột trái:

M B = (−15.7) x 2.57 = −40.35Tm
M ct = (−15.7) x (−4.45) = 70Tm
M dt = (−15.7) x10.62 = −166.7Tm
M A = (−15.7) x(−4.74) = 74.5Tm
40.35

12

49.2

166.7
70

74.75

20.6

22

Hình IV.6: Biểu đồ MP do Dmax , Dmin
Phản lực:

RB = (−15.7) x (−1.39) = 21.8(T )

Moment ở cột phải:

M B = (−4.63) x 2.57 = −12Tm
M ct = (−4.63) x(−4.45) = 20.6Tm
M dt = (−4.63) x10.62 = −49.2Tm
M A = (−4.63) x(−4.74) = 22Tm

Phản lực:

RB′ = (−4.63) x(1.39) = −6.44(T )
Dấu của RB ' âm vì nó ngược chiều với RB

Vậy:

R1 p = RB + RB′ = 21.8 − 6.44 = 15.36(T )

Giải phương trình chính tắc:
R1 p

15.36
H2
=
23
r11
−10.752 EJ1 / H 3
EJ1
Nhân biểu đồ moment do ∆ = 1 và cộng với moment ngoại lực trong hệ cơ bản ta
∆=−

=−

được biểu đồ moment cuối cùng:
M = M∆ + M p

Ở cột trái:
1.57 EJ1 23H 2
MB =
x
− 40.35 = −4.24(T .m) ;
H2
EJ1

SVTH:

MSSV:
25