ĐỒ án kết cấu THÉP ( GVHD: Ngô Vi Long)

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

ĐỒ ÁN :

GVHD: NGÔ VI LONG

KẾT CẤU THÉP
KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG 1 NHỊP

1. Số liệu.
1.1 Số liệu chung:
-Địa điểm xây dựng: Thành Phố Hồ Chí Minh.
-Quy mô công trình: nhà xưởng khung thép 1 tầng 1 nhịp, có cầu trục cùng hoạt động
đồng thời.
-Chế độ làm việc trung bình, chiều dài nhà xưởng = 120m - 200m.
Bước cột 6m, vách bằng tôn, mái bằng tôn hay panen BTCT, có cửa trời.
-Vật liệu thép: R=240 Mpa, que hàn tương ứng với thép, phương pháp hàn tay.
-Vật liệu bê tông móng : B20, Bulong có cấp độ bền 4,6.
1.2 Số liệu riêng:
L = 21m , Hr = 8,2 m , Q = 500 KN

2. Xác định kích thước khung ngang
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 1


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

2.1 Xác định kích thước theo phương đứng:
Từ các số liệu ban đầu, tra bảng catalog, ta có các số liệu sau:
-Loại ray : KP80
-Chiều cao: Hk=3150 mm
-Bề rộng cầu trục : Bk=6650 mm
-Nhịp cầu trục : Lk=19500 mm
-Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe của cầu trục K=5250 mm, cầu trục có 2 bánh xe 1
bên
-Kích thước B1= 300 mm
Chọn chiều cao cột ngầm: hm=0
Giả sử chiều cao ray và đệm : hr = 200 mm
Chiều cao sơ bộ dầm cầu chạy : hdcc = B/10 = 6000/10 = 600 mm
Chiều cao cột dưới :Hd = Hr + hm – hr – hdcc =8200-800 =7400 mm
Chiều cao cột trên : Ht = hr + hdcc + Hk +100 + f
Ht =200+600+3150+100+(21000/100)=4260 mm
Lấy Ht = 4300 mm

2.2 Xác định kích thước theo phương ngang:
Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị:
= (L-Lk)/2= (2100-1950)/2=750mm
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 2


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Chọn sơ bộ chiều cao tiết diện cột trên: ht= Ht/10= 4300/10= 430 mm
Chọn ht=500 mm
Để đảm bảo khe hở an toàn, chon a theo công thức:
a ht + B1 + D – = 500+300+75-750 = 125 mm
Chọn a= 250 mm
Chiều cao sơ bộ tiết diện cột dưới : hd= a + = 250 + 750 = 1000mm
3. Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang.
3.1 Tải trọng thường xuyên:
Mái lợp panen BTCT có trọng lượng như sau:
Vật liệu lợp mái

Trọng lượng
( daN/m2)

Hệ số vượt tải

Panen BTCT 1,5x6 m
Lớp BT nhẹ cách nhiệt 4cm
Lớp chống thấm, giả định
Các lớp vữa tô trát, tổng chiều dày 4cm
Hai lớp gạch lá nem, mỗi lớp dày 3cm

150
40
10
80
120

1,1

1,2
1,2
1,2
1,1

qtc = 400daN/m2

qtt = 453 daN/m2

Tổng tải:

Trọng lượng kết cấu mái và hệ giằng: gtt1=gtc1 .n =1,2.30= 36 daN/m2
Trọng lượng kết cấu cửa mái: g2tt = g2tc . n= 15.1,2=18 daN/m2
3.2 Tải trọng sửa chữa mái:
Tải trọng sữa chữa mái nhà lợp panen BTCT được lấy bằng 75daN/m 2 mặt bằng nhà,
hệ số vượt tải 1,3, giả thiết mặt phẳng mái nghiêng 1 góc 12o.
Giá trị tải sửa chữa mái đưa vào tính toán là:
= x 1,3= 99,68 daN/m2
Tải sữa chữa mái dồn về một khung thành tải phân bố đều:
.B = 99,68 6 = 598,07 daN/m = 5,98 kN/m
3.3 Áp lực của cầu trục lên vai cột
Các tải này được tính theo công thức sau:
Dmax = n.nc.Pmax.i
Dmin = n.nc.Pmin.i
Với: Sức cẩu cầu trục Q = 500kN
Hệ số vượt tải: n= 1,1
Hệ số tổ hợp, xét đến xác xuất xảy ra đồng thời tải trọng tối đa của 2 cầu trục
hoạt động cùng nhịp nc = 0,9;
Từ bảng catalog của cầu trục , ta tra ra giá trị của P max = 450kN, Pmin = 108kN, tổng
trọng lượng cầu trục G= 615 kN, số lượng bánh xe 1 bên ray n0=2

Giá trị Pmin= - Pmax = – 450 = 107,5 kN
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Hình : Xác định Dmax, Dmin : Sơ đồ sắp xếp bánh xe cầu trục
và đường ảnh hưởng phản lực gối tựa
Từ hình vẽ, chúng ta có: y1 = 1; y4 = 0
y2 = (y1.4,6) / 6 = 0,77
y3 = (y1.0,75) / 6 = 0,125
= 1,895
Ta tính được: Dmax = 1,10,94501,895 =844,3 kN
Dmin = 1,10,9 107,5 1,895 = 201,7 kN

3.4 Lực xô ngang của cầu trục :
Tổng lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục là: To= fms.
Trong đó: Q là sức trục
Gxc = 180 kN, trọng lượng xe con
nxc = 4, số bánh xe
= 2, số bánh xe bị hãm
fms= 0,1, lực ma sát
Suy ra To= x0,1x 2 =34kN
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục
T1 = To/no = 34/2 = 17 kN
Vậy lực xô ngang của cầu trục là:
T = n.n1.T1. = 1,1x 0,9 x 17 x 1,895 = 31,9 kN
Lực xô ngang này được đặt ở cao trình mặt trên của dầm cầu chạy, cách vai cột
0,6m ,tức là ở cao trình 8m.
3.5 Tải trọng gió :
Tải trọng gió tác dụng lên 1khung xác định theo công thức: q=n.c.k.qo.B
Trong đó: qo : áp lực gió tiêu chuẩn. Công trình được giả định xây ở vùng ngoại ô TP
HCM, vùng gió II, ít chịu ảnh hưởng của bão. Do vậy áp lực gió tiêu chuẩn q o=83
daN/m2 . Các hệ số như sau :
Hệ số vượt tải n = 1,3
Hệ số khí động c
Hệ số độ cao và địa hình k
Ta chọn chiều cao thanh đầu giàn là 2,2m; bề rộng cửa mái bằng 1/3 L nhịp = 7m,
chiều cao cửa mái gồm bậu cửa dưới lấy = 0,6m; bậu cửa trên lấy = 0,4m và phần
cánh cửa lật lấy = 1,2m. Vì vậy, ta có các kích thước như sau:
ho= 2,2m; h1 = 0,9m; h2 = 2,2m; h3 = 0,6m.

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 5


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Tại độ cao 11,7m (cánh dưới dàn vì kèo); địa hình B; k = 1,21
Tại độ cao 17,6m (cao độ đỉnh mái); k = 1,274
Tải trọng gió phân bố đều trên cột:
qđ = qo.n.c.k.B = 83x1,3x0,8x1,21x6 = 626,68 daN/m = 6,267 kN/m
qh = qo.n.c.k.B = 83x1,3x0,6x1,21x6 = 470 daN/m = 4,7 kN/m.
Wđ = qo.n.k.B.
= 8,3x1,3x1,21x[(0,8x2,2)-(0,6x0,9)+(0,7x2,2)-(0,8x0,6)] = 17,86 (kN)
Wh = qo.n.k.B.
= 8,3x1,3x1,21x[(0,5x2,2)+(0,6x0,9)+(0,6x2,2)-(0,5x0,6)] = 27,26 (kN)
W = Wđ + Wh = 45,12 (kN)
4 Xác định nội lực khung ngang :
Để thiết lập sơ đồ tính cho khung ngang 1 cách đơn giản, ta giả thuyết:
- Thay cột bằng cấu kiện thanh trùng với tim cột, có độ cứng tương đương.
- Cột trên và cột dưới được nắn trục thẳng hàng với nhau, thêm vào một moment
lệch tâm tại vai cột để kể đến ảnh hưởng sự lệch tâm giữa 2 cột.

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 6


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

- Thay thế dàn bằng 1 thanh trùng với cách dưới của dàn, có độ cứng bằng độ cứng
trung bình của dàn. Độ cứng trung bình của dàn được lấy tại vị trí ¼ nhịp dàn và
được nhân với hệ số 0,75 do dàn thuộc kết cấu rỗng.
- Khi tải tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi như tải tác dụng đối xứng lên khung
đối xứng;khi tải không tác dụng trực tiếp lên xà, ta coi độ cứng của xà ngang bằng
vô cùng , EJ = .
Giả sử tỉ lệ độ cứng giữa các tiết diện trong thanh như sau:
= 8; = 30
4.1 Tĩnh tải :

Sơ đồ tính:
Tổng tải tác dụng lên khung :
q = B.(qtt + + /3) = 6x(450 + 36 + 6) = 29,7 (kN/m)
Lực dọc tác dụng lên cột: N2 = q.L/2 = 29,7x21/2 = 312 (kN)
Môment đặt lệch tâm tại vai cột : M = e.N2 = 0,25x312 = 78 (kN.m)
Ta tính các thông số:
= a/h = = = 0,367; n = = = 0.125
Tra bảng phụ lục 18 và nội suy ta được : kB = -0,683 ; = 1,455
Giải BT bằng phương pháp chuyển vị với ptct: r11. + R1P = 0
Ta qui bài toán trên về 2 bài toán như sau:

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 7

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Xét bài toán BT1:
4.1.1 Nội lực do chuyển vị xoay = 1 trên hệ cơ bản.
-Moment và lực cắt tại đỉnh cột : = = -0,683.;
= = 1,455.
-Moment và lực cắt ở chân cột:= = 0,772.
=
-Moment trong thanh xà ngang :
= = = =
4.1.2 Moment do tải ngoài gây ra trong thanh xà ngang:
= = -1091.5 kN.m ;

= 545,7 kN.m

-Các hệ số r11 và R1P được xác định như sau:

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

r11 = += - [(-0,683)+(-7,05)]. =6,367.

R1P = -= -1091,5 kN.m
Suy ra : = - = 171,4.
Từ đó ta tính được giá trị nội lực cuối cùng:
-Giá trị moment ở chân cột:
MpA = 0,772..171,4. = 132,34kN.m
-Giá trị moment ở đỉnh cột:
MpB = -0,683.. 171,4. = -117,06 kN.m
-Giá trị moment ở đầu dàn :
MBC = . 171,4. + 1091,5 = -116.87 kN.m
-Giá trị moment ở giữa dàn:
Mnhịp = - + MBC = - – 116,87= -1754,1 kN.m
Biểu đồ moment cuối cùng:

Xét bài toán BT2:
Từ các thông số =0,367 ; =x/h = 4,3/11,7 = 0,367 ; n = 0,125
Tra bảng phụ lục 16 ta có: KB = -0,169 ; = 1,443
Moment và phản lực đỉnh cột xác định như sau:
MB = KB.Mlệch tâm = (-0,169) (-78) = 13,182 kN.m
QB = (Mlệch tâm/h) = 1,443 x (-78/11,7) = -9,62 kN

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Moment tại chân cột trên:
MII = MB + QB.Ht = 13,182 + (-9,62 x 4,3) =- 28,184 kN.m
Moment tại đỉnh cột dưới:
MIII = -Mlệch tâm +MII = -(-78) - 28,184 = 49,816 kN.m
Moment tại chân cột:
MA = MIII + QIII.Hd = 49,816 – 9,62 x 7,4 = -21,372 kN.m

Biểu đồ cuối cùng của khung ngang trường hợp tĩnh tải (b.đồ 1 + b. đồ 2)

Lực cắt tại chân cột: = = 11,7 kN

4.2 Hoạt tải :
Tương tự như trường hợp tĩnh tải, với qht = 5,98kN.
Ta nhân tung độ các biểu đồ moment của trường hợp tĩnh tải
với tỉ số = = 0,201
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 10


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Biểu đồ moment như sau:

Lực cắt tại chân cột: = 0,201 = 0,20111,7 = 2,35 kN
4.3. Áp lực đứng Dmax và Dmin:
Tương tự như trên, bài toán được đưa về 2 BT

Moment lệch tâm:
+ Mmax = Dmax.e = 844,3 x 0,5 =422,15 kN.m
+ Mmin = Dmin.e = 201,7 x 0,5 = 100,85 kN.m
4.3.1 Moment do tải ngoài gây ra trên hệ cơ bản:
Tương tự như trường hợp tĩnh tải

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

-Moment và phản lực đỉnh cột được xác định như sau:
MB = KB.Mlệch tâm = (-0,169) x 422,15 = -71,34 kN.m
QB = . = 1,443 x (442,15/11,7 ) = 52,06 kN
-Moment tại chân cột trên:
MII = MB + QB.Ht = -71,34 + 52,06 x 4,3 = 152,54 kN.m
-Moment tại đỉnh cột dưới :
MIII = -Mlệch tâm + MII = -422,15 +152,54 = -269,64 kN.m
-Moment tại chân cột:
MA = MIII + QB.Hd = -269,64 + 52,06 x 7,4 = 115,6 kN.m
Biểu đồ moment cho trường hợp này như sau:

Biểu đồ moment do tải ngoài
4.3.2 Nội lực do chuyển vị thẳng đơn vị gây ra trên hệ cơ bản:

Tra bảng phụ lục 16: ta có KB = 1,465 ;
Ta có: - MB = KB .(EJcd/h2) = 1,465 (EJcd/h2)
- QB = .(EJcd/h3) = - 5,412. (EJcd/h3)
- MA = KA .(EJcd/h2) = - 3,947.(EJcd/h2)
Xác định các hệ số r11 và R1P :

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 12


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Cắt thanh dàn và chiếu tấc cả lực cắt lên phương ngang ta xác định được r11 như hình
vẽ; tương tự ta cũng xác định được R1P :
R1P = - 52,06 + 12,438 = - 39,62 kN
Ẩn chuyển vị thẳng = -R1P/ r11 = 3,66.(h3/EJcd)
Vậy moment trong hệ ban đầu:
 Cột trái:
 Moment tại đỉnh cột:
= + 1 = -71,34 + 3,66 x 11,7 x 1,465 = -8,6 kN.m
 Moment tại chân cột trên:
= + 1 = 152,54 + 3,66 x 11,7 x (-0,1605) = 145,13 kN.m
 Moment tại đỉnh cột dưới :
= -Mlt + MII = - 422,15 + 154,13 = - 277,02 kN.m
 Lục cắt : Qp = Qo + .QB = 52,06 – 3,66 x 5,412 = 32,25 kN
 Moment tại chân cột:

= Mo + .MA = 151,6 – 3,66 x 11,7 x 3,947 = - 17,42 kN.m
 Cột phải: Tính toán tương tụ như trường hợp cột trái, ta có bảng kết quả:

Q(kN)

Đỉnh cột
-79,77

M(kN.m)
Chân cột trên Đỉnh cột dưới
43,28
-57,57

Biểu đồ moment cuối cùng do Dmax và Dmin gây ra như sau:

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 13

Chân cột
192,83


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Biểu đồ Moment do Dmax và Dmin
= 0,201.= 0,201 x () = 7,05 kN

4.4 Lực xô ngang T:

4.4.1 Nội lực do chuyển vị đơn vị gây ra trên hệ CB:
Các hệ số : ; ; n = 0,125, Ta tra bảng phụ lục 15 xác định được KB = - 0,1032 ;

4.4.2 Biểu đồ moment do ngoại lực gây ra trên hệ CB :
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 14


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

-Moment đầu cột :
MA = KB.T.h = -0.1032 x 31,9 x 11,7 = -38,52 kN.m
-Moment tại vị trí đặt lực xô ngang:
Mx = M1 + QB.x = -38,52 +(0,362 x 31,9 x 3,7) = 36,075 kN.m
-Moment chân cột :
MIV = MI + QB.h - T(h-x)
= -38,52 + (0,632 x 31,9 x 11,7) – 31,9 (11,7-3,7) = -57,838 kN.m

Xác định hệ số r11 và R1P:
Ta có : r11 = 10,824 EJcd/h3

Suy ra: R1P = -20,16 kN
Xác định ẩn chuyển vị :
= (-R1P/ r11 ) = 1,862x(h3/ EJcd )

Giá trị moment trong biểu đồ ban đầu: MP = + 1

Cột trái :
- Moment tại đỉnh:
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 15


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

MB = +1 = (-38,52) +1,862.(h3/ EJcd ) x1,645.(EJcd/h2) = - 6,61 kN.m
- Moment tại vị trí đặt lực xô ngang:
MC = +1 =36,07 + 1,862.(h3/ EJcd) x (- 0,1605).(EJcd/h2) = 32,57 kN.m
- Moment tại chân cột:
MA = +1 = -57,838+1,862.(h3/ EJcd) x (- 3.917).(EJcd/h2) = -143,82 kN.m

Cột phải:
- Moment tại đỉnh:
MB = -1 = -1,862.(h3/ EJcd ) x 1,645.(EJcd/h2) = - 31,92 kN.m
- Moment tại vị trí đặt lực xô ngang:
MC = - 1 = -1,862.(h3/ EJcd) x (- 0,1605).(EJcd/h2) = 3,49 kN.m
- Moment tại chân cột:
MA = - 1 = -1,862.(h3/ EJcd) x (- 3.917).(EJcd/h2) = 85,95kN.m

Biểu đồ moment như sau:

4.5 Tải gió:
Nội lực được tính theo sơ đồ sau:

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 16


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Sơ đồ tính
4.5.1 Nội lực do chuyển vị đơn vị gây ra trên hệ cơ bản:
Các hệ số = 0,367 ; n = 0,125 ;
Tra bảng phụ lục 14 ta có KB = - 0,0543; = 0,429

4.5.2 Biểu đồ moment do nội lực gây ra trên hệ cơ bản:
-Moment đầu cột :
MI = KB.qđ.h2 = -0,0543 x 6,267 x 11,72 = -46,58 kN.m
-Moment tại chân cột trên và đỉnh cột dưới :
MII = MIII = MI +QB.Ht – (q./2)
= -46,58 + 0,429 x 6,267 x11,7 x4,3 – (6,267x 4,32/2) = 30,74 kN.m
-Moment tại chân cột:
MIV = MI +QB.h – (q.h2/2)
= -46,58 + 0,429 x 6,267x 11,72 – (6,267 x 4,32/2) = -107,5 kN.m
Tính tương tự cho phía hút gió, ta có bẳng kết quả sau:
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 17


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

MA (kN.m)

MB,C (kN.m)

MD (kN.m)

-34,93

23,06

-80,61

Xác định các hệ số r11 và R1P :
Ta có : r11 = 10,824.(EJcd/h3)

R1P = - 11,16 kN
Suy ra ẩn chuyển vị = -R1P/r11 = 9,25.(h3/ EJcd)
Giá trị moment trong biểu đồ ban đầu : MP = .M1 +
 Cột trái:
- Moment tại đỉnh:
MB = +1 = (-46,58) +9,25.(h3/ EJcd ) x1,465.(EJcd/h2) = 117,97kN.m
- Moment tại chân cột trên và đỉnh cột dưới:

MC = +1 =30,74 + 9,25.(h3/ EJcd) x (- 0,1605).(EJcd/h2) = 13,37 kN.m
- Moment tại chân cột:
MA = +1 = -107,5+9,25.(h3/ EJcd) x (- 3.947).(EJcd/h2) = -534,66 kN.m
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 18


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

 Cột phải:
- Moment tại đỉnh:
MB = -1 = -9,25.(h3/ EJcd ) x 1,465.(EJcd/h2) +34,93= - 123,62 kN.m
- Moment tại chân cột trên và đỉnh cột dưới:
MC = - 1 = -9,25.(h3/ EJcd) x (-0,1605).(EJcd/h2) -23,06 = -5,96 kN.m
- Moment tại chân cột:
MA = - 1 = - 9,25.(h3/ EJcd) x (-3.917).(EJcd/h2) +80,61 = 507, 69kN.m

5. Tổ hợp nội lực :
5.1. Bảng tổ hợp nội lực :
Tiết diện
Hệ số tổ hợp
Tĩnh
tải
(1)
Hoạt
tải

(2)
traù

Dmax
(3)

Dmaxphai
(4)

M
(KNm)
N
(KN)
M
(KNm)
N
(KN)
M
(KNm)
N
(KN)
M
(KNm)

1-1

2-2

3-3

4-4

1

0,9

1

0,9

1

0,9

1

0,9

-103.88

-103.88

-53.58

-53.58

24.4

24.4

110.97

110.97

312

312

312

312

312

312

312

312

-20.87

-18.78

-10.77

-9.69

4.9

4.41

22.3

20.07

62.8

56.51

62.8

56.51

62.8

56.51

62.8

56.51

-8.6

-7.74

145.13

130.62

-277.02

-249.32

-17.42

-15.68

0

0

0

0

844.3

759.87

844.3

759.87

-79.77

-71.79

43.28

38.95

-57.57

-51.82

192.83

173.54

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 19


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
Ttrai
(5)
Tphải
(6)
Giótrái
(7)
Gióphải
(8)

N
(KN)
M
(KNm)

M
(KNm)
M
(KNm)
M
(KNm)

GVHD: NGÔ VI LONG

0

0

0

0

201.7

181.53

201.7

181.53

±6.61

±5.95

±19.34

±17.41

±19.34

±17.41

±143.82

±129.44

±31.92

±28.73

±9.47

±8.523

±9.47

±8.523

±85.98

±77.38

117.97

106.17

-13.37

-12.03

-13.37

-12.03

-534.66

-481.19

-123.62

-111.26

-5.69

-5.12

-5.69

-5.12

507.77

456.99

5.2. Bảng tổ hợp nội lực

5.2.1. Tổ hợp cơ bản 1 :
Tiết
diện
1-1
2-2
3-3
4-4

Mmax- Ntư
+

M
(KNm)

N (KN)

1+7
14.09

312

1+3

312

91.55
1+2+5

312

43.74
1+8

312

618.74

Mmin - Ntư
M- (KNm)
1+8

N
(KN)

N
(KN)
1+2

312

-227.5
1+5
1+3
1+7

312

-423.69

-124.75

1+2

-64.352

368.51

1156.3

-252.62

-

368.51

312

-72.92

Nmax-Mtư
M+
M- (KNm)
(KNm)

1+3

-

-256.62

93.55

-

1156.3
1+3

1156.3

5.2.2. Tổ hợp cơ bản 2:
Tiết
diện
1-1
2-2
3-3
4-4

Mmax- Ntư
M+
N
(KNm)
(KN)
1+7

2.29
1+3+5

94.44

312

312

1+2+5

46.22

368.51

1+2+4+5+
8

550.04

891

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Mmin - Ntư
M- (KNm)
1+2+4+6+
8

-334.44

N (KN)

N (KN)

368.51

368.51

1+2…

1+2+7

1+2…

-75.3

368.51

368.51

1+3+5+7

1071.8
7

1+2+3
…

-254.36
1+3+5+7

-515.34

1071.8
7

Page 20

1128.38
1+2+3
…

1128.38

Nmax-Mtư
M+
M- (KNm)
(KNm)
-

+4+6+8

-334.44
+3+5+
8

56.636
-

+7

-75.3
+5+7

-249.95

+5+8

+5+7

701.79

-495.27


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

6. Thiết kế cột :
6.1. Nội lực tính toán được xác định từ bảng tổ hợp nội lực :
- Phần cột trên :M = -334.44 (KNm) và Ntư = 368.51(KN)
- Phần cột dưới :
+ Nhánh cầu trục :M1= -515.34 (KNm) và Ntư1 = 1071.87 (KN)
+ Nhánh mái :M2 = 891(KNm) và Ntư2 = 550.04(KN)
6.2. Xác định chiều dài tính toán của cột :
6.2.1. Trong mặt phẳng khung:
K1 = 0.2152

m = = 3.06
c1 = 0.934
Tra bảng phụ lục 8
2.12
Chiều cao tính toán của cột trên:
l2x = Hct = 2.124.3 = 9.116 m

Chiều dài tính toán của cột dưới :
l1x = Hcd = 1.983.4 = 14.67 m
6.2.2. Ngoài mặt phẳng khung:
Chiều dài tính toán cột trên : l2y = Hct – hdcc = 4.3 – 0.6 = 3.7 m
Chiều dài tính toán cột dưới : l1y = Hcd = 7.4 m
6.3. Thiết kế cột trên :
6.3.1. Sơ bộ chọn tiết diện :
Độ lệch tâm: e = = 0.907 (m)
Giả thuyết : η = 1.25 , diện tích yêu cầu của tiết diện cột trên là:
Fyc = .[1.25+(2.2 → 2.8).]

= .[1.25+2.3.] = 95.15 (cm2)
Chọn sơ bộ bề dày bản bụng: = . ht = 10 (mm)
Bề rộng cánh tiết diện chọn theo điều kiện đảm bảo ổn định cột ngoài mặt phẳng
khung; tính theo công thức:
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

bc = (1/12 ~ 1/15).Ht = ( 286.7 ~ 358.3 ) mm
→ Chọn bc = 320 mm
Chiều dài bản cánh chọn theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh :
c = (1/20 ~ 1/36).Ht = ( 8.9 ~ 16 ) mm
→ Chọn c = 13 mm

Tiết diện sơ bộ cột trên
6.3.2. Kiểm tra tiết diện đã chọn :
Các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:
F = (2x1.3x32) + 1x[(50 – (2x1.3)] = 130.6 (cm2)
J2x = = 58217.6 (cm4)
J2y = 2

= 7103.7 (cm4)

r2x = = 21.11 (cm); r2y = = 7.38 (cm)
=

=

2y

=

= 43.2 ; = . = 43.2 = 1.36

= = 50.13

Kiểm tra độ ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:
Độ lệch tâm tính đổi m được tính theo công thức:
m=

= = =

= 3.7

Ta có: = 1.36 < 5 ; m = 3.7 < 5
Mặt khác: = 1.75 >1
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 22


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Tra bẳng phụ lục 6 , ta tính được hệ số ảnh hưởng hình dạng như sau :
(1.9 – 0.1m) - 0.02(6 - m) .
= (1.9 – 0.13.7) - 0.02(6 – 3.7) 1.36 = 1.46
Độ lệch tâm tính đổi m1 = m. = 3.7 1.46 = 5.27
Từ và m1 , tra bảng phụ lục 4; ta có: = 0.2357
Kiểm tra tổng thể trong mặt phẳng uốn như sau:
=

=

= 11.97 (kN/cm2) < [R] = 21 (kN/cm2)

Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :
Từ = 50.13

hệ số uốn dọc = 0.865 . Cặp nội lực đang xét là cặp nội lực nguy

hiểm tại tiết diện I-I, được tổ hợp từ các tải trọng 1+2+4+6+8, moment tương ứng ở
đầu kia của cột là -44.12 kN.m
-Moment lớn nhất ở 1/3 đoạn cột được xác định :

M = M + (Mtư – M)/3 = -(334.44) + = 237.67 kN.m
-Giá trị moment đưa vào tính toán :
M’ = max(;; 237.67), chọn M’ = 237.67 kN.m
-Độ lệch tâm tương đối mx =

= =

= 3.617 < 5

Các hệ số được xác định theo công thức sau:
= 0.65 + 0.005.mx = 0.668
Do = . = 3.1416. = 99.35 > nên
Hệ số ảnh hưởng của moment trong mặt phẳng uốn C được xác định như sau:
C = = = 0.293
Chúng ta kiểm tra ổn định tổng thể của cột trên ngoài mặt phẳng theo công thức:
=

=

= 11.13 (kN/cm2) < [R] = 21 (kN/cm2)

 Kiểm tra ổn định cục bộ của tiết diện :
 Đối với bản cánh :

= < [ ] = 2(0.36 + 0.1). = 2(0.36 + 0.11.36).= 31.37
 Đối với bản bụng :

SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 23


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Do khả năng chịu tải của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể của
cột trong mặt phẳng uốn , nên tỷ số giới hạn hb/được xác định như sau :
Với = 1.36 > 0.8 và m = 3.617 >1; ta có:

= <[] = (0.9 + 0.5). = (0.9 + 0.51.36).= 49.96 < 3.1
Vậy tiết diện đã chọn như trên thỏa mãn điều kiện chịu lực.
6.3. Thiết kế cột dưới :
Chọn cột dưới là cột tiết diện rỗng, bao gồm 2 nhánh: nhánh cầu trục cấu tạo dạng chữ
U, gồm 1 bản thép lưng và 2 bản thép góc làm cánh; nhánh mái thép I tổ hợp. Hai nhánh
được nối với nhau bởi các thanh giằng.
Nội lực được xác định từ bảng tổ hợp sau:
Nhánh mái
M2 (kN.m)
891

Nhánh cầu trục
M1(kN.m)
Ntư 1(kN)
-515.3

1071.8

Ntư 2 (kN)
550

6.3.1. Sơ bộ chọn tiết diện :
Giả thuyết tiết diện mỗi nhánh sẽ tỉ lệ với lực dọc lớn nhất trong nhánh, ta xác định sơ
bộ khoảng cách y1 từ trọng tâm nhánh cầu trục đến trọng tâm chung của tiết diện:
y1 = {C.N’- M’- [M’ + C2.N’ -2C.N’(M1 + M2)]1/2}
Với M’=M1 – M2 ; N’= N1 – N2
C: khoảng cách trọng tâm giữa các nhánh cột, ban đầu ta giả thuyết C = hd = 1000mm.
Xác định được y1 = 0.52 ; suy ra: y2 = C – y1 = 0.48 m
- Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục:
Nnh1 = - = - = 1072.6 (kN.m)
- Lực nén lớn nhất trong nhánh mái:
Nnh2 = - = + = 1155 (kN.m)
Giả thuyết : = 0.8 , ta xác định diện tích sơ bộ của 2 nhánh cầu trục như sau:
Fnh1 = = = 63.85 (cm2)
Fnh2 = = = 68.75 (cm2)
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI
MSSV: 1051030798

Page 24


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I

GVHD: NGÔ VI LONG

Bề rộng tiết diện:

b = (.hd = (330 ~500) mm , Chọn b = 400 mm.
Đối với nhánh cầu trục, chọn tiết diện chữ I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại. Bản
bụng có kích thước 10380 mm, bản cánh có kích thước 15.513 mm. Đối với nhánh mái:
chọn tiết diện dạng chữ C, tổ hợp gồm 1 bản thép lưng: 1437.2và 2 thép góc L12513

6.3.2. Kiểm tra tiết diện đã chọn:
Đối với nhánh cầu trục trục:
Diện tích nhánh: Fnh1 = 2x15.5x1.3 +0.83x38 = 71.85 (cm2)
Moment quán tính đối với trục x:
Jx1 = + 2( ) = 808.65 (cm4)
Moment quán tính đối với trục y:
= + 2( + 15.51.319.352) = 18890.2 (cm4)
Bán kính quán tính tiết diện:
rx1 =
ry1 =

=
=

= 3.35 (cm)
= 16.21 (cm)

Độ mảnh của cầu trục:

=

29.85

(Giả định khoảng cách các điểm liên kết thanh giằng vào nhánh cột lnh1 = 100)
SVTH: HUỲNH ĐỨC THI

MSSV: 1051030798

Page 25