đồ án kết cấu thép kích thước sơ bộ, tải trọng và nội lực khung ngang; thiết kế kết cấu khung ngang; chọn các chi tiết của khung ngang; hệ giằng và kết cấu bao che

GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

MỤC LỤC


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

THUYẾT MINH
I.

CƠ SỞ THIẾT KẾ :

I.1. Danh mục tiêu chuẩn kỹ thuật, quy chuẩn xây dựng và tài liệu sử dụng :
[1]
[2]
[3]
[4]

TCVN 338 – 2005 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 2737 – 1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
Hướng dẫn đồ án kết cấu thép – Tác giả : Th.S Lê Văn Tâm.
TCXDVN 356 :2005 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.

I.2. Số liệu và Vật liệu sử dụng :
I.2.1.

Số liệu:

LCR
(ft)

HR
(m)

C
(T)

60

8

5

I.2.2.

Loại cầu Số cầu Bước cột Số bước Vùng địa Loại
trục
trục
B (m)
cột
hình địa hình
TRSG

2

8

13

IIA

B

Vật liệu:

I.2.2.1. Thép:
Loại thép
Thép tấm
Thép hình
Thép tròn

Số hiệu thép
SS 400
S 275
SS 400

Mô đun đàn hồi
E (GPa)
200
200
200

Giới hạn chảy
fy (MPa)
245
275
245

Giới hạn bền
fu (MPa)
400
410
400

 Các thông số của thép tấm:
f là cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của thép. (Bảng 4, TCXDVN 338:2005)
f y 24,5
f=
=
=22,27 ( kN / cm 2 )
γ M 1,1
Với: γ M = 1,1 lấy theo điều 4.1.4, TCXDVN 338:2005.
fv là cường độ tính toán chịu cắt của thép. (Bảng 4, TCXDVN 338:2005)
0,58f y 0,58.24,5
fv =
=
=12,92 ( kN / cm 2 )
γM
1,1
γ c là hệ số làm việc của kết cấu: ( Bảng 3, TCXDVN 338:2005):


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

+ Kết cấu dầm đặc: γ c = 0,9

+ Kết cấu cột: γ c = 0,95
I.2.2.2. Que hàn:
Sử dụng que hàn N46 (Bảng 8, TCXDVN 338:2005), với các thông số như sau:
f wf = 20 ( kN / cm 2 )

: cường độ tính toán của đường hàn góc theo kim loại hàn.
f ws = 0, 45. f u = 18 ( kN / cm 2 )

: cường độ tính toán của đường hàn góc theo kim loại ở
biên nóng chảy.

 β f ; β s : hệ số để tính toán đường hàn góc theo kim loại đường hàn và theo kim loại ở
đường biên nóng chảy của thép cơ bản.
β f = 0, 7; β s = 1, 0

: (Bảng 37, TCXDVN 338:2005)

I.2.2.3. Boulon:
Chọn boulon cấp 8.8, chế tạo từ thép tròn cấp SS400 với:
 γ b = 1 : hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon (Bảng 38, TCXDVN 338:2005).




f tb = 400 MPa

: cường độ tính toán khi làm việc chịu kéo của boulon ( Bảng 10,
TCXDVN 338:2005).
f ub = 400 ( MPa )

: cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của boulon.

f ba = 0, 4 f ub = 0, 4.400 = 160 ( MPa )

: cường độ tính toán chịu kéo của boulon neo.(Điều

4.2.4, TCXDVN 338:2005).


f vb = 0, 4 f ub = 0, 4.400 = 160 ( MPa )

: cường độ tính toán chịu cắt của boulon. (Bảng 4 –

TCXDVN 338:2005).
I.2.2.4. Bê tông móng/ cổ cột:
Chọn bê tông B20:
 Tra bảng 13, trang 36, TCXDVN 356:2005 ta có, cường độ tính toán của bê tông:
Rb = 11,5 ( MPa ) = 1,15 ( kN / cm 2 )

 Mođun đàn hồi của bê tông:

Es = 2.105 ( MPa )

I.3. Danh mục các phần mềm sử dụng :
[1]
[2]

Phần mềm tính toán kết cấu SAP 2000.
Phần mềm EXCEL.

GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

II. KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG:
II.1. Kích thước sơ bộ của khung ngang:
Tra catalog loại cầu trục TRSG với mã hiệu cầu trục A0560300, ta có:
 Nhịp cầu trục:

LCR = 18290 ( mm ) = 18, 29( m)

 Bề rộng cầu trục: N = 3100( mm) = 3,1(m)
 Khoảng cách giữa 2 bánh xe cầu trục:

W = 2590 ( mm ) = 2,59 ( m )

 Khoảng cách từ đỉnh ray tới điểm cao nhất của cầu trục:

H = 150 ( mm )

 Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút của cầu trục:
 Trọng lượng của cầu trục (không kể xe con):
 Trọng lượng của xe con:

D = 480 ( mm )

BW = 4480 ( kg ) = 44,80 ( kN )

TW = 410 ( kg ) = 4,10 ( kN )

 Áp lực thẳng đứng lớn nhất của bánh xe cầu trục:
 Áp lực thẳng đứng nhỏ nhất của bánh xe cầu trục:
Pmin =

Pmax = 3590 ( kg ) = 35,90( kN )

BW 4480
=
= 1120 ( kg ) = 11, 20 ( kN )
4
4

 Chiều cao phần cột dưới:

H L = ( H R ± ∆ ) − ( hC . g + hR ) = 8 − ( 0,5 + 0, 07 ) = 7, 43 ( m )

Trong đó: ∆ : đoạn cột được chon sâu, hoặc nâng lên so với mặt nền hoàn thiện.
hR

: chiều cao tiết diện ray.

hC . g

hR ≈ ( 70 ÷ 100 ) mm

→ chọn hR = 70(mm)

: chiều cao tiết diện dầm đỡ cầu trục:

1 1 
1 1
1 1
hC . g =  ; ÷LC .g =  ; ÷B =  ; ÷.8 = ( 0,5 ÷ 0,8 )
 10 16 
 10 16 
 10 16 
(m) → chọn hC .g = 0,5(m)
H L = 7500 ( mm ) = 7,5( m)

→ Chọn:
 Chiều cao phần cột trên:

HU = ( hC . g + hR ) + D + 75mm + ( F0 + F1 ) = ( 0,5 + 0, 07 ) + 0, 48 + 0, 075 + 0,1 = 1, 225 ( m )

Trong đó :

D = 480 ( mm ) ; F1 = 100 ( mm ) ; F0 = 0

→ Chọn: HU = 1,5(m)
 Chiều cao tiết diện ngang lớn nhất của dầm vì kèo:
1 
1 
1 
 1
 1
 1
max
hRafter
=  ÷ ÷BW ≈  ÷ ÷( LCR + 2m ) =  ÷ ÷( 18, 29 + 2 ) = ( 0,51 ÷ 0,81) m

 40 25 
 40 25 
 40 25 
max
hRafter
= 800 ( mm )

→ Chọn
 Chiều cao tiết diện ngang bé nhất của dầm vì kèo:


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

min
max
hRafter
= ( 0,3 ÷ 0,5 ) hRafter
= ( 0,3 ÷ 0,5 ) 800 = ( 240 ÷ 400 ) mm

( )
→ Chọn Rafter
 Chiều cao tiết diện ngang của cột:
h min = 300 mm

max
hColumn = hRafter
= 800 ( mm )

 Bề rộng cánh dầm, cột:
max
b f = ( 0, 2 ÷ 0,3) hwmax ≈ ( 0, 2 ÷ 0, 3) hRafter
= ( 0, 2 ÷ 0,3 ) 800 = ( 160 ÷ 240 ) mm

→ Chọn

b f = 200 ( mm )

 Bề rộng nhà: Chọn BW = 21000(mm) = 21( m)
 Kiểm tra khe hở an toàn giữa cột và đầu cầu trục:
G0 = λ − d wg − hColumn − H = 0,5 ( BW − LCR ) − d wg − hColumn − H = 0,5 ( 21000 − 18290 ) − 200 − 800 − 150
= 205 ( mm ) > 75 ( mm )

→ Vậy bề rộng nhà

BW = 21000 ( mm ) = 21(m)

đã chọn là hợp lí.

II.2. Tải trọng khung ngang:
II.2.1. Tĩnh tải:
 Tĩnh tải mái tác dụng lên dầm vì kèo:

u
g rafter
= ( γ Q .g roof .B ) .10−2 = ( 1, 05.10.8 ) .10−2 = 0,84 ( kN / m )

 Tĩnh tải vách tác dụng lên cột:

u
g column
= ( γ Q .g wall .B ) .10−2 = ( 1, 05.10.8 ) .10−2 = 0,84 ( kN / m )

 Trọng lượng bản thân kết cấu khung: (chương trình Sap tự tính).
II.2.2. Hoạt tải:
 Hoạt tải mái: Sử dụng mái tone nhẹ, theo TCVN 2737:1995 ta có:

proof = 30 ( daN / m 2 )

u
pgirder
= ( γ Q . proof .B ) .10 −2 = ( 1,3.30.8 ) .10−2 = 3,12 ( kN / m )

( )
( )
 Hoạt tải cầu trục: Hai cầu trục hoạt động song song, có
 Áp lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất: với trọng lượng bản thân dầm đỡ cầu trục và
N = 3100 mm < B = 8000 mm

ray là:

wr .w ≈ 1( kN / m )

 4B − 2 N 
Dmu ax = nc .γ Q .Pmax .∑ yi + Wru.w = nc .γ Q .Pmax . 
÷+ 1, 05.B.wr .w
B



 4.8 − 2.3,1 
= 0,85.1,1.35,90. 
÷+ 1, 05.8.1 = 116, 65 ( kN )
8




GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

 4B − 2 N 
u
Dmin
= nc .γ Q .Pmin .∑ yi + Wru.w = nc .γ Q .Pmin . 
÷+ 1, 05.B.wr .w
B


 4.8 − 2.3,1 
= 0,85.1,1.11, 20. 
÷+ 1, 05.8.1 = 42,17 ( kN )
8





Độ lệch tâm của tải trọng thẳng đứng:

e = 0,5 ( BW − LCR ) − d wg − 0,5.hColumn = 0,5. ( 21 − 18, 29 ) − 0, 2 − 0,5.0,8 = 0, 755 ( m )

+

Giá trị tải trọng quy đổi:



Phía có Dmax:
u
max

D



= 116, 65 ( kN ) ; M max = Dmu ax × e = 116, 65 × 0, 755 = 88, 07 ( kN .m )

Phía có Dmin:

u
u
Dmin
= 42,17 ( kN ) ; M min = Dmin
× e = 42,17 × 0, 755 = 31,84 ( kN .m )



Lực xô ngang: có phương ngang nhà, điểm đặt tại cao trình cánh trên dầm đỡ cầu
trục, giá trị lực xô ngang lên cột như sau:

 4B − 2 N 
 4.8 − 2.3,1 
TLAu = nc .γ Q .T1.∑ yi = nc .γ Q .T1. 
÷ = 0,85.1,1.2, 705. 
÷ = 8,16 ( kN )
B
8





Với:
T1 = 0, 05. ( C + TW ) = 0, 05. ( 5 + 0, 41) = 0, 2705 ( T ) = 2, 705 ( kN )

II.2.3. Tải gió:
 Áp lực gió tiêu chuẩn vùng IIA:
 Dạng địa hình: B

W0 = 83 ( daN / m 2 )

 Hệ số ko = 1 , ứng với cao độ chuẩn (10m).
γ = 1, 2
 Hệ số vượt tải: Q
 Hệ số khí động: lấy theo sơ đồ 2 – bảng 6 – TCVN 2737:1995.
h1 9.8
b 104
=
; 0.5; α = 10o ; =
= 5.2 > 2

l
20
Với l 20
, ta có: ce = +0,8; ce1 = −0, 5; ce 2 = −0, 4; ce3 = −0, 5

 Tải trọng gió tác dụng phân bố đều trên cột:
 Phía đón gió:
c
qw,p
= γ Q .ko .ce .Wo .10−2.B = 1, 2.1.0,8.83.10 −2.8 = 6, 37 ( kN / m )

 Phía khuất gió:
c
qw,s
= γ Q .ko .ce 3 .Wo .10−2.B = 1, 2.1.0,5.83.10 −2.8 = 3,98 ( kN / m )


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

 Tải trọng gió tác dụng phân bố đều trên kèo:
 Phía đón gió:
qw,r p = γ Q .ko .ce1.Wo .10 −2.B = 1, 2.1.0, 5.83.10 −2.8 = 3, 98 ( kN / m )

 Phía khuất gió:
r
qw,s
= γ Q .ko .ce 2 .Wo .10−2.B = 1, 2.1.0, 4.83.10 −2.8 = 3,19 ( kN / m )

II.3. Nội lực khung ngang:
 Kích thước khung ngang:
 Chiều rộng khung ngang:
 Chiều cao:

L = 20 ( m )

H = H L + H U + hmax +

hmin
0,3
= 7, 5 + 1,5 + 0,8 +
= 9,95(m)
2
2

Hình 2.1: Mô hình khung ngang 2D


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Hình 2.2: Mô hình khung ngang 3D
II.3.1. Các trường hợp tải:

Hình 2.3: Tĩnh Tải (TT)

Đồ Án Kết Cấu Thép


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Hình 2.4: Hoạt tải mái (HTM)

Trai
Hình 2.5: Dmax (DTR)

Đồ Án Kết Cấu Thép


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Phai
Hình 2.6: Dmax (DPH)

vao
Hình 2.7: Ttrai (TTRV)

Đồ Án Kết Cấu Thép


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

ra
Hình 2.8: Ttrai (TTRR)

vao
Hình 2.9: TPhai (TPHV)

Đồ Án Kết Cấu Thép

GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

ra
Hình 2.10: TPhai (TPHR)

Hình 2.11: Gió trái (GT)

Đồ Án Kết Cấu Thép


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Hình 2.12: Gió phải (GP)

Đồ Án Kết Cấu Thép


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

II.3.2. Tổ hợp tải trọng:

TH
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

36
37

TT

HTM

Dmtraiax

Dmphai
ax

vao
Ttrai

ra
Ttrai

vao
Tphai

ra
Tphai

GT

GP

(1)
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1

(2)
1

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

1
1
1
1

1
1

1
1
1
1

0.9
0.9
0.9
0.9

1
1

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9

0.9
0.9

0.9
0.9


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp
TH
38
39
40
41
42
43
44
45

Đồ Án Kết Cấu Thép

TT

HTM

Dmtraiax

Dmphai
ax

vao

Ttrai

ra
Ttrai

vao
Tphai

ra
Tphai

GT

GP

(1)
1
1
1
1
1
1
1
1

(2)
0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

(3)
0.9
0.9
0.9
0.9

(4)

(5)
0.9
0.9

(6)

(7)

(8)

(9)
0.9

(10)

Bao

0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9
0.9
0.9

combo 1 + combo 2 + ….+ combo 45

II.3.3. Nội lực:

Hình 2.13: Bao moment

0.9
0.9
0.9
0.9

0.9
0.9


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Hình 2.14: Bao lực dọc

Hình 2.15: Bao lực cắt

Đồ Án Kết Cấu Thép


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

III. THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG:
III.1.Thiết kế vì kéo thép:
III.1.1. Nội lực tính toán:
Phần tử
5
7

Mặt cắt

M min ( kN .m )

Vs.min ( kN )

M max ( kN .m )

Vs.max ( kN )

Vmax ( kN )

0.000
2.512
5.025
0.000
2.512
5.025

-159.41
-72.60
-22.81
-22.81
-23.30
-18.75

-41.51
-28.61
-7.85
-7.85
0.23
-3.84

134.51
74.76
28.95
28.95
27.38
31.92

26.45

21.06
15.35
15.35
-4.83
3.02

-41.51
-30.07
-18.94
-18.94
9.49
5.59

III.1.2. Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất:
III.1.2.1.

Kiểm tra theo điều kiện bền uốn:

 Tính cho tiết diện I200x8x800x6, ta có đặc trưng hình học của tiết diện ngang:
 Moment quán tính:
1
1
3
bf ( hw + 2tf ) − ( bf − tw ) hw3
12
12
1
3
1


=  .200 ( 800 + 2.8 ) − ( 200 − 6 ) .8003 ÷.10−4 = 77831 cm 4
12
 12


Ix =

(

)

 Module kháng uốn:
Wx =

Ix
77831
=
= 1908 cm3
( tf + hw / 2 ) ( 0,8 + 80 / 2 )

(

)

 Moment tĩnh:
2
2
 tf + hw  hw tw 
 8 + 800  800 .6  −3
3

S x = bf tf 
+
=  200.8. 
÷.10 = 1126, 4 ( cm )
÷+
÷
8
8 
 2 
 2 


 Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:
σ max =

M

max

Wx

=

159, 41.102
= 8,36 ( kN / cm 2 ) ≤ γ cf = 0,9.22, 27 = 20, 05 ( kN / cm2 )
1908

→ Điều kiện thỏa, tuy nhiên tiết diện vẫn còn lớn, ta đi giảm bớt tiết diện và kiểm tra
lại điều kiện như trên. Ta xét tiết diện I 150x8x500x6, ta có bảng tóm tắt kết quả như sau:
M

(kN.m)

159.41
159.41

hw
tw
bf
tf
(mm) (mm) (mm) (mm)

800
500

6
6

200
150

8
8

Ix
(cm4)

Wx
(cm3)

77831

21735

1908 0.9
842 0.9

γc

γ c .f
σ max
f
2
2
(kN/cm ) (kN/cm ) (kN/cm2)

22.27
22.27

20.05
20.05

8.36
18.92


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

→ Ta thấy với tiết diện I150x8x500x6 cho kết quả gần sát và thỏa mãn điều kiện bền
về ứng suất pháp lớn nhất.

σ max = 18,92 ( kN / cm 2 ) ≤ γ c f = 20,05 ( kN / cm 2 )
→ Vậy ta lấy tiết diện I150x8x500x6 để kiểm tra các điều kiện tiếp theo.
 Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp lớn nhất:
τ max =

V

max

Sx

I x tw

≈

V

max

hw tw

=

41,51
= 1,38 ( kN / cm 2 ) ≤ γ cf v =0,9.12,92=11,63 ( kN / cm 2 ) →
50 × 0, 6
thỏa.

 Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tương đương:
2

2
σ toe
+ 3τ toe
= 18,332 + 3.1,382 = 18, 49( kN / cm 2 ) ≤ 1,15γ c f =1,15.0,9.22,27 = 23,15 (kN/cm 2 )

Với: σ toe ,τ toe là các ứng suất tại nơi tiếp giáp cánh và bụng dầm:
σ toe =
τ toe =

hw / 2
50 / 2
σ max =
.18,92 = 18,33 ( kN / cm 2 )
hw / 2 + tf
50 / 2 + 0,8
V

max

hw tw

=

41,51
= 1,38 ( kN / cm 2 )
50 × 0,6

 Kiểm tra tiết diện theo ổn định cục bộ:
bf 150
=

= 18, 75 ≤
t
8
f
 Bản cánh:

E
=
f

2.104
= 29,97 →
22, 27
thỏa.

hw 500
E
2.104
=
= 83,33 ≤ 5, 5
= 5,5.
= 164,82 →
6
f
22, 27
 Bản bụng: tw
thỏa.
hw 500
E
2.104

=
= 83,33 < 3, 2
= 3, 2
= 95,89 →
t
6
f
22,
27
w
Ta thấy:
Vậy ta không cần gia cường

thêm sườn.
 Kiểm tra tiết diện theo ổn định tổng thể:
 Bố trí các thanh giằng cánh dưới tại mỗi vị trí xà gồ ( cách nhau 1,5m).
 lo 
 
b
 Tính  f  theo công thức 5.19 – TCXDVN 338:2005 ta có:

 lo

 bf

 
bf 
bf
 =  0, 41 + 0, 0032 +  0, 73 − 0, 016
tf 

tf
 

 bf  E
÷ 
 hfk  f


150 
150  150  2.104
= 0, 41 + 0, 0032
+  0, 73 − 0, 016
= 17,89
÷
8 
8  508  22, 27


 Xét tỷ số:

l
lo 1500
=
= 10 <  o
bf
150
 bf


 = 17,89 →


Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể.


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

III.1.3. Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc:
 Tính cho tiết diện I200x8x300x6, ta có đặc trưng hình học của tiết diện ngang:
 Moment quán tính:
1
1
3
bf ( hw + 2tf ) − ( bf − tw ) hw3
12
12
1
3
1

=  .200 ( 300 + 2.8 ) − ( 200 − 6 ) .3003 ÷.10−4 = 8941 cm4
12
 12


Ix =

(

)

 Module kháng uốn:
Wx =

Ix
8941
=
= 566 cm3
t
+
h
/
2
0,8
+
30
/
2
(f w ) (
)

(

)

 Moment tĩnh:
 t + hw
S x = bf tf  f
 2

2
2
 hw t w 
 8 + 300  300 .6  −3
3
+
=
200.8.
+

÷.10 = 313,9 ( cm )

÷
÷ 8
2
8






 Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:
σ max =

M

max

Wx

31,92.10 2
=
= 5,64 ( kN / cm 2 ) ≤ γ c f = 0,9.22, 27 = 20, 05 ( kN / cm 2 )
566

→ Điều kiện thỏa, tuy nhiên tiết diện vẫn còn lớn, ta đi giảm bớt tiết diện và kiểm tra
lại điều kiện như trên. Ta xét tiết diện I150x8x150x6, ta có bảng tóm tắt kết quả như sau:
M
(kN.m)
31.92
31.92

hw
tw
(mm) (mm)
300
6
150
6

bf
(mm)
200
150

tf
Ix
(mm) (cm4)

8
8941
8
1668

γ c .f
σ max
Wx
f
γc
3
2
(cm )
(kN/cm ) (kN/cm2) (kN/cm2)
566 0.9 22.27
20.05
5.64
201 0.9 22.27
20.05
15.89

→ Ta thấy với tiết diện I150x8x150x6 cho kết quả gần sát và thỏa mãn điều kiện bền
về ứng suất pháp lớn nhất.
σ max = 15,89 ( kN / cm 2 ) ≤ γ c f = 20,05 ( kN / cm 2 )
→ Vậy ta lấy tiết diện I150x8x150x6 để kiểm tra các điều kiện tiếp theo.
 Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp lớn nhất:
τ max =

V

max

Sx

I x tw

≈

V

max

hw t w

=

18,94
= 2,1( kN / cm2 ) ≤ γ c f v = 0,9.12,92 = 11,63 ( kN / cm2 ) →
15 × 0,6
thỏa.

 Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tương đương:
2
2
σ toe
+ 3τ toe
= 14,362 + 3.2,12 = 14,81( kN / cm2 ) ≤ 1,15γ c f = 1,15.0,9.22, 27 = 23,15 (kN/cm 2 )

Với: σ toe ,τ toe là các ứng suất tại nơi tiếp giáp cánh và bụng dầm:
σ toe =

hw / 2
15 / 2
σ max =
.15,89 = 14,36 kN / cm2
hw / 2 + tf
15 / 2 + 0,8

(

)


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp
τ toe =

V

max

hw t w

=

Đồ Án Kết Cấu Thép

18,94
= 2,1( kN / cm2 )
15 × 0, 6

 Kiểm tra tiết diện theo ổn định cục bộ:
bf 150
=
= 18, 75 ≤
t
8
f
 Bản cánh:

E
2.104
=
= 29, 97 →
f
22, 27
thỏa.

hw 150
E
2.104
=
= 25 ≤ 5,5
= 5,5.
= 164,82 →
t
6
f
22,
27
w

 Bản bụng:
thỏa.
hw 150
E
2.104
=
= 25 = 3, 2
= 3, 2
= 95,89 →
t
6
f
22,
27
w
Ta thấy:
Vậy ta không cần gia cường

thêm sườn.
 Kiểm tra tiết diện theo ổn định tổng thể:
 Bố trí các thanh giằng cánh dưới tại mỗi vị trí xà gồ ( cách nhau 1,5m).
 lo 
 
b
 Tính  f  theo công thức 5.19 – TCXDVN 338:2005 ta có:

 lo

 bf

 
bf 
bf
 =  0, 41 + 0, 0032 +  0, 73 − 0, 016
tf 
tf
 

 bf  E
÷ 
 hfk  f


150 
150  150  2.104
=  0, 41 + 0, 0032
+  0, 73 − 0, 016
= 26,32
÷
8 
8  158  22, 27


Xét tỷ số:

l
lo 1500
=
= 10 <  o
bf

150
 bf


 = 26, 32 →

Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể.

III.1.4. Tính toán liên kết hàn cánh và bụng:
 Thiết kế đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm với que hàn N46, phương pháp
hàn tự động và bán tự động.
min
 hf = 4(mm) : (Bảng 43 – TCXDVN 338:2005).

Chiều cao đường hàn góc thỏa mãn điều kiện sau:

h min
f

hf ≥ 
 V max
V max
;
max 
 2hw βf γ c f wf 2hw β s γ c f ws


→ Vậy ta chọn

 4(mm)

4(mm)

=
41,51
41,51

=
max 
;
÷
max(0.03;0.026)(cm)
÷ 
2.50.0, 7.0,9.20 2.50.1.0,9.18 ÷




h f = 4(mm)

→ Kết luận: Vậy ta chọn I150x8x(500~150)x6 cho phần tử 5 và 6; I150x8x150x6 cho
phần tử 7 và 8.


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

8

150

150 8

500

150

6

8

8

6

Hình 3.1: các tiết diện ngang của dầm vì kèo
III.2.Thiết kế cột thép:
III.2.1. Nội lực tính toán:
Phần tử

Nmin
(kN)

Cột dưới -160.31
Cột trên -47.59

Ms.min
(kN.m)

Nmax

(kN)

Ms.max
(kN.m)

Mmax
(kN.m)

Ns.max
(kN)

Mmin
(kN.m)

Ns.min
(kN)

-120.10
102.59

25.79
29.01

-94.05
-129.29

259.37
159.41

14.54

-44.36

-232.02
-134.59

-68.71
25.61

III.2.2. Kiểm tra tiết diện:
 Chiều dài tính toán :
 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung :
µ 2 = ( µ1 / α ) ? 3 →

chọn µ2 = 3

Cột dưới:

lx1 = µ1H L = 2.7500 = 15000( mm)

Cột trên:

l x 2 = µ2 H U = 3.1500 = 4500(mm)

7500

Tra bảng D.1 với sơ đồ tính như hình, ta lấy µ1 = 2 ;

 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung: là
khoảng cách giữa các điểm kiềm chế.
l y1 = l y 2 = 3000( mm)

Hình 3.2 : Sơ đồ tính cột dưới


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp
III.2.2.1.

Đồ Án Kết Cấu Thép

Kiểm tra bền:
σ=

N M
+
≤ γ cf
An Wx

Với : γ c = 0,95 là hệ số điều kiện làm việc của cột ( Bảng 3 – TCXDVN 338:2005)
 Kiểm tra cho tiết diện I200x8x800x6:
 Diện tích mặt cắt ngang:
An = hw .tw + 2 ( b f .t f ) = 800.6 + 2 ( 200.8 )  .10 −2 = 80 ( cm 2 )
 Moment quán tính:
1
1
3
bf ( hw + 2tf ) − ( bf − tw ) hw3
12
12
1
3

1

=  .200 ( 800 + 2.8 ) − ( 200 − 6 ) .8003 ÷.10 −4 = 77831 cm 4
12
 12


Ix =

(

)

 Module kháng uốn:
Wx =

Ix
77831
=
= 1908 ( cm3 )
( tf + hw / 2 ) ( 0,8 + 80 / 2 )

 Điều kiện bền:

( ) s.min
(
)
+ Cặp nội lực: min
N M 160,31 120,1.102
σ= +

=
+
= 2,16 ( kN / cm 2 ) ≤ γ c f = 0,95.22, 27 = 21,16 ( kN / cm 2 )
An Wx
80
77831
→ điều kiện thỏa.
+ Tương tự với các cặp nội lực còn lại, ta có bảng tóm tắt kết quả sau:
M
N
An
Wx
f
σ (kN / cm 2 )
γ
γ
.f
2
4
2
c
c
(kN.m)
(kN)
(cm )
(cm )
(kN/cm )
= - 160,31 kN ; M

N

-120.10
-94.05
259.37
-232.02

-160.31
25.79
14.54
-68.71

80
80
80
80

1908
1908
1908
1908

= - 120,1 kN .m

0.95
0.95
0.95
0.95

22.27
22.27

22.27
22.27

21.16
21.16
21.16
21.16

8.30
5.25
13.78
13.02

→ Điều kiện bền thỏa, tuy nhiên tiết diện vẫn còn lớn, ta đi giảm bớt kích thước tiết diện
và kiểm tra lại điều kiện. Ta xét tiết diện I150x10x600x8, ta có bảng tóm tắt kết quả sau:
M
N
An
Wx
f
γ
γ c .f σ (kN / cm2 )
2
4
c
(kN.m)
(kN)
(cm )
(cm )
(kN/cm2)

-120.10
-94.05
259.37
-232.02

-160.31
25.79
14.54
-68.71

78
78
78
78

1365
1365
1365
1365

0.95
0.95
0.95
0.95

22.27
22.27
22.27
22.27

21.16
21.16
21.16
21.16

10.85
7.22
19.19
17.88

→ Tiết diện I150x10x600x8 thỏa điều kiện và có kết quả sát nhất, nên ta lấy tiết diện
này để kiểm tra các điều kiện tiếp theo.


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp
III.2.2.2.

Đồ Án Kết Cấu Thép

Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:
N
≤ γ cf
ϕe A

 Đặc trưng hình học của tiết diện: I150x10x600x8
 Diện tích mặt cắt ngang:
An = hw .t w + 2 ( b f .t f ) = 600.8 + 2 ( 150.10 )  .10−2 = 78 ( cm 2 )
 Moment quán tính:
1
1

3
bf ( hw + 2tf ) − ( bf − tw ) hw3
12
12
1
3
1

=  .150 ( 600 + 2.10 ) − ( 150 − 8 ) .6003 ÷.10−4 = 42310 cm4
12
 12


Ix =

(

)

 Module kháng uốn:
Wx =

Ix
42310
=
= 1365 ( cm3 )
( tf + hw / 2 ) ( 1 + 60 / 2 )

 Độ mảnh quy ước:
λ =λ

Với:

ix =

f
22, 27
= 64, 4.
= 2,15
E
2.104

Ix
42310
=
= 23, 29 ( cm )
A
78

 Tính chi tiết cho cặp nội lực:
 Độ lệch tâm tương đối:

;

λ=

lx 1500
=
= 64, 40
ix 23, 29

N min = −160,31( kN ) ; M s .min = −120,1( kN .m )

M A 120,1.102 78
m= .
=
.
= 4, 28
N Wx
160,31 1365

 Độ lệch tâm quy đổi:
me = η m = 1, 22.4, 28 = 5, 23

Trong đó: η Hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện: ( bảng D.9 – TCXDVN 338:2005)
Af b f .t f 150.10
=
=
= 0,3
A
h
.
t
600.8
w
w
w
Với:
; 0,1 ≤ m = 4, 28 ≤ 5 ; 0 ≤ λ = 2,15 ≤ 5 , ta có:
η = ( 1, 45 − 0, 05.m ) − 0, 01( 5 − m ) .λ = ( 1, 45 − 0, 05.4, 28 ) − 0, 01 ( 5 − 4, 28 ) .2,15 = 1, 22

 ϕe : Tra bảng D.10 – phụ lục D, TCXDVN 338:2005:
Với: me = 5, 23; λ = 2,15 ta có: ϕe = 0, 222


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp

Đồ Án Kết Cấu Thép

h 
hw 600
=
= 75 >  w  = 61,51 →
tw
8
 tw 

 Xét
một phần bản bụng có thể bị mất ổn định, theo
điều 5.6.2.5 – TCXDVN 338:2005, ta đi kiểm tra điều kiện ổn định trong mặt phẳng
khung với A được thay bởi:

 h   

Aeff = 2 bf tf +  0,85tw  w  ÷.t w  = 2. ( 150.10 + 0,85.8.61, 51.8 ) .10 −2 = 96,92( cm 2 )

÷
 t w   



 hw 
 
t
Trong đó :  w  - là hệ số được xác định theo bảng 33, TCXDVN 338:2005.

Với me = 5, 23 ≥ 1; λ = 2,15 > 2 , ta có:
 hw 
  = 1, 2 + 0,35λ
 tw 

(

)

E / f = ( 1,3 + 0,35.2,15 ) 2.10 4 / 22, 27 = 61,51

 Điều kiện:
N
160,31
=
= 7, 45 ( kN / cm 2 ) ≤ γ c f = 0,95.22, 27 = 21,16 ( kN / cm 2 )
ϕe A 0, 222.96,92

→ Điều kiện thỏa.
 Tính tương tự cho các cặp nội lực còn lại, ta có bảng tóm tắt kết quả như sau:
M
(kN.m)

N
(kN)

η

m

-120.10 -160.31 4.28
-94.05 25.79
20.85
259.37 14.54 101.94
-232.02 -68.71 19.30

1.22
1.20
1.20
1.20

me

ix

λ

λ

ϕe

5.23
25.01
122.33
23.16

23.29
23.29
23.29
23.29

64.40
64.40
64.40
64.40

2.15
2.15
2.15
2.15

0.222
0.067
0.067
0.067

N / ϕe . A

γ cf
2

(kN/cm ) (kN/cm2)
21.16
7.45
21.16

3.97
21.16
2.24
21.16
10.58

→ Vậy tiết diện I150x10x600x8 thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung.
III.2.2.3.

Kiểm tra điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung:
N
≤ γ c .f
c.ϕ y . A

Trong đó:

c – hệ số lấy theo điều 5.4.2.5 – TCXDVN 338:2005.
ϕy

– hệ số lấy theo điều 5.3.2.1 – TCXDVN 338:2005.

 Tính toán chi tiết cho cặp nội lực:
 Độ mảnh quy ước:
λ =λ

N min = −160,31( kN ) ; M s.min = −120,1( kN .m )

f
22, 27
= 12,88.

= 0, 43
E
2.104


GVHD: Th.S Phan Đào Hoàng Hiệp
ix =

Đồ Án Kết Cấu Thép

Ix
42310
=
= 23, 29 ( cm )
A
78

;

λ=

Với:
 Độ lệch tâm tương đối:

m=

ly
ix

=

300
= 12,88
23, 29

M A 120,1.102 78
.
=
.
= 4, 28
N Wx
160,31 1365

 Hệ số c: với m = 4,28 < 5, ta có:
c=

β
1
=
= 0, 21
1 + α m 1 + 0,864.4, 28

Trong đó: các hệ số được lấy theo bảng 16, TCXDVN 338:2005
λ y = 12,88 < λc = 3,14

E
2.104
= 3,14
= 94, 09
f

22, 27

→ β = 1;α = 0, 65 + 0, 05mx = 0, 65 + 0, 05.4, 28 = 0,864

 Hệ số:
f 
22, 27 


ϕ y = 1 −  0, 073 − 5,53 ÷λ λ = 1 −  0, 073 − 5,53
÷0, 43. 0, 43 = 0,98
E
2.104 


 Điều kiện:
N
160,31
=
= 9,84 ( kN / cm 2 ) ≤ γ c .f = 0,95.22, 27 = 21,16 ( kN / cm 2 )
c.ϕ y . A 0, 21.0,98.78

→ Điều kiện thỏa.
 Tính tương tự cho các cặp nội lực còn lại, ta có bảng tóm tắt kết quả như sau:
M
(kN.m)

N
(kN)

-120.10 -160.31
-94.05
25.79
259.37 14.54
-232.02 -68.71

mx

c

ϕy

A
(cm2)

γc

4.28
20.85
101.94
19.30

0.21
0.05
0.01
0.05

0.98
0.98
0.98

0.98

78
78
78
78

0.95
0.95
0.95
0.95

f.γ c
N / c.ϕ y . A
f
(kN/cm2) (kN/cm2) (kN/cm2)

22.27
22.27
22.27
22.27

21.16
21.16
21.16
21.16

9.84
7.23
19.19

17.90

→ Vậy tiết diện I150x10x600x8 thỏa điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung.
III.2.2.4.

Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:

 Bản cánh:
b 
bf 150
=
= 15 < 2  o  = 2.17, 23 = 34, 46
tf
10
 tf 
 bo 
 
t
Trong đó:  f  - là hệ số xác định theo bảng 35, TCXDVN 338:2005.

Với: 0,8 ≤ λ = 2,15 ≤ 4 , ta có: