Đồ án kết cấu công trình thép

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

MỤC LỤC
PHẦN I.
I.

XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA KHUNG NGANG NHÀ: .... 4

Xác định kích thước theo phương đứng: ...................................................................................4
1.

Chiều cao cột dưới: ..................................................................................................................4

2.

Chiều cao cột trên: ...................................................................................................................4

II.

Xác định kích thước theo phương ngang nhà:...........................................................................5
1.

Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị:...................................................................................5

2.

Chiều cao tiết diện cột trên: .....................................................................................................5

3.

Chiều cao tiết diện cột dưới: ....................................................................................................5

4.

Độ lệch tâm: .............................................................................................................................5

III.

Kích thước dàn mái và cửa mái: .................................................................................................5

IV.

Hệ giằng của nhà công nghiệp: ..................................................................................................6

1.

Hệ giằng mái .............................................................................................................................6

2.

Hệ giằng đứng : ........................................................................................................................7

3.

Hệ giằng cột ..............................................................................................................................7

4.

Hệ giằng cửa mái ......................................................................................................................7

PHẦN II.
I.

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN NHÀ CÔNG NGHIỆP:...... 8

Tải trọng tác dụng lên dàn: ........................................................................................................8
1.

II.

Tĩnh tải:.....................................................................................................................................8

a.

cấu tạo mái .................................................................................................. 8

b.

Trọng lƣợng thân dàn và hệ giằng: ............................................................. 8

c.

Trọng lƣợng kết cấu cửa trời: ...................................................................... 8

d.

Trọng lƣợng cửa mái và bậu cửa mái: ........................................................ 8

e.

Tải trọng tính toán quy vê lực tập chung trên khung trục ........................... 9

Tải trọng tác dụng lên cột ........................................................................................................11
1.

do phản lực của dàn: ..............................................................................................................11

2.

Do trọng lượng ray và dầm cầu chạy .....................................................................................11

3.

Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục.....................................................................................11

III.

Tải trọng gió: ............................................................................................................................13

PHẦN III. TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG ......................................................... 15
I.

Nội lực do tĩnh tải:....................................................................................................................16
1.

Moomen do tĩnh tải tác dụng lên mái:...................................................................................16

2.

Mômen do lệch tâm giữa cột trên và cột dưới: .....................................................................17

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP
3.

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

Mômen do trọng lượng bản thân dầm cầu trục: ...................................................................18

II.

Nội lực do hoạt tải mái:............................................................................................................19

III.

Nội lực do áp lực cầu trục: .......................................................................................................19

IV.

Tính toán Nội Lực với lực hãm ngang T....................................................................................22

V.

Tính toán Nội lực với tải trọng gió ...........................................................................................25

PHẦN IV.
PHẦN 4 : TÍNH TOAN NỘI LỰC KHUNG NGANG VỚI PHẦN
MỀM SAP2000 : ...............................................................................................................
I.

Giả thiết điều kiện tính toán ....................................................................................................27

II.

Các trường hợp tải ...................................................................................................................28

PHẦN V.
I.

THIẾT KẾ CỘT ........................................................................................ 29

XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN.............................................................................................29
1.

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn. .............................................................................29

2.

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn. .............................................................................30

II.

xác định nội lực trong cột và thiết kế cột.................................................................................30
1.

2.

3.

thiết kế cột trên......................................................................................................................30

a.

Bản cánh .................................................................................................... 33

b.

Bản bụng ................................................................................................... 34

thiết kế cột dưới .....................................................................................................................34

a.

Chọn tiết diện nhánh. ................................................................................ 34

b.

Lực nén lớn nhất trong các nhánh . ........................................................... 35

c.

Chọn tiết diện nhánh 1(nhánh cầu trục): ................................................... 35

d.

Chọn tiết diện nhánh 2(nhánh mái) ........................................................... 35

e.

Xác định hệ thanh bụng: ........................................................................... 37

f.

Kiểm tra tiết diện đã chọn ......................................................................... 39

THIẾT KẾ CHI TIẾT CỘT............................................................................................................41

a.

Mối nối hai phần cột ................................................................................. 41

b.

Tính dầm vai ............................................................................................. 41

c.

Chân cột liên kết cột với móng ................................................................. 43

d.

Tính kích thƣớc dầm đế. ........................................................................... 44

e.

Tính bu lông neo ....................................................................................... 46

PHẦN VI.
I.

THIẾT KẾ DÀN MÁI ........................................................................... 48

SƠ ĐỒ VÀ TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN DÀN VÌ KÈO : ...............................................................48
1.

Tải trọng thường xuyên : ........................................................................................................48

2.

Hoạt tải sửa chữa mái : ..........................................................................................................49

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP
3.

GVHD: LÊ ANH THẮNG

Moment đầu dàn :..................................................................................................................49

II.

KẾT QUẢ NỘI LỰC ....................................................................................................................50

III.

TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN THANH DÀN ..........................................................................................51

1.

Bản mã....................................................................................................................................51

2.

Thanh xiên đầu dàn (65): .......................................................................................................51

3.

Thanh cánh dưới: (8-1)(8-2)(8-3) ...........................................................................................51

4.

Thanh cánh trên (16) ..............................................................................................................52

5.

tính thanh xiên (69) ................................................................................................................53

6.

Tính thanh đứng số (3) ...........................................................................................................53

IV.

TÍNH TOÁN CẤU TẠO CÁC MẮT DÀN .......................................................................................55

1.

Nút dưới (Mắt 1) ...................................................................................................................55

2.

Nút trên (MẮT 2) ....................................................................................................................57

3.

4.

5.

6.

a.

Tính liên kết thanh dàn phân nhỏ và thanh cánh trên vào bảng mã .......... 57

b.

Tính toán liên kêt bulong giữa bản gối và cánh trong của cột trên : ......... 58

Nút 5 : .....................................................................................................................................59

a.

Tính toán thanh cánh vào bản mã ............................................................. 59

b.

Tính toán thanh xiên N3(69-2) (2L63X5) vào bản mã ............................. 59

c.

Liên kết thanh xiên N5(22) vào bản mã .................................................... 60

d.

liên kết thanh N4(3) vào bàn mã ............................................................... 60

Nút 4 .......................................................................................................................................61

a.

Tính toán thanh xiên N3(65-2) vào bản mã .............................................. 61

b.

Liên kết thanh xiên N4(69-1) vào bản mã ................................................ 61

c.

Liên kết thanh cánh vào bản mã (16-2)(16-3)........................................... 62

Nút đỉnh dàn (nút số 8) ..........................................................................................................62

a.

Tính toán thanh cánh vào bản nối ............................................................. 62

b.

Chiều dài đƣờng hàn thanh cánh vào bản ghép ........................................ 63

c.

Đƣờng hàn liên kết thanh cánh vào bản mã .............................................. 63

d.

Đƣờng hàn liên kết bản nối vào bản ghép ................................................. 64

e.

Đƣờng hàn liên kết sƣờn vào bản ghép ..................................................... 64

f.

Chiều dài đƣờng hàn liên kết bản nối 2 vào bản mã 1 .............................. 64

g.

Liên kết thanh xiên N5(23)(22) vào bản mã ............................................. 64

Nút giữa dàn ở cánh dưới: .....................................................................................................64

a.

Tính toán thanh cánh vào bản nối: ............................................................ 65

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

Số liệu chung:
 Nhà công nghiệp có 2 cầu trục cùng hoạt động với chế độ làm việc trung bình
 Tổng chiều dài nhà 60m
 Bƣớc cột B=6m
Số liệu riêng:

Sức trục Q(T)
20

PHẦN I.

Nhịp L(m)
18

Hr (m)

8

XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC CƠ BẢN CỦA KHUNG NGANG NHÀ

Với sức trục Q=20T và nhịp nhà L= 18m ta tra bảng cầu, đƣợc những số liệu sau:
 Chiều dài gabarit của càu trục Hk = 2400 mm
 Bề rộng của cầu trục Bk = 6300 mm
 Nhịp cầu trục Lk = 16.5 m
 Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe K= 4400 mm
 Kích thƣớc B1 = 280 mm
I. Xác định kích thƣớc theo phƣơng đứng:
1. Chiều cao cột dƣới:
Hd= Hr –(hr + hdcc) +Hm=8000-(200+600)+0=7200 mm
Trong đó: Hr : cao trình đỉnh ray = 8m
hr : chiều cao ray và đệm giả định lấy bằng 200 mm
hdcc: chiều cao dầm cầu chạy, lấy bằng (1/8 ÷1/12)B = 0.5 ÷ 075 m
Lấy hdcc = 0.6 m = 600 mm
Hm : đoạn cột chôn dƣới đất, không bố trí nên Hm= 0
2. Chiều cao cột trên:
Ht = hr + hdcc + Hk +100 +f = 200 + 600 + 2400 +100 + 300 = 3600 mm
Trong đó : Hk(Hct) : chiều cao gabarit của cầu trục
f : độ võng của kết cấu mái=(1/100)×L , lấy bằng 300 mm
hr : chiều cao ray và đệm giả định lấy bằng 200 mm
hdcc : chiều cao dầm cầu chạy , lấy bằng 600 mm
Ta chọn:
Hd = 7200 mm
Ht = 3600 mm
Chiều cao toàn cột H=Hd+Htr=7200+3600=10800 (mm)

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

II. Xác định kích thƣớc theo phƣơng ngang nhà:
1. Khoảng cách từ tim ray tới trục định vị:

2. Chiều cao tiết diện cột trên:
    D  B1  a  750  70  280  250  650 mm

htr 
1 1
 (1/ 8  1/12) H tr  (  )3600  300  450 mm

12 8


Chọn htr=400 (mm)
3. Chiều cao tiết diện cột dƣới:
- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột :
a ≥ ht + B1 + D – λ
D: khe hở an toàn giữa cầu trục và cột, thƣờng lấy D = (60mm – 75mm),
chọn D=70 mm
=> a ≥ ht + B1 + D – λ = 400+ 280 + 70 – 750 = 0 mm
=> chọn a = 0 mm.
- Chiều cao tiết diện cột dƣới:

hd =  + a =750 + 0= 750 mm
Kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng khung ngang, ta có:
Nhƣ vậy, trị số chiều cao tiết diện cột dƣới đã chọn là đạt yêu cầu.
Vậy: ht = 400 mm, hd = 750 mm
4. Độ lệch tâm:
 Cột trên và cột dƣới:

 Ray với cột dƣới:

III. Kích thƣớc dàn mái và cửa mái:
Với nhịp nhà L=27m, ta chọn dạng dàn và kích thƣớc dàn nhƣ hình
Chiều cao đầu dàn: -Vì kèo điển hình là hình thang cân nên H0 = 450 mm
Chiều cao giữa dàn: -Chọn độ dốc i= 20% => hgd =(L-2e)i/2+h0=4000 mm
Kích thƣớc cửa mái:
Lcm = (1/4÷1/2)L = 4.5m ÷ 9m, thƣờng lấy bội 3m nên ta chọn Lcm= 6m

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


N KT CU CễNG TRèNH THẫP

GVHD: TS.Lấ TRUNG KIấN

-Chn kớch thc: Bu ca di ly chiu cao 600mm, bu ca trờn cao 400mm,
phn cỏnh ca lt cao 1200mm.
Chiu cao ca mỏi:
IV. H ging ca nh cụng nghip:
1. H ging mỏi

H ging cỏnh trờn:
- Bố trí từ mép cánh d-ới của dàn lên cánh trên
- Giằng trong mặt phẳng cánh trên: Đ-ợc bố trí theo mặt phẳng cánh trên của
dàn kèo, bố trí hệ thanh chéo chữ thập

6000

6000
2

1

6000
3

6000
4

6000
5

6000
6

6000
7

6000
8

6000
9

6000
10

11

H GING CNH TRấN
Hệ giằng cánh d-ới : Đ-ợc bố trí cùng gian với hệ giằng cánh trên và bố trí thêm hệ
giằng dọc nhà ở 2 bên

6000
1

6000
2

6000
3

6000
4

6000
5

6000
6

6000
7

6000
8

6000
9

H GING CNH DI

SVTH : Lấ THANH SN

MSSV: 12149109

6000
10

11


N KT CU CễNG TRèNH THẫP

GVHD: Lấ ANH THNG

2. H ging ng :
Đ-ợc bố trí ở những ô có mặt phẳng giằng cánh trên và giằng cánh d-ới đ-ợc bố trí
dọc nhà

3. H ging ct

- ở cột d-ới ta bố trí giằng ở gian giữa nhà để tránh gây hiệu ứng nhiệt nên ta
không bố trí giằng cột d-ới ở hai đầu nhà

30003000

4. H ging ca mỏi

6000
1

6000
2

6000
3

6000
4

6000
5

6000
6

6000
7

6000
8

6000
9

6000
10

H GING CA MI

SVTH : Lấ THANH SN

MSSV: 12149109

11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP
PHẦN II.

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN NHÀ CÔNG NGHIỆP:

I. Tải trọng tác dụng lên dàn:
1. Tĩnh tải:
a. cấu tạo mái
-Theo cấu tạo của mái ta có bảng tính sau:

Độ dốc mái i= 20% => góc dốc α=2051’=> cosα= 0.98
=>Trọng lƣợng mái trên 1 m2 mặt bằng:

⁄
⁄
b. Trọng lượng thân dàn và hệ giằng:
Theo kinh nghiệm:
⁄
=>
Trong đó:
1.2: hệ số kể đến trọng lƣợng thanh giằng
α = 0.8, hệ số trọng lƣợng dàn
n = 1.1, hệ số vƣợt tải
L = 18 m, nhịp khung

⁄

c. Trọng lượng kết cấu cửa trời:
⁄

Trọng lƣợng kết cấu cửa mái có giá trị tải trọng tiêu chuẩn:
⁄
=>
d. Trọng lượng cửa mái và bậu cửa mái:
Trọng lƣợng bậu cửa:
⁄

⁄

Trọng lƣợng cửa và khung:
⁄

⁄

Tải trọng tập trung ở chân cửa mái (tại mắt dàn)

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

⁄
Để tiện cho việc tính toán ta quy đổi tải tập trung thành tải trọng tƣơng đƣơng
phân bố đều nhƣ sau:
tt
gcm
 Lcm  B  2 gccm 19.8  6  6  2 1306.8
g 

 30.8(daN / m2 )
L B
18  6
tt

 Tổng tĩnh tải tác dụng lên mái:

g  g

tt

m

tt
 gdtt  gcm
 52.8  19  30.8  102.6(daN / m2 )

Tải trọng phân bố đều trên xà ngang:
G   g  B  102.6  6  615.6(daN / m)

e. Tải trọng tính toán quy vê lực tập trung trên khung trục
1.tĩnh tải

m

Pk 

(d k 1  d k ).( B j 1  B j )
4

n G
m

m

( i 1
  nck Gck )
Cos

Trong đó : Bj-1 , Bj bƣớc khung hai bên lân cận của dàn vì kèo,
m – số lớp mái;

Gm – Tải trọng tính toán của lớp mái thứ i,
Gck – tải trọng tính toán của các cấu kiện,
nm – hệ số độ tin cậy tải trọng các lớp mái,

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

nck – hệ số độ tin cậy tải trọng các cấu kiện,
dk-1 , dk – panel bên trái , bên phải nút k, m.
 – góc nghiêng của thanh cánh trên so với mặt bằng.
Nhƣ vậy :
P1 

(0  1.5)  (6  6)
(0.528  0.19)  3.231kN
4

P2 

(1.5  1.5)  (6  6)
(0.528  0.19)  6.462 kN
4

P4 

(1.5  1.5)  (6  6)
(0.528  0.19  0.198)  8.244 kN
4

P3 = 0.5P2 + 0.5P4 + Gbậu = 0.5× (6.462+8.244)+13.068 = 20.421kN
Phản lực đầu dàn: V = 

Pi

2



2 P1  6 P2  2 P3  3P4 110.8

 55.4kN
2
2

Mômen do độ lệch tâm e = 0.25 m gây ra:
M = V.e =55.4×0.175 = 9.695 (kN.m)
2.Hoạt tải:
Theo TCVN: 2737-1995, hoạt tải sửa chữa mái phân bố đều: pmc  30 daN / m2
Tải trọng tạm thời phân bố đều trên xà ngang:
P

n  pmc  B 1.3  30  6

 238.775(daN / m)  2.38(kN/ m)

cos 
0.98

Tải trọng tạm thời quy đổi về nút khung:

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

P1'  0.75  2.38  1.785 kN
P2'  1.5  2.38  3.57 kN

Phản lực đầu dàn:
V=

Pi

2



2 P1  11P2 42.84

 21.42 kN
2

2

momen lệch tâm do độ lệch tâm e=0.25 (m) gây ra
M = V.e =21.42*0.175 = 3.75 kN.m
II. Tải trọng tác dụng lên cột
1. do phản lực của dàn:
L
18
 6.156   55.4(kN )
2
2
L
18
- do hoạt tải: A '  P   2.38   21.42(kN )
2
2

- do tĩnh tải: A  G 

- điểm đặt: trục cột trên
- độ lệch tâm giữa cột trên và cột dƣới: e  hcd  hct  1000  500  250(mm)
2

2

2

2

- momen do tĩnh tải: M A  e  A  0.25  55.4  13.85(kNm)

- momen do hoạt tải: M A'  e  A '  0.25  21.42  5.355(kNm)
2. Do trọng lƣợng ray và dầm cầu chạy

Trọng lƣợng bản thân dầm cầu trục

Trọng lƣợng bản thân ray



Gr  n  gr  Bc  1.1 0.5283 6  3.49(kN )
Trọng lƣợng bản thân ray và dầm cầu trục
G = Gdct + Gr =11.88+3.49=15.4 (kN)
3. Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục
Các tải trọng này đƣợc xác định theo công thức:
∑
∑
Các số liệu tính toán:
- Sức cẩu của cầu trục 20T = 200 kN

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

- Hệ số vƣợt tải
- Hệ số tổ hợp

(2 cầu trục, chế độ làm việc nhẹ và trung bình)
- Kd = 1 hệ số kể đén tải trọng di động
- ∑ : tổng tung độ đƣờng ảnh hƣởng
- Từ bảng catalogue của cần trục, ta tra ra giá trị của
, tổng trọng
lƣợng cầu trục
, số lƣợng bánh xe một bên ray
-

Giá trị

:

- Từ các kích thƣớc của cầu trục Bk = 6300 K = 4400, ta có thể sắp xếp các bánh
xe theo sơ dồ dƣới đây:

-

Từ hình vẽ ta có:

∑
 Áp lực đứng của bánh xe cầu trục:





- Moment tại vai cột
M max  Dmax  e  391.8  0.375  146.9 kN .m
M min  Dmin  e  107.1 0.375  40.2 kN .m

- Do lực xô ngang của cầu trục
Từ bảng catoluge của cầu trục, ta tra ra giá trị
. Giả định rằng cầu trục
sử dụng móc mềm,
. Tổng lực hãm tác dụng lên toàn cầu trục là:

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

Lực hãm ngang tiêu chuẩn lên một bánh xe cầu của trục:

 Lực xô ngang tính toán của cầu trục là:
∑

III. Tải trọng gió:
(Ta tính tải gió thổi từ phía trái sang, gió thổi từ phía bên phải ta lấy đối xứng)
Công trình đƣợc giả định xây tại khu vực có dạng địa hình B, vùng gió III
Do vậy theo bảng 4 - TCVN2737-1995 áp lực gió tiêu chuẩn
-0.8
C1

+0.7

-0.6
-0.6
-0.6
C3

+0.8

C3

Hệ số khí động đƣợc tra theo bảng 6 - TCVN 2737-1995, và đƣợc thể hiện trong
hình dƣới đây.
Với C1 = -0.676 C3 = -0.58
Gió tác dụng lên tƣờng dọc => phân bố đều trên cột (kể cả chiều cao đầu dàn):


 Tại độ cao 10.8 m , k=1.014 nên ta quy đổi tái gió phân bố đều suốt chiều cao
cột
⁄
⁄
Gió trong phạm vi mái từ đáy vì kèo trở lên đƣợc chuyển thành lực tập trung ngang
đặt tại cao trình đáy dàn vì kèo

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

-Gió đẩy
W  n  Ktb  W0  Bc  ci  hi 
1.3 1.0345  6   0.8     0.6761  0.6  0.7  2.2   0.8  0.3 
 1265.1 daN / m  12.65kN / m

-Gió hút:
W  n  Ktb  W0  Bc  ci  hi 
1.3 1.0345  6   0.58     0.6  x 0.6 
 2105.67daN / m  21.06kN / m

SVTH : LÊ THANH SƠN

 0.6  x2.2   0.4888  0.3 

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP
PHẦN III.

GVHD: LÊ ANH THẮNG

TÍNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

Giả thiết điều kiện tính toán:
- Thay cột bằng cấu kiện dạng thanh trùng với tim cột, độ cứng bằng độ cứng của
cột.
- Cột trên và cột dƣới đƣợc nắn trùng tâm, đặt thêm 1 mômen lệch tâm tại vai cột để
xét đến sự lệch tâm giữa 2 cột. Giá trị moomen lệch tâm bằng lực dọc trong cột

nhân với độ lệch tâm giữa 2 cột.
- Thay thế dàn bằng 1 thanh nằm trùng với cánh dƣới của dàn, độ cứng thanh bằng
độ cứng trung bình của dàn. Độ cứng trung bình của dàn lấy tại vị trí ¼ nhịp dàn,
đƣợc nhân với hệ số 0.75 vì dàn thuộc kết cấu rỗng.
- Khi tải trọng tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi nhƣ tải đối xứng và khung đối
xứng, theo cơ học kết cấu, các thành phần phản xứng bằng 0, hay chuyển vị ngang
đầu cột bằng 0, còn thành phần đối xứng bằng nhau, tức là góc xoay đầu cột ở 2
cột bằng nhau.
- Khi tải trọng không tác dụng trực tiếp lên xà ngang, coi độ cứng của xà ngang
bằng vô cùng (EJ = ∞). Khi đó với giả thiết hình chiếu của thanh lên trục của nó
trƣớc và sau biến dạng là không đổi, chuyển vị xoay của 2 đầu cột bằng nhau và
bằng 0, chỉ còn lại chuyển vị ngang đầu cột.
- Giả thiết tỷ lệ độ cứng của các cấu kiện trong khung:
J1
J
Jd
 7  10 , chọn 1  8
J2
J2
Jd
J
J
 25  40 , chọn d  30  d  3.75
J1
J2
J2

Kiểm tra điều kiện xà ngang có độ cứng vô cùng:
J H 30 11.4
 d 

 2.38
J1 L
8 18


J2

J2

J1

J1

J1
1  8 1  7
J2

6
6
 1.53   
nên xà ngang thỏa điều kiện độ cứng vô cùng.
1  1.1 
1  1.1 

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

I. Nội lực do tĩnh tải:
1. Moomen do tĩnh tải tác dụng lên mái:

G=30.56 daN/m

Dùng phƣơng pháp chuyển vị, ẩn số là
các góc quay φ1, φ2 và một chuyển vị ngang Δ
ở đỉnh cột. Vì khung đối xứng, tải trọng đối
xứng nên :φ1 = φ2 = φ và Δ = 0
Phƣơng trình chính tắc : r11×φ + R1p = 0
Trong đó:
r11: Tổng momen phản lực tại nút khung khi φ =
1.
R1p: Tổng moment phản lực tại nút khung do tải trọng ngoài gây ra.
xa
cot
Gọi M B và M B là các moment ở nút cứng B của xà và cột khi 2 nút của khung

cùng xoay φ = 1.
J
  1  1  8-1=7,   H t  3.6  0.333
J2
H 10.8
A  1    1  0.333  7  3.331

B  1   2   1   0.333  7  1.776
2

C  1   3   1   0.333  7  1.258
3

D  1   2   1   0.333  7  1.086
4

K  4 AC  3B2  7.299
2 EJ d 2 E  3.75 J1
M Bxa 

 0.417 EJ1
L
18
4C EJ1
4 1.258
M Bcot  


EJ1  0.064 EJ1
K
H
7.299 10.8

Quy ƣớc moment dƣơng làm căng thớ trong của cột và dàn :

r11  M Bxa  M Bcot  (0.417  0.064)  EJ1  0.481 EJ1
 gL2 30.57 182
r1P  M 


 825.39 kNm
12
12
r
(825) 1716

Giải phƣơng trính chính tắc:   1P 
r11 0.353EJ1 EJ1
P
B

- Moment âm cuối cùng đƣợc tính nhƣ sau :
1716
cot
cot
 110 kN , m
+ Ở đỉnh cột: M B  M B    0.064EJ1 
EJ1
M Bxa  M Bxa    M pB  0.417 EJ1 

1716
 (825.39)  110 kN .m
EJ1

1 / EJ1
+ Ở vai cột: RB  RB    ( 6 B  EJ21 )    6 1.776 1716  EJ
 21.5kN
2

K

SVTH : LÊ THANH SƠN

H

7.299 10.8

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

M c  M Bcot  RB  Ht  110  21.5  3.6  32.6kN.m
cot
+ Ở chân cột: M A  M B  RB  H  110  21.5 10.8  122.2 kNm

Nhƣ vậy, biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên mái có dạng:
110
110

32.6

32.6

122.2.

M1

122.2

2. Mômen do lệch tâm giữa cột trên và cột dƣới:
Khi coi trục cột trên và cột dƣới trùng
nhau, ta phải xét đến sự lệch tâm
giữa 2 cột, MA=48.2 kN.m
Nội lực trong khung do MA gây ra tìm
bằng công thức ở sơ đồ tải trọng 1,
phụ lục 20 trang 150, sách “Hƣớng
dẫn đồ án Kết cấu thép khung nhà
công nghiệp một tầng” của thầy Ngô
Vi Long. Dấu MA ngƣợc lại với dấu
trong bảng:
(1   )[3B  (1   )  4C ]
t
MB  



RBt  


48.2

48.2

MA
K
(1  0.333) 3 1.776  (1  0.333)  4 1.258  (48.2)
7.299

6  (1   )[B  A  (1   )] M C

K
H
6  (1  0.333) 1.776  3.331 (1  0.333)   (48.2)
7.299 10.8

 9.1 kN .m

 6.5 kN .m

M Ct  M Bt  RBt  Ht  9.1  6.5  3.6  14.3 kN .m
M Cd  M Ct  M A  14.3  48.2  33.85 kN .m
d
t
Tại chân cột: M A  M C  RB  H d  33.85  6.5  7.2  12.95 kN .m

Biểu đồ mômen do MA gây ra có dạng nhƣ sau:
SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP
9.1

14.3

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

9.1

33.85

33.85

12.95

14.3

12.95
M2

3. Mômen do trọng lƣợng bản thân dầm cầu trục:

Trọng lƣợng cầu trục đặt tại vai cột, cách trục cột một khoảng 0.375 m, quy về điểm
đặt tại trục cột, thêm vào mômen nhƣ hình vẽ.
Giá trị độ lớn của mômen: M dct  Gdct .e  15.4  0.375  5.775 kN.m
Nội lực khung tìm đƣợc bằng cách nhân với biểu đồ M2 hệ số (Mdct/MA) vì 2
M
5.775
 0.12
moment cùng đơn vị và cùng chiều, hệ số dct 
MA
68.78
M B  9.1  (0.12) 
M Ct  14.3  (  0.12) 
M Cd  33.85  (  0.12) 

1.09 kN .m
1.72 kN .m
4.06 kN .m

M A  12.95  (  0.12 )  1.55 kN .m

Biểu đồ mômen do trọng lƣợng bản thân dầm cầu trục là:
1.09

4.06

1.09

1.72

1.55

1.72

M3

SVTH : LÊ THANH SƠN

4.06

1.55

MSSV: 12149109

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

Biểu đồ mômen MG trong trƣờng hợp tĩnh tải có đƣợc bằng cách cộng ba biểu đồ
mômen M1, M2, M3:
101.99

101.99

45.18 29.79

29.79 45.18

110.8

110.8

MG

II. Nội lực do hoạt tải mái:
Mômen do hoạt tải mái có đƣợc bằng cách nhân 2 biểu đồ nội lực của trƣờng hợp
tĩnh tải mái (M1 và M2) với hệ số P/G= 5.88/30.57 = 0.192 và cộng lại.
Ta có:
MB = [(-110)+9.1]×0.192= -19.4 kN.m
MCt = [(-32.6)+(-14.3)]×0.192= -9 kN.m
MCd = [(-32.6)+(33.85)]×0.192= 0.2 kN.m
MA = [122.2+(-12.95)]×0.192 = 21 kN.m
Biểu đồ mômen trƣờng hợp hoạt tải mái:
-19.4

9

19.4

0.2

21

0.2

MP

9

21

III. Nội lực do áp lực cầu trục:
Dmax và Dmin đồng thời tác dụng lên 2 cột. Nếu Dmax xuất hiện ở cột trái, Dmin xuất
hiện ở cột phải và ngƣợc lại. Giải khung bằng phƣơng pháp chuyển vị với giả thiết
xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số chỉ còn chuyển vị ngang của nút.
Phƣơng trình chính tắc: r11Δ + R1P = 0. Trong đó r11 là phản lực liên kết thêm vào
tại nút khung, có chuyển vị đơn vị Δ=1. Dấu của phản lực và chuyển vị tại liên kết
theo quy ƣớc với chiều từ trái sang phải là dƣơng.
Dùng bảng III.1, phụ lục 19 trang 149 sách “Hƣớng dẫn đồ án kết cấu thép khung
ngang nhà công nghiệp 1 tầng” của thầy Ngô Vi Long, tính moment và phản lực

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109

ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

ngang ở đỉnh cột. Chuyển vị của cột ngƣợc chiều chuyển vị của cột trong bảng nên
dấu của mômen bị đổi.
EJ
6 B EJ1 6 1.776  EJ1
 2 
 1.46  21 ( kN .m)
2
K H
7.299  H
H
EJ
12 A EJ1 12  3.331 EJ1
RB 
 3 
 0.507  21 (kN )
2
K
H
7.299 10.8  H
H

MB 

Tại vai cột: M C  M B  RB  H t  [1.46  (0.507)  3.6]  EJ21  0.365  EJ21 (kN .m)

H
H
EJ1
Tại chân cột: M A  M B  RB  H  [1.46  (0.507) 10.8]  2  4.016  EJ21 (kN .m)
H
H

Đối với cột bên phải moment và phản lực có giá trị giống cột trái nhƣng khác dấu.
Biểu đồ nội lực khi Δ=1:
1.46
-1.46
0.365

-4.02

0.365

M4

4.016

Cắt ngang khung tại đầu cột có lực cắt rồi chiếu xuống phƣơng ngang ta tìm đƣợc:
r11  2 RB  2  (0.507) 

EJ1
EJ
 1.014  21
2
H

H

Biểu đồ nội lực do Mmax và Mmin gây ra đƣợc xác định bằng cách nhân biểu đồ M1
M max 146.9
M min 40.2

 3.05 và

 0.83
với hệ số:
Me
48.15
Me
48.15
Đối với cột trái:
MB = 9.1 x (-3.05 ) = -27.76 (kN.m)
MCt = ( -14.3) x (-3.05) = 43.62 (kN.m)
MCd = 33.85 x (-3.05) = -103.24 (kN.m)
MA = ( -12.95) x (-3.05) = 39.5 (kN.m)
RBt = ( -6.5) x (-3.05) = 19.83 (kN)
Đối với cột phải:
M'B = 9.1 x (-0.83 ) = -7.55 (kN.m)
t
M'C = ( -14.3) x (-0.83) = 11.87 (kN.m)
M'Cd = 33.85 x (-0.83) = -28.1 (kN.m)
M'A = ( -12.95) x (-0.83) =10.75 (kN.m)
R'Bp = ( 6.5) x (-0.83) = -5.4 (kN)
Biểu đồ mômen do Mmax và Mmin gây ra:

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

7.55

27.76
43.62

103.24

11.87 28.1

39.5

10.75

M5

t
p
Suy ra: R1P  RB  RB  19.83  5.4  14.43(kN )

R1P 14.43  H 2
H2



 14.23 
r11 1.014  EJ1
EJ1

Biểu đồ mômen do áp lực lớn nhất của cầu trục lên cột trái có đƣợc bằng cách nhân
biểu đồ M4 với Δ và cộng với biểu đồ M5:
Đối với cột trái :
MB =
1.46 x 14.23 + (-27.76) = -6.98 (kN.m)
t
MC = -0.365 x 14.23 + 43.62 = 38.43 (kN.m)
MCd = -0.365 x 14.23 + -103.24 = -108.43 (kN.m)
MA =
-4.016 x 14.23 + 39.5 = -17.65 (kN.m)
Đối với cột phải:
M'B = -1.46 x 14.23 + (-7.55) = -28.33 (kN.m)
M'Ct = 0.522 x 24.64 + 26.54 = 17.06 (kN.m)
M'Cd = 0.365 x 14.23 + -28.1 = -22.91 (kN.m)
M'A = 4.016 x 14.23 + 10.75 = 67.9 (kN.m)
Lực cắt:
QA =
( 108.43 + -17.65)/7.2 = 12.61 kN
Q'A =
( 22.91 + 67.9)/7.2 = 12.61 kN

6.98kNm

28.33kNm

22.91kNm

108.43kNm
38.43kNm

17.65kNm

17.06kNm

67.9kNm

Biểu đồ moment do Dmax và Dmin

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

IV. Tính toán Nội Lực với lực hãm ngang T
Ta xét lực T ở cột bên trái hƣớng từ trái sang phải
- Giải khung bằng phƣơng pháp chuyển vị với xà ngang có độ cứng vô cùng, ẩn số
chỉ có chuyển vị ngang của nút
- Phƣơng trình chính tắc: r11  R1 p  0
- Dấu theo quy ƣớc nhƣ trên
Ta tính đƣợc
H t  H dct 3.6  0.6


 0.278
H
10.8
H
3.6
 t 
 0.333
H 10.8
J
  1 8
J2



Lực T cách đỉnh cột một đoạn
K    H  0.278 10.8  3(m)

Vì λVi Long)

1      1  0.278 ²  0.521
2
      0.333  0.278 ²  0.03
 2    B  2C   2  0.278  1.776  2 1.258 1.53
 2     2C   2  0.333  0.278   2 1.258  1.57
3B  2 A  2     3 1.776  2  3.331  2  0.278   9.85
2

Ta có : H=10.8 m

MB  


Hdct=0.6 m

T=13.8 kN

(1   ) 2   (2   ) B  2C    (   ) 2 (2   ) B  2C 

K
  0.5211.53  8  0.003   1.57   10.8 13.8
7.299

 H T

 15.51

 M B  15.51 kN .m
RB  




(1   ) 2  3B  2 A(2   )    (   ) 2 3B  2 A(2   ) 



T
K
0.521  (9.85)  8  0.003  ( 1.26 )  13.8

 9.76
7.299

0
- Biểu đồ nội lực M T

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

Đối với cột trái

o

M  M B  RB  ( H t  H dct )  15.51  9.76  (3.6  0.6)  13.77 kN .m
T
B

M CT  M B  RB  H t  T  H dct  15.51  9.76  3.6  13.8  0.6  11.35 kN .m
M AT  M B  RB  H  T  ( H d  H dct )  15.51  9.76 10.8  13.8   7.2  0.6   17.74 kN . m

o Đối với cột phải
Vì cột phải không có lực tác dụng nên không có giá trị moment và phản lực

 R1P  RB  RB'  9.76  0  9.76 kN

Giải phƣơng trình chính tắc


R1P
9.76  H 2
H2

 9.63 
r11 1.014  EJ1
EJ1
15.51
13.77
11.35

17.74

- Biểu đồ nội lực MT

MT  M   M T0

Đối với cột trái

o

M B 1.46 1.93  ( 15.51)  1.45 kN.m
M (T )   M B  RB  ( H t  H dct )    M T0
 1.46  (0.507)   3.6  0.6    9.63  13.77 13.18 kN.m
M C  0.365  9.63  11.35  7.84 kN .m
M A  5.016  9.63  (17.74)  56.41 kN .m
QA  13.18  56.41/ (H d  H dct )  7.82 kN

Đối với cột phải

o

M  1.46  9.63  14.06 kN .m
'
B

M C'  0.365  9.63  3.51 kN .m
M A'  4.016  9.63  38.67 kN .m
QA'  14.06  38.67 / H  4.32 kN

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: TS.LÊ TRUNG KIÊN

14.06

-1.45
13.18
3.51

7.84

56.41

38.67

MT

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109


ĐỒ ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP

GVHD: LÊ ANH THẮNG

V. Tính toán Nội lực với tải trọng gió
- Giải khung bằng phƣơng pháp chuyển vị
- Phƣơng trình chính tắc : r11  R1 p  0
2
Ta có : r11=2 r11  2RB  1.014  EJ1 / H

Dùng công thức phụ lục 20 (trang 151- HD đồ án môn học- thầy Ngô Vi Long)
 Cột trái
9 BF - 8C 2
q H 2 
12 K
q
 M B  -32.86 kN .m
M Bq  -

2 BC - 3 AF
q H 
2K
q
 RB  24.81 kN .m
RBq  -



 9 1.776 1.086 - 8 1.258²   5.252 10.8²  -32.86 kN .m
12  7.299

2 1.776 1.258 - 3  3.3311.086   5.252  10.8
 24.81 kN .m
2  7.299

qH t2
5.252  3.62
 -32.86  24.81 3.6  22.42 kN .m
2
2
qH 2
5.252  3.62
M Aq  M Bq  RBq  H  -32.86  24.81 10.8  -71.21 kN .m
2
2
ÞM Aq  -71.21 kN .m
M Cq  M Bq  RBq  H t -

 Cột phải

Giá trị moment cột phải bằng giá trị moment cột trái nhân hệ số
q'
 3.801/ 5.252  0.724
q
M B 'q  -32.86  (-0.724)  23.79 kN .m
RB 'q  24.81  (-0.724)  -17.96 kN .m
M C 'q  22.42  (-0.724)  -16.23 kN .m
W  W  W '  3919.4 daN / m
R1P  RBq  RBq '  W - W '  24.81  17.96  (1810.9  2108.5) 10-2  81.96 kN
M A 'q  -71.21 (-0.724)  51.56 kN .m

Giải phƣơng trình chính tắc :


R1P 46.04  H 2
H2

 80.83 
r11 1.014  EJ1
EJ1

0
- Biểu đồ nội lực M gió M gio  M   M gio

 Cột trái
M B  1.46  80.83  (-32.86)  85.15 kN .m
M C  -0.365  80.83  22.42   7.08 kN .m
M A  -4.016  80.83  (-71.21)  -395.82 kN .m

SVTH : LÊ THANH SƠN

MSSV: 12149109