ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

MỤC LỤC
I.

DỮ LIỆU:.............................................................................................................................. 3
1. Đề bài: ................................................................................................................................ 3
2. Thông số kỹ thuật: ............................................................................................................ 3
3. Tiêu chuẩn thiết kế ........................................................................................................... 3

II. KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC: .............................................................................................. 3
1. Kích thước cầu trục: ......................................................................................................... 3
2. Kích thước theo phương đứng: ....................................................................................... 4
3. Kích thước theo phương ngang: ...................................................................................... 5
4. Hệ giằng ( bản vẽ) ............................................................................................................. 7
III.

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG: ............................................................................................... 8

1. Theo phương đứng: .......................................................................................................... 8
1.1. Tải trọng mái: ............................................................................................................... 8
1.2. Hoạt tải sữa chữa mái: ................................................................................................. 8
1.3. Tải trọng cầu trục Dmax , Dmin ...................................................................................... 8
1.4. Tải trọng vách ............................................................................................................... 9
2. Theo phương ngang: ....................................................................................................... 10
2.1 Tải trọng cầu trục: ...................................................................................................... 10
2.2 Tải trọng gió tác dụng theo phương ngang............................................................... 11
IV.

TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG: ................................................. 12

1. Tính toán tải theo phương đứng.................................................................................... 12
1.1 Tĩnh tải ......................................................................................................................... 12
1.2. Hoạt tải sửa chữa mái ................................................................................................ 16
1.3. Áp lực đứng của cầu trục Dmax, Dmin lên vai cột ....................................................... 16
1.4. Tĩnh tải vách ............................................................................................................... 19
2. Tính tải theo phương ngang........................................................................................... 19
2.1. Áp lực xô ngang T của xe con ................................................................................... 19
2.2. Tác dụng của tải gió ngang........................................................................................ 20
3. Tổ hợp nội lực ................................................................................................................. 24
V. THIẾT KẾ CỘT ................................................................................................................. 25
1. Xác định chiều dài tính toán cột .................................................................................... 25
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 1


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

2. Thiết kế cột trên .............................................................................................................. 26
2.1 Chọn kích thước sơ bộ ................................................................................................ 26
2.2. Kiểm tra tiết diện đã chọn ......................................................................................... 26
3. Thiết kế cột dưới ............................................................................................................. 31
3.1. Chọn cặp nội lực tính kích thước sơ bộ. ................................................................... 31
3.2. Chọn kích thước sơ bộ ................................................................................................ 31
3.3. Các đặc trưng hình học của tiết diện......................................................................... 31
3.4. Kiểm tra tiết diện ........................................................................................................ 33

3.5 Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột .................................................................. 36
4. Thiết kế chi tiết cột ......................................................................................................... 36

VI.

4.1

Thiết kế vai cột ......................................................................................................... 36

4.2

Thiết kế chân cột ..................................................................................................... 39

THIẾT KẾ DÀN VÌ KÈO .............................................................................................. 47

1. Sơ đồ và các kích thước dàn vì kèo ............................................................................... 47
2. Tải trọng và nội lực dàn vì kèo. ..................................................................................... 47
2.1. Tải trọng tác dụng lên dàn vì kèo. ............................................................................. 47
2.2. Kiểm tra nội lực trong thanh dàn bằng SAP2000. ................................................... 51
3. Thiết kế thanh dàn. ......................................................................................................... 55
4. Thiết kế chi tiết dàn. ....................................................................................................... 58
4.1. Chi tiết 1, 2 ................................................................................................................... 58
4.2. Chi tiết 3. ...................................................................................................................... 61
4.3. Chi tiết 4. ...................................................................................................................... 61
4.4. Chi tiết 5. ...................................................................................................................... 62
4.5. Chi tiết 7 ( khuếch đại tại đỉnh dàn). ......................................................................... 63
4.6. Chi tiết 8 ( khuếch đại tại giữa dàn). ......................................................................... 64
VII. KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ................................................................... 65

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 2


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

KÊT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
I.

DỮ LIỆU:
1. Đề bài:
- Nhịp : L = 4m
- Sức trục : Q = 15T
- Cao trình đỉnh ray : Hr = 10.5m
- Bước khung : B = 6m
- Chiều dài nhà : £=90m
- Độ dốc mái : i = 10%
- Vật liệu lợp mái : Tôn kim loại , gtc = 0.12 KN/m2
- Tải trọng tiêu chuẩn của gió : wtc = 65 KN/m2, địa hình khu vực A.
- Chế độ làm việc cầu trục trung bình, móc cẩu mềm.
2. Thông số kỹ thuật:
Cường độ
f = 22 kN/cm2
fwf = 15 kN/cm2
fws = 19 kN/cm2
fw = 18 kN/cm2
fwv = 13kN/cm2
Rb = 1.1 kN/cm2

Vật liệu
Cường độ thiết kế chịu kéo của thép
Cường độ thiết kế của đường hàn góc
Cường độ chịu cắt của TCB trên biên nóng chảy
Cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu kéo, nén
Cường độ thiết kế của đường hàn đối đầu chịu cắt
Cường độ thiết kế chịu nén của móng BTCT
Bu lông

Chịu kéo ftb

Chịu cắt fvb

Chịu ép mặt fcb

Cấp 4,6
17
15
Cấp 8,8
40
35
3. Tiêu chuẩn thiết kế
TCXDVN 2737 – 1995: Tiêu chuẩn về tải trọng tác động.
TCXDVN 5575 : 2012: Tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép.
II. KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC:
1. Kích thước cầu trục:
- Dựa vào các số liệu ban đầu :
 Sức trục : Q = 15T
 Nhịp nhà : L = 24m

- Tra Catalogue của cầu trục ta được các số liệu sau :
Lk
B
K
H
B1 Ptc max
(m) (mm) (mm) (mm) (mm)
(kN)
23000 6300 4400 2300 280
190
Trong đó :

Ptc min
(kN)
55

18
32

Totc
(kN)
5.1

Gxc
(kN)
70

Gct
(kN)
340

 LK : Nhịp cầu trục (khoảng cách giữa 2 tim ray).
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

 BK : Bề rộng cầu trục.
 K : Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe cầu trục.
 HK : Chiều cao từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của cầu trục.
 B1 : Khoảng cách từ tim ray đến mép ngoài cầu trục.
 Pmax : Áp lực 01 bánh xe cầu trục khi vật cẩu nằm về phía bánh xe đó.
 Pmin : Áp lực 01 bánh xe cẩu trục khi vật cẩu nằm về phía bên kia bánh xe.
 Totc : Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục.
2. Kích thước theo phương đứng:

Hdd

Hdd

i=10%

Hr

Hcd

Hdcc

Hct

hct

hcd
Hình 1: Kích thước nhà theo phương đứng TL

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

-

Cao trình đỉnh ray : Hr = 10.5 m
Chiều cao tiết diện ray : hR = 150 mm

-

Chiều cao dầm cầu chạy : h dcc =

-

Không bố trí đoạn cột chôn dưới đất : hm = 0

-

Độ võng của kết cấu mái :

1
1
B= 6000=600(mm)
10
10

  1 
L
24000



 96(mm)

L  250 
250
250

chọn   100(mm)
- Khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo : a2 = 100 mm
- Chiều cao cột dưới : HCD  H R  hdcc  hr  hm  10500  150  600  9750(mm)
Chọn chiều cao cột dưới HCD=9750 (mm)= 9.75 (m)
- Chiều cao cột trên:
HCT  hr  hdcc  H K  100    150  600  2300  100  100  3250(mm)
Chọn chiều cao cột trên HCT=3300(mm)= 3.3(m)

- Chiều cao đầu dàn hđầu dàn = 1500(mm)
- Chiều cao cửa trời hcửa trời= 1500(mm)
Vậy chọn : HCT = 3.3m
HCD = 9.75m
3. Kích thước theo phương ngang:
- Khoảng cách từ trục định vị đến trục đường ray (tim ray):


-

L  LK 24  23

 0.5m
2
2

160
1 1
  Ht  
 ht  320mm
 11 10 
300  330

Chiều rộng phần cột trên: ht  

Với D – Khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong cột biên D=60mm.
- Khoảng cách từ trục định vị tới mép ngoài cột:
a  ht  B1  D    160mm

-

  a
660(mm)

hd   1

(mm)
652(
mm
)
(
H

H
)
Chiều cao phần cột dưới vai cột:

CT
CT

 20

Vậy bề rộng cột dưới chọn : hd  660(mm)
-

 1 1
 L
10
6


Bề rộng chân cửa trời: Lcuatroi  

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

chọn Lcửa trời = 6000(mm)

TRANG 5


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

600

B

660

0.000m

10.500m

13.050m

17.250m

-320x220x6x10

36-360x145x7.5x12.3

150

2L-100x8+PL-10x300

14.550m

Hình 2: Kích thước sơ bộ khung ngang

i=10%

- TOLE
- C15
- VÌ KÈO THÉP

10500

2300

24000

450

3300

9750

A
660

220

-320x220x6x10

1500 1200 1500

2L-100x8+PL-10x300

150

36-360x145x7.5x12.3

320

i=10%

250

Q=15(T)

i=10%

6000

23000

i=10%

1500

17250

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 6


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

4. Hệ giằng
Khung toàn thép⇒khoảng cách tối đa cho phép không làm khe nhiệt độ là 90m
Vậy có thể không cần làm khe nhiệt độ ở giữa nhà.
Giằng cánh trên: khoảng cách giữa các khối giằng≤50÷60m
Giằng cách dưới: bố trí tại những vị trí có giằng cánh trên và giằng dọc nhà.
Giằng đứng: bố trí tại thanh đứng giữa dàn và 2 thanh đầu dàn.
Giằng cánh trên cửa mái: Lcm= 6m.
Giằng đứng cửa mái
Giằng cột

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 7


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

III.

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG:
1. Theo phương đứng:
1.1. Tải trọng mái:
- Độ dốc mái i=10% =>góc hợp bởi mái và phương ngang   5.42o
Tên tải trọng

HSVT

Tải tiêu chuẩn (kN/m2)

Tải mái

1.1

g0
0.12

 0.122
cos  0.995

Xà gồ
1.1
0.10
Dàn, cửa trời…
1.1
0.20
Tổng tải

0.442
Tổng tải theo m dài (kN/m)
2.531
1.2. Hoạt tải sữa chữa mái:
Hoạt tải sữa chữa mái theo bảng 3 TCVN 2737-95: 0.3kN/m2

Tải tính toán
(kN/m2)
0.134
0.110
0.220
0.486
2.784

p   p pom B  1.3  0.3  6  2.34kN / m
1.3. Tải trọng cầu trục Dmax , Dmin

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

4400

1900

Pmax

Pmax

4400
Pmax

6000

Pmax

6000

Hình 3 : Sơ đồ tải cầu trục tác dụng lên dầm cầu trục.

Tổng tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa tại vị trí của các bánh xe cầu trục
6000  4400 6000  1900
 yi  1  6000  6000  1.95
tc
Dmax   Q nc n kd Pmax
 yi

Các hệ số (chế độ làm việc nhẹ và trung bình)
Hệ số độ tin cậy của sức trục  Q
Hệ số không đồng thời khi 2 cẩu trục đứng gần nhau
Hệ số kể đến sự tăng áp lực của cầu trục do đường ray
và mối nối đường ray không bằng phẳng
Hệ số kể đến ảnh hưởng của tải trọng di động
Vậy:

Giá trị

 Q  1.1
nc  0.85

 n  0.85
kd  1

Dmax  1.1 0.85 1.11190 1.95  381.06(kN )
Dmin  1.1 0.85 1.11 55 1.95  110.31(kN )
1.4. Tải trọng vách
 Tải vách + cách nhiệt
Tên tải trọng

HSVT

Tải tiêu
chuẩn
(kN/m2)

Tải tính
toán
(kN/m2)

Tải vách + cách
1.1
0.12
0.132
nhiệt
 Tải trọng xà gồ

Khoảng cách xà gồ theo phương trục cột là : 1.5mm
Số thanh xà gồ là : (9.75+3.3)/1.5 = 9 (thanh)
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

Tải quy về tải phân
bố theo phương cột
(kN/m)
0.132x6=0.792

TRANG 9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

Trọng lượng xà gồ : 5kg/m
Trọng lượng xà gồ quy về tải phân bố theo phương cột:
5
1
 69
 0.212(kN / m)
100
9.75  3.3

Vậy tổng tải vách tác dụng lên cột theo phương trục cột : 0.792+0.212=1.004(kN/m)
2. Theo phương ngang:
2.1 Tải trọng cầu trục:
Tải trọng cầu trục do lực quán tính phát sinh theo chiều chuyển động do xe con cầu trục
được hãm:

tc
T   Q nc n kd T1tc  yi  Dmax (T1tc / Pmax
)
'
Totc
tc
tc nxc
Trong đó: T 
Với To  f (Q  Gxc )
nxc
no

tc
1

Giá trị

Hệ số ma sát, với móc cẩu mềm

Q  100(kN )
Gxctc  70(kN )
f  0.1

Số bánh xe một bên ray cầu trục

no  2

Sức nâng cầu trục
Trọng lượng xe con

Số bánh xe con bị hãm

'
nxc
2

Tổng số bánh xe con

nxc  4

Lực hãm ngang tác dụng lên toàn cầu trục
Lực ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do
lực hãm xe con
Lực hãm xe con, qua bánh xe cầu trục truyền lên dầm
hãm vào cột

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

Totc  11(kN )
T1tc  5.5(kN )

T  11.03(kN )

TRANG 10


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

c=-0.6
c=-0.5

1500

c=-0.55

900

c=+0.7

c=-0.6

1500

c=-0.8

300

2.2 Tải trọng gió tác dụng theo phương ngang

Wd
Wh
c=+0.8

c=-0.5
w

w'

Hình 4 : Sơ đồ khung chịu tải trọng gió ngang.

-

Tải trọng phân bố đều lên cột đón gió và hút gió lần lượt là:

W   w w o ckB(kN / m) và W'   w w o c' kB(kN / m)
Trong đó:





ɣW : Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, ɣW = 1.2.
wo [kN/m2]: Áp lực gió tiêu chuẩn, wo = 65[kN/m2].
c,c’ : Hệ số khí động phía đón gió và hút gió, theo như hình 2
k : Hệ số phụ thuộc chiều cao nhà và địa hình khu vực
Tại độ cao trình trục thanh cánh dưới H=9.8+3.3=13.1(m)  k = 1.2172.
Tại độ cao đỉnh mái: H=13.1+1.5+0.9+1.5+0.3=17.3(m)  k =1.263.

Vậy
-

W  1.2  0.65  0.8 1.2172  6  4.557(kN / m)

W'  1.2  0.65  0.5 1.2172  6  2.848(kN / m)
Tải trọng gió tập trung tại trục thanh cánh dưới
Toàn bộ phần tài gió tác dụng từ cao trình đáy vì kèo lên đến đỉnh mái được quy về
Wđ và Wh với hệ số k=(1.2172+1.263)/2=1.24.
Wd  qo w kB ci hi

 0.65 1.2 1.24  6  (0.8 1.5  0.55  0.9  0.7 1.5  0.8  0.3)  9.314kN
Wh  qo w kB ci' hi'
 0.65 1.2 1.24  6  (0.6  0.3  0.6 1.5  0.5  0.9  0.5 1.5)  13.23kN .

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2
IV.

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG:
Giả thiết độ cứng giữa các cấu kiện :

I dan

Chọn

I cot tren

 25;

I dan
I cot tren

 20  25;

I cot duoi
 7  10
I cot tren

I cot duoi
8
I cot tren

Xác định các hệ số tính nội lực:
Với : H = 13.05 (là chiều cao cột)
J
H
3.3
  cd  1  7 ;   ct 
 0.2529
J ct
H 13.05

A  1    1  0.2529  7  2.7701 ; B  1   2   1  0.25292  7  1.4476
C  1   3   1  0.25293  7  1.1132 ; K  4 AC  3B  6.0479
2

1. Tính toán tải theo phương đứng

q

q

B

B

B

C

C

C

Me

Me

9750

13050

3300

1.1 Tĩnh tải
Thay thế hệ dàn bằng xà ngang. Với độ cứng của xà ngang bằng với độ cứng của dàn giả
thiết. Do cột trên và cột dưới đặt lệch trục nên khi tĩnh tải tác dụng lên mái sẽ gây momen
lệch tâm nên phân trường hợp tĩnh tải thành 2 thành phần.

A

A

24000

A

24000

24000

Hình 6 : Sơ đồ tính nội lực khung khi chịu tác dụng của tĩnh tải.

Xét hệ chịu tải phân bố đều.

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 12


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

q=2.784kN/m
B




C

A

Hình 7 : Sơ đồ tính nội lực khung ngang khi chịu tác dụng của tĩnh tải phân bố đều sau khi nén trục.

- Biểu đồ momen do tải ngoài gây ra đối với hệ cơ bản.
2

ql
ql 2
o
 66.82(kNm)
M 
 133.6(kNm) ; M B 
24
12
o
B

133.64

133.64

66.82

Hình 8 : Biểu đồ momen do tải ngoài tác dụng lên hệ cơ bản.

-

Xác định momen đơn vị do góc xoay đầu dàn gây ra với hệ khung.
+ Góc xoay gây ra momen đối với dầm ngang




B

B'

2EId/L=0.2604EIcd

+Góc xoay gây ra momen đối với cột

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 13


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

M
B


B

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

Ta có: M B  

R

B

4C EI cd
6 B EIcd
, RB 
K H
K H2

Suy ra M B  0.0564EI cd ; R B  0.0084EIcd

M A  M B  R B H  (0.0564  0.084 13.05) EI cd  0.0536EI cd

C

Biểu đồ momen M1
0.0564EIcd

0.0564EIcd

0.2604EIcd

A

0.0536EIcd

0.0536EIcd

Hình 9 : Biểu đồ momen đơn vị do góc xoay đơn vị.

Từ biểu đồ momen do tải ngoài gây ra và biểu đồ momen đơn vị ta được:

r11 =0.2604EI cd +0.0564EI cd =0.3168EI cd

R1P  133.64(kNm)

 

 R1P
133.64
421.805


r11
0.3168EI cd
EI cd

o
Vậy biểu đồ momen do tải phân bố đều gây ra là: M=M  M P

23.8(kNm)

23.8(kNm)

176.67(kNm)

22.6(kNm)

22.6(kNm)

Hình 10 : Biểu đồ momen khung khi chịu tác dụng của tĩnh tải phân bố đều sau khi nén trục.

Ta có QA=-0.0084EIcdx421.805/EIcd=-3.54(kN).
 Xét hệ chịu momen lệch tâm.
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 14


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

hcd  hct 0.66  0.32

 0.17(m)
2
2
qL
2.784  24
Momen lệch tâm ( Me  - e   0.17  -5.68(kNm) (Momen hướng ra ngoài)
2
2

Độ lêch tâm: e 

Momen lêch tâm Me gây ra phản lực tại gối:

(1   ) 3B(1   )  4C 
M e  0.122  (5.68)  0.693(kNm)
 M B  
K


 R   6(1   )  B  A(1   )  M  0.1149  (5.68)  0.653(kN )
e
 B
K h
Vị trí
M Cct

Công thức
M B  RB H ct

Giá trị
-1.460

Đơn vị
kNm

M Ccd

M B  RB H ct  M e

4.220

kNm

-2.143
M B  RB H  M
MA
Vậy biểu đồ momen do momen lệch tâm gây ra

kNm

0.693(kNm)
1.46(kNm)

4.22(kNm)

2.143(kNm)

Hình 11 : Biểu đồ momen khung khi chịu tác dụng của momen lệch tâm.

 Momen do trường hợp tĩnh tải tác dụng lên khung ngang
23.104(kNm)
23.104(kNm)
13.52(kNm)
7.84(kNm)
177.36(kNm)

20.48(kNm)

Hình 12 : Biểu đồ momen khung khi chịu tác dụng của tĩnh tải.
qL 2.784  24
Lực dọc trong cột : N 

 33.41(kN )
2
2

Lực cắt tại chân cột: QA  3.54  0.65  2.89(kN )
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 15


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

1.2. Hoạt tải sửa chữa mái

Hoạt tải sữa chữa mái và tĩnh tải có phương và vị trí tác dụng như nhau nên biểu đồ
momen hoạt tải được suy ra từ biểu đồ momen tĩnh tải dựa và tỉ số giữa hoạt tải và tĩnh
ptt 2.34

 0.841 Vậy các giá trị của biểu đồ momen hoạt tải được tính
tải. Ta có:
gtt 2.784
bằng các giá trị momen tỉnh tải nhân với hệ số 0.841.
19.42(kNm)
19.42(kNm)
11.36(kNm)
6.59(kNm)
149.06(kNm)

17.21(kNm)

Hình 13 : Biểu đồ momen khung khi chịu tác dụng của hoạt tải.
qL 2.34  24
Lực dọc trong cột : N 


 28.08(kN )
2
2

Lực cắt tại chân cột: QA  2.89  0.841  2.43(kN )
1.3. Áp lực đứng của cầu trục Dmax, Dmin lên vai cột
Dmax , Dmin tác dụng tại nhánh trong của cột dưới ( nhánh cầu trục) nên khi đưa lực về
trục cột dưới gây ra momen lệch tâm đặt tại vai cột. Trọng lượng bản thân của dầm cầu
chạy và ray chọn bằng 15kN.
hd
0.66
 Dmax 
 (381.06  15)  130.7(kNm)
2
2
h
0.66
 d  Dmin 
 (110.31  15)  41.4(kNm)
2
2

M max 
M min

Dmax+Gdcc

Dmin+Gdcc

Dmax+Gdcc

Dmin+Gdcc

Mmax

Mmin

Hình14 : Các sơ đồ tính nội lực khung chịu tác dụng của Dmax, Dmin.

Các lực Dmax , Dmin đặt tại trục cột chỉ gây ra lực dọc cột dưới không gây ra momen cho
hệ khung. Xét hệ chịu momen Mmax , Mmin gây ra hệ không chịu tải trọng trực tiếp đặt lên dàn
nên coi như dàn cứng tuyệt đối nên EJd=
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 16


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

Vì vậy chuyển vị xoay tại đầu cột coi như bằng không. Chỉ có chuyển vị ngang tại đầu
cột. Phương trình chính tắc : r11+R1p =0
B

B'


C



Mmax

Mmin

A

C'

A'

Hình 15: Hệ cơ bản của hệ khung chịu tác dụng của Mmax, Mmin.

-

Momen đơn vị: M B 
M
B
C

B

R

B

6 B EI cd
12 A EI cd
R



B
;
K H2
K H3

Suy ra M B  1.436



Vị trí

Công thức

Giá trị

MC

M B  R B H ct

-0.046

MA

M B  RB H

-4.060

r11 =-2R B =2  5.496

A

EI cd
EI cd
R


5.496
B
;
H2
H3

1.436EIcd/H2

0.046EIcd/H2

4.06EIcd/H2

Đơn vị
EI cd
H2
EI cd
H2

EI cd
EI
 10.993 cd3
3
H

H
1.436EIcd/H2

0.046EIcd/H2

4.06EIcd/H2

Hình 16: Biểu đồ momen đơn vị do chuyển vị ngang tại đầu cột.

- Biểu đồ momen ngoại lực : Do lực tác dụng tương tự như Momen lệch tâm tĩnh tải mái
gây ra nên biểu đồ momen do Mmax, Mmin tác dụng lên khung được nội suy từ biểu đồ momen
Me (Hình 11).
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 17


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

M max
M
130.7
41.35

 23.01 ; min  
 7.28
Me
5.68

Me
5.68
15.96(kNm)
97.10(kNm)

5.08(kNm)

33.60(kNm)

30.72(kNm)
10.63(kNm)

15.61(kNm)
49.32(kNm)
Hình 17: Biểu đồ momen ngoại lực do momen Mmax, Mmin tác dụng lên hệ cơ bản.
Dựa vào biểu đồ Momen ta được:
32.33  15.35
4.44  9.36
RB 
 14.448(kN )() ; RB 
 4.182(kN )()
3.3
3.3

 R1P  14.448  4.182  10.27(kN )

R1P 10.27 h3
h2

 12.19

 
r11 10.993 EJ cd
EJ cd
o
 Vậy biểu đồ momen do tải Dmax, Dmin gây ra là: M=M  M P

1.55(kNm)
96.53(kNm)

22.55(kNm)
34.17(kNm)

31.28(kNm)
10.07(kNm)

65.09(kNm)
0.16(kNm)
Hình 18: Biểu đồ momen hệ khung do tải trọng cầu trục Dmax, Dmin tác dụng .

Lực dọc trong cột dưới có tải Dmax: N=Dmax+Gdcc=381.06+15=396.06(kN)
Lực dọc trong cột dưới có tải Dmin: N=Dmin +Gdcc =110.31+15=125.31(kN)
Lực cắt tại chân cột trái, chân cột phải: QA=-9.81(kN), QA’=-9.81(kN).

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 18


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

1.4. Tĩnh tải vách
Tĩnh tải vách và cách nhiệt (q=1kN/m) gây ra lực dọc và momen trong cột do lệch tâm.
Dệ đối xứng chịu tải đối xứng nên đầu cột không có chuyển vị ngang, lực không tác dụng lên
dàn nên dàn coi như cứng tuyệt đối vì vậy góc xoay đầu cột bằng 0 nên momen trên hệ cơ bản
là momen của hệ. Vì tải trọng nhỏ và khoảng cách lệch tâm bé nên bỏ qua momen tác dụng
lên hệ cột. chỉ tính lực dọc.
Nc  qH ct  1.004  3.3  3.31(kN )

N A  qH  1.004 13.05  13.10(kN )
2. Tính tải theo phương ngang
2.1. Áp lực xô ngang T của xe con
Áp lực xô ngang T của xe con không tác dụng lên hệ dàn nên xem hệ dàn như cứng tuyệt
đối. Vì vậy góc xoay tại đầu cột bằng không, chỉ có chuyển vị ngang tại đầu cột. Ta xét trường
hợp lực T tác dụng lên cột trái theo phương ngang, chiều từ trái sang phải.
- Biểu đồ momen đơn vị: như tính áp lực Dmax, Dmin tác dụng lên vai cột (Hình 16).
- Xác định biểu đồ Momen M Po
Ta có :  H  2.7    0.207
M
R
 (1   )2 (2   ) B  2C   (   ) 2 (2   ) B  2C  
MB   

 Th  14.077(kNm)
B
K
K



T
 (1   )2 3B  2 A(2   )  (   ) 2 3B  2 A(2   )  
R



C

 Th  9.034(kNm)
B
K
K


MT  M B  RB  H  14.077  9.034  2.7  10.323(kNm)
B

h

B

M Cct  M B  RB H ct  0.6T

 14.077  9.034  3.3 11.03  0.6  9.117(kNm)
A

M A  M B  RB H  T (0.6  9.75)  10.35(kNm)
14.077(kNm)
10.323(kNm)
9.117(kNm)

10.35(kNm)
Hình 19: Biểu đồ momen ngoại lực của hệ khung do tải trọng lực hãm tác dụng .

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 19


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

R1P
9.034 H 3
H2

 10.725
Vậy R1P =R B =-9.034( kN)    
r11
10.993 EJ cd
EJ cd
o
 Biểu đồ momen của hệ khung do tác dụng của lực hãm xe con tác dụng: M=M  M P

M BCTrai  M B   M Po  1.436
M

CTrai
C

M

CTrai
A

EI cd
H2

10.725
 14.077  1.3234(kN )
H2
EJ cd

 M C  M

oC
P

EI cd
H2
 0.046 2 10.725
 9.117  9.61(kN )
H
EJ cd

 M A  M

oA
P

EI cd
H2
 4.060 2 10.725
 10.349  53.893(kN )
H
EJ cd

Lực cắt tại chân cột trái QA=6.52(kN),chân cột phải QA’=4.51(kN),
Cột phải có M=-M .Vậy biểu đồ momen do lực hãm T gây ra:
1.33(kNm)
15.40(kNm)
13.52(kNm)

0.5(kNm)

9.61(kNm)

43.55(kNm)

53.89(kNm)

Hình 20: Biểu đồ momen ngoại lực của hệ khung do tải trọng lực hãm tác dụng.

2.2. Tác dụng của tải gió ngang

Wd =9.314kN

 Wh=13.23kN

B

C
qd =4.557kN/m

qh=2.848kN/m

A
Hình 21: Hệ cơ bản của hệ khung và tải gió tác dụng.

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 20


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

Lực gió quy về tác dụng lên hệ cột nên coi như hệ dàn cứng tuyệt đối  Chuyển vị xoay
tại đầu cột bằng 0. Phương trình chính tắc: r11+R1p =0

EJ cd
. Biểu đồ momen đơn vị như biểu đồ momen đơn vị của lực Dmax,
H3
Dmin tác dụng (Hình 16).
Ta có
Với r11 =10.993

M

B

R

9 BF  8C 2 2
2BC  3 AF
MB  
qh ; RB  
qh
12K
2K

B



B
q
C

Cột trái : q  4.557(kN / m)  M B  37.3(kNm); RB  26.18(kN )

H ct2
M  M B  RB H ct  q
 24.29(kNm)
2
H2
ct
M A  M B  RB H  q

 83.665(kNm)
2
ct
C

 Cột phải : q  2.848(kN / m)  M B  23.31(kNm); RB  16.36(kN )
(MB, RB cùng chiều như hình vẽ còn biểu đồ momen cột dương khi
căng thớ trong, âm khi căng thớ ngoài)

H ct2
M  M B '  RB ' H ct  q
 15.181(kNm)
A
2
H2
ct
M A'  M B '  RB ' H  q
 52.29(kNm)
2
ct
C'

37.3(kNm)

23.31(kNm)

24.29(kNm)

83.665(kNm)

15.18(kNm)

52.29(kNm)

Hình 22: Biểu đồ momen của hệ khung do tải gió tác dụng lên hệ cơ bản.

Ta có
Wh

Wd
B
RB

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

R1P
B'
RB'

TRANG 21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

R1P  RB  RB '  (Wd  Wh )  R1P  (26.183  16.364  9.314  13.230)  65.091(kN )

65.091 H 3
H2

 77.27
 
10.993 EI cd
EI cd
o
Biểu đồ momen của hệ khung do tải gió tác dụng: M=M  M P

73.68(kNm)

27.87(kNm)

397.41(kNm)

87.66(kNm)
18.76(kNm)

366.03(kNm)

Hình 23: Biểu đồ momen của hệ khung do tải gió tác dụng.

Lực cắt tại chân cột trái QA=63.34(kN),chân cột phải QA’=53.35(kN).

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 22


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

Biểu đồ momen khung khi chịu tác dụng của các trường hợp tải
23.104(kNm)

19.42(kNm)

23.104(kNm)

19.42(kNm)

13.52(kNm)

11.36(kNm)

7.84(kNm)

6.59(kNm)

177.36(kNm)

149.06(kNm)

20.48(kNm)

17.21(kNm)

TH tĩnh tải.

TH hoạt tải.

1.55(kNm)
96.53(kNm)

1.33(kNm)

22.55(kNm)
34.17(kNm)

15.40(kNm)

13.52(kNm)

31.28(kNm)

0.5(kNm)

9.61(kNm)

10.07(kNm)

65.09(kNm)

0.16(kNm)

43.55(kNm)

53.89(kNm)
TH Dmax, Dmin tác dụng .

TH Tmax tác dụng .

73.68(kNm)

87.66(kNm)

27.87(kNm)

18.76(kNm)

366.03(kNm)

397.41(kNm)
TH Tải gió

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

TRANG 23


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

3. Tổ hợp nội lực
BẢNG TÓM TẮT NỘI LỰC KHUNG

1

Tĩnh
tải

1.00

Cột trên
Tiết diện B
Tiết diện C
M
-N
M
-N
-23.10 33.41 -13.52 40.03

2

Hoạt
tải mái

3

Dmax
trái

4

Dmin
trái

5,6

T trái

7,8

T phải

9

Gió
trái

10

Gió
phải

1.00
0.90
1.00
0.90
1.00
0.90
1.00
0.90
1.00
0.90
1.00
0.90
1.00
0.90

-19.42
-17.48
1.55
1.395
-22.55
-20.3
±1.33
±1.19
±15.40
±13.86
73.68
66.31
-87.66
-78.90

28.08
25.27

-11.36
-10.23
34.17
30.75
10.07
9.06
±9.61
±8.65
±0.50
±0.45
27.87
25.08

-18.76
-16.88

28.08
25.27

Cột dưới
Tiết diện C
Tiết diện A
Q
M
-N
M
-N
-7.84 40.03
20.48
46.51 -2.9
-6.59
-5.93
-96.53
-86.88
-31.28
-28.15
±9.61
±8.65
±0.50
±0.45
27.87
25.08
-18.76

-16.88

28.08
25.27
396.1
356.5
125.3
112.8

17.21
15.49
-0.16
-0.15
65.09
58.6
±53.89
±48.50
±43.55
±39.19
-397.41
-357.67
366.03
329.43

28.08
25.27
396.1
356.5
125.3
112.8

-2.4
-9.8
-9.8
±6.5
±4.5
63.3
53.4

Các trường hợp tổ hợp có thể sảy ra:
Tổ hợp cơ bản 1
1+2
1+3
1+4
1+5
1+6
1+7
1+8
1+9
1+10

SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

Tổ hợp cơ bản 2
1+2+3
1+2+3+5
1+2+4
1+2+3+6
1+3+5
1+2+4+7

1+3+6
1+2+4+8
1+3+9
1+3+5+9
1+3+10
1+3+5+10
1+4+7
1+3+6+9
1+4+8
1+3+6+10
1+4+9
1+4+7+9
1+4+10
1+4+7+10
1+4+8+9
1+4+8+10

TRANG 24


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

I
Tổ
hợp
II
cơ
bản
1 III
I

Tổ
hợp
II
cơ
bản
2 III

GVHD :Th.s Lưu Đức Huân

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CÁC TRƯỜNG HỢP NGUY HIỂM
B
C cột trên
C cột dưới
A
386.51(1+10)
Mmax
N t-ư
46.51
-110.76(1+10)
-32.28(1+10)
-104.37(1+3)
Mmin
-376.93(1+9)
N t-ư
33.41
36.72
432.82
46.51
61.49 (1+2)
64.8(1+2)

432.82(1+3)
442.61(1+3)
N max
M+
20.22
M-42.52
-24.88
-104.37
50.96(1,3,5,9)
Mmax
447.7(1,4,8,10)
N t-ư
36.72
159.31
-136.16(1,4,6,8)
-120.3(1,3,5,10) -385.8(1,3,5,9)
Mmin
N t-ư
393.22
33.41
403.01
58.68(1,2,4,6)
61.99(1,2+..)
418.5(1,2,3,6)
428.3(1,2,3,5)
N max
M+
15.66(1,2,3,5)
84.32
M-74.74

-15.13(1,2,4,8)
-109.3

Lực cắt lớn nhất tại chân cột (1+7): QA=60.4(kN)
Tính trọng lượng cột sơ bộ: GC  gc hc với g c 

N

Kf  c

Trong đó :
N :lực dọc trong cột
K: Hệ số momen làm tăng tiết diện cột, (0.25-0.3) đối với cột trên, (0.4-0.5) cột dưới.
: Hệ số cấu tạo làm tăng tiết diện cột (1.4-1.8).
Vậy trọng lượng sơ bộ các cột là:
58.68
1.8  78.5  3.3  0.52(kN ) Chọn Gcột trên= 1(kN).
Cột trên : GC  gc hc 
0.25  21104
418.8
1.8  78.5  9.75  6(kN ) . Chọn Gcột dưới = 7(kN).
Cột dưới: GC  gc hc 
4
0.4  2110

V. THIẾT KẾ CỘT
1. Xác định chiều dài tính toán cột
 Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung.
Ta có:

Ki 

ict I ct H d 1 9.75

 
 0.369 ; t  Ncd  410.01  11.91 .
icd I cd H t 8 3.3
N ct
34.41

C

H ct
H cd

I cd
3.3
8


 0.277
I ct t 9.75 11.91

Theo bảng tra D3 TCVN 5575: 2012 ta được cd  1.783  ct 
Chọn ct  3 .
SVTH : ĐỖ VĂN TÍN - 81003401

1.783
 6.43
0.277

TRANG 25