t.thép 2

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

THUYẾT MINH TÍNH TỐN
I.

SỐ LIỆU THIẾT KẾ
- Nhịp khung ngang : L = 24 m
- Bước khung
: B = 7,5 m
- Sức nâng cầu trục : Q = 10 T
- Cao trình đỉnh ray : H1 = + 7 m
- Độ dốc mái
: i = 10%
- Chiều dài nhà
: L = 120 m
- Phân vùng gió
: IA
- Địa hình
: B
- Mác thép CCT34s có cường độ: f= 21kN/cm2
fv= 12,18 kN/cm2
- Loại que hàn N42, khi tính tốn coi như hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường.
- Số lượng cầu trục nct= 2 cái.
- Bu lông liên kết và bu lông neo tự chọn.
- Bê tơng móng cấp độ bền B20.

II.

XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG

1. Lựa chọn dầm cầu trục, cầu trục, ray, lớp lót ray
a. Cầu trục
- Với nhịp nhà L= 24 m, sức trục Q = 10T < 30T thì khoảng cách từ mép ngồi
cột đến trục định vị a = 0mm, chọn L 1 = 750 mm. Ta chọn cần trục có các
thơng số sau:
Bảng các số liệu cầu trục
Sức
trục
(T)
10

Kích thước gabarit chính
LK
BK
KK
(m) (mm) (mm)
22,5 3900 3200

HK
(mm)
960

Zmin
(mm)

Pmax
(kN)

Pmin
(kN)

G
(T)

Gxc
(T)

180

70,7

21,1

8,36

0,803

b. Dầm cầu trục

Chiều cao dầm cầu trục chọn sơ bộ:
1 1 
1 1 
H dct =  ÷ ÷.B=  ÷ ÷.7,5=(0,75÷0,938)m
 8 10 
 8 10 

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

1

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Chọn H dct = 0, 75m
c. Ray và lớp lót ray
Lấy chiều cao ray và lớp đệm là

H r = 150 + 50 = 200

mm.

2. Xác định kích thước chính khung ngang
• Theo phương đứng:
- Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:

H 2 = H k + bk =

0,96 + 0,3 =1,26m
Với bk = 0,3 m - khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang
Chọn H2= 1,3 m
- Chiều cao của cột khung, tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:
H = H1 + H 2 + H 3 =

7+ 1,3 + 0 = 8,3 m.
H3 – phần cột chơn dưới nền, coi mặt móng ở cốt ±0,000 (H3=0)
- Chiều cao phần cột trên tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:
H t = H 2 + H dct + H r =

1,3+0,8 + 0,2 = 2,3m.
- Chiều cao phần cột dưới tính từ mặt móng đến vai cột:
Hd = H − Ht =

8,3-2,3=6 m.
• Theo phương ngang:
- Chiều cao tiết diên cột chọn theo yêu cầu về độ cứng:
1 1 
1 1 
h =  ÷ ÷H =  ÷ ÷8,3 = (0,55 ÷ 0, 415) m
 15 20 
 15 20 

Chọn h = 0,5 m.
- Chọn trục định vị trùng mép ngoài cột (a=0) → khoảng cách từ trục định vị
đến trục ray cầu trục:
λ=
-

L − Lk 24 − 22,5
=
= 0, 75m
2
2

Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:
z = -h =0,75-0,5 = 0,25 (m) > zmin=0,18 m
λ

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

2


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

i = 10%

i = 10%
+8.30
+7.0

+6.0

Q = 100KN
+0.00

24000

A

III.

B

THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI
1. Tải trọng
a. Tĩnh tải

- Chọn tấm lợp mái là tôn có qtc = 0,15

kN / m 2

- Chọn sơ bộ xà gồ chữ C mã hiệu 8CS2x085 có các thơng số:

SH thép

D
cm

B
cm

Xo
cm

8CS2X08
5

20

5,1

1,35

Jx
cm4
407,4
9

Wx
cm3

Jy
cm4

Wy
cm3

A
cm2

qtc
kN/m

40,15

23,52

6,31

7,1

0,0552

51
.8
R4

20

R4
.8

200

1.7

51

Cấu tạo xà gồ 8CS2x085
SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

3


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là a = 1,5 m.
1,5
= 1,507 m
o
cos
5,
71
Khoảng cách giữa các xà gồ:

Số xà gồ trên 1 bên mái là:
L
24
+1=
+1=9
2.a xg
2.1,507

Vật liệu

Đơn vị

Tấm lợp
Xà gồ

kN/m2
kN/m

Tải trọng
tiêu chuẩn
0,15
0,0522

Hệ số
vượt tải
1,1
1,05

Tải trọng
tính tốn

0,165
0,04548

b. Hoạt tải

Tải trọng hoạt tải xác định theo TCVN 2737-1995.
ptc = 0,3kN/m2, n = 1,3;
kN/m2
p tt = n × p tc = 1,3 × 0,3 = 0,39

c. Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải và hoạt tải:
tc
q tc = ( qmtc + p tc ).a xg + qxg
= (0,15 + 0,3).1,507 + 0, 0522 = 0, 73

kN/m

tt
q tt = (qmtt + p tt ).a xg + qxg
= (0,165 + 0,39).1,507 + 0, 0548 = 0,891

kN/m

2. TÍNH TỐN XÀ GỒ
Tải trọng tác dụng
Xét tải trọng tác dụng lên xà gồ theo hệ trục toạ độ Oxy có trục Ox tạo với phương
ngang 1 góc

8,53o

q tcy = q tc .cos 5, 71o = 0, 73.cos 5, 71o = 0, 726

kN/m

qxtc = qtc .sin 5, 71o = 0, 73.sin 5, 71o = 0, 073 kN/m
q tty = q tt .cos 5, 71o = 0,891.cos 5, 71o = 0,887

kN/m

qxtt = q tt .sin 5, 71o = 0,891.sin 5, 71o = 0, 089 kN/m

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

4


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

5,71°

x

q

qqy

y

x

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

5

y
x


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Kiểm tra điều kiện bền xà gồ:

σ td =

Mx My
+
≤ f .γ c
Wx Wy
tt

tt

qx

qy

7500

7500

mx

my
qb
M=
tt 32
y

x qb
M=
tt 8

2

2

Sơ đồ tính xà gồ

Mx =

q tty .B2
8

q ttx .B2 0,089.7,52
0,887.7,52
M

=
=
=0,156
=
=6,234
y
32
32
8
kNm;
kNm

M x M y 6,234.102 0,156.102
σ =
+
=
+
=18 kN/cm 2 <γ.f=21kN/cm 2
Wx Wy
40,15
6,31
td

Kiểm tra độ võng xà gồ:
tc
4
5 q y .B
5
0,726.7,54
Δy =

.
=
.
=0,035
384 E.I x 384 2,1.108 .407,49.10-8
m

Điều kiện kiểm tra:
Δ 0,035
∆ 1
=
=4,67.10-3 <   =
=5.10-3
B 7,5
 B  200

Đảm bảo điều kiện chịu lực và độ võng.
=>
IV.

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG
1. Tĩnh tải
Độ dốc mái i=10% nên α = 5,71 0 (sinα= 0,1; cosα=0,995).
a. Mái, xà gồ và các lớp cách nhiệt:

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

6

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Trên thực tế tải này truyền lên khung dưới dạng lực tập trung tại điểm đặt các
xà gồ, số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố lấy bằng
0,15kN/m2.
- Trọng lượng bản thân xà ngang chọn sơ bộ 1kN/m.
-

p tt =

n x g bt x B
1,1 x 0,15 x 7,5
+ γ g x g xg =
+1,05 x 1=2,294
cosα
0,995
kN/m

b. Tải trọng xà gồ tường và tấm tường:

Tải trọng xà gồ tường và tấm tường đưa về thành lực tập trung G tác dụng ở đỉnh
cột và bỏ qua mômen gây ra bởi độ lệch tâm.
G tt =n x g bt x B x H=1,1.0,15.7,5.8,3=10,271 (kN)
c. Tải trọng bản thân dầm cầu trục:
Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m. Quy thành tải tập
trung và mơmen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:
+ Lực tập trung vai cột:
=γ x g

xB

DCT
N g
=1,05.1.7,5 = 7,875 (kN)
+ Mômen vai cột:M =N.(λ - 0,5.h) = 7,875.(0,75 – 0,5.0,5) = 3,938 (kNm).

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

7


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

8


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

2. Hoạt tải
a. Hoạt tải sửa chữa
Theo TCVN 2737- 1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái
(mái lợp tôn) là 0,3 kN/m2, hệ số vượt tải là 1,3.

p tc = 0,3.7,5=2,25 kN/m; p tt = n.p tc = 1,3.2,25.cos(5,710 )=2,91 kN/m

2,91kN/m

2,91 kN/m

a)

b)

24000

24000

Hoạt tải mái trái
Hoạt tải mái phải
b. Tải trọng thẳng đứng cầu trục
Áp lực thẳng đứng lớn nhất do cầu trục truyền lên vai cột D max xác định theo đường
ảnh hưởng phản lực.
Bảng các số liệu cầu trục
Sức trục
(T)
10

Kích thước gabarit chính
LK
BK
KK
(m) (mm) (mm)
22,5 3900

3200

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

Zmin
(mm)

Pmax
(kN)

Pmin
(kN)

G
(T)

Gxc
(T)

180

70,7

21,1

8,36

0,803

HK
(mm)
960

9


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

3900

3900

P P

P
Y4=
0,,52

Y3=0,933 Y1=1,00

3600

3200

700

7500

P

Y2=0,567

3200

3600
7500

D max =n c .γ p .∑ Pmax .y i =0,85.1,1.70,7.(1+0,52+0,933+0,567)=199,636(kN).

D min =n c .γ p .∑ Pmin .y i =0,85.1,1.21,1.(1+0,52+0,933+0,567)=59,58(kN).

nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ nhẹ hoặc trung bình.
M max =D max .e=Dmax .(λ-0,5h)=199,636.(0,75-0,5.0,5)=99,818(kNm)

M min =D min .e=D min .(λ-0,5h)=59,58.(0,75-0,5.0,5)=29,79(kNm)

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

10


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

59,58 KN
29,79 KN.M

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

199,636KN

11


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Dmax lên cột trái

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

12


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

13


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Dmax lên cột phải
c. Hoạt tải do lực hãm ngang cầu trục

Theo bảng thông số về cầu trục:
1
Tmax
=

0,05.(Q+G xc ) 0,05.(100+8,03)
=
=2,7
n0
2
kN

Lực hãm ngang Tmax1 truyền lên cột được xác định theo đường ảnh hưởng như Dmax
1
Tmax =n c .γ p.Tmax
.∑ y i =0,85.1,1.2,7.(1+0,52+0,933+0,567)=7,624

kN

Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,75 m.

SVTH: Ngô Toàn – LỚP: 16X7

14

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

15


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Lực hãm lên cột phải

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

16


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

17

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Lực hãm lên cột trái
d. Tải trọng gió
-

Giá trị tính tốn của thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao z so với mốc
tiêu chuẩn tác dụng lên 1m 2 bề mặt thẳng đứng được xác định theo công thức:
q = n.Wo.k.C
W0 : Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn, W0 = 0, 65 − 0,1 = 0,55 kN/m2 (Gió I-A)
k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc theo dạng địa
hình; áp dụng dạng địa hình B, hệ số k được xác định:
+ Mức đỉnh cột, cao trình 8,3 m → k1 = 0,959

+ Mức đỉnh mái, cao trình 10,2 m → k2 = 1, 0032
- Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở xuống chân cột hệ số k lấy:
k1 = 0,959
- Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở lên đỉnh mái hệ số k lấy trung bình:
k1 + k2 0,959 + 1, 0032
=
= 0,981
2
2
o
Ce1 = −0,358 Ce2 = −0, 4 Ce3 = −0,5
C: Hệ số khí động: α = 5, 71
,
,

→
Hệ số vượt tải: n = 1, 2
k=

• Tải trọng gió lên cột:

Trên thực tế tải này truyền lên khung ở dạng lực tập trung tại điểm đặt các xà gồ,
số lượng lực tập trung > 5 nên ta có thể quy về tải phân bố.
q1tt =n.k1.cd .W0 .a=1,2.0,959.0,8.0,55.7,5=3,798
+ Phía gió đẩy:
kN/m
tt

q 2 =n.k1.c h .W0 .a=1,2.0,959.0,5.0,55.7,5=2,374 kN/m
+ Phía gió hút:
• Tải trọng gió lên mái:

+ Gió nửa trái:
+ Gió nửa phải:

q tt =n.k .c e1.W0 .a=1,2.0,981.0,358.0,55.7,5=1,738

kN/m
q tt = n.k .ce 2 .W0 .a = 1, 2.0,981.0, 4.0,55.7,5 = 1,942
kN/m

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

18

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

19


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

V. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG, TỔ HỢP NỘI LỰC
1. Sơ đồ tính kết cấu
-

Do sức nâng cầu trục không lớn lắm nên chọn phương án tiết diện cột khơng
đổi. Vì nhịp khung là 24 m nên chọn phương án xà ngang có tiết diện thay đổi
hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 4 m. Do nhà có cầu trục
nên chọn kiểu liên kết giữa cột khung và móng là ngàm tại mặt móng. Liên kết
giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng. Trục cột khung lấy
trùng với trục định vị để đơn giản hố tính tốn và thiên về an tồn.
Sơ đồ tính khung ngang như hình vẽ:

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

20

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

1900

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

+ 8.30

2300

+ 6.00

+ 0.00

4000

8000

8000

4000

24000

I1

I2

I2

I2

Đoạn xà 2

6000

Đoạn xà 1

vi tri thay đổi
tiet diƯn xµ

I1
I1

Giả thiết cột có kích thước như sau:
H=8300 mm, h=500 mm, b=250 mm, tw = 7mm, tf =10mm
- Xà ngang có kích thước:
Đầu xà: h=500mm, b=250mm, tw= 7mm, tf= 10mm
Đỉnh xà: h=300mm, b=250mm, tw= 7mm, tf= 10mm
-

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

21


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Giữa xà: h=300mm, b=250mm, tw= 7mm, tf= 10mm
2. Xác định nội lực khung
Sử dụng phần mềm Sap2000 ta xác định được nội lực c ác phần tử thanh ứng với các
trường hợp tải.
Biểu đồ nội lực tương ứng với các tổ hợp tải:
3. Tổ hợp nội lực
Từ kết quả tính tốn nội lực như trên ta tiến hành lập bảng tổ hợp nội lực để tìm ra
trường hợp nội lực bất lợi nhất để tính tốn tiết diện khung. Với cột ta xét 4 tiết
diện: đầu cột, vai cột (2 tiết diện), chân cột. Với xà ngang ta xét tiết diện: đầu xà,
đỉnh xà.
Tại mỗi tiết diện có các trị số M, N, V.
Ta xét 2 loại tổ hợp
Tổ hợp cơ bản 1: gồm tĩnh tải và 1 hoạt tải.
Tổ hợp cơ bản 2: gồm tĩnh tải và nhiều hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp 0,9.
Kết quả cụ thể được ghi trong bảng tổ hợp.
Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần
mềm SAP2000.
Kết quả tính tốn được thể hiện dưới các biểu đồ.

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

22


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Momen, lực dọc, lực cắt do tĩnh tải

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

23


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

SVTH: Ngơ Tồn – LỚP: 16X7

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

24


ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 2

GVHD: TS. Chu Hoàng Anh

Momen, lực dọc, lực cắt do hoạt tải cả mái

SVTH: Ngô Toàn – LỚP: 16X7

25