Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 1
I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1. Số liệu thiết kế
Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết
kế:
 Nhịp khung: L = 24 m.
 Bước khung: B = 7.5 m; toàn bộ nhà dài 15B = 112.5 m.
 Sức trục: Q = 8 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc
trung bình.
 Cao trình đỉnh ray: H
1
= 9 m.
 Vùng gió: IIIB
 Dạng địa hình xây dựng công trình: B
 Chiều cao dầm cầu trục: h
dct
= 0.75 m; Chiều cao ray: h
r
= 0,15 m.
 Nhịp cửa trời: L
ct
= 4 m
 Chiều cao cửa trời: H
ct
= 2 m
 Mái lợp tôn múi dày 0,51mm
 Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 35mm) hoặc tương đương.
 Bê tông móng cấp độ bền B15.
 Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, thưng tôn ở phía trên.

0
(tương đương i = 17 %). Do tính chất làm việc của
khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực
trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu
tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 
0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi.
Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa
trời là 2m và chiều rộng cửa trời là 4m.

Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang
1.1. Kích thước theo phương đứng
 Chiều cao cột dưới:
d1 dctr ch
HH(h h)h  
Trong đó: H
1
= 9 m là cao trình đỉnh ray
h
dct
= 0.75 m là chiều cao dầm cầu trục

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 3
h
r
= 0.15 m là chiều cao ray
h
ch
= 1 m là chiều sâu chôn chân cột
H

h H 11.4 0.76 1.14 m
10 15 10 15

   




Chọn h = 75 cm
- Bề rộng tiết diện cột:



b 0.3 0.5 h 0.3 0.5 75 22.5 37.5cm::
và
11 11
b H 1140 38 57cm
20 30 20 30

  



Chọn b = 30 cm
- Chiều dày bản bụng t
w
nên chọn vào khoảng (1/70  1/100)h. Để đảm bảo điều kiện
chống gỉ, không nên chọn t
w
quá mỏng: t

f
= 2 cm
Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột:
1
(2. )
2
ZLhS

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 4
Trong đó: L - là nhịp nhà ; h - là chiều cao tiết diện cột; S - là nhịp cầu trục

min
1
Z 24 2 0.75 22 0.25m Z 0.16m
2
 
Thỏa mãn điều kiện an toàn.
b. Tiết diện xà mái
- Chiều cao tiết diện nách khung:
1
11
h L 24 0.6m
40 40


Chọn h
1
= 75 cm.
- Bề rộng tiết diện nách khung : b = (01/2  1/5)h

w
> 6mm.

w
11 11
t h 75 0.75 1.07cm
70 100 70 100

   

Chọn t
w
= 1 cm
- Chiều dày bản cánh t
f

1
b
30

f
1
t301cm
30
  
Chọn t
f

thì chiều cao tiết diện
dầm vai tại ngàm:
h
dv
= 30 + 25xtg20
0
= 39.1 (cm)
Chọn h
dv
= 42 (cm) ( Z= 25cm).
+ Bề rộng tiết diện vai cột: b
f
= 30 cm
+ Chiều dày bản bụng vai cột: t
w
= 0.8 cm
+ Chiều dày bản cánh vai cột: t
f
= 1.2 cm
d. Tiết diện cửa trời
+ Chiều cao tiết diện cột cửa trời: h
c_ct
= 20 cm
+ Bề rộng tiết diện cột: b
c_ct
= 10 cm
+ Chiều dày bản bụng: t
w
= 0.8 cm
+ Chiều dày bản cánh: t


Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 6

Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột
Hệ giằng mái:
Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Hệ giằng mái
bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có
độ mảnh
max
200 . Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện 25, thanh chống chọn
2C20. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho
xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén). Khi khung chịu tải gió, cánh
dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà
gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên. Tiết diện thanh chống chọn L50x5,
điểm liên kết v
ới xà gồ cách xà 800 mm. Ngoài ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện
2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép.

Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 7

Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ
2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung
2.1. Tải trọng thường xuyên
- Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái:
Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái: g
tc

tc
xB = 1.1x12x7.5 = 99 daN/m
- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục:
G
dct
=
2
dct dct
.L = 30x7.5
2
= 1687.5 daN
Trong đó:
dct

= 30 hệ số trọng lượng bản thân.
- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: G
dh
= 500 daN (lấy theo kinh nghiệm) Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 8
Bảng 2.1. Tĩnh tải mái
STT Loại tải
Tải trọng
tiêu
chuẩn

tt
= n
p
x30xB
- Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cos:
p = 30xBxcos
α = 30x7.5xcos(10) = 221.58 daN/m
p
tt
= n
p
x30xBx cosα = 1.3x30x7.5xcos(10)= 288.05 daN/m
Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái
STT Loại tải
Tải trọng
t. chuẩn
Hệ số
vượt tải
Tải trọng
tính toán
Bước
khung
Tổng tải
trọng
(daN/m
2
) (daN/m
2
) (m) (daN/m)
1 Sửa chữa mái 30 1.3 39 7.5 295.5

Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ tính toán:
+ Nhịp: L
0
= 24 m
+ Chiều cao: H
c
= 11.436 m; h
m1
= 1.757m; h
m2
= 1.670 m; h
m3
= 0.93 m
Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào góc
α, tỉ lệ B/L

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 10
(B- chiều dài toàn nhà) và H/L được giá trị C
e
:
C
e1
= - 0.548 ; C
e2

920.68
2 Mái đón gió 125.0
1.051
-0.472 1.2 7.5
-557.89
3 Cột cửa trời đón gió 125.0
1.078
0.700 1.2 7.5
848.77
4 Mái cửa trời đón gió 125.0
1.088
-0.548 1.2 7.5
-670.36
5 Mái cửa trời hút gió 125.0
1.088
-0.424 1.2 7.5
-518.77
6 Cột cửa trời hút gió 125.0
1.078
-0.600 1.2 7.5
-727.52
7 Mái hút gió 125.0
1.051
-0.500 1.2 7.5
-591.24
8
Cột hút gió
125.0
1.023 -0.500
1.2 7.5

Tổng tải
trọng
daN/m
2
m daN/m
1 Cột khung 125.0
1.023
-0.400 1.2 7.5
-460.34
2 Mái 125.0
1.051
-0.700 1.2 7.5
-827.73
3 Cột cửa mái 125.0
1.078
-0.400 1.2 7.5
-485.01
4 Cửa mái 125.0
1.088
-0.700 1.2 7.5
-856.74
* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung.
2.4. Hoạt tải cầu trục
a) Áp lực đứng:
- Thông số cầu trục: Cầu trục hai dầm kiểu ZLK; Sức trục: Q = 8 tấn; Nhịp cầu trục: S =
22m.
Tra trong catalog cầu trục có:
+ Bề rộng cầu trục: B
ct
= 3850 mm

độ ở gối bằng 1.
y
1
= 1; y
2
= 0.573 ; y
3
= 0.913 ; y
4
= 0.487  yi = 2.973

Bảng 2.5. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột
STT Loại tải P
c

y
i

n n
c

Tổng
(daN)
1 D
max
5900.0 2.973 1.1 0.85
16402.393
2 D
min
1860.0 2.973 1.1 0.85

2
)800981,0*10000.(05,0
1



c
T
daN;

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 13

c
c
1
i
TnnT y
.



Bảng 2.6. Lực hãm ngang
STT Loại tải T
c
1

y
i


gồ:
c
cc
m
pxagog
g.n
q(p.n ).dg .n
cosα
 
(
Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái
được chia cho hệ số cos

)
Trong đó:
c2
m
g8(daN/m) : trọng lượng mái tôn;
p
c
= 30 (daN/m
2
): hoạt tải sửa chữa mái;
d: khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang,

d1.2xcosα 1.2xcos10 1.182(m) 

c
xago
g13.3(daN/m)

 



- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y:

c
x
q

= q
c
xsin 
c
x
q

= 58.35xsin10
0
= 10.3 daN/m

c
y
q

= q
c
xcos 
c
y

q.B
70.2x7.5
M 493.566(daN.m)
88
 

2
2
x
y
q.B
12.38 * 7.5
M 21.757(daN.m)
32 32
 
* Kiểm tra bền theo công thức:
 = 
x
+ 
y
=
γ
y
x
c
xy
M
M
f.
WW












Trong đó:
B
x

và
B
y

là độ võng tương đối theo phương x và phương y do
c
x
q và
c
y
q
gây ra;
Δ 1
B200



- Độ võng tương đối tại giữa nhịp theo phương y:

Δ
c3
23
yy
6
x
5.q .B
5x57.47x10 x750 1 1
B 384.E.I 384x2.1x10 x545 362 200

  (Thỏa mãn)
- Độ võng tương đối tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0.21B =1.575m:

Δ
c3
23
xx
6
y
q.B
10.13x10 x750 1
B 2954.E.I 2954x2.1x10 x57.5 8344

 ;

Δ
c3


y,gió
0
0
0
1.180
q 0.7 125 1.088 1.2
cos10
1.182
0.9 (8 13.3) cos10 116.782(daN / m)
cos10
  
   

- Tải trọng gió tiêu chuẩn:

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 16

c
y,gió
0
0
0
1.180
q 0.7 125 1.088
cos10
1.182
0.9 (8 13.3) cos10 93.936(daN / m)
cos10

116.782 * 7.5
M 821.125(daN.m)
88

 

2
2
x
qx
qB
3.579 * 7.5
M 6.291(daN.m)
32 32

 

σ
22
gió
x
xy
2
M
M
821.125 10 6.291 10
W W 77.8 13.3
1102.732(daN / cm )

 

p
g.n
q(p.n ).d
cosα


0
81.1
q (30 1.3 ) 1.182 56.65(daN / m)
cos10

  
+ Tải trọng gió tính toán (không tính trọng lượng của xà gồ):

α
αα
c
y,gió e 0 m
dd
qC.W.k.n. 0,9.(g.).cos
cos cos


y,gió
0
0
0
1.182
q 0.7 125 1.088 1.2
cos10

2
; ρ = 7850 daN/m
3 Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 18 Hình 4.2. Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán

b) Sơ đồ chất tải trọng Hình 4.3. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

Đồ án kết cấu thép 2
BM Công trình Thép Gỗ - 19 Hình 4.4. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung
Hình 4.5. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái
trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp n
c
=1). Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do
tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp n
c
= 0,9). Tại mỗi tiết
diện tìm được 3 cặp nội lực:
- Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất M
max
và lực nén, lực cắt tương ứng N
tư
, V
tư
;
- Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất M
min
và lực nén, lực cắt tương ứng N
tư
, V
tư
;
- Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất N
max
và mô men, lực cắt tương ứng M
tư
, V
tư
;
Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng 4.1 - 4.4.


BM Công trình Thép Gỗ - 25
Bảng 4.1. Nội lực cột (đơn vị kN, kNm)

n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n
c
= 0.9 n
c
= 1 n

Loại tải trọng
T.Trọng
thường
xuyên
Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải
D
max
cột trái D
max
cột phảiT
max
cột trái
A
C
d
C
t
B
Cột