ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP
MỘT TẦNG, MỘT NHỊP
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN THỊ THANH THUÝ
SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN ĐOÀN KHUÊ
NGÀY GIAO ĐỒ ÁN: 20/02/2014 NGÀY NỘP ĐỒ ÁN :07/04/2014
SỐ LIỆU ĐƯỢC GIAO
1. Số liệu riêng:
- Nhịp khung L (m) = 24 m
- Sức trục Q (tấn) = 100 T
- Cao trình đỉnh ray H
1
(m) = 10,0 m
- Áp lực gió tiêu chuẩn Wo = 125 (daN/m
2
) ( Phù Cát – Bình Định – III.B)
2. Số liệu chung :
- Bước khung : B = 6 m
- Chiều dài nhà : 17B
- Chiều cao dầm cầu trục H
dct
= 700 mm.
- Chiều sâu chôn cột dưới cốt
0,000
±
: H3 = 800 mm.
- Số cầu trục làm việc trong xưởng : 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình.
- Vật liệu thép : BCT3, hàn tay. Que hàn N46 hoặc tương đương.
- Các lớp bên trên bao gồm :
Mái panel sườn BTCT 1,5x 6 m ( gc = 150 daN/m )

ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
I. CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU
1. Chọn sơ đồ khung ngang:

+0,00m
60006000
+14,000m
+17,400m
+19,90m
Q=100T
+9,800m
H
t
=4900 2200
L=24000
H=14000
H
1
=10000 H
2
=4000
A
B
H
c
=3700
6000 6000 500500
H
3
=800

(mm)
K/C
T
Bề
Rộng B F
Bánh
Xe
con L1
B1
Trọng Lượng
Áp lực bánh
xe lên ray
Xe con
Cầu
Trục
P
1
P
2
22 KP-120 3700 4560 8800 250 4400 400 43 125 42 43
b. Đường ray.
Theo bảng IV.7 với ray loại KP-120 ta có:
Bảng 2: Các số liệu về ray
Loại ray
khối lượng
1m dài KG
kích thước, mm
H B b b1 a d
KP-70 118,1 170 170 120 129 45 44
c. Kích thước theo phương thẳng đứng

1
=10000 mm; khoảng cách từ mặt nền đến đỉnh ray.
- Chiều dài phần cột trên:
H
t
= H
2
+ H
DCT
+ h
r
H
t
= 4000 + 700 + 200 = 4900 (mm).
Trong đó:
- H
DCT
= 700 (mm)
- h
r
: Chiều cao ray và đệm sơ bộ chọn bằng 200 mm
- Chiều dài phần cột dưới:
H
d
= H – H
t
+ H
3
H
d

≥
B
1
+ ( h
t
– a ) + D
Với:
o Q = 100 T
→
a = 500mm : khoảng cách từ mép ngoài tới trục định vị.
o D = 75 (khe hở an toàn giữa cầu trục và cột lấy bằng 60-75 mm )
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 4
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
→
λ
= 1000 > B
1
+ ( h
t
– a ) + D = 400 + (500 - 500) + 75 = 475 (chấp nhận được )
- Chiều rộng tiết diện phần cột dưới:
Theo yêu cầu về độ cứng:
h
d
= (1/15
→
1/20)H; ( H = H
t
+ H

H
gd
= 2200+(1/10) x (24000/2) = 3400 mm.
Cấu tạo cửa mái :
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 5

B
A

1

2

3

4
5

6

7

8

9
10 11 12 13 14
15
16 17
18

Lấy H
k
= 1,5 m; H
k
= (1/10 – 1/15)L
cm
4. Hệ giằng
a. Hệ giằng mái:
- hệ giằng cánh trên
Bố trí trong mặt phẳng cánh trên của dàn thành các thanh chéo chữ thập và các thanh
chóng dọc nhà.
500 5500 6000 5500 500
102000
24000
B
A
2
3 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16 17

6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
Hình 4: Bố trí hệ giằng cánh dưới
b. hệ giằng đứng
- Nằm trong mặt phẳng các thanh đứng.
- Được bố trí ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dưới. ( Thường bố trí
ở giữa giằng và hai đầu gối tựa ).
Hình 5: Bố trí hệ giằng đứng
c. hệ giằng cột:
- Hệ giằng cột có ở cột trên và cột dưới.
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 7
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
- Ở cột trên bố trí giằng ở những ô có giằng cánh trên và giằng cánh dưới.
- Khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng (tấm cứng) gần nhất là : 75 m vậy chỉ
cần bố trí giằng cột dưới ở giữa nhà là đủ (chiều dài nhà : 102 m )
Hình 6: Bố trí hệ giằng cột
II. TÍNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
1. Tải trọng tác dụng lên dàn
a. Tải trọng tác dụng thường xuyên (tĩnh tải)
- Tải trọng do mái:
- Đổi ra N/m
2
mặt bằng cách chia cho cosα với α là góc dốc:
i=1/10; cosα=0,995
- Tính tải trọng mái dựa vào cấu tạo các lớp mái cụ thể gồm các lớp cho trong
bảng sau.
Bảng 3: Tính toán tải trọng các lớp cấu tạo mái
Cấu tạo các lớp mái
Tải trọng tiêu
chuẩn daN/m

m
c
= 424/cosα = 424/0,995 = 426 kg/m
2
mặt bằng(mb).
g
m
tt
= 489,2/0,995 = 491,66 (kg/m
2
mb).
- Tải trọng do trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng:
Theo công thức kinh nghiệm ta có:
c
d
g
=1,2α
d
L daN/ m
2
mặt bằng
tt
d
g
=n(1,2α
d
L) daN/ m
2
mặt bằng
Trong đó:

ct
= nα
ct
L
ct
daN/m
2
mặt bằng.
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 9
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
Trong đó:
- α
CT
=0,5: Hệ số cấu tạo dàn.
- L
ct
=12m: Nhịp của cửa trời.
- n=1,1: Hệ số vượt tải.
→
g
ct
=1,1 x 0,5 x 12 = 6,6 (kg/m
2
mb).
- Trọng lượng cánh của trời và bậu của trời:
Trọng lượng cửa kính: g
k
c
=40 kg/m

ct
ttr
= g
ct
L
ct
B = 6,6 x 12 x 6 = 475,2 daN.
→
Ta quy tải trọng tập trung do trọng lượng kết cấu cửa trời, trọng lượng kết cấu
cánh cửa và bậu cửa về tải phân bố trên mặt bằng nhà :
ttr tt
tt 2
ct cb
cm
(P + 2×P )
(475,2 + 2×1056)
g 17,97daN/ m
L×B 24×6
= = =
- Vậy tải trọng tác dụng thường xuyên phân bố trên mặt bằng mái là:
tt tt tt
m d cm
g = B×(g + g + g ) =6×(491,66 + 25,344 +17,97) = 3209,84daN/ m

b. Tải trọng tạm thời (Hoạt tải)
Hoạt tải tạm thời lấy theo tiêu chuẩn VN 5574-2012:
P
C
=75 g/m
2

b. Do trọng lượng dầm cầu trục
Tính theo công thức kinh nghiệm sau:
dct dct
2
dct
G = L n× ×
α
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 11
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
G
dct
= 40 x 6
2
x 1,1 = 1584 daN
Trong đó:
o α
dct
= 35 - 47 với cầu trục sức trục Q > 75 (t), lấy α
dct
= 40
o n=1,1; Hệ sốvượt tải.
o L
dct
là nhịp của dầm cầu trục L
dct
= B = 6m.
c. Do áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục
Áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột.
Tải trọng đứng của dầm cầu trục lên cột được xác định do tác dụng của 2 cầu trục

c
2max
(T)
P
c
1min
(T)
P
c
2min
(T)
Xe con
(T)
Cầu Trục
(T)
42 43 25 24 43 125
Tải trọng áp lực thẳng đứng của bánh xe cầu trục tác dụng lên cột thông qua
dầm cầu trục được xác định bằng cách dùng đường ảnh hưởng của phản lực gối tựa
của dầm và xếp các bánh xe của hai cầu trục sát nhau ở vào vị trí bất lợi nhất.
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 12
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
Áp lực lớn nhất D
max
(daN) và nhỏ nhất D
min
(daN) do các dầm cầu trục tác
dụng lên cột được xác định nhờ đường ảnh hưởng của phản lực tựa của hai dầm cầu
trục ở hai bên cột: (Các khoảng cách được xác định trong hình vẽ)
D

Trong đó:
 n=1,2 ;Hệ số vượt tải.
 n
c
= 0,85; Hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ nhẹ hoặc trung
bình.
 y
i
: tung độ đường ảnh hưởng phản lực.

Hình 8: Biếu đồ đường ảnh hưởng
→
Từ biểu đồ ta tính được:
D
max
=1,2 x 0,85 x (42 x 0,1 + 43 x 2,863) = 129,855 T.
D
min
=1,2 x 0,85x (25 x 0,1 + 24 x 2,863) = 72,636 T.
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 13
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
Các tải trọng và đặt vào trục nhánh đỡ dầm cầu trục của cột, nên lệch tâm đối với
trục cột dưới một đoạn e ~ h
d
/2 = 1,5/2=0,75. Do đó tại vai cột có sinh ra momen
lệch tâm: M
max
= D
max

 n
0
: là số bánh xe ở một bên cầu trục ; n
0
= 4.
 Q : là sức trục ; Q = 100 T
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 14
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
Các lực ngang T
c
1
truyền lên cột thành lực T dặt ở cao trình dầm hãm. Giá trị cũng
xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định D
max
,D
min
T=n. n
c
.∑ T
1
c
.yi =1,2 x 0,85 x 1,7875 x (0,1 + 2,863) = 5,444 T
A B BA
a: Sơ đồ tính Tmax trái b:sơ đồ tính Tmax phải
Hình 10: Sơ đồ chất tải của tải trọng ngang cầu trục
3. Tải trọng gió tác dụng lên khung
Tải trọng gió được xác định Theo TCVN 2737 - 1995. Khi nhà công nghiệp
một tầng một nhịp, có chiều cao < 36m chỉ kể tới tác dụng của thành phần gió tĩnh.
Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :

Trong đó:
 n=1,2; Hệ số vượt tải.
 α= 1,04 khi H < 15m; hệ số kể đến độ cao để quy về tải phân bố đều.
 B=6m. bề rộng bước khung.
 C,C’:Hệ số khí động phía đón gió, phía hút gió phụ thuộc hình dạng công trình
lấy trong Bảng V.1 phụ lục V.Các giá trị của C,C’ tương ứng cho trên sơ đồ.
 Lấy k = 1,00; hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao nhà, lấy tại độ
cao h = 10m.
qh
qd
2200
24000
W1
W2
-0,636
0,7
-0,8
-0,6
-0,6
-0,5
0,8
-0.6
+10,00
+14,00
+16,20
+19,90
+0,00
-0,80
0,8
A B

.k.B.
∑
(C’i x hi)
Trong đó :
 hi : chiều cao từng đoạn có các hệ số khí động Ci ; C’i.
 Trong khoảng từ 14,0m đến 19,9m hệ số ‘k’ lấy trung bình của hai giá trị
tương ứng ; k = (1,064+1,129)/2 = 1,0965
→
Phía gió đẩy:
d
W
=n.
0
W
tc
.k.B.
∑
(Ci x hi)
d
W
=1,2x125x1,0965x6 x
[
2,2x0,8 + 0,6x(-0,636) + 0,7x2,5 + 0,6x(-0,8)

]
d
W
=2613,57 daN
→
Phía gió hút :

P=5,85 K/m
A=385,18 kN
A'=70,2 kN
A=385,18 kN
A'=70,2 kN
2200
24000
A B
Wd=26,14KN Wh=34,34 KN
+10,00
+14,00
+16,20
+19,90
+0,00
-0,80
Dmax = 129,855 T
Dmin = 72,636 T
Mmax = 97,39 T.m
Mmin = 54,477 T.m
T = 5,444T
Gdct = 1,584 T
qh=5,616 KN/m
qd=7,488 KN/m
Hình 13: Sơ đồ chất tải cho toàn bộ khung ngang
III. GIẢI KHUNG TÌM NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
1. Các giả thiết tính toán
- Thay dàn vì kèo bằng xà ngang có độ cứng tương ứng đặt tại thanh cánh dưới
dàn. Cột được ngàm ở bản đế chân cột. Chiều cao cột tính toán tính từ chân
cột dưới đến thanh cánh dưới dàn.
- Khi tính toán khung đối xứng với tải trọng thẳng đứng đối xứng tác dụng trực

(h14.b)
2. Sơ đồ tính khung ngang :
Tìm nội lực tại 4 tiết diện : A, C
d
, C
t
, B.

b
A
B
A
C
t
C
d
J
d
J
2
J
1
a: Sơ đồ khung ngang b:sơ đồ tính mômen lệch tâm
Hình 14: Sơ đồ tính khung ngang
3. Toán nội lực khung
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 20
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
 Chọn sơ bộ tỉ số độ cứng giữa các bộ phận khung
Dựa theo kinh nghiệm chọn :

J
-1 = 8 -1= 7
J
VËy:
6
1,53
1 1,1 7
=
+ ×

< υ = 2,698. Vậy thỏa mãn điều kiện để xà ngang có
độ cứng vô cùng.
 Dùng phương pháp chuyển vị, với ẩn số là góc xoay ϕ
1
, ϕ
2
& được chuyển vị
ngang ∆ ở đỉnh cột. Để tránh nhầm lẫn quy ước mômen như sau: mômen dương
khi làm căng thớ bên trong của xà và cột biên.
a. Tính khung với tĩnh tải phân bố đều trên xà ngang:
- Thành phần mômen không kể tới độ lệch trục cột do tải trọng phân bố đều trên
dàn gây ra :
Khung đối xứng & tải trọng đối xứng nên:
∆ = 0 & ϕ
1
= ϕ
2
= ϕ → ẩn số là 2 góc xoay ở nút khung.
Phươnh trình chính tắc: r
11

a: Sơ đồ tính khung ngang b:Biểu đồ mômen (KNm)
Hình 15: Sơ đồ tính, biểu đồ mômen khung với tĩnh tải phân bố trên dàn
- Mômen uốn ở đầu xà khi do góc ϕ=1 (Coi như thanh tiết diện không đổi hai
đầu ngàm bị xoay) gây ra:
xa
B
M
=
d
2× E×J
L
- Mômen ở đầu cột khi hai góc xoay ϕ=1 xác định theo công thức bảng III.1
phụ lục:
côt
1
B
-4C E×J
M = ×
K H
→Tính các trị số:
H = H
d
+ H
tr
= 9,9 + 4,9 = 14,8

η
=
1
2

= 1 + 0,331
4
×7 = 1,08
K = 4AC - 3B
2
= 4×3,32×1,25 - 3×1,08
2
= 7,27
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 22
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
→Tính mômen tại các tiết diện:
xa
B
M
=
d
1
1
2×E×J
2×E×35J
= = 0,365EJ
L 24×8
côt
1 1
B
1
4C E×J 4×1,25 E×J
M = × = × = 0,0465EJ
K H 7,27 14,8

ϕ
1p
11 1 1
R
1540,8 3744,35
= - = =
r 0,4115E×J E×J

→Mô men đỉnh cột :
M
B
cột
=
M
B
cột
× ϕ=
1
1
3744,35
-0,0465EJ × = -174,11(KNm)
EJ
M
B
xà
=
M
B
xà
× ϕ +

M = M + R ×H = -174,11+ 27,71×4,9 = -53,07(KNm)

Mômen tại chân cột:

cot
A B B
M = M + R ×H = -174,1+ 24,7×14,8 =191,46(KNm)
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 23
ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN KẾT CẤU NHÀ THÉP
- Mô men phụ sinh ra ở vai cột do sự lệch tâm của trục cột trên và trục cột dưới:
A
B
A
C
t
C
d
J
2
J
1
b
A
a: Sơ đồ tính b:Biểu đồ mômen(KNm)
Hình 16: Sơ đồ tính, biểu đồ mômen của thành phần mômen vai cột
Giá trị mômen tại vị trí vai cột do sự lệch trục của cột trên và cột dưới:
d tr
0 0
h - h

- + -´´´ ´
- - =´
R
B
=
( ) ( )
6 1 B A 1
( M)
K H
a a
é ù
- - - +´
-
ë û
´
R
B
=
( ) ( )
6 1 0,331 1,767 3,318 1 0,331
( 192,6)
19,03KN
7,271 14,8
− × − − × +
 
−
 
× = −
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 24

Dùng phương pháp cộng tác dụng ta được:
M
B
xa
= -174,1KNm
M
B
cot
= (-174,1) + 36,14 = -137,96 KNm
M
C
tr
= (-53,07) + (-57,71) = -110,78 KNm
M
C
d
= (-53,07) + 135,49 = 82,42 KNm
M
A
= 191,46 + (-52,9) = 138,56 KNm
b
A
Hình 17: Biểu đồ mômen khung do tĩnh tải phân bố trên dàn gây ra (KNm)
GVHD : Nguyễn Thị Thanh Thuý
SVTH : Nguyễn Đoàn Khuê 25