Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam TKMH:KCT 1
Khoa Công Trình Thuỷ
***^^^^^***
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
1.Số liệu thiết kế:
Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệu cho
trước như sau:
- Chiều dài nhịp: L= 18m
- Cao trình đỉnh ray: H
1
= 15m
- Số cầu trục làm việc trong xưởng: 2
- Kết cấu mái: vì kèo chữ I
- Sức trục: Q= 10T
- Bước cột: B=9m
- Số bước khung: n= 23
- Địa điểm xây dựng: Lâm Đồng
- Kết cấu bao che: tôn mạ màu.
- Vật liệu thép mác CCT34 có cường độ
(f=21KN/cm
2
,f
v
=12KN/cm
2
,f
c
=32KN/cm
2
)
Hàn tay, dùng que hàn N46

=15m là cao trình đỉnh ray
H
3
=(0,6
÷
1)m là phần cột chôn dưới nền
Chọn H
3
=0,6m
- Chiều cao cột trên, tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:
H
t
=H
2
+H
dct
+H
ray
=1,3+1+0,2=2,5(m)
Trong đó: H
dct
là chiều cao của dầm cầu trục được chọn sơ bộ như sau
H
dct
=
1 1
8 10
 
÷
 ÷

α
=
2
18
.0,1= 0,9(m)
Với tg
α
=i
***^^^^^***
Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Quốc Vinh Trang 1
Lớp:XDD50-ĐH2
Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam TKMH:KCT 1
Khoa Công Trình Thuỷ
***^^^^^***
Q
A B
H
t
H
d
H
1
H
2
H
3
H
H
ct
L

K
= 16,5(m)
- Do sử dụng cột có tiết diện thay đổi nên chọn tiết diện cột theo yêu cầu về độ cứng
như sau:
+ Chiều cao tiết diện cột dưới:
h
d
=






÷
15
1
10
1
.H
d
=






÷
15







÷
35
1
20
1
. b
d
=






÷
35
1
20
1
0,5=
( )
014,0025,0
÷
(m)

70
1
.1 (m)
Chọn t
w
=12mm
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột trên:
+ Chiều cao tiết diện: h
t
= 0,5m
+ Bề rộng tiết diện cột: b
t
= 0,25m
+ Chiều dày bản cánh: t
f
= 0,02m
+ Chiều dày bản bụng: t
w
= 0,012m
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột dưới:
+ Chiều cao tiết diện: h
d
= 0,7m
+ Bề rộng tiết diện cột: b
d
= 0,5m
+ Chiều dày bản cánh: t
f
= 0,02m
+ Chiều dày bản bụng: t

2
= 0,4m
+ Bề rộng tiết diện: b = 0,25m
***^^^^^***
Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Quốc Vinh Trang 3
Lớp:XDD50-ĐH2
Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam TKMH:KCT 1
Khoa Công Trình Thuỷ
***^^^^^***
+ Chiều dày bản cánh xà: t
f
= 0,02m
+ Chiều dày bản bụng xà: t
w
= 0,012m
- Khoảng cách từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong của cột (z) không được nhỏ hơn
khoảng cách z
min
trong catalô cầu trục, để đảm bảo cho vướng cầu trục không vào cột khi
hoạt động. Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung:
z =L
1
-h
cột trên
=0,75-0,5=0,25(m)> z
min
=0,18(m)
25T
A B
18000

- Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu dàn, cột
- Làm cho dựng lắp an toàn, thuận tiện.
Hệ thống giằng của nhà xưởng được chia làm hai nhóm: giằng mái và giằng cột.
2.2.2.2.1.Bố trí hệ giằng mái.
Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương
ngang nhà tại hai gian đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ở một số gian
giữa nhà tùy thuộc vào chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bố trí không quá 5
bước cột. Bản bụng của hai xà ngang cạnh nhau được nối bởi các thanh giằng chéo chữ thập.
Các thanh giằng chéo này có thể là thép góc, thép tròn hoặc cáp thép mạ kẽm đương kính
không nhỏ hơn 12 mm. Ngoài ra, cần bố trí các thanh trống dọc bằng thép hình (thường là
thép góc) tại những vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà ( cột ), chân cửa mái…
Trường hợp nhà có cầu trục, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọc thép
đầu cột để tăng cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyền các tải trọng ngang
như tải trọng gió, lực hãm cầu trục ra các khung lân cận.
3000
242 3 4 5 6 7 8 9 2322212019181716151413121110
9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 90009000 9000 5008500
30003000300030003000
500 8500
18000
A
B
1
Hình 4. Hệ giằng mái (giằng cánh trên)
2.2.2.2.2.Bố trí hệ giằng cột.
Hệ giằng ở cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc,
chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Trong mỗi trục dọc một
khối nhiệt độ cần có ít nhất một tấm cứng; các cột khác tựa vào tấm cứng bằng các thanh
chống dọc. Tấm cứng gồm có hai cột, dầm cầu trục, các thanh ngang và các thanh chéo chữ
thập. Các thanh giằng cột bố trí suốt chiều cao của hai cột đĩa cứng: lớp trên từ mặt dầm cầu

+
16,3m
500 8500
1
Hình 5. Hệ giằng cột
2.3.Sơ đồ tính khung ngang:
Do sức nâng của cầu trục không lớn nên ta chọn phương án cột có tiết diện thay đổi với
độ cứng của cột dưới là I
1
và của cột trên là I
2
. Vì nhịp khung là L= 18m nên ta chọn phương
án xà ngang có tiết diện thay đổi hình nêm. Dự kiến vị trí thay đổi tiết diện cách đầu xà 3 m,
với độ cứng tương ứng đoạn đầu và cuối là I
2
và I
3
. Đoạn thứ 2 có độ cứng không đổi là I
3
và
dài 4m, điểm cuối cách đầu xà là 7m. Đoạn còn lại có độ cứng thay đổi lần lượt ứng với đầu
xà và cuối xà là I
3
và I
4
.
Do nhà có cầu trục nên coi liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm cứng tại cốt-0,6m
Liên kết giữa cột với xà ngang, liên kết tại đỉnh xà ngang và liên kết giữa các đoạn xà ngang
là cứng. Trục cột khung lấy trùng vớt trục định vị để đơn giản hóa tính toán.
18000

, sinα = 0,099 ,cosα=0,995.
Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng bản
thân kết cấu, trọng lượng các bộ phận chi tiết (mái tôn+xà gồ+giằng), trọng lượng bản thân
dầm cầu trục. Trong đó:
- Trọng lượng bản thân kết cấu: SAP tự tính
- Trọng lượng các bộ phận chi tiết(mái tôn+xà gồ+giằng) là 20kG/m
2
→ Tĩnh tải phân bố:

19005,1.
995,0
9.20
05,1.
cos
.20
==
α
B
(kG/m) =1,9 (kN/m)
- Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1 kN/m
→ Trọng lượng dầm cầu trục: G
dct
=1.B=1.9=9 (kN)
Hình 7. Sơ đồ tính khung với tĩnh tải.
3.2.Hoạt tải mái:
Theo TCVN 2737 -1995, trị số tiêu chuẩn hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái (mái
lợp tôn) là 0,3kN/m
2
và hệ số vượt tải n=1,3
Quy đổi về hoạt tải phân bố đều trên xà ngang: q

2
đối với vùng I.A, nên áp lực gió w
0
=0,55 kN/m
2
.
Căn cứ vào hình dạng mặt bằng nhà và góc dốc mái, các hệ số khí động có thể được xác
định theo sơ đồ trong bảng 6 TCVN 2737 -1995 kết hợp nội suy ta tính được C
e1
= -0,6705 ;
C
e2
= -0,4812 ; C
e3
= -0,4812.
- Tải trọng tác dụng lên cột :
• phía đón gió : q
đ
=n.w
o
.k.C
e
.B
• phía khuất gió: q
kh
=n.w
o
.k. C
e3
.B

α
, lấy như sau:

H
α
=1 nếu H
≤
10m

H
α
=1,04 nếu H=10
÷
15m

H
α
=1,1 nếu H=15
÷
20m
Cụ thể ở đây, chiều cao cột tính từ mặt nền đến đỉnh cột là 16,3m nên ta nhân trị số của q
với 1,1 để quy đổi thành tải trọng phân bố đều trên suốt chiều cao của cột.
 q
đ
=1,1.5,95=6,55 (kN/m)
 q
kh
=1,1. (-3,58)=-3,94(kN/m)
- Tải trọng tác dụng lên mái:
• phía đón gió : q

cao
gabarit
H
K
(mm)
Khoảng
cách
Z
min
(mm)
Bề rộng
gabarit
B
K
(mm)
Bề rộng
đáy
K
K
(mm)
Trọng
lượng
cầu trục
G(T)
Trọng
lượng
xe con
G
xe
(T)

i

D
min
=n.n
c
. P
min
.
∑
y
i

Trong đó :
n=1,1 là hệ số độ tin cậy
n
c
là hệ số tổ hợp xét đến xác suất xảy ra đồng thời của nhiều cầu trục
n
c
=0,85 khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ làm việc trung bình
P
max
=63,3kN là áp lực lớn nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray, tra catalô
cầu trục
P
min
=15,2 kN là áp lực nhỏ nhất tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray ở phía
cột bên kia


lên cột trái
Hình 14. Sơ đồ tính khung với áp lực đứng của cầu trục khi D
max
lên cột phải
3.4.2. Lực hãm ngang của cầu trục.
Lực hãm ngang T của cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm, xác định
theo công thức:
T
max
=n.n
c
.
tc
T
1
.
∑
y
i

Trong đó:

tc
T
1
là lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:

=
+
=

∑
y
i
là tổng tung độ đường ảnh hưởng
=> T
max
=1,1.0,85.2,7.3,149=7,95(kN)
Lực hãm ngang T tác dụng lên cột khung đặt tại cao trình đỉnh ray và có thể hướng vào
hoặc hướng ra khỏi cột, cụ thể ở đây đặt cách mặt vai cột 1,2m.
Hình 15. Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột trái
Hình 16. Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang của cầu trục lên cột phải
4. Xác định nội lực:
Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm
SAP 2000. Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng các biểu đồ và bảng thống kê nội lực.
Dấu của nội lực lấy theo quy định của SBVL. Các thành phần nội lực có chiều như hình vẽ
được quy định là dương.
N+
V+
M+
V+
M+
N+
V
+
V
+
N
+
N
+