TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
THUYẾT MINH
TÍNH TOÁN ĐỒ ÁN THÉP 2
THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG ,1 NHỊP
( KHUNG ZAMIL)
A/. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ.
Thiết kế khung ngang chịu lực của nhà công nghiệp một tầng,một nhịp với các số liệu
cho trước như sau:
- Nhịp khung ngang: L = 24(m)
- Bước khung (bước cột): B = 6(m)
- Chiều dài nhà: b = 66(m)
- Độ dốc mái: i =10%

17,5=⇒
α

099,0(sin =
α
;
)995,0cos =
- Sức nâng cầu trục: Q = 10(Tấn), cần trục làm việc trung bình
- Cao trình đường ray: H = 6,5(m)
- Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Huế) có:
áp lực gió
2 2
0
95 / 0,95 /W daN m kN m= =

- Vật liệu thép CCT42 có :
* Cường độ tính toán:

B. THUYẾT MINH TÍNH TOÁN
I. THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI:
Xà gồ mái chịu tác dụng của tải trọng tấm mái, lớp cách nhiệt và trọng lượng bản
thân của xà gồ. Lớp mái và xà gồ được chọn trước theo tài liệu “ Pre – Engineered
Buildings Design Manual “. Sau đó được kiểm tra lại theo điều kiện bền và điều kiện
biến dạng của xà gồ.
− Tấm lợp mái :(Tr371) (Single skin panels) Chọn khoảng cách xà gồ là 1.5(m)
Chọn tấm mái có cấu tạo và các thông số kỹ thuật như sau::(tr 172)
Chiều dày
(mm)
Trọng lượng 1 tấm
(kg/m
2
)
D.tích 1tấm
(m
2
)
Tải trọng cho phép
(kN/m
2
)
0.7 6.59 8.39 1.96
mÆt c¾t ngang tÊm m¸i
− Lớp cách nhiệt:
− Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z“ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “C” ở
ngoài biên nhằm làm tăng ổn định cho mái.
NHÓM 41 -Trang: 2 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

200

3
)
Trọng
lượng
(kg/m)
Chiều
dày
(mm)
Diện
tích
(cm
2
)
Tải trọng
cho phép
(KN)
200Z15 308,
3
30,8
3
42,49 5,98 4,06 1,5 5,18 10,33Xà gồ chữ Z(200Z15). Xà gồ chữ C(180ES20).
• Các thông số của xà gồ chữ “C” (Tr107)
Tiết diện
I
x
(cm
4

1. Tải trọng tác dụng lên xà gồ :
Tải trọng tác dụng lên xà gồ gồm : Tải trọng tôn lợp mái, tải trọng lớp cách nhiệt,
tải trọng bản thân xà gồ và tải trọng do hoạt tải sửa chữa mái.
Chọn khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt bằng là : 1.5 m
⇒
Khoảng cách giữa các xà gồ trên mặt phẳng mái là :
0
1.5
1.51(m)
cos5.71
=
(Độ dốc mái i = 10 ⇒α = 5.71
o
).
a. Tĩnh tải :
Vật liệu mái
Hệ số
vượt tải
Tải trọng tiêu
chuẩn (kg/m
2
)
Tải trọng tính
toán (kg/m
2
)
1 lớp tôn lợp mái 1.05 6.59 6.92
Xà gồ mái 200Z15 1.05 4.06 4.26
Xà gồ mái 180ES20 1.05 5.88 6.17
Bọt thuỷ tinh cách

0
1.5
cos5.71
+ 4.06 = 74.41(kg/m).
q
tt
= (6.92 + 12 + 39)
×
0
1.5
cos5.71
+ 4.26= 91.72(kg/m).
2 . Kiểm tra lại xà gồ đã chọn :
Xà gồ dưới tác dụng của tải trọng lớp mái và hoạt tải sửa chữa được tính toán như
cấu kiện chịu uốn xiên.
Ta phân tải trọng tác dụng lên xà gồ tác dụng theo 2 phương với trục x-x tạo với
phương ngang một góc α = 5.71
o
(Độ dốc i = 10).
c. Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”
Tải trọng tác dụng theo các phương x-x và y-y là

0
sin 74.41 sin5.71 7.4( / )
tc tc
x
q q kg m= × α = × =
.

0

x
yxtd
γσσσ
≤+=+=
γ
c
= 1 hệ số điều kiện làm việc.
f = 2450 kg/cm
2
: Cường độ của thép xà gồ
Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mômen
đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp.
Ta có :
2
2 2
91.26 600 10
41067( . )
8 8
tt
y
x
q B
M kg cm
−
×
× ×
= = =2 2 2

α
x
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
q
y
q
x
6000
3000 3000
Mx
My
Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y:
2 2
41067 1027.13
1503.81( / ) 2450( / )
30.83 5.98
td x y c
kg cm f kg cmσ = σ + σ = + = ≤ γ × =
* Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng
mái rất nhỏ nên có thể bỏ qua, ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt
phẳng mái
y
δ

Công thức kiểm tra :
3
10.5
200

× ×3 3
1.93
0.00322 3.22 10 5 10
600B
− −
δ
= = = × < ×
Vậy xà gồ giữa 200Z15 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng.
d. Kiểm tra với xà gồ chữ “C”
* Tải trọng tác dụng:
Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20:
q
tc
= (6.59 + 10 + 30)
×
0
1.5
2cos5.71
+ 5.88 = 41(kg/m).
q
tt
= (6.92 + 12 + 39)
×
0
1.5
2cos5.71
+ 6.17= 49.83(kg/m).

W
M
c
y
y
x
x
yxtd
γσσσ
≤+=+=
γ
c
= 1 hệ số điều kiện làm việc.
NHÓM 41 -Trang: 5 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
f
=2450(kg/cm
2
) : cường độ của thép xà gồ
Xà gồ tính toán theo 2 phương đều là dầm đơn giản 2 đầu tựa lên xà ngang mô men
đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp.
Ta có :
2
2 2
49.58 10 600
22311( . )
8 8
tt

2 2
22311 558
558.02( / ) 2450( / )
43.4 12.7
td x y c
kg cm f kg cmσ = σ + σ = + = ≤ γ × =
* Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái
rất nhỏ nên có thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt
phẳng mái
y
δ
.
Công thức kiểm tra :
3
1
5 10
200B B
−
δ δ
 
< = = ×
 
 
Ta có :
4
2 4
6
5 5 40.8 10 600
0.84( )

(m)
H
K
(mm)
Z
min
(mm)
B
K
(mm)
K
K
(mm)
G
(T)
G
xc
(T)
P
max

(T)
P
min
(T)
10 22,5 960 180 3900 3200 8,36 0,803 7,07 2,11
2. Ray cầu trục:
Lấy sơ bộ H
r
= 200mm = 0,2m

chọn thoả mãn :
- Yêu cầu độ cứng ngoài mặt phẳng uốn :
1 1
( ) (0,3 0,5) (15 25)
20 30
f t
b H h= ÷ = ÷ = ÷

- Điều kiện ổn định cục bộ :

6
2,1.10
29,3
2450
f
f
b
E
t f
≤ = =
- Ngoài ra để dễ liên kết dầm theo phương ngang với cấu kiện khác ( như xà gồ
tường, giằng tường ) và đảm bảo ổn định tổng thể cho cột.
+ b
f
cm18≥
.
+ b
f
cm4
10

= 960 + 300 = 1260 mm = 1,26(m)
Trong đó: b
k
= 300(mm) – Khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang.
Chọn H
2
= 1,3(m)
Chiều cao của cột khung tính từ mặt móng đến đáy xà ngang:
H = H
1
+ H
2
+H
3
= 6,5 + 1,3 + 0 = 7,8(m)
Trong đó: H3 – phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt ±0.000 (H3 = 0)
Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:
t 2 dct r
H H H H 1,3 0.5 0,2 2,0(m)= + + = + + =
Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:
H
d
= H - H
t
= 7,8 – 2,0 = 5,8(m)
b. Theo phương ngang:
Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a =0). Khoảng cách từ trục định vị
đến trục ray cầu trục:
K
1

hồi, đầu các khối nhiệt độ và một số gian giữa nhà sao cho khoảng cách giữa các
giằng bố trí không quá 5 bước cột. Bản bụng của 2 xà ngang cạnh nhau được nối bởi
các thanh giằng chéo chữ thập. Ngoài a cần bố trí các thanh chống dọc bằng thép hình
tại những vị trí quan trọng như đỉnh mái, đầu xà, chân cửa mái,…
Cách bố trí chi tiết xem trên bản vẽ A1.
NHÓM 41 -Trang: 8 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
2. Tác dụng và cách bố trí hệ giằng cột
- Tác dụng :
+ Bảo đảm độ cứng dọc nhà và giữ ổn định cho cột
+ Tiếp nhận và truyền xuống móng các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà
- Cách bố trí : Hệ giằng cột gồm các thanh giằng chéo được bố trí trong phạm vi
cột trên và cột dưới tại những gian có hệ giằng mái. Đối với nhà có cần trục sức nâng
bé hơn 15 T ta dùng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính không nhỏ
hơn 20mm.
IV. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG:
1. Tĩnh tải:
a. Tải trọng mái và xà gồ: 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( trên mặt bằng).
g
r
tc
=
o
(6.59 10) 11 4.06 2 5.88
6 114,14(kg / m)
cos5.71 24

×
5
×
6 = 397.68(kg)
Vậy tĩnh tải tác dụng lên xà ngang là : g
r
= 131.03(kg/m)
Tĩnh tải tác dụng lên đỉnh cột: G
c
= 397.68(kg)
c. Tĩnh tải cầu trục:
Tải trọng bản thân dầm cầu trục, ray và các lớp đệm: Tải này tác dụng lên vai cột
khi tính toán ta đưa về tim cột dưới dạng 1 lực tập trung và 1 mô men.
Trọng lượng bản thân dầm cầu trục:
g
ct
= γ
t
×
A = 7.85
×
10
3
×
[(0.5-0.014
×
2)
×
0.016+2
×

= G
tc
×
e = 936.42
×
0.5 = 468.21(kg.m)
⇒ M
tt
= G
tt
×
e = 983.24
×
0.5 = 491.62(kg.m)
NHÓM 41 -Trang: 9 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRNG I HC VINH THUYT MINH
KHOA XY DNG N KT CU THẫP II
5800
24000
397,68(kG)
128,89(kG/m)
491,62(KG)
983,24kG.M
983,24kG.M
491,62(KG)
397,68(kG)
sơ đồ tác dụng của tĩnh tải
2000
2. Hot ti:

L
K
(m)
H
K
(mm)
Z
min
(mm)
B
K
(mm)
K
K
(mm)
G
(T)
G
xc
(T)
P
max

(T)
P
min
(T)
10 22,5 960 180 3900 3200 8,36 0,803 7,07 2,11
• Áp lực đứng của cầu trục: Tải trọng 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 phản

P P P P
CT-2 CT-1
700
6000 6000
0,35
0,883
1,00
0,467
Các lực D
max
và D
min
thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đó sẽ
lệch tâm so với trục cột là:
1
e L 0.5 h 0.75 0.5 0.5 0.5(m)= − × = − × =
. Trị số của các
mô men lệch tâm tương ứng:
NHÓM 41 -Trang: 11 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
M
max
= D
max
×
e = 17,85
×
0,5 = 8,925(T.m) = 8925(kg.m)

SO Ð? TÁC D? NG C? A HO? T T? I D
MAX

TRÁI
• Lực hãm ngang T :
Lực hãm ngang của toàn bộ cầu trục là:
( )
( )
0 f xc
T 0.5 k Q G 0,5 0,1 10 0,803 0,54(T)= × × + = × × + =
(Đối với cầu trục có móc mềm k
f
= 0.1)
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:
tc
0
1
0
T 0,54
T 0,27(T)
n 2
= = =
⇒ Lực hãm ngang của cầu trục tác dụng vào cột khung thông qua dầm hãm là:
tc
c 1 i
T n n T y 0,85 1,1 0,27 2,7 0,682(T)
= × × × = × × × =
∑
Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0.64(m) ; cách
đỉnh cột một đoạn: y = H – H

2
bề mặt thẳng đứng của công trình là:
p 0
q W k c= γ × × × × B
Trong đó:
- γ
p
= 1.2 – Hệ số vượt tải của tải trọng gió
- W
o
= 95(kg/m
2
) - áp lực gió tiêu chuẩn, phụ thuộc vào địa điểm xây dựng
- k - là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng
địa hình. Hệ số k xác định ở hai mức, mức đỉnh cột và mức đỉnh mái.
+ Mức đỉnh cột ở cao trình 8.68 (m) có k
1
= 0,9472(nội suy).
NHÓM 41 -Trang: 13 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
+ Mức đỉnh mái ở cao trình 10.03(m) có k
2
= 0,9757 (nội suy).
Phần tải trọng gió tác dụng lên mái từ đỉnh cột trở lên lấy k hệ số trung bình :

1 2
k k 0,9472 0,9757
k 0,9615

• Tải trọng gió tác dụng lên mái là:
+ Phía đón gió:
p 0 e1
q W k c 1.2 95 0.9615 0.212 6 139,425(kg / m)= γ × × × × = × × × × =B
+ Phía khuất gió:
p 0 e2
q W k c 1.2 95 0,9615 0.4 6 263,066(kg / m)= γ × × × × = × × × × =B
V. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TIẾT DIỆN KHUNG:
1. Xác định sơ bộ tiết diện cột:
a. Xác định chiều dài tính toán:
Chọn phương án cột tiết diện không đổi. Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung cột
tiết diện không đổi xác định theo công thức sau:
Hl
x
.
µ
=
• Xác định hệ số chiều dài tính toán
µ
:
Tỷ số độ cứng đơn vị giữ xà và cột:

xa cot xa
cot
I I I .H 7,8
n : 1 0,325
L H I .L 24
   
= = = × =
 ÷  ÷

Chiều cao tiết diện cột h được chọn sơ bộ theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:
( )
1 1 1 1
h H 7800 39 52 cm
15 20 15 20
   
= ÷ × = ÷ × = ÷
 ÷  ÷
   
, chọn h = 50(cm)
Theo các điều kiện về cấu tạo và ổn định cục bộ chọn được kích thước tiết diện cột
như sau:
*
(1/ 70 1/100) 0.6
w
t h cm= ÷ × ≥
, chọn
0,6( )
w
t cm=
.
*
(0.3 0.5) (15 25)
f
b h cm= ÷ = ÷
, chọn
20
f
b cm=
.

20
×
1= 68,8(cm
2
)
+
2
3
3
2
12 12 2 2
f f f
w w w
x f f
b t t
t h h
I b t
 
×
 
×
 ÷
= + × + + × ×
 ÷
 ÷
 
 
⇒
2
3 3

× × ×
= + × = + × =
NHÓM 41 -Trang: 15 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
+
3
2 2 29542 94
1181 72
50
x
x
I ,
W , (cm )
h
× ×
= = =
+
2 4 2 2
f
w w w
x w f f
t
h h h
S t b t
 
= × × + × × +
 ÷
 

51 95
20 72
x
x
x
l ,
,
i ,
λ = = =
;
350
79 55
4 4
y
Y
y
l
,
i ,
λ = = =
+
6
2450
51 95 1 643
2 1 10
x x
f / E , ,
.
λ = λ × = × =
×

2
I
= 2,5 ⇒
2
I
=
( )
4
1
I
29542,94
11817 cm
2,5 2,5
= =
Chọn phương án thay đổi tiết diện bằng cách thay đổi chiều cao bản bụng, ta có:
2
3 3
4
w w 2 f f w 2 f
2 f f
t h b t h t
I 2 b t 11817(cm )
12 12 2 2
 
× ×
 
= + × + + × × =
 ÷
 ÷
 ÷

1
I
2
I
2
I
COT
Vi tri thay dôi
tiêt diên
Hình 4.2: Cấu tạo khung
320
340
6
1010
tiÕt diÖn ®o¹n xµ 2
Hình 4.3: Tiết diện đoạn xà 2

VI. TÍNH NỘI LỰC KHUNG:
1. Sơ đồ tính kết cấu:
5800 2000
24000
7800
quy íc chiÒu d¬ng cña néi lùc
Q
Q
N
M
N
M
2. Xác định nội lực khung :

234(
kg/m
)
NHÓM 41 -Trang: 18 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRNG I HC VINH THUYT MINH
KHOA XY DNG N KT CU THẫP II
- Phng ỏn 4 : Hot ti c mỏi
sơ đồ tác dụng của hoạt tải toàn mái
234(kg/m)
24000
7800
- Phng ỏn 5 : D
max
trỏi
24000
5800 2000
7800
17850(kg)
8925(kg.m)
2665(kg.m)
5330kg
sơ đồ tác dụng của hoạt tải cầu trục D
max
trái
- Phng ỏn 6 : D
max
phi
5800
7800

24000
- Phương án 10 : T phải -
NHÓM 41 -Trang: 20 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
24000
6500
7800
1300
0,682(Kg)
lùc h m lªn cét ph¶i -·
- Phương án 11 : Gió trái sang
s¬ ®å giã tr¸i sang
- Phương án 12 : Gió phải sang
s¬ ®å giã ph¶i sang
* Biểu đồ nội lực của các phương án chất tải:
- Phương án 1 : Tĩnh tải
NHÓM 41 -Trang: 21 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THUYẾT MINH
KHOA XẤY DỰNG ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II - Phương án 2 : Hoạt tải nửa trái
NHÓM 41 -Trang: 22 - GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH

M
Q
N