ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG
Yêu cầu: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích kết cấu thành
những hệ phẳng.
I/ Tài liệu thiết kế:
Chiều rộng lỗ cống L
o
=6.5m
Chiều cao lỗ cống H=7.5m
Vật liệu dùng để chế tạo cửa van là thép CT3.
Kết cấu dùng liên kết hàn.
Hệ số điều kiện làm việc: m=0,75
Hệ số vượt tải: n
p
=1,1
Cường độ tính toán của thép chế tạo van: R= 0,72.2100=1512(daN/cm
2
)
R
k
=R
n
=1490(daN/cm
2
)
R
u
=1565(daN/cm
2
)

Vậy
)/(688,154625.140.1,1 mKNqnq
TC
p
===
- Tính nhịp dầm:
Chọn c= 280mm= 0,28m
L=L
o
+2c= 6.5+ 2.0,28= 7,06 (m)
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 1
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Đây là dầm tổ hợp hàn, tiết diện chữ I có: Nhịp tính toán L=7,06(m)
Tải trọng tác dụng q=154,688(KN/m)
Sơ đồ tính toán dầm chính:
7060
q=154,688(KN/m2)
Lo=6500
c=280
c=280
2. Xác định sơ bộ vị trí, kích thước dàn ngang:
)(106.7
7
1
7
1
mL
==
Chọn số lượng dàn ngang là 5
Nên khoảng cách giữa các dàn ngang B=1,265(m) (Thỏa mãn B<4m)

1.Tính toán bản mặt:
Trong một hàng ngang nằm giữa hai dầm phụ (i, i+1), chỉ cần tính cho một ô rồi lấy
tương tự cho ô khác. Trường hợp bản mặt hàn lên dầm phụ và thanh trên của dàn ngang
thì bản mặt có sơ đồ tính là bản tựa bốn cạnh. Chiều dày bản mặt xác định theo công
thức sau:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 3
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
)1(2
2
nR
kP
a
+
=
δ
a là cạnh ngắn của ô
k=0,75 là hệ số phụ thuộc vào liên kết
P là cường độ áp lực nước tĩnh tại tâm ô đang xét
R=0,72. 2100=1512(daN/cm
2
)
n là tỷ số giữa cạnh ngắn và cạnh dài
Kết quả tính toán lập thành bảng như sau:
Ký hiệu ô a
i
(cm) b
i
(cm) n P
i
(daN/cm

2
dtr
i
aa
b
+
=
a
tr
là khoảng cách từ dầm phụ thứ i đến dầm trên nó (i-1)
a
d
là khoảng cách từ dâm phụ thứ i đến dầm dưới (i+1)
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 4
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Kết quả tính toán lập thành bảng sau:
Tên
dầm
P
i
(KN/m
2
)
a
tr
(m) a
d
(m)
2
dtr

R(mm
)
F
180 70 5.1 8.7 9
2
J
x
(cm
4
)
J
y
(cm
4
)
W
x
(c
m
3
)
W
y
(c
m
3
)
r
x
(cm

3
cmdaNmRcmdaN
W
M
cm
y
J
W
cmJ
cmy
x
x
x
x
c
==<===
===
=+++=
=
+
=
σ
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 5
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
L
f
=
384
5
.

=
24
5
min
Trong đó:
R=1512(daN/cm
2
)
n
o
=600
L=7,06m
E=2,65.10
6
daN/cm
2
q
TC
=140,625 KN/m
q=154,688 KN/m
n
P
=1,1
P
tc
=0
P=0
Thế số liệu vào ta được:
)(77,45
688,154

daNcmKNm
qL
M ====
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 6
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN

)(1789,6374
1512
5,9637758
3
max
cm
R
M
W
yc
===

Thế số vào ta được
)(516,981789,6374.100.5,1
3
cmh
kt
==
)(516,98
min
cmhhh
kt
=⇒>
)(5902,93516,98.95,095,0 cmhh

R
c
=0,72.1300=936(daN/cm
2
)
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 7
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
)(63,0
936.100
16,39136
5,1 cm
b
==⇒
δ
Vậy chọn chiều dày bản bụng δ
b
=1cm
Chọn δ
c
=20mm=2cm
Chiều cao chính xác của dầm là h=h
b
+2 δ
c
=100+2.2=104(cm)
h
c
=h
b
+ δ

b
cc
c
c
≈===
δ
b. Kiểm tra lại tiết diện dầm chính đã chọn:
690
Xo
1000
10
20
20
240
X
126
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 8
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
-
Kiểm tra cường độ:
Ứng suất pháp lớn nhất xác định được:
Ry
J
M
x
≤=
max
max
max
σ

max
42
3
2
3
2
3
2
3
cmy
cmJ
cmy
x
c
=
=+++++++=
==
Thế số vào ta được:
)/(1512)/(3,13456,64
462799
5,9637758
22
max
cmdaNRcmdaN =<==
σ
Ứng suất tiếp lớn nhất xác định theo:
c
bo
o
R

3
0
42
3
2
3
2
3
2
3
'
2'
max
cmS
cmJ
cmy
cmF
KN
qL
Q
o
c
=+=
=+++++++=
==
=+++=
===
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 9
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Thế số vào ta được:

E=2,65.10
6
(daN/cm
2
)
J
x
=462799(cm
4
)
α =0,8
Thế số vào ta được:
44
6
3
10.7,1610.6,6
8,0.46279910.65,2
706.625,140
384
5
−−
<==
l
f
Kết luận: Dầm ổn định về độ cứng
-
Tính liên kết hàn góc giữa bản cánh và bản bụng:
h
go
c

2
3
2
3
2
3
max
cmJ
KN
qL
Q
o
=+++++++=
===
)/(1500
7,0
)(29762,38.24.28,23.24.2
2
3
cmdaNR
cmS
h
g
c
o
=
=
=+=
β
Thế số vào ta được:







22
τ
τ
σ
σ
Trong đó:
)(8,742
7,1
8,74
5,126
cmyhd
bb
===
==
−
µ
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 11
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
)/(
8,741.8,74
)/(10.08,8
462799
4,37.
)/(2110)/(211)

y
J
M
cmdaNmMN
d
cmdaNmMN
y
K
h
K
bb
b
b
x
b
b
th
b
b
o
b
b
oth
===
===
==+=+=
==




δδ
σ
Lo=6500
c=280
c=280
I
II III
IV
V
VI
Kiểm tra ô thứ nhất:
Q=39136(daN)
M=3110700(daNcm)
Thế số vào ta tính ra được

72,025,0
22
<=








+




+








th
b
th
b
τ
τ
σ
σ
Kiểm tra ô thứ 3:
Q=9784(daN)
M=9444400(daNcm)
Thế số vào ta được:
72,008,0
22
<=







(cm)
166,65 180,75 166,65 50 180,75 180,
75
100 194,
39
166,
7
166,7 194,
39
333,4 100 130,
15
83,3
b. Đưa tải trọng phân bố về mắt dàn:
Đây là dàn hình thang chịu lực tác dụng của tải trọng phân bố theo quy luật tam giác
của áp lực nước, bề rộng tác dụng của tải trọng là B.
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 13
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Gọi các điểm nút là 0,1,2,3,4,5 ứng với các tải trọng tập trung tại các mắt dàn P
i
(i=0,1,2,3,4,5) và cường độ áp lực thủy tĩnh tại các mắt dàn q
i
(i=0,1,2,3,4,5).
q
1
q
2
q
3
q
4

3
Tính áp lực thủy tĩnh tại mắt dàn theo công thức:
TC
ipi
i
TC
i
qnq
Bhq
=
=
∑
γ
Tính hợp lực của các lực phân bố tác dụng lên các thanh: W
i
= diện tích của lực phân bố.
Tọa độ trọng tâm của hình thang Z
i
tra theo bảng 7.4 trang 198 giáo trình kết cấu thép.
Tải trọng phân bố tác dụng lên mỗi thanh giàn được đưa về các mắt dàn theo quy tắc
phân lực song song. Chẳng hạn như:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 14
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
45
545
55
45
5
5
34

l
Zl
WP
l
Z
W
l
Zl
WP
l
Z
W
l
Zl
WP
l
Z
W
l
Zl
WP
l
Z
WP
o
−
=
+
−
=

5,85 35,103 70,298 105,45 101,16 37,9
)(KNP
i
6,435 38,61 77,33 116 111,276 41,69 391,341
Tổng áp lực tác dụng:
∑
==== )(358,3911,1.78,3551,1.265,1.5,7.10.
2
1
1,1.
2
1
22
KNBHP
i
γ
Xác định sai số:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 15
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN

%5%0100.
358,391
341,391358,391
<=
−
c. Xác định nội lực các thanh dàn:
Sử dụng phương pháp tách nút để tính toán nội lực trong thanh.
Po
P
1

28 66,03 Chịu kéo 173,8
27 96,63 Chịu nén 104
37 142,32 Chịu nén 194,39
36 82,91 Chịu nén 194,39
46 111,276 Chịu nén 104
d. Chọn tiết diện thanh dàn:
- Chọn tiết diện cho thanh cánh thượng:
Thanh cánh trên thường dùng thép chữ I. Thanh cánh thượng của dàn ngang ngoài chịu
lực dọc còn chịu uốn do tải trọng ngang trực tiếp của áp lực nước cho nên ta tính thanh
cánh thượng như thanh chịu lực lệch tâm có kể cả phần bản mặt cùng tham gia chịu lực.
Chọn thanh 23 để tính toán vì thanh có lực dọc N=84,18(KN) lớn nhất thanh cánh
thượng và chiều dài l
23
= 166,7(cm)
Momen uốn là
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 17
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN

)(7,128
1565
201400
)(14,20
8
667,1.98,57
)/(98,57705,52.1,1
)/(705,52
2
25,6316,42
2
)/(16,42

TC
TB
TC
TC
TB
===⇒
==⇒
===
=
+
=
+
=⇒
=
=
=
Chọn tiết diện thanh cánh thượng là IN
o
18
Kiểm tra tiết diện đã chọn khi có sự tham gia chịu lực của bản mặt:
540
1800
Xo
X
53,8
90
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 18
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
)/(1565)/(1263
8,175

J
W
cmJ
cmy
cmF
cmbb
u
x
x
x
c
bmc
=<=+=+=⇒
===
=+++=
=
+
=
=+=
=+=+=
+
σ
δ
Thõa mãn điều kiện về cường độ.
Vậy ta chọn thép là IN
o
18 cho tất cả các thanh cánh thượng.
- Chọn tiết diện cho thanh cánh hạ:
Thanh 78 là thanh bất lợi nhất vì thanh này có nội lực lớn nhất trong các thanh cánh hạ
N=88,04(KN)

x
yc
y
yc
x
yc
====⇒
==⇒
=→=
−
λ
ϕλ
Chọn tiết diện thanh cánh hạ tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc không đều cạnh
nối với nhau ở cạnh dài (vì r
x
=r
y
) là 2L80x50x6 có F
1
=7,55(cm
2
), r
x1
=2,55(cm),
r
y1
=1,4(cm) với δ=6mm
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 19
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Kiểm tra cho tiết diện vừa chọn:

x
x
=<===⇒
=→==⇒
===
===
−
ϕ
σ
ϕλλ
λ
λ
Vậy ta chọn thép góc 2L80x50x6 cho tất cả các thanh cánh hạ.
- Chọn tiết diện cho thanh bụng:
Tính cho thanh bụng 73 là thanh có lực nén lớn nhất N
73
=142,32(KN), l
73
=194,39(cm)
Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:
n
ycn
R
N
FR
F
N
ϕϕ
σ
=⇒≤=

x
yc
x
n
yc
gt
===
===
===
=⇒=
λ
λ
ϕ
ϕλ
Chọn tiết diện thanh bụng tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc đều cạnh nối với
nhau là 2L70x6 có F
1
=8,15(cm
2
), r
x
=2,71(cm), r
y
=3,18(cm) với δ=8mm
Kiểm tra cho tiết diện vừa chọn:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 20
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Độ mảnh thực của thép:
)/(1490)/(1022
2.15,8.85435,0

=<===⇒
=→==⇒
===
===
−
ϕ
σ
ϕλλ
λ
λ
Vậy ta chọn thép góc đều cạnh 2L70x6 cho tất cả các thanh bụng.
Tổng hợp các thép được dùng trong dàn như trong bảng sau:
BẢNG TỔNG HỢP THÉP:
Tên thanh Trạng thái nội lực Loại thép
01 Chịu kéo IN
o
18
12 Chịu kéo IN
o
18
23 Chịu kéo IN
o
18
34 Chịu kéo IN
o
18
45 Chịu kéo IN
o
18
08 Chịu nén 2L80x50x6

m
Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên dàn chịu trọng lượng là một dàn gãy khúc,
nhưng để đơn giản cho việc tính toán ta coi là dàn phẳng có nhịp tính toán = nhịp tính
toán của dầm chính.
a.Xác định trọng lượng cửa van:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 22
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
Xác định trọng lượng cửa van theo công thức gần đúng sau:
)( 55,0 KNFFG =
Trong đó: F là diện tích chịu áp lực nước của cửa van tính bằng m
2
F=L.H=7,06.7,5=52,95(m
2
)
)(91,21995,52.95,52.55,0 KNG ==
G là trọng lượng cửa van được phân bố lên bản mặt và dàn chịu trọng lượng (KN)
Gọi G
1
là trọng lượng bản thân cửa van phân cho phần dàn chịu trọng lượng.
phtrái
aa
a
GG
+
=
1
Để an toàn coi a
tr
=a
ph

KNB
L
G
P
m
mm
m
===
===
===
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 23
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
9,85
19,7
59,1
19,7 19,7 19,7 19,7
9,85
59,1
c. Xác định nội lực trong dàn:
Dùng phương pháp tách nút để tìm nội lực trong thanh.
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 24
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN
9,85
19,7
59,1
19,7 19,7 19,7 19,7
9,85
59,1
1
2

NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 25