BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
KHOA XÂY DỰNG
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ
…***…
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP II
Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN HỒNG SƠN
Sinh viên thực hiện:
Lớp:2010X6
Ngày giao đồ án: 18/12/2013 Ngày nộp đồ án:
1. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Hệ số độ tin cậy của hoạt tải
1,2
p
γ
=

Mác thép CCT38s, khi tính toán coi rằng chiều dày không lớn hơn 20mm.
Loại que hàn N42, khi tính toán coi như hàn tay, kiểm tra bằng mắt thường.
Số lượng cầu trục
2
ct
n =

Bu lông liên kết và bu long neo tự chọn.
Bê tông móng cấp độ bền B20.
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=27m
- Bước khung: B=7m

2.1 Theo phương ngang
Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:
1
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
2 K k
H H b= +

Lấy:
1
750L mm=
⇒
1
2 27 2 0,75 25,5
K
L L L m= − = − × =

Tra bảng II.3 phụ lục sách thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp
ta được thông số của cầu trục như sau:
BẢNG THÔNG SỐ CẦU TRỤC
Sức
trục
Q(T)
Nhịp
L
K
(m)
Ch.cao
gabarit
H

(kN)
Áp
lực
P
min

(kN)
6,3 25,5 870 180 4500 3800 12,74 0,605 58 26,3
0,87
K
H m=
(Tra catalo cầu trục)
200
K
b mm≥
⇒
Chọn
0,3
K
b m=
- Khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang.
⇒
2
0,87 0,3 1,17
K k
H H b m= + = + =

⇒
Chọn
2

dct
H B m
   
= ÷ = ÷ × = ÷
 ÷  ÷
   
⇒
Chọn
0,8
dct
H m=

0,2
r
H m=

⇒

1,2 0,8 0,2 2,2
t
H m= + + =

Chiều cao của phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên của vai cột:
8,2 2,2 6
d t
H H H m= − = − =

2.2 Theo phương ngang
Coi trục định vị trùng mép ngoài của cột (a=0). Khoảng cách từ trục định vị
đến trục ray cầu trục:

. Vì nhịp khung là 27m nên chọn phương án xà ngang có
tiết diện thay đổi hình nêm, dự kiến vị trí thay đổi cách đầu xà 5m, độ cứng
ở đầu và cuối xà là I
1
và I
2
tương ứng. Do nhà có cầu trục nên chọn kiểu liên
kết giữa cột khung với móng là ngàm tại mặt móng (cốt
0.00±
). Liên kết
giữa cột với xà ngang và liên kết tại đỉnh xà ngang là cứng. trục cột khung
lấy trùng với trục định vị để đơn giản hóa tính toán và thiên về an toàn. Sơ
đồ khung ngang như hình
± 0.00
3. THIẾT KẾ XÀ GỒ MÁI
3.1 Tải trọng
3.1.1 Tĩnh tải
Tấm mái tấm tường sử dụng loại như hình vẽ:
3
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
Chọn loại mái tôn dày 0,6mm. Khối lượng của mái thể hiện trong bảng như
sau:
Panel
Nominal
Thickness
mm
Norminal
Weight
Kg/m

Cm
3
Ma
kN.m
Va
kN
Pa
kN
0,6 5,62 7,16 6,19 2,07 9,74 0,43 3,46 1,96 1,98 0,4 8,8
1
4,32

Xà gồ loại chữ C mã hiệu 7CS2,5x0,85
1,5
xg
a m=

Số xà gồ 1 bên mái giữa 2 khung là:
27
1 1 10
2 2 1,5
xg
L
a
+ = + =
×
BẢNG TỔNG HỢP TẢI TRỌNG BẢN THÂN
Vật liệu Đơn vị Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tải trọng tính
toán

= × = × =

3.1.3 Tải trọng gió
- Chỉ phải xét đến thành phần tĩnh của tải trọng gió
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
W
ở độ cao
Z
so với mốc
chuẩn được xác định theo công thức
W W
o
n k c= × × ×

Trong đó:
n
- Hệ số vượt tải
1,2n =

o
W
- Giá trị lực gió theo phân vùng áp lực. vùng gió
II A
−

2
W 83 /
o
daN m=


- Hệ số khí động, tra phụ lục III bảng III.3 lấy C=0,4

⇒

2
83 0,988 0,4 32,8 /
tc
q daN m= × × =2
1,2 39,36 /
tt
q daN m= ×32,8 =

3.1.4 Tải trọng tác dụng lên xà gồ
- Gồm tải trọng tấm lợp, tải bản thân và hoạt tải mái:
( )
tc tc tc tc
m m xg
q = (g + p ) + g 5,62 30 5,52 59, 2 /
1,5
cos5,71 cos5,71
xg
o o
daN m
a
= + × + =
( )
tt tc tc tc

q q g
m
×
= × − + ×
×
= × − + × =

0
0
0
0
0,9( ) cos5,71
cos5,71 cos5,71
1,5 5,62 1,5
39,36 0,9( 5,52) cos5,71 46,8(daN/ )
cos5,71 cos5,71
tc
tamlap
tt tt tc
y xg
o
o
g a
a
q q g
m
×
= × − + ×
×
= × − + × =

tc tc
y
q q daN m
= × = × =
0 0
sin5,71 73,5 sin5,71 7,31 /
tt tt
x
q q daN m
= × = × =
0 0
cos5,71 73,5 cos5,71 73,1 /
tt tt
y
q q daN m
= × = × =
3.2 Tính toán xà gồ
3.2.1 Điều kiện bền
SƠ ĐỒ TÍNH XÀ GỒ
6
M

=
q
tt
7000
m
x
tt
q

BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
σ

= σ
x
+ σ
y
=
.
y
x
c
x y
M
M
f
W W
γ
+ ≤
Với xà gồ 7CS2,5x0,85 có:
× ×
3
x
x
I 337,56
W 2 2 37,507cm
D 18
= = =
y

daN.m
M
y
=
2 2
. 7,31
11,2
32 32
tt
x
q B
×7
= =
daN.m
⇒σ

=
2 2
2
447,7 10 11,2 10
1249 /
37,507 20,246
daN cm
× ×
+ =
< fγ
c
= 2100 daN/cm
2
Thỏa mãn điều kiện bền

⇒
Xà gồ đã lựa chọn là hợp lý.
4. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
4.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)
Độ dốc mái i=10%
→

5,71
o
α
=
(
sin 0,099
α
=
;
cos 0,995
α
=
)
Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng
lượng các lớp mái, trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung
ngang và dầm cầu trục.
- Trọng lượng bản thân tôm mái:
2
5,62 /daN m

- Trọng lượng bản thân 1 xà gồ:
xg
tc

, quy
thành lực tập trung đặt tại đỉnh cột:
1,1 0,15 7 8,2 9,471kN× × × =

Trọng lượng bản thân dầm cầu trục chọn sơ bộ là 1kN/m. Quy thành tải tập
trung và momen lệch tâm đặt tại cao trình vai cột:
1,05 kN×1× 7 = 7,35

( ) ( )
1
7,35 0,5 7,35 0,75 0,5 0,45 3,879 .L h kN m× − = × − × =

Sơ đồ tính khung với tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)
4.2 Hoạt tải mái
Theo TCVN 2737-1995, trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa
mái (mái lợp tôn) là 0,3kN/m
2
, hệ số vượt tải 1,3.
Quy đổi về tải trọng phân bố đều phân bố trên xà ngang:
1,3 0,3 7
2,74 /
cos5,71
o
kN m
× ×
=

8
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II

lấy ứng với cao trình đỉnh cột
8,2m
:
0,957k =
. Trong phạm vi từ đỉnh cột đến đỉnh mái
9,55m
:
0,9892k =
9
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
Hệ số k trung bình:
1 2
0,957 0,9892
0,9731
2 2
k k
k
+ +
= = =

Sơ đồ xác định hệ số khí động
- Tải trọng gió tác dụng lên cột:
+ Phía đón gió:
1,2 0,83 0,957 0,8 7 5,34 /kN m× × × × =
+ Phía khuất gió:

1,2 0,83 0,957 0,5 7 3,34 /kN m× × × × =
- Tải trọng tác dụng trên mái
+ Phía đón gió:

B
K
(mm)
Bề rộng
đáy
K
K
(mm)
T.lượng
cầu trục
G(T)
T. lượng
xe con
G
xc
(T)
Áp
lực
P
max

(kN)
Áp
lực
P
min

(kN)
6,3 25,5 870 180 4500 3800 12,74 0,605 58 26,3
Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang bao gồm áp lực đứng và lực

và
min
D
thông qua ray và dầm cầu trục sẽ truyền vào vai cột,
do đó sẽ lệch tâm so với trục cột là
1
0,5 0,75 0,5 0,5 0,5e L h m= − = − × =

max max
147,18 0,5 73,59 .mM D e kN= = × =

11
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
min min
66,74 0,5 33,37 .M D e kN m= = × =

Đường ảnh hưởng để xác định
max
D
và
min
D

a)
max
D
lên cột trái
b)
max

T n T y kN
γ
= = × × × + + + =
∑

a) Lực hãm bên cột trái
b) Lực hãm lên cột phải
5. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC
5.1 Sơ đồ kết cấu
Sơ đồ tính là hệ khung phẳng, các thanh liên kết cứng, cột liên kết ngàm với
móng.
13
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
± 0.00
SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG
5.2 Xác định nội lực khung
Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp chất tải bằng
phần mềm SAP2000. Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng biểu đồ và
bảng thống kê nội lực. Dấu của nội lực được lấy theo quy định chung trong
sức bền vật liệu.
+ Giả thiết cột có kích thước như sau:
8,2H m=
,
200b mm=
,
500h mm=
,
w
6t mm=

- Chuyển vị ngang tại đỉnh cột:
Chuyển vị ngang tại đỉnh cột (nút 3):
0,00436 0,0264
0,018
1,05 1,2 1,05 1,2
giotrai
tt
x
m
δ
δ
−
∆ = + = + =

0,018 1
0,0022 0,00333
8,2 300
x
H H
∆ ∆
 
= = < = =
 
 

⇒
Thỏa mãn điều kiện
14
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II


Biểu đồ nội lực do DCT trái
21
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II

Biểu đồ nội lực do DCT phải
22
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II

Biểu đồ nội lực do lực hãm ngang trái
23
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II

Biểu đồ nội lực do lực hãm ngang phải
5. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CẤU KIỆN
5.1. Thiết kế tiết diện cột
5.1.1. Xác định chiều dài tính toán
24
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP GỖ GVHD:NGUYỄN HỒNG SƠN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP II
Chọn phương án cột tiết diện không đổi. Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã
giả thiết là bằng nhau, ta có:
cot
8,2
/ 1 0,304
27
xa

nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình +3,5m tức là khoảng giữa phần cột
tính từ mặt móng đến dầm hãm, nên l
y
= 3,5 m.
b. Chọn và kiểm tra tiết diện
Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán:
M = -234,5 kNm
N = -55,7kN
V = -48,8 kN
Đây là cặp nội lực tại tiết diện dưới vai, trong tổ hợp nội lực do các trường
hợp tải trọng 1,2,3tiết diện đỉnh cột, tổ hợp cơ bản 1 gây ra.
Chiều cao tiết diện cột chọn từ điều kiện độ cứng :
h = (1/15
÷
1/20)H = (54,6
÷
41)cm
→
Chọn h = 50cm.
Bề rộng tiết diện cột chọn theo các điều kiện cấu tạo và độ cứng:
b
f
=(0,3
÷
0,5)h = (15
÷
25)cm
b
f
=(1/20

A cm
 
×
= + ÷ = ÷
 
× ×
 
Bề dày bản bụng: t
w
= (1/70
÷
1/100)h
( )
0,7 5= ÷ 0,
≥
0,6 cm. Chọn t
w
= 0,6
cm.

Tiết diện cột chọn như sau:
Bản cánh: (1x20) cm
Bản bụng: (0,6x38) cm
Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:
A = 0,6
×
48 + 2
×
(1
×