Thuyết minh
Đồ án môn học : Kết cấu thép
Yêu cầu Thiết kế: Khung ngang nhà Công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp.
Các số liệu của nhà :
- Nhịp khung : L = 30(m)
- Sức trục : Q = 30(Tấn)
- Cao trình đỉnh ray: H
1
= 12(m)
- áp lực gió tiêu chuẩn: W
o
= 155(daN/m
2
)
- Bớc khung : B = 6(m)
- Chiều dài nhà : 17B = 17x6 = 102(m)
- Chiều cao dầm cầu trục : H
dct
= 700(mm)
- Có 2 cần trục làm việc trong xởng ở chế độ trung bình.
+ L
k
=28,5m
+ H= 2,75m
+ B = 6,3m
+ L1=2,5m
+ B1=0,3m.
+ Loại ray KP70 tra bảng ta có Hr=120mm (theo bảng VI.7).
Vật liệu lớp mái:
-

Hoạt tải mái p
c
= 75daN/m
2
Que hàn N46 có Rgh=1800daN/cm
2
. Rgt=1650daN/cm
2
.
Phơng pháp hàn tay có
h
=0,7;
t
=1;
Bê tông móng mác 200
Tờng gạch tự mang
Phần I : Tính toán chung
A-các kích thớc chung
I/Thành lập sơ đồ kết cấu:
Từ số liệu yêu cầu thiết kế là loại nhà xởng 1 nhịp, chịu tải trọng cầu trục lớn do đó chọn
sơ đồ khung có liên kết Dàn, Cột là liên kết cứng và dàn khung hình thang có mái dốc. Sơ đồ
khung ngang có dạng nh hình vẽ dới:
vu dinh phong
1

h1
l
h
h2
h

=(2,75+0,4)+0,1= 3,25m lấy chẵn H
2
=3,4m
c - Chiều cao của cột trên:
H
t
= h
dcc
+H
2
+h
r
h
r
: Chiều cao của ray và đệm. Chiều cao của ray tra bảng IV-7 sách thiết kế KC thép
nhà CN ứng với lọai ray KP70 ta có chiều cao là 0,12m , chiều cao của đệm là 0,05
h
r
=0,17m
h
dcc
=0,7m đã tính ở trên.
H
t
=h
dcc
+H
2
+h
r

0
Với kích thớc là dàn hình thang lấy h
0
=2200 (theo sách thiết kế KC thép nhà CN).
h- Chiều cao giữa dàn:h
Chọn h=3,5m Độ dốc mái là i=(3,5 - 2,2 )/ 15 =1/12
II .2/ Các kích thớc theo phơng ngang:
a-Bề rộng tiết diện cột trên:
Chiều cao h
tr
=(1/10 ữ 1/12) H
t
với H
t
:khoảng cách từ vai cột đến trục thanh cánh dới của dàn vì kèo.
Ta chọn h
tr
= 0,4m
b- Chọn a:
a:khoảng cách giữa trục định vị và mép ngoài cột trên, a phụ thuộc vào chế độ làm việc
của cầu trục. Do sức trục Q=30T nên ta chọn a=250mm.
c- Chọn

:
: Khoảng cách từ trục định vị của cột đến mép trong của cột dới.
B
1
+(h
tr
- a) + D=0,4+(0,4-0,25)+ 0,075=0,625m;

m
h1
=12m
h2=3,4
m
l=30
m
ho=2,2m
h
=3,5
m
d=3m
l
ct
=12
m
Hct=2,5m
III/lập mặt bằng lới cột, bố trí hệ giằng mái, cột :
III.1/Lập mặt bằng lới Cột :
Nhà xởng đợc thiết kế có chiều dài nhà là : 102m do đó khi bố trí mặt bằng lới Cột ta
không phải để khe lún nhiệt độ . Mặt bằng lới Cột đợc bố trí nh hình vẽ dới.
60006000
1 2 3 4
5 6
7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
17 18
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
B
A

14131211109876
5
4321
HÖ GI»NG C¸NH TR£N
vu dinh phong
6

60006000
1 2 3
Hệ GIằNG CáNH DƯớI
4
5 6
7 8 9 10 11 12 13 14
15 16
17 18
B
A
60006000600060006000
30000
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
c- Bố trí hệ giằng đứng :
Hệ giằng đứng đặt trong các mặt phẳng thanh đứng , cótác dụng cùng với các giằng nằm
tạo nên các khối cứng bất biến hình, giữ vị trí và cố định cho dàn vì kèo khi lắp dựng. Hệ giằng
đứng đợc bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn và cách nhau 12 - 15m theo
phơng ngang nhà, theo phơng dọc nhà chúng đợc đặt tại những gian có giắng cánh trên và cánh
dới. Hệ giắng dứng đợc bố trí nh sau :
vu dinh phong
7

hệ giằng đứng

tiêu chuẩn
(daN/m
2
)
Hệ số
vợt
tải
Tải trọng
tính toán
(daN/m
2
)
- Hai lớp gạch lá nem = 2000daN/m
3
. Dày 3cm
60 1,1 66
- 2 Lớp vữa lát dày 1,5cm/lớp = 1800 daN/m
3
. Dày 3 cm
54 1.2 64,8
- Bê tông xỉ cách nhiệt = 500daN/m
3
. Dày 12 cm.
60 1,2 72
- Lớp bê tông chống thấm = 2500daN/m
3
. Dày 4 cm.
100 1,2 120
- Panen mái 1,5x6m; = 150daN/m
2

d
=0,6 ữ 0,9 :Là hệ số kể đến trọng lợng bản thân dàn ứng với nhịp từ 24 ữ 36m. L=30m ta
chọn
d
=0,75
1,2:hệ số kể đến trọng lợng các thanh giằng.
L:nhịp dàn 30m theo đầu bài
1,1 Hệ số vợt tải.
g
d
= 1,1.1,2.0,75.30= 29,7 daN/m
2
mặt bằng.
c-Trọng lợng cửa trời: (lấy theo kinh nghiệm)
gct= 1,1.ct.lct daN/m2 (mặt bằng nhà)
g
ct
=1,1.0,5.12=6,6 daN/m
2
(mặt bằng nhà)
d- Trọng lợng của cửa kính và bậu cửa:
- Trọng lợng cửa kính:
g
k
=1,1.(35 ữ 40) daN/m
2
cửa.
Ta lấy g
k
= 44 daN/m

G6=B.(g
m
+g
d
).d + 2B. gct.d = 6.(489,7 + 29,7) .3 + 2.6.6,6.3. 3 = 10062 daN
g
1
g
2
g
3
g
6
g
5
g
4
g
5
g
4
g
3
g
2
g
1
Qui đổi về lực phân bố tác dụng lên dàn của tĩnh tải:
vu dinh phong
10

P
2
= d.P= 3.583 =1749daN=17,49 KN
P
3
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
P
4
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
P
5
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
P
6
= d.P= 3.585 =1749daN=17,49 KN
d:Khoảng cách giữa các mắt dàn theo phơng ngang d = 3
p=2.874,5+9.1749/30 =17490/30=583 daN/m = 5,83 KN
p
1
p
2
p
1
p
2
p
3
p
4
p

=6m.
G
dcc
= 35.6
2
.1,1= 1386 daN.=13,86daN
c- Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục:
áp lực bánh xe truyền qua dầm cầu trục thành lực tập trung đặt vào vai cột. Xác định do 2 cầu
trục hoạt đông tại 2 nhịp liên tiếp.
Đờng ảnh hởng của phản lực tại vai cột.
Tra bảng VI-1,2 sách thiết kế KC thép nhà CN phụ lục cầu trục ta có :
P = 34,5tấn = 34500 daN
Q:trọng lợng vật cẩu=30T theo đầu bài Q =30T=300KN.
G:trọng lợng của toàn bộ cần trục G = 62 t = 620 KN
n
o
:số bánh xe 1 bên ray n
o
= 2
P P P
1
0,8
0,15
5100
1200
900
6000
6000
Pmin = (Q+G)/n
o

c
1
= (Q+G
XC
).0,05/n
o
.
Tra bảng cầu trục ta có G
XC
=38T=380KN
vu dinh phong
12

T
c
1
= (300 + 120).0,05/2 = 10.5 KN
Các lực ngang T
c
1
truyền lên cột thành lực hãm ngang T. Lực T đặt ở cao trình dầm hãm lợi
dụng đờng ảnh hởng khi xác định lực nén lên vai cột ta có thể xác định đợc lực T nh sau(Tính
theo phơng ngang):
T= n.n
c
. T
c
1
.y
i

h= 30m có k = 1,32
Từ cao trình 0.00 đến cao trình 14,5m
q
đ
= n.q
o
.k.c.B = 1,2.65.1.0,8.6 .1,04 = 389 daN/m.
q
h
= n.q
o
.k.c.B = 1,2.65.1.0,6.6.1,04 = 292 daN/m.
vu dinh phong
13

h
o
= 2.2m
l = 24m
3
m
0.75m
0,6m
1
4
.
5
m
0.00
Qđ

4
=- 0,8
+Mặt sau:Tơng ứng ta tra ra đợc hệ số c của mặt sau ứng với từng chiều cao h là :
C
1
= - 0,6; C
2
= -0,6; C
3
=-0,6; C
4
= - 0,6;
k:Trung bình cộng của giá trị ứng với độ cao đáy vì kèo và giá trị ở độ cao điểm cao nhất
của mái k = (1,099 +1,204) /2 = 1,1515
W = 1,2.65.1,1515.6.[2,2.0,8 + 0,75.(-0,62) + 0,7.3 + (-0,8).0,6 + 2,2.0,6 + 0,75.0,6 + 0,6.3
+ 0,6.0,6)] = 3.689 daN

Theo số liệu đã cho ta có q(đẩy)=9,66 KN q(hut)=6,5 KN
W=81,68 KN
III.Tổ hợp nội lực:
Ta tiến hành tổ hợp nội lực để tìm ra từng trờng hợp tải trọng bát lợi nhất để thiết kế khung.
Do nhà có tờng tự mang nên lực dọc ở cột chỉ có V, V;ở cột dới có thêm D
max
;G
dcc
(bỏ qua trọng
lợng bản thân của cột). Các kết quả giải đợc ta đa vào bảng tổ hợp.
vu dinh phong
14


364,14
85,90
170,29
364,14
do tĩnh tải
vu dinh phong
15

do ho¹t t¶i
57,24
63,89
14,45
30,25
63,89
14,45
30,25
57,24
1,58
17,73
8,57
102,33
3,86
30,06
do lùc h·m ngang t
vu dinh phong
16

do ¸p lùc ®øng cña b¸nh xe
7,2
198,94

d
.
Với cột trên l
2x
=à
2
.H
t
.
Giá trị hệ số à
1
phụ thuộc vào tỷ số độ cứng đơn vị giữa 2 phần cột
k
1
=i
2
/i
1
=(J
2
/H
t
) (H
d
/J
1
)= (J
2
/ J
1

=à
1
/c
1
=1,98/0,805= 2,46 <3 (thoả mãn)
l
1x
= 1,98.9,4 = 18,61m
vu dinh phong
18

l
2x
= 2,46.5,1 = 12,55m
Chiều dài tính toán ngòai mặt phẳng khung:
l
1y
= H
d
=9,4m
l
2y
= H
t
-h
dcc
= 5,1 0,7 = 4,4m(h
dcc
=0,7m theo tính toán phần I)
II-Thiết kế tiết diện cột:

h
c
:Chiều dài đoạn cột.
H
tt
= H
t
+h
đd
= 5,1 + 2,2 = 7,3m
G
c
= 89,9.7,3 = 656daN
Lực dọc tính toán cho cột trên: N
tt
= 46.162 + 656 = 46.818daN
b - Cột dới:
k = 0,45, R = 2,15.10
7
daN/m
2
, =1,6; = 7850daN/m
3
.
N = N
tmax
= 146.781daN, H
d
=9,4m
g

= 0,01m = 10mm.
- Chiều rộng bản cánh:đợc chọn sơ bộ b
c
= 0,25m =250mm.
- Chiều dày bản cánh:đợc chọn sơ bộ
c
= 0,016m =16mm
b-Chọn tiết diện cột:
Diện tích yêu cầu sơ bộ:
A
yc
= N.[+(2,2ữ2,8)e/h]/R
e = M/Ne = 37.480/46.818 = 0,8m = 80cm
Ta thiết kế cột đặc tiết diện chữ H=1,25, =1;R=21,5kN/cm
2
=21,5.10
2
daN/cm
2
; =1;
A
yc
= 46.818[1,25+2,4.80/50]/21,5.10
2
= 111cm
2
.
Ta có diện tích tiết diện:
Bản bụng: 46,8. 1 = 46,8cm
2

.
J
y
= 46,8.1
3
/12+2.(1,6.25
3
/12) = 4.171 cm
4
.
Bán kính quán tính:
r
x
= (J
x
/A)
0,5
= (55.410/126,8)
0,5
= 20,9 cm.
r
y
= (J
y
/A)
0,5
= (4.171/126,8)
0,5
= 5,74 cm.
Mô men chống uốn:

x
= l
2x
/r
x
= 1255/21,72 = 57,78 cm.

x
=
x
(R/E)
0,5
= 57,78.(2150/2,1.10
6
)
0,5
= 1,85 cm. với E=2,1.10
6
daN/cm
2
.
- Độ lệch tâm tơng đối m và độ lệch tâm tính đổi m
1
:
m = e.A
ng
/W
x
= 80x126,8/2.216,40 = 4,58
A

ng
) .R
với m
1
= 6,366;
x
= 1,85cm.
Tra bảng phụ lục II.2 nội suy ta có
lt
=0,1972

x
= 46.162/0,1972.117,44 = 1.993,25 daN/cm
2
.R=2150daN/cm
2
.
+ Kiểm tra độ ổn định ngoài mặt phẳng khung:
Tính mô men ở đầu cột đối diện với tiết diện đã có
M
b
= -37.480daNm.
M
c
t
= -807daNm.(theo bảng tổ hợp nội lực)
Mô men ở tiết diện phần ba cột là(phía M lớn)
M=M
c
t

=e/
x
=(M/N)/(W
x
/A
ng
)
vu dinh phong
21

m
x
= (35.047.10
2
/46.162)/(2.216,4/117,44) = 4,02 có m
x
<= 5
C = /(1+.m
x
)
Với 1 < m
x
<5 tra bảng phụ lục II-5 ta có:
= 065 + 0,005m
x
= 0,65+0,005.4,02 = 0,67
với
y
= 73,83cm và
c

0,5
[ho/
b
] = (0,9+0,5.1,85)(2,1.10
6
/2150)
0,5
= 57,04 < 3,1.(E/R)
0,5
= 96,8
Vậy [ho/
b
]=57,04.
Ta có h
b
/
b
= 46,8/1 = 46,8 < [ho/
b
] = 57,04Thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ của bản
bụng cột trên.
+ Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh : với = 1,85cm thoả mãn 0,8< <4
Theo bảng 3.3:[b
o
/
c
] = (0,36+0,1. ).(E/R)
0,5
[b
o

tt
=144.852daN; M
2
tt
= 82.289daNm;
Nhánh trong cột dới : N
1
tt
=149.228daN; M
1
tt
= -30.181daNm;
Thay các giá trị vào phơng trình:
y
1
2
-[(M
1
+M
2
)/(N
1
-N
2
)+c]y
1
+ M
2
.c/(N
1

.y
1
/c+M
1
/c =149.228x0,724/1 + 30.181/1 = 138.222,07 daN
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái
N
nh2
= N
2
.y
2
/c+M
2
/c =144.852x0,276/1 + 82.289/1 = 122.268,15 daN
Giả thiết độ ổn định =0,8 ta có diện tích yêu cầu cho từng nhánh
Nhánh cầu chạy:
A
ycnh1
= N
nh1
/R = 138.222/(0,8.2150.1) = 80,36 cm
2
.
Nhánh mái:
A
ycnh2
= N
nh2
/R = 122.268/(0,8.2150.1) = 71,09 cm

r
x1
= (J
x1
/A
nh1
)
0,5
= (2.133/93,44)
0,5
= 4,78 cm.
J
y1
= 0,8.36,8
3
/12+20.1,6.(40/2-1,6/2)
2
= 15.119 cm
4
.
r
y1
= (J
y1
/A
nh1
)
0,5
= (15.119/93,44)
0,5

o
:khoảng cách từ mép trái tiết diện đến trọng tâm của toàn tiết diện nhánh mái.
Các đặc trng hình học của tiết diện J
x1
= J
y1g
= 147 cm
4
.
J
x2
=J
x
+2bS
x
+b
2
F
J
x2
= 36.1,4
3
/12 + 36.1,4(1,48 - 0,7)
2
+ 2.[147 + 15,6.(2,75- 1,48)
2
] =383,22 cm
4
.
r

nh2
)
0,5
= (15.021/81,6)
0,5
=13,57 cm.
Tính khoảng cách giữa 2 trục nhánh:
vu dinh phong
23

C = h - z
o
= 100 1,48 = 98,52 cm.
Khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện tới trục nhánh cầu chạy và nhánh mái:
y
1
=A
nh2
.c/A = 81,6.98,52/(93,44+81,6) = 45,93 cm.
y
2
= c- y
1
= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm.
Mô men quán tính toàn tiết diện với trục trọng tâm x-x:
J
x
= J
x
+y

nh2
+ A
nh2
)]
0,5
= [426.861/(93,44+81,6))]
0,5
= 49,38 cm.
II.3.2 - Xác định hệ thanh bụng:
a - Bố trí thanh bụng :
- Khoảng cách các nút giằng a= 96cm thanh giằng hội tụ tại trục nhánh.
- Chiều dài thanh xiên:
S = (a
2
+c
2
)
0,5
= (96
2
+98,52
2
)
0,5
= 137,56 cm
- :góc giữa trục nhánh và trục thanh giằng xiên
tg = 98,52/96 = 1,048085 sin = 0,716207
Ta giả thiết hệ thanh giằng xiên là hệ thép góc đều cạnh L75x7 có
A
tx

2
< R=2150 daN/ cm
2
.
Thanh xiên ổn định
c - Kiểm tra thanh bụng ngang:
Độ mảnh các nhánh:
Độ mảnh toàn cột theo trục ảo x-x:
x
= l
x1
/r
x
= 1.861/49,38 = 37,69
với l
x1
=18,61 m chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột dới đã tính.
Với =44
o
34 nội suy bảng 3.5 đợc k = 28,5

tđ
= (
x
2
+k.A/A
tx
)
0,5
= (37,69

q
<Q vây ta không cần phải tính lại thanh bụng xiên và
tđ
.
- Thanh bụng ngang tính theo Q
q
= 1.622daN vì Q
q
nhỏ nên ta chọn thanh bụng ngang
theo độ mảnh giới hạn [] = 150.
Vậy ta chọn thanh bụng ngang là thép góc L63x4, r
min
=1,25cm.
có = s/r
min
=100cm/1,25cm = 80<[]
d -Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:
Nhánh cầu chạy:
y1
= l
y1
/r
y1
= 940/12,72 = 73,90 =
1max

x1
= l
nh1
/r

1
= 98,52 - 45,93 = 52,59 cm.
Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu chạy
N
nh1
= N
1
.y
1
/c+M
1
/c =149.228x0,4593/0,9852 + 30.181/0,9852 = 100.204 daN
Kiểm tra ứng suất:
= N
nh1
/
1
.A
nh1
R
= 100.204/0,758x93,44 = 1.415 daN/cm
2
R = 2150daN/cm
2
Lực nén lớn nhất trong nhánh mái
N
nh2
= N
2
.y

Trích đoạn Tính các bộ phận ở chân cột: Tính dầm đế ở Nhánh cầu trục:

---