Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 1
MỤC LỤC
PHẦN I: SỐ LIỆU ĐỀ BÀI
1. SỐ LIỆU CHUNG
2. SỐ LIỆU RIÊNG
PHẦN II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC KHUNG NGANG.
1. CẦU TRỤC
2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC THEO PHƢƠNG ĐỨNG
3. XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC THEO PHƢƠNG NGANG
4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG
PHẦN III: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG.
1. TẢI TRỌNG THƢỜNG XUYÊN
2. TẢI TRỌNG SỬA CHỮA MÁI
3. ÁP LỰC CẦU TRỤC LÊN VAI CỘT
4. LỰC XÔ NGANG CỦA CẦU TRỤC
5. ÁP LỰC GIÓ
PHẦN IV: XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG.
1. TĨNH TẢI
2. HOẠT TẢI
3. ÁP LỰC ĐỨNG D
max
VÀ

D
min

4. LỰC XÔ NGANG T
5. TẢI GIÓ
PHẦN V: TỔ HỢP NỘI LỰC.

+ Vật liệu thép CT3, Que hàn E42A, bulong từ thép độ bền thuộc lớp 4.6 ( hoặc lớp 4.8).
Móng bê tông mác 300.
3 Đòa hình: Thuộc đòa hình B ( tương đối trống trải)
2. SỐ LIỆU RIÊNG:

Số liệu tính toán :

- Nhòp : L = 30 m.
- Sức trục : Q = 50/10 T.
- Cao trình ray : H
r
= 9.0 m.
- Bước khung : B = 6 m.
- Chiều dài nhà : L = 84 m.
- Vùng gió IA q
0
= 55daN/m
2

Q=50/10T
2200
+16.900m
15400
0.00m
-0.60m
+19.700m
+15.400m
+13.200m
+9.65m
+8.700m

- Nhịp cầu trục : L
ct
= 28.5 m.
- Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục : K = 5250 mm.
- Kích thƣớc từ tim rây đến mép ngoài : B
1
= 300 mm.
- P
max
= 490 KN.
- P
min
= 145 KN.
- G
xe
= 180KN.
- G
ct
= 770 KN.

2.XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC THEO PHƢƠNG ĐỨNG :
- Cao trình đỉnh ray H
r
= 9.0 m.
- Sơ bộ chọn chiều cao của ray và đệm : h
r
= 0.2 m.
- Chiều cao của dầm cầu trục chạy :
h
dct

- Độ vỏng của kết cấu mái : f = 0.3 (khoảng 1/100 nhịp)
Chiều cao thực của phần cột trên :
- H
t
= h
r
+ h
dct
+ H
k
+ 0.1 + f = 0.2 + 0.75 + 3.15 + 0.1 +0.3 = 4.5 m.
Nhƣ vậy, làm tròn ta lấy : H
t
= 4.5 m, H
d
= 8.7 m.

3.XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC THEO PHƢƠNG NGANG :
- Nhịp nhà xƣởng : L = 30 m.
- Nhịp cầu trục : L
k
= 28.5 m.
- Kích thƣớc phần đầu cầu trục : B
1
= 0.3 m.
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 4
- Khe hở an toàn giữa mút cầu trục và mép trong cột trên : D = 0.06 m.
Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị :

125.075.0ah
d
m.
- kiểm tra lại theo yêu cầu độ cứng của khung
- h
d
≥
11
1
10
1
H
d
= 0,1 m ÷ 0,09 m
- h
d
≥ 1/20 (H
t
+ H
d
) = 0,855 m (thỏa yêu cầu )

4.XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG :

Q=50/10T
2200
+16.900m
15400
0.00m
-0.60m

i=10%
i=10%
3000 3000 3000 3000 3000 30003000300030003000
30000
2200
2200
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 60006000
84000
0.00m
-0.55m
30000
H? GI? NG CÁNH THU? NG- TL 1/500
31 2 4 6 7 98 10 1211 13 145 15
A
B
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 60006000
84000
0.00m
-0.55m
30000
H? GI? NG CÁNH H? -TL 1/500
31 2 4 6 7 98 10 1211 13 145 15
A
B
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 6

3700
2200
31 2 4 6 7 98 10 1211 135
H? GI? NG C? T TL 1/500
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
14 15
4500
8700
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 7
PHẦN III:
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
NGANG
1. TẢI TRỌNG THƢỜNG XUYÊN :
a.Trọng lƣợng mái :
Độ dốc mái : i =10%
cos = 0.995
Trọng lƣợng do các lớp
mái
Tải trọng tiêu
chuẩn (daN/m
2
)
Hệ số
vƣợt tải
Tải trọng tính toán
(daN/m
2
)

Trọng lƣợng kết cấu mái và hệ giằng đƣợc lấy nhƣ sau: g
tt
1
= nxg
tc
1
= 1.2x30=36 (daN/m
2
)
Trọng lƣợng kết cấu cữa mái: g
tt
2
= n x g
tc
2
= 1.2x15=18 (daN/m
2
)

2. TẢI TRỌNG SỬA CHỮA MÁI :
Theo tiêu chuẩn Việt Nam về tải trọng và tác động TCVN 2737-1995, tải trọng sửa chữa mái lợp
panen bêtông cốt thép đƣợc lấy bằng 75daN/m
2
mặt bằng nhà, giả thiết độ dốc mái nghiêng là 1/10
Hay nói cách khác mái nghiêng 1 góc 6°.
Giá trị tải sửa chữa mái đƣa vào tính toán là :
p
c
= 75 daN/m
2

.
Hoạt tải tác dụng lên cột :
P = P` * B = 105 * 6 = 1260 daN/m
2
.

3. ÁP LỰC CẦU TRỤC LÊN VAI CỘT:
Áp lực cầu trục lên vai cột đƣợc tính theo công thức sau :
D
max
= n.n
c
.P
max
.
i
y

D
min
= n.n
c
.P
min
.
i
y

Với + n=1.1 là hệ số vƣợt tải
+ n

2
= 1
Y
3
= 0,676
Y
1
= 0.125
y
4
= 0
P1 P2 P3 P4
5000
1300
5000
6000 6000
Y1
Y2
Y3
1000
5000
1300 4700
300
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 9
Để tính đƣợc các giá trị y này ta dựa vào các tam giác đồng dạng

1 0.125 0.676
i

xe
QG
T f n
n

Trong đó:
- Q : là sức trục =500 KN
- G
xe
: trọng lƣợng của xe con=180KN
- n
xe
=4 : số bánh xe của một xe con
- f
ms
: lực ma sát giữa móc cẩu và cầu trục ( lấy bằng 0.2)

0
500 180
0.2 2
4
T x x
=68 KN
Lực hãm tiêu chuẩn lên một bánh xe của cầu trục:
T
1
=
0
0
68

: C : Hệ số khí động

Tải gió tác dụng lên khung gồm 2 phần :
- Tập trung : đặt tại đáy vì kèo.
- Phân bố : dƣới đáy vì kèo.
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 10
a.Tải trọng tập trung tại đáy vì kèo :
Cao trình đáy vì kèo : H = 13.2 m  K
b
= 1.0512
Cao trình đỉnh vì kèo : H = 13.2 + 2.2 + 1.5 + 2.2 + 0.5 = 19.7 m  K
T
= 1.127
Trong khoảng từ cành dƣới dàn đến đỉnh mái hệ số k đƣợc lầy trung bình 2 giá trị trên và bằng 1.0891
Tải gió tập trung tại đáy vì kèo :
ii0
h.C.B.K.q.nw

d
w 1.3 55 1.0891 6 (0.8 2.2 0.6 0.9 0.7 2.2 0.8 0,6)

d
w
= 1065.27 daN = 10.653 kN
h

-0.5
-0.6
-0.6
-0.6
-0.8
0.7
q
h
-0.6
W
0.8
W
8700
4500
2197 1789
1580610
+16.900m
+19.700m
+15.400m
+13.200m
+8.700m
30000
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 11
PHẦN IV:
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC KHUNG NGANG

Để thiết lập sơ đồ tính cho khung ngang 1 cách đơn giản, ta giả thiết:
Thay thế cột bằng cấu kiện thanh trùng cới tim cột, có độ cứng bằng độ cứng cột. Cột trên và cột


q.L 2.97 30
N 445.5
22
KN.
Moment lệch tâm đặt tại vai cột: M
lt
=N
2
x e =445.5x0.275=122.65 (KNm)
Ta có các thông số sau để tra bảng:
4.5
0.34
4.5 8.7
t
td
H
a
h H H
và n=
2
1
1
0.125
8
J
J

Tra bảng và nội suy ta đƣợc: K
B

. . .
0.6897
B cd cd
B
K E J E J
M
hh
và
'
22
. . .
1.4535
B cd cd
B
K E J E J
Q
hh

- Mô men và lực cắt ở tại vai cột

.
C B B t
M M Q h
=
.
0.6897
cd
EJ
h
-0.6897+
AB
QQ

- Mô men trong thanh xà ngang:
4. . 3.75 15. . 6. .
4
d cd d d
BC
E J Ex J E J E J
M
L L L hb) Moment do tải ngoài gây ra trong thanh xà:
2
2227.5( . )
12
q
BC
ql
M KN m
;
2
1113.75( . )
24
q
Nhip
ql

cd
R
h
r EJ

Từ đó ta tính ra đƣợc giá trị nội lực cuối cùng:
29.7 KN/m
HCB 1 HCB 2
122.65 KNm
122.65 KNm
VÀ
2227.5KNm2227.5 KNm
1113.75 KNm
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 13
- Giá trị moment ở chân cột:
0.7638
305.568.
233.393( )
cd
PA
cd
EJ
h
M x KNm
h EJ

- Giá trị moment ở đỉnh cột:
0.6897


Biểu đồ mômen cuối cùng:

Xét bài toán BT2:
Từ các thông số =0.34,
x
h
=
4.5
13.2
=0.34 và n=0.125, tra bảng ta đƣợc:
'
0.16118
1.4915
B
B
k
k

- Momen và phản lực đỉnh cột đƣợc xác định nhƣ sau:
M
B
= K
B
.M
lệchtâm
=-0.16118x(-122.65)=19.77 (KNm)

'
122.65

II
+ Q
B
.H
d
= 80-(13.86x8.7)=-40.58 (KNm)

M
0
P
29.7 KN/m
29.7 KN/m
29.7 KN/m
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 14

Cộng kết quả 2 bài toán trên ta thu đƣợc biểu đồ moment gây ra do tĩnh tải: Biểu đồ môment do tĩnh tải
Lực cắt tại chân cột
196.07 11.632
21.2
8.7
TT
A
Q
(KN)
2.HOẠT TẢI :

2.303 KN/m
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 15
Lực cắt tại chân cột
0.198 0.198 21.2 4.19( )
HT TT
AA
Q Q x KN

3. ÁP LỰC ĐỨNG D
max
VÀ D
min
:
Tƣơng tự nhƣ trên bài toán cũng đƣợc đƣa về thnàh 2 bài toán
- Bài toán 1: với cột chịu nén đúng tâm D
max
và D
min
(chỉ gây ra lực dọc trong cột dƣới chứ
không gây ra moment).
- Bài toán 2: với các moment M
max
và M
min
( do D
max
và D
min

Q K x
h
(KN)
- Mômen tại chân cột trên:
M
II
=M
B
+Q
B
.H
t
=-73.966+51.85x4.5= 159.359 (KNm)
- Mômen tại đỉnh cột dƣới:
M
III
= -M
lechtam
+M
II
=-458.905+159.359 = -299.546(KNm)
- Momen tại chân cột:
M
A
= M
II
+ Q
B
.H
d

E J E J
QK
hh

4.067
0.429
17.536 KN/m
1.453 1.453
4.067
0.429
73.966 KN/m
299.546 KN/m
159.359 KN/m
151.549 KN/m
35.893 KN/m
37.769 KN/m
71.03 KN/m
M
M
p
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 16

'
2 2 2
. . .
. ( ) 4.06745
cd cd cd
A A B B


Vậy moment trong hệ ban đầu:
Cột trái:
- Moment tại đỉnh cột:
0
1
. 73.966 3.58 13.2 1.4535 5.28( )
B
pP
M M M x x KNm

- Moment tại chân cột trên:
0
1
. 159.359 3.58 ( 0.4286) 13.2 139.105( )
II
pP
M M M x x KNm

- Moment tại đỉnh cột dƣới:
458.905 139.105 319.8( )
III II
p lt P
M M M KNm

- Lực cắt:
0
. 51.85 3.58 2.52095 32.085( )
pB
Q Q Q x KN


40.66 ( 319.8)
0.198 17.19( )
8.7
HT TT
AA
Q Q KNm

r
11
=11.0419 EJ
cd
/h
3
R
1p
5.52095EJ
cd
/h
3
5.52095 EJ
cd
/h
3
51.85 12.29
86.22 KN/m
5.28 KN/m
319.8 KN/m
139.05 KN/m
40.66 KN/m

=0.284 và n=0.125, tra bảng ta đƣợc:
'
0.1088
0.68597
B
B
k
k b) Biểu đồ bao moment do ngoại lực gây ra trên hệ cơ bản
0
P
M
:
- Moment đầu cột:
M
I
=K
B
xTxh = -0.1088x63.685x13.2=-91.46 (KNm)

:
R
1P
= -43.69(KN)
 Ẩn chuyển vị thẳng:
33
1
11
43.69
3.96
11.0419
P
cd cd
R
hh
r EJ EJ

Vậy moment trong hệ ban đầu:
0
1
.
B
pP
M M M

Cụ thể:
Cột trái:
- Moment tại đỉnh cột:
3
0

. 116.63 3.96 ( 4.06745) 329.24( )
cd
AP
cd
EJ
h
M M M x KNm
EJ h

Cột phải:
- Moment tại đỉnh cột:
3
0
1
2
. 0 3.96 1.4535 75.98( )
cd
BP
cd
EJ
h
M M M x KNm
EJ h

- Moment tại vị trí đặt lực xô ngang:
3
0
1
2
. 0 3.96 ( 0.4286) 22.40( )

0.429
M
R
1p
43.69
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 19
+
-
-5. TẢI GIÓ :
Nội lực đƣợc tính theo sơ đồ nhƣ sau:

a. Nội lực do chuyển vị đơn vị gây ra trên hệ cơ bản:

Các hệ số =0.34, và n=0.125, tra bảng ta đƣợc:
'
0.05032
0.44322
B
B
k
k


22.42 KNm
75.98 KNm
q
d
W
d
q
h
So d? tính
W
h
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 20
2
2
.
3.608 4.5
. 31.63 0.44322 3.608 13.2 4.5 26.83( )
22
d d d
t
II III I B t
qH
x
M M M Q H x x x KNm

- Moment chân cột:
22
. 3.608 13.2

1p:
Ở trƣờng hợp trên ta đã xác định đƣợc r
11
=11.0419
3
cd
EJ
hCắt thanh dàn và chiếu tất cả các lực tác dụng lên phƣơng ngang ta xác định R
1p
:
R
1p
=21.11+15.85+10.65+16.12=63.73(KN)
 Ẩn chuyển vị thẳng:
33
1
11
63.73
5.77
11.0419
P
cd cd
R
hh
r EJ EJ

Vậy moment trong hệ ban đầu:

cd
CP
cd
EJ
h
M M M x KNm
EJ h

67.33 KNm
26.83 KNm
31.63 KNm
50.57 KNm
20.15 KNm
23.76 KNm
M
p
R
1p
21.11
10.65
15.85
16.12
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 21
- Moment tại chân cột:
3
0
1
2

cd
CP
cd
EJ
h
M M M x KNm
EJ h

Moment tại chân cột:
3
0
1
2
. 50.57 5.77 ( 4.06745) 360.36( )
cd
AP
cd
EJ
h
M M M x KNm
EJ hBiểu đổ moment cuối cùng nhƣ sau:

Hệ
số
TH
Tĩnh tải
(1)
Hoạt tải mái
(2)
D
max
trái
(3)
D
max
phải
(4)
T trái
(5)
T phải
(6)
G. Trái
(7)
G.
Phải
(8)
M
(KNm)
N
(KN)
M
(KNm)

-86.22
0
15.48
75.98
79.07
-86.94

0.9
-190.8
446
-34.39
79.38
-4.752
0
-77.598
0
13.932
68.382
71.163
-78.246
II-II
1
-101.93
446
-19.53
88.2
139.23
0
17.52
0

22.42
-5.6
12.49

0.9
20.67
446
2.07
79.38
-287.82
826.029
-82.161
195.84
18.045
20.178
-5.04
11.241
IV-IV
1
192.81
446
38.82
88.2
-40.66
917.81
228.10
217.6
329.24
212.61
-377.12

tƣM(KNm)
N(KN)
M(KNm)
N(KN)
N(KN)
M
+
(KNm)
M
-
(KNm)
I-I

1+8
1+2 -277.92
446
534.2

-122.77
II-II
1+3
1+2
1+2
37.3

diện
M
max
-N
tƣ
M
min
-N
tƣ

N
max
–M
tƣM(KNm)
N(KN)
M(KNm)
N(KN)
N(KN)
M
+
(KNm)
M
-
(KNm)
I-I

1+2+4+6+8

525.38
-333.708
1272.029
1351.409

-290.298
IV-IV
1+2+4+5+8
1+3+5+7
1+2+3
+5+8
+5+7
1053.658
721.22
-479.508
1072.029
1351.409
811.774
-444.57
Đồ Án Kết Cấu Thép GVHD : Th.S. Trần Quốc Hùng

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 23
PHẦN VI:
THIẾT KẾ CỘT

H
t
=3.2m, h
t
= 0.45m

1 t d
N 1072.029
m 2.04
N 525.38
H J 4.5 8
C 1.024
H mJ 8.7 2.04 1
i J J 1 8
K : : 0.242
i H H 4.5 8.7

Tra bảng II.6a theo 2 thông số C
1
, K
1
và nội suy ta đƣợc
1
2.014

1
2
1
2.014
1.967
1.024C

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung :
1x 1 d
2x 2 t
l H 2.014 8.7 17.522m

F 1.25 2.2 2.8
Rh
525.38 86
1.25 2.2 2.8 136.5 165.15 cm
21 1 45

= 1.25 : hệ số ảnh hƣởng hình dạng tiết diện
R = 21kN/cm
2
: cƣờng độ thiết kế của vật liệu thép.
Chọn :

bt
cc
ct
11
1.2cm h
30 50
11
1.5cm b
20 36
11
b 30cm h
12 15b
h 45cm; h 42cm

c

SVTH : Mai Xuân Toàn-XDLTTD12 Trang 25
33
c c b b
y
33
4
2 b h
J
12 12
2 1.5 30 42 1.2
6756cm
12 12

y
y
x
x
3
x
x
t
J
6756
r 6.94cm
F 140.4
J 50001
r 18.87cm
F 140.4
2J 2 50001
w 2222cm

R 2.1 10
46.9 1.48
E 2.1 10

3
yy
6
R 2.1 10
54.03 1.71
E 2.1 10

Ta có :
c
x
b
F 90
1.25 5; 5 m 5.5 20; 1.79
F 50.4
tra bảng II.4 - phụ lục II ta đƣợc :
1
1.4 0.02 1.4 0.02 1.48 1.37
m m 1.37 5.4 7.398

Cột không cần kiểm tra bền vì
yc 1
F F; m 20

* Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn :
x
1.48