§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

THUYẾT MINH
THIẾT KẾ KHUNG NGANG
NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG, MỘT NHỊP
A. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
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 = 21(m)
- Bước khung (bước cột): B = 6 (m)
- Chiều dài nhà:
b = 66 (m)
i = 8 % ⇒ α = 4,57o (sin α = 0,079 ; cos α = 0,997)

- Độ dốc mái:

- Sức nâng cầu trục:
Q = 5 (Tấn), cần trục làm việc trung bình
- Cao trình đường ray:
6,7(m)
- Phân vùng gió IV.B (địa điểm xây dựng: TP. Hà Tĩnh) có:
Áp lực gió W0 = 155daN / m 2 = 1,55kN / m 2
- Vật liệu thép CCT 38 có:
* Cường độ tính toán:

f = 230N / mm 2 = 23kN / cm 2

* Cường độ chịu cắt :


Trọng lượng 1 tấm
(kG/m2)
6,59

D.tích 1tấm
(m2)
8,39

Tải trọng cho phép
(kN/m2)
1,96

( Tra trang 172- Chương 8- Sách Pre-Engineered buildings)

- Lớp cách nhiệt: ( Tra trang 210- Chương 9- Sách Pre-Engineered buildings)
Thùc hiÖn: nhãm 30

2


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

- Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài
biên.
• Hình dạng và các thông số của xà gồ chữ “ Z “
∗ Chọn tiết diện xà gồ là tiết diện chữ Z (là loại xà gồ được chế tạo từ thép cán nguội).



7,01

4,74

1,75

6,04

16,44

Ix
(cm4)

200Z17

20

85
20

1.75

180

200

1.75

60


L
(mm)

180ES20

491,7

49,17

73,73

12,12

6,11

2,0

7,8

20

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
Thùc hiÖn: nhãm 30

3


1,05

4,74

4,98

Xà gồ mái 180ES20

1,05

6,11

6,42

1,2

10.08

12,1

Vật liệu mái

Bọt thuỷ tinh cách nhiệt
b . Hoạt tải:

TCXD 2737-1991

n

ptc


y

Thùc hiÖn: nhãm 30

a

a
q q.cos

a
q q.cos

4


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

12 xµ gå ch÷ Z 200z17
180es20

180es20

180es20

180es20

180es20

6000

6000

3

2

8

9

10

11

12

mÆt b»ng bè trÝ xµ gå vµ gi»ng xµ gå

a.Kiểm tra với xà gồ chữ “Z”
-Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17:
q tc = ( g mtc + p mtc )
q tt = ( g mtt + p mtt )

a xg
cos α
a xg
cos α




§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Xà gồ tính toán theo 2 phương x-x là dầm đơn giản, xà gồ tính toán theo phương y-y là dầm
liên tục 2 đầu tựa lên xà ngang mô men đạt giá trị lớn nhất ở giữa nhịp.
Ta có :

Mx =
My =

q y tt .B2
8

91,72.6002.10−2
=
= 41274 (kG.cm)
8

q x tt .B2 7,33.6002.10−2
=
= 824,625 (kG.cm)
32
32
qy

qx


tc
4
5 q y .B
5 74,73.10−2.600 4
∆y =
.
=
.
= 1,67 cm
384 E.I x
384 2,1.106.358,8

∆ 1,67
=
= 0,0028 = 2,8.10−3 < 5.10−3
B 600
Vậy xà gồ giữa 200Z17 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng.
b. Kiểm tra với xà gồ chữ “C”
*Tải trọng tác dụng:
Tải trọng tác dụng lên xà gồ 180ES20:
q tc = ( g mtc + p mtc )
q tt = ( g mtt + p mtt )

a xg
2cos α
a xg
2cos α

+ g tcxg = ( 6,59 + 10,08 + 30 )
+ g ttxg = ( 6,92 + 12 + 39 )

≤ γ cf
Wx Wy

γc = 1 hệ số điều kiện làm việc.
f =2100 kG/cm2 : 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 :

Mx =

q y tt .B2
8

=

49,7.6002.10−2
= 22365 kG.cm
8

q x .B2 3,97.6002.10 −2
My =
=
= 446,625 kG.cm.
32
32
tt

qy


B  B  200

tc
4
5 q y .B
5 38,99.10−2.6004
δy =
.
=
.
= 0,64cm
384 E.I x
384 2,1.106.491,7

δ 0,64
=
= 0,0011 < 5.10−3
B 600
Vậy xà gồ chữ “C” 180SE20 đảm bảo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng.
II. THIẾT KẾ KHUNG NGANG
1.Xác định các kích thước chính của khung ngang.
Thùc hiÖn: nhãm 30

7


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh


Bề rộng Bề rộng
gabarit
đáy
Bk
Kk
(mm)
(mm)
3880

T.lượng
cầu trục
G
(T)

T.lượng
xe con
Gxc
(T)

Áp
lực
Pmax
(kN)

Áp
lực
Pmin
(kN)

5,76


70

120

Loại
28 ray

Hình 1.1
Lấy chiều cao ray và lớp

đệm là: Hr = 120 + 20 = 140 (mm).
- Dầm cầu trục: Từ bước cột và các thông số của cầu trục ta chọn dầm tiết diện chữ I định hình
10
cao 40 cm có các thông số như sau:

b f = (0,3 ÷ 0,5).40 = (12 ÷ 20)cm chọn b f = 20cm

14

t w = 1cm , t f ≥ t w chọn t f = 2cm

14

1 1
÷ ).6= (0,3-0,4)m chọn h= 40cm
15 20
400

h=(

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột:
H d = H − H t = 7,7 - 1,54 = 6,16 (m)
1.3 Theo phương ngang.
Coi trục định vị trùng với trục đường trục của cột. Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray
cầu trục:
L − L K 21 − 19,5
=
= 0,75(m)
2
2
Chiều cao cột chọn theo yêu cầu về độ cứng và cấu tạo:
L1 =

1 1 
1 1 
h =  ÷ ÷H =  ÷ ÷.7.7 = (0,513 ÷ 0,385m) .
 15 20 
 15 20 
Chọn
h=0,5 m
Khe hở giữa cầu trục với mép cột:
z = L1 − h = 0,75 − 0,5 = 0, 25m > Z min = 0,16m (tra theo catalo)
1.3. Sơ đồ tính khung ngang.
i = 8%

i = 8%

1540

 .B = 
 .6 = 1, 22 ( kN / m )
cos
α
L
cos4,57
21




tc
m

tt
tt
 (g tttôn + g c.nh
 ( 0,0692 + 0,121) 16.0,0498 
) n.g xg 
g =
+
+
 .B = 
 .6 = 1,37 ( kN / m )
cos
α
L
cos4,57
21


Mtt = Gtt .e = Gtt(L1-0,5h) =11,97.0,55 = 6,58 kGm
2.2. Hot ti mỏi:
Ti trng tm thi do s dng trờn mỏi c ly theo TCVN 2737-1995 i vi mỏi khụng
ngi qua li, ch cú hot ti sa cha cú giỏ tr tiờu chun l 0,3 kN/m 2.
Quy i thnh lc phõn b u trờn x ngang:
p tt = 1,3.0,3.6 = 2,34 ( kN / m )
2.3.Hot ti do cu trc:
a. p lc ng ca cu trc:
Ti trng thng ng ca bỏnh xe cu trc tỏc dng lờn ct thụng qua dm cu trc c
xỏc nh bng cỏch dựng ng nh hng phn lc gi ta ca dm v xp cỏc bỏnh xe ca
hai cu trc sỏt nhau vo v trớ bt li nht, xỏc nh cỏc tung y i ca ng nh hng t
ú xỏc nh c ỏp lc ln nht v nh nht ca cỏc bỏnh xe cu trc lờn ct:
Bk=3880

Pmax Pmax

Pmax

y4=0,353

3100

Bk=3880

2900

y3=0,837

980


i

= 0,353 + 0,837 + 0,517 + 1 = 2,707

Trong đó : γ p = 1,1
nc = 0,85 là hệ số tổ hợp khi xét tải trọng do hai cầu trục chế độ trung bình hoặc nhẹ .
Từ đó ta tính được áp lực Dmax , Dmin :
Các áp lực D max ;D min truyền vào vai cột và lệch tâm so với trục cột (trục định vị tâm cột)
là

e = L1 − 0,5h = 0,75 − 0,5.0, 4 = 0,55m .
Trị số momen lệch tâm tương ứng:
M max = D max .e = 100, 48.0,55 = 52, 264(kN.m)

M min = D min .e = 35,69.0,55 = 19,6295(kN.m)
b.Lực hãm ngang T:
Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục lên ray:
T1tc =

0,05(Q + G xc ) 0,05.(50 + 4,5)
=
= 2,725 (kN)
n0
2

Lực hãm ngang của toàn cầu trục truyền lên cột vào cao trình vai cột.
T = n c .γ p .∑ T1tc .yi = 0,85.1,1.2,725.2,707 = 6,898 (kN)
Lực hãm đặt trên cột ở mặt trên dầm cầu trục và cách mặt vai cột 0,64m
2.4.Tải trọng gió:
Theo TCVN 2737-1995, TP. Hà Tĩnh thuộc phân vùng gió IV-B, có áp lực gió tiêu chuẩn

+ Phía đón gió: 1,2.1,55.1.0,419.6 = 4,68 (kN/m)
+ Phía khuất gió:1,2.1,55.1.0,4.6 = 4,464 (kN/m)
3. Xác định sơ bộ tiết diện khung
3.1 Xác định sơ bộ tiết diện cột
500

- Chiều dài bụng h w = 46(cm)

x

- Chiều dày bụng t w = 1, 0(cm)

10

- Bề rộng cánh b f = 20(cm)

y

y

200

x

- Bề dày cánh t f = 2(cm)
20

460

20

10

Thùc hiÖn: nhãm 30

12


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Hình3.3: Tiết diện đoạn xà 2

Hình3.2: Cấu tạo khung

200

20

x

20

460

x

500

y

6160

Sơ đồ tính là khung phẳng có
mái dốc (hình vẽ), liên kết ngàm
với móng, liên kết cột với xà và
liên kết tại đỉnh xà là cứng. Trục
khung trùng trục định vị. Sử
dụng phần mền SAP2000 để
tính toán, tiết diện và tải trọng
khai báo được tính toán sơ bộ
như bên.

+0.00

I1
4500

6000

6000

4500

21000

Hình 4.1: Sơ đồ tính khung ngang

Thùc hiÖn: nhãm 30

13


21000

Hình 4.2: Sơ đồ tính hoạt tải mái trái
-

Phương án 3 : Hoạt tải nửa phải

Thùc hiÖn: nhãm 30

14


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh
2.34 kN

21000

Hình 4.3: Sơ đồ tính hoạt tải mái phải
-

Phương án 4 : Hoạt tải cả mái
2.34 kN

21000

Hình 4.4: Sơ đồ tính hoạt tải cả mái



100.48 kNm

35.69 kNm
19.6295 kN

52.264 kN

21000

Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng Dmax phải

-

Phương án 7 : T trái +

6.898 kN

21000

Hình 4.7: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái +
Phương án 8 : T trái –

1540

-

6160

6.898


1540

- Phương án 10 : T phải –

21000

Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải -

Phương án 11 : Gió trái
Giã tr¸i

4,68kN/m

4,464kN/m

5,58 kN/m

8,928 kN/m

7700

-

21000

Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà
-

Phương án 12 : Gió phải

nửa khung (chọn nửa khung bên trái). Số hiệu thanh (frame) và điểm (joint) trong SAP.

Hình 5.1: Số hiệu thanh và điểm trong SAP

Thùc hiÖn: nhãm 30

18


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Hình 5.2: Mômen do tĩnh tải

Hình 5.3: Lực dọc do tĩnh tải

Hình 5.4: Lực cắt do tĩnh tải
Thùc hiÖn: nhãm 30

19


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Hình 5.5: Mômen do hoạt tải chất nửa mái trái

Hình 5.6: Lực dọc do hoạt tải chất nửa mái trái


Hình 5.13: Lực cắt do hoạt tải chất cả mái
Thùc hiÖn: nhãm 30

22


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Hình 5.14: Mômen do áp lực cầu trục Dmax đặt trên cột trái

Hình 5.15: Lực dọc do áp lực cầu trục Dmax đặt trên cột trái

Thùc hiÖn: nhãm 30

23


§å ¸N kÕt cÊu THÐP 2

GVHD: Ths NguyÔn thÞ quúnh

Hình 5.16: Lực cắt do áp lực cầu trục Dmax đặt trên cột trái

Hình 5.17: Mômen do áp lực cầu trục Dmax đặt trên cột phải

Hình 5.18: Lực dọc do áp lực cầu trục Dmax đặt trên cột phải