THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ KHUNG NGANG
NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT
TẦNG, MỘT NHỊP
NHÓM SV
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 =18(m)
- Bước khung (bước cột): B = 6(m)
- Chiều dài nhà: b = 102(m)
- Độ dốc mái: i =10%

17,5=⇒
α

099,0(sin =
α
;
)995,0cos =
- Sức nâng cầu trục: Q = 12,5(Tấn), cần trục làm việc trung bình
- Cao trình đường ray: 9,7(m)
- Phân vùng gió II.B (địa điểm xây dựng: Nghệ An) có:
áp lực gió
22
0
/25,1/125 mkNmdaNW ==
- Vật liệu thép CCT34 có :

- Tấm lợp mái : (single skin panels) hình dạng tấm lợp mái chọn như sau:
Có các thông số kỹ thuật :
Chiều dày
(mm)
Trọng lượng 1 tấm
(kG/m
2
)
D.tích 1tấm
(m
2
)
Tải trọng cho phép
(kN/m
2
)
0,7 6,59 8,39 1,96
- Lớp cách nhiệt:
200
60
1.75
2
0
- Xà gồ : Ta chọn xà gồ hình chữ “ Z “ ở bên trong và 2 xà gồ hình chữ “ C ” ở ngoài biên nhằm
làm tăng ổn định cho mái.
• 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).
Tiết
diện
I

cho phép
(KN)
200Z17 358,8 35,88 49,86 7,01 4,74 1,75 6,04 16,44
Xà gồ chữ Z(200Z17). Xà gồ chữ C(180ES20).
Tiết diện
I
x
(cm
4
)
W
x
(cm
3
)
I
y
(cm
4
)
W
y
(cm
3
)
Trọng
lượng
(kg/m)
Chiều
dày

o
).
a.Tĩnh tải:
Vật liệu mái
Hệ số vượt
tải
Tải trọng tiêu chuẩn
(kG/m
2
)
Tải trọng tính toán
(kG/m
2
)
Lớp tôn lợp mái 1,05 6,59 6,92
Xà gồ mái 200Z17 1,05 4,74 4,98
Xà gồ mái 180ES20 1,05 6,11 6,42
Bọt thuỷ tinh cách nhiệt 1,2 10.08 12,1
b . Hoạt tải:
Tải trọng tác dụng lên xà gồ 200Z17:
( )
( )
xg
tc tc tc tc
m m xg
0
a
1,5
q g p g 6,59 10,08 30 4,74 75,09
cos cos5,71

2
)
p
tt
(kG/m
2
)
1,3 30 39
y
y
x
y
x
x
y
a
q.sin
a
q.cos
a
q
q.cos
a
q
q.sin
a
x
tc tc 0
x
q q .sin 75,09.sin5,71 7,47 kG / m= α = =

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 :
tt 2
2 2
y
x
q .B
91,98.600 .10
M 41391
8 8
−
= = =
(kG.cm)
tt 2 2 2
x
y
q .B 9,19.600 .10
M 1033,9
32 32
−
= = =
(kG.cm)
q
y
q
x
6000
3000 3000
Mx

x
q .B
5 5 74,72.10 .600
. . 1,67cm
384 E.I 384 2,1.10 .358,8
−
∆ = = =
3 3
1,67
0,0028 2,8.10 5.10
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:
( )
( )
xg
tc tc tc tc
m m xg
0
a
1,5
q g p g 6,59 10,08 30 4,11 41,29
2cos 2cos5,71
= + + = + + + =
α

.
*Theo điều kiện bền :
f
W
M
W
M
c
y
y
x
x
yxtd
γσσσ
≤+=+=
γ
c
= 1 hệ số điều kiện làm việc.
f
=2100 kG/cm
2
: 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 :
tt 2
2 2
y
x
q .B

*Kiểm tra theo điều kiện biến dạng:
Xà gồ có độ võng theo cả 2 phương tuy nhiên độ võng theo phương mặt phẳng mái rất nhỏ nên có
thể bỏ qua , ta chỉ xét đến độ võng theo phương vuông góc với mặt phẳng mái
y
δ
.
200
16
500
14
14
Công thức kiểm tra :
3
1
5.10
B B 200
−
∆ ∆
 
< = =
 
 
Ta có :
tc 4
2 4
y
y
6
x
q .B

Khoảng
cách
Z
min
(mm)
Bề rộng
gabarit
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

1,09 - chiều cao gabarit cầu trục (tra theo catalo cầu trục)
K
b 0,3(m)=
khoảng hở an toàn giữa cầu trục với xà ngang.
Chọn H
2
=1,4 (m)
Chiều cao của cột khung: (coi cao trình đáy cột ở cốt +0.00)
1 2 3
H H H H 9,7 1,4 0 11,1(m)= + + = + + =
Trong đó: H
1
- cao trình đỉnh ray, H
1
= 9,7m
H
3
- Phần cột chôn dưới nền, coi mặt móng ở cốt
0,000±
,( H
3
=0).
Chiều cao của phần cột tính từ vai cột đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang:
t 2 dct r
H H H H= + + =
1,4+0,5+0,14 = 2,04(m)
Chiều cao phần cột tính từ mặt móng đến mặt trên vai cột:
d t
H H H= − =
11,1-2,04 = 9,06(m)

( )
tc
tc tc
xg
tc
tôn c.nh
m
n.g
0,0659 0,1008
(g g ) 12.0,0474 2.0,0611
g .B .6 1,236 kN / m
cos L cos5,71 18
 
+
 
+ +
= + = + =
 
 
α
 
 
( )
( )
tt
tt tt
xg
tt
tôn c.nh
m

tc
= (g
dct
+g

).l = (1,5+ 0,5283).6 = 12,17kN
G
tt
= 1,05 .G
tc
= 1,05.12,17 = 12,78 kN
M
tc
= G
tc
.e = G
tc
(L
1
-0,5h) = 12,17.0,5 = 6,09 kNm
M
tt
= G
tt
.e = G
tt
(L
1
-0,5h) =12,78.0,5 = 6,39 kGm
2.2. Hoạt tải mái:

p
=1.1 : hệ số vợt tải của hoạt tải cầu trục
P
max
=78,3(KN)-áp lực tiêu chuẩn lớn nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lên ray (tra catalo
cầu trục)
P
min
=16,9(KN) - áp lực tiêu chuẩn nhỏ nhất của một bánh xe cầu trục tác dụng lên ray ở phía cột
bên kia.
y
i
= (0,345 +0,828 +1 +0,517) =2,7(m) - Tung độ đờng ảnh hởng
P P P P
CT-2 CT-1
3830 3830
2070 1030 2900 3100
6000 6000
0,345
0,828
1,00
0,517
2900
100
T ú ta tớnh c ỏp lc D
max
, D
min
:
Cỏc ỏp lc

2
0
W 1,25kN / m=
, h s vt ti 1,2.
Căn cứ vào hình dạng mặt bằng của nhà và độ dốc của mái, ta có thể xác định các hệ số khí
động của tải trọng gió theo chỉ dẩn dẫn xác định hệ số khí động (bảng 6)-TCVN2737.
Ứng với
h / L 0,617=
và
0
5,71α =
nội suy được:
58,01 −=Ce
;
Ce2 0,423= −
;
Ứng với
b / L 102 /18 5,67 2= = >
và lấy:
h / L 0,617 0,5= <
y :
Ce3 0,523= −
Dựa vào bảng III.2 phụ lục ta xác định được hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao
và dạng địa hình. Nội suy ta có:
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi m
2
bề mặt thẳng đứng của công trình là:
q=(n.W
o
.k.c).

3.1.1 Xác định chiều dài tính toán.
Do sức nâng của cầu trục là không lớn nên chọn phương án cột tiết diện không đổi.
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không đổi xác định theo công thức sau:
Hl
x
.
µ
=
+ Xác định hệ số chiều dài tính toán
µ
.
tỉ số độ cứng đơn vị giữa xà và cột:
cot
cot
.
11,1
: 1. 0,62
. 18
xa xa
I I I H
n
L H I L
   
= = = =
 ÷  ÷
   
(giả thiết momen quán tính của tiết diện xà và cột là như nhau)
Trường hợp cột liên kết ngàm với móng.
0,56
1,246

)85,06,0(6,060).100/170/1( ÷=≥÷=
, chọn
cmt
w
8,0=
.
(0,3 0,5) (16,8 28)
f
b h cm= ÷ = ÷
, chọn
cmb
f
20=
.
wfff
ttEfbt ≥≥ ;/
,
4
21
20. 0,63
2,1.10
f
t cm→ = =
, chọn
cmt
f
1=
2. 56 2.1 54
w f
h h t cm= − = − =














+++=
ff
f
w
ff
ww
x
tb
t
h
tb
ht
I
2212
.
.2
12

12 12 12 12
f f
w w
y
t .b
h .t . , .
I . . , ( cm )
= + = + =
3
40751.2
1445,39( )
56
2
x
x
I
W cm
h
= = =
2 4 2 2
f
w w w
x w f f
t
h h h
S .t . b .t .
 
= + +
 ÷
 

x
l
.
i .
λ = = =
;
475
118 45
4 01
y
Y
y
l
.
i .
λ = = =
6
2100
70 9 2 24
2 1 10
x x
. f / E , ,
,
λ = λ = =
×
6
2100
118 45 3 746
2 1 10
y y

=2,8 , suy ra:
4
2 1
/ 2,8 40751/ 2,8 14553,93( )I I cm= = =
Chọn phương án thay đổi tiết diện bằng cách thay đổi chiều cao bản bụng, ta có:
2
3
3
4
2 2
2
.
.
2. . . 14553,93( )
12 12 2 2
f f f
w w w
f f
b t t
t h h
I b t cm
 
 
 ÷
= + + + =
 ÷
 ÷
 
 


hh
Giải phương trình bậc ba trên ta được :
2
33,6
w
h cm=
chọn
2w
h
=34cm
cét
xµ
Hình3.2: Cấu tạo khung
200
340
8
10
10
Hình3.3: Tiết diện đoạn xà
4. SƠ ĐỒ TÍNH KHUNG NGANG.
4.1 Sơ đồ tính.
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

max
trái
- Phương án 6 : D
max
phải
Hình 4.6: Sơ đồ tính khung với áp lực đứng D
max
phải
- Phương án 7 : T trái +
Hình 4.7: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái +
- Phương án 8 : T trái –
Hình 4.8: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T trái –
- Phương án 9 : T phải
Hình 4.9: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải +
- Phương án 10 : T phải –
Hình 4.10: Sơ đồ tính khung với lực hãm ngang T phải -
- Phương án 11 : Gió trái
Hình 4.11: Sơ đồ tính khung với gió trái ngang nhà
- Phương án 12 : Gió phải
Hình 4.12: Sơ đồ tính khung với gió phải ngang nhà
- Phương án 13 : Gió dọc
Hình 4.13: Sơ đồ tính khung với gió dọc nhà
5.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC.
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 các biểu đồ, và bảng tổ hợp nội lực.Do khung
có kết cấu đối xứng và tải trọng đối xứng nên ta chỉ tổ hợp nội lực và tính toán cho một nửa khung
(chọn nửa khung bên trái). Số hiệu thanh (frame) và điểm (joint) trong SAP như hình
Hình 5.1: Số hiệu thanh và điểm trong SAP
Hình 5.2: Mômen do tĩnh tải
Hình 5.3: Lực dọc do tĩnh tải