ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG,
MỘT NHỊP KHÔNG CẦU TRỤC
I. Số liệu và nhiệm vụ thiết kế
1. Số liệu thiết kế
-

Nhịp khung L = 27 m
Bước cột B = 7 m
Chiều dài nhà: 17.B = 119 m
Cao trình đỉnh cột: 7 m
Vùng gió IIA, dạng địa hình A.
Mái lợp tơn múi dày 0,47 mm, lớp chống nóng và chống ồn dày 60 mm, (γ =

60 daN/m3).
- Vật liệu thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3-5 mm) hoặc tương
đương.
- Bê tơng móng B25
- Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, qy tơn ở phía trên.
2. Nhiệm vụ thiết kế
2.1. Thuyết minh tính tốn
- Thành lập sơ đồ kết cấu, xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng
lưới cột, bố trí hệ giằng mái và hệ giằng cột, bố trí sơ đồ kết cấu khung đầu
hồi.
- Xác định và vẽ sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung ngang: tĩnh tải, hoạt tải
mái, hoạt tải gió.
- Thiết kế xà gồ cán nóng và xà gồ dập nguội
- Tính nội lực khung ngang. Thể hiện sơ đồ tải trọng và biểu đồ nội lực M, N,
V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội
lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái.
- Thiết kế khung ngang gồm cột và xà ngang. Thiết kế các chi tiết chân cột,
liên kết xà cột, mối nối xà.

2.2. Bản vẽ thể hiện
Thể hiện 1 bản vẽ A1 gồm:
-

Sơ đồ khung ngang, sơ đồ kết cấu khung đầu hồi.
Hệ giằng mái và giằng cột.
Cột khung, các mặt cắt và chi tiết thân cột
Xà ngang và các chi tiết của xà
Triển khai một số bản thép của cột và xà, thống kê vật liệu.
Ghi chú và chỉ dẫn cần thiết.


II. Tính tốn thiết kế
1. Sơ đồ kết cấu khung ngang
Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện khơng
đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu kiến trúc và thốt
nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 (tương đương i = 17 %). Do
tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ
yếu, nên thơng thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn
nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng
biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện
cịn lại lấy khơng đổi.

Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang
1.1. Kích thước theo phương đứng
H = H1 + hch
Trong đó: H1 là cao trình đỉnh cột, H1 = 7 m
hch là chiều sâu chơn chân cột, hch = 1 m
H=7+1=8m
1.2. Kích thước theo phương ngang

Nhịp khung L = 27 m, trục định vị tại mép ngoài cột.
a. Tiết diện cột


-

1 1
 1 1
h =  ÷ ) H ÷ =  ÷ ÷.8 = ( 0,8 ÷ 0,53)
 10 15   10 15 
Chiều cao tiết diện cột:
m

Chọn h = 70 cm = 0,7 m
- Chiều rộng tiết diện cột: b = ( 0, 3 ÷ 0,5)h ) = ( 0, 3 ÷ 0, 5 ) .0, 7 = ( 0, 21 ÷ 0,35 ) m
1
1 
 1
  1
b =  ÷ ) H ÷ =  ÷ ÷.8 = ( 0, 4 ÷ 0, 27 )
 20 30   20 30 
Và
m

Chọn b = 0,4 m
-

1
1 
 1

  1
tw =  ÷
)h ÷ =  ÷
÷.0, 7.100 = ( 1 ÷ 0, 7 )
 70 100   70 100 
Chiều dày bản bụng:
cm

Chọn tw = 1 cm
-

1 
 1 1   1
t f =  ÷ )h ÷ =  ÷ ÷.0, 7.100 = ( 2,5 ÷ 2 )
 28 35   28 35 
Chiều dày bản cánh:
cm

Chọn tf = 2 cm
b. Tiết diện xà mái
- Chiều cao tiết diện nách khung:
 1  1
h1 ≥  L ÷ = .27 = 0, 675
 40  40
m

Chọn h1 = 0,7 m
- Chiều rộng tiết diện nách khung:
1 1
1 1

b =  ÷ ÷h1 =  ÷ ÷.0,7 = 0,35 ÷ 0,14
2 5
2 5
m

Chọn b = 0,4 m

- Chiều cao tiết diện đoạn khơng đổi: h2 = ( 1, 5 ÷ 2 ) b = ( 1,5 ÷ 2 ) .0, 4 = 0, 6 ÷ 0,8 m
Chọn h2 = 0,6 m
-

1
1 
 1
  1
tw =  ÷
)h1 ÷ =  ÷
÷.0, 7.100 = ( 1 ÷ 0, 7 )
70
100
70
100




Chiều dày bản bụng:
cm

Chọn tw = 1 cm

tf ≥

1
1
b = .0, 4.100 = 1,33
30
30
cm

- Chiều dày bản cánh:
Chọn tf = 1,6 cm
- Vị trí thay đổi tiết diện xà cách đầu cột:
l = ( 0,35 ÷ 0, 4 )

L
27
= (0,35 ÷ 0, 4).
= 4, 725 ÷ 5, 4
2
2
m

Chọn l = 5m
1.3. Hệ giằng
Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu
khơng gian, có các tác dụng:


- Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho
nhà;

- Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng
khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất...xuống móng.
- Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng) cho các cấu
kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,...
- Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi cơng.
Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột.
Hệ giằng cột:
Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của tồn nhà theo phương
dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Dọc theo
chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải
trọng gió một cách nhanh chóng. Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa
bản bụng cột. Chọn tiết diện thanh giằng làm từ thanh thép tròn Φ25. Trên đỉnh cột
bố trí thanh chống dọc nhà 2C20.

Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột
Hệ giằng mái:
Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Hệ giằng
mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh
chống có độ mảnh λmax ≤ 200 . Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện Φ25,
thanh chống chọn 2C20. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía
trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén).
Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các
thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh
chống xiên. Tiết diện thanh chống chọn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà
800 mm. Ngồi ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi
khi thi công lắp ghép.


Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái
1.4. Sơ đồ kết cấu khung đầu hồi


Hình 1.4. Sơ đồ kết cấu khung đầu hồi
2. Tải trọng tác dụng lên khung
2.1. Tải trọng thường xuyên
- Trọng lượng lớp tôn lợp mái dày 0,47 mm:

g1 =

0, 47
.7850 = 3, 69
1000
kg/m2

- Trọng lượng lớp chống nóng, chống ồn dày 60 mm:

g2 =

60
.60 = 3, 6
1000
kg/m2

- Trọng lượng xà gồ: g3 = 7 kg/m2
Tổng tĩnh tải tiêu chuẩn: qtc = g1 + g2 + g3 = 3,69 + 3,6 + 7 = 14,29 kg/m2
Tĩnh tải tính toán: qtt = 1,1.qtc = 1,1.14,29 = 15,72 kg/m2
Tĩnh tải tiêu chuẩn phân bố lên xà: qtc.B = 14,29.7 = 100,03 kg/m
Tĩnh tải tính tốn phân bố lên xà: qtt.B = 15,72.7 = 110,03 kg/m


2.2. Hoạt tải sửa chữa mái

- Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3
- Hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 kg/m2 mặt bằng nhà.
- Hoạt tải tính tốn: 30.1,3 = 39 kg/m2
- Hoạt tải tiêu chuẩn phân bố lên xà:
ptc = 30.B.cosα = 30.7.cos100 = 206,81 kg/m
- Hoạt tải tính tốn phân bố lên xà:
ptt = 39.B. cosα = 39.7.cos100 = 268,85 kg/m
2.3. Tải trọng gió
Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737
-1995: q = n.W0.k.C.B (kg/m)
Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.
W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IIA có W0 = 83 kg/m2
n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió
k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao
C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu
B = 7 m: là bước khung
Hệ số k và C xác định theo TCVN 2737 – 1995, kết quả xác định tải trọng
gió được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Bảng 2.1. Tải trọng gió theo phương ngang nhà
Loại tải

W0
(kg/m2)

n

k

C


B (m)

q (kg/m)

Cột đón gió
Cột hút gió
Mái đón gió
Mái hút gió

83
83
83
83

1,2
1,2
1,2
1,2

1,136
1,136
1,185
1,185

0,8
-0,5
-0,255
-0,4


7
7
7
7

633,62
-396,01
-210,68
-330,47

Bảng 2.2. Tải trọng gió theo phương dọc nhà


Loại tải

W0
(kg/m2)

n

k

C

B (m)

q (kg/m)

Cột đón gió
Cột hút gió

Mái đón gió
Mái hút gió

83
83
83
83

1,2
1,2
1,2
1,2

1,136
1,136
1,185
1,185

0,8
-0,5
-0,7
-0,7

7
7
7
7

633,62
-396,01

-578,33
-578,33

3. Thiết kế xà gồ
3.1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng
Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện U14. Sơ đồ giằng xà gồ:

Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ
Xà gồ U14 có đặc trưng hình học tiết diện:
Loại tiết
diện
U14a

hxg
mm
140

bxg
mm
60

Ix
cm4
545

Iy
cm4
57,5

Wx

cm3
77,8

Wy
cm3
13,3

G
Kg/m
13,3

a. Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân
xà gồ
- Chọn khoảng cách giữa 2 xà gồ: 1,2 m
- Khoảng cách giữa 2 xà gồ theo phương ngang:
d = 1,2.cos100 = 1,18 m
- Tải trọng tiêu chuẩn:
g + g2 
3, 69 + 3, 6 


q tc =  p + 1
÷.d + G =  30 +
÷.1,18 + 13,3 = 57,5
cos α 
cos100 


kg/m


- Tải trọng tính tốn:


( g + g 2 ).1,1 
(3, 69 + 3, 6).1,1 


q tt =  p tt + 1
÷.d + G.1,1 =  39 +
÷.1,18 + 13,3.1,1 = 70,34
cos α
cos100




kg/m

- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và y:
qtcx = qtc.sinα = 57,5.sin100 = 9,98 kg/m
qtcy = qtc.cosα = 57,5.cos100 = 56,63 kg/m
- Tải trọng tính tốn theo phương x và y:
qttx = qtt.sinα = 70,34.sin100 = 12,21 kg/m
qtty = qtt.cosα = 70,34.cos100 = 69,27 kg/m
Sử dụng 1 thanh giằng Φ18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ.

Hình 3.2. Sơ đồ tính xà gồ
Mơ men lớn nhất theo 2 phương:
Mx =


My =

q tty .B 2
8

=

69, 27.7 2
= 424, 29
8
kg.m

qxtt .B 2 12, 21.7 2
=
= 18, 70
32
32
kg.m

Kiểm tra bền theo công thức:
σ = σ x +σ y =

Mx My
+
≤ f .γ c = 2100
Wx Wy

σx =

424, 29.100

= 545,36
77,8
kg/cm2

σy =

18, 7.100
= 140,59
13,3
kg/cm2

kg/cm2


σ = 545,36 + 140,59 = 685,59 kg/cm2 < 2100 kg/cm2 => thỏa mãn
Kiểm tra võng theo công thức:
2

2
∆
1
∆  ∆ 
∆
=  x ÷ + y ÷ ≤   =
B
 B  200
 B   B 

Trong đó:
∆y

∆x
B và B là độ võng tương đối của xà gồ theo phương x và phương y

do tải trọng tiêu chuẩn qtcx và qtcy gây ra.
1
∆
 B  = 200
là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn.

Với trường hợp dùng 1 thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ
võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp và tại điểm cách đầu xà gồ 1 khoảng z = 0,21.B
- Độ võng tương đối tại điểm giữa nhịp:
∆x
=0
B
∆y
B

=

5.q tcy .B 3
384.E.I x

=

5.56, 63.10−2.(7.100)3
1
1
=
<

5
384.21.10 .545
453 200 => thỏa mãn

- Độ võng tương đối tại điểm cách đầu xà gồ z = 0,21.B = 0,21.7 = 1,47 m:
∆x
qxtc .B 3
9, 98.10−2.(7.100)3
1
=
=
=
5
B 2954.E.I y 2954.21.10 .57, 5 10418
∆y
B

=

3,1.q tcy .B 3

=

384.E.I x

cm

3,1.56, 63.10 −2.(7.100)3
1
=

5
384.21.10 .545
730 cm

2

2

∆
1
1
 1   1 
∆
= 
≤ =
÷ +
÷ =
B
728  B  200 cm => thỏa mãn
 10418   730 

b. Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ
Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ là tổ hợp tĩnh tải và gió (chiếu lên phương
gió y-y)
- Tải trọng gió tính tốn:
ytt
qgio
= ce .W0 .k .n.

d

 ( g + g 2 ).d

− 0,9.  1
+ G ÷.cos α
cos α
 cos α



= 0, 7.83.1,185.1, 2.

1,18
 (3, 69 + 3, 6).1,18

− 0,9. 
+ 13,3 ÷.cos100 = 79, 6
0
0
cos10
cos10


kg/m

- Tải trọng gió tiêu chuẩn:
ytc
qgio
= ce .W0 .k .

d

 ( g + g 2 ).d

− 0,9.  1
+ G ÷.cos α
cos α
 cos α


= 0, 7.83.1,185.

1,18
 (3, 69 + 3, 6).1,18

− 0,9. 
+ 13, 3 ÷.cos10 0 = 63, 08
0
0
cos10
cos10


kg/m

- Tĩnh tải theo phương x:
 ( g + g 2 ).d

 (3, 69 + 3, 6).1,18

qx = 0,9.  1
+ G ÷.sin α = 0,9. 

+ 13,3 ÷.sin10 0 = 3, 44
0
cos10
 cos α



kg/m

Kiểm tra bền theo công thức:
M gio =

M qx =

σ=

ytt
qgio
.B 2

8

=

79, 6.7 2
= 487, 55
8
kg.m

qx .B 2 3, 44.7 2

=
= 5, 27
32
32
kg.m

M gio
Wx

+

M qx
Wy

=

487,55.102 5, 27.102
+
= 666,34 < 2100
77,8
13, 3

kg/cm2 => thỏa mãn

Kiểm tra võng:
∆ y , gio
B

=


ytc
3,1.qgio
.B 3

384.E.I x

3,1.63, 08.10−2.(7.100)3
1
1
=
=
<
5
384.21.10 .545
655 200 => thỏa mãn

3.2. Tính tốn xà gồ dùng thép dập nguội
- Tải trọng tính tốn do tải trọng thẳng đứng q (khơng tính trọng lượng của
xà gồ):
( g + g 2 ).1,1  
(3, 69 + 3, 6).1,1 

q =  p tt + 1
.d ÷ =  39 +
÷.1,18 = 55, 71
cos α
cos100

 


kg/m

- Tải trọng gió tính tốn (khơng tính trọng lượng của xà gồ):
y
qgio
= ce .W0 .k .n.

d
 ( g + g 2 ).d 
− 0,9.  1
÷.cos α
cos α
 cos α 

y
qgio
= 0, 7.83.1,136.1, 2.

1,18
 3, 69 + 3, 6).1,18 
0
− 0,9. 
÷.cos10 = 91,39
0
cos100
cos10


kg/m



Chọn xà gồ theo tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái), qgio = 91,39
kg/m, nhịp 7000 mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng 3.5 thép
hình sẽ được số hiệu xà gồ Z15024.
4. Tính nội lực khung
4.1. Mơ hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000
a. Sơ đồ kết cấu
- Tính tốn kết cấu theo sơ đồ khung phẳng.
- Nhịp tính tốn khung lấy theo tim của 2 trục cột, trục xà gãy khúc tại điểm
đổi tiết diện (nối tâm của tiết diện nách xà với tâm của tiết diện tại chỗ đổi, đoạn
còn lại lấy trùng với trục của tiết diện bé).
- Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với xà là liên
kết cứng.
- Vật liệu thép CCT34 có f = 2100 kg/cm 2, E = 21.105 kg/cm2, ρ = 7850
kg/m3.

Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang
b. Sơ đồ chất tải trọng


Hình 4.2. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.3. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung


Hình 4.4. Sơ đồ tải trọng gió ngang trái

Hình 4.5. Sơ đồ tải trọng gió dọc
4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực
a. Nội lực

Sử dụng phần mềm sap2000 phân tích kết cấu khung, cho kết quả là giá trị
nội lực của cấu kiện cột, xà theo các trường hợp tải trọng riêng biệt. Lấy kết quả
nội lực tại các tiết diện đặc biệt của khung:
- Tại cột: lấy nội lực tại tiết diện chân cột và đỉnh cột
- Tại xà: lấy nội lực tại đầu xà (đầu liên kết với cột), giữa xà (chỗ thay đổi
tiết diện) và cuối xà (đầu giữa khung).
b. Tổ hợp nội lực
Có hai loại tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2. Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực
do tải trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp nc =1). Tổ hợp cơ bản 2


gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp
nc= 0,9). Tại mỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực:
- Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất Mmax và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư,
Qtư;
- Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất Mmin và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư,
Qtư;
- Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmax và mô men, lực cắt tương ứng Mtư, Qtư;
Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng 4.1 - 4.2

Hình 4.6. Biểu đồ mơ men do tĩnh tải tác dụng lên khung

Hình 4.7. Biểu đồ mô men do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung


Hình 4.8. Biểu đồ mơ men do tải trọng gió ngang trái

Hình 4.9. Biểu đồ mơ men do tải trọng gió dọc



Bảng 4.1. Bảng tổng hợp nội lực


Bảng 4.2. Bảng tổ hợp nội lực

5. Kiểm tra tiết diện cột, xà
5.1. Kiểm tra tiết diện cột
5.1.1. Thông số chung

Hình 5.1. Tiết diện ngang cột


Cột chịu nén lệch tâm, tiết diện đối xứng, đặc. Nội lực lớn nhất M, N, Q lấy
ở tiết diện chân cột.
- Nội lực tính tốn:
Bảng 5.1. Các trường hợp nội lực
Thành phần nội lực
Trường hợp 1
Mmax, Ntu, Qtu
Trường hợp 2
Nmax, Mtu, Qtu
Trường hợp 3
Mmin, Ntu, Qtu

M (kg.m)
43970,49
-11630,1
-17187,6

N (kg)

5446,74
-7130,2
-2048,54

Q (kg)
13712,31
-3778,59
-4460

- Vật liệu: thép CCT34:
f = 2100 kg/cm2
E = 2,1.106 kg/cm2
- Kích thước hình học tiết diện cột:
Bảng 5.2. Kích thước hình học tiết diện
Chiều cao
h (cm)
70

Bản cánh
bf (cm)
40

Bản bụng
hw (cm)
tw (cm)
66
1

tf (cm)
2


- Đặc trưng hình học tiết diện cột:
Bảng 5.3. Đặc trưng hình học tiết diện
Ix
cm4
208971,3

Iy
cm4
21338,83

Wx
cm3
5971

Wy
cm3
610

ix
cm
30,4

iy
cm
9,7

A
cm2
226


- Chiều dài tính tốn cột:
Trong mặt phẳng khung lx: cho phép tính lx = µ.H với hệ số chiều dài tính

tốn µ (tra bảng 5.4) phụ thuộc tham số:

GT =

b.I c
H .I xa

Trong đó:
b = 13,5 m: chiều dài nửa xà
H = 8 m: chiều cao cột
Ic = 208971,3 cm4: mơ men qn tính của tiết diện cột


Ixa = 124436,1 cm4: mơ men qn tính của tiết diện xà lấy ở vị trí thay
đổi tiết diện.
GT =

13,5.208971,3
= 2,83
8.124436,1

Bảng 5.4. Hệ số µ theo GT

Tra bảng 5.4 được µ = 1,383
Chiều dài tính tốn cột trong mặt phẳng uốn:
lx = µ.H = 1,383.8 = 11,06 m

Chiều dài tính tốn cột ngồi mặt phẳng uốn l y lấy bằng khoảng cách 2 điểm
ngăn cản chuyển vị cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn, tức là khoảng cách giữa
2 điểm giằng cột. Theo sơ đồ bố trí hệ giằng ta có: ly = 8 m.
5.1.2. Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh
- Độ mảnh cột:

λx =

l y 8.100
lx 11, 06.100
= 82
=
= 36 λ y = =
iy
9, 7
ix
30, 4
;

- Độ mảnh quy ước của cột:
λ x = λx .

f
2100
f
2100
= 36.
= 1,14 λ y = λ y .
= 82.
= 2, 59

6
6
E
2,1.10
E
2,1.10
;

- Độ mảnh giới hạn của cột: theo bảng 25 TCVN 338:2005:
[λ] = 180 – 60.α ; với α = 0,5 => [λ] ≥ 180 – 60.0,5 = 150
Max (λx,λy) = λy = 82 < 150 => thỏa mãn
5.1.3. Kiểm tra điều kiện bền
a) Trường hợp 1:
Với cặp nội lực 1: M = 43970,49 kg.m; N = 5446,74 kg; Q = 13712,31 kg
- Độ lệch tâm tương đối:
mx =

M A 43970, 49.100 226
.
=
.
= 30,56
N Wx
5446, 74
5971


- Độ lệch tâm tính đổi: me = ηm; η là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng
tiết diện, tra theo bảng D9, phụ lục D, TCXDVN 338: 2005, ta có η = 0,88
=> me = 0,88.30,56 = 26,89 > 20 => cần kiểm tra bền theo điều kiện:

σ=

N M
±
≤ f γc
An Wx

σ max =

5446, 74 43970, 49.100
+
= 760,5 < 2100
226
5971
kg/cm2 => thỏa mãn

σ min =

5446, 74 43970, 49.100
−
= −712,3 → σ = 712,3 < 2100
226
5971
kg/cm2 => thỏa mãn

b) Trường hợp 2:
Với cặp nội lực 2: M = -11630,1 kg.m; N = -7130,2 kg; Q = -3778,59 kg
- Độ lệch tâm tương đối:
mx =


M A 11630,1.100 226
.
=
.
= 6,17
N Wx
7130, 2
5971

- Độ lệch tâm tính đổi: me = ηm; η là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng
tiết diện, tra theo bảng D9, phụ lục D, TCXDVN 338: 2005, ta có η = 0,88
=> me = 0,88.6,17 = 5,43 < 20 => không cần kiểm tra bền.
c) Trường hợp 3:
Với cặp nội lực 3: M = -17187,6 kg.m; N = -2048,54 kg; Q = -4460 kg
- Độ lệch tâm tương đối:
mx =

M A 17187, 6.100 226
.
=
.
= 31, 76
N Wx
2048,54 5971

- Độ lệch tâm tính đổi: me = ηm; η là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng
tiết diện, tra theo bảng D9, phụ lục D, TCXDVN 338: 2005, ta có η = 0,88
=> me = 0,88.31,76 = 27,95 > 20 => cần kiểm tra bền theo điều kiện:
σ=


N M
±
≤ fγc
An Wx

σ max =

2048,54 17187, 6.100
+
= 296,92 < 2100
226
5971
kg/cm2 => thỏa mãn

σ min =

2048, 54 17187, 6.100
−
= −278, 79 → σ = 278, 79 < 2100
226
5971
kg/cm2 => thỏa mãn


5.1.4. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung
a) Trường hợp 1:
Với cặp nội lực 1: M = 43970,49 kg.m; N = 5446,74 kg; Q = 13712,31 kg
Ta có me = 26,89 > 20 => cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể như với
M
≤ f γc

φ
.W
b
c
cấu kiện chịu uốn theo cơng thức:

Tính Φb theo phụ lục E, TCXDVN 338:2005, (phụ thuộc hệ số α và hệ số Ψ
như trong dầm có cánh chịu nén với một điểm cố kết ở giữa nhịp).

-

 l .t
α = 8.  0 f
 h .b
 fk f
Tính hệ số α:

2


÷
÷



a.t w3
. 1 +
 b .t 3
f f




÷
÷


Trong đó: lo = 8 m = 800 cm
hfk = 68 cm: khoảng cách trọng tâm 2 bản cánh
a = 0,5.hfk = 34 cm
bf = 40 cm
tf = 2 cm
tw = 1 cm
2

 800.2 
→ α = 8. 
÷
 68.40 

 34.13 
. 1 +
= 3, 06
3 ÷
 40.2 

Từ 0,1 < α < 40, tra bảng E.1 TCXDVN 338:2005 ta có:
Ψ = 1,14.Ψ1 = 1,14.(2,25 + 0,07.α) = 1,14.(2,25 + 0,07.3,06 = 2,80
- Tính hệ số ϕb:
2


2
Iy  h  E
21338,83  80  2,1.10 6
ϕ1 = Ψ. . ÷ . = 2,80.
.
= 2,19
÷.
I x  lo  f
208971,3  800  2100
> 0,85

 ϕb = 0,68 + 0,21. ϕ1 = 0,68 + 0,21.2,19 = 1,14 > 1
 ϕb = 1
M
43970, 49.100
=
= 736, 4
φ
.W
1.5971
b
c

< 2100 => thỏa mãn

b) Trường hợp 2:
Với cặp nội lực 2: M = -11630,1 kg.m; N = -7130,2 kg; Q = -3778,59 kg


Ta có me = 5,43 < 20 => kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể như với cấu kiện

N
≤ f γc
φ
.
A
e
chịu nén theo công thức:

Hệ số uốn dọc Φe xác định theo phụ lục D, TCXDVN 338:2005: Φe = 0,24
N
7130, 2
=
= 131, 46
φ
.
A
0,
24.226
e

kg/cm2 < 2100 => thỏa mãn

c) Trường hợp 3:
Với cặp nội lực 3: M = -17187,6 kg.m; N = -2048,54 kg; Q = -4460 kg
Ta có me = 27,95 > 20 => cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể như với
M
≤ f γc
φ
.W
cấu kiện chịu uốn theo công thức: b c


Ở trường hợp 1 đã tính được hệ số ϕb = 1
M
17187,6.100
=
= 287,85
φ
.W
1.5971
 b c
< 2100 => thỏa mãn

5.1.5. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung
Điều kiện kiểm tra:

N
≤ f γc
c.φ y . A

Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mơ men uốn M x và hình dáng tiết
diện đến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương

ngồi mặt phẳng uốn). c phụ thuộc vào mx:

mx =

Mx A
.
N Wx


Cột bị khống chế chuyển vị theo phương vng góc với mặt phẳng tác dụng
của mômen nên momen Mx là mômen lớn nhất trong khoảng 1/3 giữa của chiều dài
cột, nhưng không nhỏ hơn 0,5 lần mômen lớn nhất trên cả chiều dài thanh).
a) Trường hợp 1:
Với cặp nội lực 1: M = 43970,49 kg.m; N = 5446,74 kg; Q = 13712,31 kg
Mô men lớn nhất tại 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp lực với cặp nội lực 1:
Mx = 12941,1 kg.m < 43970,49/2 = 21985,25 kg.m
=> chọn Mx = 21985,25 kg.m


mx =

M x A 21985,25.100 226
.
=
.
= 15, 28
N Wx
5446,74
5971
>10

→c=
1+

1
mx .ϕ y

ϕb


Hệ số uốn dọc ϕy đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng cách tra
bảng D8, TCXDVN 338:2005, tương ứng với λy = 82 ta có ϕy = 0,708
→c=

→

1
= 0,08
15,28.0,708
1+
1

N
5446,74
=
= 425,51
c.φ y . A 0,08.0,708.226

kg/cm2 < 2100 => thỏa mãn

b) Trường hợp 2:
Với cặp nội lực 2: M = -11630,11 kg.m; N = -7130,2 kg; Q = -3778,59 kg
Mô men lớn nhất tại 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp lực với cặp nội lực 2:
Mx = 8522,39 kg.m > 11630,11/2 = 5815,06 kg.m => chọn M x = 8522,39
kg.m
mx =

M x A 8522,39.100 226
.
=

.
= 4,52
N Wx
7130, 2
5971
<5

→c=

β
1 + α mx

α = 0,65 + 0,05.mx = 0,65 + 0,05.4,52 = 0,876
λc = 3,14.
→c=
→

E
2,1.106
= 3,14.
= 99,3 > λ y = 82 → β = 1
f
2100

1
= 0,2
1 + 0,876.5, 42

N
7130, 2

=
= 222,81
c.φ y . A 0,02.0,708.226

kg/cm2 < 2100 => thỏa mãn

c) Trường hợp 3:
Với cặp nội lực 3: M = -17187,6 kg.m; N = -2048,54 kg; Q = -4460 kg
Mô men lớn nhất tại 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp lực với cặp nội lực 3:
Mx = 6561,5 kg.m < 17187,6/2 = 8593,82 kg.m => chọn Mx = 8593,82 kg.m


mx =

M x A 8593,82.100 226
.
=
.
= 15,88
N Wx
2048,54 5971
> 10

→c=
1+

1
mx .ϕ y

ϕb


Hệ số uốn dọc ϕy đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng cách tra
bảng D8, TCXDVN 338:2005, tương ứng với λy = 82 ta có ϕy = 0,708
→c=

→

1
= 0,08
15,88.0,708
1+
1

N
2048,54
=
= 160,03
c.φ y . A 0,08.0,708.226

kg/cm2 < 2100 => thỏa mãn

5.1.6. Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh cột
Bản cánh phải đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ theo công thức:
b0 f
tf

b 
≤ 0
t 


b0 f =

b f − tw
2

b0 f 19,5
40 − 1
=
= 19,5cm t = 2 = 9,75
2
; f

(

)

λ = min λ x , λ y = 1,14
E
2,1.106
 b0 
=
(0,36
+
0,1.
λ
).
=
(0,36
+
0,1.1,14.

= 14,99 > 9,75 →
t 
f
2100
 
thỏa mãn

5.1.7. Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng cột
Bản bụng phải đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ theo công thức:
hw  hw  hw 66
≤ 
=
= 66
t w  tw  t w
1
;

a) Trường hợp 1:
Với cặp nội lực 1: M = 43970,49 kg.m; N = 5446,74 kg; Q = 13712,31 kg
Ta có me = 26,89 > 20, cần kiểm tra ổn định bản bụng cột như với cấu kiện
chịu uốn.
 hw 
E
2,1.106
=
3,2.
=
3,2.
= 101,19 > 66 →
 

f
2100
 tw 
bản bụng đảm bảo ổn định cục bộ


2,3.

E
2,1.106
= 2,3.
= 72,73 > 66 →
f
2100

không cần thêm sườn gia cường

b) Trường hợp 2:
Với cặp nội lực 2: M = -11630,11 kg.m; N = -7130,2 kg; Q = -3778,59 kg
Ta có me = 5,43 < 20, điều kiện ổn định tổng thể của cột được quyết định bởi
điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn nên cần phải tính hệ số α và ứng
suất tiếp trung bình τ.
y1 = hw/2 = 66/2 = 33 cm
σ max =

N M
7130, 2 11630,11.100
+ . y1 =
+
.33 = 215,21

A Ix
226
208971,3
kg/cm2

σ min =

N M
7130, 2 11630,11.100
− . y1 =
−
.33 = −152,11
A Ix
226
208971,3
kg/cm2

τ=

Q
3778,59
=
= 57,25
t w hw
1.66
kg/cm2

→α =

σ max − σ min 215, 21 − (−152,11)

=
= 1,71 > 1
σ max
215, 21

→ β = 1, 4. ( 2.α − 1) .

τ
57, 25
= 1, 4.(2.1, 71 − 1).
= 0,9
σ
215, 21

2.α − 1) .E
2.1, 71 − 1) .2,1.106
 hw 
(
(
→   = 4,35.
= 4,35.
= 401, 44
 ttw 
σ . 2 − α + α 2 + 4.β 2
215, 21. 2 − 1, 71 + 1, 712 + 4.0,9 2

(

)


(

)

 hw 
E
2,1.106
3,8.
= 3,8.
= 120,17 < 401, 44 →
  = 120,17
f
2100
chọn  tw 

hw
= 66 < 120,17 →
tw
bản bụng đảm bảo ổn định cục bộ
2,3.

E
2,1.106
= 2,3.
= 72,73 > 66 →
f
2100

không cần thêm sườn gia cường


c) Trường hợp 3:
Với cặp nội lực 3: M = -17187,6 kg.m; N = -2048,54 kg; Q = -4460 kg
Ta có me = 27,95 > 20, cần kiểm tra ổn định bản bụng cột như với cấu kiện chịu
uốn.