Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tập trung vào bài toán thiết kế kỹ thuật cho công trình nhà công nghiệp một tầng một nhịp bằng kết cấu thép có bố trí cầu trục vận hành. Trong lĩnh vực xây dựng công nghiệp, kết cấu thép nhà xưởng nhịp lớn đòi hỏi sự tính toán chính xác về khả năng chịu lực, độ cứng không gian và tính ổn định tổng thể dưới tác động đồng thời của các tổ hợp tải trọng tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, áp lực gió và tải trọng động do thiết bị nâng hạ gây ra.

Mục tiêu chính của đề tài là hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật gồm thuyết minh tính toán và hệ thống bản vẽ thi công cho khung ngang điển hình của nhà công nghiệp một tầng một nhịp. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác lập theo đề bài gồm:

  1. Xác định số liệu đầu vào và thiết lập kích thước hình học khung ngang.
  2. Thiết kế kết cấu xà gồ mái và sườn tường (xà gồ vách).
  3. Xác định các loại tải trọng tác dụng lên hệ khung chịu lực chính.
  4. Mô hình hóa, phân tích nội lực khung ngang điển hình và thực hiện tổ hợp tải trọng.
  5. Kiểm tra điều kiện bền, độ cứng, chuyển vị của khung và thiết kế các cấu kiện chịu lực chính.
  6. Thiết kế chi tiết các nút liên kết và cấu tạo hệ giằng không gian.

Đối tượng nghiên cứu là hệ kết cấu khung thép nhà xưởng công nghiệp một tầng một nhịp có cửa trời thông gió và hệ thống cầu trục hoạt động ở chế độ làm việc trung bình. Phạm vi không gian và thông số kỹ thuật của công trình được giới hạn theo các dữ liệu thiết kế:

  • Mặt bằng nhà xưởng hình chữ nhật có kích thước nhịp ngang $L = 27\text{ m}$ và tổng chiều dài nhà $B = 60\text{ m}$.
  • Bước cột (khoảng cách giữa các khung ngang) được chọn là $B = 6\text{ m}$.
  • Cầu trục có sức nâng định mức $Q = 12,5\text{ tấn}$ ($125\text{ kN}$), cao trình đỉnh ray $H_r = H_1 = 7,5\text{ m}$.
  • Độ dốc mái công trình $i = 10%$ (tương ứng góc dốc xấp xỉ $5,5^\circ - 5,7^\circ$).
  • Địa điểm xây dựng thuộc vùng áp lực gió IIIA, dạng địa hình B.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng các nguyên lý cơ học kết cấu, lý thuyết tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn (về cường độ, ổn định và biến dạng), cùng các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: Áp dụng TCVN 2737:1995 để xác định tĩnh tải, hoạt tải mái, hoạt tải cầu trục và áp lực gió.
  • Tiêu chuẩn vật liệu:
    • Thép kết cấu sử dụng mác thép CCT34 có cường độ tính toán $f = 210\text{ MPa}$ ($21\text{ kN/cm}^2$), giới hạn chảy $f_y = 220\text{ MPa}$, giới hạn bền $f_u = 340\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E = 210.000\text{ MPa}$ ($2,1 \times 10^5\text{ MPa}$).
    • Vật liệu hàn sử dụng que hàn mác N42 với cường độ tính toán của đường hàn góc $f_{wf} = 171\text{ MPa}$, hệ số chiều sâu đường hàn $\beta_f = 0,15$.
Loại vật liệu / Liên kết $f\text{ (MPa)}$ $f_y\text{ (MPa)}$ $f_u\text{ (MPa)}$ $E\text{ (MPa)}$ $f_{wf}\text{ (MPa)}$
Thép CCT34 210 220 340 210.000 —
Que hàn N42 — — — — 171

Phương pháp tính toán và phân tích kết cấu bao gồm:

  • Phương pháp giải tích kết hợp tra bảng quy chuẩn đối với xà gồ mái, xà gồ tường và hệ thống giằng.
  • Phương pháp đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm cầu trục để xác định áp lực đứng lớn nhất ($D_{\max}$), nhỏ nhất ($D_{\min}$) và lực hãm ngang ($T$).
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trên mô hình khung phẳng không gian 2D thông qua phần mềm chuyên dụng ETABS nhằm phân tích nội lực ($M, N, V$) và chuyển vị dưới các trường hợp tải trọng độc lập cùng các tổ hợp tải trọng cơ bản.

Nguồn dữ liệu tính toán được trích xuất từ catalog thông số kỹ thuật cầu trục ($Q = 12,5\text{ tấn}$, $L = 27\text{ m}$): nhịp cầu trục $L_k = 25\text{ m}$, bề rộng cầu trục $B_k = 4.630\text{ mm}$, chiều cao gabarit $H_k = 1.140\text{ mm}$, khoảng cách hai bánh xe $K_k = 3.800\text{ mm}$, trọng lượng bản thân cầu trục $G = 13,64\text{ tấn}$, trọng lượng xe con $G_{xc} = 0,833\text{ tấn}$, áp lực bánh xe lớn nhất $P_{\max} = 9,69\text{ tấn}$, áp lực bánh xe nhỏ nhất $P_{\min} = 3,38\text{ tấn}$, khoảng cách an toàn nhỏ nhất $Z_{\min} = 180\text{ mm}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Kích thước khung ngang

Nội dung chương 1 tập trung xác định kích thước hình học của hệ thống khung ngang chịu lực theo cả hai phương đứng và ngang, đồng thời lựa chọn kích thước sơ bộ cho toàn bộ các cấu kiện kết cấu.

  1. Mặt bằng lưới cột: Tổng chiều dài nhà $60\text{ m}$, nhịp ngang $27\text{ m}$, bước khung được phân chia thành 10 gian với khoảng cách $B = 6\text{ m}$.
  2. Kích thước khung theo phương đứng:
    • Chiều cao từ đỉnh ray đến đáy vì kèo: $H_2 = H_k + 100 + f = 1.140 + 100 + 360 = 1.600\text{ mm}$ (với độ võng giả thiết vì kèo $f = 360\text{ mm}$).
    • Tổng chiều cao cột tính từ mặt sàn hoàn thiện đến đỉnh cột: $H = H_1 + H_2 = 7.500 + 1.600 = 9.100\text{ mm}$ ($9,1\text{ m}$).
    • Chiều cao dầm cầu trục giả thiết: $H_{dct} = 700\text{ mm}$ (nằm trong khoảng $B/10 \div B/8 = 600 \div 750\text{ mm}$).
    • Chiều cao cột trên (tính từ mặt vai cột đến đáy vì kèo): $H_{tr} = H_2 + H_{dct} + H_r = 1.600 + 700 + 200 = 2.500\text{ mm}$ (chiều cao ray và đệm ray $H_r = 200\text{ mm}$).
    • Chiều cao cột dưới (tính từ mặt móng đến mặt vai cột): $H_d = H - H_{tr} - H_3 = 9.100 - 2.500 - 0 = 6.600\text{ mm}$ (với cao trình liên kết móng $H_3 = 0,000$).
  3. Kích thước khung theo phương ngang:
    • Khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị: Do sức nâng $Q = 12,5\text{ tấn} \le 30\text{ tấn}$ nên lấy $a = 0$, trục định vị trùng mép ngoài biên cột.
    • Khoảng cách từ tim ray cầu trục đến mép trong cột: $Z = \frac{L - 2h - L_k}{2} = \frac{27.000 - 2(750) - 25.000}{2} = 250\text{ mm} \ge Z_{\min} = 180\text{ mm}$ (đảm bảo an toàn vận hành).
  4. Kích thước sơ bộ các cấu kiện:
    • Cột khung: Thép chữ I tổ hợp hàn, chiều cao $h = 750\text{ mm}$, bề rộng cánh $b = 350\text{ mm}$, bề dày bản bụng $t_w = 10\text{ mm}$, bề dày bản cánh $t_f = 16\text{ mm}$ (tiết diện I-750x350x10x16).
    • Vì kèo (dầm mái): Thép chữ I tổ hợp hàn có tiết diện thay đổi, chia 3 phân đoạn; chiều cao tiết diện đầu kèo tại nút khung $h_1 = 750\text{ mm}$, đỉnh kèo $h_2 = 500\text{ mm}$, bề rộng cánh $b = 350\text{ mm}$, bề dày bản bụng $t_w = 8\text{ mm}$, bề dày bản cánh $t_f = 12\text{ mm}$.
    • Dầm cầu trục: Thép chữ I tổ hợp hàn I-700x300x8x10 ($h_{dct} = 700\text{ mm}, b = 300\text{ mm}, t_w = 8\text{ mm}, t_f = 10\text{ mm}$).
    • Vai cột: Nhịp vươn vai cột $L_v = 500\text{ mm}$, chiều cao dầm tại vị trí liên kết với cột $h_v = 550\text{ mm}$, tại điểm đặt lực $h = 350\text{ mm}$, bề rộng $b = 350\text{ mm}$, $t_w = 8\text{ mm}, t_f = 12\text{ mm}$.
    • Cửa trời: Chiều rộng $L_{ct} = 5.000\text{ mm}$, chiều cao $H_{ct} = 2.500\text{ mm}$, tiết diện cột và dầm cửa trời chọn thép I-200x100x8x10.
    • Hệ thống giằng: Hệ giằng mái và giằng cột sử dụng thanh giằng chéo bằng thép tròn $\varnothing 16$, hệ thanh chống dọc nhà sử dụng thép hình I-150x150x6x8 đảm bảo độ mảnh giới hạn $\lambda_{\max} \le 200$.

Chương 2: Thiết kế xà gồ và sườn tường

Chương này trình bày chi tiết quy trình tính toán khả năng chịu lực và biến dạng cho hệ thống kết cấu bao che phụ trợ.

  1. Thiết kế xà gồ mái:

    • Lựa chọn xà gồ thép cán nguội tiết diện chữ Z mã hiệu Z200x62x68x20x2.0 có các đặc trưng hình học: $I_x = 420,810\text{ cm}^4$, $I_y = 54,173\text{ cm}^4$, $W_x = 41,379\text{ cm}^3$, $W_y = 8,246\text{ cm}^3$, trọng lượng bản thân $m_{rp} = 5,50\text{ daN/m}$.
    • Khoảng cách bố trí trên mặt bằng $a_{rp} = 1,5\text{ m}$, nhịp tính toán $L_{rp} = 6\text{ m}$, bố trí thanh ty giằng tròn $\varnothing 12$ tại điểm giữa nhịp để hạn chế mất ổn định ngoài mặt phẳng uốn.
    • Tải trọng tính toán bao gồm tĩnh tải tôn và xà gồ ($g^{tc} = 7,08\text{ daN/m}$), hoạt tải sửa chữa mái ($p^{tc} = 30\text{ daN/m}^2 \rightarrow p^{tt} = 45 \times 1,3 = 58,5\text{ daN/m}$), hoạt tải áp lực gió vùng IIIA ($W_0 = 110\text{ daN/m}^2$, hệ số khí động $c_e = -0,5$).
    • Kết quả kiểm tra điều kiện bền: Ứng suất tương đương lớn nhất $\sigma_{td} = 883,158\text{ daN/cm}^2 \le [\sigma] = \gamma_c f = 0,95 \times 2.100 = 1.995\text{ daN/cm}^2$ (thỏa mãn).
    • Kiểm tra độ võng: Độ võng theo phương trục đứng $f_y \le [f] = L/200 = 600/200 = 3\text{ cm}$ (đáp ứng yêu cầu sử dụng).

  2. Thiết kế sườn tường (xà gồ tường):

    • Tiết diện chữ Z cán nguội Z200x62x68x20x2.3 có đặc trưng hình học: $I_x = 482,433\text{ cm}^4$, $I_y = 62,357\text{ cm}^4$, $W_x = 47,439\text{ cm}^3$, $W_y = 9,514\text{ cm}^3$, trọng lượng bản thân $m_{cp} = 6,32\text{ daN/m}$.
    • Khoảng cách bố trí $a_{cp} = 1,5\text{ m}$, nhịp $L_{cp} = 6\text{ m}$, giằng bằng thép tròn $\varnothing 12$.
    • Tĩnh tải phương đứng $q_x$ (trọng lượng tôn và xà gồ) và hoạt tải gió phương ngang $q_y$ (với hệ số khí động đẩy $c = +0,8$, hút $c = -0,6$, lấy $0,8$ tính toán).
    • Kiểm tra độ bền: Ứng suất tương đương $\sigma_{td} = 826,031\text{ daN/cm}^2 \le 1.995\text{ daN/cm}^2$ (thỏa mãn điều kiện chịu lực).
    • Kiểm tra chuyển vị võng: Độ võng theo phương tác dụng ngang thỏa mãn $f_x \le [f] = L/200 = 3\text{ cm}$.

Chương 3: Tính toán thiết kế khung điển hình

Chương 3 là phần trọng tâm của thuyết minh, thực hiện phân tích tải trọng tác dụng, lập mô hình cơ học và tính toán nội lực cho khung ngang.

  1. Xác định các loại tải trọng tác dụng:

    • Tĩnh tải (TT): Trọng lượng kết cấu bao che dầm mái ($q_g^{tc} = 0,9\text{ kN/m}, q_g^{tt} = 1,95\text{ kN/m}$, hệ số độ tin cậy $n_g = 1,05$), trọng lượng tường bao che tác dụng lên cột ($q_g^{tc} = 0,72\text{ kN/m}$), trọng lượng bản thân dầm cầu trục tác dụng lên vai cột ($G_{dct}^{tc} = 0,80\text{ kN}, G_{dct}^{tt} = 1,34\text{ kN}$).
    • Hoạt tải sửa chữa mái (HTT, HTP): Hoạt tải tiêu chuẩn $p^{tc} = 0,3\text{ kN/m}^2$, giá trị phân bố dầm mái $p_{tpb}^{tc} = 0,8\text{ kN/m}, p_{tpb}^{tt} = 1,33\text{ kN/m}$ ($n_p = 1,3$), gán độc lập cho nửa mái trái và nửa mái phải.
    • Hoạt tải cầu trục:
      • Áp lực đứng $D_{\max}, D_{\min}$ truyền lên vai cột qua đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm cầu trục với tung độ $y_1 = 1,0$ và $y_2 = 0,454$. Giá trị tính toán: $D_{\max} = n \cdot n_c \cdot P_{\max} \sum y_i$, $D_{\min} = n \cdot n_c \cdot P_{\min} \sum y_i$ ($n = 1,2$; $n_c = 0,85$ hoặc $0,9$).
      • Lực hãm ngang xe con $T = n \cdot n_c \cdot T_1 \sum y_i$ với lực hãm tiêu chuẩn của một bánh xe $T_1 = \frac{T_0}{n_0} = \frac{0,1(Q + G_{xc})}{2}$ đặt tại cao trình dầm hãm.
    • Tải trọng gió (GT, GP): Áp lực gió tiêu chuẩn vùng IIIA $W_0 = 1,1\text{ kN/m}^2$, hệ số tin cậy $n = 1,2$, diện đón gió $B = 6\text{ m}$. Hệ số độ cao $k(z)$ tra theo địa hình B tại các mốc cao trình $9,1\text{ m}$ và $12,5\text{ m}$; hệ số khí động $c$ tra theo sơ đồ 2 và sơ đồ 8 trong TCVN 2737:1995 cho cột đón gió, cột hút gió, mái dầm chính và khối cửa trời.

  2. Mô hình hóa và sơ đồ tính trong ETABS:

    • Khung phẳng gồm 2 cột và dầm mái dốc có cửa trời.
    • Điều kiện biên: Chân cột liên kết ngàm cứng với móng tại cao trình $0,000$; liên kết giữa cột và dầm xà ngang là nút khung cứng; các liên kết giữa các đoạn kèo dầm mái và giữa cột cửa trời với dầm mái là liên kết cứng.
    • Thiết lập 11 trường hợp tải trọng cơ sở: Tĩnh tải (TT), Hoạt tải mái trái (HTT), Hoạt tải mái phải (HTP), Gió trái (GT), Gió phải (GP), các trường hợp phối hợp áp lực đứng và lực hãm cầu trục tác dụng bên trái/phải theo hướng dương/âm ($D_{\max T} + T_D, D_{\max T} + T_A, D_{\max P} + T_D, D_{\max P} + T_A, D_{\max T}, D_{\max P}$).

  3. Tổ hợp tải trọng và kiểm tra chuyển vị:

    • Thiết lập các tổ hợp cơ bản 1 ($TT + 1\text{ Hoạt tải}$) với hệ số $n_c = 1,0$ và tổ hợp cơ bản 2 ($TT + 0,9 \sum\text{ Hoạt tải bất lợi}$) với tổng số lên đến 60 trường hợp tổ hợp và 1 tổ hợp bao (COMBBAO).
    • Kiểm tra chuyển vị đứng đỉnh kèo: Kiểm tra theo tổ hợp tải tiêu chuẩn COMB9 ($TT^{tc} + HTT^{tc} + HTP^{tc}$), kết quả đạt yêu cầu so với độ võng giới hạn $[f] = L/400 = 27.000 / 400 = 67,5\text{ mm}$ (văn bản ghi nhận mốc so sánh $63,5\text{ mm}$, thỏa mãn).
    • Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh cột: Kiểm tra theo tổ hợp COMB48 ($TT^{tc} + 0,9 D_{\max TTD}^{tc}$), kết quả biến dạng nhỏ hơn chuyển vị ngang cho phép $[f] = H/300 = 9.100 / 300 = 30,33\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện độ cứng).
    • Kết quả nội lực cấu kiện: Trích xuất các bộ ba nội lực nguy hiểm nhất $(M_{\max}, N_{tu}, V_{tu})$, $(N_{\max}, M_{tu}, V_{tu})$ và độ lệch tâm lớn nhất $e_{\max} = M/N$ tại các tiết diện chân cột, vai cột, nút khung và đỉnh kèo từ các tổ hợp như COMB4, COMB9, COMB20, COMB21, COMB31, COMB33, COMB36, COMB49 để phục vụ bước thiết kế tiết diện và liên kết.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã xây dựng hoàn chỉnh chuỗi tính toán kỹ thuật cho nhà công nghiệp một tầng một nhịp bằng thép với các kết quả cụ thể:

Hạng mục cấu kiện Tiết diện lựa chọn Ứng suất lớn nhất $(\sigma_{td})$ Ứng suất cho phép $([\sigma])$ Chuyển vị tính toán Giới hạn chuyển vị cho phép Đánh giá
Xà gồ mái Z200x62x68x20x2.0 $883,158\text{ daN/cm}^2$ $1.995\text{ daN/cm}^2$ $f_y \le 3\text{ cm}$ $[f] = L/200 = 3\text{ cm}$ Thỏa mãn
Sườn tường Z200x62x68x20x2.3 $826,031\text{ daN/cm}^2$ $1.995\text{ daN/cm}^2$ $f_x \le 3\text{ cm}$ $[f] = L/200 = 3\text{ cm}$ Thỏa mãn
Cột khung I-750x350x10x16 Trích xuất theo COMBBAO $21\text{ kN/cm}^2$ $f_{ngang} \le 30,33\text{ mm}$ $[f] = H/300 = 30,33\text{ mm}$ Thỏa mãn
Vì kèo dầm mái I(750-500)x350x8x12 Trích xuất theo COMBBAO $21\text{ kN/cm}^2$ $f_{dung} \le 67,5\text{ mm}$ $[f] = L/400 = 67,5\text{ mm}$ Thỏa mãn
Dầm cầu trục I-700x300x8x10 Định hình theo nhịp $6\text{ m}$ $21\text{ kN/cm}^2$ — — Thỏa mãn

Các giải pháp thiết kế kết cấu đã đề xuất:

  • Giải pháp sử dụng thép cán nguội tiết diện chữ Z kết hợp ty giằng tròn $\varnothing 12$ đặt tại giữa nhịp giúp giảm thiểu ứng suất xoắn và hiện tượng mất ổn định ngoài mặt phẳng cho xà gồ mái và vách.
  • Lựa chọn tiết diện dầm mái vát thay đổi theo biểu đồ mô men uốn (tiết diện lớn I-750 tại nút khung và giảm dần về I-500 tại đỉnh mái), tối ưu hóa trọng lượng kết cấu thép sử dụng.
  • Bố trí hệ giằng không gian hoàn chỉnh gồm giằng chéo tròn $\varnothing 16$ và thanh chống dọc I-150x150x6x8 ở các gian đầu hồi và gian có giằng cột, khống chế độ mảnh $\lambda_{\max} \le 200$, đảm bảo tính bất biến hình của công trình khi chịu tải trọng ngang và tải trọng gió đầu hồi.

Đóng góp của đồ án nằm ở việc hệ thống hóa quy trình tính toán tự động hóa kết hợp giữa phần mềm phân tử hữu hạn ETABS và các công thức giải tích theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737:1995), xử lý đồng thời 11 trường hợp tải đơn và 60 trường hợp tổ hợp tải trọng phức tạp có xét đến tính chất làm việc ngẫu nhiên của cầu trục 12,5 tấn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thể hiện trong văn bản đồ án, các hạn chế và hướng phát triển được xác định:

  • Hạn chế:
    • Mô hình phân tích nội lực được thực hiện trên sơ đồ phẳng 2D, chưa xét đến sự làm việc đồng thời trong không gian 3D toàn diện của toàn bộ hệ khung liên kết cùng hệ giằng mái và sườn tường.
    • Các giá trị chuyển vị và nội lực dựa trên giả thiết liên kết ngàm lý tưởng tại chân cột với móng và liên kết ngàm cứng hoàn toàn giữa dầm - cột, chưa xét đến độ mềm của nút liên kết bu lông thực tế.
  • Hướng triển khai tiếp theo:
    • Hoàn thiện tính toán chi tiết các nút liên kết (nút vai cột, nút chân cột dùng bu lông neo, nút đỉnh kèo và nút nối xà dầm mái) theo nội dung của Chương 6 trong đề bài.
    • Tính toán chi tiết móng bê tông cốt thép đỡ chân cột thép dưới các tổ hợp nội lực chân cột ($N_{\max}, M_{tu}, V_{tu}$ và $M_{\max}, N_{tu}, V_{tu}$).
    • Hoàn thiện hệ thống bản vẽ kỹ thuật thi công khổ A1 bằng tiếng Anh đầy đủ quy cách, thể hiện chi tiết kích thước, ký hiệu liên kết và bảng thống kê khối lượng thép cho khung ngang điển hình.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho các đối tượng và chuyên đề kỹ thuật:

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đang thực hiện đồ án môn học Kết cấu thép, đồ án Kết cấu công trình thép hoặc làm đồ án tốt nghiệp kỹ sư về nhà công nghiệp một tầng.
  • Nội dung giá trị cao:
    • Phương pháp và bảng tra chi tiết thông số cầu trục $Q = 12,5\text{ tấn}$ kết hợp đường ảnh hưởng phản lực gối tựa để xác định lực đứng $D_{\max}, D_{\min}$ và lực hãm ngang $T$.
    • Trình tự thiết lập sơ đồ tính, khai báo tải trọng và ma trận 60 tổ hợp tải trọng (tổ hợp cơ bản 1 và cơ bản 2) trên phần mềm ETABS.
    • Quy trình kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của xà gồ thép định hình chữ Z chịu uốn xiên hai phương theo TCVN 2737:1995.

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước tiết diện cột và xà ngang của khung điển hình được lựa chọn sơ bộ với thông số như thế nào?
Cột khung được chọn bằng thép I tổ hợp hàn I-750x350x10x16 ($h = 750\text{ mm}, b = 350\text{ mm}, t_w = 10\text{ mm}, t_f = 16\text{ mm}$). Xà ngang (dầm vì kèo) có tiết diện thay đổi, tại nút khung liên kết với cột là I-750x350x8x12 ($h_1 = 750\text{ mm}$) và tại đỉnh khung là I-500x350x8x12 ($h_2 = 500\text{ mm}$), chia thành các đoạn biến thiên và đoạn thẳng dài $5\text{ m}$.

2. Áp lực đứng của bánh xe cầu trục truyền lên vai cột được xác định qua những công thức và thông số nào?
Áp lực đứng $D_{\max}, D_{\min}$ truyền qua dầm cầu trục được tính dựa trên đường ảnh hưởng phản lực gối tựa dầm với các tung độ tại vị trí bánh xe $y_1 = 1,0$ và $y_2 = 0,454$. Công thức tính toán là $D_{\max} = n \cdot n_c \cdot P_{\max} \sum y_i$ và $D_{\min} = n \cdot n_c \cdot P_{\min} \sum y_i$, trong đó hệ số vượt tải $n = 1,2$, hệ số tổ hợp hai cầu trục $n_c = 0,85$, lực bánh xe lớn nhất $P_{\max} = 9,69\text{ tấn}$ và nhỏ nhất $P_{\min} = 3,38\text{ tấn}$.

3. Khung ngang chịu lực được kiểm tra chuyển vị theo những điều kiện giới hạn nào và kết quả ra sao?
Khung được kiểm tra hai điều kiện chuyển vị dưới tải trọng tiêu chuẩn:

  • Chuyển vị đứng đỉnh kèo (ứng với COMB9: $TT^{tc} + HTT^{tc} + HTP^{tc}$) so với giới hạn $[f] = L/400 = 27.000 / 400 = 67,5\text{ mm}$ (văn bản ghi mốc so sánh $63,5\text{ mm}$).
  • Chuyển vị ngang đỉnh cột (ứng với COMB48: $TT^{tc} + 0,9 D_{\max TTD}^{tc}$) so với giới hạn $[f] = H/300 = 9.100 / 300 = 30,33\text{ mm}$. Cả hai điều kiện đều thỏa mãn.

4. Kết cấu xà gồ mái chữ Z được chọn mã hiệu gì và kết quả kiểm tra điều kiện bền đạt bao nhiêu?
Xà gồ mái sử dụng thép cán nguội tiết diện Z200x62x68x20x2.0 nhịp $6\text{ m}$, khoảng cách $1,5\text{ m}$, có bố trí ty giằng $\varnothing 12$. Ứng suất tương đương lớn nhất tính toán được là $\sigma_{td} = 883,158\text{ daN/cm}^2$, nhỏ hơn ứng suất cho phép của thép CCT34 là $[\sigma] = \gamma_c f = 0,95 \times 2.100 = 1.995\text{ daN/cm}^2$.

Kết luận

Đồ án kết cấu công trình thép của sinh viên Lê Nguyễn Minh Nhật, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thế Trường Phong, đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp bằng thép có nhịp $27\text{ m}$, bước cột $6\text{ m}$ và cầu trục $12,5\text{ tấn}$ tại vùng gió IIIA. Toàn bộ quy trình từ định kích thước hình học, tính toán xà gồ, sườn tường đến phân tích mô hình ETABS với 60 trường hợp tổ hợp tải trọng đều tuân thủ chặt chẽ các quy chuẩn TCVN 2737:1995 và lý thuyết kết cấu thép CCT34. Các kết quả kiểm tra ứng suất, độ mảnh hệ giằng và chuyển vị đàn hồi đều thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật của trạng thái giới hạn. Hồ sơ tính toán cung cấp đầy đủ căn cứ cơ học chính xác để triển khai chi tiết hóa các nút liên kết và hoàn thiện bản vẽ thi công.