I. Giới thiệu về Mẫu Đồ án Kết cấu Thép CTU
Mẫu đồ án kết cấu thép CTU là một công trình thiết kế nhà xưởng công nghiệp với khung ngang gồm cột và dàn mái. Đây là một tài liệu học thuật toàn diện bao gồm full thuyết minh và bản vẽ chi tiết, được áp dụng cho các công trình có nhịp khung L = 36 m và sức nâng cầu trục Q = 100/20 T. Kết cấu này sử dụng vật liệu thép CCT34 với các liên kết cứng giữa cột và dàn mái, đảm bảo độ cứng theo phương ngang nhà. Mẫu đồ án này được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam, phù hợp cho các nhà xưởng công nghiệp hiện đại. Tài liệu cung cấp đầy đủ tính toán kỹ thuật, chi tiết công nghệ và hướng dẫn thi công chi tiết.
1.1. Đặc điểm thiết kế và phạm vi ứng dụng
Mẫu đồ án này được thiết kế cho nhà xưởng 1 nhịp, 1 tầng với các thông số kỹ thuật cụ thể. Kết cấu chủ yếu gồm khung ngang với xà tiết diện thay đổi hình chữ I, cột và hệ giằng mái. Vùng áp lực gió II với địa hình loại B được tính toán chi tiết. Bê tông móng cấp độ bền B20 với Rb = 1,15 kN/cm² được sử dụng cho chân cột ngàm cứng.
1.2. Vật liệu và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng
Thép CCT34 với f = 21 kN/cm² và mô đun đàn hồi E = 21×10³ kN/cm² là vật liệu chính. Hàn tay dùng que hàn N42, bu lông cấp độ bền 5. Mái sử dụng panel BTCT tiết diện 1, giàn hình thang. Thiết kế tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành.
II. Tính Toán Chung và Kích Thước Chính Khung Ngang
Tính toán chung là bước đầu tiên và quan trọng trong thiết kế mẫu đồ án kết cấu thép CTU. Phần này xác định các kích thước chính của khung ngang theo phương đứng và phương ngang, từ đó làm cơ sở cho các tính toán chi tiết. Nhịp khung được xác định theo công thức L = Lct + 2δ = 36 m, với Lct = 34 m (nhịp cầu trục). Khoảng cách an toàn từ trục định vị đến tim ray δ = 1 m. Cao trình đỉnh ray H1 = 9,6 m được xác định từ mặt nền 0.000. Chiều cao sử dụng được Hsd = 14 m tính từ mặt nền đến đáy dưới vì kèo. Các thông số cầu trục từ catalog: Bc = 9100 mm, Hct = 4000 mm, K = 4350 mm.
2.1. Kích thước theo phương đứng của khung
Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang H2 = 4,4 m được tính gồm: chiều cao gabarit cầu trục, khe hở an toàn 100 mm, và khe hở phụ f = 300 mm. Chiều cao cột trên Ht = 5,3 m tính từ vai đỡ dầm cầu trục. Chiều cao cột dưới Hd = 9,7 m từ mặt móng. Các kích thước lấy theo bội số 200 mm để tiêu chuẩn hóa.
2.2. Kích thước theo phương ngang và hệ giằng
Nhịp khung L = 36 m được chia ra theo các hệ giằng: hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên, cánh dưới, hệ giằng đứng và hệ giằng ở cột. Các hệ giằng này đảm bảo độ cứng toàn khung theo phương ngang. Khoảng cách giữa các gối trục định vị cầu trục được tính toán để đảm bảo an toàn và tiết kiệm vật liệu.
III. Tính Toán Tải Trọng và Nội Lực Khung
Tính toán tải trọng là phần then chốt trong mẫu đồ án kết cấu thép CTU để xác định các nội lực hoạt động trong khung. Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm: tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) từ trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng, tải trọng tạm thời do thi công và sửa chữa mái, tải do phản lực của dàn mái, tải từ trọng lượng dầm cầu trục, áp lực đứng từ bánh xe cầu trục 4 bánh, lực hãm của xe con, và tác dụng của tải trọng gió lên khung và dàn. Vùng áp lực gió II với địa hình loại B quy định giá trị tải trọng gió theo quy chuẩn. Xác định nội lực khung được thực hiện bằng cách giải khung tĩnh cho từng loại tải trọng riêng lẽ, sau đó tổ hợp theo các trường hợp tải trọng nguy hiểm nhất.
3.1. Tải trọng tác dụng lên khung và cột
Tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng bản thân dàn vì kèo, hệ giằng, và các thành phần kết cấu khác. Hoạt tải sửa chữa mái được tính với giá trị quy định. Tải do cầu trục gồm: phản lực từ dàn mái, trọng lượng dầm cầu trục Hct = 4000 mm, áp lực bánh xe Q = 100 T. Tải gió tạo tải tập trung lên cột và dàn.
3.2. Giả thiết tính toán và xác định nội lực
Các giả thiết tính khung tĩnh bao gồm: khung được coi là hệ tĩnh định, các liên kết cột-dàn và chân cột là ngàm cứng. Khung được giải từng loại tải trọng riêng rẽ, sau đó tổ hợp theo các trường hợp nguy hiểm nhất để xác định cặp nội lực nguy hiểm dùng cho thiết kế tiết diện.
IV. Thiết Kế Chi Tiết Tiết Diện Cột và Dàn Vì Kèo
Thiết kế tiết diện cột là phần quan trọng của mẫu đồ án kết cấu thép CTU, gồm cột trên (cột đặc tổ hợp hàn) và cột dưới (cột rỗng thanh giằng). Cột trên được kiểm tra ổn định theo các phương x-x, y-y và ổn định cục bộ. Cột dưới được thiết kế với tiết diện nhánh được chọn và kiểm tra lại toàn diện. Thiết kế chi tiết cột bao gồm nối cột trên với cột dưới, tính toán dầm vai, chân cột liên kết với móng bê tông cốt thép. Chân cột rỗng được tính với sườn ngăn sườn gia cố và bu lông neo. Thiết kế dàn vì kèo xác định tiết diện thanh cánh trên, cánh dưới, thanh bụng đứng và xiên. Cấu tạo và tính toán mắt dàn ở các nút khác nhau (nút A, B, C, K, H) được thiết kế chi tiết theo tải trọng cụ thể.
4.1. Thiết kế cột và kiểm tra ổn định
Cột trên sử dụng tiết diện tổ hợp hàn chữ I, được kiểm tra ổn định x-x (phương yếu) và y-y (phương cứng), cùng kiểm tra ổn định cục bộ mặt sườn. Cặp nội lực nguy hiểm nhất ở tiết diện I-I được sử dụng cho tính toán. Liên kết thanh giằng vào nhánh cột được tính toán chi tiết. Chân cột rỗng được tính với các thành phần: sườn, sườn gia cố, và liên kết bu lông neo với móng bê tông.
4.2. Thiết kế dàn vì kèo và mắt dàn
Dàn vì kèo sơ đồ hình thang được tính với tải trọng thường xuyên, hoạt tải sữa chữa, và momen đầu dàn. Tiết diện thanh cánh trên, cánh dưới, thanh bụng đứng và xiên được chọn lựa và kiểm tra. Các nút dàn (A, B, C, K, H) được thiết kế chi tiết với các mắt nối thích hợp.
