Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài thuộc thể loại đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng (chuyên sâu Kết cấu công trình thép), do sinh viên thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phan Thành Trung. Bối cảnh kỹ thuật của đề tài xuất phát từ nhu cầu thiết kế hệ kết cấu chịu lực cho nhà xưởng sản xuất công nghiệp quy mô một tầng, một nhịp, có trang bị hệ thống cầu trục hoạt động liên tục dọc theo chiều dài phân xưởng. Đây là dạng công trình đòi hỏi giải pháp kết cấu thép vừa phải đảm bảo khả năng chịu lực dưới các tổ hợp tải trọng động phức tạp do cầu trục gây ra, vừa phải thỏa mãn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về độ võng, độ biến dạng và tính ổn định không gian.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được triển khai qua 5 nội dung chính:

  1. Xác định kích thước hình học của khung ngang, lựa chọn thông số cầu trục, sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính, thiết kế hệ giằng và kết cấu bao che (xà gồ mái, sườn tường).
  2. Xác định các loại tải trọng tác dụng lên khung ngang nhà công nghiệp, bao gồm tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, hoạt tải cầu trục và tải trọng gió.
  3. Mô hình hóa sơ đồ kết cấu khung ngang bằng phần mềm chuyên dụng SAP2000, gán các trường hợp tải trọng và thực hiện tổ hợp nội lực nhằm xác định các cặp nội lực nguy hiểm nhất.
  4. Tính toán, kiểm tra khả năng chịu lực, điều kiện độ bền, ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của tiết diện cột, dầm mái (tại nách kèo và đỉnh kèo) và dầm vai đỡ cầu trục.
  5. Thiết kế và kiểm tra khả năng làm việc của các chi tiết liên kết nút khung: liên kết chân cột với móng ngàm, liên kết nách kèo (cột - dầm mái) và liên kết đỉnh kèo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu khung thép nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có dầm vai đỡ cầu trục chạy dọc nhà.
  • Phạm vi không gian và thông số thiết kế: Chiều dài tổng thể nhà xưởng 60 m; nhịp khung ngang $L = 21$ m; khoảng cách giữa các khung ngang (bước khung) $B = 6$ m; cao trình đỉnh ray cầu trục $H_1 = 8{,}5$ m; móng đặt ở cao trình $\pm 0{,}000$ m.
  • Phạm vi kỹ thuật và tải trọng: Cầu trục có xe con với sức nâng $Q = 25$ tấn; độ dốc mái tôn $i = 10%$ (tương đương góc dốc $6^\circ$); vật liệu kết cấu thép dầm kèo sử dụng mác thép CCT34; địa điểm xây dựng thuộc phân vùng áp lực gió IIIB.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật

Đồ án xây dựng quy trình tính toán dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam và các tài liệu chuyên ngành:

  • TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn thiết kế về tải trọng và tác động (xác định tĩnh tải, hoạt tải mái, hoạt tải cầu trục và phân vùng áp lực gió).
  • TCVN 5575:2012: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép (áp dụng các công thức kiểm tra độ bền, ổn định tổng thể trong và ngoài mặt phẳng uốn, ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng cấu kiện).
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Thiết kế khung thép nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp (Phạm Minh Hà, NXB Xây dựng); Giáo trình kết cấu công trình thép (PGS. TS. Lê Anh Thắng); Kết cấu thép – Cấu kiện cơ bản (GS. TS. Phạm Văn Hậu).

Phương pháp tính toán và xử lý số liệu

  • Phương pháp giải tích cơ học kết cấu: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm SAP2000 để mô hình hóa khung phẳng 2D, phân tích nội lực thanh (mô men uốn $M$, lực dọc $N$, lực cắt $V$) dưới tác động của từng trường hợp tải trọng độc lập.
  • Phương pháp trạng thái giới hạn: Kiểm tra cấu kiện theo Trạng thái giới hạn thứ nhất (độ bền chịu kéo, nén, uốn, cắt, ứng suất tương đương; ổn định tổng thể; ổn định cục bộ) và Trạng thái giới hạn thứ hai (độ võng của xà gồ, dầm mái, chuyển vị ngang đỉnh cột).
  • Phương pháp tính toán liên kết cấu kiện: Sử dụng lý thuyết dầm công xôn để tính sườn ngăn chân cột; phân bố ứng suất đàn hồi của bê tông móng dưới bản đế; giả thiết đường xoay mép nén để tính toán lực kéo trong các bu lông liên kết mặt bích tại nút nách kèo và đỉnh kèo.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu sử dụng trong đồ án bao gồm: thông số tải trọng và quy cách cầu trục $Q = 25$ T tra cứu theo catalogue thiết bị công nghiệp; thông số khí hậu vùng gió IIIB theo bản đồ phân vùng áp lực gió TCVN 2737:1995; đặc trưng hình học tiết diện thép chữ Z dập nguội và thép hình tổ hợp hàn; cường độ tính toán của thép CCT34, thép bu lông neo 09Mn2Si, bu lông cường độ cao cấp bền 8.8 và bê tông móng mác B20.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚT KHUNG

Tác giả tiến hành tính toán, lựa chọn kích thước hình học toàn bộ khung ngang và thiết kế sơ bộ các cấu kiện bao che, giằng không gian.

Hạng mục cấu kiện Quy cách / Thông số thiết kế Kích thước tiết diện / Vật liệu
Cầu trục Sức nâng $Q = 25$ T; nhịp $L_k = 19{,}5$ m; $P_{max} = 15{,}33$ T; $G_{ct} = 12{,}26$ T; $G_{xecon} = 1{,}508$ T 2 bánh xe mỗi bên ray
Dầm cầu chạy Nhịp $B = 6$ m; $h_{dcc} = 700$ mm; $b_{dcc} = 300$ mm; $t_w = 10$ mm; $t_f = 12$ mm Thép tổ hợp chữ I: I-(700×300×10×12)
Cột khung $H = 10{,}1$ m ($H_d = 7{,}6$ m; $H_t = 2{,}5$ m; $H_2 = 1{,}6$ m) Thép tổ hợp chữ I: I-(750×350×12×14)
Dầm vai cột Chiều dài vươn vai $L_v = 400$ mm; khoảng cách ray an toàn $Z = 250$ mm ($> Z_{min} = 190$ mm) Thép tổ hợp chữ I: I-(550×250×8×10)
Dầm mái (xà ngang) Độ dốc $i = 10%$; tiết diện thay đổi từ nút khung đến đỉnh I-(600~400)×300×8×10 (Nách: I-600×300×8×10; Đỉnh: I-400×300×8×10)
Cửa trời (nóc gió) Nóc gió kính; nhịp $L_{ct} = 4$ m; chiều cao nóc gió $H_{ct} = 2$ m Tiết diện thanh: I-(150×150×8×10)
Hệ giằng cột và mái Bố trí 2 khối đầu hồi và giữa nhà; thanh chống dọc đỉnh cột I20, chống giằng mái I30 Thanh giằng chéo tròn $\Phi 25$; chống xiên cánh xà L75×75×8
Sườn tường Bước sườn $a_{xg} = 1{,}5$ m; tôn múi tráng kẽm dày $0{,}7$ mm Thép dập nguội Z 250×72×78×20×2.0
Xà gồ mái Bước xà gồ $a_{xg} = 1{,}5$ m; tôn múi tráng kẽm dày $0{,}7$ mm Thép dập nguội Z 250×72×78×20×2.0

Trong phần kiểm tra kết cấu phụ:

  • Sườn tường: Chịu tải bản thân kèm tấm tôn ($q^{tc} = 0{,}211$ kN/m, $q^{tt} = 0{,}222$ kN/m) và tải trọng gió vuông góc ($W^{tc} = 1{,}8$ kN/m đón gió). Kết quả kiểm tra độ bền đạt ứng suất uốn $\sigma = 0{,}6$ kN/cm² $\le f_c = 21$ kN/cm²; độ võng phương $x$ đạt $1{,}84$ cm $\le [f] = l/200 = 3$ cm.
  • Xà gồ mái: Chịu tải tôn lợp kết hợp hoạt tải sửa chữa $p_m^{tc} = 0{,}3$ kN/m² với góc dốc $6^\circ$, phân tích lực theo hai trục chính $x$ và $y$ ($q_x^{tc} = 0{,}069$ kN/m, $q_y^{tc} = 0{,}8$ kN/m; tải tính toán $q^{tt} = 1{,}81$ kN/m). Ứng suất tổng cộng $\sigma = 3{,}8$ kN/cm² $\le 21$ kN/cm²; độ võng theo phương $x$ và phương $y$ thỏa mãn giới hạn cho phép $l/200$.

CHƯƠNG 2 : TẢI TRỌNG

Tác giả xác định đầy đủ các trường hợp tải trọng phân bố và tập trung tác dụng lên hệ khung:

  • Tĩnh tải: Tải trọng mái tôn, xà gồ và hệ giằng phân bố lên xà mái quy về dầm với hệ số độ tin cậy $n = 1{,}1$, cho giá trị tính toán $q^{tt} = 1{,}98$ kN/m; trọng lượng bản thân dầm cầu trục $G_{dct}^{tt} = 10{,}34$ kN; trọng lượng dầm và dàn hãm $G_{dh}^{tt} = 5{,}25$ kN.
  • Hoạt tải sửa chữa mái: Hoạt tải tiêu chuẩn $q^{tc} = 0{,}8$ kN/m, hoạt tải tính toán tác dụng vuông góc mặt mái đạt $q^{tt} = 1{,}34$ kN/m (khi quy về trục xà mái nhân hệ số $\cos\alpha$).
  • Hoạt tải cầu trục: Với sức nâng 25 T, hệ số vượt tải $n = 1{,}1$, hệ số tổ hợp cầu trục $n_c = 0{,}85$, tác giả thiết lập đường ảnh hưởng áp lực truyền lên vai cột qua hai bánh xe ($y_1 = 1{,}0$, $y_2 = 0{,}6$). Kết quả thu được áp lực đứng lớn nhất tiêu chuẩn $D_{max}^{tc} = 31{,}212$ T; lực xô ngang do xe con hãm tác dụng lên một bên ray là $T_{max}^{tc} = 1{,}9425$ T.
  • Tải trọng gió: Áp dụng theo TCVN 2737:1995 tại phân vùng IIIB với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 1{,}0016$ kN/m². Áp lực gió phân bố lên khung $q = n \cdot W_0 \cdot k \cdot C \cdot B$, trong đó hệ số chiều cao $k$ và hệ số khí động $C$ thay đổi theo độ cao: cột đón gió ($+10{,}26$ m), cột cửa trời đón gió ($+12{,}6$ m), mái cửa trời đón gió ($+13$ m, tải trọng $1{,}3$ kN/m), cột khuất gió ($+10{,}57$ m) và mái cửa trời khuất gió (tải trọng hút $-1{,}8$ kN/m).

CHƯƠNG 3 : NỘI LỰC KHUNG

Tác giả thiết lập mô hình tính toán hình học 2D trên phần mềm SAP2000 với liên kết ngàm tại chân cột và liên kết cứng tại nách khung và đỉnh mái:

  • Các trường hợp tải trọng gán vào mô hình: Tĩnh tải (TT); Hoạt tải mái chất nửa bên trái (HT1), nửa bên phải (HT2), chất đầy hai bên (HT3); Áp lực đứng cầu trục tác dụng lệch tâm lên vai cột trái ($D_{max}T$), vai cột phải ($D_{max}P$); Lực xô ngang cầu trục hướng vào/ra khung ở cột trái ($T_{max}Tr-$, $T_{max}Tr+$) và cột phải ($T_{max}Ph-$, $T_{max}Ph+$); Tải trọng gió thổi từ trái sang (Gió 1) và từ phải sang (Gió 2).
  • Tổ hợp nội lực: Thực hiện tổ hợp cơ bản 1 (tĩnh tải + 1 hoạt tải với hệ số 1,0) và tổ hợp cơ bản 2 (tĩnh tải + các hoạt tải với hệ số giảm tải 0,9). Trích xuất các tổ hợp nguy hiểm nhất tại chân cột, vai cột, nách kèo và đỉnh kèo để phục vụ bước kiểm tra tiết diện.

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA TIẾT DIỆN

Chương này trình bày các bước kiểm tra tiết diện các cấu kiện chịu lực chính dưới các cặp nội lực bất lợi nhất:

Cấu kiện Tiết diện kiểm tra Nội lực kiểm tra chính Kết quả kiểm tra độ bền Kiểm tra ổn định tổng thể Kiểm tra ổn định cục bộ
Cột khung I-(750×350×12×14) TH1: $M_{max} = 432{,}46$ kNm;
TH2: $N_{max} = 423{,}01$ kN;
TH3: $M_{min} = -400{,}48$ kNm		 Thỏa mãn điều kiện độ mảnh $\lambda \le [\lambda]$ và khả năng chịu nén uốn Ổn định ngoài mp uốn: hệ số $\varphi_y = 0{,}94$, thỏa mãn giới hạn Bản bụng: $h_w/t_w$ thỏa mãn giới hạn ứng suất nén/tiếp; Bản cánh: $b_{of}/t_f \le 0{,}4\sqrt{E/f}$ (Thỏa)
Nách kèo I-(600×300×8×10) $M_{max} = 147{,}22$ kNm;
$M_{min} = -227{,}77$ kNm;
$V_{max} = 219{,}9$ kN		 $\sigma_{max} = 70$ MPa $\le \gamma_c f = 189$ MPa;
$\tau = 65{,}7$ MPa $\le 109$ MPa;
$\sigma_{td} \le 189$ MPa		 $l_0/b_f = 5 \le [l_0/b_f] = 10$ (Thỏa mãn) Tỷ số $h_w/t_w = 2{,}5\sqrt{E/f}$, không cần gia cường; $b_{of}/t_f = 14{,}6 \le 14{,}8$ (Thỏa)
Đỉnh kèo I-(400×300×8×10) $M_{min} = 77{,}59$ kNm;
$M_{max} = -23{,}09$ kNm;
$V = 14{,}77$ kN		 $\sigma = 30{,}57$ MPa $\le 189$ MPa;
$\tau \le 109$ MPa;
$\sigma_{td} = 55$ MPa $\le 189$ MPa		 $l_0/b_f = 5 \le [l_0/b_f] = 10$ (Thỏa mãn) Bản bụng $h_w/t_w = 1{,}5\sqrt{E/f}$; Bản cánh $b_{of}/t_f = 14{,}6 \le 14{,}8$ (Thỏa)
Vai cột I-(550×250×10×12) $M = 343{,}74$ kNm;
$V = D_{max} + G_{dct}$		 $\sigma_{max} = 59$ MPa $\le \gamma_c f = 189$ MPa $l_0/b_f$ nhỏ hơn giới hạn quy định (Thỏa mãn) Bản bụng $h_w/t_w = 1{,}5\sqrt{E/f}$; Bản cánh $b_{of}/t_f = 9{,}5 \le 13{,}8$ (Thỏa)

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CHI TIẾT LIÊN KẾT

Tác giả giải quyết bài toán thiết kế cấu tạo và khả năng chịu lực của các liên kết nút khung:

  1. Liên kết chân cột với móng ngàm:
    • Bản đế: Chọn kích thước bản đế $B_{bd} \times L_{bd} = 400 \times 1000$ mm, đặt trên móng bê tông B20 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 11{,}5$ MPa (cường độ nén cục bộ $R_{b,loc} = 17{,}25$ MPa). Chiều dày bản đế được tính từ điều kiện uốn dưới áp lực phản lực bê tông: $t_{bd} \ge 32$ mm, tác giả chọn $t_{bd} = 40$ mm.
    • Sườn ngăn và dầm đế: Sườn ngăn ngàm vào bản bụng cột bằng 2 đường hàn tay, chiều cao sườn $h_s = 200$ mm, đường hàn góc $h_w = 10$ mm, chiều dài tính toán $l_w = 190$ mm; dầm đế dày $t_{dd} = 12$ mm hàn vào bản cánh cột chịu ứng suất uốn $24{,}7$ kN/cm².
    • Bu lông neo: Chịu lực kéo lớn nhất tại chân cột $N_a = 507{,}3$ kN ứng với cặp nội lực $M = 432{,}46$ kNm. Bố trí 4 bu lông neo mác thép 09Mn2Si ($f_{ba} = 185$ MPa), diện tích yêu cầu $A_{ba} = 685$ mm², tác giả chọn bu lông đường kính $\Phi 32$ có diện tích thực tế $A_{ba} = 804$ mm².
    • Đường hàn chân cột vào bản đế: Chọn đường hàn tay chiều cao $h_f = 12$ mm, tổng chiều dài $l_w = 2566$ mm, ứng suất tổng hợp $\sigma_{wf} = 102$ MPa $\le f_{wf}\gamma_c = 162$ MPa.
  2. Liên kết vì kèo vào cột (Nách kèo):
    • Sử dụng liên kết mặt bích dày $t_{bb} = 20$ mm.
    • Bố trí 10 bu lông cường độ cao đường kính $\Phi 24$ cấp bền 8.8. Kiểm tra lực kéo lớn nhất ở hàng bu lông ngoài cùng $N_{tb}^{max} = 109{,}66$ kN và khả năng chịu cắt dưới lực cắt tính toán $V = 219{,}9$ kN ($V/n = 21{,}99$ kN/bu lông), kết quả thỏa mãn khả năng chịu lực.
    • Đường hàn tay bản bích với cánh và bụng dầm kèo có $h_f = 10$ mm, tổng chiều dài $l_w = 2600$ mm, ứng suất tổng đạt $59$ MPa $\le 162$ MPa.
  3. Liên kết đỉnh kèo:
    • Sử dụng mặt bích dày $t_{bb} = 20$ mm, liên kết đối xứng qua 8 bu lông đường kính $\Phi 18$.
    • Lực kéo bu lông lớn nhất ở hàng ngoài cùng đạt $N_{tb}^{max} = 61$ kN; lực cắt phân bố trên mỗi bu lông là $V/n = 14{,}77 / 8 = 1{,}85$ kN, thỏa mãn khả năng chịu cắt.
    • Đường hàn liên kết bản bích vào dầm kèo đỉnh mái sử dụng đường hàn tay $h_f = 6$ mm, tổng chiều dài $l_w = 1924$ mm, ứng suất tổng đường hàn đạt giá trị an toàn dưới ngưỡng $162$ MPa.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán chính

Đồ án đã hoàn thiện chu trình thiết kế kết cấu thép hoàn chỉnh cho một công trình nhà xưởng công nghiệp nhịp 21 m, sức nâng cầu trục 25 T:

Cấu kiện / Chi tiết liên kết Tiết diện / Quy cách được xác lập Hệ số an toàn / Ứng suất kiểm tra so với giới hạn
Cột dưới và trên I-(750×350×12×14) Ổn định ngoài mặt phẳng uốn đạt $\varphi_y = 0{,}94$, không mất ổn định cục bộ
Dầm mái nách khung I-(600×300×8×10) $\sigma_{max} = 70$ MPa $\le 189$ MPa; $\tau = 65{,}7$ MPa $\le 109$ MPa
Dầm mái đỉnh khung I-(400×300×8×10) $\sigma_{max} = 30{,}57$ MPa $\le 189$ MPa; $\tau \le 109$ MPa
Vai cột đỡ dầm cầu chạy I-(550×250×10×12) $\sigma_{max} = 59$ MPa $\le 189$ MPa; ổn định tổng thể đảm bảo
Bản đế móng cột Kích thước $1000 \times 400 \times 40$ mm Ứng suất nén phản lực bê tông móng mác B20 thỏa mãn điều kiện bền
Bu lông neo móng 4 bu lông $\Phi 32$ (thép 09Mn2Si) $A_{ba} = 804$ mm² $> A_{yc} = 685$ mm²
Bu lông liên kết nách kèo 10 bu lông $\Phi 24$ (cấp bền 8.8) Thỏa mãn khả năng chịu kéo uốn và cắt
Bu lông liên kết đỉnh kèo 8 bu lông $\Phi 18$ Lực kéo cực đại $61$ kN thỏa mãn khả năng chịu lực
Đường hàn bản bích nút khung Chiều cao $h_f = 6 \div 12$ mm Ứng suất đường hàn $\sigma_{wf} \le 162$ MPa trên tất cả các nút

Đóng góp thực hành của đồ án

  • Thiết lập quy trình tính toán mẫu mực, chuẩn hóa các bước thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp theo TCVN 5575:2012 và TCVN 2737:1995.
  • Cung cấp bảng tra chi tiết về áp lực bánh xe, lực xô ngang cầu trục dựa trên phương pháp đường ảnh hưởng thực tế trên dầm vai cột.
  • Chứng minh tính hợp lý của giải pháp dầm mái thay đổi tiết diện (tiết diện vát I-600 xuống I-400), giúp tiết kiệm khối lượng thép kết cấu tại khu vực có mô men uốn giảm dần về phía đỉnh mái.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế từ phạm vi thiết kế

  • Mô hình tính toán nội lực mới dừng lại ở phân tích khung phẳng hai chiều (2D), chưa xét đến sự làm việc không gian tổng thể của toàn bộ khối nhà khi chịu tác động đồng thời của tải trọng gió dọc và lực hãm động lực học phức tạp của nhiều cầu trục.
  • Các liên kết nút khung và chi tiết chân cột ngàm được tính toán theo mô hình liên kết cứng tuyệt đối, chưa tính đến độ mềm cục bộ (semi-rigid connection) của liên kết mặt bích bu lông và sự lún lệch đàn hồi của móng bê tông cốt thép.

Hạn chế được ghi nhận trong văn bản

Trong văn bản thuyết minh, tại một số vị trí có sự chưa đồng nhất nhỏ về mặt số liệu ghi chép (ví dụ: bề rộng cánh cột ở Chương 1 ghi $b = 350$ mm nhưng ở mục kiểm tra bản đế Chương 5 ghi chú I-750×300×12×14; tiết diện bản cánh vai cột có bảng ghi dày 10 mm, bảng tính ghi 12 mm).

Hướng phát triển mở rộng

  • Ứng dụng mô hình không gian 3D trên phần mềm SAP2000 hoặc ETABS để kiểm tra chính xác ứng xử của hệ thống thanh giằng mái và giằng cột khi chịu tải trọng động đất hoặc gió bão cấp cao.
  • Áp dụng các thuật toán tối ưu hóa hình học tiết diện thép tổ hợp nhằm tìm ra khối lượng thép nhỏ nhất mà vẫn thỏa mãn đầy đủ các điều kiện bền và độ võng theo TCVN 5575:2012.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị thực hành cao cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về các bước làm đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp Kết cấu thép 2 (Nhà công nghiệp).
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu: Làm tài liệu tra cứu các công thức kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn của cột gián đoạn có vai đỡ, kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng/bản cánh và phương pháp bố trí bu lông neo mác 09Mn2Si.
  • Các phần đáng tham khảo nhất trong thuyết minh:
    • Phương pháp lập và dồn tải trọng cầu trục qua đường ảnh hưởng lên vai cột ở Chương 2.
    • Quy trình kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn của cột thép tổ hợp chịu nén lệch tâm lớn ở Chương 4.
    • Chi tiết tính toán bản đế chịu uốn theo từng ô bản và chọn bu lông neo chịu kéo lệch tâm ở Chương 5.

Câu hỏi thường gặp

1. Thông số hình học cơ bản và tải trọng cầu trục của công trình được quy định như thế nào?

Công trình là nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp có chiều dài 60 m, nhịp khung ngang $L = 21$ m, bước khung $B = 6$ m, cao trình đỉnh ray $H_1 = 8{,}5$ m. Hệ thống cầu trục có sức nâng $Q = 25$ tấn, nhịp cầu trục $L_k = 19{,}5$ m, áp lực bánh xe lớn nhất tiêu chuẩn $P_{max} = 15{,}33$ tấn, trọng lượng bản thân cầu trục $12{,}26$ tấn và trọng lượng xe con $1{,}508$ tấn.

2. Kích thước tiết diện cột và dầm mái được lựa chọn và kiểm tra ra sao?

Cột khung có chiều cao tổng thể $H = 10{,}1$ m, sử dụng tiết diện thép chữ I tổ hợp hàn I-(750×350×12×14). Dầm mái sử dụng thép tổ hợp CCT34 có tiết diện thay đổi: tại nách khung liên kết với cột là I-600×300×8×10 và giảm dần về đỉnh khung là I-400×300×8×10, độ dốc mái tôn là 10% (tương đương góc dốc $6^\circ$).

3. Cấu tạo và vật liệu của liên kết chân cột với móng ngàm gồm những thông số gì?

Liên kết sử dụng bản đế kích thước $1000 \times 400 \times 40$ mm đặt trên bệ móng bê tông mác B20 ($R_b = 11{,}5$ MPa). Lực kéo lớn nhất tại chân cột là $507{,}3$ kN, được neo giữ bởi 4 bu lông neo mác thép 09Mn2Si đường kính $\Phi 32$ ($A_{ba} = 804$ mm²). Dầm đế dày 12 mm và sườn ngăn cao 200 mm được hàn vào thân cột bằng đường hàn tay chiều cao từ 10 đến 12 mm.

4. Loại bu lông và số lượng bu lông được bố trí tại các nút liên kết nách kèo và đỉnh kèo là bao nhiêu?

  • Tại liên kết nách kèo (dầm mái vào cột): Sử dụng bản bích dày 20 mm và 10 bu lông cường độ cao đường kính $\Phi 24$ cấp bền 8.8.
  • Tại liên kết đỉnh kèo (hai nửa dầm mái liên kết với nhau): Sử dụng bản bích dày 20 mm và 8 bu lông đường kính $\Phi 18$. Cả hai vị trí đều sử dụng đường hàn góc chiều cao $h_f = 6 \div 10$ mm để liên kết bản bích vào tiết diện dầm.

5. Tiêu chuẩn thiết kế và công cụ tính toán nào được sử dụng trong toàn bộ đồ án?

Đồ án áp dụng hai tiêu chuẩn xây dựng bắt buộc của Việt Nam là TCVN 2737:1995 (xác định tải trọng và tác động với phân vùng áp lực gió IIIB, $W_0 = 1{,}0016$ kN/m²) và TCVN 5575:2012 (thiết kế kết cấu thép). Phân tích mô hình khung phẳng, gán tải trọng và tổ hợp nội lực được thực hiện hoàn toàn trên phần mềm SAP2000.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Kết cấu công trình thép" do TS. Phan Thành Trung hướng dẫn đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán thiết kế khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng, 1 nhịp chịu tải trọng cầu trục 25 tấn theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 và TCVN 2737:1995. Thông qua việc mô hình hóa trên SAP2000 và tính toán giải tích chi tiết, tác giả đã chứng minh tính an toàn chịu lực của hệ tiết diện cột I-(750×350×12×14), dầm vát I-(600~400)×300×8×10 và dầm vai I-(550×250×10×12). Các chi tiết liên kết chân cột ngàm với 4 bu lông neo $\Phi 32$, liên kết nách kèo với 10 bu lông $\Phi 24$ và đỉnh kèo với 8 bu lông $\Phi 18$ đều đạt chỉ tiêu chịu lực, tạo nên một tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích và đáng tin cậy cho sinh viên cũng như kỹ sư thiết kế kết cấu thép.