Xin hỏi Thiết kế khung thép chịu lực

#1
Xin chào các chú, các anh và các bạn. Mình đang thiết kế một cái khung đỡ bằng thép cho thùng nước (như hình)
Thông số đầu bài như sau:

+ Khối lượng nước cần chứa: 80m3
+ Kích thước tối đa cho phép của khung: dài 10m, rộng 4.5m
+ Điểm thấp nhất khung ngang (nếu có) cách sàn 2m
+ Chỉ được bố trí các cột chống 2 bên, không được phép đặt ở giữa
+ Độ dày tấm vỏ thùng khoảng 10mm
+ Nước trong thùng ở nhiệt độ thường, thùng liên kết với khung bằng cách đặt lên
Khung+thùng.PNG

Khung + thùng chứa (minh họa)

Yêu cầu thiết kế:
+ Kết cấu khung ổn định, đủ bền. Thời hạn sử dụng 20 năm.
+ Khối lượng giới hạn 10 tấn.
+ Dầm ngang, thanh giằng được liên kết với nhau bằng bulong

Từ đầu bài như trên, e có tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế khung thép về độ võng hay các giới hạn cho phép (chủ yếu từ 5575:2012 nhưng cũng chưa hiểu lắm :(

Hiện tại, em đang tính bền Static bằng Solidworks với các điều kiện như sau:
- Coi cả thùng, nước trong thùng là một khối, trọng lượng quy đổi xấp xỉ 90 tấn ~ 900 kN. E đặt tải trọng phân bố lên khung ngang như hình.
Phương án đặt lực.PNG

Lực phân bố lên các thanh dầm chéo và dầm theo tiết diện ngang. Dầm theo phương dọc không chịu tác dụng trực tiếp của lực phân bố từ thùng nước.

Phương pháp làm của e như sau - hơi mò :(
- Thiết kế khung trên phần mềm, sau đó chạy mô phỏng. Kiểm tra những chỗ có ứng suất/biến dạng lớn thì bổ sung thanh giằng, dầm đỡ.
- Khung hiện tại như trong hình CHƯA ĐỦ bền nhưng đã quá 50% khối lượng vật liệu cho phép. Chân cột làm từ thép H. Các dầm ngang, thanh giằng được làm từ thép I cùng kích thước.
- Sau khi thiết kế cơ bản kết cấu khung mới tính toán các chi tiết còn lại (vai cột, các vị trí lắp)

E thấy rằng nếu cứ làm theo cách này thì không hợp lý nên đăng lên đây nhờ mọi người giúp đỡ ạ.
Em đang có những thắc mắc sau, rất mong được mọi người giải đáp ạ:
1. Lực e quy như vậy có hợp lý với bài toán này không.
2. E nên làm như thế nào để tối ưu được khối lượng vật liệu cần thiết.
3. Các giới hạn về độ võng, độ bền trong tài liệu TCVN 5575:2012 có áp dụng được vào bài toán này không.

Cảm ơn mọi người đã đọc. E rất mong được mọi người chỉ giáo ạ.
 

umy

Well-Known Member
#2
Xin chào các chú, các anh và các bạn. Mình đang thiết kế một cái khung đỡ bằng thép cho thùng nước (như hình)
Thông số đầu bài như sau:

+ Khối lượng nước cần chứa: 80m3
+ Kích thước tối đa cho phép của khung: dài 10m, rộng 4.5m
+ Điểm thấp nhất khung ngang (nếu có) cách sàn 2m
+ Chỉ được bố trí các cột chống 2 bên, không được phép đặt ở giữa
+ Độ dày tấm vỏ thùng khoảng 10mm
+ Nước trong thùng ở nhiệt độ thường, thùng liên kết với khung bằng cách đặt lên
View attachment 5721
Khung + thùng chứa (minh họa)

Yêu cầu thiết kế:
+ Kết cấu khung ổn định, đủ bền. Thời hạn sử dụng 20 năm.
+ Khối lượng giới hạn 10 tấn.
+ Dầm ngang, thanh giằng được liên kết với nhau bằng bulong

Từ đầu bài như trên, e có tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế khung thép về độ võng hay các giới hạn cho phép (chủ yếu từ 5575:2012 nhưng cũng chưa hiểu lắm :(

Hiện tại, em đang tính bền Static bằng Solidworks với các điều kiện như sau:
- Coi cả thùng, nước trong thùng là một khối, trọng lượng quy đổi xấp xỉ 90 tấn ~ 900 kN. E đặt tải trọng phân bố lên khung ngang như hình.
View attachment 5722
Lực phân bố lên các thanh dầm chéo và dầm theo tiết diện ngang. Dầm theo phương dọc không chịu tác dụng trực tiếp của lực phân bố từ thùng nước.

Phương pháp làm của e như sau - hơi mò :(
- Thiết kế khung trên phần mềm, sau đó chạy mô phỏng. Kiểm tra những chỗ có ứng suất/biến dạng lớn thì bổ sung thanh giằng, dầm đỡ.
- Khung hiện tại như trong hình CHƯA ĐỦ bền nhưng đã quá 50% khối lượng vật liệu cho phép. Chân cột làm từ thép H. Các dầm ngang, thanh giằng được làm từ thép I cùng kích thước.
- Sau khi thiết kế cơ bản kết cấu khung mới tính toán các chi tiết còn lại (vai cột, các vị trí lắp)

E thấy rằng nếu cứ làm theo cách này thì không hợp lý nên đăng lên đây nhờ mọi người giúp đỡ ạ.
Em đang có những thắc mắc sau, rất mong được mọi người giải đáp ạ:
1. Lực e quy như vậy có hợp lý với bài toán này không.
2. E nên làm như thế nào để tối ưu được khối lượng vật liệu cần thiết.
3. Các giới hạn về độ võng, độ bền trong tài liệu TCVN 5575:2012 có áp dụng được vào bài toán này không.

Cảm ơn mọi người đã đọc. E rất mong được mọi người chỉ giáo ạ.
Kết cấu khung thép mà vào meslab hỏi thì khó có được chuyên gia chỉ giáo cho !!
Thử đăng ký vào
Kết cấu Thép và ANSYS
BaustatikerIn

> https://www.facebook.com/KCT.ANSYS/
Xin hỏi anh ginb (chuyên gia kết cấu thép tại Pháp) và tham khảo ý kiến !

Ở Diễn đàn ketcau.com (ko còn đăng ký được, chỉ vào để tra cứu Tài Liệu còn sót lại)
http://www.ketcau.com/forum/index.php
Có các anh structural (chuyên gia cao cấp bên Anh), nguyen quoc ai, chuongsds (kS kc.thép giỏi, nhiều kinh nghiệm)

Rảnh rổi tôi xin góp thêm cho vài ngu ý nhỏ ...
- Nên lây thêm lực ngang 3% của tổng số lực dọc (có từ khối lương), Lực dọc cho thêm hệ sô 110%
( Giử được phần nào an toàn tránh bớt sự cố khi thi công lâp ráp khung ... do độ chính xác ko cao cho lắm !!)
- cho biết thêm dùng thép hình nào ? có mặt cắt (Sections) ra sao ?
- liên kết nút, ngàm với bù lon ra sao ? có lập mô hình đúng vậy không ? (liên kết nút ở các giằng chéo ?
- Ổn định cuc bộ cho cột và giằng chéo chịu lực nén (Pressure Force) giới hạn độ mảnh Lamda bao lớn ? < 100, <
- Ổn định tổng thể cho hướng dọc , cần liên kết ngàm >> 2 cột giửa nên xoay lại để chịu không bị lật !! Điều kiện biên nơi chân cột giửả X, Y, Z
- bài tính có kết quả ứng suất là bao lớn? Đơn vị là gì ?
- Có biết kiểm mõi (fatigue) cho vật liệu khung thép tổng thể và cục bộ liên kết bù lon > Phần nầy hơi khó > tập tra cứu thêm và trả lời
- Muốn sử dụng được 20 năm, nhớ sơn chống rỉ sét và kháng cháy !!-
- Nên lập môt thuyết minh kết cấu nhỏ (Report) > đưa lên xem.
 
Last edited:
#3
Kết cấu khung thép mà vào meslab hỏi thì khó có được chuyên gia chỉ giáo cho !!
Thử đăng ký vào
Kết cấu Thép và ANSYS
BaustatikerIn

> https://www.facebook.com/KCT.ANSYS/
Xin hỏi anh ginb (chuyên gia kết cấu thép tại Pháp) và tham khảo ý kiến !

Ở Diễn đàn ketcau.com (ko còn đăng ký được, chỉ vào để tra cứu Tài Liệu còn sót lại)
http://www.ketcau.com/forum/index.php
Có các anh structure (chuyên gia kc bên Anh), nguyen quoc ai, chuongsds (kS kc.thép giỏi)

Rảnh rổi tôi xin góp thêm cho vài ngu ý nhỏ ...
- Nên lây thêm lực ngang 3% của tổng số lực dọc (có từ khối lương), Lực dọc cho thêm hệ sô 110%
( Giử được phần nào an toàn tránh bớt sự cố khi thi công lâp ráp khung ... do độ chính xác ko cao cho lắm !!)
- cho biết thêm dùng thép hình nào ? có mặt cắt (Sections) ra sao ?
- liên kết nút, ngàm với bù lon ra sao ? có lập mô hình đúng vậy không ? (liên kết nút ở các giằng chéo ?
- Ổn định cuc bộ cho cột và giằng chéo chịu lực nén (Pressure Force) giới hạn độ mảnh Lamda bao lớn ? < 100, <
- Ổn định tổng thể cho hướng dọc , cần liên kết ngàm >> 2 cột giửa nên xoay lại để chịu không bị lật !! Điều kiện biên nơi chân cột giửả X, Y, Z
- bài tính có kết quả ứng suất là bao lớn? Đơn vị là gì ?
- Có biết kiểm mõi (fatigue) cho vật liệu khung thép tổng thể và cục bộ liên kết bù lon > Phần nầy hơi khó > tập tra cứu thêm và trả lời
- Muốn sử dụng được 20 năm, nhớ sơn chống rỉ sét và kháng cháy !!-
- Nên lập môt thuyết minh kết cấu nhỏ (Report) > đưa lên xem.
Cảm ơn bác đã gợi ý ạ :D
 
#4
Cháu xin bổ sung thêm dữ liệu bài toán ạ.

Thùng chứa nước được làm từ thép, độ dày đáy là 1.5 mm, độ dày vách là 1.2 mm. Dưới thùng được hàn thêm một khung thép chữ I như hình. Sau đó thùng chứa nước này (~80 m3) sẽ được đặt lên một hệ khung thép.
Cột khung thép bằng thép H. Các thanh xà, dầm sẽ bằng thép I. Tiết diện và kết cấu khung cần phải tự tìm và tính ạ. Các thanh xà và cột sẽ được liên kết bằng bulong

thùng + đáy I.PNG
Đây là hình ảnh minh họa cho phần thùng nước (gồm đế khung I và thùng gồm các tấm thép được hàn với nhau)

Vị trí tương đối thùng với khung đỡ.PNG


Thùng nước sẽ được trực tiếp lên khung. Minh họa như hình.
Về mô hình.
+ Cháu đang thử đặt cái thùng nước lên cả khung rồi dùng liên kết "No penetration" đặt cho các mặt tiếp xúc giữa xà ngang của khung và thùng.
+ Về lực thì hiện cháu chưa có phương án rõ ràng, chỉ đang thử đặt cả lực phân bố đều lên bề mặt thùng rồi chạy mô phỏng. Tuy nhiên phương án này cháu vẫn chưa thực hiện được.

Để tính được tiết diện các dầm. Cháu quy bài toán về dạng bài toán phẳng.
Khối lượng của thùng sẽ được đặt trên 5 dầm ngang (trong hình tương đương 2 thùng). Quy lực tác dụng tại vùng tiếp xúc thành lực tập chung (như hình)
Force Apply.PNG


Trong thực tế, các dầm sẽ được liên kết với xà hoặc cột bằng bulong.
Ở mô hình này cháu tính toán với dạng beam trong Solidworks Simulation
Cháu tính tay các lực và moment rồi chọn tiết diện nhỏ nhất, được mô hình như sau:

Cột: H - 250x250x9x14
Xà: I - 300x150x10x12
Dầm ngang: I - 150x125x8.5x14

Dưới đây là kết quả:
Bending Dir2.PNG

Ứng suất uốn
 
Lượt thích: umy

umy

Well-Known Member
#5
- Khung ko có giằng chéo để giử ổn định !! Thử lấy Horizontal Loads 3% của tổng lực vertical tác dụng vào hướng ngang và dọc ... xem ứng suất và chuyển vị ra sao ? bao lớn ? cẩn thận bị sự cố lật ngang khung đấy !!!!
- Thế nầy thì kết cấu cục bộ cho các nút liên kết dầm cột phải là ngàm rồi !!!
... còn tiếp ...

Tài Liệu mẩu xem thêm
Bài tập kết cấu thép làm khung công nghệ của ĐH ngoài, trọn bộ, tiếng Anh.
Có bản vẻ dwg, thuyết minh.doc, bài tính với phần mềm SAP
steel halle projects:
https://www.mediafire.com/?0fx7ejq6791thiw
 
Last edited:
Lượt thích: Done
#6
- Khung ko có giằng chéo để giử ổn định !! Thử lấy Horizontal Loads 3% của tổng lực vertical tác dụng vào hướng ngang và dọc ... xem ứng suất và chuyển vị ra sao ? bao lớn ? cẩn thận bị sự cố lật ngang khung đấy !!!!
- Thế nầy thì kết cấu cục bộ cho các nút liên kết dầm cột phải là ngàm rồi !!!
... còn tiếp ...

Tài Liệu mẩu xem thêm
Bài tập kết cấu thép làm khung công nghệ của ĐH ngoài, trọn bộ, tiếng Anh.
Có bản vẻ dwg, thuyết minh.doc, bài tính với phần mềm SAP
steel halle projects:
https://www.mediafire.com/?0fx7ejq6791thiw
Cháu đang sử dụng bulong và vít ở các vị trí liên kết xà ngang và cột. Đó là liên kết ngàm đúng không ạ?
Như hệ khung bên trên thì cháu đang chưa có giằng chéo ngang để chống lật ngang (lật theo hướng chiều dài khung). Nếu phương án dùng giằng chéo không được phép do hạn chế về không gian thì dùng bích hoặc thép góc chống từ cột ra 1 góc 45 độ có được giúp giữ ổn định hơn được không ạ.
Cháu cảm ơn :D
 
Lượt thích: umy

umy

Well-Known Member
#7
Cháu đang sử dụng bulong và vít ở các vị trí liên kết xà ngang và cột. Đó là liên kết ngàm đúng không ạ?
Như hệ khung bên trên thì cháu đang chưa có giằng chéo ngang để chống lật ngang (lật theo hướng chiều dài khung). Nếu phương án dùng giằng chéo không được phép do hạn chế về không gian thì dùng bích hoặc thép góc chống từ cột ra 1 góc 45 độ có được giúp giữ ổn định hơn được không ạ.
Cháu cảm ơn :D
1) Khớp: Chỉ cần liên kết vài bulong ở bản bụng > để truyền lực cắt (Shear Force Q) và nén và kéo (pressure and Tension Force N)
2) Ngàm: liên kết thêm bản cánh > phải truyền được thêm mo men M.
3) dùng bích hoặc thép góc chống từ cột ra 1 góc 45 độ có được giúp giữ ổn định ! ok giãn dị, ít tốn kém > đúng hướng rồi ;)
4) Xem thêm nơi đây, có vài exel - files cho free để dùng !!


https://civilengineeringbible.com/files.php?i=64
 
Last edited:
Lượt thích: Done

umy

Well-Known Member
#9
1) kích thước khung và bồn nước A, B, H ? ?
2) Tăng tổng Lực tác dụng lên với hệ số 1,1 cho bài tính! để có an toàn vì sai số trong thực tiển có thể khi trang bị máy bôm, ống nước ...
- tại sao ko có Lực thẳng gác lên dầm ngang ở bìa và giửa ?
3) Lực ngang 3% đâu ? khi thi công có thể va chạm vào cột và thực hiện ko hoàng chỉnh thì có độ nghiên !
4) ứng suất giới hạn < 140 Mpa (N/mm²) ok, còn chuyễn vị giới hạn L/200 = ? mm cho biết
5) tác dụng lực ngang làm tăng ứng suất của dầm ngang có thể >140 Mpa ! kiễm lại
6) dầm ngang ở bìa và giửa nên có tiết diện lớn như xà ngang
7) Ứng suất tác dụng thấp > 4 Cột bià có thể giãm tiết diện xuống nhiều hơn. 2 Cột giửa giãm chút ít (Ổn định thực tiển, tác dụng cột giửa nhiều hơn bìa) >> Ứng suất có thể tận dụng đến khoãng 100 MPa, lý do ổn định độ mảnh lamda khoãng <100

8) ... Có thể thử thay H, I với L ,V , thì liên kết cục bộ ở các ngàm ... thiết kế dể dàng hơn !!! ... ko bắt buột.

cám ơn mail, rảnh rổi tôi soạn lại TL kết cấu khung thép cho Done thêm
 
Lượt thích: Done
#10
Cảm ơn bác Umy ạ.
Dưới đây là tóm tắt thiết kế của cháu:
Một ý nữa cháu còn đang thắc mắc, đó là: Chân cột!!!
Phần bụng cột quay như thế nào là đúng ạ.
 

Attachments

#11
Trong mô hình thực tế, cháu có giằng chéo ở tiết diện ngang để chống lật hoặc mất ổn định theo phương ngang. Nhưng trong mô hình phân tích thì cháu bỏ ra.
 

umy

Well-Known Member
#12
Cảm ơn bác Umy ạ.
Dưới đây là tóm tắt thiết kế của cháu:
Một ý nữa cháu còn đang thắc mắc, đó là: Chân cột!!!
Phần bụng cột quay như thế nào là đúng ạ.
1- Vài khung xoay chân cột lại , để giử được ổn định cho cả 2 chiều ngang, dọc (Horizontal)

2- Tài Liệu thiết kế xây dựng nhà khung thép Theo TC Âu Châu EC-3
Links của anh co1972nguyen (ketcau.com) cho hơn 30 TL !!!
Đã đóng gói trọn bộ và các tài liệu liên quan: (95MB),
http://www.mediafire.com/?1p1gviz9cxbpwp5
....
 
Lượt thích: Done

umy

Well-Known Member
#13
Cậu Done tìm bộ TL: AISC Design Guide , khoãng 34 tập hướng dẩn kết cấu, tính toán thép theo tiêu chuẩn Mỹ, cụ thể và chi tiết rất hay !
Thí dụ:
Design_Guide_28_ Stability Design of Steel Buildings 16MB, 184Pages

Một phần có đưa lên bên diễn đàn ketcau.com: http://www.ketcau.com/forum/ (rất "chập chờn", phải kiên nhẩn thử nhiều lần) .
Hoặc vào các diễn đàn civil engineers khác trên thế giới, họ có trao đổi nhiều lắm.

Nhớ báo cáo lại kết quả tìm kiêm và học thêm được gì !
 
Last edited:
Lượt thích: Done
#14
Cậu Done tìm bộ TL: AISC Design Guide , khoãng 34 tập hướng dẩn kết cấu, tính toán thép theo tiêu chuẩn Mỹ, cụ thể và chi tiết rất hay !
Thí dụ:
Design_Guide_28_ Stability Design of Steel Buildings 16MB, 184Pages

Một phần có đưa lên bên diễn đàn ketcau.com: http://www.ketcau.com/forum/ (rất "chập chờn", phải kiên nhẩn thử nhiều lần) .
Hoặc vào các diễn đàn civil engineers khác trên thế giới, họ có trao đổi nhiều lắm.

Nhớ báo cáo lại kết quả tìm kiêm và học thêm được gì !
Các ơn bác rất nhiều
 
#15
Hello mọi người. Phần này mình đã tính toán xong. Cảm ơn bác Umy đã cho cháu những lời khuyên rất bổ ích.
Dưới đây là một số tài liệu mình đã tham khảo trong quá trình tính toán, Upload lên đây để mọi người cùng tìm hiểu.
1. Tài liệu tiêu chuẩn VN về thiết kế khung thép
2. THiết kế khung thép nhà công nghiệp : https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive
Trên là 2 tài liệu chủ yếu mình sử dụng để tính toán, ngoài ra có tham khảo những tài liệu mà bác Umy cho, nhưng lv chưa đủ để hiểu :D.
Tiêu chuẩn AISC:
https://drive.google.com/drive/u/0/folders/1CGapAJMFjSHWFmqSLNNOqiRzMAP7K_6U
 

umy

Well-Known Member
#16
Hello mọi người. Phần này mình đã tính toán xong. Cảm ơn bác Umy đã cho cháu những lời khuyên rất bổ ích.
Dưới đây là một số tài liệu mình đã tham khảo trong quá trình tính toán, Upload lên đây để mọi người cùng tìm hiểu.
1. Tài liệu tiêu chuẩn VN về thiết kế khung thép
2. THiết kế khung thép nhà công nghiệp : https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive
Trên là 2 tài liệu chủ yếu mình sử dụng để tính toán, ngoài ra có tham khảo những tài liệu mà bác Umy cho, nhưng lv chưa đủ để hiểu :D.
Tiêu chuẩn AISC:
https://drive.google.com/drive/u/0/folders/1CGapAJMFjSHWFmqSLNNOqiRzMAP7K_6U
Nhờ cậu Done up lại 2 tài liệu qua mediafire cho dể download ! Cám ơn nhiều.
 
Lượt thích: Done

umy

Well-Known Member
#18
Vâng, cháu quên chưa mở share cho mọi người. Mình xin up lại các tài liệu trên:
http://bit.ly/2qTykUB
File Tài liệu thiết kế khung thép.rar , download được nhưng có lổi không xã ra được ! Nhờ cậu Done kiễm lại xem sao !

Liên kết hàn cho dầm thép I (dài trên 14m) rất khó chuyển vận đến công trường
Trích xem thêm:
http://www.ketcau.com/forum/showthread.php?p=417146
TC Mỹ về Hàn: AWS.d1.1.2000.pdf

https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/003/aws.d1.1.2000.pdf
 
Last edited:
Lượt thích: Done
#19
File Tài liệu thiết kế khung thép.rar , download được nhưng có lổi không xã ra được ! Nhờ cậu Done kiễm lại xem sao !

Liên kết hàn cho dầm thép I (dài trên 14m) rất khó chuyển vận đến công trường
Trích xem thêm:
http://www.ketcau.com/forum/showthread.php?p=417146
TC Mỹ về Hàn: AWS.d1.1.2000.pdf

https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/003/aws.d1.1.2000.pdf
Cháu đã kiểm tra lại, Dowload về và giải nén ra vẫn bình thường ạ.
upload_2019-10-31_15-15-36.png
 
Lượt thích: umy

umy

Well-Known Member
#20
1) Có thể xem thêm vài TL hay trong Topic bên ketcau !! Trích:
http://www.ketcau.com/forum/showthread.php?t=100060&page=2
Bài #22 Có Lời khen của Bạn chuongsds:
chuongsds;417160 viết:
Xin phép bác UMY review 1 chút về các tài liệu của bạn Done gửi ở diễn dàn Meslab thì có 1 tài liệu " Structural steel design 5th Edition" tác giả viết rất hay, có đầy đủ lí thuyết và ví dụ tính toán cụ thể cho từng loại cấu kiện, liên kết...
Ace mới bắt đầu tính toán KCT theo AISC thì có thể coi đây là sách gối đầu giường được cũng như là tài liệu tra cứu cho các tính toán khi design member, thuyết minh...
Vài dòng.... :)
Vẫn vui khi thấy én già UMY vẫn còn dạy đỗ ace trong diễn đàn này, chúc bác sức khỏe và vẫn tâm huyết như những ngày đầu ạ.
2) Liên kết Ngàm, Khớp: Thiết kế và tính toán cục bộ Theo EC3
Moment resisting connections
https://www.steelconstruction.info/Moment_resisting_Connections

Resources
 
Last edited:
Top