Phân tích kết cấu và ước tính số lượng thép cho khung thép năm{0}}tầng

Dưới đây là bản phân tích kết cấu và ước tính trọng tải thép cho kết cấu khung thép năm{0}}tầng được mô tả

---

 

 

 

Để thực hiện phân tích tải trọng có ý nghĩa, các giả định hợp lý sau đây được áp dụng (điển hình cho các kết cấu hỗ trợ công nghiệp hoặc tiện ích nhẹ):

Tải trọng sàn (DL): 1,0 kN/m2
(Bao gồm sàn, lớp hoàn thiện, cơ/điện nếu có và-trọng lượng bản thân của các thành phần phụ-trọng lượng bản thân-dầm chính sẽ được thêm riêng.)

Tải trực tiếp (LL): 2,0 kN/m2
(Điển hình cho việc truy cập bảo trì hoặc lưu trữ ánh sáng; điều chỉnh nếu có mục đích sử dụng khác.)

Tĩnh tải mái: 0,8 kN/m2

Tải trọng mái/tải tuyết: 1,0 kN/m2

Tải trọng gió: Không được phân bổ theo tầng ở đây; lực cản ngang được xử lý bằng hệ giằng (được phân tích riêng).

 

Hình học vịnh:

Mỗi khung ngang làrộng 1,6 m.

Khoảng cách dọc giữa các khung: 5 vịnh → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Do đó, mỗi "tấm sàn" được đỡ bởi dầm chính có diện tích =Chiều rộng khoang 1,6 m ×.

Dầm chính (W10×22)chạytheo chiều dọc, kết nối 6 khung ngang ở mỗi cấp độ. Do đó, mỗi dầm hỗ trợ một nửa chiều rộng nhánh từ các vịnh liền kề-nhưng vì cấu trúc chỉTổng chiều rộng 1,6 m, có hiệu quảdầm hai cạnhđỡ toàn bộ chiều rộng 1,6 m (hoặc một dầm trung tâm có công xôn). Để đơn giản, chúng tôi giả sửhai dầm dọc, mỗi người mang theoChiều rộng nhánh 0,8 m.

Tuy nhiên, với chiều rộng hẹp (1,6 m), việc mô hình hệ thống sàn như sau sẽ thực tế hơn.một dải duy nhấttrong đó hai dầm dọc W10 × 22 đóng vai trò làdầm biênhỗ trợ một nền tảng rộng 1,6 m.

Như vậy,diện tích nhánh trên mỗi chùm trên mỗi vịnh = 0,8 m × chiều dài vịnh.

Nếu không cótính toán tải trọng cột, chúng tôi xem xéttổng tải trên mỗi khung ngang.

---

 

Mỗi khung ngang (tại một vị trí dọc nhất định) hỗ trợ:

Một nửa diện tích vịnh bên trái + một nửa diện tích bên phải.

Đối với khung bên trong (Khung 2–5):

Chiều dài nhánh sông=(khoang bên trái + khoang bên phải) / 2

Đối với khung cuối (Khung 1 và Khung 6):

Chiều dài nhánh sông=vịnh liền kề / 2

Khung #	Vịnh trái (m)	Vịnh Bên Phải (m)	Chiều dài nhánh (m)	Diện tích nhánh mỗi tầng (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Ghi chú: Tổng diện tích=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Toàn bộ diện tích quy hoạch=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Kiên định.

---

 

 

Tải chết (DL)= 1.0 kN/m2

Tải trực tiếp (LL)= 2.0 kN/m2

Tổng tải chưa được tính toán= 3.0 kN/m2

Khung #	Diện tích (m2)	DL (kN)	LL (kN)	Tổng tải mỗi tầng (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Ngoài ra,trọng lượng bản thân của dầm chínhphải được bao gồm trong tải trọng cột.

trọng lượng W10×22=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Mỗi khung kết nối vớihai đoạn chùm(trái và phải)

Độ dài đoạn chùm tia=độ dài khoang thực tế

Ví dụ cho Khung 3:

Vịnh bên trái=5.6 m → trọng lượng chùm tia=0.321 × 5.6=1.80 kN

Vịnh bên phải=2.8 m → trọng lượng dầm=0.321 × 2.8=0.90 kN

Tổng trọng lượng bản thân chùm tia- phụ lưu vào Khung 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Thật ra,Trọng lượng dầm được hỗ trợ hoàn toàn bởi các cột ở hai đầu, do đó mỗi cột trong một khung mangmột nửa trọng lượng của mỗi chùm liền kề.

Như vậy,tải trọng thẳng đứng bổ sung từ dầm trên mỗi khung trên mỗi tầng:=0.5 × (vùng bên trái + vùng bên phải) × 0,321 kN/m

Tính toán cho từng khung hình:

Khung	Các vịnh lân cận (m)	Tổng chiều dài liền kề (m)	Bản thân chùm tia-Trọng lượng (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Thêm phần này vào tổng số trước đó:

 

Tổng tải dọc trên mỗi khung trên mỗi tầng điển hình (Cấp 1–4):

Khung	Tải diện tích (kN)	+ Trọng lượng dầm (kN)	Tổng mỗi tầng (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

---

 

 

Mái DL=0.8 kN/m2

Mái nhà LL=1.0 kN/m2

Tổng cộng=1.8 kN/m²

Tải trọng mái theo diện tích-trên mỗi khung:

Khung	Diện tích (m2)	Mái DL (kN)	Mái LL (kN)	Tổng phụ (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Thêm cùng trọng lượng bản thân dầm (dầm vẫn còn ở trên mái):

Tổng tải trọng mái trên mỗi khung:

Khung	Tải trọng diện tích mái (kN)	+ Trọng lượng dầm (kN)	Tổng mái (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

---

 

 

Giả sử tất cả các tầng giống hệt nhau (Tầng 1–4) và mái nhà giống hệt Tầng 5:

Khung	Tải trọng/Sàn (kN)	×4 Tầng	Mái nhà (kN)	Tổng tải cột (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5 kN

Ghi chú: Đây làtải dịch vụ không được tính toán. Đối với thiết kế, hãy sử dụng kết hợp LRFD (ví dụ: 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Tải trọng lựcđược chuyển từ mặt cầu rộng 1,6 m sang dầm dọc W10×22, sau đó sang cột W8×24 ở mỗi 6 khung.

Tải trọng trục cột đỉnhxảy ra ở Khung 2 và 5 (~133 kN không được tính).

Sự ổn định bênđược cung cấp bởi:

Thanh giằng X-dọc (L3×3×1/4) trong ít nhất một khoang (ví dụ: khoang trung tâm 2,8 m).

Giằng ngang (C9×20) ở mái (và có thể ở các tầng khác) để ngăn các lực ngang vào khung giằng.

Cấu trúc làxác định tĩnh trong trọng lực, Vàhành vi khung-được giằngchi phối phản ứng bên.

Sự giới thiệu: Thực hiện phân tích cấu trúc 3D (ví dụ: sử dụng SAP2000, ETABS hoặc STAAD.Pro) để xác minh năng lực của cấu kiện, độ trôi và lực kết nối dưới tải trọng kết hợp theo AISC 360 và mã xây dựng địa phương.

---

Kết thúc phân tích.

 

Vùng thích ứng:Chile, Philippines, New Credonia, Tonga, Quần đảo Virgin, Đảo Reunion, Peru...

Ứng dụng: Các bộ phận kết cấu cho kho bãi, lưu trữ, hậu cần, giá đỡ máy móc và các mục đích đặc biệt khác

Số lượng câu chuyện: 5

Tổng chiều cao: 12,2 m → chiều cao tầng trung bình=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Chiều rộng tòa nhà (hướng ngắn): 1.6 m

Chiều dài tòa nhà (hướng dài): 25.2 m

Khoang khung (khung ngang): 6 khung hình cách nhau [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] dọc theo chiều dài 25,2 m
→ Tổng khoảng cách các vịnh=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (nhất quán)

Thành viên chính:

Cột: W8×24 (theo tiêu chuẩn ASTM A992 hoặc tương đương)

Dầm chính (dầm): W10×22

Giằng ngang: C9×20 (phần kênh)

Thanh giằng dọc (tầng): L3×3×1/4 (góc-chân bằng nhau)

 

Cấu trúc là một khung-chịu mômen được ổn định theo phương ngang bằng các thanh giằng chéo ở cả mặt phẳng ngang và mặt phẳng dọc.

Đường tải trọng lực:
Tải trọng sàn (chết + hoạt động) được truyền qua hệ thống sàn (không nêu chi tiết ở đây) đến dầm chính (W10×22), sau đó đến cột (W8×24). Với chiều rộng hẹp (1,6 m), có khả năng các dầm chính có nhịp ngang (1,6 m) và được đỡ bởi các cột thẳng hàng dọc theo hướng 25,2 m. Tuy nhiên, dựa trên thông lệ điển hình và chỉ định thành viên, điều hợp lý hơn là:

cácdầm chính chạy dọc(hướng 25,2 m), được hỗ trợ bởi các khung ngang cách nhau khoảng ~5–6 m.

Nhưng với chiều rộng chỉ 1,6 m, điều này cho thấycấu trúc hẹp một vịnh, có thể là cầu, mái che hoặc khung đỡ thiết bị.

Với hình dạng (rộng 1,6 m x dài 25,2 m x cao 12,2 m), đây có vẻ là mộtkhung tuyến tính(ví dụ: cấu trúc hỗ trợ cho các tiện ích hoặc lối đi), với 6 khung ngang (mỗi khung rộng 1,6 m) đặt dọc theo chiều dài 25,2 m.

Như vậy:

Mỗikhung ngangbao gồm hai cột (chiều cao=2.44 m mỗi tầng × tổng cộng 5=12.2 m) và các dầm nối ở mỗi tầng.

Dầm chính(W10×22) có thể chạytheo chiều dọc, kết nối các khung ngang ở mỗi tầng.

Niềng răng:

Giằng ngang(C9×20) ở mái và có thể ở các tầng trung gian để truyền tải trọng ngang sang khung giằng.

Thanh giằng dọc (tầng)(L3×3×1/4) trong một hoặc nhiều khoang để tạo độ cứng ngang chống lại tải trọng gió/địa chấn.

 

 

Đơn vị trọng lượng (từ Hướng dẫn sử dụng AISC):

W8×24: 24 lb/ft=35.7 kg/m

W10×22: 22 lb/ft=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/ft=29.8 kg/m

L3×3×1/4: trọng lượng ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (tính từ diện tích ≈ 1,44 in²)

---

A. Cột

Số lượng khung ngang: 6

Mỗi khung có 2 cột (giả sử khung hình chữ nhật)

Tổng số cột=6 × 2=12

Chiều cao mỗi cột=12.2 m

Tổng chiều dài cột=12 × 12.2=146.4 m

Trọng lượng thép cột=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226 kg

 

B. Dầm chính (Dầm dọc)

Giả sử các dầm ở mỗi tầng trong số 5 tầng có chiều dài tối đa là 25,2 m vàhai dầm mỗi cấp(cộng 6 của chiều rộng 1,6 m):

Dầm theo cấp độ=2

Cấp độ=5

Tổng chiều dài chùm tia=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Trọng lượng thép dầm=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810 kg

Lưu ý: Nếu kết cấu chỉ sử dụng một dầm trung tâm hoặc cấu hình khác thì điều chỉnh cho phù hợp. Điều này giả định khung chu vi.

 

C. Thanh giằng ngang (C9×20)

Thường được lắp đặt ở tầng mái và có thể ở các tầng trung gian. Cho rằng:

Một lớp giằng ngang ở mái (sơ đồ giằng tạo thành hình chữ X hoặc một đường chéo cho mỗi tấm)

Tấm giữa các khung: 5 tấm (giữa 6 khung)

Chiều dài đường chéo trên mỗi tấm ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (đối với các vịnh 5,6 m); cho vịnh 2,8 m: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

Cho rằngX{0}}chỉ giằng trong một khoang(tối thiểu để ổn định), ví dụ: ở vịnh trung tâm 2,8 m:

Đường chéo ở mái: 2 × 3.22=6.44 m

Cũng có thể ở mặt đất hoặc trung gian: giả định 3 tầng có giằng → 3 × 6.44=19.3 m

Tổng chiều dài C9×20 ≈ 20 m (bảo toàn)

Trọng lượng=20 m × 29,8 kg/m ≈596 kg

Nếu sử dụng toàn bộ giàn ngang ở mọi cấp độ thì số lượng sẽ tăng lên đáng kể. Đây là một ước tính tối thiểu. thực ra mỗi khoang đều có thanh giằng ngang nên công dụng thực tế sẽ nhiều hơn.

 

D. Thanh giằng dọc (Truyện) (L3×3×1/4)

Cho rằngmột vịnh giằngdọc theo chiều dài (ví dụ: giữa Khung 3 và 4, ngang qua khoảng 2,8 m) với thanh giằng X{5}}ở mỗi câu chuyện.

Số tầng=5 → 5 tấm giằng

Chiều cao bảng điều khiển=2.44 m, chiều rộng=2.8 m

Chiều dài đường chéo trên mỗi tấm=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Hai đường chéo trên mỗi tấm (X-nẹp) → 2 × 3.71=7.42 m mỗi tầng

Tổng chiều dài=5 × 7.42=37.1 m

Trọng lượng=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271 kg

Nếu có nhiều vịnh được chuẩn bị, hãy nhân lên cho phù hợp.

---

 

 

Thành phần	Trọng lượng (kg)
Cột (W8×24)	5,226
Dầm chính (W10×22)	9,810
Niềng ngang (C9×20)	596
Niềng dọc (L3×3×1/4)	271
Tổng cộng (xấp xỉ)	15.903 kg

≈ 15,9 tấn

Lưu ý: Điều này không bao gồm các kết nối, tấm đế, bộ phận phụ hoặc sàn. Trọng lượng chế tạo thực tế có thể cao hơn 10–15% do các chi tiết kết nối và chất thải.

---

 

 

sự mảnh mai: Cột W8×24 (d ≈ 8 in, A ≈ 7,08 in²) trên 12,2 m chiều cao không giằng có thể mảnh mai. Hệ số chiều dài hiệu dụng (K) phụ thuộc vào điều kiện cuối. Đối với đã ghim-được ghim, KL/r có thể vượt quá giới hạn trừ khi được cố định.Hệ giằng dọc là cần thiếtđể giảm chiều dài cột hiệu quả.

Khoảng cách chùm tia: W10×22 trên 5,6 m (nếu dầm nằm ngang giữa các khung) là hợp lý đối với tải nhẹ. Nhưng nếu dầm dài 25,2 m liên tục thì độ võng và cường độ sẽ không đủ-do đó, cấu hình giả định (dầm như dầm dọc giữa các khung ngang) sẽ hợp lý hơn.

Độ ổn định bên: Được cung cấp bởi sự kết hợp giữa giằng X{0}}theo chiều dọc (chống gió/địa chấn) và giằng ngang (tác dụng của màng chắn).

Tải giả định: Không có tải trọng tĩnh/hoạt động/gió cụ thể, đây là ước tính sơ bộ. Cần có thiết kế chi tiết theo AISC 360.

---

 

Phần kết luận
Khung thép được mô tả là khung giằng hẹp, nhiều{0}}có trọng tải thép ước tính làkhoảng 15,9 tấn. Hệ thống kết cấu dựa vào hệ giằng chéo để ổn định các bên và kích thước các bộ phận có vẻ phù hợp để chịu tải trọng nhẹ-đến-trung bình, với điều kiện hệ giằng thích hợp giúp giảm chiều dài hiệu dụng của cột. Nên phân tích kết cấu đầy đủ bao gồm các tổ hợp tải trọng, thiết kế kết nối và kiểm tra khả năng sử dụng trước khi thi công.