Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc của các hệ giằng đến sự làm việc của khung thép nhà công nghiệp một tầng ở Việt Nam (khảo sát công trình tại thành phố Hồ Chí Minh)

Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc của các hệ giằng đến sự làm việc của khung thép nhà công nghiệp một tầng ở Việt Nam (khảo sát công trình tại thành phố Hồ Chí Minh) trình bày khảo sát các loại giằng phổ biến như giằng đơn song song, giằng tam giác và giằng chéo từ việc cấu tạo, bố trí đến phân tích các ưu khuyết điểm để tìm ra được cấu hình phù hợp bố trí cho nhà công nghiệp một tầng bằng thép ở Việt Nam.

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CẤU TRÚC CỦA CÁC HỆ GIẰNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KHUNG THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG Ở VIỆT NAM (KHẢO SÁT CƠNG TRÌNH TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH) Trần Ngọc Tuấn; Phùng Ngọc Quý; Phạm Đoàn Đăng Khoa; Vương Phan Đức Huy; Phạm Nhật Quang Khoa Xây Dựng, Trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh (HUTECH) GVHD: TS Nguyễn Văn Giang TÓM TẮT Trong viết này, tác giả khảo sát loại giằng phổ biến giằng đơn song song, giằng tam giác giằng chéo từ việc cấu tạo, bố trí đến phân tích ưu khuyết điểm để tìm cấu hình phù hợp bố trí cho nhà cơng nghiệp tầng thép Việt Nam Từ khóa: cấu trúc, loại giằng, tầng thép, nhà công nghiệp, ưu khuyết điểm GIỚI THIỆU Hệ giằng mái, hệ giằng cột bố trí cho hệ thống kết cấu chịu lực nhà khung thép nhẹ có tác dụng chịu tải trọng gió, phân phối tải trọng, tăng cường ổn định cho toàn hệ sườn nhà Tuỳ điều kiện, hoàn cảnh, quy phạm mà có áp dụng khác Để nghiên cứu ảnh hưởng vị trí bố trí, ảnh hưởng loại giằng thép góc đến nội lực, chuyển vị kết cấu tính kinh tế bố trí giằng, viết lấy ví dụ xét cho nhà máy công nghiệp nhà tầng, nhịp có chiều dài nhà Lnhà = 42m, xây dựng TP.HCM thuộc phân vùng gió cấp II-A Nhà có cầu trục với sức nâng 300 KN[1] Kết cấu chịu lực hệ khung ngang tính tốn có thơng số sau: 1213 Bảng Thơng số kích thước khung[2] Hình Mơ hình kết cấu khung nhà tiền chế Nhịp L 36 m Sức trục 300 KN Bước cột 6m Cao trình R 6,7 m Chiều dài nhà ∑B 42 m Chiều cao nhà H 10,4 m Độ dốc i 18% Địa hình xây dựng A Vùng áp lực gió II-A W0 83 daN/m2 ETABS THÔNG SỐ ĐẦU VÀO Bảng Thông số đặc trưng tiết diện tải trọng tác động lên khung Cấu kiện Mái A Tiết diện (mm) Trọng lượng thân cấu kiện: 77 (kN/m3) Tole lợp sóng vng dày 0,7mm Dầm Dầm B Tải trọng Dầm phụ I 300×700x8 Các lớp hồn thiện (HTHIEN) : 1,02 (kN/m) I 250×500x5 Hoạt tải sữa chữa mái (HTAI) : 2,3 (kN/m) Phần tử I 300×700x8 Phần tử I 300×700x6 Cột Hoạt tải đứng cầu trục (Dmax, Dmin) : 1214 Dmax = 75,04 (kN) Dmin = 26,58 (kN) Vai cột I 300×700x8 Lực hãm T : ± 21,9 (kN) Tải trọng gió (GioX, GioXX) (kN/m)[3] qđẩy qhút q1 q2 q3 q4 q5 q6 5,6 4,2 2,8 -2,8 3,59 -3,62 -3,65 -2,94 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CÁC SƠ ĐỒ TÍNH Tính tốn hệ khung không gian kết hợp với hệ giằng với trường hợp cụ thể sau: MÔ HÌNH 1: KHÔNG CĨ BỐ TRÍ HỆ GIẰNG MÔ HÌNH 2: BỐ TRÍ HỆ GIẰNG ĐƠN, SONG SONG MÔ HÌNH 3: BỐ TRÍ HỆ GIẰNG TAM GIÁC MÔ HÌNH 4: BỐ TRÍ HỆ GIẰNG CHÉO 3.1 Sơ đồ khơng bố trí hệ giằng (SĐ1) Sơ đồ nhà có mái dốc có bố trí cửa mái lấy sang hai bên Các tải trọng tác dụng tĩnh tải mái, hoạt tải sửa chữa, tải trọng gió, tải trọng cầu trục phép tác dụng kết cấu có Sơ đồ tính mơ phần mềm phân tích kết cấu ETABS 9.7.1 Dưới tác động này, cột khung có khuynh hướng bị oằn, với chuyển vị đỉnh lớn, việc bố trí để giữ ổn định cho khung cần thiết (xem hình 1) Hình Mơ hình khung khơng gian khơng có bố trí giằng 1215 Bảng Chuyển vị sơ đồ khung khơng có giằng Vị trí nút UX UY UZ khung (m) (m) (m) Đầu xà ngang 0,06 0,05 0,643 0,037 0,002 0,006 0,008 0,027 0,139 0,095 0,006 0,004 Đỉnh cột 0,298 0,017 0,084 0,009 0,004 0,003 Chân cột 0 0 0,001 Đỉnh xà ngang 3.2 RX RY RZ (Radians) (Radians) (Radians) Sơ đồ bố trí hệ giằng đơn song song (SĐ2) Khảo sát hiệu làm việc khung thép cách đưa vào bố trí hệ giằng đơn song song bước cột từ trục đến Thanh giằng làm thép góc có tiết diện L100 × 100 × milimet nghiêng góc liên kết 45 độ (xem hình 2) Hình Mơ hình khung khơng gian bố trí giằng đơn song song 1216 Vị trí nút UX UY UZ RX RY RZ khung (m) (m) (m) (Radians) (Radians) (Radians) Đầu xà ngang 0,045 0,0682 0,066 0,018 0,001 0,004 Đỉnh xà ngang 0,007 0,0259 0,129 0,094 0,006 0,001 Đỉnh cột 0,273 0,071 1,175 0,009 0,002 0,002 Chân cột 0 0 0 Từ bảng 4, ta thấy chuyển vị ngang nút đỉnh khung có giảm so với sơ đồ 1, giằng đưa vào tạo nên khung cứng theo phương dọc trục 4&5, từ phân phối nội lực khung dạng lực nén, kéo truyền xuống chân cột, xuống móng, giúp giảm chuyển vị ngang khung 3.3 Sơ đồ bố trí hệ giằng tam giác (SĐ3) Hình Mơ hình khung khơng gian bố trí giằng tam giác Các giằng lắp ghép tam giác đặt bước cột trục 4&5 Tiết diện thép góc L100 × 100 × milimet nghiêng góc liên kết 45 độ (xem hình 4) Hình cho thấy giằng đưa vào hệ khung dọc nhà làm tăng độ cứng tổng thể khung không gian, điều giúp giảm chuyển vị ngang nút đỉnh khung (xem kết bảng 5) Bảng Chuyển vị sơ đồ khung có giằng tam giác 1217 Vị trí nút UX UY UZ khung (m) (m) (m) 0,031 0,062 0,012 0,01 0,001 0,003 0,003 0,064 0,05 0,05 0,001 0,001 Đỉnh cột 0,156 0,042 0,084 0,005 0,001 0,003 Chân cột 0 0 0 Đầu xà ngang Đỉnh xà ngang 3.4 RX RY RZ (Radians) (Radians) (Radians) Sơ đồ bố trí hệ giằng chéo (SĐ4) Trong sơ đồ này, mơ hình bổ sung thép góc L100 × 100 × milimet nghiêng góc liên kết 45 độ theo phương (xem hình 5) Các giằng chịu kéo tác động đổi chiều tải trọng gió, ngồi lực dọc cầu trục truyền vào thông qua dầm cầu chạy hệ giằng chuyển tải xuống chân cột để từ truyền xuống móng bê tơng cốt thép bên Hình Mơ hình khung khơng gian bố trí giằng chéo 1218 Bảng Chuyển vị sơ đồ khung có giằng chéo Vị trí nút UX UY UZ khung (m) (m) (m) Đầu xà ngang 0,01 0,018 0,006 0,004 0,002 0,001 Đỉnh xà ngang 0,003 0,0051 0,043 0,028 0,001 Đỉnh cột 0,05 0,009 0,005 0,001 0,001 Chân cột 0 0 0 Phương X RX RY RZ (Radians) (Radians) (Radians) Phương Y Hình Biểu đồ so sánh chuyển vị đỉnh xà ngang sơ đồ khung: Nhận xét: Dựa biểu đồ trên, ta thấy sơ đồ (sơ đồ khung có giằng chéo) có hiệu việc giảm chuyển vị tải trọng ngang Đặc biệt tải trọng gió thổi theo phương dọc nhà (phương Y) Chuyển vị giới hạn kết cấu thép[4]: H = 15, = 0, 052(m) Tất giá trị chuyển vị thỏa (vì nhỏ 300 300 0,052m) KẾT LUẬN Khi thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, cần lưu ý đến làm việc hệ kết cấu khung chịu tác dụng tải trọng gió thổi theo phương dọc nhà Qua nghiên cứu, ta thấy chuyển vị sơ đồ khung có giằng chéo nhỏ Do đó, loại giằng tốt loại giằng Khi hệ giằng sử dụng thép góc, độ cứng hệ kết cấu khung tăng lên, việc phân phối nội lực tồn nhà tốt chịu tác dụng tải trọng đặc biệt tải trọng ngang tải trọng gió, tải trọng cầu trục 1219 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Thanh, Hoàng Văn Quang (1998), Kết cấu thép 2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Đoàn Định Kiến (2005), Kết cấu thép sử dụng Xây dựng D.D.& C.N Việt Nam, tuyển tập báo cáo khoa học, Hội thảo kết cấu thép xây dựng, Hội kết cấu công nghệ xây dựng Việt Nam [3] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995 (1995), Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội [4] Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế 338:2005, (2005), NXB Xây dựng, Hà Nội 1220 ... trí hệ giằng đơn song song (SĐ2) Khảo sát hiệu làm việc khung thép cách đưa vào bố trí hệ giằng đơn song song bước cột từ trục đến Thanh giằng làm thép góc có tiết diện L100 × 100 × milimet nghiêng... phương dọc nhà Qua nghiên cứu, ta thấy chuyển vị sơ đồ khung có giằng chéo nhỏ Do đó, loại giằng tốt loại giằng Khi hệ giằng sử dụng thép góc, độ cứng hệ kết cấu khung tăng lên, việc phân phối nội... hạn kết cấu thép[ 4]: H = 15, = 0, 052(m) Tất giá trị chuyển vị thỏa (vì nhỏ 300 300 0,052m) KẾT LUẬN Khi thiết kế khung thép nhà công nghiệp tầng, cần lưu ý đến làm việc hệ kết cấu khung chịu