Nghiên cứu sự làm việc không gian của khung thép nhẹ nhà công nghiệp

LVTS14 Nghiên cứu sự làm việc không gian của khung thép nhẹ nhà công nghiệpĐăng ngày 02072011 07:16:00 AM 432 Lượt xem 1102 lượt tảiGiá : 0 VNDNghiên cứu sự làm việc không gian của khung thép nhẹ nhà công nghiệpHãng sản xuất : UnknownĐánh giá : 0 điểm 1 2 3 4 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC KI ẾN TRÚC HÀ NỘI PH ẠM NGỌC HI ẾU NGHIÊN C ỨU SỰ L ÀM VIỆC KHÔNG GIAN C ỦA KHUNG THÉP NHẸ TRONG NHÀ CÔNG NGHI ỆP LU ẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHI ỆP HÀ NỘI - 2011 B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO B Ộ XÂY DỰNG TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC KI ẾN TRÚC HÀ N ỘI PH ẠM NGỌC HIẾU KHÓA: 2008-2011 L ỚP: CH2008X1 NGHIÊN C ỨU SỰ LÀM VIỆC KHÔNG GIAN C ỦA KHUN G THÉP NH Ẹ TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP LU ẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: XÂY D ỰNG CÔNG TRÌNH DÂ N D ỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ S Ố: 60.58.20 NGƯ ỜI HƯ ỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PH ẠM MINH H À HÀ N ỘI - 2011 Lời cảm ơn Trớc hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thày cô giáo trong Khoa Sau đại học Trờng Đại học Kiến Trúc Hà Nội vì những giúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng nh khi tiến hành làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo trong Tiểu ban đánh giá đề cơng chi tiết và kiểm tra tiến độ - Trờng Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo của luận văn. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn TS. Phạm Minh Hà đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hớng dẫn và đa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng nh tạo điều kiện thuận lợi cung cấp tài liệu và động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả Phạm Ngọc Hiếu Lời cam đoan danh dự Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả Phạm Ngọc Hiếu Mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, do yêu cầu của thực tế nên hiện có rất nhiều công trình công nghiệp đã và đang đợc xây dựng trên khắp mọi miền đất nớc. Một đặc điểm dễ nhận thấy là kết cấu chịu lực chính của hầu hết các công trình này là khung thép nhẹ tiền chế có tiết diện đặc dạng chữ I tổ hợp hàn với kết cấu bao che rất gọn nhẹ. Ưu điểm nổi bật của loại khung này là giảm đợc đáng kể chi phí chế tạo và chi phí vật liệu thép, giảm đợc kích thớc móng nhờ trọng lợng nhẹ, dễ vận chuyển và thi công nhanh, có thể áp dụng đợc công nghệ hiện đại trong gia công và hàn liên kết các cấu kiện và chi tiết. Trong thiết kế, để đơn giản hoá ngời ta thờng sử dụng mô hình khung phẳng. Điều này là khá phù hợp với những nhà dài, chịu tải trọng phân bố đều. Tuy nhiên, trong thực tế các khung không đứng riêng lẻ và giữa chúng có các liên kết dọc với nhau thông qua hệ giằng, mái cứng, dầm cầu trục tạo thành hệ không gian. Vì vậy khi có tải trong tác dụng cục bộ lên một khung thì các khung lân cận sẽ cùng tham gia chịu lực, do đó nội lực và chuyển vị của khung sẽ giảm đi. Trong một số trờng hợp, để xét đến sự làm việc không gian của khung, ngời ta thờng sử dụng các hệ số không gian trong quá trình tính toán. Các hệ số này đợc xác định bằng các phơng pháp của cơ học công trình thông qua việc xét ảnh hởng riêng biệt của một số yếu tố đến sự làm việc không gian của khung, chẳng hạn nh hệ giằng, tấm mái Vấn đề này đã đợc trình bày tóm tắt trong một số tài liệu [4,8,10,11]. Ngoài ra, đối tợng và kết quả khảo sát chủ yếu là khung thép của nhà công nghiệp theo kiểu của Liên-xô cũ có cột bậc và sử dụng tấm lợp panen BTCT. Đối với khung thép nhẹ hiện đợc áp dụng phổ biến trong thực tế, hầu nh cha có sự nghiên cứu, khảo sát sự làm việc không gian của loại khung này. Vì lý do kể trên, tác giả đã chọn đề tài Nghiên cứu sự làm việc không gian của khung thép nhẹ trong nhà công nghiệpvới mục đích đánh giá sự làm việc không gian của khung thép nhẹ và ảnh hởng của nó đến nội lực và chuyển vị của khung thông qua việc sử dụng phần mềm phân tích kết cấu hiện đại. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu sự làm việc không gian, đánh giá ảnh hởng của nó đến nội lực và chuyển vị của khung thép nhẹ trong nhà công nghiệp. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu - Khung thép nhẹ của nhà công nghiệp một tầng một nhịp (có hoặc không có cầu trục). - Nghiên cứu sự làm việc không gian của khung thép trong nhà công nghiệp một tầng có xét đến ảnh hởng của hệ giằng và dầm cầu trục. Chơng 1 Tổng quan về khung thép nhẹ của nhà công nghiệp 1.1. Giới thiệu chung Nhà công nghiệp một tầng đợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng công nghiệp. Kết cấu chịu lực có thể dùng vật liệu thép hoặc bêtông. Khi dùng cột bêtông, vì kèo thép thì kết cấu gọi là khung liên hợp. Khi dùng tất cả các cấu kiện bằng thép, thì khung đợc gọi là khung toàn thép (Hình 1.1). Việc chọn vật liệu phải dựa trên cơ sở hợp lý về kinh tế kỹ thuật, trớc hết căn cứ vào kích thớc nhà, tải trọng cầu trục, các yêu cầu về công nghệ sản xuất, kể cả những vấn đề liên quan đến cung cấp vật t, và thời gian xây dựng công trình. Tải trọng cầu trục ảnh hởng rất lớn đến sự làm việc của khung nhà công nghiệp. Đây là tải động và lặp, dễ làm kết cấu bị phá hoại do hiện tợng mỏi. Khi thiết kế, cần quan tâm đến cờng độ làm việc của cầu trục gọi là chế độ làm việc của cầu trục. Từ các điều kiện kinh tế kỹ thuật, kết cấu thép áp dụng hợp lý và có hiệu quả cho nhà công nghiệp trong các điều kiện sau: - Nhà có độ cao lớn, nhịp rộng, bớc cột lớn, cầu trục nặng - do thép có tính năng cơ học cao. - Dùng khung thép cho nhà có cầu trục chế độ làm việc rất nặng, nhà chịu tải trọng động liên tục là rất hợp lý vì kết cấu thép làm việc chịu tác động lặp của tải trọng động lực an toàn hơn các kết cấu khác. - Nhà trên nền đất lún không đều, vì kết cấu thép vẫn chịu lực tốt trong điều kiện móng lún không đều. - Nhà xây dựng tại những vùng xa, điệu kiện vận chuyển khó khăn. Kết cấu thép nhẹ dễ vận chuyển, lắp dựng nhanh, sớm đa vào sử dụng. a) khung thÐp truyÒn thèng b) Khung thÐp nhÑ H×nh 1.1. Khung thÐp nhµ c«ng nghiÖp a) Cầu trục dầm đơn b) Cầu trục dầm đôi Hình1.2 . Cầu trục trong nhà công nghiệp Trong các hình ảnh trên, hình 1.1.a là khung nhà công nghiệp truyền thống với tiết diện cột bậc rỗng, mái là dàn thép, tấm lợp dạng panel bêtông cốt thép rất nặng nề. Loại khung này có kích thớc rất cồng kềnh nên việc vận chuyển và dựng lắp khó khăn, chi phí chế tạo cao, tốn kém vật liệu, do đó làm tăng đáng kể chi phí xây lắp, hiệu quả kinh tế thấp. Hình 1.1.b giới thiệu về hình ảnh là công nghiệp khung nhẹ đợc sử dụng rất rộng rãi trong các nhà công nghiệp ở Việt Nam với tiết diện cột, dầm chữ I. Hiện nay, khoảng 70% các công trình công nghiệp đều dùng loại nhà này. Loại khung này có trọng lợng và kích thớc rất gọn nhẹ và đa dạng về hình thức. Toàn bộ các cấu kiện, bộ phận đều đợc thiết kế và sản xuất đồng bộ tại nhà máy và đem ra lắp dựng ngoài công trờng. Khi vận chuyển đến công trờng, chỉ cần thao tác lắp dựng để tạo nên một công trình hoàn chỉnh, do vậy dễ kiểm soát đợc chất lợng, tính chuyên nghiệp hoá cao, giảm thiểu đợc thời gian thi công công trình. Tuy nhiên vấn đề thiết kế khung thép nhẹ hiện nay chủ yếu theo tiêu chuẩn nớc ngoài, Việt Nam cha có tiêu chuẩn tơng đơng, nên cần thiết đầu t vào nghiên cứu để có thể mở rộng và phát triển loại khung này ở Việt Nam. 1.2. Đặc điểm cấu tạo của nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ Hình 1.3 dới đây thể hiện cấu tạo điển hình một nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ Hình 1.3. Cấu tạo chung nhà công nghiệp khung thép nhẹ 1. Kèo hồi; 2. Xà gồ mái; 3. Khung thép; 4. Cửa trời; 5. Tấm lợp mái; 6. Tấm lấy sáng; 7. Máng nớc; 8. Cửa chớp tôn; 9. Cửa đẩy; 10. Tấm lợp thng tờng; 11. Cửa sổ; 12. Cột khung; 13. Giằng cột, giằng mái; 14. Tờng xây bao; 15. Xà gồ tờng; 16. Cửa cuốn, cửa đẩy; 17. Mái hắt; 18. Cột hồi. Nhìn chung, cá bộ phận chính của nhà khung thép nhẹ bao gồm: - Kết cấu khung ngang chịu lực - Hệ giằng mái, giằng cột - Dầm cầu trục - Kết cấu mái - Tờng bao che. [...]... định riêng về thiết kế khung thép nhẹ Khung thép nhẹ được thiết kế theo khung phẳng, chưa có tài liệu kể đến sự làm việc không gian của khung nhà Các vấn đề về ổn định, về chiều dài tính toán của cột vát chưa có quy định trong tiêu chuẩn Chương 2 Nghiên cứu Sự làm việc không gian của nhà khung thép nhẹ Trong thiết kế khung thép nhà công nghiệp, người ta thường phân thành các khung phẳng để nhằm đơn... Tính toán khung có xét đến sự làm việc không gian Về sự làm việc không gian của khung thép truyền thống, trong một số tài liệu [4,8,14] đã đề cập đến bằng cách: - Thay thế ảnh hưởng không gian của hệ giằng bằng gối đàn hồi đầu cột - Đưa các hệ số không gian vào trong quá trình tính toán 2.2.1 Thay thế ảnh hưởng không gian của hệ giằng bằng gối đàn hồi đầu cột Để xác định được hệ số đàn hồi ta làm qua... này, việc kể đến sự làm việc không gian có thể kể đến bằng cách xác định phản lực R ở mức xà ngang hoặc chuyển vị tương ứng của khung trong hệ không gian kg , điều này là tiện lợi khi tính khung bằng phương pháp chuyển vị Chuyển vị của khung chịu tải trọng cầu trục trong hệ không gian kg nhỏ hơn chuyển vị của khung phẳng chịu tải trọng tương đương (Hình 2.8.d) Tỷ số kg / gọi là hệ số làm việc không. .. đến sự làm việc không gian 2.2.2 Đưa các hệ số không gian vào trong quá trình tính toán Khung không gian của nhà công nghiệp trong tính toán thường được phân tích các khung phẳng và kết cấu dọc khi tính toán chịu tải trọng đứng đặt vào xà ngang và tải trọng gió tác dụng đều lên các khung ngang Đây là giải pháp phù hợp Tải trọng cầu trục chỉ tác dụng lên một vi khung ngang (thường là 3 khung) Các khung. .. cho việc định hình hoá, kết cấu làm việc hợp lý, việc thi công dựng lắp nhanh chóng Khi lựa chọn sơ đồ kết cấu cần chú ý tới một số yếu tố cơ bản sau: yêu cầu sử dụng và công năng của công trình, việc thoát nước mái, hướng của công trình, bước cột Từ yêu cầu của chủ đầu tư, căn cứ vào công năng, sự làm việc hợp lý của kết cấu, sự phát triển trong tương lai, mà người thiết kế lựa chọn ra sơ đồ khung. .. gian chỉ cần xét sự làm việc của 4 khung lân cận (2 khung mỗi phía) Từ tính chất đối xứng của hệ sử dụng phương pháp chuyển vị, ta xác định được hệ số không gian như sau: k kg =z1 = k(108ikb+7b 4 +36i 2 k 2 ) 180i 2 k 2 +204ikb 2 +7b 4 (2.33) Trong đó: k hệ số đàn hồi của khung ngang; b bước các khung ngang; i - độ cứng đơn vị dầm tương đương Sơ đồ khung khi xét đến sự làm việc không gian như sau: kkg... kiểu khung thép nhẹ trong thực tế thường rất đa dạng 1.2.2 Hệ giằng mái, giằng cột Đối với nhà công nghiệp, hệ giằng đóng vai trò rất quan trọng Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ được bố trí theo phương ngang nhà tại hai gian đầu hồi (hoặc gần đầu hồi), đầu các khối nhiệt độ và ở một số gian giữa nhà tuỳ thuộc vào chiều dài nhà, sao cho khoảng cách giữa các giằng bố trí không. .. đến sự làm việc của khối 5 khung - Xác định hệ số đàn hồi k kg của hệ khung giằng làm việc đồng thời: Coi xà ngang là cứng vô cùng và hệ giằng coi như một dầm liên tục đặt trên các gối tựa đàn hồi, ở đây gối tựa đàn hồi thay thế tác dụng cho các khung ngang Về ý nghĩa, k kgi là chuyển vị của gối tựa thứ i khi gối chịu một lực nén bằng đơn vị Theo quy pham, việc xác định sự làm việc khung không gian. .. các khung chịu tải bằng kết cấu dọc (mái, giằng dọc trên dàn mái, kết cấu hãm) sẽ tạothành hệ không gian chịu lực và làm giảm chuyển vị ngang của cột khung và phân bố lại cũng như giá trị của mômen ở khung chịu tải nhiều nhất Việc tính toán chính xác khung thép nhà công nghiệp một tầng chịu tải trọng cầu trục có thể thực hiện bằng máy tính Sơ đồ tính dùng hệ thanh không gian, tạo thành từ 5-7 khung. .. nhiên trong thực tế các khung phẳng này được liên kết với nhau thông qua các hệ giằng, dầm cầu trục tạo thành hệ không gian chịu lực Mặt khác, trong nhà công nghiệp có cầu trục, tải trọng cầu trục (áp lực đứng, lực hãm ngang) là những tải trọng chỉ tác dụng trực tiếp lên một hoặc vài khung Việc tính toán khung thép truyền thống có kể đến sự làm việc không gian (thông qua hệ số không gian hay đưa thêm các . loại khung này. Vì lý do kể trên, tác giả đã chọn đề tài Nghiên cứu sự làm việc không gian của khung thép nhẹ trong nhà công nghiệpvới mục đích đánh giá sự làm việc không gian của khung thép nhẹ. vị của khung thép nhẹ trong nhà công nghiệp. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu - Khung thép nhẹ của nhà công nghiệp một tầng một nhịp (có hoặc không có cầu trục). - Nghiên cứu sự làm việc không. không gian của khung thép trong nhà công nghiệp một tầng có xét đến ảnh hởng của hệ giằng và dầm cầu trục. Chơng 1 Tổng quan về khung thép nhẹ của nhà công nghiệp 1.1. Giới thiệu chung Nhà công nghiệp