Hệ giằng trong kết cấu thép

Sau quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng dạy, chỉbảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, được sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học, sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu cấu tạo, tính toán, bố trí hệ giằng trong khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng một nhịp.”

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan luận văn với ñề tài “Nghiên cứu cấu tạo, tính toán, bố trí hệ giằng trong khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng một nhịp.” là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép, trùng lặp với các luận văn ñã ñược bảo vệ. Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Thế Hiệu 2 LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng dạy, chỉ bảo, giúp ñỡ tận tình của các thầy cô giáo, ban chủ nhiệm khoa Sau ñại học, ñược sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học, sự nỗ lực của bản thân, tôi ñã hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp với ñề tài “Nghiên cứu cấu tạo, tính toán, bố trí hệ giằng trong khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng một nhịp.” Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñến các thầy trong ban lãnh ñạo nhà trường, lãnh ñạo khoa Sau ñại học, tập thể các thầy cô giáo, cán bộ công nhân viên của trường Đại học kiến trúc Hà Nội và các ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Đặc biệt tôi xin cảm ơn PGS.TS. Đoàn Tuyết Ngọc ñã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo ñể tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2011 Nguyễn Thế Hiệu Học viên lớp CH- 08X 3 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa. Lời cam ñoan. 1 Lời cảm ơn . 2 Mục lục. 3 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. 6 Danh mục các bảng. 8 Danh mục các hình vẽ. 8 Mở ñầu. 10 1. Lý do nghiên cứu. 10 2. Mục ñích nghiên cứu. 11 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 11 Chương 1: Tổng quan về kết cấu hệ giằng. 12 1.1 Tác dụng của hệ giằng trong nhà khung thép nhẹ. 12 1.1.1 Tác dụng của hệ giằng trong việc giữ ổn ñịnh. 13 1.1.2 Tác dụng của hệ giằng trong việc chịu lực. 13 1.2 Các cách bố trí hệ giằng. 14 1.2.1 Hệ giằng mái. 16 1.2.1.1 Trường hợp nhà khung thép nhẹ xà ngang là dàn thép (khung kèo Tiệp). 16 1.2.1.2 Trường hợp nhà khung thép nhẹ có xà ngang là dầm thép (khung zamil). 18 1.2.2 Hệ giằng cột. 19 1.2.3 Hệ giằng tường. 19 1.3 Thực trạng và ảnh hưởng của việc bố trí hệ giằng trong thực tế. 20 Chương 2: Cấu tạo, sự làm việc và cách tính toán hệ giằng. 23 2.1 Cấu tạo hệ giằng. 23 2.1.1 Khi hệ giằng là thép tròn. 23 2.1.2 Khi hệ giằng là cáp. 27 4 2.1.3 Khi hệ giằng là thép hình. 27 2.2 Tính toán hệ giằng. 30 2.2.1 Trường hợp ñơn giản. 30 2.2.1.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam. 30 2.2.1.2 Theo tiêu chuẩn Úc – AS4100. 32 2.2.1.3 Theo tiêu chuẩn Mỹ - AISC/ASD 33 2.2.2 Trường hợp ñặc biệt. 36 Chương 3: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của vị trí bố trí hệ giằng mái, giằng cột ñến sự làm việc của khung. 40 3.1 Hệ giằng bố trí ở gian thứ hai. 44 3.1.1 Trường hợp 1: Hệ giằng chữ thập dùng thép tròn Φ16 không có thanh chống. 44 3.1.2 Trường hợp 1: Hệ giằng chữ thập dùng thép tròn Φ16 có thanh chống. 48 3.1.3 Trường hợp 3: Hệ giằng chữ thập dùng thép L50*50*3 không có thanh chống. 52 3.1.4 Trường hợp 4: Hệ giằng chữ thập dùng thép L50*50*3 có thanh chống. 56 3.2 Hệ giằng bố trí ở gian thứ nhất (gian ñầu hồi). 60 3.1.1 Trường hợp 1: Hệ giằng chữ thập dùng thép tròn Φ16 không có thanh chống. 60 3.1.2 Trường hợp 1: Hệ giằng chữ thập dùng thép tròn Φ16 có thanh chống. 64 3.1.3 Trường hợp 3: Hệ giằng chữ thập dùng thép L50*50*3 không có thanh chống. 68 3.1.4 Trường hợp 4: Hệ giằng chữ thập dùng thép L50*50*3 có thanh chống. 72 3.3 Đánh giá sự ảnh hưởng của vị trí bố trí và cấu tạo hệ giằng tới sự làm việc của khung. 76 3.3.1 Nhận xét kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000. 76 3.3.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của vị trí bố trí và cấu tạo hệ giằng tới sự làm việc của khung. 76 Kết luận và kiến nghị 78 5 Tài liệu tham khảo 79 Phụ lục 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT σ :Ứng suất trong thanh giằng chịu kéo. γ c :Hệ số ñiều kiện làm việc. λ :Độ mảnh của thanh giằng. r :Bán kính quán tính của thanh giằng chịu kéo. λ gh :Độ mảnh giới hạn của cấu kiện. L o :Chiều dài tính toán cho thanh giằng chịu nén. L :Chiều dài tính toán của thanh giằng chịu kéo. l :Chiều dài thực của cấu kiện. N :Nội lực kéo tính toán của thanh giằng chịu nén. Ν ∗ :Lực dọc trong thanh giằng chịu kéo. N t :Khả năng chịu lực danh nghĩa của tiết diện. A n :Tiết diện thực của cấu kiện. A e :Tiết diện thực hữu hiệu của cấu kiện. A g :Tiết diện nguyên của cấu kiện. A :Diện tích tiết diện thực của thanh giằng chịu kéo. A f :Diện tích cánh của cấu kiện. f :Cường ñộ tính toán của théo chịu kéo theo giới hạn chảy. f y :Ứng suất ñàn hồi cho phép ñược dùng ñể thiết kế f u :Cường ñộ bền về kéo cho phép dùng ñể thiết kế. F y :Ứng suất chảy của vật liệu thép làm cấu kiện. F u :Ứng suất kéo cực hạn của vật liệu thép làm cấu kiện. γ c :Hệ số ñiều kiện làm việc của kết cấu. ϕ :Hệ số uốn dọc. k t :Hệ số ñộ lệch tâm của tải trọng. 7 t Ω :Hệ số an toàn. φ t :Hệ số an toàn. K :Hệ số chiều dài tính toán của cấu kiện. E :Mô ñun ñàn hồi của vật liệu. f a :Ứng suất nén do tải trọng làm việc. P :Lực nén dọc trục do tải trọng làm việc. h :Chiều cao của cấu kiện. h 0 :Khoảng cách giữa trọng tâm cánh trên và cánh dưới. b :Bề rộng cánh của cấu kiện. R t :Bán kính quán tính theo AISC. P br :Nội lực trong thanh giằng bên. M r :Mô men do tải trọng gây ra tại tiết diện có giằng. C d :Hệ số phụ thuộc sự làm việc của cấu kiện 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3-1 Bảng thông số cầu trục 43 Bảng 3-2 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 1 44 Bảng 3-3 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 1 45 Bảng 3-4 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 2 48 Bảng 3-5 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 2 49 Bảng 3-6 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 3 52 Bảng 3-7 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 3 53 Bảng 3-8 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 4 56 Bảng 3-9 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 4 57 Bảng 3-10 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 5 60 Bảng 3-11 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 5 61 Bảng 3-12 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 6 64 Bảng 3-13 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 6 65 Bảng 3-14 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 7 68 Bảng 3-15 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 7 69 Bảng 3-16 Bảng 3.2: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 8 72 Bảng 3-17 Bảng 3.3: Giá trị nội lực khung thứ 2 - trường hợp 8 73 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Nhà công nghiệp một tầng một nhịp sử dụng khung thép nhẹ. 15 Hình 1.2: Sơ ñồ bố trí hệ giằng cánh trên. 16 Hình 1.3: Sơ ñồ bố trí hệ giằng cánh dưới 17 Hình 1.4: Sơ ñồ bố trí hệ giằng ñứng 18 Hình 1.5: Sơ ñồ bố trí hệ giằng mái 19 Hình 1.6: Sơ ñồ bố trí hệ giằng cột 19 Hình 1.7: Sơ ñồ bố trí hệ giằng tường 20 9 Hình 1.8: Sự cố công trình Công ty dệt may Hoà Khánh thuộc khu CN Lê Minh Xuân – Bình Chánh – TP Hồ Chí Minh 22 Hình 2.1: Giằng mái bằng thép tròn (1thanh) 23 Hình 2.2: Liên kết giằng mái với xà ngang (trường hợp giằng bằng 1 thanh thép tròn) 23 Hình 2.3: Giằng mái bằng thép tròn (2thanh) 24 Hình 2.4: Liên kết giằng mái với xà ngang (trường hợp giằng bằng 2 thanh thép tròn) 24 Hình 2.5: Giằng xà gồ mái bằng thép tròn 25 Hình 2.6: Giằng cột bằng thép tròn 25 Hình 2.7: Cấu tạo giằng bằng thép tròn 26 Hình 2.8: Giằng cột bằng thép góc ñều cạnh (giằng dạng cổng) 27 Hình 2.9: Cấu tạo giằng cột bằng thép góc ñều cạnh 28 Hình 2.10: Giằng cột bằng thép góc ñều cạnh (giằng chữ thập) 28 Hình 2.11: Giằng mái bằng thép góc ñều cạnh (giằng chữ thập) 29 Hình 2.12: Cấu tạo giằng mái bằng thép góc ñều cạnh 29 Hình 3.1: Sơ ñồ khung ngang hồi nhà 41 Hình 3.2: Sơ ñồ khung ngang ñiển hình 42 Hình 3.3: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 44 Hình 3.4: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 48 Hình 3.5: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 52 Hình 3.6: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 56 Hình 3.7: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 60 Hình 3.8: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 64 Hình 3.9: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 68 Hình 3.10: Sơ ñồ không gian bố trí hệ giằng 72 10 PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, với chính sách mở cửa của nhà nước ñã thu hút rất mạnh mẽ sự ñầu tư kinh tế của các nước trên thế giới cộng với sự phát triển kinh tế, xã hội trong nước ngày càng tăng nhanh dẫn ñến sự hình thành các khu công nghiệp, khu chế suất ngày càng nhiều tại các tỉnh thành, ñịa phương trong cả nước. Nhu cầu xây dựng các nhà xưởng, nhà kho ngày càng tăng. Nhà khung thép nhẹ hay còn gọi là nhà khung Zamil với nhiều ưu ñiểm vượt trội so với các dạng nhà công nghiệp khác như nhà công nghiệp BTCT, hay nhà công nghiệp bằng thép khác với các tính năng như: + Trọng lượng nhẹ so với các vật liệu khác giúp giảm tải trọng cố ñịnh. + Tiết kiệm vật liệu. + Lắp dựng ñơn giản, nhanh chóng. + Tận dụng tối ña không gian nhà xưởng. + Tính ñồng bộ cao do sử dụng các mối liên kết thiết kế sẵn và các nguyên vật liệu ñã ñược xác ñịnh trước ñể thiết kế và sản suất các kết cấu nhà. + Dễ mở rộng quy mô. + Tiết kiệm thời gian và tiền bạc của doanh nghiệp. Với các ưu ñiểm vượt trội như trên nhà khung thép nhẹ là loại nhà lý tưởng ñể sử dụng là xưởng cho ngành công nghiệp nhẹ như dệt may, chế biến nông thuỷ sản, lắp ráp cơ khí nhỏ…, nhà kho, nhà trưng bày sản phẩm, siêu thị… Hệ giằng trong nhà công nghiệp khung thép nhẹ ngoài việc tăng ñộ ổn ñịnh theo phương mặt phẳng ngoài khung và truyền tải trọng theo phương dọc nhà còn có tác dụng bất biến hình. Việc tính toán và bố trí hệ giằng bất hợp lý có thể dẫn ñến sự cố cho công trình như hư hỏng hoặc làm sập toàn bộ công trình. [...]... tr ng giú theo phng ngang nh lờn h khung Thanh giằng đầu cột Cao trì đỉ cột nh nh Cao trì vai cột nh +0.00 Hệ giằng t- ờng b 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 B 8 B 9 B 10 B 11 12 Cao trì đỉ cột nh nh Cao trì vai cột nh Hệ giằng t- ờng +0.00 l a b Hỡnh 1.7 S 1.3 TH C TR NG V b trớ h gi ng t ng NH H NG C A VI C B TR H GI NG TRONG TH C T Th c t s d ng h gi ng trong nh thộp ti n ch t im ts v n Vi t nam cho th... mỏi, u x, c t, chõn c a mỏi Không quá 5 b- ớ c cột Không quá 5 b- ớ c cột Chi tiế C t b b b b b l b Giằng chéo dọc nhà Giằng chéo ngang nhà b b Chi tiế B t b b Chi tiế A t A A b 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 B 8 B 9 B 10 B 11 12 19 200 L 100x 100x 5 200 Giằng má i ỉ20 L 100x 100x 5 L 100x 100x 5 Giằng má i ỉ20 Giằng má i ỉ20 200 Lỗ ô van 23x30 c h i t iết a Lỗ ô van 23x30 Lỗ ô van 23x30 200 c h i t iết b Hỡnh... gi ng trong nh khung thộp nh m t t ng m t nh p I T NG V PH M VI NGHIấN C U M c dự h gi ng trong cỏc cụng trỡnh xõy d ng núi chung v trong cỏc cụng trỡnh cụng nghi p b ng thộp núi riờng r t a d ng, nhng do th i gian v kh nng cũn h n ch nờn lu n vn ch t p trung vo n i dung Nghiờn c u c u t o, tớnh toỏn v b trớ h gi ng trong khung thộp nh nh cụng nghi p m t t ng m t nh p v i v t li u thộp lm vi c trong. .. ph ng cỏnh trờn, m t ph ng cỏnh d i v m t ph ng ng gi a c a dn * Gi ng trong m t ph ng cỏnh trờn [1] Gi ng trong m t ph ng cỏnh trờn g m cỏc thanh chộo ch th p v cỏc thanh ch ng d c nh n m trong m t ph ng cỏnh trờn Chỳng cú tỏc d ng b o ms n nh cho cỏnh trờn c a dn, t o nờn nh ng i m c k t khụng chuy n v ra ngoi m t ph ng Gi ng trong m t ph ng cỏnh trờn th ng b trớ hai u nh, kh i nhi t , khi kh i nhi... khụng ng b , n nh ng b t h p lý, sai sút nghiờm tr ng trong thi t k , ch t o v thi cụng nh thộp ti n ch Trong cụng tỏc thi t k th ng xuyờn x y ra mõu thu n gi a cỏc n v thi t k v th m tra v vi c tớnh toỏn , s d ng lo i gi ng trong nh thộp ti n ch m cha cú m t h ng d n, quy nh c th no lm c s lý lu n cho lo i hỡnh ny (k c tiờu chu n xõy d ng Vi t Nam) Trong lnh v c thi cụng g n õy ó cú xu t hi n ngy cng... c t g m cỏc thanh gi ng chộo trong ph m vi c t trờn v c t d i t i nh ng gian cú b trớ h gi ng mỏi Cỏc thanh gi ng cú th dựng thộp trũn ng kớnh khụng nh hn 20mm ho c dựng thộp hỡnh (th ng l thộp gúc) m nh c a thanh gi ng khụng v t quỏ 200 Thanh giằng đầu cột Cao trì đỉ cột nh nh Cao trì vai cột nh Chi tiế E t Dầm cầu trục b 1 B 2 B 3 B 4 Chi tiế D t B 5 B 6 B 7 t hanh giằng cột L 100x100x5 L 100x100x5... b 2 B c nh nh ng nỳt quan tr ng c a nh u dn, nỳt d i chõn c a tr i Cỏc thanh ch ng d c nh trong quỏ trỡnh l p d ng 3 B 4 B 5 B 6 B 7 B 8 B 9 B 10 B 11 B 12 b b b b b l b b b b b A A b 1 B 2 B 3 B 4 B 5 Hỡnh 1.2 S B 6 B 7 B 8 B 9 B 10 b trớ h gi ng cỏnh trờn B 11 12 17 * Gi ng trong m t ph ng cỏnh d i [1] Gi ng trong m t ph ng cỏnh d i c a dn c gi ng cỏnh trờn H gi ng cỏnh d i t i t t i cỏc v trớ cú... ng t ng d a vo di n ch u t i v gi ng trong nh thộp nh ph i cng nh ch u l c c ng c a h gi ng Do v y vi c b trớ h m b o yờu c u c u t o, mb o c ng 16 1.2.1 H gi ng mỏi: 1.2.1.1 Tr ng h p nh khung thộp nh x ngang l dn thộp (khung kốo Ti p) H gi ng mỏi [1] nh khung thộp cú x ngang d ng dn, cỏc thanh gi ng c b trớ trong ph m vi t cỏnh d i dn tr lờn, chỳng c b trớ n m trong cỏc m t ph ng cỏnh trờn, m t ph... kộo thụng th ng a) Tớnh toỏn b n = N f c An (2 - 1) Trong ú: ng su t trong thanh gi ng ch u kộo N n i l c kộo tớnh toỏn c a thanh gi ng ch u kộo An- Di n tớch ti t di n th c c a thanh gi ng ch u kộo f C ng c H s b) Tớnh toỏn n tớnh toỏn c a thộp i u ki n lm vi c nh Tiờu chu n Vi t Nam quy nh m nh gi i h n c a c u ki n lm vi c ch u kộo l : = Trong ú: L [ gh ] r (2 - 2) 31 m nh c a thanh gi ng... toỏn theo phng ngoi m t ph ng cho d m, c t khung 14 H gi ng mỏi d c nh tham gia phõn ph i l i t i tr ng giú tỏc d ng trong phng m t ph ng khung, tng kh nng lm vi c khung li n k , gi m nh m c ỏng k chuy n v ngang ng th i gi a cỏc nguy hi m c a khung ngang v lm gi m nh khung H gi ng c t trong nh cụng nghi p cú nhi m v ti p nh n l c giú h i truy n vo h gi ng mỏi v l c hóm d c nh c a c u tr c u truy n xu . hệ giằng. 30 2.2.1 Trường hợp ñơn giản. 30 2.2.1.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam. 30 2.2.1.2 Theo tiêu chuẩn Úc – AS4100. 32 2.2.1.3 Theo tiêu chuẩn Mỹ - AISC/ASD 33 2.2.2 Trường hợp ñặc. mái thường là hệ các thanh chịu kéo ñặt ở hai bước ñầu hồi nhà, vị trí khe lún, khe nhiệt ñộ (bắt buộc phải có); dọc theo chiều dài nhà ở hai biên khi có dầm cầu trục. Hệ giằng mái ở hai ñầu. thể theo hướng ngang nhà, bảo ñảm kết cấu làm việc theo sơ ñồ không gian, tiết kiệm ñược vật liệu xây dựng. Tại vị trí liên kết giằng với dầm là những ñiểm ñược cố kết, ngăn cản chuyển vị theo