bài giảng kết cấu thép nhà công nghiệp một tầng

 6.1 . ÑAÏI CÖÔNG VEÀ NCN  6.2. KHUNG NGANG  6.3. HEÄ MAÙI NCN  6.4. HEÄ GIAÈNG VAØ SÖÔØN TÖÔØNG  6.5. TÍNH KHUNG NGANG  6.6. COÄT NHAØ COÂNG NGHIEÄP  6.7. KEÁT CAÁU DÖÔÙI CAÀU CHAÏY  Vieäc löïa choïn loaïi vaät lieäu (theùp hay BTCT) laøm keát caáu chòu löïc cuûa nhaø xöôûng caàn caên cöù vaøo:  Kích thöôùc nhaø  Söùc naâng cuûa caàu truïc  Caùc yeâu caàu cuûa coâng ngheä saûn xuaát  Vaán ñeà cung caáp vaät tö , thôøi haïn xaây döïng coâng trình  NCN 1 taàng haàu nhö baèng KCT, NCN nhieàu taàng thöôøng baèng BTCT

CHƯƠNG 6: KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP (NCN) MỘT TẦNG

 6.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NCN

 6.2 KHUNG NGANG

 6.3 HỆ MÁI NCN

 6.4 HỆ GIẰNG VÀ SƯỜN TƯỜNG

 6.5 TÍNH KHUNG NGANG

 6.6 CỘT NHÀ CÔNG NGHIỆP

 6.7 KẾT CẤU DƯỚI CẦU CHẠY

6.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ

CÔNG NGHIỆP

 6.1.1 ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

 6.1.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CẦU TRỤC

 6.1.3 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA NCN MỘT TẦNG

 6.1.4 BỐ TRÍ MẠNG LƯỚI CỘT

 6.1.5 KHE NHIỆT ĐỘ

6.1.1 ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI

ỨNG DỤNG:

hiện trong một công trình đặc biệt Công

trình đó được gọi là Nhà công nghiệp

(NCN) hay nhà xưởng

 Phổ biến nhất là NCN 1 tầng, với các yêu

cầu: nhịp rộng, chiều cao lớn, có cầu trục

hoạt động.

6.1.1 ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI

ỨNG DỤNG:

 Việc lựa chọn loại vật liệu (thép hay BTCT)

làm kết cấu chịu lực của nhà xưởng cần

căn cứ vào:

 Kích thước nhà

 Sức nâng của cầu trục

 Các yêu cầu của công nghệ sản xuất

 Vấn đề cung cấp vật tư , thời hạn xây dựng

công trình

nhiều tầng thường bằng BTCT

6.1.1 ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI

ỨNG DỤNG:

 Phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu

trục, người ta chia NCN ra làm 2 loại:

 Nhà công nghiệp có cầu trục : Là loại công

nghiệp sản xuất ra các công cụ sản suất như : nhà máy nhiệt điện, xi măng, sắt thép, cơ khí

6.1.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA

CẦU TRỤC:

người ta dưa ra loại KC cầu chạy (còn gọi

là cầu trục)

khi hoạt động có thể hoạt động độc lập

hoặc song đôi

cầu chạy, khi cẩu vật từ gian này qua gian khác ta dùng xe đẩy

6.1.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA

CẦU TRỤC:

 Sức trục thường từ 5 - 350 T, Nếu

cầu trục có sức nâng Q0 = 30/5 T tức là :

 Khi cẩu vật nặng < 5T dùng móc cẩu

nhỏ

 Khi cẩu vật nặng > 5T dùng móc cẩu

lớn (<30T)

Kết luận : chế độ làm việc của NCN

theo các chế độ làm việc của cầu trục

 Tải trọng cầu trục là loại tải trọng lặp, động lực, dễ gây hư hại kết cấu nên khi thiết kế, chú ý đến chế độ làm việc của cầu chạy:

Ta gọi Kn - số ngày làm việc trong một năm; Kg

- số giờ làm việc trong một ngày; Và các hệ số

K này được tính theo % so với sức trục tối đa

 Cầu trục có CĐLV nhẹ : các hệ số K <20%

 Cầu trục có CĐLV trung bình : K < 33%

 Cầu trục có CĐLV nặngï : K < 60%

 Cầu trục có CĐLV rất nặng: K < 80%

6.1.3 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG :

cầu chạydầm cầu chạy

Hình 6.1 Các bộ phận nhà công nghiệp một tầng

6.1.4 BỐ TRÍ MẠNG LƯỚI CỘT :

 Yêu cầu kĩ thuật và thao tác :

 Phụ thuộc dây chuyền sản xuất công nghệ và hệ

kĩ thuật của công trình

 Đảm bảo không gian thao tác cho người thợ

 Đủ ánh sáng thông thoáng, giao lưu kkông khí

 Yêu cầu về kết cấu :

 Làm sao kết cấu có độ cứng cao nhất

 Hệ lưới cột bố trí nằm trên cùng 1 đường thẳng

 Theo hệ mođun thống nhất

 Yêu cầu về phát triển: thay đổi công nghệ nhà máy.

 Yêu cầu về kinh tế :

 Tìm ra được khoảng cách lợi nhất giữa các cột

6.1.5 KHE NHIỆT ĐỘ

 Kích thước của nhà xưởng có thể rất lớn Nếu các kết cấu hướng dọc (xà gồ, dầm

cầu chạy, hệ sườn tường, dàn đỡ kèo) mà bố trí liên tục trên suốt chiều dài thì khi

nhiệt độ thay đổi, trong kết cấu gây ra ứng suất do nhiệt khá lớn.

 Biến dạng nhiệt độ gây phá hoại công trình ( làm vách nhà nứt , cột uốn) Tính kết cấu theo nhiệt độ là tính theo biến dạng do

nhiệt độ gây ra

6.1.5 KHE NHIỆT ĐỘ

  Chỉ có cách thay đổi chiều dài công trình để

không quá lớn  Do đó người ta tách công trình

ra nhiều đoạn để mỗi đoạn gây ra biến dạng

nhiệt độ trong phạm vi cho phép và mỗi đoạn là đoạïn nhiệt độ Khi cắt móng, khe nhiệt độ cũng

là khe lún

 Qui phạm qui định chiều dài của 1 đoạn công trình ( L nh ) đối với kết cấu thép :

 Nhà xưởng cách nhiệt (vách cách nhiệt, điềuhòa nhiệt độ bên trong): Lnh=150m

 Nhà xưởng không cách nhiệt : Lnh = 120m ĐA

 Nhà xưởng kết hợp BTCT và thép : Lnh = 60m

a Phương án 1: bố trí khe nhiệt độ

B

B

A

B 12 11

B B

B B

B B

B B

B

10 9

8 7

6 5

4 3

2

1

500 PHUƠNG ÁN 1

PHUƠNG ÁN 2

b Phương án 2 : bố trí khe nhiệt

B

B

A

B 12 11

B B

B B

B B

B B

B

10 9

8 7

6 5

4 3

2

1

500 PHUƠNG ÁN 1

PHUƠNG ÁN 2

6.2.1 KHÁI NIỆM:

Tổ hợp các kết cấu chịu lực của nhà gọi là khung nhà Gồm 2 loại :

Khung dọc : giữ ổn định phương ngang, được

tính từng cấu kiện riêng lẻ rồi truyền tải trọnglên khung ngang Gồm: hệ giằng, dầm cầutrục, kết cấu mái, kết cấu đỡ tường…

Khung ngang : là kết cấu chịu lực chính, được tính toán cho toàn bộ hệ khung rồi truyền tải trọng lên móng Gồm cột và rường ngang.

KHUNG NGANG

KHUNG DỌC

cột giữa tấm lợp

6.2.2 CÁC HÌNH THỨC KHUNG

 Sơ đồ 1: Liên kết cứng giữa cột và rường ngang –

liên kết cứng gữa cột và móng

L L

6.2.2 CÁC HÌNH THỨC KHUNG

Sơ đồ 2: Liên kết khớp giữa cột và rường ngang –

liên kết cứng gữa cột và móng

J2

Jr J2

6.2.2 CÁC HÌNH THỨC KHUNG

Sơ đồ 3 : Liên kết cứng giữa cột và rường ngang –

liên kết khớp gữa cột và móng

L

L

6.2.3 CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN

CỦA KHUNG NGANG

a Cấu tạo rường ngang :

 a.1 Dầm : Thường dùng đối với nhịp L  18m,Có thể dùng dầm mái BTCT ứng lực trước

 a.2 Dàn : Dùng khi nhịp L = 18m - 36m (Xem

lại chương 5)

 a.3.Vòm : Dùng cho các công trình như nhà

triển lãm, cung văn hóa, bể bơi, chợ, nhà kho

b Cột : (Xem kỹ trong bài Cột) : có 3 loại

 Cột tiết diện không đổi

 Cột có tiết diện thay đổi

 Cột phân cách

6.2.4 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG

6.2.4.1 Xác định kích thước theo phương ngang :

Bao gồm :

 Nhịp cửa mái Lcm

 Nhịp cầu chạy Lcc

 Chiều cao tiết diện cột trên

 Chiều cao tiết diện cột dưới

6.2.4.2 Xác định kích thước theo phương đứng :

Bao gồm :

 Chiều cao cột dưới Hd

 Chiều cao cột trên Ht

 Chiều cao toàn cột H

 Chiều cao đầu dàn h0

 Chiều cao giữa dàn hd,

 Chiều cao cửa mái Hcm

 Xác định chiều cao cột dưới :

thông thoáng và lấy sáng Thường lấy cao

1250, 1500, 1750.

6.2.5 CÁCH BỐ TRÍ KHUNG NGANG ĐỐI VỚI NCN MỘT TẦNG NHIỀU NHỊP

 Phụ thuộc 3 yếu tố chính :

 Yêu cầu về kiến trúc và kết cấu : bao nhiêu

nhịp, kích thước mỗi nhịp , chiều cao ? )

 Yêu cầu về các điều kiện vật lý kiến trúc :

thông gió , chiếu sáng , thoát nước ,

 Yêu cầu về kinh tế sản xuất : Thỏa mãn các

yêu cầu về sử dụng rồi mới đặt vấn đề rẻ đắt

a NCN nhiều nhịp cùng chiều cao :

a.1 Phương án 1 : đặt cửa trời theo hướng

dọc

a NCN nhiều nhịp cùng chiều cao :

a.2 Phương án 2 : đặt cửa trời theo hướng

ngang

L3 L1

xá gồ dạng dàn

rường ngang Cửa trời

L2

a NCN nhiều nhịp cùng chiều cao :

a.3 Phương án 3 : Có 2 mái dốc 2 phía

b NCN nhiều nhịp khác chiều cao :

6.4 HỆ GIẰNG VÀ SƯỜN TƯỜNG

 6.4.1 HỆ GIẰNG

 Hệ giằng nằm hướng dọc

 Hệ giằng nằm hướng ngang

 Hệ giằng đứng

 Hệ giằng cột trên

 Hệ giằng cột dưới

6.4.2 HỆ SƯỜN TƯỜNG

6.4.1 HỆ GIẰNG

 Có 3 tác dụng chính :

 Ổn định : cùng với khung ngang, tạo thành kết

cấu không gian cùng tham gia chịu lực, tăng độ cứng cho toàn nhà Giảm chiều dài tính toán

của một số thanh nén

 Chịu lực : thể hiện rõ ở 1 số hệ giằng ở đầu

cột Chịu lực hãm dọc của cầu chạy

 Lắp ráp : cố định tạm trong quá trình lắp dựng

 Bố trí hệ giằng : hệ giằng mái và hệ giằng

cột

Thanh chống dọc nhà

HG nằm ngang (TCT)

Hình 5.8 Hệ giằng nằm dọc và ngang

Hệ giằng nằm hướng dọc

Hệ giằng nằm hướng ngang (HGNHN)

 Khi khối nhiệt độ quá dài thì bố trí thêm hệ

giằng ở giữa khối, khoảng cách giữa chúng

không quá 50 – 60m

 Đặt ở thanh cánh thượng và thanh cánh hạ

Hệ giằng đứng (HGĐ)

 Làm điểm tựa cho HGNHN đặt trong MP cánh

thượng

 Định vị chính xác giữa 2 MP DVK khi dựng lắp

 Chịu tải trọng của cầu trục treo (nếu có)

 Được đặt theo phương đứng ở hai đầu dàn vì kèo Khoảng cách theo phương ngang không lớn hơn 15m,

 Theo phương dọc, HGĐ không bố trí liên tục trừ

TH có cần trục treo, thường cách 2 – 3 khoang

 Ở những vị trí không có HGĐ, có thanh chống dọc nhà : để cố định những nút quan trọng

 Tiết diện chọn theo độ mảnh cho phép

B B B B B

Hệ giằng đứng

Hình 5.9 Hệ giằng đứng

HỆ GIẰNG CỘT

 Tác dụng :

 Bảo đảm sự bất biến hình học và độ

cứng của toàn nhà theo phương dọc.

 Chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà : lực gió ở đầu hồi, lực hãm dọc của cầu chạy

dọc của dãy cột

<=50-60 m <=50-60 m <=50-60 m

HG cột tầng dưới

HG cột tầng trên

HG cét d-íi

Cột tiết diện không đổi Cột tiết diện thay đổi (cột giữa) Cột tiết diện thay đổi (cột biên)

Hệ giằng cột trên (HGCT)

 Cấu tạo:

 Từ cao độ của cánh trên dầm cầu chạy trở lên

 Được đặt ở các vị trí : Ở 2 đầu hồi nhà, hai đầu khe nhiệt độ

 Chúng được đặt trong mặt phẳng trục cột trên

 Khi chiều cao đầu dàn liên kết cạnh với cột, hệ giằng gồm hai tầng :Hệ giằng cột trên tầng trên (nằm trong chiều cao đầu dàn), Hệ giằng cột trên tầng dưới

Hệ giằng cột dưới (HGCD)

 Cấu tạo

 Kể từ bậc thang dầm cầu chạy trở xuống.

 Bố trí ở khoảng giữa của đoạn nhiệt độ.

hồi của đoạn nhiêt độ không quá 50m

 Ở những vị trí có hệ giằng cột dưới, bắt buộc có hệ giằng cột trên

 Bố trí trùng với trục của nhánh cầu chạy

6.4.2 HỆ SƯỜN TƯỜNG

 Là hệ được đặt theo phương dọc nhà để đỡ tấm tường

 Tấm tường thường bằng tôn, vật liệu cách nhiệt (đặc hoặc 2 lớp), được treo lên hệ sườn tường

 Hệ sườn tường được tính toán như hệ cột và dầm

 Với bước cột lớn, thêm cột sườn tường Có thể

làm hệ móng nhỏ ở dưới chân các cột sườn tường này

 Dầm sườn tường treo lên cột chính và cột sườn tường, truyền tải trọng cho cột chịu

 Dầm sườn tường chịu uốn xiên

 Cột : chịu nén lệch tâm

6.5 TÍNH KHUNG

TÍNH TOÁN

KHUNG NGANG

TOÁN KHUNG NCN 1 TẦNG 1 NHỊP

6.5.1 NGUYÊN TẮC CHUNG

 Kết cấu hướng dọc :

 Chịu tác dụng của các lực dọc truyền lên nó, Tính các kết cấu hướng dọc như các kết cấu riêng lẻ rồi truyền lên khung ngang Chúng đảm bảo ổn định cho kết cấu hướng ngang

 Chúng đảm bảo ổn định cho kết cấu hướng ngang

 Giải khung trọn vẹn, không phải giải như kết cấu riêng lẻ

6.5.2 SƠ ĐỒ TÍNH & CÁC

ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN

 Sơ đồ tính phải đảm bảo các yếu tố :

 Đủ thành phần của sơ đồ cấu tạo

 Đúng kích thước của sơ đồ cấu tạo

 Đảm bảo sự thay đổi tiết diện ở sơ đồ cấu tạo

 Đảm bảo các tỉ lệ độ cứng ở các thành phần trong

sơ đồ tính (độ cứng cột , độ cứng dầm, )

 Đảm bảo đúng liên kết giữa các thành phần và lý tưởng hóa

 Đặc điểm tính toán :

 Tỉ lệ độ cứng giữa các bộ phận được giả thiết theo công thức kinh nghiệm

Hình 6.5.1 Sơ đồ khung ngang một nhịp

e hct



1 1

2 2

1-1 2-2

Sơ đồ tính

Hình 6.5.2 Sơ đồ khung ngang nhiều nhịp:

L2 L1

6.5.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

 Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải): g, MA

 Tải trọng không thường xuyên (Hoạt tải

sữa chữa mái):

 Do tải trọng cầu chạy

 Do tải trọng gió

 Gió tĩnh qđ ; qh

 Gió động

a Tải trọng thường xuyên

(Tĩnh tải):

Gồm trọng lượng kết cấu chịu lực và kết cấu bao che

được giả thiết phân bố đều: g = g0xB ;

 Tải trọng g này truyền xuống cột thông qua

phản lực gối tựa A Khi đó, A đặt lệch tâm

so với trục cột dưới một đoạn e, sinh ra

một mômen lệch tâm MA=A.e đặt tại vai

cột.

Hình 6.5.4 Tải trọng thường xuyên của mái

hcd e

Tải trọng không thường xuyên (hoạt tải sữa chữa mái):

 q = n.q0.B

2737 (tải trọng và tác động)

 Tương tự như g, q truyền xuống cột thông qua các phản lực gối tựa A’

Khi đó, A’ đặt lệch tâm so với trục

cột dưới một đoạn e’, sinh ra một

mômen lệch tâm MA’ =A.e’ đặt tại vai

cột

Hình 6.5.4 Tải trọng không thường xuyên của mái

trục cột trên trục cột dưới

A' M q

hcd e

Do tải trọng cầu chạy

 Áp lực thẳng đứng tính toán của bánh

xe cầu chạy :

 Dmax = nc n Pmax  y + Gdưới cầu chạy

 Áp lực tính toán lên cột phía bên kia :

 Dmin = nc n Pmin  y + Gdưới cầu chạy

 Momen lệch tâm tại vai cột:

Hình 6.5.7 Aùp lực thẳng đứng và Momen

Mmax

trục cột dưới

trục cột trên

e hcd

Hình 6.5.6 Xếp tải cho cầu trục Q=30/5T, B=6m, xác định tung độ ĐAH

Hình 6.5.7 Do lực hãm ngang của xe con

của xe con:

 Tmax = nc n Tk y

 Lực hãm Tmax phía

bên cột có Dmax, có

thể hướng ra hay

hướng vào cột

0

con

xe )G

(Q05,0

hcd e trục cột trên

trục cột dưới

Tải trọng gió

 Thành phần gió tĩnh :

 Phía đón gió (gió đẩy) :

Hình 6.5.8 Tải trọng gió

Hình 6.5.9 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên

6.5.4 ĐẶC ĐIỂM TÍNH KHUNG TĨNH

 Giả thiết 1 Khi tính khung với tải trọng

không tác dụng trực tiếp lên rường

ngang, thì biến dạng đàn hồi của rường ngang ảnh hưởng rất ít tới lực tính toán Điều này cho phép xem rường ngang

tuyệt đối cứng ( Jr =  ) nghĩa là khi :



1,11

H J

 Giả thiết 2 Trong nhà xưởng nhiều nhịp ( 

3 nhịp ), có chiều cao các nhịp bằng nhau

hay khác nhau ít , chuyển vị ở cao độ rường ngang khi tính toán với tổng độ cứng qui ước của các cột khung thường rất nhỏ so với tính toán mà tải trọng đặt ở từng cột riêng biệt, có thể bỏ qua trị số chuyển vị của phần trên cột và xem cột như thanh có gối tựa bất động.

 Giả thiết 3 Khi rường ngang là dàn, tính

khung với tải trọng đặt trực tiếp lên rường ngang (tải trọng mái)  không thể bỏ qua biến dạng đàn hồi của rường ngang Tuy

nhiên, nếu tính chính xác Jr rất khó, có thể thay rườn ngang bằng một thanh đặc có

momen quán tính xác định tương đương gần đúng bằng công thức sau :

Jr = ( Fctr ztr2 + Fcd .zd2 ) 

 Giả thiết 4 Với khung 1 nhịp hay nhiều nhịp

đối xứng, tải trọng thẳng đứng tác dụng trực

như đầu trên của cột không có chuyển vị

ngang.

 Giả thiết 5 Khi tính toán khung với hình

dạng phức tạp, có thể phân tích khung phức tạp đó thành các sơ đồ tính toán riêng lẻ

không liên hệ nhau, tính phần phụ rồi truyền phẩn lực phẩn phụ lên phần chính.

6.6.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC TẾ TÍNH TOÁN KHUNG NCN 1 TẦNG

1 NHỊP

 Khung được giải lần lượt với mỗi loại tải

trọng riêng rẻ (đã xét ở phần 6.5.3)

công thức tính sẵn, các bảng số

 M+ : làm căng thớ trong của khunG

 Phản lực dương là có chiều hướng từ trong rangoài Tức là đối với cột trái , hướng từ phảisang trái

a Tính khung với tải trọng không tác dụng

 Giải khung bằng phương pháp chuyển

vị với sơ đồ rường ngang cứng vô

cùng, chỉ còn ẩn số là chuyển vị

ngang của nút:

M   

Hình 6.5.10 Biểu đồ mômen Do  =1

Hình 6.5.11 Biểu đồ mômen Do Mmax, Mmin

Hình 6.5.12 Biểu đồ mômen Tmax

0

0 0 0

Hình 6.5.13 Biểu đồ mômen Do gió

0

0 0

0

b Tính khung với tải trọng tác dụng trực tiếp lên rường ngang : g, q

 Dùng phương pháp chuyển vị, ẩn số là 2 góc xoay 1 , 2 và 1 chuyển vị ngang  ở đỉnh cột Với khung đối

xứng và tải đối xứng , ta có :

M   

Hình 6.5.14 Biểu đồ mômen Do  =1

Hình 6.5.15 Biểu đồ mômen Do g, q

MA'

B'M

C'

M0

BM

A'M

MA

MC

CHƯƠNG 7: KẾT CẤU THÉP

 7.7 HỆ MÁI TREO

 7.8 DÀN KHÔNG GIAN

7.1.1 PHẠM VI SỬ DỤNG

 Thường là Nhà 1 nhịp và có L  60m, dùng nhiều trong các công trình:

 Công cộng: nhà hát, sân vận động, cung

thể thao, nhà triển lãm, …

 Nhà công nghiệp: nhà máy, xưởng đóng

tàu, xưởng lắp ráp máy bay…

 Nhà kho: garage, hangar (chứa máy

bay), …

chuẩn hóa và thống nhất hóa

 Cố gắng tiếu chuẩn hóa những bộ phận nhỏ nhất (xà gồ, hệ thanh,

khung cửa, …)

 Lựa chọn phương án kết cấu tối ưu phải căn cứ vào:

 Yêu cầu về kiến trúc phù hợp với công

năng công trình

 Yêu cầu về kết cấu (chịu lực)

 Yêu cầu về tính khả thi

 Yêu cầu về kinh tế

 Kết cấu mái nhà nhịp lớn: chủ yếu chịu tải

trọng bản thân, tấm lợp và tải trọng gió

 Muốn giảm tải trọng bản thân, có thể dùng vật liệu có cường độ cao (R)

 Trong nhà công nghiệp, không nên dùng vật liệu

có R quá cao, tiết diện bé  dễ mất ổn định

 Vật liệu lợp: dùng vật liệu nhẹ đảm bảo điều kiện bao che như: ximăng lưới thép, tấm nhựa, tấm

composite