chuyên đề kết cấu thép nhà công nghiệp nhịp lớn khung rỗng

Kết cấu khung bao gồm khung đặc và khung rỗng. Ưu điểm: Tiết kiệm vật liệu hơn, giảm chi phí thi công, kết cấu kiểu dầm nên nhẹ hơn. Thời gian thi công nhanh. Chiều cao xà ngang giảm nên tiết kiệm được vật liệu làm tường và giảm thể tích thừa của nhà Nhược điểm: Chiều cao tiết diện của cột lớn nên ảnh hưởng đến không gian nhà. Chịu lửa kém, chịu sự ăn mòn của môi trường, độ ẩm. Bên cạnh là hình minh họa

Bài thuyết trình:

NHÀ NHỊP LỚN VỚI KẾT CẤU THÉP KHUNG RỖNG

 Kết cấu khung bao gồm khung

đặc và khung rỗng.

 Ưu điểm:

- Tiết kiệm vật liệu hơn, giảm chi

phí thi công, kết cấu kiểu dầm nên

nhẹ hơn.

- Thời gian thi công nhanh.

- Chiều cao xà ngang giảm nên

tiết kiệm được vật liệu làm tường

và giảm thể tích thừa của nhà

 Nhược điểm: Chiều cao tiết

diện của cột lớn nên ảnh hưởng

I Phân loại và phạm vi sử dụng

1 Phân loại

- KẾT CẤU KHUNG : trong nhà nhịp lớn có các kiểu dạng khác nhau: khung cửa gara, có chiều cao của nhà so với nhịp không lớn nhưng trong nhà công nghiệp thì khung lại có chiều cao đáng kể.

- Khung nhà nhịp lớn có thể là khung đặc hoặc

khung rỗng ( tiết diện đặc hoặc rỗng ) Để có thể

hiểu rõ toàn diện hơn về kết cấu khung rỗng thì sẽ nêu thêm về kết cấu khung đặc để tìm ra được ưu và nhược điểm của hệ khung.

+ Khung đặc dùng khi nhịp nhà 50-60m , chúng có ưu điểm là

giảm công chế tạovàchuyên chở, giảm chiều cao của nhà.

+ Khung đặc thường được thiết kế ở dạng khung hai khớp; để

giảm lực xô ngang cho móng, có thể đặt thanh căng nối hai khớp (thanh căng đặt ở dưới mặt nền)

+ Khung rỗng dùng cho nhà có nhịp lớn từ 100 đến 150m

Theo sơ đồ kết cấu, khung có thể là khung không khớp (ngàm

với móng) hoặc khung hai khớp (hình dưới) Vị trí của hai khớp

có thể đặt ở móng hoặc ở đỉnh

1.1 Ph m vi s d ng: ạ ử ụ

- Kết cấu khung rỗng thường dùng trong các công trình dân dụng và công nghiệp hay các công trình có công dụng đặc biệt

- Công trình dân dụng như rạp hát, nhà triển lãm, sân

vận động, nhà ga Do yêu cầu kiến trúc và yêu cầu sử dụng ( nâng cao chất lượng âm thanh, độ nhìn rõ, tận dụng diện tích)

- Công trình công nghiệp nhà như nhà xưởng đóng tàu, lắp ráp máy bay, nhà để xe để đi lại dễ dàng

1.2 Lịch sử hình thành

Những công trình đầu tiên được làm từ thép:

Trong hai thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XX, các công trình kết cấu thép đầu tiên dùng để làm nhà để xe.

Một số công ty chế tạo nhà thép được hình thành vào những năm 1920 và 1930 để đáp ứng nhu cầu của ngành công

nghiệp dầu mỏ bằng cách làm các nhà xưởng để bảo quản thiết bị; một số công ty cũng sản xuất các nhà trang trại Sau đó, nhờ công nghệ được cải tiến liên tục nên khẩu độ của các tòa nhà kim loại ngày càng được mở rộng Các tòa nhà kết cấu khung mô men đầu tiên được giới thiệu vào

cuối năm 1940 có khẩu độ chỉ 40 ft (12m) Một vài năm sau

đó khẩu độ của nhà thép được mở rộng lên 50, 60, và 70ft (15, 18 và 21m) Vào cuối những năm 1950, kết cấu khung nút cứng chịu mô men với khẩu độ 100ft (36m) đã được

thiết kế và thi công thành công.

Trong Thế chiến II, nhà công nghiệp đầu tiên phiên bản lớn hơn của những tòa nhà bằng kim loại được sử dụng làm nhà chứa máy bay Cột của chúng đã được sử dụng cột rỗng làm bằng thép góc với tiết diện 10x15cm hay 8x20cm, kết cấu mái nhà sử dụng hệ giàn hình cung có dây căng Tòa nhà tiền chế nổi tiếng nhất trong Thế

chiến II là túp lều Quonset.

Ở nước ta nhà công nghiệp sử dụng kết cấu thép đã du nhập theo con đường thương mại từ những năm 2002 với cái tên quen dùng là khung Zamil và trước đó có khái niệm là khung Tiệp, nay là khung thép tiền chế

Hình minh họa hệ khung rỗng

1.3 Đặc điểm tính toán và cấu tạo

- Khung rỗng có thể là khung rỗng hỗn hợp ( cột đặc , xà rỗng ) Khung rỗng nhẹ( L không lớn): có thể đưa về khung đặc có độ cứng tương đương để tính.

Khung rỗng nặng ( L lớn ): phải tính như một hệ thanh có kể đến biến dạng của tất cả các thanh.

Tiết diện thường làm gồm chữ I tổ hợp hàn ( cột, xà) Có thể là vát (khung 2 khớp)

Đối với khung đặc các thanh liên kết thành sơ đồ ngàm, cứng ở nút nhưng đối với khung rỗng tạo thành hệ thanh như dàn

- Sau đây là khung của nhà triển lãm có nhịp 40 – 50 m, chiều

cao 15 – 20m, lợp mái nhẹ Khung rỗng có đường viền gãy khúc, tiết diện khung không đổi với chiều cao của xà và cột bằng 1/15 – 1/25 nhịp Tải trọng tác dụng chủ yếu là tải trọng gió, cấu tạo của khung giống cấu tạo của dàn nhẹ.

- Nội lực khung được tính

toán theo các phương pháp của cơ học kết cấu hoặc sử dụng các chương trình tính của máy tính điện tử Để đơn giản tính toán, trong việc

thiết kế sơ bộ, khung rỗng nhẹ có thể quy đổi về khung đặc tương đương Sơ đồ tính của khung là các thanh đi

qua trọng tâm tiết diện cột

và xà ngang (nếu xà có, tiết diện đặc) hoặc ở mức dưới của xà ngang rỗng Khung rỗng có tiết diện như dàn

nặng được tính như hệ thanh

có kể đến biến dạng của tất

cả các thanh

-Trong trường hợp cần thiết, khung phải được tính do sự thay đổi

nhiệt độ Kiểm tra tiết diện của cột và xà theo công thức của cấu kiện nén lệch tâm Rất lưu ý khi cấu tạo góc khung, tại đó có ứng suất tập trung với khung rỗng nhẹ, ở góc khung gia cường thêm bản ốp và các sườn như hình bên

- Biện pháp giảm momen cột và xà : tạo lệch tâm tại chân cột.

Khớp tại đỉnh cột sẽ đơn

giản cho việc lắp ráp

nhưng xà ngang phải chịu mômen uốn lớn và móng cột phải lớn Để giảm

mômen uốn cho xà ngang của khung hai khớp, người

ta dùng các biện pháp cấu tạo như treo tấm tường

bao che mép ngoài của cột (hình a)

hay dịch chuyển gối tựa khớp vào phía trong nhà (hình bên dưới Chiều cao của tiết diện cột khung rỗng thường lấy bằng bề rộng của một khoang dàn

 Dưới đây là mô hình và các bộ phận chính của nhà

công nghiệp nhịp lớn hệ khung rỗng

- Hệ thép dầm bụng rỗng

Dầm bụng rỗng là một dàn thép nhẹ dạng tiêu chuẩn gồm các cánh song song và hệ thống bụng hình tam giác, được chọn theo nhịp dầm giữa các gối tựa, thông thường dùng làm các thành phần kết cấu thứ yếu

- Chức năng chính của dầm bụng rỗng là trực tiếp đỡ sàn, mái và chuyển tải trọng lên các kết cấu khung, tức là dầm (kết cấu) và cột.

- Dầm bụng rỗng loại lớn là thành phần kết cấu chủ yếu của một

ngôi nhà Nhìn chung, nó đỡ hệ dầm và mái sơ đồ nhịp đơn giản

hoặc các thành phần thứ yếu (như xà gồ…) cách đều nhau dọc theo chiều dài của dầm lớn Đối với dầm biên thì tải trọng đặt vào từ một phía, còn đối với dầm ở gian trong thì phải truyền vào từ cả hai

phía

 Trong tương lai nhà công nghiệp nhịp lớn hệ khung rỗng sẽ được cải tiến hoàn thiện tối ưu về mặt kinh tế, kết cấu, thời gian thi công.

- Các giải pháp cải tiến nhằm giảm trọng lượng khung nhà, cũng như

Những công trình thực tế hệ khung rỗng đã hoàn thành