Bai giang nha cong nghiep

Các bộ phận chính trong kết cấu nhà xưởng: Phần ngầm: kết cấu móng chủ yếu sử dụng loại móng đơn, tùy theo điều kiện địa chất có thể sử dụng móng nông hoặc sâu;  Phần thân: cột, dầm c

KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP

MỘT TẦNG BẰNG THÉP

TS Nguyễn Ngọc Linh, Bộ môn Công trình Thép – Gỗ

phòng 312 nhà A1, Đại Học Xây Dựng Tel 0904 247 817, 04 386 97 006

Tài liệu tham khảo

1 Kết cấu thép Cấu kiện cơ bản Chủ biên Phạm Văn Hội Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội 2009.

2 Kết cấu thép Công trình dân dụng và công nghiệp Chủ biên Phạm Văn Hội Nhà xuất bản khoa học và

§1 Đại cương về nhà công

nghiệp

Kết cấu nhà công nghiệp một tầng bằng thép được sử dụng rộng rãi trong các công trình công nghiệp Chúng thường được áp dụng cho nhà một hay nhiều nhịp như xưởng sản xuất, nhà kho hoặc cho công trình dân dụng như trung tâm vận chuyển-phân phối hàng hóa, siêu thị, hoặc các công trình công cộng nhà thi đấu thể thao …

Một số ứng dụng kết cấu nhà công

nghiệp một tầng bằng thép

Một số ứng dụng kết cấu nhà công

nghiệp một tầng bằng thép

I Đặc điểm chung của nhà công

2 Sự làm việc của cầu trục

- Tải trọng do cầu trục gây phá hoại cho kết cấu do mỏi;

- Chế độ làm việc của cầu trục;Chế độ làm việc K Q K N T (%)

Nhẹ

rất hiếm khi làm việc với sức trục

II Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế

 Đảm bảo độ cứng dọc và ngang để cho các thiết

bị nâng cẩu làm việc bình thường;

 Đảm bảo chịu lực và độ bền lâu dưới tải trọng động và sự xâm thực của môi trường;

 Đảm bảo điều kiện thông gió và chiếu sáng

II Các yêu cầu cơ bản khi thiết

kế nhà công nghiệp

2 Yêu cầu về kinh tế:

 Giảm giá thành vật liệu, chế tạo (điển hình hóa cấu kiện), vận chuyển, xây lắp…

 Rút ngắn thời gian xây dựng cũng như các chi phí khác (duy tu, bảo dưỡng) trong quá trình sử dụng công trình

I Các bộ phận chính trong kết cấu nhà xưởng:

 Phần ngầm: kết cấu móng chủ yếu sử dụng loại móng đơn, tùy theo điều kiện địa chất có thể sử dụng móng nông hoặc sâu;

 Phần thân: cột, dầm cầu trục, hệ giằng cột, hệ cột sườn tường;

 Phần mái: dàn mái (dàn vì kèo), dầm mái, hệ giằng mái, hệ kết cấu cửa mái, hệ xà gồ (đối với mái nhẹ);

 Kết cấu khung ngang: là kết cấu chịu lực chính bao gồm các bộ phận móng, cột, dầm xà hoặc dàn vì kèo

§2 Cấu tạo nhà công nghiệp một tầng một nhịp

Các bộ phận chính trong kết cấu

nhà xưởng

1 Khung nhà xưởng mái nặng

Các bộ phận chính trong kết cấu

nhà xưởng

2 Khung nhà xưởng mái nhẹ:

Các bộ phận chính trong kết cấu nhà

xưởng

Các bộ phận chính trong kết cấu nhà

xưởng

Các bộ phận chính trong kết cấu nhà

xưởng

Các bộ phận chính trong kết cấu nhà

xưởng

II Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt

độ

1 Bố trí hệ lưới cột là tìm kích thước hợp lý giữa các cột theo hai phương:

Nhịp L thường được chọn theo mô đun là 6m: L=12; 18; 24; (27); 30; (33); 36m.

B thường gặp B=6; 12m

 Đối với nhà mái nặng có nhịp L>30m, chiều cao nhà H>15m, sức trục Q>30T thì sử dụng bước cột B=12m là hợp lý Khi các thông số trên nhỏ hơn thì dùng bước cột B=6m kinh tế hơn.

 Đối với nhà mái nhẹ, bước B có thể chọn trong khoảng từ 6m÷9m

II Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt

độ

II Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt

độ

 Khi nhà có kích thước mặt bằng lớn, khi có sự

cấu có thể xuất hiện thêm các ứng suất phụ

gây tác dụng không có lợi cho kết cấu

 Trong các trường hợp cần thiết, mặt bằng nhà

được chia thành các khối nhiệt độ theo phương dọc và ngang được tạo bởi các khe nhiệt độ.

quá 200m

 Tại vị trí khe nhiệt độ, bố trí hai khung đứng cạnh

nhau có trục lui về hai phía của trục định vị

II Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt

độ

II Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt

độ

III Các kích thước chính của khung

ngang

1 Kích thước theo phương đứng (nhà mái nặng)

Htr – chiều cao đoạn cột

trên Htr =H2+Hdct

+Hr H2 - chiều cao từ mặt ray

đến mép dưới giàn vì kèo;

H2=Hc+100m

m+f

Hc - chiều cao từ mặt ray

đến điểm cao nhất của cầu trục, tra trong catalog cầu trục theo sức trục Q và nhịp cầu trục S;

100mm - là khe hở an toàn

giữa cầu trục và vì kèo;

f - độ võng của vì kèo;

1 Kích thước theo phương đứng (nhà mái

H1 - chiều cao từ mặt nền

đến cao độ mặt ray cầu trục (còn gọi là

cao trình đỉnh ray),

H1 được cho trong yêu cầu thiết kế

H3 - chiều cao chôn cột

dưới nền, thường lấy

từ 600-1000

2 Kích thước theo phương ngang (nhà mái

nặng)

Lct – nhịp cầu trục, khoảng

cách hai trục của dầm cầu trục, xác định theo catalog phụ thuộc Q và L;

L - nhịp danh nghĩa, khoảng

cách trục định vị, xác định theo yêu cầu sử dụng;

L = Lct + 2

 - khoảng cách trục dầm cầu

trục đến trục định vị lấy phụ thuộc vào sức trục và điều kiện đảm bảo an toàn cho cầu trục khi vận hành;

D - khoảng hở an toàn giữa cầu

trục và mép trong cột, D =

60  75 mm;

2 Kích thước theo phương ngang (nhà mái

2 Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

2 Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

 Bề rộng nhà L khoảng cách được tính từ mép

ngoài tường đến mép ngoài tường phía đối diện;

 Chiều cao nhà H (chiều cao của diềm mái) là

khoảng cách từ chân cột đến mép ngoài diềm mái;

 Độ dốc mái i là góc giữa mái và đường nằm ngang

Độ dốc mái thông dụng thường là 1/15 hoặc 1/10;

 Bước khung B là khoảng cách giữa các đường tim

của hai cột khung chính kề nhau Bước khung thông dụng nhất là 6m, 7.5m, 8m và 9m

 Nhịp của cầu trục S được xác định từ trục của ray

này đến ray đối diện

2 Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

 Nhịp của cầu trục được xác định từ trục của ray này đến ray đối diện;

 S = L – 2 λ

 λ là khoảng cách từ mép ngoài tường đến trục của ray cầu trục;

 λ= hc + hw + Zmin

 hw là bề rộng của tường (tường tôn hoặc tường xây);

 hc là chiều cao của tiết diện cột;

 Zmin là khoảng cách an toàn tối thiểu từ trục ray

đến mép trong của cột và được xác định theo bảng tra cầu trục của các nhà cung cấp

2 Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

 Nhà công nghiệp mái nhẹ thường dùng cấu kiện tiết diện chữ I tổ hợp, tiết diện không đổi hoặc thay đổi tuyến tính theo chiều dài (cột vát);

 Đối với cột vát, chiều cao tiết diện chân cột thường chọn đảm bảo yêu cầu về độ mảnh và cấu tạo được lấy bằng 200÷250mm, chiều cao tiết diện đỉnh cột xác định sơ bộ theo công thức sau:

2 Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

Chiều cao tiết diện nách khung được chọn theo

chiều cao tiết diện cột nhưng không nhỏ hơn (1/40)L Tiết diện xà ngang thay đổi cách đầu cột một đoạn (0.175÷0.225)L, tiết diện đoạn xà ngang còn lại lấy không đổi

2 Kích thước chính của khung nhà mái nhẹ

(tham khảo theo tài liệu Nga)

2 Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

§3 Hệ giằng trong nhà công

nghiệp

1 Vai trò :

 Đảm bảo bất biến hình theo phương dọc nhà và tăng

độ cứng không gian;

 Truyền tải trọng theo phương dọc nhà;

 Tăng ổn định hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng cho các cấu kiện chịu nén như thanh giàn, cột;

 Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc lắp dựng, thi công.

II Cấu tạo hệ giằng trong nhà công

nghiệp với giàn vì kèo

e

1 Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với dàn

1 Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với dàn vì

kèo

mặt phẳng cánh dưới của giàn theo phương dọc và ngang nhà;

Hệ giằng ngang cánh dưới: được bố trí tại những khoang có hệ

giằng cánh trên, cùng với hệ giằng cánh trên tạo thành khối cứng

ở hai đầu hồi và đầu khối nhiệt độ Hệ giằng ngang nhà ở đầu hồi

là gối tựa cho cột hồi, chịu tải trọng gió thổi lên tường đầu hồi nên còn gọi là hệ giằng gió,

Hệ giằng dọc cánh dưới: được bố trí tại các đầu cột dọc theo

chiều dài nhà, tạo nên độ cứng dọc nhà, hệ giằng này có tác dụng truyền lực cục bộ (lực hãm của cầu trục) phân phối ra các khung lân cận

1 Hệ giằng mỏi trong nhà cụng nghiệp với dàn vỡ

kốo

trong mặt phẳng cỏc thanh đứng của giàn, theo phương dọc nhà được bố trớ tại những vị trớ cú hệ giằng cỏnh trờn và hệ giằng cỏnh dưới để tạo nờn khối cứng bất biến hỡnh

hệ g iằng đứng g iữa dàn

vị t r í hệ g iằng đứng

 Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng chữ thập và thanh chống dọc, theo yêu cầu cấu tạo độ mảnh của chúng có λmax≤[λ]=200;

 Hệ giằng mái thường bố trí ở vị trí có giằng cột;

 Chiều dài của thanh thép tròn hoặc cáp không được vượt quá 15m, trong trường hợp không đảm bảo cần chia hệ giằng ra làm 2 hệ với thanh chống dọc ở giữa;

2 Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với xà

ngang đặc

2 Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với xà

ngang đặc

Trong trường hợp chịu tải trọng gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh chống xiên Tiết diện thanh chống không nhỏ hơn L50×5

2 Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

 Khung được tính theo phương ngang nhà nên độ cứng theo phương dọc nhà rất nhỏ, có thể coi cột liên kết khớp với móng Do vậy, để cả khối nhà đứng vững cần phải tạo một khối cứng để các cột khác

tính toán chịu lực dọc nhà như lực do giàn gió, lực hãm của cầu trục, động đất Các lực này truyền từ cột qua dầm cầu trục, đến hệ giằng và xuống móng

Vai trò

2 Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

 Hệ giằng cột trên được bố trí ở trục cột trên, theo phương dọc nhà được bố trí ở đầu hồi, đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà;

 Hệ giằng cột dưới được bố trí ở hai nhánh cột, theo phương dọc nhà được đặt ở khoảng giữa của khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độ của các kết cấu dọc, khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng

≤75m, khoảng cách giữa hai hệ giằng trong một khối nhiệt độ ≤50m;

 Hệ giằng cột có cấu tạo bởi hệ chéo chữ thập, góc nghiêng hợp lý của thanh giằng với phương ngang từ 35 0 ÷55 0 , độ mảnh của thanh giằng

λmax≤[λ]=200

Với nhà mái nặng

2 Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

 Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai Hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột, khi cần thiết có thể dùng hai lớp giằng đặt ở hai bản cánh của cột ;

 Dọc theo chiều dài nhà, khoảng cách giữa các hệ giằng không được vượt quá 5 lần bước khung B

 Hệ giằng cột theo phương dọc nhà được đặt ở khoảng giữa của khối nhà hoặc khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độ của các kết cấu dọc nhà

2 Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

Với nhà mái nhẹ

2 Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

 Khi nhà công nghiệp không có cầu trục hoặc cầu trục nhẹ Q≤15T, có thể bố trí hệ giằng cột ở hai đầu hồi để truyền tải trọng gió đầu hồi xuống móng một cách nhanh chóng Lý do là các thanh giằng tương đối mảnh nên không gây ứng suất nhiệt

độ đáng kể;

 Khi chiều dài nhà L≤100m, có thể cho phép bố trí giằng cột ở hai gian đầu hồi nhà

Với nhà mái nhẹ

Hệ giằng trong nhà công nghiệp

3 Đặc điểm tính toán hệ giằng mái và hệ giằng

cột

a) Hệ giằng cánh dưới

 Được tính toán như giàn tĩnh định hai cánh song song, hệ thanh bụng chữ thập có tiết diện bằng nhau Các tải trọng tác dụng chính là phản lực gối tựa do tải trọng gió tác dụng lên hệ sườn tường đầu hồi và đặt vào các nút dàn;

 Do tính chất của tải trọng đổi dấu (tải trọng gió), khi chọn tiết diện thanh giằng thường chọn theo tiết diện thanh chịu kéo, trong quá trình làm việc khi có lực nén xuất hiện, coi thanh chịu nén mất

ổn định, lúc này chỉ có thanh kéo làm việc;

 Hệ giằng dọc cánh dưới: được tính theo sơ đồ giàn liên tục trên gối tựa đàn hồi xác định theo chuyển

vị ngang đỉnh khung

3 Đặc điểm tính toán hệ giằng mái và hệ

giằng cột

§1.4 Tính toán khung ngang nhà công

nghiệp một tầng một nhịp

1 Sơ đồ tính khung

Để xác định nội lực khung ngang người ta phải chuyển từ sơ đồ cấu tạo về sơ đồ tính, trong đó thay các cấu kiện bằng các đường trục và thay các liên kết thực tế bằng các liên kết lý tưởng như ngàm, khớp theo nguyên tắc sau:

 Gối tựa của khung được tính từ mặt móng;

 Trục tính toán của các cấu kiện lấy trùng với trục trọng tâm tiết diện;

 Cột vát-cột có tiết diện thay đổi theo chiều dài cột lấy là trục của chiều cao trung bình;

 Xà ngang vát, trục có thể lấy theo trục của xà ngang không đổi (kể đến độ lệch tâm e), hoặc lấy theo trục chiều cao trung bình theo các đoạn xà;

 Nếu mái giàn thì trục tính toán lấy trùng với trục của thanh cánh dưới, khi góc nghiêng của giàn và cột không đáng kể (i≤1/10) cho phép thay thế bằng xà ngang đặc có độ cứng tương đương.

a) Nhà công nghiệp mái nặng

Sơ đồ cấu tạo Sơ đồ tinh toán Giả thiết EIv = ∞ để dễ tính toán Điều kiện thỏa mãn khi

hdv ≥0,5hd;

Trục cột trên và của phần cột dưới lệch nhau một đoạn e xác định theo công thức kinh nghiệm:

e=(0.45÷0.55)hd – 0.5ht

Sơ đồ khung nhà công nghiệp thường là khung siêu tĩnh,

để giải được nội lực cần giả thiết trước tỷ số độ cứng giữa các cấu kiện cột trên, cột dưới và xà ngang Theo kinh nghiệm khi chọn sơ đồ tính thường giả thiết tỷ lệ độ cứng giữa các cấu kiện

a) Nhà công nghiệp mái nặng

 1

Sơ đồ cấu tạo Sơ đồ tinh toán

b) Nhà công nghiệp mái nhẹ

Cột vát-cột có tiết diện thay đổi theo chiều dài cột lấy là trục của chiều cao trung bình Đối với xà ngang vát, trục có thể lấy theo trục của xà ngang không đổi (sẽ phải kể đến

độ lệch tâm e), hoặc lấy theo trục chiều cao trung bình (sẽ phải quy đổi q gió ×cos ; trong đó  là góc nghiêng giữa mái

và trục của xà ngang vát).

2 Tải trọng tác dụng lên khung

Tải trong tác dụng lên khung ngang được xác định theo diện chịu tải của mỗi khung, bao gồm các tải trọng:

 Tải trọng thường xuyên;

 tải trọng tạm thời trên mái;

 Tải trọng cầu trục;

 Tải trọng gió

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) bao gồm:

từng lớp mái theo cấu tạo cụ thể của mái Thông thường, trọng lượng mái được phân bố trên mặt dốc mái, khi tính toán cần đổi sang phân bố trên mặt bằng nhà;

hệ giằng, cửa trời, dầm cầu trục…): được xác định theo kinh nghiệm;

Tải trọng thường xuyờn

Trọng l ợng các lớp mái: Dựa vào cấu tạo cụ thể của mái để tính trọng l ợng cụ thể của từng lớp, tính theo đơn vị daN/m2 mặt dốc mái do vậy khi tính toán cần qui đổi sang phân bố trên mặt bằng mái;

daN/(m2 mặt dốc mái x cos) = daN/m2 mặt bằng;

gm = gi

Tải trọng do các lớp mái

Tải trọng tiêu chuẩn (daN/m 2 )

Hệ số

v ợt tải

Tảii trọng tính toán (daN/m 2 )

Tấm panen 1,5x6m 150 1,1 165

Lớp cách nhiệt bằng bê tông xỉ dày 15

Lớp bê tông chống thấm dày 4 cm 100 1,1 110

Lớp vữa xi măng lót dày 1,5 cm 27 1,2 32

Hai lớp gạch lá nem dày 4 cm 80 1,1 88

Tải trọng thường xuyên

Trọng lượng bản thân kết cấu (mái, xà gồ, hệ giằng, cửa trời, dầm cầu trục…): được xác định theo kinh nghiệm

Tải trọng thường xuyên

Tải trọng thường xuyên

Trọng lượng dầm cầu trục

Gdct=1.1× dct× L2

dct ( daN )

L dct - nhịp cầu trục, thường lấy bằng bước cột B (m)

dct - hệ số trọng lượng bản thân dầm cầu trục

Tải trọng tạm thời (Hoạt tải)

Tải trọng tạm thời trên mái là tải trọng do người và thiết bị dùng để sửa chữa mái và được xác định theo TCVN 2737-

1995, tiêu chuẩn tải trọng và tác động

Lưu ý: tải trọng tác dụng trên m 2 mặt bằng mái.

Mái không sử dụng

(không có người đi lại,

chỉ có người đi lại sửa

chữa)

Tải trọng tiêu chuẩn

daN/m 2

Hệ số

độ tin cậy

Tải trọng tính toán

daN/m 2

Mái nhẹ (tôn, fibrô-xi