Đánh giá hiệu quả giải pháp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp 1 tầng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC PHONG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC PHONG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 85.80.201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng - Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người cam đoan LÊ QUỐC PHONG ii ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG Học viên: LÊ QUỐC PHONG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng DD VÀ CN Mã số: 85.80.201 Khóa: K35 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Kết cấu ống thép nhồi bê tơng có ưu điểm như: khả chịu lực cao, chống ăn mòn tốt, tăng độ cứng chống uốn, ổn định với cơng trình nhà cơng nghiệp có chiều cao lớn, sức trục lớn, nhịp nhà bước cột lớn việc sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông giải pháp kết cấu hợp lý Tuy nhiên kết cấu liên hợp thép bê tông ứng dụng vào cơng trình cầu, nhà cao tầng… cấu kiện cột chịu lực nén lớn mà chưa ứng dụng vào cơng trình nhà cơng nghiệp Do để xem xét sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông vào nhà công nghiệp cần có phân tích đánh giá hiệu với kết cấu truyền thống (chủ yếu kết cấu thép) Trong luận văn tác giả đánh giá hiệu việc sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông nhà công nghiệp tầng nhịp Kết nghiên cứu cho thấy, với đặc điểm nhà công nghiệp tầng nhịp Lực dọc tác dụng vào cột nhỏ nhiều so với khả chịu lực cột, mơ men tác dụng lớn việc sử dụng kết cấu cột ống thép nhồi bê tông cho hiệu không đáng kể so với kết cấu thép truyền thống Từ khóa: Ống thép nhồi bê tơng; nhà cơng nghiệp, độ cứng, chuyển vị, nén EFFICIENCY ASSESSMENT OF THE SOLUTION CONCRETE FILLED STEEL TUBE STRUCTURE IN 1-FLOOR INDUSTRIAL BUILDING Abstract : Concrete filled steel tube structure has advantages such as: high bearing capacity, good corrosion resistance, increased bending resistance, more stable so for industrial buildings with high height, large shaft power, with large span, the use of Concrete filled steel tube structure will be a reasonable structural solution However, at present, the concrete steel structure is only applied to constructions such as bridges, high-rise buildings, etc where the column structure is subjected to a large compressive force but has not been applied to industrial buildings Therefore, to consider using concrete steel structure in industrial buildings, it is necessary to analyze and evaluate its effectiveness with traditional structures (mainly steel structures) In this thesis, the author only assesses the effectiveness of the use of steel structure of concrete pipes in 1-storey 1-floor industrial building The research results show that, with the characteristics of a one-stage one-storey industrial house, the vertical force acting on the column is much smaller than the bearing capacity of the column, while the torque is very large, the use of The use of concrete column steel column structure gives negligible effect compared to traditional steel structure Keywords: Concrete steel pipe; industrial house, hardness, displacement, compression iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhà công nghiệp 1.1.1 Các phận cấu tạo nhà công nghiệp 1.1.2 Đặc điểm nhà công nghiệp ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu 1.2 Các giải pháp kết cấu cho nhà công nghiệp tầng 1.3 Nhà công nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông 10 1.4 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông 12 1.5 Kết luận chương 13 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VÀ KẾT CẤU THÉP 14 2.1 Cơ sở thiết kế khung nhà công nghiệp tầng nhịp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông 14 2.1.1 Mặt kết cấu nhà xưởng kích thước khung ngang 14 2.1.2 Xác định tải trọng tác dụng vào khung ngang 17 2.1.3 Nội lực tổ hợp nội lực 20 2.1.4 Thiết kế cấu kiện cột kết cấu: 20 2.2 Cơ sở thiết kế khung nhà công nghiệp tầng sử dụng kết cấu thép 25 2.2.1 Các bước thiết kế khung nhà công nghiệp sử dụng kết cấu thép 25 2.2.2 Tính tốn cấu kiện cột 26 2.3 Nhận xét kết cấu ống thép nhồi bê tông kết cấu thép 32 2.4 Kết luận chương 32 iv CHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP KẾT CẤU CFT TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG 33 3.1 Thiết kế nhà công nghiệp tầng nhịp sử dụng kết cấu cột CFT kết cấu thép 33 3.1.1 Tính tốn thiết kế cột nhà cơng nghiệp sử dụng kết cấu thép 36 3.1.2 Tính tốn thiết kế cột nhà cơng nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông 41 3.1.3 Đánh giá độ cứng khung ngang 45 3.2 Đánh giá hiệu sử dụng vật liệu 48 3.2.1 Nhận xét khả chịu lực 48 3.2.2 Đánh giá sử dụng vật liệu 49 3.2.3 Đánh giá độ cứng kháng uốn tiết diện 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) v DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ chữ La tinh CFT Kết cấu ống thép nhồi bê tông L (l) : Chiều dài nhịp, chiều dài tính tốn ổn định d: Chiều rộng đường kính ống thép C: Hệ số với giá trị cố định E: Mô đun đàn hồi F: Lực tác dụng I: Mô men quán tính K: Hệ số độ cứng L: Chiều dài M: Mơ men uốn MRd: giá trị tính tốn mơ men bền tiết diện uốn MSd: giá trị tính tốn mơ men ngoại lực N:Lực dọc, số lượng liên kết PR: Sức bền chịu cắt liên kết Q: Hoạt tải Rd: Sức bền tính tốn tiết diện Sd: Nội lực tính tốn tải trọng gây V: Lực cắt, lực trượt W: Mô men chống uốn a: Khoảng cách b: Chiều rộng d: Đường kính, chiều cao e: Độ lệch tâm f: Cường độ fck: Cường độ đặc trưng nén bê tông fsk: Giới hạn đàn hồi đặc trưng kéo thép fy: Giới hạn đàn hồi kéo thép kết cấu h: Chiều cao vi i: Bán kính quán tính k: Các hệ số tính tốn t: Chiều dày α: Gốc, hệ số β: Gốc, hệ số ᵞ: Hệ số an toàn η: Hệ số λ: Độ mảnh σ: Ứng suất χ: Hệ số uốn dọc A: Diện tích mặt cắt ngang ống thép Chữ viết tắt CFT Concrete Filled steel Tube BTCT Bê tông cốt thép vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Chiều cao nhà cơng nghiệp tầng khơng có cần trục treo 1.2 So sánh đặc điểm số loại cấu kiện chịu nén 13 2.1 Kích thước hình học tiết diện cột 29 2.2 Đặc trưng hình học tiết diện cột 29 3.1 Tổ hợp nội lực cột thép khung L=24m 37 3.2 Tổ hợp nội lực cột CFT khung L=24m 42 3.3 Bảng giá trị đương cong tương tác M-N cột CFT D600 43 3.4 Các cặp nội lực : (Mmax, Ntư); (Mmin, Ntư) ; (Mtư, Nmax) Cột D600 45 3.5 Thống kê chuyển vị đỉnh cột khung theo tải trọng q tác dụng 47 3.6 Tiết diện cột thép cột CFT trường hợp khảo sát 49 3.7 Tỉ lệ sai lệch diện tích cột thép cột CFT trường hợp 49 3.8 Độ cứng cột thép cột CFT trường hợp tính tốn 50 bảng viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Nhà công nghiệp 1.2 Cấu tạo cầu trục 1.3 Các phận nhà công nghiệp 2.1 Mặt cắt ngang nhà 14 2.2 Mặt nhà 15 2.3 Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông 16 2.4 Đường ảnh hưởng phản lực gối tựa 18 2.5 Sơ đồ chất tải Dmax, Dmin khung 18 2.6 Sơ đồ tải xô ngang T khung 19 2.7 Các hướng gió tính tốn 19 2.8 Đường cong tương tác lực nén mô men uốn 23 2.9 Phân bố mô men dọc chiều dài cột 23 2.10 Phương pháp cột liên hợp chịu nén chịu uốn theo phương 24 2.11 Sự phân bố mô men cột 25 2.12 Thanh ngắn chịu nén tâm 26 2.13 Biểu đồ quan hệ lực nén biến dạng 27 2.14 Hệ số chiều dài cột 27 3.1 Sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp 33 3.2 Các tải trọng tác dụng vào khung L=24m 35 3.3 Biểu đồ đường cong tương tác M-N 42 3.4 Ứng suất phân bố tiết diện 43 3.5 Đồ thị đường cong tương tác M-N cột CFT D600 45 3.6 Tải trọng q lên khung nhà cột thép 46 3.7 Tải trọng q lên khung nhà cột CFT 46 3.8 Biểu đồ quan hệ tải q tác dụng chuyển vị đỉnh cột khung 47 3.9 Biểu đồ quan hệ nhịp diện tích 50 Dmax trái Dmax phải T trái T phải Gió trái Gió phải Hình II.7: Các tải trọng tác dụng vào khung L =36m II.4.1 Thiết kế cột với kết cấu thép Bảng II.13: Nội lực cột thép I (700x350x13x16)mm TIẾT DIỆN Mmax Ntư Qtư Mmin Ntư Qtư Nmax Mtư Qtư kNm kN kN kNm kN kN kNm kN kN CHÂN CỘT 428.64 -485.88 75.53 -896.51 -320.68 -173.18 -572.02 -809.37 -173.18 VAI CỘT DƯỚI 600.93 -552.84 -136.77 72.55 -154.58 -16.40 -552.84 600.93 -136.77 VAI CỘT TRÊN 406.09 -135.41 -136.77 -90.75 -44.88 -21.58 -135.41 406.09 -136.77 ĐỈNH CỘT 734.58 -129.72 -112.53 6.41 -39.19 -50.39 -129.72 734.58 -112.53 Kiểm tra khả chịu lực cột: Thông số kiểm tra: Nội lực tính tốn M (kNm) N (kN) -896.51 -320.68 -173.18 Q kN) Tiết diện cột I Vật liệu thép h (mm) bf (mm) tw (mm) tf (mm) fy (Mpa) E (Mpa) 700 350 13 16 235 210000 Chiều dài tính tốn cột Hệ số K μx Chiều cao cột H (m) lx (m) ly (m) 0.52 1.28 11.8 15.05 9.1 Diện tích yêu cầu cột Độ lệch tâm e Tiết diện cột I Diện tích yêu cầu Ayc (cm2) h bf (mm) (mm) 2.796 169.65 700 Diện tích chọn A (cm2) tw tf (mm) (mm) 13 16 350 198.84 Các thông số đặc trưng tiết diện Mơ men qn tính Bán kính qn Mơ men chống (cm4) tính (cm) uốn (cm3) Jx Jy rx ry Wx 163315 11456 28.7 7.6 4666.1 Độ mảnh λx Độ mảnh quy ước λy 52 119 x y 1.8 4.0 Điều kiện thỏa mãn độ mảnh là: λmax