Bài giảng nhà công nghiệp

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. Chủbiên Phạm Văn Hội. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.Hà nội 2006.

3. Kết cấu thép nhà dân dụng và công nghiệp. Chủ biênNguyễn Quang Viên. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.Hà nội 2011;

4. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCXDVN 338:2005

§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

I. Đặc điểm chung của nhà công nghiệp1. Vật liệu chế tạo

- Khung bê tông cốt thép;

- Khung toàn thép;

- Khung hỗn hợp.

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 KQ KN T (%)

Nhẹrất hiếm khi làm việc

với sức trục Q≤15

Trung bình ≤0.75 ≤0.5 ≤20

Nặng ≤1 ≤1 ≤40

Rất nặng ≈1 ≤1 ≥60

II. Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế nhà công nghiệp

Thỏa mãn đồng thời hai yêu cầu cơ bản: yêu cầu về sử

dụng và yêu cầu về kinh tế.

1. Yêu cầu về sử dụng:

Phù hợp dây chuyền công nghệ và thuận tiện việc lắp đặt thiết bị máy móc. Yêu cầu này liên quan đến bước cột, hệ giằng, hướng di chuyển của cầu trục;

Đảm bảo độ cứng dọc và ngang để cho các thiết bị nângcẩu làm việc bình thường;

Đảm bảo chịu lực và độ bền lâu dưới tải trọng động vàsự 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 cấukiện), 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 nhàxưởng:

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

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

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

Kết cấu khung ngang: là kết cấu chịu lực chính baogồm 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


2. Khung nhà xưởng mái nhẹ:

II. Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt độ

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

Phương ngang nhà gọi là nhịp khung ký hiệu là L.Nhịp L thường được chọn theo mô đun là 6m: L=12; 18;24; (27); 30; (33); 36m.

Phương dọc nhà gọi là bước cột ký hiệu là B. Bướccột B thường gặp B=6; 12m.

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

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


Khi nhà có kích thước mặt bằng lớn, khi có sự thay đổivề nhiệt độ, trong các thành phần kết cấu có thể xuấthiện thêm các ứng suất phụ gây tác dụng không cólợi cho kết cấu.

Trong các trường hợp cần thiết, mặt bằng nhà được chiathành các khối nhiệt độ theo phương dọc và ngangđược tạo bởi các khe nhiệt độ.

Khoảng cách giữa các khe nhiệt độ không quá200m

Tại vị trí khe nhiệt độ, bố trí hai khung đứng cạnh nhaucó trục lui về hai phía của trục định vị 500mm.

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 đếnmép dưới giàn vì kèo;

H2=Hc+100mm+f

Hc - chiều cao từ mặt ray đếnđiểm cao nhất của cầutrục, tra trong catalog cầutrục theo sức trục Q vànhịp cầu trục S;

100mm - là khe hở an toàngiữa cầu trục và vì kèo;

f - độ võng của vì kèo;

1. Kích thước theo phương đứng (nhà mái nặng)

Hdct - chiều cao dầm cầu trục;

Hd – chiều cao đoạn cột dưới;

Hd=H –Htr +H3

H - chiều cao sử dụng từ mặtnền đến cánh dưới vìkèo;

H1 - chiều cao từ mặt nền đếncao độ mặt ray cầu trục(còn gọi là cao trìnhđỉnh ray), H1 được chotrong yêu cầu thiết kế.

H3 - chiều cao chôn cột dướinền, thường lấy từ 600-1000

2. Kích thước theo phương ngang (nhà mái nặng)

Lct – nhịp cầu trục, khoảng cáchhai trục của dầm cầu trục,xác định theo catalog phụthuộc Q và L;

L - nhịp danh nghĩa, khoảng cáchtrục định vị, xác định theoyêu cầu sử dụng;

L = Lct + 2

- khoảng cách trục dầm cầu trụcđến trục định vị lấy phụ thuộcvào sức trục và điều kiện đảmbảo an toàn cho cầu trục khivận hành;

D - khoảng hở an toàn giữa cầutrục và mép trong cột, D = 60 75 mm;

2. Kích thước theo phương ngang (nhà mái nặng)

> B1 + ( ht - a ) + D

B1 – khoảng cách từ trục ray đếnmép ngoài cầu trục;

a – khoảng cách mép ngoài cộtđến trục định vị lấy phụthuộc vào sức trục Q

hd - chiều cao tiết diện cột dưới;

hd = (1/15 1/20) H

ht – chiều cao tiết diện cột trên;

ht = (1/10 1/12)Ht

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 khoảngcách 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 timcủa hai cột khung chính kề nhau. Bước khung thôngdụng nhất là 6m, 7.5m, 8m và 9m.

Nhịp của cầu trục S được xác định từ trục của raynày đến ray đối diện


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

S= L – 2 λ λ là khoảng cách từ mép ngoài tường đến trục của ray

cầu trục;

λ=hc +hw + Zmin hc là bề rộng của tường (tường tôn hoặc tường xây);

hw 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.


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

Đối với cột vát, chiều cao tiết diện chân cột thường chọnđảm bảo yêu cầu về độ mảnh và cấu tạo được lấy bằng200÷250mm, chiều cao tiết diện đỉnh cột xác định sơ bộtheo công thức sau:

1 1

10 12ch H


Chiều cao tiết diện nách khung được chọn theo chiều caotiết diện cột nhưng không nhỏ hơn (1/40)L. Tiết diện xàngang 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)

§3. Hệ giằng trong nhà công nghiệp

1. Vai trò:

Đảm bảo bất biến hình theo phương dọc nhà và tăng độcứng không gian;

Truyền tải trọng theo phương dọc nhà;

Tăng ổn định hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặtphẳng 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

1. Hệ giằng mái: gồm 03 bộ phận chính:

Hệ giằng cánh trên;

Hệ giằng cánh dưới;

Hệ giằng đứng

ba c

dge

e' g'a'

a'b'

c'

1. Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với dàn vì kèo

Hệ giằng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập nằm và thanhchống dọc nằm trong mặt phẳng thanh cánh trên giàn.

Có tác dụng là giảm chiều dài tính toán cho thanh cánh trêncủa giàn.

Được bố trí theo phương ngang nhà tại hai đầu hồi, đầu khối nhiệtđộ và tại giữa nhà, sao cho khoảng cách giữa chúng không quá60m.

hÖ gi»ng c¸nh trªn

hÖ

gi»

ng

ng

an

g c

¸n

h

tr

ªn


Hệ giằng cánh dưới: gồm các thanh chéo chữ thập nằm trong mặtphẳng cánh dưới của giàn theo phương dọc và ngang nhà;

hÖ gi»ng c¸nh díihÖ gi»ng däc c¸nh díi

hÖ

gi»

ng

ng

an

g c

¸n

h d

í

i

Hệ giằng ngang cánh dưới: được bố trí tại những khoang có hệ giằngcánh trên, cùng với hệ giằng cánh trên tạo thành khối cứng ở hai đầu hồivà 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 dàinhà, 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.


Hệ giằng đứng: gồm các thanh chéo chữ thập nằm trongmặt phẳng các thanh đứng của giàn, theo phương dọc nhàđược bố trí tại những vị trí có hệ giằng cánh trên và hệgiằng cánh dưới để tạo nên khối cứng bất biến hình.

hÖ gi»ng ®øng gi÷a dµn

vÞ trÝ hÖ gi»ng ®øng

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

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

Chiều dài của thanh thép tròn hoặc cáp không được vượtquá 15m, trong trường hợp không đảm bảo cần chia hệgiằng 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 chịunén nên phải gia cường bằng các thanh chống xiên. Tiết diệnthanh 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 tựa vào. Khối cứng gồm có

hai cột, dầm cầu trục, hệ giằng cột. Ngoài ra, hệ giằng

cột còn được 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


Hệ giằng cột trên được bố trí ở trục cột trên, theo phương dọc nhà được bốtrí 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 đượcđặt ở khoảng giữa của khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độcủa các kết cấu dọc, khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng ≤75m, khoảngcách 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 thanhgiằng với phương ngang từ 350÷550, độ mảnh của thanh giằngλmax≤[λ]=200.

Với nhà mái nặng

Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp. Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặtdầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đếnmặt dầm vai. Hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột, khi cần thiếtcó 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 vượtquá 5 lần bước khung B ;

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


Với nhà mái nhẹ


Khi nhà công nghiệp không có cầu trục hoặc cầu trục nhẹ Q≤15T, có thểbố trí hệ giằng cột ở hai đầu hồi để truyền tải trọng gió đầu hồi xuốngmóng một cách nhanh chóng. Lý do là các thanh giằng tương đối mảnhnên không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể;

Khi chiều dài nhà L≤100m, có thể cho phép bố trí giằng cột ở hai gianđầu 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 tảitrọng tác dụng chính là phản lực gối tựa do tải trọng giótác dụng lên hệ sườn tường đầu hồi và đặt vào các nútdàn;

Do tính chất của tải trọng đổi dấu (tải trọng gió), khichọn tiết diện thanh giằng thường chọn theo tiết diệnthanh chịu kéo, trong quá trình làm việc khi có lực nénxuất hiện, coi thanh chịu nén mất ổn định, lúc này chỉ cóthanh kéo làm việc;

Hệ giằng dọc cánh dưới: được tính theo sơ đồ giàn liêntục trên gối tựa đàn hồi xác định theo chuyển vị ngangđỉnh khung.

3. Đặc điểm tính toán hệ giằng mái và hệ giằng cột

Bài giảng nhà công nghiệp

Documents

Transcript of Bài giảng nhà công nghiệp