Bài giảng kết cấu thép nhà công nghiệp (NCN) một tầng chương 6

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

 6.1. ĐẠI CƢƠNG VỀ NCN  6.2. KHUNG NGANG  6.3. HỆ MÁI NCN  6.4. HỆ GIẰNG VÀ SƢỜN TƢỜNG  6.5. TÍNH KHUNG NGANG  6.6. CỘT NHÀ CÔNG NGHIỆP  6.7. KẾT CẤU DƢỚI CẦU CHẠY

Tài liệu tham khảo

kế [2]

• TCXDVN 338-2005: KCT Tiêu Chuẩn Thiết kế [1] • TCXDVN 2737-2005 : Tải trọng và tác động- TC thiết

• PHẠM VĂN HỘI (chủ biên) : KCT 2 – CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP- NHÀ XB KH & KT [3]

CƠ BẢN- NHÀ XB KH & KT [4]

• PHẠM VĂN HỘI (chủ biên) : KCT – CÁC CẤU KIỆN

• GS. ĐOÀN ĐỊNH KIẾN (chủ biên): THIẾT KẾ KCT

NHÀ CÔNG NGHIỆP- NHÀ XB KH & KT [5]

• TS. PHẠM MINH HÀ, TS. ĐOÀN TIẾT NGỌC – THIẾT

KẾ KHUNG THÉP NCN MỘT TẦNG, MỘT NHỊP – NHÀ XB XÂY DỰNG [6]

6.1. ĐẠI CƢƠNG VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP

 6.1.1. ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

 6.1.2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CẦU TRỤC NCN thƣờng bố trí 2 cầu trục chạy song song? Sức trục phổ biến: 5-350T – Cầu trục có CĐLV nhẹ : các hệ số K <20% – Cầu trục có CĐLV trung bình : – Cầu trục có CĐLV nặng : – Cầu trục có CĐLV rất nặng:

 Khái niệm NCN: NCN là gì?  Phân loại NCN

K < 33% K < 60% K < 80%

=

Cầu trục treo

Cầu trục điện

 6.1.3 .CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA NCN MỘT

TẦNG – Khung ngang – Cửa mái – Hệ giằng – Tấm lợp – Cầu trục – Hệ sƣờn tƣờn – Các bộ phận phụ khác….

NCN nhiều nhịp có cầu trục

 6.1.4. BỐ TRÍ MẠNG LƢỚI CỘT :

– Yêu cầu kĩ thuật và thao tác – Yêu cầu về kết cấu – Yêu cầu về phát triển – Yêu cầu về kinh tế

 6.1.5. Các PA bố trí khe nhiệt độ trong NCN.

– Khái niệm Khe nhiệt độ? – TC thiết kế VN qui định chiều dài đoạn nhiệt

của NCN thép : • Nhà xƣởng cách nhiệt: Lnh=150m • Nhà xƣởng không cách nhiệt : Lnh = 120m ĐA • Nhà xƣởng kết hợp BTCT và thép : Lnh = 60m

– Có 2 PA bố trí Khe nhiệt độ

6.2. KHUNG NGANG

 6.2.1. KHÁI NIỆM:

được tính toán cho toàn bộ hệ khung rồi truyền tải trọng lên móng. Gồm cột và rường ngang.

– Kết cấu khung ngang : là kết cấu chịu lực chính,

khung ngang

đƣợc tính từng cấu kiện riêng lẻ rồi truyền tải trọng lên khung ngang. Gồm: hệ giằng, dầm cầu trục, kết cấu mái, kết cấu đỡ tƣờng kết hợp với cột

• Kết cấu khung dọc : giữ ổn định phƣơng ngang,

6.2.2. CÁC HÌNH THỨC KHUNG * Sơ đồ 1: Liên kết cứng giữa cột và rƣờng ngang –

liên kết cứng gữa cột và móng:

* Sơ đồ 2: Liên kết khớp giữa cột và rƣờng

ngang – liên kết cứng gữa cột và móng

* Sơ đồ 3 Liên kết cứng giữa cột và rƣờng ngang – liên kết khớp gữa cột và móng:

 6.2.3. CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA KHUNG

NGANG

a. Cấu tạo rƣờng ngang :

• Dầm • Dàn • Vòm 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 KT CHÍNH CỦA KHUNG a. Xác định KT theo phƣơng đứng :

• Xác định chiều cao cột dƣới • Xác định chiều cao cột trên • Chiều cao tòan cột • Chiều cao cửa mái • Chiều cao dầm, dàn

• Nhịp khung L • Nhịp cửa mái Lcm • Nhịp cầu chạy Lcc • Chiều cao TD cột trên • Chiều cao TD cột dƣới • Khoảng cách các mắt dàn

b. Xác định KT theo phƣơng ngang :

Mặt cắt ngang khung rỗng

MCN khung rỗng số liệu cụ thể

MCN khung đặc

MCN khung đặc số liệu cụ thể

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

a. NCN nhiều nhịp cùng chiều cao

b. NCN nhiều nhịp khác chiều cao

6.3. HỆ MÁI NHÀ CÔNG NGHIỆP

6.3.1. CÁC LOẠI HỆ MÁI NCN  Hệ mái có xà gồ:

– Hệ mái không có xà gồ (mái nặng)

– Hệ mái phức tạp

 6.3.2 : Các loại xà gồ dùng trong NCN

– Xà gồ định hình :

– Xà gồ dạng dàn :

 6.3.3. DÀN VÌ KÈO VÀ DÀN ĐỠ KÈO

– Dàn vì kèo:

• b. Dàn đỡ kèo (Xà dọc trung gian đỡ dầm

ngang)

Xà dọc đỡ dầm trung gian

6.3.4. Cấu tạo và tính toán cửa mái NCN

– Kích thƣớc

• Chiều rộng dàn :Lcm =(1/2-1/3)L; • Chiều cao Hcm=1250mm, 1500mm, 1750mm • Với NX khung thép nhẹ, Lcm=1/10L; Hcm=1-3m và chủ

yếu để thông thoáng. Lấy sáng bằng tole sáng và hệ cửa sổ dọc nhà; TD bằng thép hình chữ H

• Tách dàn cửa mái để tính riêng • Lực từ chân cửa mái truyền xuống nhƣ ngoại lực tác

dụng ở mắt dàn. Tiết diện  chủ yếu chọn theo cấu tạo và độ mảnh cho phép;

– Tính toán:

cửa mái truyền xuống đúng mắt.

– Liên kết giữa dàn cửa mái và dàn vì kèo • Lắp ráp dàn vì kèo trƣớc, lắp cửa mái sau • Cấu tạo tại chân cửa mái sao cho đảm bảo lực từ chân

Cửa mái nhà công nghiệp dạng dầm

6.4. HỆ GiẰNG VÀ HỆ SƢỜN TƢỜNG

a. Vai trò HG: • Ổn định • Chịu lực • Lắp ráp b. Các loại HG: • HG mái :

– HG nằm hướng dọc – HG nằm hướng ngang – HG đứng (dàn mái)

• HG cột • HG Cửa mái (dàn cửa mái)

c. Hệ Sƣờn Tƣờng

 6.5.1. NGUYÊN TẮC CHUNG

6.5. TÍNH KHUNG

– Kết cấu hƣớng dọc : Chịu tác dụng của các lực dọc truyền lên nó, Tính nhƣ các KC riêng lẻ rồi truyền lên khung ngang.

– Kết cấu hƣớng ngang : Giải khung trọn vẹn • 6.5.2: Sơ đồ tính & các đặc điểm tính toán

– Đủ thành phần và đúng kích thƣớc của sơ đồ cấu

tạo

sơ đồ tính

– Đảm bảo sự thay đổi tiết diện ở sơ đồ cấu tạo. – Đảm bảo các tỉ lệ độ cứng ở các thành phần trong

– Đảm bảo đúng liên kết giữa các thành phần và lý

tƣởng hóa

Hình 6.5.1. Sơ đồ khung ngang nhà một tầng một nhịp

Hình 6.5.2. Sơ đồ khung ngang nhà nhiều nhịp:

 6.5.3: Xác định tải trọng tác dụng lên khung

ngang

• Tải trọng thƣờng xuyên (Tĩnh tải): g, MA …… • Tải trọng không thƣờng xuyên (Hoạt tải sữa

chữa mái): p, MA’

• Do tải trọng cầu chạy

• Do tải trọng gió • Lập sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung ngang

Áp lực đứng của bánh xe cầu chạy : Dmax ; Dmin Momen lệch tâm tại vai cột : Mmax ; Mmin Do lực hãm ngang của xe con : T max

• a. Tải trọng thƣờng xuyên (Tĩnh tải):

b. Hoạt tải sửa chữa mái:

c. Do tải trọng cầu chạy • Áp lực thẳng đứng tính toán của bánh xe cầu chạy

• Áp lực tính toán lên cột phía bên kia :

lên vai cột : Dmax = nc.n.Pmax.y + Gdƣới cầu chạy

• Momen lệch tâm tại vai cột :

Dmin = nc.n.Pmin.y + G dƣới cầu chạy Pmin = (Q+G)/n0 - Pmax

• Do lực hãm ngang của xe con:

Mmax = Dmax . ek Mmin = Dmin . ek

– Tmax = nc . n . Tk . y;

• d. Tải trọng gió

– Phía đón gió (gió đẩy) :

qđ = n . w0 . K .c .B – Phía khuất gió (gió hút) : qh = n . w0 . K .c’ .B

– Lực tập trung (phần gió từ cao độ đỉnh dƣới của

rƣờn ngang đến đỉnh mái):

W = n . w0 . K .c .B  cihi

Đối với khung đặc phần gió trên mái nghiêng tính theo sơ đồ 2, không đƣa thành tải tập trung nhƣ khung rỗng;

Hình 6.5.8. Tải trọng gió

Sơ đồ tải trọng tác dụng lên khung ngang

6.5.4: Các giả thiết tính khung tĩnh NCN • GT1. Khi tính khung với tải trọng không tác dụng trực tiếp lên rƣờn ngang, thì biến dạng đàn hồi của rƣờng ngang ảnh hƣởng rất ít tới lực tính toán. Điều này cho phép xem rƣờng ngang tuyệt đối cứng (Jr=) nghĩa là khi :

• GT2. Trong NX nhiều nhịp (  3 nhịp ), có chiều cao

các nhịp bằng nhau hay khác nhau ít, chuyển vị ở cao độ rƣờn ngang khi tính toán với tổng độ cứng qui ƣớc của các cột khung thƣờng 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 nhƣ thanh có gối tựa bất động

trọng đặt trực tiếp lên rƣờng ngang (tải trọng mái)  không thể bỏ qua biến dạng đàn hồi của rƣờng ngang. Tuy nhiên, nếu tính chính xác Jr rất khó, có thể thay rƣờn ngang bằng một thanh đặc có momen quán tính xác định tƣơng đƣơng gần đúng .

• GT 3. Khi rƣờng ngang là dàn, tính khung với tải

• GT 4. Với khung 1 nhịp hay nhiều nhịp đối xứng, tải trọng thẳng đứng tác dụng trực tiếp lên rƣờng ngang gần đối xứng  Ta coi nhƣ đầu trên của cột không có chuyển vị ngang.

• GT 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 phản lực phần phụ lên phần chính.

• 6.5.5. PP THỰC TẾ TÍNH TOÁN KHUNG NCN 1

TẦNG 1 NHỊP – Khung đƣợc giải lần lƣợt với mỗi loại T.trọng riêng rẻ (đã xét

ở phần 6.5.3)

– Dùng PP chuyển vị, hoặc các CT tính sẵn, các bảng tra số để xác định NL (tham khảo[5]). Có thể dùng các phần mềm chuyên dụng để giải NL; Khi tính cần giả thiết trƣớc tỉ lệ độ cứng của các bộ phận của cột và của cột với rƣờn ngang; – Từng TH Tải trọng phải vẽ 3 biểu đồ M,N,Q và ghi các giá trị tại các điểm đặc biệt (với cột tại TD đầu trên cột trên, đầu dƣới cột trên, đầu trên cột dƣới và chân cột; với dầm mái tại TD đầu xà Lk với cột, giữa xà và đỉnh xà)

– Qui ƣớc về biểu đồ M và phản lực : • M+ : làm căng thớ trong của khung • Phản lực dƣơng là có chiều hƣớng từ trong ra ngoài. Tức là đối với

cột trái , hƣớng từ phải sang trái.

6.6. CỘT NHÀ CÔNG NGHIỆP Cột có chiều cao tiết diện không đổi

Cột có chiều cao tiết diện thay đổi

Cột phân cách

 6.6.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CỘT BẬC

THANG:

a. Nguyên tắc :

• Xác định chiều dài tính toán của các đoạn cột : Lx ; Ly • Cột trên TD đặc đối xứng: chọn 1 cặp lực dọc và momen

bất lợi nhất (N,M) từ bảng THNL

• Cột TD rỗng và đặc không đối xứng chọn 2 cặp lực dọc và momen bất lợi nhất từ bảng THNL gồm cặp (N,M+) & (N,M-)

– Cột NCN chịu nén LT phẳng – TD cột làm từng phần, mỗi phần có TD không đổi – Các số liệu cần tính toán :

b. Các dạng tiết diện cột đặc:

c. Chọn và kiểm tra TD cột đặc chịu NLT

– Sơ bộ chọn TD: hình dáng TD và Diện tích TD

• Cuờng độ

• On định trong mặt phẳng cột

• On định ngoài mặt phẳng cột

– Kiểm tra lại tiết diện đã chọn

– Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng cột

d. Các dạng tiết diện cột rỗng

e. Chọn và kiểm tra TD cột rỗng chịu NLT

– Sơ bộ chọn tiết diện:

– Kiểm tra lại tiết diện đã chọn

• Xác định lực nén trong từng nhánh • Kiểm tra từng nhánh nhƣ cột chịu nén ĐT:

– Trong MP (x-x):

– Ngoài MP (y-y)

• Kiểm tra toàn cột nhƣ cột chịu nén LT (x-x)

f. Chọn và kiểm tra TD Thanh giằng xiên:

– TG đƣợc chọn trƣớc và cấu tạo bằng 1 thép góc – Công thức kiem tra : xi= ’1 + ’2 mf – Tính ưs ’1 trong TGX do lực nen doc N tac dung

lên cot :

– Tính Ưs ’2 trong TGX do Q gây ra :

– V1 qui ƣơc tác dụng trên 1 mặt rỗng của cột:

6.6.3: CÁC MẮT CẤU TẠO CỘT

a. Mắt đầu cột liên kết

cứng với dàn: – Gồm mắt trên và mắt

dƣới

– Bản mắt truyền NL vào

–

bản gối thông qua Đh. – Bản gối truyền vào má cột thông qua các dãy BL Trục dàn đồng qui ở mép ngoài của cột.

– Bản gối dƣới nhô ra

khỏi bản mắt 20mm và tì lên gối đỡ.

– Gối đỡ LK cột bằng các Đh cạnh chịu phản lực A.

vai – Liên kết 2 nhánh của cột

dƣới rỗng

– Liên kết 2 đoạn cột có TD khác nhau và làm chỗ tựa cho DCC

– Tăng độ cứng cho toàn

cột.

Cấu tạo dầm vai gồm : – Bản bụng thẳng đứng – Cánh trên: bản đậy và bản

sƣờn lót

– Cánh dƣới : là bản thép

nằm ngang lọt lòng giữa 2 nhánh cột dƣới.

• Mắt cột bậc thang: Dầm

• Mắt chân cột:

– Có 2 loại chân cột :

• Chân cột đặc • Chân cột rỗng

– Cấu tạo cần đảm bảo để tải trọng đƣợc truyền đều, cột làm việc đúng SĐT và thuận tiện cho việc thi công lắp dựng

– Chân cột thƣờng gồm : bản đế , dầm đế và sƣờn

đế.

– Dầm đế và các sƣờn phân phối đều TT từ thân cột ra bản đế, làm gối tựa cho bản đế chịu uốn bởi phản lực truyền từ móng lên, tăng độ cứng cho bản đế cũng nhƣ cho toàn cột.

– Bulông neo chỉ chịu kéo đƣợc tính với tổ hợp gây M

kéo lớn nhất (chủ yếu là lực gió)

6.7. KẾT CẤU DƢỚI CẦU CHẠY

• Cấu tạo tính toán các thành phần cơ bản dƣới

cầu chạy gồm có: – Dầm cầu chạy – Dầm hãm – Liên kết giữa dầm cầu chạy với cột – Ray cầu chạy – Liên kết ray với dầm cầu chạy – Gối chắn cầu chạy ở đầu hồi nhà chống tuột

Câu hỏi ôn tập chƣơng 6

1. Chế độ làm việc cầu trục nhà công nghiệp (NCN). Tại sao trong NCN luôn bố trí hai cầu trục chạy song song

2. Các bộ phận chính khung ngang NCN một tầng. Vẽ hình minh họa ? 3. Khái niệm về khe nhiệt độ. Các phƣơng án bố trí khe nhiệt độ trong NCN. Vẽ hình minh hoạ. 4. Các hình thức khung ngang của NCN một tầng một nhịp. Đặc điểm và phạm vi sử dụng của từng hình thức.

Vẽ hình minh hoạ

5. Xác định sơ bộ các kích thƣớc chính của khung ngang NCN một tầng một nhịp: KT đứng và KT ngang. Vẽ

hình minh hoạ.

6. Các bố trí khung ngang của NCN một tầng nhiều nhịp. Đặc điểm và phạm vi sử dụng của từng hình thức. Vẽ

hình minh hoạ.

7. Các loại hệ mái nhà NCN. Phạm vi sửng dụng của từng loại. Vẽ hình minh hoạ. 8. Các loại xà gồ sử dụng trong NCN. Đặc điểm cấu tạo, PVSD và cách tính toán của từng loại. Vẽ hình minh

hoạ.

9. Các loại hình dáng bên ngoài dàn vì kèo mái NCN. Ƣu nhƣợc điểm và PVSD của từng loại. Dàn đỡ kèo là

gì? Vẽ hình minh hoạ.

10. Nguyên tắc tính toán dàn mái NCN; Cấu tạo và tính toán cửa mái NCN. 11. Vai trò của hệ giằng (HG). Các loại HG và cách bố trí chúng trong NCN. Nêu tác dụng và cấu tạo của từng

loại. Hệ sƣờn tƣờng trong NCN?

12. Sơ đồ tính và đặc điểm tính toán khung ngang NCN một tầng có cầu trục. Vẽ hình minh hoạ? 13. Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang NCN một tầng có cầu trục. Gió động là gì ? khi nào tính gió

động?

14. Các giả thiết tính khung tĩnh nhà công nghiệp. PP thực tế tính khung NCN một tầng một nhịp? 15. Các loại hệ cột nhà công nghiệp. Phạm vi sử dụng của từng loại. 16. Các loại TD và cách tính toán cột đặc chịu nén lệch tâm. 17. Các loại TD và cách tính toán cột rỗng chịu nén lệch tâm. 18. Cấu tạo và NT tính toán các mắt LK dàn vào cột, mắt vai cột bậc thang và Chân cột.