Đồ án xây dựng dân dụng và công nghiệp (4)

THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG
I-

MẶT BẰNG KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CỦA
KHUNG NGANG
1. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng

Khung ngang gồm cột đặc, giàn mái hình cánh song song. Cột có tiết diện khơng đổi
liên kết ngàm với móng, liên kết khớp với dàn. Theo yêu cầu cấu tạo thoát nước, chọn giàn
mái có độ dốc với góc dốc α = 5,70 ( tương đương i = 10%).


a

b
Hình 1.1. Mặt cắt khung ngang


B

a
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Hình 1.2. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng

11

12

13

14


2. Kích thước theo phương đứng
- Chọn cốt nền nhà trùng với cốt 0,00 để tính các thơng số chiều cao
- Khoảng cách từ mặt đất đến mặt ray cầu trục: H1 = 8,5m
- Khoảng các từ mặt ray đến cánh dưới dàn: H2 = (K1 +100) +f.
Trong đó: K1 – Kích thước gabarit của cầu trục, tra catolo cầu trục ta có K1 = 1140mm
100mm – Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu.
f- khe hở phụ xét tới độ võng của dàn vì kèo, ta chọn
f = 200 mm ≥ [f] = L/400=30000/400= 75 mm.
→ H2 = 1140 + 100 + 200 = 1440 mm

- Chiều cao của xưởng, từ nền nhà tới đáy giàn:
H = H1 + H2 = 8500 + 1440 = 9940 mm
- Chiều cao đầu giàn, chọn là H3 = 1500mm
- Kích thước thực của cột trên từ vai cột tới đáy dàn vì kèo:
Ht = H2 +Hdct + Hr + H3
Trong đó: Hdct – chiều cao dầm cầu trục: Hdct = 650 mm
Hr - chiều cao ray và các lớp đệm, lấy sơ bộ là 120 mm
→ Ht = 1140 + 650 + 120 + 1500 = 3710 mm
- Kích thước thực của cột dưới tính từ mặt móng đến vai cột:
Hd = H1 – (Hdct +hr)+ H0 = 8500 – (650+120) + 0 = 7730 mm
Trong đó: H0 – chiều sâu chôn cột dưới cốt 0.00 , ta chọn : H0 = 0
- Tổng chiều dài cột là:
→ Hc = Hd + Ht = 7730 + 3710 = 11440 mm
3. Kích thước theo phương ngang
- Nhịp nhà (lấy bằng khoảng mép 2 cột ) là: L = 30m.
- Trục định vị trùng với mép ngoài cột.
- Nhịp của cầu trục ( khoảng cách giữa 2 tim ray) Lc:
Chọn nhịp cầu trục là: Lc = 28 m , khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Z min =
180 mm = 0,18 m.
- Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị là:
λ = 0,5.(30000 – 28000) = 1000 mm
a. Tiết diện cột


Kích thước tiết diện cột thường chọn sơ bộ theo các điều kiện sau:
- Chiều cao tiết diện: h = (1/20 ÷ 1/15)H, bề rộng b = (0,3÷ 0,5)h và b = (1/20 ÷ 1/30)H.
- Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện
chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm.
- Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28 ÷ 1/35)b.
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột, với chiều dài cột từ nền nhà tới đáy giàn H = 11,44m:

+ Chiều cao tiết diện: h = (1/20 ÷ 1/15)x11,44 =(57,2÷ 76,3)cm → Chọn h = 70 cm
+ Bề rộng tiết diện cột: b= (0,3÷ 0,5)x70 = (21÷ 35)cm → Chọn b = 25 cm
+ Chiều dày bản bụng: tw = (1/70 ÷ 1/100)x 70 = (0, 7 ÷ 1, 0)cm → Chọn tw = 1,0 cm
+ Chiều dày bản cánh: tf = (1/28 ÷ 1/35)x 25 = (0, 71 ÷ 0,89)cm → Chọn tf = 1,2 cm
+ Để đảm bảo cầu trục chuyển động không va chạm vào cột thì:
λ = 1000 mm ≥ Zmin + (ht – a)
Trong đó: Zmin – là phần đầu của cầu trục bên ngoài. Tra theo catalo cầu trục Zmin = 180mm.
a – Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột biên, a = 0
ht – chiều cao tiết diện cột trên, sơ bộ chọn ht = 700 mm
→ λ = 1000 mm ≥ Zmin + (ht – a) = 180 + (700 – 0) = 880 mm
→ thỏa mãn khoảng cách an tồn

Hình 1.3. Tiết diện cột

b. Tiết diện vai cột
Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực
đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm, dàn hãm
và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép
cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai:
+ Chiều cao tiết diện vai cột:

h = 45 cm

+ Bề rộng tiết diện vai cột:

b = 25 cm


+ Chiều dày bản bụng vai cột:

tw = 0,8 cm

+ Chiều dày bản cánh vai cột:

tf = 1,0 cm

4. Kích thước chính của dầm mái và kết cấu cửa mái
a. Sơ đồ giàn mái
- Dàn mái dạng hình thang, liên kết cứng với cột có chiều cao đầu dàn h 0 = 1,5m, độ dốc
thanh cánh trên i = 1/10
→ Chiều cao giữa dàn: h = 1,5 + 0,1.(30-0,7x2)/2 = 2,93 m
- Giàn có khoảng cách giữa các nút dàn trên 1,43m; khoảng cách giữa các nút dàn dưới
2,86m.
- Kết cấu cửa trời có nhịp Lct = 2,86 m chiều cao Hct = 1,5 m (gồm bậu cửa phía dưới
0,25m lớp cửa kính cao 1m và bậu cửa phía trên 0,25m).


Hình 1.4. Sơ đồ khung ngang


BẢNG CHỌN TIẾT DIỆN THANH GIÀN
Loại
thanh

Thanh
cánh
trên

Thanh
đứng

Thanh
xiên

Thanh
cánh
dưới

Kí
hiệu
thanh
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T10
Đ1
Đ2
Đ3
Đ4
Đ5
X1
X2
X3
X4

X5
X6
X7
X8
X9
X10
D1
D2
D3
D4
D5

Nội lực tính tốn
Nk (kN)
129,117
73,789
74,174
56,297
56,682
68,551
69,150
85,407
86,006
85,871
4,107
4,107
4,107
4,107
33,077
44,981

68,174
36,702
52,225
28,422
36,903
23,393
21,761
26,793
20,623
96,253
79,247
80,855
116,222
138,185

Nn (kN)
-124,663
-97,963
-97,655
-98,733
-98,733
-143,576
-143,576
-166,095
-166,095
-167,041
-5,538
-5,538
-5,538
-5,538

-17,254
-83,678
-36,386
-65,695
-28,893
-48,601
-21,399
-31,671
-20,079
-24,051
-25,078
-131,216
-98,947
-79,208
-68,638
-66,740

Chọn thanh giàn
Tiết diện
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L75x50x6
2L50x50x5

2L50x50x5
2L50x50x5
2L50x50x5
2L50x50x5
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L60x50x6
2L120x80x8
2L120x80x8
2L120x80x8
2L120x80x8
2L120x80x8

Diện tích (cm2)
14,38
14,38
14,38
14,38
14,38
14,38
14,38
14,38
14,38

14,38
9,60
9,60
9,60
9,60
9,60
12,56
12,56
12,56
12,56
12,56
12,56
12,56
12,56
12,56
12,56
31,00
31,00
31,00
31,00
31,00

Chiều dày
bản mã
(cm)
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00

1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00


5. Sơ đồ tính tốn khung ngang

H=1

1,44
m

EIc

EI td

L=29,3m

A

B
Hình 1.5. Sơ đồ tính

Nhịp tính tốn của L t của khung tuỳ thuộc vào cách đặt trục định vị sẽ tính được khoảng
cách hai trọng tâm cột, ta có: Lt = L + 2a – ht = 30 + 0 - 0,7 = 29,3 m

II-

HỆ GIẰNG

*) Hệ giằng:
Hệ giằng là bộ phận rất quan trọng của kết cấu nhà, chúng có các tác dụng:
- Bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng không gian cho nhà;
- Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vng góc với mặt phẳng khung
như gió thổi lên tường đầu hồi;
- Bảo đảm ổn định cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu : thanh giàn, cột,...
- Tạo điều kiện thuận lợi, an tồn cho việc dựng lắp, thi cơng.
Hệ giằng bao gồm hai nhóm: Hệ giằng mái và hệ giằng cột
a,Hệ giằng mái:

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi từ cách dưới dàn trở lên.
Chúng bao gồm: hệ giằng cánh trên, hệ giằng cánh dưới và hệ giằng đứng.
• Hệ giăng cánh trên:
Giằng gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc (đặt trong mặt phẳng
cánh trên của dàn). Tác dụng chính của chúng là đảm bảo ổn định cho thanh cánh trên chịu
nén của dàn. Các thanh giằng chữ thập nên bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ, khi khối nhiệt độ
quá dài thì bố trí thêm ở khoang giữa khối sao cho khoảng cách hai hệ giằng không quá


50~60 mét. Thanh giằng chéo làm từ một thép góc hoặc thanh thép tròn, tiết diện thường
lấy theo độ mảnh cho phép. Các dàn còn lại được liên kết vào khối cứng bằng xà gồ.
Thanh chống dọc nhà dùng để cố định những nút quan trọng của dàn như : nút đỉnh
nóc, nút đầu dàn, nút chân cửa trời. Những thanh chống dọc này còn cần thiết để bảo đảm
cho độ mảnh của thanh cánh trên trong quá trình dựng lắp khơng vượt q 220 nên phải
làm bằng thép góc.
• Hệ giăng cánh dưới :
Hệ giằng cánh dưới cũng gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc (đặt
trong mặt phẳng cánh dưới của dàn). Chúng được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên,
nghĩa là ở hai đầu khối nhiệt độ và ở khoang giữa nhà. Nó cùng với giằng cánh trên tạo
nên các khối cứng khơng gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm
gối tựa cho cột sườn tường, chịu tải gió thổi lên tường hồi, cịn gọi là dàn gió. Tiết diện
các thanh giằng cánh dưới cũng được chọn tương tự như thanh giằng cánh trên. Trong nhà
công nghiệp khơng có cầu trục khơng cần bố trí hệ giằng cánh dưới theo phương dọc nhà.
•

Hệ giằng đứng:

Hệ giằng đứng đặt trong mặt phẳng các thanh đứng của dàn, có tác dụng cùng với các
hệ giằng cánh trên, hệ giằng cánh dưới tạo nên khối cứng bất biến hình; giữ vị trí thẳng
đứng và cố định cho dàn khi lắp dựng.

Hệ giằng thường được bố trí cách nhau 12m~15m theo phương ngang nhà. Theo
phương dọc nhà, chúng được đặt tại những gian có hệ giằng cánh trên và giằng cánh dưới.
b, Hệ giằng cột:
Hệ giằng cột bảo đảm sự bất biến hình và độ cứng của tồn nhà theo phương dọc,
chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Hệ giằng cột gồm hai
thanh chéo và thanh chống ngang, khi chiều cao cột lớn hơn 9m sẽ làm hai lớp giằng chéo.
Khi bước cột lớn, để giảm độ mảnh của thanh giằng, hệ giằng cột được làm ở dạng
cổng. Thanh giằng chéo phía dưới liên kết với cột ở vị trí chân cột, đôi khi để tiện cho
việc bảo quản, người ta liên kết tại mặt nền nhà. Theo tiết diện cột, giằng cột khung nhà
cơng nghiệp khơng có cầu trục được đặt tại vị trí giữa tiết diện.
Một hệ gồm có hai cột, hệ giằng cánh trên , cánh dưới, giằng đứng dàn và các thanh
giằng cột tạo thành một khối cứng. Trong một khối nhiệt độ, cần có tí nhất một khối cứng
để các cột khác tựa vào khối cứng đó bằng các thanh chống dọc.
Khối cứng phải đặt vào khoang giữa chiều dài của khối nhiệt độ để không cản trở
biến dạng do nhiệt của các kết cấu dọc nhà. Khi khối nhiệt độ quá dài, một khối cứng
không đủ để giữ ổn định cho tồn bộ các khung thì dùng hai khối cứng sao cho, khoảng


cách từ đầu hổi đến trục tâm cứng không quá 75m và khoảng cách giữa trục hai khối cứng
không quá 50m.
Trong hệ khung nhà cơng nghiệp khơng có cầu trục, có thể cho phép bố trí hệ giằng
cột ở hai đầu hổi để truyền tải trọng gió đầu hổi một cách nhanh chóng. Khi này thanh giằng
chéo làm từ thanh thép trịn đường kính 20~25mm, Các thanh này tương đối mảnh nên không
gây ứng suất nhiệt độ đáng kể, các xà gồ liên kết với khung bằng các lỗ hình ơ van để có thể
biến hình dạng tự do khi dãn nở.


B

a

1

2

3

5

4

6

7

8

9

10

11

12

13

14

10

11

12

13

14

11

12

13

14

Hình 1.6. Sơ đồ hệ giằng cánh trên
B

a
1

3

2

5

4

6

7

8

9

Hình 1.7. Sơ đồ hệ giằng cánh dưới

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Hình 1.8. Sơ đồ hệ giằng đứng

10


1

2

3

4

5

6

7

8

9

Hình 1.9. Sơ đồ hệ giằng cột

10

11

12

13

14


III- XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
1. Tải trọng thường xuyên
a) Tĩnh tải mái
- Tải trọng do mái tôn, xà gồ: g 1c = 15 daN/m2 = 0,15 kN/m2 mặt bằng mái (phân bố theo độ
dốc mái).
- Tải trọng do giằng mái, giằng xà gồ: g2c = 2 daN/m2= 0,02 kN/m2
- Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1,1
Bảng 1. Tĩnh tải mái

Tải
Hệ
Tổng
trọng
số
STT
Loại tải
tải
tiêu vượt
trọng
chuẩn tải
(kN/m2)
(kN/m2)
1
Tôn lợp mái và xà gồ thép hình
0,15
1,1 0,165

2
Giằng mái, giằng xà gồ
0,02
1,1 0,022
3
Tổng tải trọng phân bố trên mặt bằng mái
0,187
- Tải trọng thường xuyên tại nút giàn quy ra mặt bằng ngang:
g = ( gm/cosα ) = (0,187/cos5,70 ) ≈ 0,188 kN/m2 mặt bằng

- Theo sơ đồ cấu tạo giàn với khoảng cách các nút cánh trên được chia đều 1,43m; nút đầu
giàn cách mép ngồi cột 0,7m; nên ta có tải trọng thường xun tập trung tại các nút giàn:
G1 = g.B.(hc+d/2) = 0,188 x 6,5 x (0,7+1,43/2) = 1,729 kN
G2 = ... = G9 = g.B.d = 0,188 x 6,5 x 1,43 = 1,747 kN
G10 = g.B.d/2 = 0,188 x 6,5 x 1,43/2 =0, 874 kN
- Theo sơ đồ cấu tạo cửa trời với khoảng cách các nút cánh trên được chia đều 1,43m; nút đầu
giàn bao gồm cả đoạn mút loe ra 0,5m; nên ta có tải trọng thường xuyên tập trung tại các nút
cửa trời:
G11 = g.B.(0,5+d/2) = 0,188 x 6,5 x (0,5+1,43/2) = 1,485 kN
G12 = g.B.d = 0,188 x 6,5 x 1,43 = 1,747 kN
b) Tĩnh tải kết cấu bao che
- Tải trọng thường xuyên truyền lên cột:
q = ( gm.B ) = (0,187x6,5 ) = 1,216 kN/m

c) Trọng lượng dầm cầu trục
- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục:


G0dct = α dct .L2dct = 0,3 x 6,52 = 12,675 kN
- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm:

Gdh = 5 kN (lấy theo kinh nghiệm)
- Tổng tải trọng của dầm cầu trục:
Gdct = 12,675 + 5 = 17,675 kN


Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung (ĐVT: kN; kN/m)


2. Hoạt tải sửa chữa mái
- Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1,3
- Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tơn khơng sử dụng ta có
giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m2 =0,3 kN/m2 mặt bằng
Bảng 2. Hoạt tải mái

STT

1
2

Tải
Hệ
Tổng
trọng
số
Loại tải
tải
tiêu vượt
trọng
chuẩn tải
(kN/m2)

(kN/m2)
0,39
Hoạt tải sửa chữa mái
0,30
1,2
Tổng tải trọng phân bố trên mặt bằng mái
0,39

–Tương tự như tải trọng thường xuyên, hoạt tải sửa chữa mái tập trung tại các nút giàn:
P1 = p.B.(hc+d1/2) = 0,39x6,5x(0,7+1,43/2) = 3,587 kN
P2 = P3 =....= P8 = P9 = p.B.d = 0,39x6,5x1,43= 3,625 kN
P10 = p.B.d/2 = 0,39x6,5x1,43/2= 1,813 kN
P11 = p.B.(0,5+d/2) = 0,39x6,5x(0,5+1,43/2)= 3,08 kN
P12 = p.B.d/2 = 0,39x6,5x1,43/2= 1,813 kN


Sơ đồ hoạt tải sửa chữa tác dụng lên toàn mái (ĐVT: kN)


Sơ đồ hoạt tải sửa chữa tác dụng lên nửa mái trái (ĐVT: kN)


Sơ đồ hoạt tải sửa chữa tác dụng lên nửa mái phải (ĐVT: kN)


3. Hoạt tải cầu trục
a, Áp lực đứng:
- Thông số cầu trục: Cầu trục loại hai dầm ZLK chế độ làm việc trung bình; Sức trục: Q =
16tấn; Nhịp cầu trục: S = 28m
Bảng 3. Thông số cầu trục

Tải
trọng
, loại
CT
(T)

Áp lực bánh xe (kN)

16

S
A1
K1/K3
(m) (mm) (mm)

C1/C3
(mm)

28

-10,00

900

1140

L1
L2
Zmin
(mm) (mm) (mm)

790

790

180

Hmax
(mm)

R
LK
(mm) (mm)

1000
0

4200

2515

Rmax

Rmin

119

37,9

Tra trong catalo cầu trục có:
+ Bề rộng cầu trục: Bct =2LK = 2x2515 = 5030 mm

+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 4200 mm
c
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pmax
= 119 kN
c
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pmin = 37,9 kN

- Áp lực đứng lên vai cột:
D max = n.n c .Pmax .∑ yi ; D min = n.n c .Pmin .∑ yi

Trong đó:
n = 1,1- Hệ số độ tin cậy;
nc = 0,85 Hệ số tổ hợp; khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình.
Σyi – Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ ở gối
bằng 1.


Đường ảnh hưởng phản lực gối
Bảng 4. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

STT
1
2

Loại tải
Dmax
Dmin

Pc (kN)
119

37,9

Σyi
2,452
2,452

n
1,1
1,1

nc
0,85
0,85

Tổng (kN)
272,822
86,89


Sơ đồ hoạt tải áp lực cầu trục max bên trái (ĐVT: kN)


Sơ đồ hoạt tải áp lực cầu trục max bên phải (ĐVT: kN)


b, Áp lực ngang( lực hãm ngang):
Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển
động: tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn T1c , các lực này cũng di
động như lực thắng đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột. Cách tính giá trị T
cũng xếp bánh xe trên đ.a.h. Lực T truyền lên cột qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên kết dầm

cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục (hoặc mặt dầm hãm), có thể
hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột.
T1c =

0, 05.(Q + G xecon ) 0, 05 × (16 × 9,81 + 12, 763)
=
≈ 4, 24kN ;
no
2

trong đó: Gxecon – trọng lượng xe con. Gxecon = 1,301 T = 1,301 x 9,81 ≈ 12,763 kN
T = n.n c. .T1c .∑ yi
Bảng 5. Lực hãm ngang

STT
1

Loại tải
T

Τc1 (kN)
4,24

Σyi
2,452

n
1,1

nc

0,85

Tổng (kN)
9,721