Đồ án xây dựng dân dụng và công nghiệp (3)

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%).
Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thơng gió, sơ bộ chọn chiều cao
cửa mái là 1,5 m và chiều rộng cửa mái là 3m.

a

b

Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang


b

a

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Hình 1.2. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng

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 = 9,5m
- 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 = 870mm
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 = 300 mm ≥ [f] = L/400=28000/400= 70 mm.
→ H2 = 870 + 100 + 300 = 1270 mm

- Chiều cao của xưởng, từ nền nhà tới đáy giàn:
H = H1 + H2 = 9500 + 1270 = 10770 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 = 600 mm
Hr - chiều cao ray và các lớp đệm, lấy sơ bộ là 120 mm
→ Ht = 1270 + 600 + 120 + 1500 = 3490 mm
- Kích thước thực của cột dưới tính từ mặt móng đến vai cột:
Hd = H1 – (Hdct +hr)+ H0 = 9500 – (600+120) + 0 = 8780 mm
Trong đó: H0 – chiều sâu chơn cột dưới cốt 0.00 , ta chọn : H0 = 0
2

14


- Tổng chiều dài cột là:
→ Hc = Hd + Ht = 8780 + 3490 = 12270 mm
3. Kích thước theo phương ngang
- Nhịp nhà (lấy bằng khoảng mép 2 cột ) là: L = 28m.
- 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 = 26 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.(28000 – 26000) = 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 = (1/10 ÷ 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 = 10,77m:
+ Chiều cao tiết diện: h = (1/10 ÷ 1/15)x10,777 = (71,8 ÷ 107, 7)cm → Chọn h = 80 cm
+ Bề rộng tiết diện cột: b= (0,3÷ 0,5)x 80 = (24÷ 40)cm → Chọn b = 30 cm
+ Chiều dày bản bụng: tw = (1/70 ÷ 1/100)x 40 = (0, 75 ÷ 1, 07)cm → Chọn tw = 1,0 cm
+ Chiều dày bản cánh: tf = (1/28 ÷ 1/35)x 30 = (0,86 ÷ 1, 07)cm → Chọn tf = 1,2 cm
+ Để đảm bảo cầu trục chuyển động khơng 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 = 800 mm
→ λ = 1000 mm ≥ Zmin + (ht – a) = 180 + (800 – 0) = 980 mm
→ thỏa mãn khoảng cách an toàn


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 = 50 cm

+ Bề rộng tiết diện vai cột:

b = 30 cm

+ Chiều dày bản bụng vai cột:

tw = 1,0 cm

+ Chiều dày bản cánh vai cột:

tf = 1,2 cm

4. Kích thước chính của dầm mái và kết cấu cửa 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.(28-0,8x2)/2 = 2,82 m
- Dàn có khoảng cách giữa các nút dàn trên 1,5m; khoảng cách giữa các nút dàn dưới 3m.
- Kết cấu cửa trời có nhịp Lct = 3 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 1.3. Sơ đồ giàn mái

4


Hình 1.4. Sơ đồ cửa mái

5. Sơ đồ tính tốn khung ngang

H

EI c

EI td

Lt

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 = 28 + 0 - 0,8 = 27,2 m
Tại hai đầu nhà, để có chỗ đặt cột sườn tường, thường bố trí khung đầu hồi lùi vào 500mm
so với trục định vị.

cét t h?p

Hình 1.6. Trục định vị ngang nhà

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 toàn cho việc dựng lắp, thi công.

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 trịn, 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 q 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 không 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
cơng 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.

6


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, đơi 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 công 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

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

11

12

13

14

11

12

13

14

12

13

14

hệ g iằng c á nh t r ê n (t l :1/500)
b

a
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

hƯ g i»ng c ¸ nh d í i (t l :1/500)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

hệ g iằng đứ ng g iữa m¸ i (t l :1/500)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

hƯ g i»ng c é t (t l :1/500)

8

11


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: g1c = 20 daN/m2 mặt bằng mái
- Tải trọng do giằng mái, giằng xà gồ: g2c = 2 daN/m2
- Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1,1
Bảng 1. Tĩnh tải mái

Tải
trọng
STT
Loại tải
tiêu
chuẩn
(daN/m2)
1
Tơn lợp mái và xà gồ thép hình
20
2
Giằng mái, giằng xà gồ
2
3
Tổng tải trọng phân bố trên mặt bằng mái
- Tải trọng thường xuyên tại nút giàn quy ra mặt bằng ngang:

Hệ
số
vượt
tải

Tổng
tải
trọng
(daN/m2)

1,1
1,1

22
2,2

24,2

g = ( gm/cosα ) = (24,2/cos5,70 ) = 24,32 daN/m2 mặt bằng

- Theo sơ đồ cấu tạo giàn với khoảng cách các nút cánh trên được chia đều 1,5m nên ta có tải
trọng thường xuyên tập trung tại nút giàn:
G1 = g.B.d1/2 = 24,32 x 6 x 1,25/2 = 91,2 daN
G2 = g.B.( d1+d2)/2 = 24,32 x 6 x (1,25+1,5)/2 = 200,6 daN
G3 = ... = G10 = g.B.d = 24,32 x 6 x 1,5 = 218,9 daN
b) Tĩnh tải kết cấu bao che
- Tải trọng thường xuyên truyền lên cột:
q = ( gm.B ) = (24,2.6 ) = 145,2 daN/m

c) Trọng lượng dầm cầu trục
- Tải trọng bản thân của dầm cầu trục:
2
Gdct = α dct .L dct = 30 . 62 = 1080 daN

- Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm:
Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm)
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 mặt bằng
–Tương tự như tải trọng thường xuyên, hoạt tải sửa chữa mái tập trung tại nút dàn:
P1 = p.B.d1/2 = 39x6x1,25/2 = 146,3 daN
P2 = p.B.(d1+d2)/2 = 39x6x(1,25+1,5)/2 = 321,8 daN
P3 = P4 =....= P9 = P10 = p.B.d = 39x6x1,5= 351 daN
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 =
6,3tấn; Nhịp cầu trục: S = 26m
Tra trong catalo cầu trục có:
+ Bề rộng cầu trục: Bct =2LK = 2x2250 = 4500 mm
+ Khoảng cách hai bánh xe: R = 3800 mm
c
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pmax
= 5870 daN
c
+ Áp lực đứng tiêu chuẩn tại mỗi bánh xe: Pmin = 2630 daN

- 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

10


Bảng 2. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột

STT
1
2

Σyi
2,5
2,5

Loại tải
Dmax
Dmin

n
1,1

1,1

nc
0,85
0,85

Tổng (daN)
13721,1
6147,6

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 )
;
no

trong đó: Gxecon – trọng lượng xe con.
T = n.n c. .T1c .∑ yi
Bảng 3. Lực hãm ngang

STT
1

Loại tải
T

Σyi
2,5

n
1,1

nc
0,85

Tổng (daN)
414,9

4. Tải trọng gió
Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995.
q = n . W0 . k . C . B (daN/m)
Trong đó:

q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung.
W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IIIB có W0 = 125daN/m2 (địa hình A.)
n = 1,2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió.
k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao
C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu.
B: là bước khung.

a, Trường hợp gió thổi ngang nhà:

Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió
a) gió ngang nhà; b) gió dọc nhà

Hm3

- Xác định hệ số khí động Ce:

c e2

Hm1 Hm2

c e1
c e = +0,7

c e = -0,6

c e4

Hc

c e5

c e = +0,8

c e3

L+ h

Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà

Kích thước chính của sơ đồ:
+ Nhịp:

Lt + h = 28m

+ Chiều cao: Hc = 12,27 m
hm1 = 1,25 m
hm2 = 1,35 m
hm3 = 0,15 m
Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 được giá trị Ce
Ce1 = - 0,544 Ce2 = -0,401 Ce3 = -0,4

Ce4 = -0,469

- Xác định hệ số k:

12


Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao cơng trình. Cơng trình ở khu vực
thuộc dạng địa hình A. Chiều cao cột 12,27 m lấy gần đúng hệ số k =1,207 đối với giá trị tải
trọng gió phân bố trên thân cột, k = 1,215 (ứng với độ cao trung bình mái Hm= 12,895m) đối
với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái, k = 1,23 (ứng với độ cao trung bình cột cửa trời
Hct= 14,195m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái cửa trời và k = 1,239 (ứng với độ
cao trung bình mái cửa trời Hct= 14,945m) đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên mái cửa
trời.
Bảng 2.3. Tải trọng tính tốn gió theo phương ngang nhà
Hệ
Tải tiêu
Bước Tổng tải

Cao độ
Hệ số
số
STT
Loại tải
chuẩn
Hệ số C
khung
trọng
Z (m)
k
vượt
(daN/m2)
(m) (daN/m)
tải
1
Cột đón gió
12,27
125
1,207
0,8
1,2
6
869,0
2 Mái đón gió
12,895
125
1,215
-0,469
1,2

6
-512,9
3 Cột cửa trời đón gió 14,195
125
1,230
0,7
1,2
6
774,9
Mái cửa trời đón
4
14,945
125
1,239
-0,545
1,2
6
-607,7
gió
5 Mái cửa trời hút gió 14,945
125
1,239
-0,401
1,2
6
-447,2
6 Cột cửa trời hút gió 14,195
125
1,230
-0,6

1,2
6
-664,2
7 Mái hút gió
12,895
125
1,215
-0,5
1,2
6
-546,8
8 Cột hút gió
12,27
125
1,207
-0,4
1,2
6
-434,5

* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngồi khung.
Tải trọng gió tác dụng trên dàn vì kèo là các tải trọng tập trung W i đặt ở nút dàn theo
phương vng góc với mặt mái:
- Phía mái đón gió:
W1 = qm.(d1/cos α)/2 = -512,9.( 1,25/cos5,7o)/2 = -322,2 daN
W2 = qm.0,5.(d1+d2)/cos α = 0,5.(-512,9).(1,25+1,5)/cos5,7o = -708,7 daN
W3 =... = W8 = q. (d/cos α) = -512,9.1,5/cos5,7o = -773,2 daN
W9 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-512,9).1,5/cos5,7o = -386,6 daN
- Phía mái cửa trời đón gió:
W9 =W10 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-607,7).1,5/cos5,7o = -458,0 daN

- Phía cột cửa trời đón gió:
W11 =W12 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(774,9).1,5/cos5,7o = 584,1 daN
- Phía mái hút gió:
W’1 = qm.(d1/cos α)/2 = -546,8.( 1,25/cos5,7o)/2 = -343,5 daN
W’2 = qm.0,5.(d1+d2)/cos α = -546,8.0,5.(1,25+1,5)/cos5,7o = -755,6 daN


W’3 =... = W’8 = q. (d/cos α) = -546,8.1,5/cos5,7o = -824,3 daN
W’9 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-546,8).1,5/cos5,7o = -412,1 daN
- Phía mái cửa trời hút gió:
W9 =W10 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-447,2).1,5/cos5,7o = -337,1 daN
- Phía cột cửa trời hút gió:
W11 =W12 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-664,2).1,5/cos5,7o = -500,6 daN
b, Trường hợp gió thổi dọc nhà:
- Xác định hệ số khí động Ce:
Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là
giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/ΣB. Cơng trình có

c e = -0,7

ce = -0,7

c e = -0,4
c e = -0,7

ce = -0,4
c e = -0,7

Hc

Hm1 Hm2

Hm3

L/ΣB<1 và H/ΣB<0,5 nên Ce3 =-0,4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột.

c e = -0,4

c e = -0,4

L+ h

Hình 4. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà

Bảng 2.4. Tải trọng tính tốn gió theo phương dọc nhà
Tải tiêu
Hệ số Bước Tổng tải
Cao độ Z
Hệ số
STT
Loại tải
chuẩn
Hệ số C vượt khung trọng
(m)
k
(daN/m2)
tải
(m) (daN/m)
1 Cột đón gió
12,27

125
1,207 -0,400 1,2
6
-434,5
2 Mái đón gió
12,895
125
1,215 -0,700 1,2
6
-765,5
3 Cột cửa trời đón gió 14,195
125
1,230 -0,400 1,2
6
-442,8
4 Mái cửa trời đón gió 14,945
125
1,239 -0,700 1,2
6
-780,6
* Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngồi khung.
Với cấu tạo mái nhẹ ( mái lợp tôn) không thể bỏ qua tải trọng gió khi mái chịu gió
bốc.
Do bài toán được dùng để xác định nội lực dàn áp lực gió được lấy lớn nhất theo trường
hợp gió thổi dọc nhà, khi đó trên 2 mặt mái đều được lấy: q mgió = -765,5 (daN/m ) , áp lực
gió lên cửa mái được lấy qct gió = -780,6 (daN/m)
14


Tải trọng gió tác dụng trên dàn vì kèo là các tải trọng tập trung W i đặt ở nút dàn theo

phương vng góc với mặt mái:
W1 = qm.(d1/cos α)/2 = -765,5.( 1,25/cos5,7o)/2 = -480,8 daN
W2 = qm.0,5.(d1+d2)/cos α = -765,5.0,5.(1,25+1,5)/cos5,7o = -1057,8 daN
W3 =... = W8 = q. (d/cos α) = -765,5.1,5/cos5,7o = -1154 daN
W9 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-765,5).1,5/cos5,7o = -577 daN
- Tải trọng gió trên mái cửa trời:
W9 =W10 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-780,6).1,5/cos5,7o = -588,4 daN
- Tải trọng gió trên cột cửa trời:
W11 =W12 = 0,5.q.(d/cos α) = 0,5.(-442,8).1,5/cos5,7o = -333,8 daN
V- THIẾT KẾ XÀ GỒ:
1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng
- Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện U. Sơ đồ giằng xà gồ:

y
qx= qsina

x

x
a
q y= qcosa

y

l
2

l
2

khung zamil

xà go

l

qx.l2
32

giang
d=18 : 22

qy.l2
8

Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ


- Chọn xà gồ loại: U12 có đặc trưng hình học tiết diện
Loại

hxg

bxg

Ix

Iy

Wx

Wy

G

tiết diện
C12

(mm)

(mm)

(cm4)

(cm4)

(cm3)

(cm3)

(daN/m)

120

52

304,0

31,2

50,6

8,52

10,4

a, Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân xà gồ:
q = (p c .n p +

g cm .n
).d + g cxago .n g
cosα

( Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái
được chia cho hệ số cosα)
c
Trong đó: g m _ trọng lượng mái tơn;

pc _ hoạt tải sửa chữa mái;
d_ khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang, d = 1,5m;
g cxago _ trọng lượng bản thân xà gồ;

ng; np_hệ số độ tin cậy, ng = 1,1 và np = 1,3
- Tải trọng tính toán:

q = (30.1,3 +

- Tải trọng tiêu chuẩn:

q c = (30 +

6.1,1
).1,5 + 10, 4.1,1 = 83, 21 daN/m
cos 5, 7

6
).1,5 + 10, 4 = 67, 46 daN/m
cos 5, 7

- Tải trọng tính tốn theo phương x và phương y:
qx= q. sinα ⇒ qx= 83,21. Sin5,70 = 8,28 daN/m
qy= q. cosα ⇒ qy= 83,21. Cos5,70 = 82,79 daN/m
- Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y:
q cx = qc. sinα ⇒ q cx = 67,46. Sin5,70 = 6,71 daN/m
q cy = qc. cosα ⇒ q cy = 67,46 Cos5,70 = 67,13 daN/m

- Sử dụng một thanh giằng φ18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ. Mơmen lớn nhất theo hai
phương:
Mx =

q y .B2
8

=

q .B2 8, 28.62
82, 79.62
=
= 9,31daN.m
= 372,57 daN.m ; M y = x

32
8
8

* Kiểm tra bền theo công thức:

16


Mx My
+
≤ f .γc
Wx Wy

σ = σx+ σy =

372,57.102 9,31.10 2
+
= 845, 62daN / cm 2 ≤ 2100 daN / cm 2
σ=
(Thỏa mãn)
50, 6
8,52

* Kiểm tra độ võng:
2

2
Δ
 Δx   Δy 

Δ 
= 
÷ + ÷ ≤  
B
B
 B  B

Trong đó:
Δ y 5.q cy .B3
Δ x 5.q cx .B3
=
=
và
là độ võng tương đối theo phương x và phương y do
B 384.E.I y
B 384.E.I x
1
Δ
c
qcx và q y gây ra;   =
là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn.
 B  200

Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của
xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó ∆x = 0, chỉ có ∆y lớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ một
Δx
q cx .B3
=
khoảng z = 0,421.B/2 = 0,21B = 1,26m (tại đây có ∆x lớn nhất):
và độ võng

B 2954.E.I y

∆y bằng:

Δy
B

=

3,1.q cy .B3
384.E.I x

- Độ võng tại giữa nhịp:
Δy
B

=

5.q cy .B3
384.E.I x

=

5.0, 6713.6003
1
1
=
<
6
384.2,1.10 .304, 0 338 200

(Thỏa mãn)

- Độ võng tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0,21B=1,26m:
Δx
q cx .B3
0, 0671.6003
=
=
= 7, 49.10−5 ;
B 2954.E.I y 2954.2,1.106.31, 2
Δy
B

=

3,1.q cy .B3
384.E.I x

=

3,1.0, 6713.6003
1
=
6
384.2,1.10 .304, 0 545

Δ
1 2
1

1
= (7, 49.10−5 ) 2 + (
) =
≤
B
545
545 200

a, Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ:
- Tải trọng gió tính tốn:

(Thỏa mãn)


q gió = Ce .Wo .k.n.

d
− 0,9. ( g cm .d + g cxago ) .cosα
cosα

q gió = 0, 7.125.1, 239.1, 2.

1,5
− 0,9. ( 8, 28.1,5 + 10, 4 ) .cos 5, 7 0 = 175, 08daN / m
cos 5, 7 0

- Tải trọng gió tiêu chuẩn:
q cgió = 0, 7.125.1, 239.

1,5

− 0,9. ( 8, 28.1,5 + 10, 4 ) .cos 5, 7 0 = 142,56daN / m
0
cos 5, 7

* Kiểm tra bền theo cơng thức:
M gió =
σ=

175, 08 * 62
= 787,9 daNm ;
8

787,9 × 102
= 1583,5 daN/cm2 < 2100 daN/cm2
50, 6

(Thỏa mãn)

* Kiểm tra độ võng:
Δy
B

=

3,1.q cy .B3
384.E.I x

=

3,1.1, 4256.6003

1
1
=
<
6
384.2,1.10 .304, 0 257 200

(Thỏa mãn)

Kết luận: dùng xà gồ C12, vít bắt tơn: 6~8 chiếc /m2.
2. Thiết kế xà gồ dùng thép dập nguội
Từ giá trị tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) qgió = 142,56 daN/m , nhịp 6000mm và
theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng S200 , chọn số hiệu xà gồ C20015.
4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực

18


4.3 Kiểm tra chuyển vị khung

Sơ đồ phần tử nút khung
- Đối với khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng ta xét đến chuyển vị đứng của giàn tại nút
giữa giàn – nút 35 (do Tĩnh tải và Hoạt tải toàn mái) và chuyển vị ngang của cột tại vai cột –
nút 3 (do Tĩnh tải, Áp lực đứng cầu trục, Lực hãm ngang cầu trục và Gió ngang).
Bảng kết quả chuyển vị tại các nút đang xét
TABLE: Joint Displacements
Joint
OutputCase
Text
Text

3
TT
3
HT MAI TRAI
3
HT MAI PHAI
3
HT TOAN MAI
3
DMAXT
3
DMAXP
3
TMAXT
3
TMAXP
3
GIO TRAI
3
GIO PHAI
3
GIO DOC

CaseType
Text
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic

LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic

U1
m
-0,00134
-0,00066
-0,00105
-0,00171
0,002244
-0,00291
-0,00125
0,001034
0,03723
-0,02783
0,003747

U2
m
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0

U3
m
-0,00018
-6,8E-05
-2,3E-05
-9,1E-05
-0,0004
-0,00018
-1,1E-06
1,07E-06
0,00024
0,000171
0,000298


35
35
35
35
35
35
35
35
35
35

TT
HT MAI TRAI
HT MAI PHAI
HT TOAN MAI
DMAXT
DMAXP
TMAXT
TMAXP
GIO TRAI
GIO PHAI

LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic

-1E-16
0,000959
-0,00096
-1,3E-16
0,004027
-0,00403
-0,00155

0,001552
0,044426
-0,04443

0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

-0,02702
-0,01798
-0,01798
-0,03596
-0,00086
-0,00086
-0,00016
-0,00016
0,082927
0,082927

4.3.1. Chuyển vị đứng (Độ võng) Nút 35
- Độ võng cho phép của giàn [∆]=L/400=(28-0,75x2)/400 = 0,06625 (m) = 66,25 (mm)
- Độ võng của giàn khi tổ hợp :
∆=∆TT/1,1+ ∆HT/1,2= 0,02702/1,1 + 0,03596/1,2 ≈ 0,05453 (m) = 54,53 (mm)

∆ = 54,53 (mm) < [∆] = 66,25 (mm) → Thỏa mãn
4.3.2. Chuyển vị ngang Nút 3
- Chuyển vị cho phép của cột [∆]=Hd/300= 8,78/300 = 0,02927 (m) = 29,27 (mm)
- Chuyển vị của cột khi tổ hợp :
∆max =∆TT/1,1 +0,9(=∆HT/1,2 + ∆DmaxP/1,2 + ∆TmaxT/1,2 + ∆GioP/1,2)
= 0,00134/1,1 + 0,9.(0,00171+0,00291 + 0,00125 + 0,02783)/1,2 ≈ 0,0265 (m) = 26,5
(mm)
∆max = 26,5 (m) < [∆] = 29,27 (m) → Thỏa mãn.

20


5. Kiểm tra tiết diện cột
5.1. Kiểm tra tiết diện cột:
5.1.1 Thơng số chung

Hình 5.1: Tiết diện ngang cột
Cột chịu nén lệch tâm, tiết diệ đối xúng, đặc. Nội lực lớn nhất M, N, V lấy ở tiết diện chân
cột.
-Nội lực tính tốn:
Đặc điểm thành phần nội lực
TH 1
M+max , Ntư ,Vtư
TH 2

Nmax , Mtư ,Vtư

TH 3

M-max , Ntư ,Vtư

Tổ hợp
4,20
4,11,15,17,23
4,11,13,17

M(daNm)
57477,11

N(daN)
870,20

V(daN)
12279,90

-44110,25

-10535,91

-7698,94

-10980,58

-22376,49

-3350,95

- Vật liệu: Thép CCT34
f = 2100 daN/cm2
E = 2,1.106 daN/cm2

- Kích thước hình học tiết diện:
Bảng 5.1. Kích thước hình học tiết diện

C.cao TD Cánh trên
Bản bụng
Cánh dưới
h (mm)
bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm)
800
300
12
776
10
300
12
- Chiều dài tính tốn cột:
Trong mặt phẳng khung lx :


lx=µ.H với hệ số chiều dài tính tốn µ ; cột được xem là liên kết ngàm với móng, đầu trên
tự do, theo đặc điểm chịu lực, cột chủ yếu chịu uốn, Tra bảng D.1 – Phụ lục D- TCVN 55752012, ta chọn µ = 1,12, chiều cao cột tính tốn là chiều cao phần cột dưới
Chiều dài tính tốn cột trong mặt phẳng uốn:
lx=µ.Hd = 1,12. 8,78 = 9,834(m)
- Chiều dài tính tốn cột ngồi mặt phẳng uốn ly lấy bằng khoảng cách hai điểm ngăn cản
chuyển vị cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn. Chiều dài ly được lấy bằng khoảng cách từ
chân cột (mặt móng) đến trục của thanh chống dọc:
Ly = 0,5Hd = 0,5.8,78 = 4,39 (m)
- Đặc trưng hình học tiết diện cột:
Bảng 5.3. Đặc trưng hình học tiết diện

Ix
(cm4)
150719,3

Wx
(cm3)
3768

rx
(cm)
31,74

Iy
(cm4)
5406,5

Wy
(cm3)
360,4

ry
(cm)
6,01

5.1.2 Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh
- Độ mảnh cột:
λX =

l y 439
l X 983, 4

=
= 30,98 ; λ y = =
= 73, 04
rX 31, 74
ry 6, 01

- Độ mảnh giới hạn của cột:
[ λ ] = 120
Max (λx; λy) = λy = 73,04 ⇒ Max (λx; λy) < [ λ ]

(Thoả mãn)

5.1.3 Kiểm tra điều kiện cường độ
σ=

N
M
±
≤ f.γ c
A n WX

a) Trường hợp 1
Với cặp nội lực:
Tổ hợp

M
(daN.m)

N
(daN)

V
(daN)

4,20

57477,11

870,2

12279,9

-Độ lệch tâm tương đối:
m=

e M A
57477,11 × 102 149, 6
=
.
=
×
= 262, 24
ρ N WX
870, 2
3768

22

A
(cm2)

149,6


-Độ lêch tâm tính đổi:
me = hm  me > m> 20
σ=

870, 2 57477,11 × 102
+
= 1531, 2daN / cm 2 < f .γ c = 2100 daN / cm 2 (Thoả mãn)
149, 6
3768

σ=

870, 2 57477,11 × 102
−
= −1519, 6daN / cm 2 ; σ < f.γ c = 2100 daN / cm 2 (Thoả mãn)
149, 6
3768

b)Trường hợp 2
Tổ hợp

M
(daN.m)

N
(daN)

V
(daN)

4,11,15,-17,23

44110,25

10535,91

7698,94

-Độ lệch tâm tương đối:
m=

e M A
44110, 25 × 102 149, 6
=
.
=
×
= 16, 62
ρ N WX
10535,91
3768

-Độ lêch tâm tính đổi:
me = hm  me = 1, 243´ 1, 45 = 20, 66 > 20
σ=

10535,91 44110, 25 × 102

+
= 1241,1daN / cm 2 < f.γ c = 2100 daN / cm 2 (Thoả mãn)
149, 6
3768

σ=

10535,91 44110, 25 × 102
−
= −1100, 2daN / cm 2 ; σ < f.γ c = 2100 daN / cm 2 (Thoả mãn)
149, 6
3768

c) Trường hợp 3
Với cặp nội lực:
Tổ hợp

M
(daN.m)

N
(daN)

V
(daN)

4,11,13,-17

10980,58

22376,49

3350,95

-Độ lệch tâm tương
đối:
e M A
10980,58 × 102 149, 6
m= =
.
=
×
= 1,95
ρ N WX
22376, 49
3768

-Độ lêch tâm tính đổi:
me = hm  me = 1, 4 ´ 1,95 = 2, 7 < 20

 Khơng cần tính tốn về bền
5.1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung
a) Trường hợp 1:


Với cặp nội lực:
M(daNm)
N(daN)
V(daN)
57477,11

870,2
12279,9
-Độ lệch tâm tương đối me = 262,24 > 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể như với cấu
kiện chịu uốn (theo mô men) theo cơng thức:
M
£ f.gc
j b Wc

-Tính j b theo phụ lục E, TCVN 5575:2012 (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm có
cánh chịu nén với mt im c kt gia nhp).
2
ổ a.t3w ử
ử
ữ
ữ
ỗ
ữ;
ữ
.
1+
ỗ
ữ
3ữ
ỗ
ữ
ữ
ỗ
bf.t ứ
f ứ ố

ổl0.tf
-Tớnh h s a = 8ỗ
ỗ
ỗ
ốh .b
fk

Trong ú : l0 = 9,834m;
hfk : Khoảng cách trọng tâm hai bản cánh: hfk = 78,8cm;
a =0.5hfk = 39,4cm;
2
æ 39, 4 ´ 1, 03 ử
ổ
1536 1, 2 ử
ữ
ữ
ỗ
ữ
ỗ
1+
a = 8 ç
÷
ç
3 ÷
÷= 3,5
ç
÷
ç
è78,8 ´ 30 ø è
30 ´ 1, 2 ø

Từ điều kiện 0.1< a < 40, tra bảng E.1 - TCVN 5575:2012 ta có:
y = 1,14y 1 = 1,14 ´ ( 2, 25 + 0, 07a ) = 1,14 ´ ( 2, 25 + 0, 07 ´ 3,5) = 2,84
2

2
Iy ổ
ử
hử
E
5406,5 ổ
80
2,1 106
ữ
ỗ
ữ
ỗ
=
2,84



= 0, 68 < 0,85
ữ
Tớnh h s j 1 = y ỗ ữ
ỗ
ữ
ữ
ữf
Ix ỗ

150719,3 ỗ
ố983, 4 ứ
2100
ốl0 ø

-> j b = j 1 = 0, 68
M
57477,11´ 102
=
= 2058, 4daN / cm 2 < 2100daN / cm 2 Thỏa mãn
j b .Wc
0, 68 ´ 3768

b) Trường hợp 2:
Với cặp nội lực:
M(daNm)
44110,25

N(daN)
10535,91

V(daN)
7698,94

-Độ lệch tâm tương đối me = 20,66 > 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể như với cấu
kiện chịu uốn (theo mô men) theo công thức:

24

M
£ f.gc
j b Wc
M
44110, 25´ 102
=
= 1733, 2daN / cm 2 < 2100daN / cm 2 Thỏa mãn
j b .Wc
0, 68 ´ 3768

c) Trường hợp 3
Với cặp nội lực:
M(daNm)
N(daN)
V(daN)
10980,58
22376,49
3350,95
-Độ lệch tâm tương đối me = 2,72 < 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể theo công thức:
N
£ f.gc
j eA

Hệ số uốn dọc j

e

lấy theo bảng D.10 phụ lục D- TCVN 5575:2012 ; j e = 0,41

N

22376, 49
=
= 365, 7 daN / cm 2 < gc .f = 2100daN / cm2 (thỏa mãn)
j e . A 0, 41´ 149, 6

5.1.5. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngồi mặt phẳng khung
σ=

N
≤ f.γ c
c.ϕ y .A

Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx và hình dáng tiết diện đến ổn định
của cột theo phương vng góc với mặt phẳng uốn (phương ngồi mặt phẳng uốn). c phụ
thuộc vào mx:
mx =

Mx A
.
N WX

Cột bị khống chế chuyển vị theo phương vng góc với mặt phẳng tác dụng của momen
nên momen Mx là mô men lớn nhất trong khoảng 1/3 giữa của chiều dài cột, nhưng không
nhỏ hơn 0.5 lần mô men lớn nhất trên cả chiều dài thanh.
a) Trường hợp 1
Với cặp nội lực:
M(daNm)
N(daN)
V(daN)
57477,11

870,2
12279,9
(Do cột chịu kéo , không chịu nén nên không cần phải kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể
ngoài mặt phẳng khung).
Mô men lớn nhất tại 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp lực với cặp nội lực 1:
Mx =

2(M1 - M 2 )
+ M2
3