Bài giảng kết cấu thép 2

CHƯƠNG 6
NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG BẰNG KẾT CẤU THÉP
6.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP
6.1.1. ĐẶC TÍNH VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
- Quá trình sản xuất công nghiệp được thực hiện trong
một công trình đặc biệt. Công trình đó được gọi là Nhà công
nghiệp (NCN) hay nhà xưởng.
- KCT của NCN gồm những cấu kiện bằng thép tạo nên
sườn chịu lực như: khung, cột, mái, dầm đỡ cầu trục.
- Phổ biến nhất là NCN 1 tầng, với các yêu cầu: nhịp rộng,
chiều cao lớn, có cầu trục hoạt động.
1


- Việc lựa chọn loại vật liệu (thép hay BTCT) làm kết cấu
chịu lực của nhà xưởng cần căn cứ vào:
+ Kích thước nhà
+ Sức nâng của cầu trục
+ Các yêu cầu của công nghệ sản xuất
+ Vấn đề cung cấp vật tư, thời hạn xây dựng công
trình

2


- NCN 1 tầng hầu như bằng KCT, NCN nhiều tầng thường
bằng BTCT
+ Dùng KCT có lợi khi:
- Nhà xưởng cao (Chiều cao thông thủy nhà H≥15m)
- Nhịp rộng ( L ≥24m)
- Bước cột lớn ( B ≥ 12m)

- Cầu trục nặng (Q ≥50T)
+ Các trường hợp khác có thể dùng kết cấu bê tông,
khung hỗn hợp thép- bê tông.

3


- Phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục, người ta
chia nhà công nghiệp thành 2 loại:
+ Nhà công nghiệp có cầu trục: là loại công nghiệp sản
xuất ra các công cụ sản xuất như: nhà máy nhiệt điện, xi
măng, sắt thép, cơ khí…..
- Nhẹ
: sức trục Q < 20 T
- Trung bình : sức trục Q≈ 20T  75T
- Nặng
: sức trục Q< 150T
- Rất nặng
: sức trục Q> 150T
+ Nhà công nghiệp không có cầu trục: ví dụ như nhà máy
dệt may, da, giầy, pin, …. nói chung các nhà công nghiệp
không có cầu chạy
Trong chương này ta chỉ xét các nhà công nghiệp nặng
4


6.1.2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CẦU TRỤC
- Trong NCN thì tải vận chuyển khá lớn, không khiêng được,
để khắc phục nó người ta đưa ra loại KC cầu chạy (gọi là
cầu trục)

- Tải trọng cầu trục là loại tải trọng lặp, động lực, dễ gây hư
hại kết cấu nên khi thiết kế cần chú ý đến chế độ làm việc
của cầu chạy.
- Mỗi gian thường có 2 cầu chạy hoạt động, khi hoạt động có
thể hoạt động độc lập hoặc song đôi.
- Sức trục thường từ 5- 350 T. Nếu cầu trục có sức nâng Q0
= 30/5T tức là:
+ Khi cẩu vật nặng< 5T dùng móc cẩu nhỏ
+ Khi cẩu vật nặng > 5T dùng móc cẩu lớn ( <30T)
5


Ta gọi K n - số ngày làm việc trong một năm;

K g - số giờ

làm việc trong một ngày
Các hệ số K này được tính theo % so với sức trục tối đa.
- Cầu trục có chế độ làm việc nhẹ:

K ≤ 20%

- Cầu trục có chế độ làm việc trung bình: K ≤33%
- Cầu trục có chế độ làm việc nặng:

K ≤60%

- Cầu trục có chế độ làm việc rất nặng:

K ≤80%

Ngoài ra người ta còn quan tâm đến hệ số lần mở máy
trong một phút và hệ số này rất quan trọng vì nó làm cho cầu
trục từ trạng thái đứng yên sang hoạt động nên cần có thời
gian khởi động.
6


6.1.3.CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

Hình 1. Kết cấu khung nhà công nghiệp một tầng
1- cột; 2- dàn vì kèo; 3- dầm cầu trục; 4- của mái; 5 – hệ giằng
a. Khung: Nhịp khung L; Bước khung B;
- Độ cứng của khung theo phương ngang được quyết định bởi:
+ Số nhịp;
+ Liên kết giữa các bộ phận kết cấu (giữa cột & móng, cột &
dàn hoặc dầm).
7




cột

Cột:
Dàn hoặc dầm ngang: Liên kết cứng hoặc khớp với

Một số dạng liên kết giữa xà ngang với cột

8

Sơ đồ khung với bước khung lớn ở nhịp giữa

9


b. Cửa mái:
- Để thông thoáng, chiếu sang
- Dàn cửa mái có nhịp = 1/3 -> 1/2 nhịp dàn

10


c. Hệ giằng:
- Là một bộ phận quan trọng của kết cấu nhà.
- Gồm: hệ giằng mái, hệ giằng cột.
- Có tác dụng:
+ Đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng không gian
của kết cấu chịu lực
+ Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà
như gió lên tường hồi, lực hãm của cầu trục
+ Đảm bảo ổn định cho các kết cấu chịu nén: thanh
dàn, cột…
+ Làm cho dựng lắp an toàn, thuận tiện

11


12

13


14


d. Tấm lợp:
- Có nhiều loại vật liệu lợp nhưng thường lợp bằng tôn,
fibroximang
- Để độ bền vững tương đối lâu thường lợp bằng panen
BTCT.
e. Kết cấu cầu chạy
- Dầm cầu chạy: là kết cấu trực tiếp đỡ cầu chạy, chịu tải
trọng di động và tải trọng động.
- Cầu chạy: mang vật nặng từ vị trí này đến vị trí khác
trong một gian.

15


f. Dm, ct sn tng:
Trong ngành xây
dựng nói chung,
công trình loại nào
cũng cần có kết cấu
bao che với mục đích
sau:
-Tạo hình dáng cho

công trình, đảm bảo
về thẩm mỹ.
- Chắn mưa nắng và
cát bụi.
- Cách ly môi trường bên trong với môi trường bên ngoài.
- Là vách ngn gia các ngn trong nhà.
- Cách âm, cách nhiệt.
- Tạo độ cứng tổng thể cho công trình.
16


T¶i träng t¸c dông lªn cét s­ên t­êng:
- Tải trọng bản thân.
- Tải trọng do các tấm vách ngăn liên kết trực tiếp với cột sườn tường.
- Tải trọng gió do gió thổi vào tấm vách tác dụng lên cột sườn tường.
- Tải trọng của dầm sườn tường.

17


S¬ ®å tÝnh cña cét s­ên t­êng
- Khi cột sườn tường có chiều cao lớn thì ở giữa cột cần bố trí thêm dàn gió
phụ làm gối trung gian cho cột.
- Liên kết giữa cột và mái là liên kết
khớp dạng bản dày 8-10mm rộng
khoảng 150- 200mm.
- Do cột sườn tường có độ mảnh lớn
nên lấy sơ đồ tính cột là khớp với
móng.
- Khi tính toán cột sườn tường do tải

trọng:
+ Bản thân; Dầm sườn tường;
vách đặt lệch tâm.
+ tải trọng gió từ vách ngăn truyền
vào cột dưới dạng phân bố đều.
a. Sơ đố cấu tạo; b. Khớp dạng bản; c.
sơ đồ tính toán

 Cột đựơc tính với cấu kiện chịu nén lệch tâm.
18


6.1.4. BỐ TRÍ MẠNG LƯỚI CỘT
Bố trí mạng lưới cột là xác định vị trí các cột trên mặt
bằng. Và đây là công việc quang trọng đầu tiên của người
làm công tác xác định ngay từ thiết kế sơ bộ.
 Yêu cầu kỹ thuật và thao tác:
+ Phụ thuộc dây chuyền sản xuất công nghệ và hệ kỹ
thuật của công trình. Thỏa mãn việc bố trí các đường ống
ngầm (dẫn nước, điện, khí). Vị trí đặt thiết bị máy móc, thuận
tiện khi sửa chữa hoặc bảo trì.
+ Đảm bảo không gian thao tác cho người thợ.
+ Đủ ánh sáng thông thoáng, không gian để giao lưu
không khí trong quá trình làm việc
19


 Yêu cầu về kết cấu
+ Làm sao kết cấu có độ cứng cao nhất, đặc biệt là theo
phương ngang;

+ Hệ lưới cột bố trí nằm trên cùng 1 đường thẳng;
+ Làm sao để liên kết giữa các bộ phận là cứng nhất;
+ Làm sao để theo hệ môđun thống nhất .
 Yêu cầu về phát triển
Thỏa mãn việc thay đổi công nghệ của nhà máy.
 Yêu cầu về kinh tế
Tìm ra được khoảng cách lợi nhất giữa các cột

20


+ Nhịp L: thường được
quyết định bởi điều kiện sử
dụng, là bội số của 6m hoặc
3m. Thường lấy L= 18, 21,
24, 27, 30, 33, 36m….

Bố trí cột nhà công nghiệp một
tầng; I, II – trục ngang và dọc
Nhằm đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn hóa và định hình hóa,
nhịp nhà và bước nhà được chọn theo môđun thống nhất:
6m.
Do cần có khoảng cách để bố trí sườn tường và để tấm mái
không bị hụt, ở đầu hồi trục cột lùi vào so với trục định vị
500mm.
21


Bố trí cột trong nhà công nghiệp nhiều nhịp
a – theo các nhịp song song; b – theo các nhịp vuông góc với nhau; I, II – các

khe nhiệt độ theo phương ngang và dọc; III – trục bổ sung.
22


6.1.5. KHE NHIỆT ĐỘ
- Các loại tải trọng tác dụng
lên công trình: trọng lượng
bản thân, hoạt tải sử dụng,
do thiên nhiên: gió, nhiệt độ,
động đất.
- Kích thước của nhà
xưởng có thể rất lớn. Các kết
cấu hướng dọc (xà gồ, dầm
cầu chạy, hệ sườn tường,
dàn đỡ kèo) bố trí liên tục
trên suốt chiều dài khi nhiệt
độ thay đổi, trong kết cấu gây
ra ứng suất do nhiệt khá lớn.
23

Hình . Bố trí cột trong nhà nhiều
nhịp. Khe nhiệt độ và khe lún.


- Biến dạng nhiệt độ gây phá hoại công trình. Tính kết cấu
theo nhiệt độ là tính theo biến dạng do nhiệt độ gây ra.
- Biến dạng do nhiệt độ: l   .t 0 .l
Trong đó: + α: hệ số giãn nở nhiệt độ, phụ thuộc vào vật
liệu
+ l : biến dạng do nhiệt độ

+ t 0 : số gia của nhiệt độ ( phụ thuộc thời tiết)
+ l: chiều dài công trình ( Khối nhiệt độ)
Để tránh biến dạng nhiệt độ lớn phải thay đổi chiều dài
công trình để không quá lớn. Do đó người ta tách công trình
ra nhiều đoạn để mỗi đoạn gây ra biến dạng nhiệt độ trong
phạm vi cho phép và mỗi đoạn là đoạn nhiệt độ. Khi cắt
móng, khe nhiệt cũng là khe lún.
24


Bảng 1 Khoảng cách lớn nhất giữa các khe nhiệt độ của khung
thép nhà và công trình một tầng
Đơn vị tính: m
Khoảng cách lớn nhất
Giữa các khe nhiệt Từ khe nhiệt độ
độ
hoặc từ đầu mút
Đặc điểm của nhà và công trình
nhà đến trục của
Theo
Theo
dọc nhà ngang hệ giằng đứng gần
nhất
nhà
90
150
230
Nhà có cách nhiệt
Nhà không cách nhiệt và các
75

120
200
xưởng nóng
50
130
Cầu cạn lộ thiên
Ghi chú: Khi trong phạm vi khối nhiệt độ của nhà và công trình có hai hệ giằng
đứng thì khoảng cách giữa các trục của chúng không vượt quá: 40 50m đối với
nhà; 25 30m đối với cầu cạn lộ thiên.
Ti v trớ cú khe nhit , trc nh v i qua gia khe nhit , trc hai ct
k cn cng lựi vo so vi trc nh v 500mm.
25