chuyên đề kết cấu thép nhà công nghiệp nhịp lớn khung rỗng

Bài thuyết trình:

NHÀ NHỊP LỚN VỚI KẾT
CẤU THÉP KHUNG RỖNG


Võ Anh Kiệt
Nguyễn Minh Hoàng
Lê Trung Lập
Phạm Văn Hòa
Trần Ngọc Khánh


GIỚI THIỆU CHUNG KẾT CẤU KHUNG:
 Kết cấu khung bao gồm khung
đặc và khung rỗng.
 Ưu điểm:
- Tiết kiệm vật liệu hơn, giảm chi
phí thi công, kết cấu kiểu dầm nên
nhẹ hơn.
- Thời gian thi công nhanh.
- Chiều cao xà ngang giảm nên
tiết kiệm được vật liệu làm tường
và giảm thể tích thừa của nhà
 Nhược điểm: Chiều cao tiết
diện của cột lớn nên ảnh hưởng
đến không gian nhà.
- Chịu lửa kém, chịu sự ăn mòn
của môi trường, độ ẩm.
- Bên cạnh là hình minh họa

I.

Phân loại và phạm vi sử dụng
1. Phân loại
- KẾT CẤU KHUNG : trong nhà nhịp lớn có các
kiểu dạng khác nhau: khung cửa gara, có chiều cao
của nhà so với nhịp không lớn nhưng trong nhà công
nghiệp thì khung lại có chiều cao đáng kể.
- Khung nhà nhịp lớn có thể là khung đặc hoặc
khung rỗng ( tiết diện đặc hoặc rỗng ). Để có thể
hiểu rõ toàn diện hơn về kết cấu khung rỗng thì sẽ
nêu thêm về kết cấu khung đặc để tìm ra được ưu và
nhược điểm của hệ khung.


+ Khung đặc dùng khi nhịp nhà 50-60m , chúng có ưu điểm là
giảm công chế tạovàchuyên chở, giảm chiều cao của nhà.
+ Khung đặc thường được thiết kế ở dạng khung hai khớp; để
giảm lực xô ngang cho móng, có thể đặt thanh căng nối hai khớp
(thanh căng đặt ở dưới mặt nền)
+ Khung rỗng dùng cho nhà có nhịp lớn từ 100 đến 150m
Theo sơ đồ kết cấu, khung có thể là khung không khớp (ngàm
với móng) hoặc khung hai khớp (hình dưới). Vị trí của hai khớp
có thể đặt ở móng hoặc ở đỉnh


1.1 Phạm vi sử dụng:
- Kết cấu khung rỗng thường dùng trong các công trình
dân dụng và công nghiệp hay các công trình có công

dụng đặc biệt .
- Công trình dân dụng như rạp hát, nhà triển lãm, sân
vận động, nhà ga ... Do yêu cầu kiến trúc và yêu cầu sử
dụng ( nâng cao chất lượng âm thanh, độ nhìn rõ, tận
dụng diện tích)
- Công trình công nghiệp nhà như nhà xưởng đóng tàu,
lắp ráp máy bay, nhà để xe để đi lại dễ dàng.


1.2 Lịch sử hình thành

Những công trình đầu tiên được làm từ thép:
Trong hai thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XX, các công trình kết
cấu thép đầu tiên dùng để làm nhà để xe.
Một số công ty chế tạo nhà thép được hình thành vào những
năm 1920 và 1930 để đáp ứng nhu cầu của ngành công
nghiệp dầu mỏ bằng cách làm các nhà xưởng để bảo quản
thiết bị; một số công ty cũng sản xuất các nhà trang trại.
Sau đó, nhờ công nghệ được cải tiến liên tục nên khẩu độ
của các tòa nhà kim loại ngày càng được mở rộng. Các tòa
nhà kết cấu khung mô men đầu tiên được giới thiệu vào
cuối năm 1940 có khẩu độ chỉ 40 ft (12m). Một vài năm sau
đó khẩu độ của nhà thép được mở rộng lên 50, 60, và 70ft
(15, 18 và 21m). Vào cuối những năm 1950, kết cấu khung
nút cứng chịu mô men với khẩu độ 100ft (36m) đã được
thiết kế và thi công thành công.


Trong Thế chiến II, nhà công nghiệp đầu tiên phiên bản
lớn hơn của những tòa nhà bằng kim loại được sử dụng

làm nhà chứa máy bay. Cột của chúng đã được sử dụng
cột rỗng làm bằng thép góc với tiết diện 10x15cm hay
8x20cm, kết cấu mái nhà sử dụng hệ giàn hình cung có
dây căng. Tòa nhà tiền chế nổi tiếng nhất trong Thế
chiến II là túp lều Quonset.
Ở nước ta nhà công nghiệp sử dụng kết cấu thép đã du
nhập theo con đường thương mại từ những năm 2002
với cái tên quen dùng là khung Zamil và trước đó có khái
niệm là khung Tiệp, nay là khung thép tiền chế


Hình minh họa hệ khung rỗng


1.3 . Đặc điểm tính toán và cấu tạo
- Khung rỗng có thể là khung rỗng hỗn hợp ( cột đặc , xà rỗng ).
Khung rỗng nhẹ( L không lớn): có thể đưa về khung đặc có độ
cứng tương đương để tính.
Khung rỗng nặng ( L lớn ): phải tính như một hệ thanh có kể đến
biến dạng của tất cả các thanh.
Tiết diện thường làm gồm chữ I tổ hợp hàn ( cột, xà). Có thể là
vát (khung 2 khớp)
Đối với khung đặc các thanh liên kết thành sơ đồ ngàm, cứng ở
nút nhưng đối với khung rỗng tạo thành hệ thanh như dàn


- Sau đây là khung của nhà triển lãm có nhịp 40 – 50 m, chiều
cao 15 – 20m, lợp mái nhẹ. Khung rỗng có đường viền gãy khúc,
tiết diện khung không đổi với chiều cao của xà và cột bằng 1/15 –
1/25 nhịp. Tải trọng tác dụng chủ yếu là tải trọng gió, cấu tạo của

khung giống cấu tạo của dàn nhẹ.


- Nội lực khung được tính
toán theo các phương pháp
của cơ học kết cấu hoặc sử
dụng các chương trình tính
của máy tính điện tử. Để đơn
giản tính toán, trong việc
thiết kế sơ bộ, khung rỗng
nhẹ có thể quy đổi về khung
đặc tương đương. Sơ đồ tính
của khung là các thanh đi
qua trọng tâm tiết diện cột
và xà ngang (nếu xà có, tiết
diện đặc) hoặc ở mức dưới
của xà ngang rỗng. Khung
rỗng có tiết diện như dàn
nặng được tính như hệ thanh
có kể đến biến dạng của tất
cả các thanh.


-Trong trường hợp cần
thiết, khung phải được
tính do sự thay đổi
nhiệt độ. Kiểm tra tiết
diện của cột và xà theo
công thức của cấu kiện
nén lệch tâm. Rất lưu ý

khi cấu tạo góc khung,
tại đó có ứng suất tập
trung. với khung rỗng
nhẹ, ở góc khung gia
cường thêm bản ốp và
các sườn như hình bên.


Biện pháp giảm momen
cột và xà : tạo lệch tâm tại
chân cột.
Khớp tại đỉnh cột sẽ đơn
giản cho việc lắp ráp
nhưng xà ngang phải chịu
mômen uốn lớn và móng
cột phải lớn. Để giảm
mômen uốn cho xà ngang
của khung hai khớp, người
ta dùng các biện pháp cấu
tạo như treo tấm tường
bao che mép ngoài của cột
(hình a)
-


hay dịch chuyển gối tựa khớp vào phía trong nhà
(hình bên dưới. Chiều cao của tiết diện cột khung
rỗng thường lấy bằng bề rộng của một khoang dàn

 Dưới đây là mô hình và các bộ phận chính của nhà
công nghiệp nhịp lớn hệ khung rỗng.


Hệ thép dầm bụng rỗng
Dầm bụng rỗng là một dàn thép nhẹ dạng tiêu chuẩn
gồm các cánh song song và hệ thống bụng hình tam
giác, được chọn theo nhịp dầm giữa các gối tựa, thông
thường dùng làm các thành phần kết cấu thứ yếu.
-


- Chức năng chính của dầm bụng rỗng là trực tiếp đỡ sàn, mái và
chuyển tải trọng lên các kết cấu khung, tức là dầm (kết cấu) và cột.
- Dầm bụng rỗng loại lớn là thành phần kết cấu chủ yếu của một
ngôi nhà. Nhìn chung, nó đỡ hệ dầm và mái sơ đồ nhịp đơn giản
hoặc các thành phần thứ yếu (như xà gồ…) cách đều nhau dọc theo
chiều dài của dầm lớn. Đối với dầm biên thì tải trọng đặt vào từ một
phía, còn đối với dầm ở gian trong thì phải truyền vào từ cả hai
phía.



 Trong tương lai nhà công nghiệp nhịp lớn hệ khung rỗng sẽ được
cải tiến hoàn thiện tối ưu về mặt kinh tế, kết cấu, thời gian thi công.
- Các giải pháp cải tiến nhằm giảm trọng lượng khung nhà, cũng như
độ bền của nhà.
-Bên cạnh đó các biện pháp nhằm giảm hiện tượng xâm thực do thời
tiết, gió bão, chống gỉ sét cũng cần được nghiên cứu.
-Với nhu cầu và xu hướng của thế giới ngày một phát triển thì nhà

công nghiệp nhịp lớn sẽ cần khẩu độ lớn hơn ( khả năng vượt nhịp
lớn), bên cạnh đó kết cấu thép có thể hợp với nhiều kiến trúc độc đáo
hơn.


Những công trình thực tế hệ khung rỗng đã hoàn thành