Chương 11
Nhµ c«ng nghiÖp 1 tÇng l¾p
ghÐp
§1. Ưu nhược điểm và
phạm vi sử dụng
1. Ưu điểm
+ Dễ bố trí dây chuyền công nghệ
+ Dễ thỏa mãn các yêu cầu về thông
thoàng và ánh sáng
+ Thi công nhanh, giá thành hạ
Phạm vi sử dụng
+ Trong công nghiệp: Dùng trong các
nhà máy luyện kim, cơ khí chế tạo, các
nhà máy bê tông đúc sẵn, ...
+ Trong dân dụng: Dùng trong các
trang trại chăn nuôi, trong các kho
tàng, …
§2. Các bộ phận cơ bản và sơ đồ kết cấu của nhà
Cửa mái
Xe con
Kết cấu mái
Tường bao
Lk
Q
Cột biên
Dầm cầu trục
L
A
L
B
a
a
L
C
Cột chống
gió
Cầu trục
Dầm cầu trục
Cầu trục
a
Cột biên
Cột giữa
Cầu trục
a
Móng
Lk
Q
Lk
Q
Cầu trục
Cầu trục
Cầu trục
Cột giữa
D
1. Các bộ phận chịu lực cơ bản
Theo phương ngang:
Móng, cột, kết cấu mang lực mái (dầm hoặc dàn mái),
Theo phương dọc:
Dầm cầu trục, hệ giằng theo phương dọc, hệ giằng móng
2. Sơ đồ kết cấu nhà
Theo phương ngang:
Cột liên kết
móng
kết cấu mang lực mái
khung ngang nhà
Theo phương dọc:
móng
Cột liên kết
Dầm cầu trục
khung dọc nhà
Hệ giằng dọc
Khung dọc khung ngang liên kết với nhau và liên kết với các tấm mái tạo thành khối khung
không gian để cùng nhau chịu lực
3. Bố trí mặt bằng nhà
Cơ sở:
Đáp ứng các yêu cầu:
- Dây chuyền công nghệ
- Định hình hóa cấu kiện
- Yêu cầu chịu lực
- Yêu cầu về kiến trúc (thông thoáng, ánh sáng)
Cách bố trí:
- Hợp khối: nhiều khối, nhiều nhịp
a: bước cột = 6m, 9m, 12m
L: Nhịp nhà = bội số của 6m = 9m, 15m, 21m
Cách xác định trục định vị
Cột biên
1-1
λ
a
Q ≤ 30T
1
a
λ
Lk
1
2
L
2
L
A
L
A
B
2-2
a
3
a
250
L
L
B
a
a
h/2
L
1
500
a
h/2
a
L
B
L
A
3-3
a
3
250
A
Cột giữa
λ
Lk
500 500
Q >= 30T
λ
L
A
L
A
M
3. Xác định mặt cắt ngang nhà
Hc – Chiều dài toàn cột
a4
V
a2 – K/c từ mặt nền đến cao trình mặt móng
a2 ≥ 400mm
a3 – Chiều dài đoạn cột chôn vào móng
a3 ≥ hd
a4 – khe hở từ cầu trục đến mép trong cột
a4 ≥ 60mm
λ
Hd
a1 ≥ 100mm
H
a1 – Khe hở từ mặt xe con đến mép dưới KC mái
Hc
M – Cao trình đỉnh mái
Lk
hd
Q
0.00
a2
V – Cao trình vai cột
ht
R
a3
R – Cao trình đỉnh ray
Hc Hr
Ht
D – Cao trình đỉnh cột
B1
Hct
Hd – Chiều dài phần dưới vai cột
a1
D
Ht – Chiều dài phần trên vai cột
Mm=-0.5
Hr – Chiều cao ray và các lớp đệm (Lấy theo loại ray được s/d)
Hr
Trường hợp thiếu số liêu lấy Hr = 150mm
Hc – Chiều cao dầm cầu trục (Lấy theo loại dầm TC được s/d)
Hc
1 1
H c = ÷ a
6 10
1 1
h'c = ÷ hc
7 8
1 1
bc = ÷ a
10 20
b = ( 0,3 ÷ 0,5) hc
b'c
h'c
Có thể chọ sơ bộ:
b
λ – K/c từ trục ray đến trục định vị: λ = 750mm
B1 – K/c từ trục ray đến mép ngoài cầu trục
Hct – Chiều cao cầu trục
Lk – Nhịp cầu trục
Q – Sức trục: 1 móc thể hiện 1 con số: VD 20T
2 móc thể hiện 2 con sô: VD: 20T/5
Phụ thuộc vào loại cầu trục
s/d bảng tra
Tính toán các thông số:
Cao trình vai cột:
Cao trình đỉnh cột:
V = R – (Hc + Hr)
D = R + Hct + a1
Chiều dài đoạn cột trên: Ht = D – V
Chiều dài đoạn cột dưới: Hd = V + a2
Chiều dài toàn cột:
H = Ht + Hd + a3
§3. Kích thước cột
1. Nhà không có cầu trục
H ≤ 7m: Tiết diện chữ nhật
H > 7m: Tiết diệ chữ T (Đầu cột mở rộng để liên kết với kết cấu mái)
2. Nhà có cầu trục
Có vai để đỡ dầm cầu trục đoạn cột trên và đoạn cột dưới
Đoạn cột trên: Tiết diện CN
Q ≥ 30T
R ≥ 10m
Đoạn cột dưới:
Nên sử dụng cột 2 nhánh
L ≥ 30m
Các TH khác dùng cột 1 nhánh
Ht
Điều kiện ổn định
l0
≤ 35
b
l
λr = 0 ≤ 139
r
1
1
ht
1'
ht
1'
1''
ht
2
2
hd
2'
hd
2'
2''
2''
a3
b: Cạnh bé
hd
Hd
Hc
H
λb =
l0: Chiều dài tính toán của đoạn cột
Trong mp khung
ht
hd
hd
1-1
2-2
2”-2”
Phần cột trên: l0 = 2,5Ht
Phần cột dưới: l0 = 1,5Hd
Phần cột trên:
Ngoài mp khung
Phần cột dưới:
b
b
b
(Tra bảng 31 TCXDVN 356-2005 )
VD: Nhà có cầu trục, dầm cầu trục không liên tục:
1''
Không giằng: l0 = 2Ht
Có giằng: l0 = 1,5Ht
Không giằng: l0 = 1,2Hd
Có giằng: l0 = 0,8Hd
1
1
b = ÷ H d
20 25
Thường lấy: b =
400 khi a = 6m
500 khi a = 12m
ht phụ thuộc điều kiện liên kết với kết cấu mái thường lấy =
400 - cột biên
600 – cột giữa
Theo điều kiện về độ cứng:
hd ≥
1
H d Khi Q > 10T
14
hd ≥
1
H d Khi Q ≤ 10T
16
Thường lấy hd = 600, 800, 1000, 1200
Kích thước vai cột:
300 khi Q ≤ 5T
400 khi 5T < Q ≤ 15T
hv
500 khi Q > 15T
lv ≥ 200
Khi lv ≤ 400 kích thước = bội của 5cm
Khi lv > 400 kích thước = bội của 10cm
h
200
hv ≥ h
Thường lấy hv =
3
lv
§4. Tính toán khung ngang
G m1
1. Xác định tải trọng
1.1. Tĩnh tải mái:
G m1
150
G m2
150
150
- Trọng lượng các lớp mái,
- Trọng lượng cửa trời (nếu có)
L
A
- Và trọng lượng KC mái
3
Đối với nhịp biên (không có cửa trời):
)
2
a
n = 1,1
ni – h/s vượt tải của lớp mái i
G m1
G m2
L/2
L/2
L
(
Gm 2 = 0,5 n( G1 + G2 + 2ag k ) + aL∑ ni g ic
G m1
L/2
1
gci – TL TC của 1m2 lớp mái thứ i
Đối với nhịp giữa (có cửa trời):
a/2 a/2
a/2 a/2
a
(
Gm1 = 0,5 nG1 + aL ∑ ni g ic
B
A
)
L
B
L
C
G1 – TL của dầm (dàn) mái
G2 – TL của trời
gk – TL 1m khung của kính thông gió
D
1.2. Tĩnh tải dầm cầu trục và ray
Gd
Gd = na ( g1 + g r )
n = 1,1
a = bước cột
g1 – trọng lượng 1m dầm cầu trục
750
gr – trọng lượng 1m ray và các lớp đệm
= 1,5 ÷ 2,0 kN/m
1.3. Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột
Gt = b.ht .H t .γ bt .1,1
Gd = b.hd .H d .γ bt .1,1
1.4. Hoạt tải mái
Pm = n
aL c
pm
2
pcm – hoạt tải sửa chữa mái = 0,75 kN/m2
n = 1,3
- Điểm đặt hoạt tải mái trùng với tĩnh tải mái
Gd
Lk
Gd
750
750
L
A
B
1.1.4. Hoạt tải thẳng đứng do áp lực
bánh xe cầu trục (Dmax)
Cột giữa
λ
B
Cầu trục
Cầu trục
B
B
Xe xon
bánh xe cầu trục (tra bảng)
n = 1,1
K
Cột biên
L
Pcmax – áp lực tiêu chuẩn lớn nhất trên 1
Lk
c
Dmax = nPmax
∑ yi
Xe xon
K
λ
- Khi bánh xe nào nằm ngoài phạm vi
đường ảnh hưởng thì y = 0
a
- Điểm đặt của Dmax trùng với Gd
Dmax
750
Dmax
Lk
750
2
a
Pcmax
B
K
c
c
Pmax Pmax
B
y3
3
B
K
c
c
Pmax Pmax
a
L
A
1
Dmax
750
a
a
y1 =1
y2
4
A
Dầm cầu trục
1.4. Hoạt tải do lực hãm ngang của xe xon cầu trục (Tmax)
- Xe con mang vật nặng khi hãm do quán tính sinh ra lực xô ngang, truyền vào cột thông qua
lực ma sát giữa bánh xe cầu trục và ray
Q+G
10
Q+G
C
Móc mềm: T =
20
C
Móc cứng: T =
Tmax
750
- Mỗi bánh xe cầu trục được truyền 1 lực
p
t
Tmax
Tmax
750
750
(lực truyền vào chia đều cho 2 bánh xe cầu trục)
T1C = 0,5T C
G - trọng lượng xe con
A
Q – sức trục
- Tương tự như Dmax , Tmax được xác định bằng đường ảnh hưởng
Tmax = n0,5T C ∑ yi
n = 1,1
B
Wđ
1.5. Tải trọng gió
Tải trọng gió tác dụng vào
tường truyền về cột:
(
qh ( đ ) = q.a kN
m
h5
h4
+0,8
qh ( đ ) = n.W0 .ch ( đ ) .k
-0.6
ce1
α
-0.6
M
-0.6
-0.6
-0.6
+0,3
-0.3
Dấu (+) trong Wh
-0.5
-0.4
h3
D
h1 h2
mỗi m thẳng đứng:
2
H
- Tải trọng gió tác dụng lên
Hướng gió
Wh
Dấu (+) trong Wđ
Dấu (-) trong Wđ
Dấu (-) trong Wh
-0,6
Mm
)
W®
Sơ đồ xác định hệ số khí động trên mái
Wh
Wh ( đ ) = n.W0 .a.ktb .∑ ci hi ( kN )
H
Tải trọng gió tác dụng trên mái
q®
qh
Mm
L
L
k + kM
ktb = D
A
B
C
2
Sơ đồ tính toán tải trọng gió
q – áp lực gió tính toán (kN/m2)
W0 – áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng gió (kN/m2)
c – hệ số khí động
k – hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao
n – hệ số vượt tải = 1,2
L
D
2. Sự làm việc của khung ngang- Các khung ngang trong cùng 1 khối nhiệt độ được liên kết với nhau bằng hệ mái, hệ giằng dọc đầu
cột, dầm cầu trục, tạo thành 1 khối khung không gian
- Tĩnh tải và tải trọng gió phần bố đều cho toàn nhà các khung ngang chịu lực, làm viecj như nhau
Có thể tách ra từng khung ngang riêng biệt để tính toán
- Tải trọng cầu trục không tác dụng đồng đều lên toàn bộ các khung khung trực tiếp chịu tải trọng
sẽ bị biến dạng
- Nhờ các liên kết mà các khung bên cạnh cản trở biến dạng và chịu bớt tải trong
Đó là sự làm việc của khối khung
Hệ số tính toán Ckg (SGK)
Những TH cho phép lấy Ckg = 1:
+ Tính khung với tĩnh tải và gió
+ Tính khung với tải trọng cầu trục khi số nhịp nhà ≥ 3
3. Xác định nội lực
3.1. Các giả thuyết tính toán
- Coi cột ngàm với móng tại mặt móng
- Coi xà ngang có EJ = h và liên kết khớp với đầu cột
- Tách thành từng khung độc lập để tính có kể đến C kg
3.2. Sơ đồ tính tổng quát
Ht
Hd
H
8
EJ =
8
EJ =
8
EJ =
EJ t
EJ t
EJ t
EJ t
EJ d
EJ d
EJ d
EJ d
Mm
L
A
L
B
L
C
D
Tính khung khi được phép bỏ qua chuyển vị đầu cột (chuyển vị đầu cột của cả hệ là bé)
- Khi tính khung với Pm, Gm, Gd
- Khi tính khung với Dmax, Tmax với số nhịp ≥ 3
Chuyển vị đầu cột của cả hệ y 0
Tính khung được đưa về tính cột trực tiếp chịu tải trọng
EJ t
Ht
Ht
EJ t
H
H
Sơ đồ tính
EJ d
Hd
Hd
EJ d
Mm
Mm
A
B
Tính khung khi kể đến chuyển vị đầu cột
- Khi tính khung với Dmax, Tmax với số nhịp < 3
W®
q®
Wh
EJ =
8
EJ =
8
EJ =
Ht
Hd
H
Sơ đồ tính
Chuyển vị đầu cột của cả hệ là đáng kể
8
- Khi tính khung với tải trọng gió
EJ t
EJ t
EJ t
EJ t
EJ d
EJ d
EJ d
EJ d
qh
Mm
L
A
L
B
L
C
D
Tính toán phản lực đỉnh cột
- Sơ đồ tính 1 bậc siêu tĩnh, ẩn số là phản
lực R tại liên kết đỉnh cột
- Sau khi xác định được R, sẽ tính được nội
lực tại các tiệt diện cột
Xác định các đặc trưng hình học
b.ht3
b.hd3
It =
Id =
12
12
Xác định các thông số
t=
Ht
Hd
I
k = t 3 d − 1
It
Các công thức tính phản lực R
- Quy ước dấu
ν = 1+ k
M
(+)
(+)
Q
R
(+)
Tính phản lực do mô mên tác dụng tại đỉnh cột
et
P
R
Ht
M = P. et
EJ t
EJ d
H
k
3M 1 +
t
R=
2.ν .H
Hd
- Trục phần cột trên trùng phần cột dưới:
- Trục phần cột trên không trùng phần cột dưới:
R = R1 ± R2
et
R1 tính theo TH trên
P
Ht
R
R = R1 + R2
a
Hd
a
H
Ht
M 2 = P. a
Hd
)
et
R
H
(
3M 2 1 + t 2
R2 =
2.ν .H
P
R = R 1 - R2
R
M = P. ed
ed
Hd
)
P
H
(
3M 1 + t 2
R=
2.ν .H
Ht
Tính phản lực do mô mên tác dụng tại cao trình vai cột
)
EJ d
Hd
(
Tmax x 1 + t
ν
Tmax
H
R=
2
Ht
Tính phản lực do lực hãm ngang (Tmax) đặt tại vị trí 0,7Ht
0,7Ht
R
A
Tính phản lực các đỉnh cột do tải trọng gió
Z1
Ht
- Sử dụng Phương pháp
Hd
H
chuyển vị
- Hệ có 1 ẩn là chuyển vị
8
EJ t
EJ t
EJ t
EJ t
EJ d
EJ d
EJ d
EJ d
Mm
L
A
B
W®
8
EJ t
EJ t
EJ t
EJ d
EJ d
EJ d
EJ d
L
B
- Tổng phản lực ở các đỉnh cột do chuyển vị một đoạn Z 1 = 1:
R1P = RAP + RBP +RCP + RDP
qh
Mm
A
- Phản lực liên kết trong hệ cơ bản:
Wh
EJ =
EJ t
L
r11 = rA1 + rB1 + rC1 + rD1
D
EJ =
8
q®
L
C
EJ =
Ht
H
Hd
L
8
ngang ở đầu cột
Phương trính chính tắc:
r11 Z1 + R1P = 0
R
⇒ Z1 = − 1 P
r11
EJ =
8
EJ =
8
EJ =
L
C
D
1
rA1
1
rB1
W®
R AP
Wh
R BP
q®
A(D)
rA1 = rD1 =
qh
A
B(C)
3EJ d ( A )
ν .H 3
3EJ d ( B )
rB1 = rC1 =
ν .H 3
R A = rA1Z1 + R AP
RB = RC = rB1Z1 + RBP
R = r Z + R
D1 1
DP
D
B(C)
D
R AP = R A( qđ ) + Wđ
RBP = RCP = 0
RDP = RD ( qh ) + Wh
R A( qđ ) =
Phản lực tại các đỉnh cột do tải trọng gió
R DP
3.qđ .H (1 + k .t )
8.ν
RDP =
qh
RAP
qđ