Nghiên cứu sự làm việc của hệ giằng mảnh trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------------

NGUYỄN NĂNG ĐIẾN

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG
MẢNH TRỎNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ
DỤNG KHUNG THÉP NHẸ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------------

NGUYỄN NĂNG ĐIẾN
KHÓA 2012-2014

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG
MẢNH TRỎNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ

DỤNG KHUNG THÉP NHẸ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. PHẠM MINH HÀ

Hà Nội – 2014


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 2
CHƢƠNG I ....................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG ................................. 3
SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ ..................................................................... 3
1.1 Giới thiệu hệ khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng ........................... 3
1.2 Hệ giằng của nhà công nghiệp .................................................................... 5
1.2.1 Nguyên tắc bố trí hệ giằng [4] ................................................................. 6

1.2.2 Cấu tạo hệ giằng ..................................................................................... 11
1.2.3 Nguyên tắc tính toán hệ giằng [4] .......................................................... 14
1.3 Một số tồn tại trong thiết kế hệ giằng hiện nay......................................... 17
CHƢƠNG II .................................................................................................... 19
SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP
MỘT TẦNG SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ ............................................. 19
2.1 Tải trọng tác dụng [2,4] ............................................................................. 19
2.2 Sơ đồ làm việc của hệ giằng mảnh [12] .................................................... 20
2.3 Mô hình và các công thức tính toán hệ giằng mảnh [12].......................... 21
2.3.1 Tính toán hệ giằng .................................................................................. 21


2.3.2 Tính toán nút liên kết giằng ................................................................... 26
2.4 Phƣơng pháp kiểm tra lực căng trƣớc ....................................................... 37
2.4.1 Phƣơng pháp kiểm tra gián tiếp ............................................................. 37
2.4.2 Phƣơng pháp kiểm tra trực tiếp [10] ...................................................... 39
CHƢƠNG III................................................................................................... 41
KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRONG NHÀ
CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ ................. 41
3.1 Các số liệu khảo sát ................................................................................... 41
3.2 Mô hình khảo sát ....................................................................................... 41
3.2.1 Trƣờng hợp nhà xƣởng không có cầu trục ............................................. 41
3.2.2 Trƣờng hợp nhà xƣởng có cầu trục ........................................................ 57
3.2.3 Đánh giá sự làm việc của hệ giằng mảnh trong nhà công nghiệp một
tầng sử dụng khung thép nhẹ .......................................................................... 75
3.3 Khảo sát bằng thực nghiệm các chi tiết giằng .......................................... 81
3.3.1 Mẫu thí nghiệm ...................................................................................... 81
3.3.2 Thí nghiệm các chi tiết giằng ................................................................. 84
3.3.3 Nhận xét kết quả thực nghiệm ............................................................... 91
Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT


:Ứng suất trong thanh giằng chịu kéo.

c

:Hệ số điều kiện làm việc.



:Độ mảnh của thanh giằng.

r

:Bán kính quán tính của thanh giằng chịu kéo.

[] :Độ mảnh giới hạn của cấu kiện.



Lo

:Chiều dài tính toán cho thanh giằng chịu nén.

L

:Chiều dài tính toán của thanh giằng chịu kéo.

l

:Chiều dài thực của cấu kiện.

N

:Nội lực kéo tính toán của thanh giằng chịu nén.

An

:Tiết diện thực của cấu kiện.

A

:Diện tích tiết diện thực của thanh giằng chịu kéo.

f

:Cường độ tính toán của thép.

fy

:Giới hạn bền chảy của thép.

fu

: Giới hạn bền đứt của thép.



:Hệ số uốn dọc.

E

:Mô đun đàn hồi của vật liệu.

P

:Lực nén dọc trục do tải trọng làm việc.

h

:Chiều cao của cấu kiện.

b

:Bề rộng cánh của cấu kiện.

C

:Độ cứng chịu kéo của các thanh giằng.

Cr

:Độ cứng dọc của thanh giằng ngang.

Ar

:Diện tích tiết diện của thanh giằng ngang.

S

:Lực kéo trong thanh giằng.

So

:Lực căng trước trong thanh giằng.


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
STT

Tên bảng biểu

Trang

Bảng 2.1

Hệ số k1

36

Bảng 2.2

Hệ số k3

37

Bảng 3.1

Tải trọng gió tác dụng lên khung hồi nhà

44

Bảng 3.2

Tải trọng gió tác dụng lên khung giữa nhà

45

Bảng 3.3

Tải trọng gió đẩy tác dụng lên khung hồi nhà

45

Bảng 3.4

Tải trọng gió hút tác dụng lên khung hồi nhà

46

Bảng 3.5

Tải trọng gió bốc tác dụng lên khung hồi nhà

47

Bảng 3.6

Tải trọng gió bốc tác dụng lên khung giữa nhà

47

Bảng 3.7

Tải trọng gió tác dụng hai bên hông nhà

47

Bảng 3.8

Nội lực một số thanh giằng do tải trọng tĩnh tải

50

Bảng 3.9

Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà

53

Bảng 3.10

Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà

55

Bảng 3.11

Bảng thông số cầu trục

59

Bảng 3.12

Nội lực một số thanh giằng do tải trọng tĩnh tải

64

Bảng 3.13

Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà

66

Bảng 3.14

Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà

69

Bảng 3.15

Nội lực một số thanh giằng do áp lực đứng cầu trục

71

Bảng 3.16

Nội lực một số thanh giằng do lực hãm ngang

74

Bảng 3.17

Kết quả thí nghiệm kéo phần ren và đai ốc

77

Bảng 3.18

Kết quả thí nghiệm kéo thanh giằng

85

Bảng 3.19

Kết quả thí nghiệm mẫu chi tiết giằng

87


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT

Tên hình vẽ

Trang

Hình 1.1

Nhà xưởng Công ty Mobase – Yên Phong-Bắc Ninh

4

Hình 1.2

Nhà xưởng kích thước 36x42m

5

Hình 1.3

Bố trí hệ giằng cánh trên của dàn

7

Hình 1.4

Bố trí hệ giằng cánh dưới của dàn

8

Hình 1.5

Bố trí hệ giằng đứng của dàn

8

Hình 1.6

Bố trí hệ giằng mái

9

Hình 1.7

Bố trí hệ giằng cột

10

Hình 1.8

Hệ giằng mái sử dụng thép tròn

11

Hình 1.9

Giằng mái sử dụng cáp thép

12

Hình 1.10

Cấu tạo chi tiết giằng mái sử dụng cáp thép

13

Hình 1.11

Giằng cột sử dụng thép góc

13

Hình 1.12

Sơ đồ tính toán hệ giằng mái

15

Hình 1.13

Sơ đồ tính toán hệ giằng cột

15

Hình 2.1

Sơ đồ làm việc khoang giằng

20

Hình 2.2

Sơ đồ làm việc không gian của hệ giằng

20

Hình 2.3

Sơ đồ biến dạng của khối giằng có ứng suất trước

23

Hình 2.4

Biểu đồ làm việc của giằng mảnh ứng suất trước

24

Hình 2.5

Vị trí nút căng thanh giằng

27

Hình 2.6

Ống nối thanh giằng

29

Hình 2.7

Chi tiết nút giằng

31

Hình 2.8

Sơ đồ làm việc nút giằng

33


STT

Tên hình vẽ

Trang

Hình 2.9

Sơ đồ tính toán tấm đệm

34

Hình 2.10

Sơ đồ tính toán bản bụng tại vị trí nút giằng

36

Hình 3.1

Kích thước khung ngang nhà

42

Hình 3.2

Mô hình không gian nhà không có cầu trục

43

Hình 3.3

Sơ đồ tính toán tải trọng gió ngang nhà

44

Hình 3.4

Sơ đồ tính toán tải trọng gió dọc nhà

45

Hình 3.5

Sơ đồ chất tải trọng tĩnh tải

48

Hình 3.6

Sơ đồ chất tải trọng hoạt tải

48

Hình 3.7

Sơ đồ chất tải trọng gió ngang nhà

49

Hình 3.8

Sơ đồ chất tải trọng gió dọc nhà

49

Hình 3.9

Nội lực thanh giằng do tĩnh tải

50

Hình 3.10

Nội lực thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà

52

Hình 3.11

Nội lực thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà

55

Hình 3.12

Mô hình không gian nhà có cầu trục hoạt động

59

Hình 3.13

Sơ đồ chất tải trọng tĩnh tải

60

Hình 3.14

Sơ đồ chất tải trọng hoạt tải

61

Hình 3.15

Sơ đồ chất tải trọng gió ngang nhà

61

Hình 3.16

Sơ đồ chất tải trọng gió dọc nhà

62

Hình 3.17

Sơ đồ chất tải trọng áp lực đứng cầu trục

62

Hình 3.18

Sơ đồ chất tải trọng lực hãm ngang cầu trục

63

Hình 3.19

Nội lực thanh giằng do tĩnh tải

63

Hình 3.20

Nội lực thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà

66


STT

Tên hình vẽ

Trang

Hình 3.21

Nội lực thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà

68

Hình 3.22

Nội lực thanh giằng do áp lực đứng cầu trục

71

Hình 3.23

Nội lực thanh giằng do lực hãm ngang cầu trục

73

Hình 3.24

Mô hình tải trọng gió vùng 4B

76

Hình 3.25

Nội lực thanh giằng vùng gió vùng 4B

77

Hình 3.26

Cấu tạo mẫu dầm thí nghiệm D1

81

Hình 3.27

Cấu tạo mẫu dầm thí nghiệm D2

82

Hình 3.28

Mẫu dầm thép D1, D2

83

Hình 3.29

Mẫu ren + đai ốc đường kính 16 và 18

83

Hình 3.30

Mẫu thép tròn đường kính 16 và 18

84

Hình 3.31

Thí nghiệm kéo ren và đai ốc thanh giằng

85

Hình 3.32

Kết quả thí nghiệm mẫu ren và đai ốc

86

Hình 3.33

Thí nghiệm kéo đứt thanh giằng

87

Hình 3.34

Kết quả kéo đứt thanh giằng

88

Hình 3.35

Cấu tạo liên kết thanh giằng và dầm thép

89

Hình 3.36

Thí nghiệm mẫu chi tiết giằng

89

Hình 3.37

Kết quả biến dạng mẫu dầm thép D2

90


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Nghiên cứu sự làm việc của hệ
giằng mảnh trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ.” là của
riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép,
trùng lặp với các luận văn đã được bảo vệ.

Hà Nội, ngày 8 tháng 8 năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Năng Điến

LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Kiến Trúc Hà
Nội, dưới sự giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, ban
chủ nhiệm Khoa Sau đại học, được sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt tình của
thầy giáo hướng dẫn khoa học, sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành bản
luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu sự làm việc của hệ giằng mảnh
trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ.”
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy trong ban lãnh đạo nhà trường,
lãnh đạo Khoa Sau đại học, tập thể các thầy cô giáo, cán bộ công nhân viên
của trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và các đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi giúp tôi hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt tôi xin cảm ơn PGS.TS. Phạm Minh Hà đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo để tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 8 tháng 8 năm 2014

Nguyễn Năng Điến
Học viên lớp CH2012X1


1

PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ kinh tế - xã hội toàn cầu ảnh
hƣởng không nhỏ đến nền kinh tế chung của đất nƣớc. Sự bùng nổ về khoa
học kỹ thuật trên thế giới đang thúc đẩy các hoạt động sản xuất kinh doanh
của các doanh nghiệp ... Đứng trƣớc thực trạng đó Nhà nƣớc đã có những
chính sách mở cửa thu hút sự đầu tƣ mạnh mẽ từ các doanh nghiệp trong và
ngoài nƣớc. Chính vì những lý do đó rất nhiều các khu công nghiệp đƣợc mọc

lên, nhà xƣởng, nhà máy, kho lƣu trữ, kho bảo quản sử dụng kết cấu khung
thép tiền chế một tầng đang là một trong những phƣơng án lựa chọn hàng đầu
của các đơn vị thiết kế. Trong thiết kế, để đơn giản hoá ngƣời ta thƣờng sử
dụng mô hình khung phẳng. Điều này là khá phù hợp với những nhà dài, chịu
tải trọng phân bố đều. Tuy nhiên, trong thực tế các khung không đứng riêng lẻ
và giữa chúng có các liên kết dọc với nhau thông qua các hệ giằng, xà gồ,
dầm cầu trục... tạo thành hệ không gian. Vì vậy khi chịu tải trọng thì các cấu
kiện đó sẽ cùng tham gia chịu lực. Trong các cấu kiện nêu trên ngoài xà gồ và
dầm cầu trục thƣờng đƣợc tính toán thiết kế một cách cụ thể thì hệ giằng của
nhà công nghiệp trong thực tế chủ yếu đƣợc chọn theo kinh nghiệm từ các
điều kiện về độ mảnh. Hệ giằng có thể sử dụng bằng thép hình, thép tròn,
giằng cáp... trong đó hệ giằng sử dụng thép tròn hay giằng cáp đƣợc sử dụng
tƣơng đối phổ biến trong thực tế. Đặc trƣng của loại giằng này là chủ yếu chịu
kéo, khả năng chịu nén của các thanh giằng này thƣờng rất bé và vƣợt quá độ
mảnh giới hạn của thanh do đó gọi chung là hệ giằng mảnh. Trong một số
trƣờng hợp, để xét đến sự làm việc không gian của khung hay tối ƣu hóa trong
thiết kế trong tính toán nên đƣa hệ giằng mảnh vào mô hình tính toán kết cấu.
Đối với nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ hiện đƣợc áp dụng


2

phổ biến trong thực tế, hầu nhƣ còn ít các đề tài nghiên cứu, khảo sát chi tiết
sự làm việc của hệ giằng mảnh. Vì lý do kể trên, tác giả đã chọn đề tài
“Nghiên cứu sự làm việc của hệ giằng mảnh trong nhà công nghiệp một tầng
sử dụng khung thép nhẹ ” tìm hiểu về sự làm việc của chúng trong công trình,
các vấn đề cần phải nghiên cứu giải quyết trong thực tế làm việc.
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá sự làm việc của hệ giằng mảnh đƣợc sử dụng phổ biến trong
khung thép nhẹ của nhà công nghiệp một tầng, cấu tạo và các công thức tính

toán từ đó đƣa ra những khuyến cáo trong công tác thiết kế nhà công nghiệp
có sử dụng hệ giằng mảnh.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ giằng mảnh đƣợc sử dụng phổ biến trong
khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu tạo, tính toán, sự làm việc của hệ
giằng mảnh sử dụng thanh thép tròn phổ biến trong nhà công nghiệp một tầng
sử dụng khung thép nhẹ.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Hệ giằng mảnh luôn đƣợc áp dụng rất phổ biến trong nhà công nghiệp sử
dụng khung thép nhẹ và đóng vai trò rất quan trọng trong việc giữ ổn định cho
toàn bộ hệ khung thép nhẹ của công trình.
Hệ giằng mảnh chỉ làm việc chịu kéo do đó trong quá trình thi công cũng
nhƣ khai thác sử dụng cần luôn luôn kiểm tra đảm bảo các thanh giằng mảnh

luôn đƣợc căng.
Quan điểm tính toán thanh giằng mảnh có lực căng trƣớc trong nhà công
nghiệp sử dụng khung thép nhẹ cần phải có sự đồng nhất so với quan niệm
thông thƣờng.
Thực tế cho thấy các thanh giằng mảnh chủ yếu bị phá hoại tại vị trí bị
giảm yếu do phần ren của thanh giằng, hoặc do phần ren của những con đai
ốc đƣợc chế tạo không tốt.
2. Kiến nghị
Từ những kết quả nghiên cứu của đề tài ta nhận thấy hệ giằng mảnh
đƣợc áp dụng phổ biến trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép
nhẹ hiện nay cần phải có những nghiên cứu thực nghiệm bằng mô hình làm
việc không gian của công trình.
Nghiên cứu bổ sung các quy định, công thức tính toán hệ giằng mảnh
vào các tài liệu, tiêu chuản thiết kế có liên quan.


93

Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1.

TCVN 5575-2012: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế. Nhà xuất bản Xây
dựng.

2.

TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế. Nhà xuất
bản Xây dựng.

3.

Phạm Văn Hội (Chủ biên), Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật, 2006.

4.

Phạm Văn Hội (Chủ biên), Kết cấu thép 2: Công trình dân dụng và công
nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2002.

5.

Đoàn Định Kiến, Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp. Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật, 1998.

6.

Đoàn Định Kiến (Chủ biên), Kết cấu thép. Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, 1998.

7.

Đoàn Định Kiến, Kết cấu thép sử dụng trong Xây dựng DD.&CN ở Việt
Nam, tuyển tập báo cáo khoa học. Hội thảo kết cấu thép trong xây dựng,
Hội kết cấu và công nghệ xây dựng Việt Nam.

8.

Hoàng Văn Quang (Chủ biên), Thiết kế khung thép nhà công nghiệp.
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2010.

9.

Phạm Minh Hà, Đoàn Tuyết Ngọc, Thiết kế nhà khung thép một tầng
một nhịp. Nhà xuất bản Xây dựng, 2008.

10. Vũ Ngọc Anh, Vũ Quốc Anh, Một số phương pháp kiểm tra lực căng
ban đầu cho dây co. Tạp chí xây dựng số 04-2014.


94

Tiếng nƣớc ngoài
11. СНиП II-23-81*: Стальные конструкции.
12. Кузнецов В.В. и др. Металлические конструкции. Справочник
проектировщика.

ЦНИИПроектстальконструкция

имени

Н.П.

Мелникова. Издательство АСВ. Москва, 2000.
13. MBMA 2002. Metal Building Systems Manual.
14. Zamil Steel. Technical handbook. 1999.
15. TIA STANDARD – Structural Standard for Antenna Supporting
Strutures and Antennas – TIA-222-G, Telecommunication Industry
Association, August 2005;
16. Tower manual – US Deparment of Transportation United State Coast

Guard, 2002;
17. Gregory Martin Hensley. Finite element Analysis of the Seismic
Behavior of Guyed Masts- Master Thesis of Science in Civil Engineering.
Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia,
USA, June, 2005;
18. Electronics Research, Inc Guyed Tower Inspection and Maintenance,
7777 Gardner Road, Chandler, Indiana 47610 USA, 2004.