Đánh giá hiệu quả giải pháp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp 1 tầng

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ QUỐC PHONG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG
KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG
NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ TḤT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ QUỐC PHONG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG
KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG
NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 85.80.201

ḶN VĂN THẠC SĨ
KỸ TḤT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Đà Nẵng - Năm 2019


i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Người cam đoan

LÊ QUỐC PHONG


ii
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI
BÊ TÔNG TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG
Học viên: LÊ QUỐC PHONG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng DD VÀ CN

Mã số: 85.80.201 Khóa: K35

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt: Kết cấu ống thép nhồi bê tơng có những ưu điểm như: khả năng chịu lực cao,
chống ăn mòn tốt, tăng độ cứng chống uốn, ổn định hơn vì vậy với những cơng trình nhà cơng
nghiệp có chiều cao lớn, sức trục lớn, nhịp nhà và bước cột lớn thì việc sử dụng kết cấu liên

hợp thép bê tông sẽ là một giải pháp kết cấu hợp lý. Tuy nhiên hiện nay kết cấu liên hợp thép
bê tông mới chỉ được ứng dụng vào những cơng trình như cầu, nhà cao tầng… ở đó cấu kiện
cột chịu một lực nén lớn mà chưa được ứng dụng vào các cơng trình nhà cơng nghiệp. Do đó
để xem xét sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tơng vào nhà cơng nghiệp cần có những phân tích
đánh giá hiệu quả của nó với những kết cấu truyền thống (chủ yếu là kết cấu thép). Trong luận
văn này tác giả chỉ đánh giá hiệu quả việc sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà
công nghiệp 1 tầng 1 nhịp. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với đặc điểm của nhà công nghiệp
một tầng một nhịp là Lực dọc tác dụng vào cột nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng chịu lực của
cột, trong khi đó mơ men tác dụng rất lớn thì việc sử dụng kết cấu cột ống thép nhồi bê tông
cho hiệu quả không đáng kể so với kết cấu thép truyền thống.
Từ khóa: Ống thép nhồi bê tơng; nhà cơng nghiệp, độ cứng, chuyển vị, nén.
EFFICIENCY ASSESSMENT OF THE SOLUTION CONCRETE FILLED STEEL
TUBE STRUCTURE IN 1-FLOOR INDUSTRIAL BUILDING
Abstract : Concrete filled steel tube structure has advantages such as: high bearing capacity,
good corrosion resistance, increased bending resistance, more stable so for industrial
buildings with high height, large shaft power, with large span, the use of Concrete filled steel
tube structure will be a reasonable structural solution. However, at present, the concrete steel
structure is only applied to constructions such as bridges, high-rise buildings, etc. where the
column structure is subjected to a large compressive force but has not been applied to
industrial buildings. Therefore, to consider using concrete steel structure in industrial
buildings, it is necessary to analyze and evaluate its effectiveness with traditional structures
(mainly steel structures). In this thesis, the author only assesses the effectiveness of the use of
steel structure of concrete pipes in 1-storey 1-floor industrial building. The research results
show that, with the characteristics of a one-stage one-storey industrial house, the vertical force
acting on the column is much smaller than the bearing capacity of the column, while the
torque is very large, the use of The use of concrete column steel column structure gives
negligible effect compared to traditional steel structure.
Keywords: Concrete steel pipe; industrial house, hardness, displacement, compression.

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................ii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. viii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 1
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2
5. Kết quả dự kiến ................................................................................................... 2
6. Bố cục đề tài ....................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về nhà công nghiệp ................................................................................. 3
1.1.1. Các bộ phận cấu tạo nhà công nghiệp .......................................................... 7
1.1.2. Đặc điểm của nhà công nghiệp ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu ................ 8
1.2. Các giải pháp kết cấu cho nhà công nghiệp một tầng .............................................. 9
1.3. Nhà công nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông ....................................... 10
1.4. Khả năng chịu lực của kết cấu ống thép nhồi bê tông ............................................ 12
1.5. Kết luận chương 1 .................................................................................................. 13
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP 1
TẦNG SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VÀ KẾT CẤU
THÉP ............................................................................................................................ 14
2.1. Cơ sở thiết kế khung nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp sử dụng kết cấu ống thép nhồi
bê tông ........................................................................................................................ 14
2.1.1. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng và các kích thước của khung ngang ............. 14
2.1.2. Xác định tải trọng tác dụng vào khung ngang ............................................ 17
2.1.3. Nội lực và tổ hợp nội lực ............................................................................ 20

2.1.4. Thiết kế cấu kiện cột của kết cấu: ............................................................... 20
2.2. Cơ sở thiết kế khung nhà công nghiệp 1 tầng sử dụng kết cấu thép ...................... 25
2.2.1. Các bước thiết kế khung nhà công nghiệp sử dụng kết cấu thép................ 25
2.2.2. Tính tốn cấu kiện cột ................................................................................. 26
2.3. Nhận xét về kết cấu ống thép nhồi bê tông và kết cấu thép ................................... 32
2.4. Kết luận chương ..................................................................................................... 32


iv
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP KẾT CẤU CFT
TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG ................................................................. 33
3.1. Thiết kế nhà công nghiệp một tầng một nhịp sử dụng kết cấu cột CFT và kết cấu
thép ................................................................................................................................ 33
3.1.1. Tính tốn thiết kế cột nhà cơng nghiệp sử dụng kết cấu thép .................... 36
3.1.2. Tính tốn thiết kế cột nhà công nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê
tông ................................................................................................................................ 41
3.1.3. Đánh giá độ cứng khung ngang ................................................................. 45
3.2. Đánh giá hiệu quả sử dụng vật liệu ....................................................................... 48
3.2.1. Nhận xét về khả năng chịu lực.................................................................... 48
3.2.2. Đánh giá về sử dụng vật liệu ...................................................................... 49
3.2.3. Đánh giá về độ cứng kháng uốn của tiết diện ............................................. 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 51
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)


v

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu chữ cái và chữ La tinh
CFT Kết cấu ống thép nhồi bê tơng
L (l) : Chiều dài nhịp, chiều dài tính tốn mất ổn định
d: Chiều rộng hoặc đường kính ống thép
C: Hệ số với các giá trị cố định
E: Mô đun đàn hồi
F: Lực tác dụng
I: Mơ men qn tính
K: Hệ số độ cứng
L: Chiều dài
M: Mô men uốn
MRd: giá trị tính tốn mơ men bền của tiết diện khi uốn
MSd: giá trị tính tốn mơ men ngoại lực
N:Lực dọc, số lượng liên kết
PR: Sức bền chịu cắt của liên kết
Q: Hoạt tải
Rd: Sức bền tính tốn của tiết diện
Sd: Nội lực tính tốn do tải trọng gây ra
V: Lực cắt, lực trượt
W: Mô men chống uốn
a: Khoảng cách
b: Chiều rộng
d: Đường kính, chiều cao
e: Độ lệch tâm
f: Cường độ
fck: Cường độ đặc trưng khi nén của bê tông
fsk: Giới hạn đàn hồi đặc trưng khi kéo của thép thanh
fy: Giới hạn đàn hồi khi kéo của thép kết cấu
h: Chiều cao

vi
i: Bán kính qn tính
k: Các hệ số tính tốn
t: Chiều dày
α: Gốc, hệ số
β: Gốc, hệ số

ᵞ: Hệ số an toàn
η: Hệ số
λ: Độ mảnh
σ: Ứng suất
χ: Hệ số uốn dọc
A: Diện tích mặt cắt ngang của ống thép

Chữ viết tắt
CFT
Concrete Filled steel Tube
BTCT
Bê tông cốt thép


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

Trang

1.1.

Chiều cao nhà công nghiệp một tầng khơng hoặc có cần trục treo

5

1.2.

So sánh đặc điểm 1 số loại cấu kiện chịu nén.

13

2.1.

Kích thước hình học tiết diện cột

29

2.2.

Đặc trưng hình học tiết diện cột

29

3.1.

Tổ hợp nội lực cột thép của khung L=24m

37

3.2.

Tổ hợp nội lực cột CFT của khung L=24m

42

3.3.

Bảng giá trị đương cong tương tác M-N của cột CFT D600

43

3.4.

Các cặp nội lực : (Mmax, Ntư); (Mmin, Ntư) ; (Mtư, Nmax) Cột D600

45

3.5.

Thống kê chuyển vị đỉnh cột khung theo tải trọng q tác dụng.

47

3.6.

Tiết diện cột thép và cột CFT trong các trường hợp khảo sát

49

3.7.

Tỉ lệ sai lệch diện tích cột thép và cột CFT trong các trường hợp

49

3.8.

Độ cứng cột thép và cột CFT trong các trường hợp tính tốn

50

bảng


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Nhà cơng nghiệp

3

1.2.

Cấu tạo cầu trục

6

1.3.

Các bộ phận trong nhà công nghiệp

8

2.1.

Mặt cắt ngang nhà

14

2.2.

Mặt bằng nhà

15

2.3.

Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông

16

2.4.

Đường ảnh hưởng phản lực gối tựa

18

2.5.

Sơ đồ chất tải Dmax, Dmin trên khung

18

2.6.

Sơ đồ tải xô ngang T trên khung

19

2.7.

Các hướng gió tính tốn

19

2.8.

Đường cong tương tác lực nén và mơ men uốn

23

2.9.

Phân bố mô men dọc chiều dài cột

23

2.10.

Phương pháp cột liên hợp chịu nén và chịu uốn theo một phương

24

2.11.

Sự phân bố mô men trên cột

25

2.12.

Thanh ngắn chịu nén đúng tâm

26

2.13.

Biểu đồ quan hệ lực nén và biến dạng

27

2.14.

Hệ số chiều dài cột

27

3.1.

Sơ đồ khung ngang nhà công nghiệp

33

3.2.

Các tải trọng tác dụng vào khung L=24m

35

3.3.

Biểu đồ đường cong tương tác M-N

42

3.4.

Ứng suất phân bố trên tiết diện

43

3.5.

Đồ thị đường cong tương tác M-N của cột CFT D600

45

3.6.

Tải trọng q lên khung nhà cột thép

46

3.7.

Tải trọng q lên khung nhà cột CFT

46

3.8.

Biểu đồ quan hệ tải q tác dụng và chuyển vị đỉnh cột khung

47

3.9.

Biểu đồ quan hệ nhịp và diện tích

50


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kết cấu ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled steel Tube – CFT) được sử dụng
phổ biến ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc... vì đặc tính của
kết cấu này là như: Thép nằm ở chu vi bên ngồi, nơi nó làm việc hiệu quả nhất trong
việc chịu kéo và chống lại mô men uốn. Độ cứng của CFT được tăng cường đáng kể vì
thép có mơ đun đàn hồi lớn hơn nhiều so với bê tông và nằm xa trọng tâm, nơi nó
đóng góp lớn nhất vào mơ men qn tính. Bê tơng tạo thành một lõi lý tưởng để chịu
được tải trọng nén và nó làm trì hỗn, ngăn chặn sự vênh cục bộ của ống thép, đặc biệt
là trong các kết cấu CFT hình chữ nhật. Về phương diện thi công kết cấu ống thép
nhồi bê tông dễ thi công, không cần hệ thống coffa nên rút ngắn được thời gian thi
công xây dựng công trình so với kết cấu bê tơng cốt thép.
Cơng trình nhà công nghiệp với chức năng là phục vụ cho sản xuất nhằm tạo ra
các sản phẩm. Do đó nhà cơng nghiệp sẽ có những đặc điểm khác biệt so với nhà dân
dụng và ảnh hưởng đến các giải pháp kết cấu như: Nhịp nhà và bước khung lớn hơn
rất nhiều so với nhà dân dụng. Chiều cao cột lớn; Có cầu trục hoạt động; Chiều dài nhà
lớn và độ cứng ngang nhà bé hơn nhiều so với phương dọc; Nhiệt độ phát sinh cao do
quá trình sàn xuất; Thiết bị có tải tọng lớn và tần số hoạt động lớn
Như vậy với những cơng trình nhà cơng nghiệpviệc sử dụng kết cấu liên hợp thép
bê tông sẽ là một giải pháp hợp lý. Tuy nhiên hiện nay kết cấu liên hợp thép bê tông
mới chỉ được ứng dụng vào những cơng trình như cầu, nhà cao tầng… ở đó cấu kiện
cột chịu một lực nén lớn mà chưa được ứng dụng vào các cơng trình nhà cơng nghiệp.
Do đó để xem xét sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tơng vào nhà cơng nghiệp cần có
những phân tích đánh giá hiệu quả của nó với những kết cấu truyền thống (chủ yếu là
kết cấu thép). Đó là lí do để luận văn thực hiện đề tài “ Đánh giá hiệu quả giải pháp

sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp 1 tầng ”
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về nhà công nghiệp, kết cấu cột ống thép nhồi bê tông và
các giải pháp kết cấu sử dụng trong nhà công nghiệp
- Tính tốn thiết kế khung nhà cơng nghiệp 1 tầng 1 nhịp sử dụng hai giải pháp
kết cấu CFT và kết cấu thép.
- Phân tích, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng kết cấu cột ống thép nhồi bê tông
và kết cấu thép trong khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp.


2
- Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá hiệu quả giải pháp cột CFT cho khung nhà công
nghiệp 1 tầng với kết cấu khung thép.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết quy trình thiết kế nhà cơng nghiệp 1 tầng sử dụng kết cấu
CFT và kết cấu thép.
- Phân tích so sánh hiệu quả giải pháp kết cấu CFT cho nhà cơng nghiệp.
5. Kết quả dự kiến
- Tính tốn thiết kế cơng trình cụ thể sử dụng kết cấu CFT và kết cấu thép.
- Các phân tích, đánh giá hiệu quả của cột ống thép nhồi bê tông với cột thép
trong thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp
6. Bố cục đề tài
Mở đầu:
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục tiêu đề tài
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Kết quả dự kiến

Chương 1. Tổng quan về kết cấu CFT
Chương 2. Cơ sở tính tốn thiết kế khung nhà cơng nghiệp 1 tầng sử dụng kết
cấu ống thép nhồi bê tơng và kết cấu thép.
Chương 3. Phân tích, đánh giá hiệu quả giải pháp kết cấu CFT trong nhà công
nghiệp 1 tầng.
Kết luận và kiến nghị
.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
Trong chương này thực hiện tổng quan về nhà cơng nghiệp và đặc điểm của nó
ảnh hưởng đến giải pháp thiết kế kết cấu. Thực hiện tổng quan các giải pháp kết cấu
ống thép nhồi bê tông và sự hợp lý trong việc sử dụng kết cấu này trong kết cấu nhà
công nghiệp. Tổng quan các đánh giá về hiệu quả sử dụng của các kiểu kết cấu ứng
dụng trong thực tế xây dựng các cơng trình dân dụng hiện nay.
1.1 . Tổng quan về nhà công nghiệp
Nhà cơng nghiệp 1 tầng là loại hình chiếm tỷ trọng lớn trong lĩnh vực xây dựng.
Kiểu nhà này thường sử dụng cho các nhà xưởng sản xuất, xí nghiệp, nhà kho công
nghiệp dùng trong phân phối, bán lẻ và giải trí. Kích cỡ thay đổi từ các xưởng nhỏ chỉ
vài trăm mét vuông đến các kho phân phối lớn bao phủ trên một diện tích cả trăm ngàn
mét vng. Chức năng của chúng là phục vụ cho sản xuất và người lao động ở trong
đó, nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu của xã hội và con người. Cơng
nghệ sản xuất – cơng năng của xí nghiệp sẽ xác định cơ cấu và cấu trúc tổng mặt bằng
xí nghiệp cơng nghiệp, xác định các thơng số xây dựng cơ bản và mặt bằng – hình
khối của nhà sản xuất, của các cơng trình phục vụ kĩ thuật, xác định sơ đồ tổ chức
mạng lưới cung cấp kỹ thuật, sơ đồ giao thơng vận chuyển của xí nghiệp. Hiện nay với
sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu xây dựng, những cơng trình cơng nghiệp được thiết

kế phải thỏa mãn cao nhất các yêu cầu của kĩ thuật sản xuất vừa thỏa mãn các khả
năng kĩ thuật xây dựng và yêu cầu cao về thẩm mỹ kiến trúc của xã hội.

Hình 1.1. Nhà cơng nghiệp


4
Với nhà cơng nghiệp những đặc điểm cần tìm hiểu như sau:
Nhà công nghiệp phải đáp ứng yêu cầu cao nhất yêu cầu chức năng: công nghệ
và thiết bị được bố trí trong tịa nhà phải hợp lý nhất, đáp ứng tốt nhất yêu cầu sản
xuất, kinh doanh và tạo được môi trường tiện nghi cho người lao động, giải pháp mặt
bằng – hình khối và kết cấu tịa nhà phải đảm bảo thõa mãn yêu cầu thay đổi và hồn
thiện cơng nghệ, thiết bị sản xuất … mà khơng ảnh hưởng lớn đên cấu trúc tòa nhà
Một yêu cầu quan trọng trong thiết kế kiến trúc là thiết kế điển hình hóa và thống
nhất hóa. Để có thể sản xuất hàng loạt những thành phẩm xây dựng và xây dựng cơ
giới hàng loạt để xây dựng với tốc độ cao chất lượng tốt giá thành hạ cần đi theo con
đường cơng nghiệp hóa xây dựng tức là chuyển ngành xây dựng thành một quá trình
sản xuất theo một dây chuyền công nghệ như các ngành công nghiệp khác. Để làm cơ
sở cho việc thiết kế hình khối mặt bằng và giải pháp kết cấu nhà cơng nghiệp và q
trình điển hình hóa và mơ đul hóa trong xây dựng, nên tuân theo một số quy định cơ
bản như sau:
- Mặt bằng hình khối nên thiết kế dạng chữ nhật mái không chênh lệch nhau
- Nhà công nghiệp một tầng thiết kế với những khẩu độ cùng hướng cùng nhịp L
và chiều cao nhà H
- Không cho phép giật cấp mái <1.2m, cân nhắc 1.8m, cho phép >2.4m
- Quy định về khẩu độ:
Khơng cần cầu trục: L =12, 18, 24m
Có cầu trục: L =18, 24,30m, bội số 6m
- Quy định về chiều cao
- Bước cột b = 6m, bước mở rộng 12m tùy khả năng kiến trúc

- Lưới cột nhà công nghiệp và quy định về phân chia trục định vị
Bố trí lưới cột là một bước quan trọng trong q trình bố trí mặt bằng nhà cơng
nghiệp. Khi chọn lưới cột phải căn cứ vào diện tích yêu cầu sản xuất, đặc tính của sản
xuất và bố trí thiết bị mà chọn hệ lưới cột hợp lý trên cơ sở so sánh về kĩ thuật và kinh
tế. Tham số chủ yếu để thiết kế lưới cột trong mặt bằng xưởng là kích thước của khẩu
độ và bước cột
- Khẩu độ là kích thước tính từ khoảng cách 2 trục phân dọc nhà liên tiếp
- Bước cột là kích thước tính từ khoảng cách 2 trục phân ngang nhà liên tiếp
Để đơn giản cho việc thiết kế và chế tạo các thơng số kích thước mặt bằng nhà
cơng nghiệp 1 tầng được quy định như sau:
- Nhịp L >12m lấy bội số 6m: 12, 18, 24m, nhịp L < 12m lấy bội số 3m: 6, 9 m
- Bước cột b =6m hay bước mở rộng bmr = 12m
Theo kinh nghiệm cho thấy lưới cột càng lớn thì diện tích sản xuất càng tăng lên


5
cho phép bố trí linh hoạt hơn đáp ứng được những yêu cầu của thay đổi kĩ thuật. Phân
tích lưới cột khác nhau đối với nhiều ngành sản xuất cho thấy lưới cột càng lớn thì tiết
kiệm được diện tích sử dụng.
Trên cơ sở thiết kế mặt bằng ta tiến hành thiết kế mặt cắt ngang nhằm chọn hệ thống
kết cấu, giải quyết không gian nhà, giải quyết vấn đề thốt nước mưa trên mái và thơng
gió chiếu sáng. Đối với nhà công nghiệp một tầng độ cao nhà quy định như sau:
- Với nhà khơng có cần trục cầu Q hoặc chỉ có cần trục treo thì độ cao nhà tính
từ mặt trên nền cho đến mép dưới của kết cấu mang lực mái
- Với nhà có cần trục cầu Q thì độ cao nhà được tính từ mặt nền cho đến mép
trên của ray cầu trục
Việc xác định độ cao nhà căn cứ vào cá yếu tố sau:
- Căn cứ vào độ cao của thiết bị - đây là căn cứ chủ yếu nhất để xác định độ cao
nhà. Nếu trong 1 gian bố trí nhiều thiết bị có độ cao thấp khác nhau thì lúc xác định độ
cao của gian đó phải căn cứ vào độ cao của thiết bị cao nhất.

- Căn cứ vào độ cao vận chuyển và lắp ráp thiết bị. Đối với các gian xưởng có
cần trục để vận chuyển vật liệu, sản phẩm hoặc lắp ráp thiết bị sản xuất trong xưởng
(lắp máy) thì cần thêm độ cao cần thiết để cho cần trục có thể hoạt động được.
- Căn cứ vào u cầu thơng gió và chiếu sáng tự nhiên. Khi xác định độ cao nhà
theo 2 yêu cầu trên cần kiểm tra lại độ cao đó có phù hợp với u cầu chiếu sáng và
thơng gió tự nhiên để chọn độ cao cho hợp lý.
Bảng 1.1. Chiều cao nhà công nghiệp một tầng khơng hoặc có cần trục treo
Nhịp nhà
(m)

Tải trọng cần trục
treo (T)

Chiều cao nhà
(m)

Theo bội số
(m)

6; 9; 12
15; 18

0.5 ÷ 10
0.5 ÷ 10

3.6; 4.8; 5.4; 6
4.8

0.6

18;24

0.5 ÷ 10

5.4; 6; 7.2; 10.8; 12.6

0.6 ÷ 1.2

Trong nhà cơng nghiệp cầu trục là thiết bị quan trọng để vận chuyển nguyên vật
liệu, bán thành phẩm thành phẩm và các thiết bị sản xuất khi lắp ráp hoặc sửa chữa.
Cần trục hay còn được gọi là cần trục kiểu cầu được sử dụng để vận chuyển hàng hóa
theo hai phương ngang, dọc trong nhà công nghiệp một tầng hoặc hỗn hợp. Cầu trục
có nhiều loại:
- Loại nhỏ có sức nâng 5 ÷ 50 T
- Loại trung bình 50 ÷ 250 T
- Loại nặng 250 ÷ 630 T
Để kinh tế cầu trục thường có hai móc cẩu có sức nâng khác nhau một móc cẩu


6
có sức nâng lớn và một móc cẩu có sức nâng nhỏ ( ví dụ: cầu trục có sức nâng 30T có
thêm một móc cẩu 5T, có ký hiệu Q = 30/5 T) hoặc hai móc cẩu cùng sức nâng để
nâng các vật có kích thước lớn. Cầu trục được tạo thành từ ba bộ phận chính:
- Xe nâng có pa lăng điện, móc cẩu (một hoặc hai) – chạy trên cầu theo phương
ngang nhà
- Kết cấu chịu lực theo phương ngang kiểu dầm hoặc kiểu giàn, có hệ bánh xe và
mô tơ đẩy chạy theo phương dọc nhà
- Cabin cho người điều khiển

Hình 1.2. Cấu tạo cầu trục

Như vậy, nhà cơng nghiệp có bố trí cầu trục sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của
kết cấu. Tải trọng cầu trục là loại tải trọng lặp, động lực, dễ gây hư hại và hao mòn cho
kết cấu. Bởi vậy khi thiết kế cần chú ý đến cường độ hoạt động của cầu trục được gọi
tên là chế độ làm việc của cầu trục. Toàn bộ hệ thống cầu trục chạy trên hai ray được
đặt trên mặt dầm cầu chạy tựa lên vai cột dọc nhà và sự làm việc của cầu trục chia theo
ba chế độ sau (không phụ thuộc sức trục):
- Chế độ làm việc nhẹ: Thời gian mở máy ít, rất hiếm khi cẩu vật nặng hết sức tải
Q, có thời gian làm việc chiếm 15 ÷ 25% thời gian ca sản xuất. Đó là cầu trục dùng để
sửa chữa, lắp đặt thiết bị
- Chế độ làm việc trung bình: Cầu trục của xưởng sản xuất hàng loạt lớn, của nhà
kho, xưởng rèn dập, thời gian làm việc này từ 25 ÷ 40%
- Chế độ làm việc nặng: Thời gian làm việc hầu như liên tục, thường xuyên cẩu
vật có trọng lượng bằng với sức tải tối đa, thời gian làm việc này từ 40 ÷ 80% .
Vật liệu làm khung nhà công nghiệp. Nhà công nghiệp hay nhà xưởng trong đó


7
tiến hành các q trình sản xuất nên có những đặc điểm riêng khác nhà dân dụng (
Nhịp nhà thường rộng, Chiều cao lớn, Có cầu trục hoạt động). Để tạo nên kết cấu chịu
lực của nhà xưởng, hiện nay ở nước ta dùng chủ yếu hai loại vật liệu: Thép; Bê tông
cốt thép. Việc lựa chọn loại vật liệu dựa trên sự phân tích hợp lý về: Mặt kinh tế - kỹ
thuật; Căn cứ vào kích thước nhà; Sức nâng của cầu trục; Các yêu cầu của công nghệ
sản xuất và cả vấn đề cung cấp vật tư; Thời hạn xây dựng cơng trình
Các kiểu hình thức kết cấu cho nhà cơng nghiệp một tầng:
- Kết cấu nhà có khẩu độ nhỏ: khẩu độ loại này thường là 12m. Do độ cao không
lớn, tải trọng không lớn nên không cho phép dùng kết cấu thép. Thường sử dụng cột
gạch hoặc cột bê tông cốt thép. Kết cấu chịu lực mái có thể bằng gỗ hoặc bê tơng cốt
thép dựa vào yêu cầu chịu lửa và độ bền vững của nhà mà quyết định. Trong cơng
trình phụ dùng cột gạch hoặc cột bê tông cốt thép, kết cấu chịu lực mái dùng dàn gỗ
dạng tam giác

Trong xưởng sản xuất chính nên dùng vật liệu không cháy để làm kết cấu chịu
lực và kết cấu bao che. Sử dụng kết cấu bê tông cốt thép hoặc kết hợp bê tông cốt thép
và thép
Nhà có khẩu độ lớn: nhà cơng nghiệp có khẩu độ lớn tính từ mặt nền mép trên
ray cầu chạy có thể từ 8 – 30m hoặc cao hơn nữa. Khẩu độ từ 18 – 60m hoặc hơn nữa.
Bước cột 6m mở rộng 12m, đực biệt 18,24m. Nhà công nghiệp khẩu độ lớn đơn giản
nhất là L = 18-36m. Kết cấu chịu lực của nhà này là khung ngang chịu lực sử dụng bê
tông cốt thép, thép, bê tông cốt thép hỗn hợp
Nhà có khẩu độ lớn
Kết cấu khơng gian. Do những thành tựu của khoa học kĩ thuật, kết hợp những
phương pháp tính tốn mới, kỹ thuật thi công ngày càng được nâng cao, gần đây người
ta đã đưa ra nhiều dạng kết cấu mới và đã được áp dụng vào nhà công nghiệp. ưu điểm
của dạng kết cấu này là nhẹ nhàng, tiết kiệm vật liệu và có thể với nhà có khẩu độ lớn
và lưới cột lớn. Loại kết cấu này có thể làm tồn khối hoặc lắp ghép.
1.1.1. Các bộ phận cấu tạo nhà công nghiệp
Về cơ bản cấu tạo kiến trúc nhà công nghiệp được phân thành :
- Hệ thống kết cấu chịu lực
- Hệ thống kết cấu bao che
- Hệ thống kết cấu sàn, nền, các kết cấu phụ khác


8

Hình 1.3. Các bộ phận trong nhà cơng nghiệp
a) Hệ thống kết cấu chịu lực: bao gồm các kết cấu cơ bản như móng, dầm móng,
cột, dầm cầu chạy, kết cấu mang lực mái, kết cấu đỡ sàn, hệ khung chống gió, hệ
giằng… Kết cấu chịu lực nhận tải trọng của nhà truyền xuống nền đất.
Hệ thống kết cấu chịu lực được phân thành kết cấu chịu lực theo phương đứng
(như móng, cột) và theo phương ngang (như kết cấu mang lực mái, dầm cầu chạy, hệ
giằng…). Trong một số trường hợp kết cấu có thể chịu lực theo cả phương đứng và

phương ngang như kết cấu kiểu vòm.
b) Hệ thống kết cấu bao che: là kết cấu giới hạn của khơng gian của nhà với
nhiệm vụ chính là bảo vệ cho cơng trình khỏi các tác động của điều kiện khí hậu.
Hệ thống kết cấu bao che được tựa vào kết cấu chịu lực về vị trí có thể nằm bên
trong hoặc bên ngoài cột và kết cấu mang lực mái.
Kết cấu bao che được phân thành các kết cấu bao che theo phương đứng (tường,
cửa sổ, cửa đi, và cửa mái đứng…) và kết cấu bao che theo phương ngang ( mái, cửa
mái nằm ngang)
c) Hệ thống kết cấu sàn, nền và kết cấu phụ khác: kết cấu sàn chỉ có trong nhà
cơng nghiệp nhiều tầng. Các kết cấu phụ khác gồm vách ngăn và hệ khung đỡ vách
ngăn, hệ sàn công tác, cầu thang…
1.1.2. Đặc điểm của nhà công nghiệp ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu
Công trình nhà cơng nghiệp với chức năng là phục vụ cho sản xuất và người lao
động trong đó nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu xã hội và con người. Do
đó nhà cơng nghiệp sẽ có những đặc điểm khác biệt so với nhà dân dụng và ảnh hưởng


9
đến các giải pháp kết cấu. Các đặc điểm đó là:
- Nhịp nhà và bước khung lớn hơn rất nhiều so với nhà dân dụng.
- Chiều cao cột lớn
- Có cầu trục hoạt động
- Chiều dài nhà lớn và độ cứng ngang nhà bé hơn nhiều so với phương dọc
- Nhiệt độ phát sinh cao do quá trình sàn xuất
- Thiết bị có tải tọng lớn và tần số hoạt động lớn
Như vậy, với những đặc điểm riêng biệt của cơng trình cơng nghiệp giải pháp kết
cấu phải đảm bảo vượt được nhịp lớn, sử dụng vật liệu ít nhất cũng như các giải pháp
tính tốn thiết kế đáp ứng sự làm việc của nhà công nghiệp. Kết cấu của nhà xưởng có
chế độ làm việc nặng hay rất nặng chịu những tác động xung kích liên tục, nên khi
thiết kế phải chú ý đảm bảo những yêu cầu đặc biệt về tính tốn và cấu tạo quy định

trong quy phạm.
1.2. Các giải pháp kết cấu cho nhà công nghiệp một tầng
Kết cấu chịu lực nhà công nghiệp một tầng rất đa dạng. Việc lựa chọn dạng kết
cấu chịu lực nhà công nghiệp một tầng phải dựa trên những yêu cầu và đặc điểm của
công nghệ sản xuất, khả năng làm việc của vật liệu, lưới cột và thiết bị vận chuyển cần
thiết trong nhà, yêu cầu tổ chức chế độ vi khí hậu trong phịng, u cầu về thẩm mỹ
kiến trúc và kinh tế xây dựng…Kết cấu nhà công nghiệp cũng như nhà dân dụng khi
thiết kế phải đáp ứng được độ bền, độ cứng và tuổi thọ theo thiết kế. Thuận tiện cho
việc lắp đặt các thiết bị máy móc và đảm bảo hiệu quả kinh tế (người thiết kế cần chọn
giải pháp kết cấu hợp lý, chọn loại vật liệu phù hợp, tận dụng tối đa tính cơng nghiệp
hóa và định hình hóa trong các giai đoạn thiết kế, gia công chế tạo, thi công lắp dựng
kết cấu)
Hiện nay, kết cấu khung phẳng bằng bê tông cốt thép, thép hoặc hỗn hợp được sử
dụng phổ biến nhất trong xây dựng cơng nghiệp do chúng có khả năng chịu lực tốt,
thiết kế, chế tạo và thi công đơn giản khả năng cơng nghiệp hóa cao. Loại kết cấu này
được hình thành từ các khung ngang (móng, cột, xà ngang) và các kết cấu giằng dọc.
Các khung ngang được liên kết với nhau bằng các hệ giằng dọc tạo nên một hệ khung
chịu lực ổn định.
- Khung bê tông cốt thép nhà cơng nghiệp một tầng có nhiều dạng khác nhau có
thể tồn khối hoặc lắp ghép, có thể sử dụng cầu trục hoặc không song phổ biến nhất là
khung lắp ghép với các cấu kiện điển hình - thống nhất. Chúng được sử dụng khá rộng
rãi do thiết kế, chế tạo, thi công đơn giản đáp ứng yêu cầu cơng nghiệp hóa xây dựng.
Loại khung này có thể đáp ứng mọi hình dáng u cầu của cơng nghệ và kiến trúc,
nhưng đặc biệt hợp lý và kinh tế khi nhịp nhà <18m với sơ đồ đơn giản


10
- Khung thép: Nhà có độ cao lớn, nhịp rộng, bước cột lớn, cầu trục nặng - Do
thép có tính năng cơ học cao.
Nhà có cầu trục hoạt động liên tục (chế độ làm việc nặng hay rất nặng ) - Vì kết

cấu thép làm việc chịu tác động lặp của tải trọng động lực được an toàn đảm bảo hơn
các loại kết cấu khác
Nhà trên nền đất lún không đều, vì kết cấu thép vẫn chịu lực tốt trong điều kiện
móng lún khơng đều
Khi xây dựng tại những vùng xa, điều kiện vận chuyển đến khó khăn. Kết cấu
thép nhẹ, dễ vận chuyển
Khi cần xây dựng nhanh, sớm đưa cơng trình vào sử dụng.
Ngồi ra kết cấu thép cịn một số ưu điểm khác khi áp dụng vào nhà công nghiệp
như: Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao (dưới 200 độ) tốt hơn so với bê tơng cốt
thép
Ít bị hư hại do các tác động cơ học
Tiện liên kết các thiết bị, đường ống.
Dễ gia cố khi tải trọng tăng hoặc khi bị hư hại
Xét riêng về mặt tiết kiệm vật liệu, kết cấu khung toàn thép áp dụng có lợi khi:
Nhà xưởng cao (chiều cao lịng nhà H>=15m, nhịp L rộng L>=24m ). Bước cột
B lớn (B>=12m , cầu trục nặng (Q>=50t )
1.3. Nhà công nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông
Kết cấu cột ống thép nhồi bê tông (CFT) được sử dụng phổ biến trong kết cấu nhà
cửa ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc... Kết cấu ống thép nhồi bê
tông là một dạng kết cấu hỗn hợp gồm ống thép và lõi bê tông cùng làm việc. Bê tơng
được đổ trong lịng ống và q trình đơng cứng chặt bê tông trong ống thép sẽ tạo
thành một kết cấu liên hợp chịu lực chung. Trong đó ống thép có tác dụng như là một
vỏ bao ngồi bọc chặt bê tơng. Ống thép có thể có nhiều dạng tiết diện, có thể trịn
hoặc đa giác kín. Cường độ bê tơng có thể mác trung bình hoặc mác cao.
Ưu điểm của kết cấu này là: Độ bền của lõi bê tông (lớp vỏ thép với chức năng
như lớp áo bọc chặt bên ngoài) đã được tăng khoảng 2 lần so với độ bền của bê tông
thường;
Cách sắp xếp vật liệu trên trên mặt cắt ngang làm tối ưu cường độ và độ cứng của
cấu kiện. Cốt thép được phân bố ở chu vi ngoài cùng của tiết diện nên phát huy hiệu
quả làm việc cao nhất khi chịu mô men uốn. Bê tông tạo một lõi lý tưởng để chống lại

tải trọng nén trong quá trình làm việc, trì hoãn và chống lại sự bất ổn định cục bộ của
ống thép đặc biệt các cấu kiện có tiết diện hình vng hoặc chữ nhật. Ngồi ra, ống
thép cản trở biến dạng nở hông của lõi bê tông làm tăng cường độ chịu nén và độ dẻo


11
dai đối với cấu kiện CFT;
Việc nhồi bê tông vào trong ống thép làm nâng cao độ chống ăn mòn bên trong
ống thép, làm giảm độ mảnh, làm tăng độ ổn định cục bộ của thành ống và làm tăng
khả năng chống móp méo của vỏ ống thép khi va đập;
Giá thành tổng thể của cơng trình làm bằng kết cấu ống thép nhồi bê tơng nói
chung nhỏ hơn nhiều so với giá thành của cơng trình tương tự làm bằng kết cấu bê
tông cốt thép hay kết cấu thép thông thường. Khối lượng của kết cấu ống thép nhồi bê
tông nhỏ hơn so với kết cấu bê tông do đó việc vận chuyển và lắp ráp dễ dàng hơn
đồng thời làm giảm tải trọng xuống móng. Kết cấu ống thép nhồi bê tông kinh tế hơn
so với kết cấu bê tơng cốt thép vì khơng cần ván khn, giá vịm, đai kẹp và các chi
tiết đặt sẵn, nó có sức chịu đựng tốt hơn ít hư hỏng do va đập. Do khơng có cốt chịu
lực và cốt ngang nên có thể đổ bê tơng với cấp phối hỗn hợp cứng hơn (tỉ lệ N/X có
thể lấy nhỏ hơn) và sẽ dễ dàng đạt chất lượng bê tông cao hơn.
Tuy nhiên, kết cấu này vẫn còn những nhược điểm như: chưa hiểu rõ sự tương
tác giữa hai vật liệu gây khó khăn trong việc xác định thuộc tính kết hợp như mơ men
qn tính, mơdul đàn hồi; chi tiết liên kết giữa cột CFT và sàn bê tông cốt thép, dầm
bê tông cốt thép hay dầm thép tương đối phức tạp. Các ứng xử, cơ chế làm việc, trạng
thái phá hoại liên kết chưa được hiểu rõ do đó gây ra khơng ít những khó khăn cho
tính tốn thiết kế cấu tạo liên kết;
Hiện nay, các hạn chế tồn tại của loại kết cấu CFT tiếp tục được nghiên cứu để
dần hoàn thiện các yêu cầu về mặt cấu tạo, lý thuyết tính tốn cũng như nhận thức sâu
hơn về ứng xử của loại kết cấu này.
So với kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu bê tông cốt cứng, loại kết cấu này có
những điểm vượt trội hơn hẳn:

– Có tính dẻo tốt hơn BTCT vì sự làm việc gần như đồng thời vỏ thép và lõi bê
tông nên khả năng kháng chấn của cơng trình tốt hơn BTCT.
– Khắc khục được tính dịn lớn của bê tơng cường độ cao do bê tơng bị gị chặt
trong ống thép.
– Có khả năng chịu mài mịn ở vỏ thép và va đập tốt hơn. Trị số biến dạng co
ngót theo chiều dọc của mẫu cách ly là rất nhỏ.
– Trong kết cấu khơng có cốt thép dọc hay cốt thép đai, do đó q trình thi cơng
thuận tiện hơn và độ chặt sít bê tơng đảm bảo hơn.
– Việc duy tu bảo dưỡng đơn giản vì nếu hỏng lớp sơn chống rỉ mặt ngồi vỏ
thép thì chỉ cần sơn bảo vệ lại. Do vậy đảm bảo tính bền vững không bị xâm thực phá
hoại trực tiếp như kết cấu bê tơng cốt thép thuần t.
– Có thể giảm đến gần nửa kích thước tiết diện, tăng khơng gian sử dụng, giảm


12
tải trọng bản thân, do đó có thể vượt khẩu độ nhịp lớn và hiệu quả cao về mặt kinh tế
kỹ thuật.
Như vậy, qua tổng quan có thể thấy được những đặc tính ưu việc của kết cấu bê
tơng cốt thép so với các loại kết cấu khác. Những ưu thế này đảm bảo việc ứng dụng
rộng rãi và linh hoạt kết cấu này trong xây dựng hiện đại. Tuy nhiên, hiện nay việc sử
dụng các kết cấu này vào trong thực tế cịn nhiều khó khăn do chưa có các chỉ dẫn
thiết kế cụ thể đặc biệt là trong các cơng trình vượt nhịp lớn như nhà cơng nghiệp
trong điều kiện Việt Nam. Do đó cần thiết lập một trình tự tính tốn thiết kế theo các
tiêu chuẩn hiện hành để thiết kế nhà công nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê
tông là cần thiết nhằm ứng dụng kết cấu này vào trong thực tế xây dựng.
1.4. Khả năng chịu lực của kết cấu ống thép nhồi bê tông
Hệ thống kết cấu ống thép nhồi bê tông là một hệ thống gồm các cấu kiện chịu
lực chính là các ống thép được nhồi đặc bằng bê tông cường độ cao hoặc trung bình.
Hệ thống kết cấu CFT có nhiều ưu điểm về độ cứng, cường độ, khả năng chống biến
dạng và khả năng chống cháy. Nói chung loại kết cấu này được nghiên cứu áp dụng

cho rất nhiều loại cơng trình xây dựng nhà dân dụng, cơng nghiệp cũng như cơng
trình cầu đường, các dạng cơng trình kỹ thuật khác và đang được các nước đang rất
quan tâm.
Khác với loại ống thép bình thường, ống thép nhồi bê tơng chỉ hiệu quả khi chịu
nén, cịn về khả năng chịu kéo thì nó nhỏ hơn nhiều và tương tự kết cấu bê tơng cốt
thép. Do đó trong một hệ thống chịu lực ta nên chọn kết cấu ống thép nhồi bê tông làm
các cấu kiện chịu nén, tuy nhiên trong một số trường hợp cũng có thể dùng làm cấu
kiện chịu kéo vì một số lý do như: Để chống gỉ cho mặt trong ống thép hoặc tăng độ
cứng chống uốn.
Các kết cấu ống thép nhồi bê tông dùng trong xây dựng thường là kết cấu cột liên
hợp, đó là cấu kiện chỉ chịu nén dọc trục. Nhưng trong thực tế cột khơng những chịu
nén mà cịn chịu uốn do lực nén đặt lệch tâm. Tiêu chuẩn chung của cột liên hợp là
phần tử thép có tác động liên hợp với phần tử bê tơng, vì vậy cả 2 phần tử thép và bê
tông đều tham gia kháng lại lực nén, vỏ thép có tác dụng chịu kéo và chịu mô men uốn
của cột. Các dạng lõi bê tơng lý tưởng có tác dụng chống lại tải trọng nén và cản trở
trạng thái oằn cục bộ ống thép. Vì vậy nên sử dụng cấu kiện cột bằng ống thép nhồi bê
tơng ở những vị trí chịu lực nén lớn, sự giãn nở bị động của thành bên được tạo ra bởi
ống thép làm tăng cường độ, tính mềm dẻo, biến dạng của bê tơng
Có thể so sánh các kết cấu: bê tông cốt thép thường (RC), bê tông cốt thép
thường có lõi là cốt thép cứng (SRC), kết cấu thép (S), kết cấu ống thép nhồi bê tông
(CFT) như sau:


13
Bảng 1.2. So sánh đặc điểm 1 số loại cấu kiện chịu nén.
Tính chất

Kết cấu
RC

SRC

S

CFT

Độ cứng

Rất tốt

Rất tốt

Khá

Tốt

Chống cháy

Rất tốt

Rất tốt

Khá

Tốt

Tính dễ uốn

Khá

Tốt

Rất tốt

Rất tốt

Thi cơng

Tốt

Khá

Rất tốt

Rất tốt

Khá

Tốt

Rất tốt

Rất tốt

Áp dụng cho cơng trình
chịu tải trọng lớn

Như vậy với kết quả nghiên cứu và tổng hợp của các tác giả [] cho thấy, với
phạm vi sử dụng cho các công trình nhà cao tầng, các cơng trình cầu chịu tải trọng và
dao động lớn, kết cấu ống thép nhồi bê tông tỏ ra hiệu quả hơn so với các kết cấu

truyền thống như kết cấu thép và kết cấu bê tơng. Điều đó cho phép tác giả mạnh dạn
trong việc nghiên cứu tính hiệu quả của kiểu kết cấu này vào trong cơng trình nhà
cơng nghiệp nhằm có những đánh giá và kiến nghị về việc sử dụng kết cấu này vào
xây dựng nhà công nghiệp.
1.5. Kết luận chương 1
Trong chương 1 đã thực hiện tổng quan về nhà công nghiệp cũng như các đặc
điểm khác biệt của nhà công nghiệp so với nhà dân dụng ảnh hưởng đến giải pháp
thiết kế kết cấu.
Luận văn cũng giới thiệu kết cấu ống thép nhồi bê tơng. Những đặc tính tốt của
loại kết cấu này rất phù hợp cho việc ứng dụng vào các cơng trình nhà cơng nghiệp
bên cạnh kết cấu truyền thống (kết cấu thép, BTCT). Tuy nhiên để áp dụng vào trong
thực tế thiết kế cịn gặp khó khăn khi chưa có những đánh giá về mức độ hiệu quả của
kết cấu ống thép nhồi bê tông sử dụng trong nhà công nghiệp so với kết cấu truyền
thống. Chương 2 và chương 3 của luận văn sẽ trình bày cụ thể trình tự thực hiện thiết
kế nhà cơng nghiệp một tầng sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tơng và kết cấu thép
cùng với đó là các so sánh đánh giá để cung cấp có những hiểu biết về việc sử dụng
kết cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp.


14

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHUNG NHÀ CƠNG NGHIỆP
1 TẦNG SỬ DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG VÀ
KẾT CẤU THÉP
Như trình bày ở Chương 1 cho thấy kết cấu ống thép nhồi bê tơng có những ưu
điểm như: khả năng chịu lực cao, chống ăn mòn tốt, tăng độ cứng chống uốn, ổn định
hơn vì vậy với những cơng trình nhà cơng nghiệp có chiều cao lớn, sức trục lớn, nhịp
nhà và bước cột lớn thì việc sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông sẽ là một giải pháp
tốt. Tuy nhiên hiện nay kết cấu liên hợp thép bê tông mới chỉ được ứng dụng vào

những cơng trình như cầu, nhà cao tầng… ở đó cấu kiện cột chịu một lực nén lớn mà
chưa được ứng dụng vào các cơng trình nhà cơng nghiệp. Do đó để xem xét sử dụng
kết cấu liên hợp thép bê tơng vào nhà cơng nghiệp cần có những phân tích đánh giá
hiệu quả của nó với những kết cấu truyền thống (chủ yếu là kết cấu thép). Trong luận
văn này tác giả chỉ bàn đến việc sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông trong nhà công
nghiệp 1 tầng 1 nhịp. Nhằm làm cơ sở cho việc tính tốn và đánh giá hiệu quả của kết
cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp ở chương này tác giả
xin trình bày hai giải pháp kết cấu là kết cấu thép và kết cấu ống thép nhồi bê tơng
cũng như lý thuyết tính toán cụ thể cho mỗi trường hợp này.
2.1. Cơ sở thiết kế khung nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp sử dụng kết cấu ống
thép nhồi bê tông
Các bước thiết kế kết cấu thép khung nhà công nhiệp 1 tầng 1 nhịp.
2.1.1. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng và các kích thước của khung ngang
2.1.1.1. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng:
Từ nhiệm vụ thiết kế vẽ mặt cắt ngang nhà xưởng và lập mặt bằng các kết cấu
chính của nhà xưởng (Khung, Cột, Dầm cầu trục, ...)

Hình 2.1. Mặt cắt ngang nhà


15

Hình 2.2. Mặt bằng nhà
2.1.1.2. Xác định các số liệu tính tốn
- Với cầu trục có sức trục Q ta xác định được các số liệu sau:
+ Khoảng cách từ đỉnh ray đến đỉnh xe con của cầu trục là: K1
+ Khoảng cách tối thiểu từ tim ray đến mặt trong của cột trên là: Zmin
+ Khoảng cách từ trục định vị đến mặt ngoài của cột là: a
- Với Q và L ta xác định được các số liệu sau:
+ Nhịp cầu trục: Lcc= S

+Khoảng cách từ tim ray đến trục định vị (λ) : λ = (L- Lcc)/2
- Khoảng cách từ đỉnh xe con đến đỉnh cột trên (mặt dưới cùng của kết cấu xà
nằm ngang hoặc mặt trần nhà): Khi nhà có 2 mái dốc cho mỗi nhịp
Trường hợp xà ngang là dầm mái hoặc vì kèo cánh song song có:
∆a = 200 ÷ 500 (mm)
Trường hơp xà ngang là vì kèo có cánh dưới năm ngang (như giàn tam giác, giàn
hình thang, ...) có:
Δa= 100 + Δv (mm)
Δv là độ võng max của vì kèo, lấy theo độ võng giới hạn Δv = L/250
2.1.1.3. Kích thước chính cột
- Chiều cao cột
+ Chiều cao cột trên: Htr = K1 + hdcc + hr+ ∆a
+ Chiều cao cột dưới: Hd = H1 - hdcc - hr + hch
+ Chiều cao toàn cột: H = Htr + Hd
- Chọn tiết diện cột
+

d
235
 90. 2  90.
t
fy

Trong đó: d: là đường kính cột CFT
t: là bề dày ống thép
f y : là giới hạn đàn hồi của thép