Ứng dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong thiết kế nhà công nghiệp 1 tầng

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----  ----

NGUYỄN THANH HÙNG

ỨNG DỤNG KẾT CẤU
ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG
THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

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

Đà Nẵng, Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----  ----

NGUYỄN THANH HÙNG

ỨNG DỤNG KẾT CẤU
ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG
THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG

Chuyên ngành: Kĩ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Đà Nẵng, Năm 2019



ii

TĨM TẮT
ỨNG DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG TRONG THIẾT KẾ
NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
Học viên: Nguyễn Thanh HùngChun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số: 8580201, Khóa: K35 Đà Nẵng, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN
Tóm tắt - 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… Đặc tính của kết cấu này là độ
cứng lớn, cường độ cao, độ dẻo và khả năng phân tán năng lượng lớn, về mặt công nghệ cột ống
thép nhồi bê tông dễ dàng thi công và không tốn coffa, rút ngắn được thời gian thi công xây dựng
cơng trình. Với những ưu điểm này cho thấy kết cấu CFT sẽ phù hợp cho những cơng trình chịu
tải trọng và vượt nhịp lớn như cơng trình nhà cơng nghiệp. Tuy nhiên, hiện nay việc sử dụng các
kết cấu này vào trong thực tế xây dựng tại Việt Nam cịn nhiều khó khăn do chưa có các tiêu
chuẩn hướng dẫn thiết kế và cấu tạo các chi tiết liên kết cụ thể. Luận văn này sẽ nghiên cứu trình
tự tính tốn thiết kế nhà cơng nghiệp một tầng sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông theo các tiêu
chuẩn châu Âu. Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ cung cấp thêm một giải pháp kết cấu áp dụng
vào cơng trình nhà cơng nghiệp bên cạnh các giải pháp truyền thống. Bên cạnh đó cơ sở lý thuyết
và ví dụ tính tốn được xem là tài liệu tham khảo cho thiết kế nhà công nghiệp sử dụng cột ống
thép nhồi bê tông nhằm đẩy mạnh việc áp dụng kiểu kết cấu này vào trong thực tế xây dựng hiện
nay
Từ khóa – CFST, Cột ống thép nhồi bê tơng, liên kết, Eurocode 4

APPLICATION OF CONCRETE FILLED STEEL TUBE STRUCTURES IN ONE-STORY
INDUSTRIAL BUILDING DESIGN
Abstract – The structure of Concrete Filled steel Tube (CFT) is commonly used in many
countries around the world such as the United States, Japan, Korea ... The characteristics of this
structure are large hardness, high strength, flexibility and ability to disperse large energy, in terms
of technology, concrete piles are easy to execute and do not waste coffa, shortening construction
time of works. With these advantages, the CFST structure will be suitable for large-span and
heavy-load constructions such as industrial buildings. However, the current use of these structures
in actual construction in Vietnam is still difficult due to the lack of standards to guide the design
and construction of specific connections details. This thesis will study the order of calculating the
design of a one-storey industrial building using Concrete Filled steel Tube structure according to
European standards. The results of the thesis will provide an additional structural solution applied
to industrial buildings in addition to traditional solutions. In addition, the theoretical basis and
calculation examples are considered as references for the design of industrial building using
Concrete Filled steel Tube to promote the application of this type of structure in current
construction now.
Keywords – CFST, Concrete filled steel tube column, Connection, Eurocode 4


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
TÓM TẮT ..................................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ......................................................................... 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. Nhà công nghiệp và đặc điểm của nhà công nghiệp trong thiết kế kết cấu ......... 3
1.1.1. Tổng quan về nhà công nghiệp ................................................................... 3
1.1.2. Các bộ phận cấu tạo nhà công nghiệp ...................................................... 15
1.1.3. Đặc điểm của nhà công nghiệp ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu ........... 16
1.2. Các giải pháp kết cấu cho nhà công nghiệp một tầng ........................................ 17
1.3. Nhà công nghiệp sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông .................................. 19
1.4. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 21
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT
TẦNG SỬ DỤNG CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG ..................................... 22
2.1 . Cấu tạo khung ngang nhà công nghiệp một tầng ............................................. 22
2.1.1. Sơ đồ khung ngang ................................................................................... 22
2.1.2. Kích thước chính của khung ngang .......................................................... 24
2.1.3. Bố trí khung ngang ................................................................................... 26
2.2. Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp ............................... 26
2.2.1. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện ................................................................ 26
2.2.2. Tính tốn tải trọng .................................................................................... 27
2.2.3. Xác định nội lực và tổ hợp nội lực ........................................................... 41
2.2.4. Thiết kế cột khung .................................................................................... 43
2.2.5. Thiết kế xà ngang ..................................................................................... 48
2.2.6. Thiết kế vai cột ......................................................................................... 50


iv

2.2.7. Thiết kế chân cột....................................................................................... 52
2.2.8. Thiết kế chi tiết liên kết cột xà ngang....................................................... 54
2.3. Tóm tắt trình tự thiết kế ..................................................................................... 56
2.4. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 57
CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TỐN KHUNG NGANG NHÀ CƠNG NGHIỆP
MỘT TẦNG MỘT NHỊP ....................................................................................... 58
3.1. Ví dụ thiết kế khung ngang nhà công nghiệp sử dụng cột CFST ...................... 58
3.1.1. Lựa chọn kích thước khung ngang. .......................................................... 59
3.1.2. Sơ đồ kết cấu khung ngang....................................................................... 60
3.1.3. Tính tốn tải trọng tác dụng...................................................................... 62
3.1.4. Xác định nội lực ....................................................................................... 70
3.1.5. Tổ hợp tải trọng ........................................................................................ 77
3.1.6. Thiết kế cột nhà công nghiệp sử dụng cột ống thép nhồi bê tông ............ 79
3.1.7. Thiết kế vai cột ......................................................................................... 86
3.1.8. Thiết kế chân cột....................................................................................... 88
3.1.9. Thiết kế liên kết cột CFST với xà ngang .................................................. 92
3.1.10. Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột .................................... 94
3.2. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 1

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)


v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CFT
C
D

E

: Kết cấu ống thép nhồi bê tông
: Hệ số với các giá trị cố định
: Chiều rộng hoặc đường kính ống thép
: Mô đun đàn hồi

F
I

: Lực tác dụng
: Mô men quán tính

K
L (l)

: Hệ số độ cứng
: Chiều dài nhịp, chiều dài tính tốn mất ổn định

M
MRd

: Mơ men uốn
: Giá trị tính tốn mơ men bền của tiết diện khi uốn

MSd
N
PR
Q
Rd

Sd
V

: Giá trị tính tốn mơ men ngoại lực
: Lực dọc, số lượng liên kết
: Sức bền chịu cắt của liên kết
: Hoạt tải
: Sức bền tính tốn của tiết diện
: Nội lực tính tốn do tải trọng gây ra
: Lực cắt, lực trượt

W
a
b
d
e
f
fck
fsk
fy

: Mô men chống uốn
: Khoảng cách
: Chiều rộng
: Đường kính, chiều cao
: Độ lệch tâm
: Cường độ
: Cường độ đặc trưng khi nén của bê tông
: Giới hạn đàn hồi đặc trưng khi kéo của thép thanh
: Giới hạn đàn hồi khi kéo của thép kết cấu

i
k
t
α
β
ᵞ
Η
λ

: Bán kính quán tính
: Các hệ số tính toán
: Chiều dày
: Gốc, hệ số
: Gốc, hệ số
: Hệ số an toàn
: Hệ số
: Độ mảnh


vi
σ

: Ứng suất

χ

: Hệ số uốn dọc

A

: Diện tích mặt cắt ngang của ống thép


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

bảng
2.1.
3.1.

Trọng lượng riêng của một số loại vật liệu theo Eurocode 1
Giá trị vận tốc gió cơ bản, áp lực gió quy đổi từ TCVN
2737:1995 sang EN 1991-1-4,

Trang
27
66

3.2.

Xác định áp lực gió EN 1991-1-4

66

3.3.

Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình

67

3.4.

Hệ số áp lực ngồi dọc các bức tường cơng trình hình chữ
nhật

67

3.5.

Xác định nội lực của các trường hợp tải trọng

75

3.6.

Nội lực của các trường hợp chất tải trọng

77

3.7.

Tổ hợp tải trọng

79

3.8.

Bảng xác định các giá trị M, N dùng vẽ biểu đồ tương tác

81

3.9.

Các cặp nội lực dùng kiểm tra khả năng chịu lực của cột
CFST

83

3.10.

Kiểm tra ổn định cột CFST chịu nén

84

3.11.

Kiểm tra ổn định cột CFST chịu mô men

85

3.12.

Tổ hợp nội lực tính tốn chân cột

88

3.13.

Kiểm tra khả năng chịu ép mặt của móng

89

3.14.

Kiểm tra chuyển vị đầu cột

94


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Nhà cơng nghiệp

3

1.2.

Mặt cắt ngang khung nhà công nghiệp một tầng một nhịp

10

1.3.

Cấu tạo cầu trục

11

1.4.

Kết cấu nhà có khẩu độ nhỏ

14

1.5.

Nhà có khẩu độ lớn

14

1.6.

Kết cấu không gian nhà công nghiệp một tầng

15

1.7.

Các bộ phận trong nhà công nghiệp

15

1.8.

Nhà công nghiệp sử dụng cột BTCT

18

1.9.

Khung nhà công nghiệp sử dụng kết cấu thép

19

2.1.

Kết cấu khung nhà công nghiệp một tầng (1- cột; 2- dàn vì
kèo; 3- dầm cầu trục; 4- cửa mái; 5- hệ giằng)

22

2.2.

Sơ đồ khung một nhịp

23

2.3.

Giải pháp kết cấu mái

24

2.4.

Trục định vị cho nhà cơng nghiệp một tầng

24

2.5.

Các kích thước chính của khung ngang

26

2.6.

Sơ đồ chất tải để xác định Dmax

28

2.7.

Đường cong tương tác lực nén và mô men uốn

46

2.8.

Phương pháp tính tốn cho cột chịu nén và chịu uốn theo một
phương

47

2.9.

Một số giá trị của χn

48

2.10.

Cấu tạo vai cột

51

2.11.

Cấu tạo liên kết móng với cột CFST

52

2.12.

Cấu tạo chi tiết liên kết cột xà

55

3.1.

Sơ đồ hình học khung ngang

61

3.2.

Sơ đồ kết cấu khung

61

3.3.

Tiết diện ngang của cột, xà ngang và vai cột

62


ix
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

3.4.

Sơ đồ tĩnh tải

62

3.5.

Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung

63

3.6.

Tính tốn tải trọng cầu trục tác dụng vào vai cột

64

3.7.

Hoạt tải Dmax trái

64

3.8.

Hoạt tải Dmax phải

65

3.9.

Hoạt tải Tmax trái

65

3.10.

Hoạt tải Tmax phải

66

3.11.

Sơ đồ Phân khu cho nhà hình chữ nhật

68

3.12.

Sơ đồ phân khu cho mái dốc 2 phía

69

3.13.

Xác định hệ số khí động trên mái

69

3.14.

Sơ đồ gió trái tác dụng vào khung (GT)

70

3.15.

Sơ đồ gió phải tác dụng vào khung (GP)

70

3.16.

Khai báo vật liệu

71

3.17.

Khai báo tiết diện cột CFST

71

3.18.

Khai báo tiết diện xà ngang

72

3.19.

Khai báo tiết diện xà ngang

72

3.20.

Sơ đồ khung ngang

73

3.21.

Các trường hợp tải trọng

73

3.22.

Cấu tạo tiết diện cột ống thép nhồi bê tông

80

3.23.

Đường cong tương tác lực nén và mô men uốn

80

3.24.

Sự phân bố ứng suất trên tiết diện

81

3.25.

Biểu đồ tương tác cột CFST tiết diện tròn D=500mm

83

3.26.

Đồ thị xác định hệ số μ

85

3.27.

Cấu tạo chân cột

89

3.28.

Sơ đồ tính tốn chân cột

90

3.29.

Cấu tạo bu lơng neo chân cột

91

3.30.

Cấu tạo và sơ đồ tính liên kết cột xà ngang

92


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,...loại kết
cấu này có những đặc tính như: sự bố trí của thép và bê tơng trong mặt cắt ngang tối
ưu hóa cường độ và độ cứng của tiết diện. 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. Ngoài
ra, thực tế nghiên cứu chứng minh ống thép giam giữ lõi bê tông, làm tăng cường
độ nén cho các cột CFT tiết diện tròn và độ dẻo cho các CFT hình chữ nhật. Các
nghiên cứu gần đây cũng đã giới thiệu việc sử dụng bê tông cường độ cao kết hợp

với ống thép có thành mỏng cường độ cao với nhiều thành công. 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 cơng xây dựng cơng trình.
Như vậy, kết cấu CFST có nhiều đặc tính tốt về mặt kĩ thuật và thi công,
những ưu điểm này cho thấy kết cấu CFST sẽ phù hợp cho những cơng trình chịu
tải trọng và vượt nhịp lớn như nhà cơng nghiệp có sử dụng cầu trục. Tuy nhiên, hiện
nay việc sử dụng các kết cấu này vào trong thực tế xây dựng tại Việt Nam cịn nhiều
khó khăn do chưa có các tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế và cấu tạo các chi tiết liên
kết cụ thể. Do đó, luận văn này sẽ nghiên cứu trìnhtự tính tốn thiết kế nhà cơng
nghiệp một tầng sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông theo các tiêu chuẩn châu
Âu. Đó là lý do để chọn đề tài “ỨNG DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ
TÔNG TRONG THIẾT KẾ NHÀ CÔNG NGHIỆP 1 TẦNG”
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về nhà công nghiệp và kết cấuống thép nhồi bê tông
- Thiết lập trình tự tính tốn khung nhà cơng nghiệp một tầng, 1 nhịp
- Tính tốn thiết kế một cơng trình nhà cơng nghiệp sử dụng kết cấu CFT và
các chỉ dẫn cấu tạo liên kết.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nhà công nghiệp một tầng một nhịp
Phạm vi nghiên cứu: Khung nhà công nghiệp sử dụng kết cấu CFT.


2
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết thiết kế nhà công nghiệp sử dụng kết cấu CFT
5. Kết quả dự kiến
- Trình bày trình tự tính tốn thiết kế khung nhà cơng nghiệp một tầng, 1 nhịp
- Trình tự thiết kế cột ống thép nhồi bê tông và cấu tạo chi tiết liên kết;
- Ví dụ tính tốn thiết kế cơng trình cụ thể.
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
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng sử dụng cột ống
thép nhồi bê tơng
Chương 3: Ví dụ tính tốn
Kết luận và kiến nghị


3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
Trong chương này thực hiện tổng quan về đặc điểm nhà công nghiệp ảnh
hưởng đến giải pháp thiết kế kết cấu. Thực hiện tổng quan các giải pháp kết cấu
đang được sử dụng trong thiết kế nhà công nghiệp hiện nay. Từ những đặc điểm của
nhà công nghiệp và ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bê tơng, thực hiện phân tích
cho thấy sự hợp lý trong việc sử dụng kết cấu này trong kết cấu nhà công nghiệp
bên cạnh các giải pháp kết cấu truyền thống.
1.1. Nhà công nghiệp và đặc điểm của nhà công nghiệp trong thiết kế kết
cấu
1.1.1. Tổng quan về nhà công nghiệp
Nhà cơng nghiệp là các cơng trình với 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[8].

Hình 1.1. Nhà cơng nghiệp


4
Với nhà cơng nghiệp những đặc điểm cần tìm hiểu như sau:
Về kiến trúc: Yêu cầu cơ bản trong thiết kế nhà công nghiệp [8] là:
- Thỏa mãn yêu cầu cao nhất về 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 thỏa mãn yêu cầu thay đổi và hồn thiện cơng nghệ,
thiết bị sản xuất … mà khơng ảnh hưởng lớn đến cấu trúc tòa nhà.
- Đảm bảo sự bền vững của cơng trình tức là ngơi nhà phải bền chắc có chất
lượng sử dụng tốt chịu được tác động cơ, lý hóa của thiên nhiên và sản xuất, có tuổi
thọ phù hợp với cấp cơng trình, thỏa mãn cao nhất u cầu cơng nghiệp hóa xây
dựng. Nói một cách khác tức là phải đảm bảo các yêu cầu về kĩ thuật trong thiết kế
và xây dựng.
- Đảm bảo u cầu về kiến trúc. Cơng trình nhà cơng nghiệp được xây dựng
phải có kiến trúc đẹp có sức truyền cảm. Kiến trúc của tòa nhà phải thể hiện được
chức năng của cơng trình có tính thống nhất giữa hình tượng kiến trúc với giải pháp
kết cấu, cấu tạo có sự hài hịa giữa các vật liệu được sử dụng.
- Thỏa mãn cao nhất yêu cầu hợp lý kinh tế. Tịa nhà được thiết kế và xây
dựng phải có chi phí nhỏ nhất trong xây dựng và kinh doanh. Tính kinh tế được thể
hiện ở sự tổ chức tối ưu nhất dây chuyền sản xuất, ở khả năng sử dụng hợp lý nhất
mặt bằng diện tích và hình khối tòa nhà, kết cấu chịu lực và bao che phải phù hợp
với đặc điểm sản xuất và tình hình địa phương, khả năng cơng nghiệp hóa cao nhất

và chi phí bảo quản nhỏ nhất.
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 cơng nghệ như các ngành cơng nghiệp khác.
Q trình phát triển của thiết kế điển hình như sau:
- Thiết kế các cấu kiện chi tiết điển hình của nhà và cơng trình trên cơ sở cấu
kiện chi tiết này có thể tổ hợp thành những ngôi nhà theo đúng yêu cầu của ngành
và quy mơ sản xuất có mức độ biểu hiện thẩm mỹ khác nhau. Các cấu kiện điển
hình này có thể áp dụng được nhiều lần cho nhiều đối tượng công trình khác nhau.
- Thiết kế điển hình đơn nguyên. Đơn nguyên là một bộ phận hoàn chỉnh về
các mặt gồm giải pháp mặt bằng kỹ thuật cấu tạo. Đó là một đơn vị để ghép thành
những ngôi nhà ngắn dài rộng hẹp tùy theo yêu cầu. Phương pháp này có nhiều ưu
điểm là linh hoạt đáp ứng yêu cầu sử dụng, cho phép ghép nối thành những công


5
trình quy mơ khác nhau, tạo được những bộ mặt có kiến trúc đa dạng và thuận lợi
cho việc sản xuất các cấu kiện.
- Thiết kế điển hình ngơi nhà hay nói cách khác là điển hình theo cơng năng
của những loại đối tượng khác nhau.
- Thiết kế điển hình hoàn toàn nhà máy để đáp ứng yêu cầu xây dựng hàng
loạt, nhanh…
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:
Không 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
Việc phân chia trục định vị trong nhà cơng nghiệp có tầm quan trọng đặc biệt
đối với việc thiết kế và thi công các cấu kiện lắp ghép. Phân chia trục định vị là cơ
sở để thống nhất giữa thiết kế tiêu chuẩn hóa và thi công lắp ghép ở hiện trường.
Việc phân chia trục định vị phổ biến trong nhà công nghiệp một tầng (phương pháp
chia trục định vị đóng kín) được quy định như sau [1]:
- Trục định vị dọc nhà
Đi qua tim các hàng cột giữa
Đi qua mép ngoài của hàng cột biên
- Trục định vị ngang nhà:
Đi qua tim của các hàng cột bên trong
Đi qua mép trong của tường đầu hồi, tim các hàng cột đầu hồi cách trục định
vị một khoảng 500mm


6

Trục định vị nhà cơng nghiệp một tầng
Tại vị trí khe nhiệt độ theo chiều ngang nhà thiết kế hai dãy cột, trục định vị
đi qua tâm 2 cột, tim cột cách trục định vị về hai bên một khoảng 500mm.
Với phương pháp phân chia trục định vị đóng kín khơng có khe hở giữa các
tấm mái và tường bao quanh nhà nên số loại cấu kiện ít nhất
Tuy nhiên khi nhà xưởng có cầu trục với sức trục lớn (lúc đó tiết diện cột
lớn) để đảm bảo an tồn cho cầu trục hoạt động quy định như sau:

Khoảng cách e(λ) từ trục định vị đến trục đường ray (trên đó bánh xe cầu
trục hoạt động) với:
Sức trục Q ≤ 30T lấy e = 750mm
Sức trục Q > 30T, lúc này trục định vị sẽ dời vào so với mép ngoài cột một
khoảng từ 250 – 500mm, e = 1000mm và e = 1250mm (khi có cấu tạo đường đi dọc
dầm cầu trục)
Trong trường hợp này sẽ có khe hở giữa các tấm mái với tường dọc nhà, để
bịt kín phải sử dụng tấm mái đặc biệt

Trục định vị dọc nhà theo sức trục
Nếu nhà có chiều rộng lớn hơn 60m, có 2 khẩu độ song song cao thấp khác
nhau thì tốt nhất là chỗ tiếp giáp giữa 2 khẩu độ đó trùng nhiệt độ.


7

Trục định vị tại vị trí tiếp giáp giữa hai nhịp liền kề
Trường hợp theo chiều dọc nhà có hai nhịp cao thấp khác nhau và chỉ sử dụng
1 cột tại vị trí giữa thì trục định vị đi qua mép ngoài gối tựa của hai kết cấu mái.
Chi tiết chỗ tiếp giáp giữa hai nhà vng góc nhau

Trục định vị tại vị trí tiếp giáp giữa hai nhà vng góc nhau
Nhà tường gạch chịu lực quy định như sau:
- Nếu tường gạch dày ≥ 330mm, trục định vị cách mép trong tường một
khoảng 250mm
- Nếu tường gạch có bổ trụ, bề dày bổ trụ < 250mm trục định vị cách mép


8
trong bổ trụ 250mm

-

Nếu bổ trụ dày ≥ 250mm thì trục định vị nằm ở vị trí tiếp giáp giữa tường và

bổ trụ
Nếu tường đầu hồi là tường gạch chịu lực sẽ có 2 trường hợp:
- Tường gạch dày > 250mm, trục định vị cách mép trong tường một khoảng
-

250mm
Tường có bổ trụ ≥ 250mm thì trục định vị nằm ở vị trí tiếp giáp giữa tường
và bổ trụ

Trục định vị cho kết cấu tường chịu lực
Chọn lưới cột là một bước quan trọng trong q trình bố trí mặt bằng nhà công
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
công 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
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.

-


9
Trên cơ sở thiết kế mặt bằng ta tiến hành thiết kế mặt cắt ngang nhằm chọn hệ
thống kết cấu, giải quyết khơng 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 các yếu tố sau [8]:
- 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 chiều cao nhà cơng nghiệp một tầng khơng hoặc có cần trục treo
Nhịp nhà
(m)

6; 9; 12
15; 18
18;24

Tải trọng cần
trục treo (T)
0.5 ÷ 10
0.5 ÷ 10
0.5 ÷ 10

Chiều cao nhà
(m)
3.6; 4.8; 5.4; 6
4.8
5.4;6;7.2; 10.8; 12.6

Theo bội số
(m)
0.6
0.6 ÷ 1.2


10

Hình 1.2. Mặt cắt ngang khung nhà cơng nghiệp một tầng một nhịp
Trong nhà công nghiệp, để vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm, thành

phẩm và các thiết bị sản xuất khi lắp ráp hoặc sửa chữa trong các nhà cơng nghiệp
người ta có thể sử dụng các phương tiện vận chuyển. Các loại phương thức vận
chuyển ảnh hưởng nhiều đến giải pháp kiến trúc và kết cấu của ngôi nhà. Hiện nay,
chủ yếu sử dụng cần trục cho việc vận chuyển trong nhà cơng nghiệp.
Cần trục hay cịn được gọi là cần trục kiểu cầu được sử dụng để vận chuyển
hàng hóa theo hai phương ngang, dọc trong nhà cơng 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
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 mơ tơ đẩy chạy theo phương dọc nhà
Cabin cho người điều khiển


11

Hình 1.3. 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% . Ví dụ của các xưởng luyện kim, cán thép.
Các thông số của cầu trục được cho trong Catolo để sử dụng cho thiết kế như
trong bảng sau.


12
Số liệu cầu trục/Sức nâng 5-32 tấn, chế độ là việc trung bình
Sức
trục
Q (T)

5

10

16

20

25

32

Nhịp Lk

Chiều
cao

K.Cách
Zmin

Bề rộng
gabarit

(m)

gabarit
Hk (mm)

16.5

770

130

3650

19.5

810

160

3880

22.5

810

160

25.5

870

28.0

870

31.0

Bề rộng
đáy

T. lượng
cầu trục

Trọng
lượng xe

Áp lực

Pmax

Áp lực
Pmin

(kN)

(kN)

G (T)

con
Gxe (T)

2700

4.12

0.450

35.5

10.3

2900

5.76

0.450

39.7

14.1

3980

3200

6.80

0.450

42.3

16.7

180

4500

3800

9.70

0.495

49.8

23.7

180

5300

4600

10.82

0.495

52.7

26.4

870

180

5930

5100

15.98

0.495

65.7

39.2

34.0

870

180

5930

5100

18.1

0.495

70.9

44.6

16.5

960

180

3830

2900

5.70

0.803

63.3

13.0

19.5

960

180

3830

2900

7.16

0.803

67.5

16.1

22.5

960

180

3900

3200

8.36

0.803

70.7

18.6

25.5

960

180

4500

3800

11.0

0.833

77.3

27.4

28.0

960

180

5300

4600

12.78

0.883

81.9

29.5

31.0

1010

180

5930

5100

17.62

0.833

94.3

43.5

34.0

1010

180

6010

5100

19.76

0.833

99.7

45.7

16.5

1140

180

3860

2900

7.72

1.19

97.7

20.9

19.5

1140

180

4230

3200

10.24

1.19

105

26.2

22.5

1140

180

4230

3200

11.18

1.236

108

27.9

25.5

1140

180

4630

3800

14.1

1.236

115

35.5

28.0

1140

180

5030

4200

15.18

1.301

118

37.9

31.0

1190

190

6110

5100

21.26

1.301

134

52.3

34.0

1190

190

6110

5100

23.62

1.301

140

58.1

16.5

1330

180

3930

2900

8.54

1.19

119

23.7

19.5

1330

180

4230

3200

11.30

1.19

127

29.5

22.5

1330

180

4230

3200

12.46

1.236

130

32.3

25.5

1380

180

4630

3800

15.44

1.236

138

39.2

28.0

1380

180

5030

4100

18.00

1.301

145

45.0

31.0

1380

190

6110

5100

22.96

1.301

158

56.8

34.0

1380

190

6110

5100

24.14

1.301

161

59.7

16.5

1380

190

4130

3200

10.00

1.508

146

29.0

19.5

1380

190

4130

3200

12.26

1.508

153

33.3

22.5

1380

190

4130

3200

13.98

1.573

158

36.3

25.5

1380

190

4730

3800

17.06

1.573

166

44.3

28.0

1380

190

5530

4600

19.66

1.667

173

50.3

31.0

1380

190

6110

5100

24.3

1.667

185

61.5

34.0

1620

300

6270

5100

29.76

1.667

199

74.8

16.5

1460

190

4530

3600

12.12

2.531

184

36.6

19.5

1460

190

4530

3600

14.76

2.531

193

40.8

22.5

1460

190

4530

3600

16.46

2.453

198

44.3

25.5

1700

300

5170

4000

21.62

2.453

212

56.1

28.0

1700

300

5770

4600

24.36

2.700

219

62.8

31.0

1700

300

6270

5100

29.14

2.700

232

73.7

34.0

1700

300

6270

5100

34.04

2.700

245

85.2

(mm)

Bk (mm) Kk (mm)


13
Ghi chú: Lk - nhịp cầu trục; Hk - chiều cao gabarit của cầu trục (khoảng cách từ mặt ray
đến điểm cao nhất của cầu trục); Bk - bề rộng gabarit của cầu trục; Kk - bề rộng đẩy
(khoảng cách trọng tâm hai bánh xe cầu trục theo bề rộng / phương dọc nhà); Zmin khoảng cách nhỏ nhất theo phương ngang từ trọng tâm ray cầu trục đến mép trong của
cột; Pmax - áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất của 1 bánh xe cầu trục lên ray; Pmin - áp lực
đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất của 1 bánh xe cầu trục lên ray.

Ngoài các loại cầu trục kể trên, trong thực tế còn gặp một số loại cầu trục
chuyên dụng khác: cầu trục nam châm, cầu trục gầu xúc, cầu trục đổ khuôn, tháo
khuôn…
Vật liệu làm khung nhà cơng nghiệp. Nhà cơng nghiệp hay nhà xưởng trong
đó 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
- Vật liệu thép có tính cơ học cao, kết cấu thép nhẹ và khỏe nên nói chung thép
thích hợp nhất để làm kết cấu nhà xưởng. Nhưng thép cũng là vật liệu quý và còn
hiếm phần lớn thép xây dựng của ta là nhập ngoại
- Bê tông cốt thép hồn tồn có thể ứng dụng trong nhiều loại kết cấu chịu lực
của nhà xưởng giá rẻ hơn, chống ăn mòn tốt hơn nhưng trọng lượng nặng, thời gian
và công xây dựng thường lớn hơn so với dùng kết cấu bằng thép.
- Việc cân nhắc dùng loại vật liệu nào cho các bộ phận của kết cấu nhà xưởng.
Thép hay bê tông cốt thép hay hỗn hợp cả hai là vấn đề cần giải quyết ngay từ lúc
chọn phương án kết cấu.
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


14

Hình 1.4. Kết cấu nhà có khẩu độ nhỏ
Trong xưởng sản xuất chính nên dùng vật liệu khơng cháy để làm kết cấu
chịu lựcvà kết cấu bao che. Sử dụng kết cấu bê tông cốt thép hoặc kết hợp bê tơng
cốt thép và thép[1].
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, đặc 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 tơng cốt thép hỗn hợp

Hình 1.5. Nhà có khẩu độ lớn