BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG GIẢNG VIÊN: PHẠM XUÂN TÙNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN KẾT CẤU THÉP KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP 1.1.1 Đặc điểm chung kết cấu nhà công nghiệp tầng Phân loại theo vật liệu: thép bê tông cốt thép - Khung liên hợp: cột bê tơng, kèo thép - Khung toàn thép: tất cấu kiện thép Phân loại theo chế độ làm việc cầu trục: - Chế độ làm việc nhẹ - Chế độ làm việc trung bình - Chế độ làm việc nặng - Chế độ làm việc nặng 1.1.2 Các yêu cầu thiết kế khung ngang nhà công nghiệp tầng Yêu cầu sử dụng: - Thuận tiện lắp đặt thiết bị, máy móc - Bảo đảm cho thiết bị nâng cẩu làm việc bình thường - Bảo đảm độ bền độ bền lâu - Bảo đảm thơng gió, chiếu sáng u cầu kinh tế: phụ thuộc vào giá thành vật liệu, giá thành chế tạo xây lắp, chi phí vận chuyển, chi phí thiết kế… 1.2 CẤU TẠO NHÀ CÔNG NGHIỆP TẦNG 1.2.1 Bố trí hệ lưới cột: Bố trí lưới cột theo phương: - Ngang nhà gọi nhịp khung - Dọc nhà gọi bước cột Nhịp nhà bước cột chọn theo mô đun thống nhất: 6m Với nhà công nghiệp thông thường nhịp lấy: 12; 18; 24; 30; 36; 42 m… Bước cột 6; 12; 18 m… Khi nhà dài phải có khe nhiệt độ, khoảng cách khe nhiệt độ lấy không 200m Do cần khoảng cách để bố trí sườn tường để mái không bị hụt, đầu hồi vị trí khe nhiệt trục cột lùi vào so với trục định vị 500 mm 1.2.2 Kích thước khung ngang a) Sơ đồ khung ngang Liên kết cột kèo liên kết khớp liên kết cứng - Khung nhiều nhịp thường dùng liên kết khớp - Khung nhịp thường dùng liên kết cứng - Vì kèo tam giác liên kết khớp - Vì kèo hình thang liên kết cứng khớp b) Kích thước khung nhịp Kích thước theo phương ngang a khoảng cách từ mép đến trục định vị: - a = 0: nhà khơng có cầu trục cầu trục bé, sức trục từ 30 trở xuống - a = 500: nhà có cầu trục có sức trục lớn 75 nhà có chế độ làm việc nặng - a = 250: trường hợp lại ht bề rộng cột trên: khoảng 1/10-1/12 chiều cao cột Ht thường chọn 500; 750; 1000mm, bề rộng 1000mm dùng có lối qua bụng cột (kích thước lỗ 400x1800mm) γ khoảng cách từ trục ray đến trục định vị: thõa mãn điều kiện γ > B1 + (ht - a) + D B1 phần đầu cầu trục từ ray đến mép lấy theo catalo D = 60-75mm phần khe hỡ an toàn cầu trục cột γ lấy sau: - γ = 750mm nhà có cầu trục Q < 75 - γ = 1000mm nhà có cầu trục Q > 75 tấn, khơng có lối cột - γ = 1250mm nhà có chế độ làm việc nặng có lối cột Bề rộng cột hd - hd ≥ 1/20H nhà có chế độ làm việc trung bình - hd ≥ 1/15H nhà có chế độ làm việc nặng - Thơng thường hd = a + γ = 750; 1000; 1250; 1500mm Nhịp nhà L = Lct + γ Lct nhịp cầu trục tra catalo L lấy theo bội số nhịp nhỏ 8m nhịp lớn Kích thước theo phương đứng Chiều cao sử dụng: từ mặt đến cánh kèo H = H1 + H2 H1 cao trình đỉnh ray H2 khoảng cách từ mặt ray đến méo cầu trục H2 = Hc + 100mm + f Hc kích thước từ mặt ray đến điểm cao cầu trục, cho catalo cầu trục 100mm khe hở an toàn cầu trục kèo f = 200-400mm kích thước xét đến độ võng kèo việc bố trí hệ giằng cánh H2 thường lấy theo mô đun 200mm Chiều cao thực cột Ht từ vai đỡ dầm cầu trục đến mép kèo Ht = H2 + Hdc + Hr Hdc = 1/8-1/10 bước cột chiều cao dầm cầu trục Hr = 200mm chiều cao tổng cộng ray đệm ray Chiều cao thực cột Hd: tính từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết diện Hd = H – Ht + H3 H3 = 600-1000mm phần cột chôn cao trình nên c) Kích thước khung nhiều nhịp Khung nhiều nhịp có cao độ: xác định kích thước ngang đứng Cột trục định vị trùng với trục cột, hd = γ, γ lấy trị số lớn nhịp Khung nhiều nhịp có chiều cao khác nhau: xác định kích thước đứng làm riêng rẻ Trục định vị trục đối xứng hd = γ + γ’ γ’ > a + bt + B1 + D + 450 mm bt chiều dày tường 450mm bề rộng lối 1.2.3 Hệ giằng nhà công nghiệp a) Hệ giằng mái - Hệ giằng mặt phẳng cánh - Hệ giằng mặt phẳng cánh - Hệ giằng đứng b) Hệ giằng cột c) Đặc điểm tính tốn hệ giằng - 1.3 Hệ giằng mái Hệ giằng cột TÍNH TỐN KHUNG NGANG 1.3.1 Sơ đồ tính khung J1 = − 10 J2 J 8 − 15, Q < 75t = J 13 − 25, Q > 75t Jd = 25 − 40 J2 J 10 − 30 = J  20 − 60 J 1.5 − = J  2.5 − - Khi bước cột biên cột - Khi bước cột biên gấp đôi bước cột Khi bước cột biên cột - Khi bước cột biên gấp đơi bước cột Sau tính nội lực chọn tiết diện cấu kiện, độ cứng thực tế sai khác độ cứng giả thiết không 30% khơng cần phải tính lại 1.3.2 Tải trọng tác dụng lên khung a) Tải trọng thường xuyên q = qoB qo tải trọng tính tốn phân bố mét vuông mặt nhà Tải trọng tiêu Hệ số Tải trọng tính chuẩn (daN/m2) vượt tải tốn (daN/m2) Tải trọng lớp mái Tấm panen 1.5x6m Lớp cách nhiệt bê tông xỉ dày 15cm Lớp bê tông chống thấm dày 4cm Lớp vữa xi măng lót dày 1.5cm lớp gạch nem dày 4cm Tổng cộng 150 120 100 27 80 477 1.1 1.2 1.1 1.2 1.1 Trọng lượng kết cấu mái hệ giằng: gc = 1.2αdL daN/m2 αd = 0.6-0.9 hệ số tải trọng Trọng lượng kết cấu cửa trời lấy 12-18 daN/m2 Trọng lượng cửa mái lấy 35-40 daN/m2 Trọng lượng bậu cửa mái lấy 100-150 daN/m Trọng lượng dầm cầu trục Gdct = αdctL2dct daN Hoặc lấy g dct 0.2 − 0.6t / m, Q = ( − 15 ) t  = 0.4 − 0.8t / m, Q = ( 20 − 50 ) t 0.6 − 1.2t / m, Q > 50t  b) Tải trọng cầu trục Áp lực đứng Dmax = nncPmax∑yi Dmin = nncPmin∑yi n hệ số vượt tải nc = 0.85 chế độ làm việc nhẹ trung bình 165 144 110 32 88 539 nc = 0.9 chế độ làm nặng Pmax áp lực lớn bánh xe cầu trục lên ray, tra catalo Pmin = Q+G − Pmax áp lực nhỏ bánh xe cầu trục lên ray n0 Q sức trục cầu trục G trọng lượng toàn cầu trục ∑yi tổng tung độ đường ảnh hưởng Dmax, Dmin lệch tâm so với trục cột khoảng e = (0.45-0.55)hd, trục e = 0.5hd Lực hãm xe T = nncTl∑yi Tl = To lực hãm tiêu chuẩn bánh xe cầu trục no ' f ( Q + Gxc ) nxc To = nxc Gxc trọng lượng xe nxc tổng số bánh xe n’xc số bánh xe hãm, thường n’xc = 0.5nxc f hệ số ma sát, f = 0.1 móc mềm, f = 0.2 móc cứng c) Tải trọng tạm thời mái Hoạt tải sửa chữa mái tra tiểu chuẩn tải trọng d) Tải trọng gió q = nckqoB n = 1.3 hệ số vượt tải B bước khung c hệ số khí động Khi cột cao 10m gió phân bố khơng đều, để tiện tính tốn ta thay lực phân bố cách nhân số q độ cao 10m hệ số α sau: - α = H < 10m - α = 1.04 H < 15m - α = 1.1 H ≤ 20m Tải gió tác dụng lên mái đưa lực tập trung W= q1 + q2 B ∑ ci hi Trường hợp cột khung có sườn tường phần tải trọng tác dụng lên sườn truyền vào cột khung dạng lực tập trung S = nqokcA A diện tích truyền gió sườn tường vào cột e) Các tải trọng khác 1.3.3 Sự làm việc khơng gian nhà Trong tính tốn kể đến làm việc khơng gian nhà nhân chuyển vị khung ngang với hệ số αkg a) Ảnh hưởng hệ giằng dọc α kg = − α − α ' ( β − 1) α α’ hệ số đàn hồi gối tựa coi hệ giằng dọc dầm liên tục tự lên gối tự đàn hồi khung β=∑ y '+ ∑ y '' ∑y ∑ y ', ∑ y '' tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối tựa bên trái bên phải khung xét b) Ảnh hưởng mái cứng α kg = β=∑ Pyi + ∑ Pyi ' + ∑ Pyi '' ∑ Py i = β 1 l2  + 22   m  n 2lk  ∑P = ∑P ∑ Py D i n số khung khối nhiệt độ l2 khoảng cách khung sát biên lk khoảng cách khung đối xứng max γ1 = 1.6 với cầu trục chế độ làm việc nặng có móc cứng γ1 = 1.4 với cầu trục chế độ làm việc nặng có móc mềm γ1 = 1.3 với cầu trục chế độ làm việc nặng γ1 = 1.1 với chế độ làm việc lại δb chiều dày bụng z chiều dài quy ước phân bố áp lực cục z = c3 Jc δb c = 3.25 dầm tổ hợp hàn dầm hình c = 4.5 dầm bu lông cường độ cao Jc tổng mômen quán tính thân cánh ray Ứng suất tương đương chỗ tiếp giáp bụng cánh 2 σ td = σ x2 + σ cb − σ xσ cb + 3τ xy ≤ β R σx, τx ứng suất pháp ứng suất tiếp chỗ tiếp giáp cánh bụng dầm β = 1.15 tính dầm đơn giản β = 1.3 tính tiết diện gối dầm liên tục Khi nhà có chế độ làm việc nặng, bụng sinh ứng suất cục ray đặt lệch tâm ngẫu nhiên với bụng dầm σ 'cb = M xo δb J xo Jxo tổng mơmen qn tính xốn ray cảu cánh dầm Mxo = Pe + 0.75Thr hr chiều cao ray Kiểm tra ứng suất cục σ y = σ cb + σ 'cb ≤ γ R e) Kiểm tra bền mỏi Kiểm tra độ bền mỏi cho dầm cầu trục có số lượng chu kỳ tải trọng n ≥ 105 σ max ≤ α Rmγ m Rm cường độ mỏi tính tốn α hệ số kể đến số lượng chu kỳ tải trọng γm hệ số lấy theo tiêu chuẩn f) Kiểm tra võng Dầm đơn giản f = M tc l2 10 EJ Mtc mômen uốn tải trọng tiêu chuẩn cầu trục gây Dầm liên tục tc  M tc M tc + M tr  l f =  gt − p   10  72   EJ Mtcgt, Mtcp, Mtctr mômen tải trọng tiêu chuẩn gây nhịp, gối trái, gối phải   400  ∆   L  =  500      600  Đối với chế độ làm việc nhẹ Đối với chế độ làm việc trung bình Đối với chế độ làm việc nặng nặng g) Kiểm tra ổn định tổng thể ổn định cục Ổn định tổng thể Kiểm tra theo công thức σ= Mx ≤γR ϕ dW Khi có dầm hãm hay dàn hãm khơng cần kiểm tra Ổn định cục Với cánh bo δc Với bụng ≤ 0.5 E R  σ x σ cb   τ xy   +  +  ≤γ  σ o σ ocb   τ o  2 σx, τxy ứng suất pháp mép biên chịu nén ứng suất tiếp trung bình bụng σo, σocb, τo ứng suất tới hạn γ = hệ số điều kiện làm việc h) Liên kết cánh với bụng Ứng suất đường hàn kiểm tra theo công thức sau τ = τ +τ h h cb  QSc   γ P  =   +  ≤ ( β Rg )min γ 2hh  J x   z  Chiều cao cần thiết đường hàn h≥ ( β Rg ) γ  QSc   γ P    +   Jx   z  Chiều cao đường hàn cánh khơng chịu lực cục nên tính cho giá trị P = Khi dầm có số lượng chu kỳ tải trọng n ≥ 2.106 cánh phải hàn kín suốt bề dày bụng nên đường hàn có cường độ với bụng, khơng cần tính tốn Với dầm tổ hợp bu lơng cường độ cao, bước đinh lớn a≤ [ N d ]min  QSc   γ P    +   Jx   z  [Nd]min khả chịu lực nhỏ bu lông α = 0.4 bụng bào phẳng mặt đến sống thép góc α = thép góc cánh đặt nhơ so với bụng 1.6.3 Các loại dầm cầu trục khác a) Dàn cầu trục Cấu tạo: Sử dụng nhịp từ 12m trở lên cầu trục có sức nâng khơng lớn (Q≤30t), chế độ làm việc nhẹ trung bình Chiều cao dàn hd = (1/6-1/8) nhịp Khoảng cách nút dàn d = (0.8-1.3)hd không lớn 3m Thanh cánh dạng chữ I tổ hợp định hình có gia cường, với chiều cao hc khơng nhỏ (1/5-1/7)d Các bụng dàn làm thép góc, cánh làm thép chữ T thép góc Chiều dày mã khơng nhỏ 10mm Tính tốn: Dùng đường ảnh hưởng để tính lực dọc dàn Mômen uốn cục cánh tính theo cơng thức M cb , x = Pd Ngoài ra, lực hãm T gây mômen uốn My NT mômen uốn cục Mcb,y b) Dầm cầu trục công xon Có dầm đỡ: Dầm đặt thẳng đứng chịu áp lực đứng A dầm ngang chịu áp lực ngang H1, H2 Tính tốn dầm cầu trục cơng xon giống dầm cầu trục tiết diện đặc c) Dầm cầu trục treo Cầu trục treo có - Một đường chạy (mono ray): sức nâng đến 10t - Hai ba đường chạy: sức nâng đến 30t Dàn mái phải bố trí hệ giằng đứng suốt chiều dài nhà chỗ treo dầm cầu trục để chịu lực hãm dọc Sơ đồ dầm cầu trục dầm đơn giản hay dầm liên tục, tiết diện dầm xem 1.48a,b,c,d Áp lực ngang cầu trục đường chạy lấy 0.1P Với cầu trục 2, đường chạy có áp lực ngang T Kiểm tra bền σ= Mx My + ≤γR Wx Wy cd Wy.cd mômen chống uốn tiết diện cánh dầm với trục y-y Kiểm tra ổn định: với dầm bình thường Kiểm tra độ võng: với độ võng cho phép 1/500 nhịp Để kểu đến mài mịn tiết diện, mơmen quán tính Jx nhân với 0.9 Cánh cảu dầm cầu trục có ứng suất cục σ1 theo phương dọc trục dầm σ2 theo phương vng góc với trục dầm σ1 = 1.6k1 Pmax 2.8k1 Pmax ;σ = t t2 t bề dày trung bình cánh dầm cầu trục σ1 cộng vào với ứng suât gây uốn, σ2 đưa vào công thức kiểm tra ứng suất cục Nếu dầm cầu trục khơng treo vào dàn mái vị trí nút dàn phải gia cường thêm bụng treo Để cầu trục chạy trơn tru cánh dầm càu trục gia cường thêm khóa dầm đơn giản hàn đối đầu dầm liên tục 1.6.4 Các chi tiết liên kết dầm cầu trục a) Gối dầm cầu trục b) Ray cầu trục cách liên kết với dầm c) Gối chắn cầu trục 1.7 HỆ SƯỜN TƯỜNG 1.7.1 Bố trí hệ sườn tường a) Hệ sườn tường dọc nhà b) Hệ sườn tường đầu hồi 1.7.2 Cấu tạo tính tốn dầm sườn tường Tiết diện sườn tường thường thép định hình Dầm sườn tường tính dầm đơn giản chịu tải trọng gió trọng lượng thân Mơmen uốn theo phương ngang tải trọng gió tác dụng Khi a/b ≥ M gio = pba M gio = pba Khi a/b < α α hệ số tra bảng 1.5/85 Mômen uốn theo phương đứng trọng lượng thân tường gây Khi tải tường nhỏ (tường tơn) bỏ qua Khi tường gạch xây: tải trọng q gây uốn lấy sau - Nếu b nhỏ 0.75a lấy tồn tải trọng tường - Nếu b ≥ 0.75a lấy trọng lượng khối xây có chiều cao 0.6° Kiểm tra dầm tường σ= M gio Wx + My Wy ≤γR Wx, Wy mômen chống uốn tiết diện lấy với trục x y Khi tường panen hàn vào cánh Wy = Wycánh 1.8 MƠ HÌNH KHUNG ZAMIL Khung zamil nhịp 24m, cao 8.3m sơ đồ sau: Khung chịu tải trọng sau: Tĩnh tải: kN/m Hoạt tải: 2.2 kN/m Tải gió trái: Gió phải ngược lại Tiết diện I1 Tiết diện I2 Tiết diện I3 Tiến hành mơ hình Tạo hệ lưới: Khai báo tiết diện Khai báo tiết diện thay đổi Khai báo tải trọng Khai báo tổ hợp tải trọng TH1=TT+HT TH2=TT+GT TH3=TT+GP TH4=TT+0.9HT+0.9GT TH5=TT+0.9HT+0.9GP Vẽ mơ hình khung Gán tĩnh tải Gán hoạt tải Gán gió trái Gán gió phải ... lót dày 1. 5cm lớp gạch nem dày 4cm Tổng cộng 15 0 12 0 10 0 27 80 477 1. 1 1 .2 1. 1 1 .2 1. 1 Trọng lượng kết cấu mái hệ giằng: gc = 1 .2? ?dL daN/m2 αd = 0.6-0.9 hệ số tải trọng Trọng lượng kết cấu cửa.. .1. 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP 1. 1 .1 Đặc điểm chung kết cấu nhà công nghiệp tầng Phân loại theo vật liệu: thép bê tông cốt thép - Khung liên hợp: cột bê tơng, kèo thép - Khung... - 1. 3 Hệ giằng mái Hệ giằng cột TÍNH TỐN KHUNG NGANG 1. 3 .1 Sơ đồ tính khung J1 = − 10 J2 J 8 − 15 , Q < 75t = J ? ?13 − 25 , Q > 75t Jd = 25 − 40 J2 J ? ?10 − 30 = J  20 − 60 J ? ?1. 5 − = J  2. 5