CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ: Thiết kế khung ngang của nhà công nghiệp một tầng, một nhịp với các số liệu như sau: - Nhịp khung: L = 30 (m) - Bước cột: B = 6m - Sức nâng cầu trục: Q = 75/20 (T) (nhà có 2 cầu trục, làm việc ở chế độ trung bình) - Cao trình đỉnh ray: Hr = +12.00 (m) - Độ dốc mái: i = 10%; mái lợp tole - Chiều dài nhà: A = 102 (m) - Vùng gió: III-A - Khu vực xây dựng công trình thuộc địa hình B 1. CÁC THÔNG SỐ VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU - Vật liệu thép CCT38 theo TCVN 4575 – 2012 có cường độ: o Cường độ kéo nén tính toán: f = 230 (MPa) 𝑓𝑦 230 o Cường độ chịu cắt tính toán: 𝑓𝑣 = 0.05 o Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn: fu = 380 (MPa) 𝑓 380 o Cường độ ép mặt: 𝑓𝑐 = 𝑢 = = 362 (𝑀𝑃𝑎) 𝛾𝑚 1.05 - Dùng que hàn N42 theo TCVN 4575 – 2012 ta được số liệu sau: o Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn: fwun = 410 (MPa) o Cường độ tính toán: fwf = 180 (MPa) fws = 0.45×380 = 170 (MPa) SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG o Phương pháp hàn tay. - Dùng Bulong cấp độ bền 5.8 tra bảng 9 trong TCVN 4575 – 2012 ta được số liệu sau: Cường độ tính toán Trạng thái làm việc Ký hiệu Cấp độ bền (MPa) Cắt fvb 200 5.8 Kéo ftb 200 - Liên kết đỉnh cột với dàn: liên kết nút cứng - Liên kết chân cột với móng BTCT: Liên kết ngàm trong mặt phẳng khung ngang - Độ dốc i = 10% → Góc ngiêng α = 5.7110 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 2.
KÍCH THƯỚC CẦU TRỤC PHÙ HỢP Từ số liệu thiết kế nhà L = 30 (m); sức nâng cầu trục Q = 75/20 T (nhà có 2 cầu trục, làm việc ở chế độ trung bình), ta có nhịp cầu trục: 𝐿𝑘 = 𝐿 − 2𝜆 = 30 − 2 × 0.5(𝑚) Với λ: Khoảng cách từ trục ray đến trục định vị của cột, ta chọn sơ bộ λ = 0.75 (m) (Sức trục ≤ 75 T) Tra phụ lục VI- bảng VI.2- trang 138 sách “Thiết kế kết cấu nhà công nghiệp” của Đoàn Định Kiến, ta được thông số cầu trục như sau: SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG Áp lực Trọng Sức lực Kích thước gabarit chính bánh xe Nhịp lượng Nhịp lên ray Lk Loại Lk Móc Móc ray Xe Cầu H B1 F Lt T J B P1 P2 chính phụ con trục T m T T m KP- 75 20 28.5 100 SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG 2. KÍCH THƯỚC CỦA PHƯƠNG NGANG 2. Xác định kích thước cột - Cao trình đỉnh ray: Hr = 12 (m) - Khe hở an toàn giữa cầu trục và vì kèo: 𝐶ℎọ𝑛 𝐶 = 400 (𝑚𝑚) - Sơ bộ kích thước dầm cầu chạy: SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG 1 1 1 1 ℎ = ( ÷ ) × 𝐵 = ( ÷ ) × 6000 = (600 ÷ 750) 10 8 10 8 Chọn hdcc = 750 (mm) - Chiều cao từ mặt ray đến mép dưới dàn: 𝐻2 = (𝐻𝑐 + 100) + 𝑓 = (4000 + 100) + 300 = 4500 (𝑚𝑚) Trong đó: • Hc : Kích thước gabarit của cầu trục, từ mặt ray đến điểm cao nhất của xe con cầu trục; Hc = 4000 (mm) • f: khe hở phụ, xét độ võng của kết cấu, việc bố trí thanh giằng; f = 300 (mm) - Chiều cao của xưởng, từ nền nhà đến đáy vì kèo: H = H1 + H2 = 12000 + 4500 = 16500 (mm) - Chiều cao cột dưới (từ nền nhà tới đáy dầm cầu chạy): 𝐻𝑐𝑑 = 𝐻𝑟 − ℎ𝑑𝑐𝑐 − ℎ𝑟𝑎𝑦 + ℎ𝑚 = 12000 − 750 − 200 + 600 = 11650 (𝑚𝑚) Trong đó: • Hr: Cao trình đỉnh ray; Hr = 12 (m) • hray: Chiều cao tổng cộng của ray và đệm; hray = 200 (mm) • hm: Chiều sâu chôn móng; hm = 0. Xác định kích thước theo phương ngang - Khoảng cách từ trục định vị đến mép ngoài cột: SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG a = 250 mm (áp dụng cho nhà có cầu trục với Q ≤ 75T) - Chọn sơ bộ chiều cao dàn: 1 1 1 1 ℎ𝑑𝑎𝑛 = ( ÷ ) × 𝐿 = ( ÷ ) × 30000 = (2000 ÷ 3000) (𝑚𝑚) 15 10 15 10 Chọn hdàn = 1,5 (m) - Sơ bộ tiết diện cột trên (chọn cột đặc): 1 1 1 1 ℎ𝑡 = ( ÷ ) × 𝐻𝑐𝑡 = ( ÷ ) × 5450 = (454 ÷ 545) 12 10 12 10 Chọn ht = 500 (mm) + Bề rộng bản cánh tiết diện cột: 1 1 1 1 𝑏𝑓 = ( ÷ ) × ℎ = ( ÷ ) × 500 = (100 ÷ 250) 2 5 2 5 Chọn bf = 250 (mm) + Chiều dày bản bụng: 1 1 1 1 𝑡𝑓 = ( ÷ ) × 𝑏 = ( ÷ ) × 250 = (7,8 ÷ 8,3) 30 32 30 32 Chọn tf = 8 (mm) + Chiều dày bản cánh: 𝑓 230 𝑡𝑤 ≥ 𝑏√ = 250√ = 8.1 × 105 Chọn tw = 12 (mm) Vậy tiết diện cột trên đã sơ bộ là I500x250x8x12 - Để cầu trục làm việc an toàn theo phương dọc nhà, khoảng cách λ từ trục ray đến trục định vị phải thoản mãn điều kiện (khoảng cách từ tim ray đến trục định vị): SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG 𝜆 = 750(𝑚𝑚) ≥ 𝐵1 + (ℎ𝑡 − 𝑎) + 𝐷 = 400 + (500 − 250) + 60 = 710(𝑚𝑚) ⇒ Thỏa - Chiều cao tiết diện cột dưới: 𝐻 16500 ℎ𝑑 = 𝜆 + 𝑎 = 750 + 250 = 1000(𝑚𝑚) ≥ = = 825(𝑚𝑚) ⇒ Thỏa 20 20 • Chọn hd = 1000 (mm) 2.
Kích thước dàn vì kèo và cửa mái - Chọn sơ bộ chiều cao dàn: 1 1 1 1 ℎ0 = ( ÷ ) × 𝐿 = ( ÷ ) × 30000 = (2000 ÷ 3000)𝑚𝑚 15 10 15 10 • Chọn h0 = 2200 (mm) = 2.7110 , ta tính được chiều cao của thanh đứng giữa dàn: 𝐿 30 ℎ𝑔𝑖ữ𝑎 𝑑à𝑛 = ℎ0 + × 10% = 2.7(𝑚) 2 2 - Kích thước cửa mái: o Sơ bộ chiều rộng cửa mái: 1 1 1 1 𝐿𝑐𝑚 = ( ÷ ) × 𝐿 = ( ÷ ) × 30 = (10 ÷ 15)𝑚 3 2 3 2 • Chọn Lcm = 12 (m) ❖ Chiều cao cửa mái: h = 1.5 (m) SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG 2. BỐ TRÍ HỆ GIẰNG Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian, có các tác dụng: - Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà; - Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất. - Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,. SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG - Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công.
Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột. Hệ giằng cánh trên - Giằng trong mặt phẳng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà. Tác dụng chính của chúng là bảo đảm ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn - Thanh giằng chữ thập được bố trí ở 2 đầu nhà và khoảng giữa nhà. Khoảng cách giữa chúng không quá 50 – 60 m - Thanh chống dọc nhà dùng để cố định những nút quan trọng của nhà.
Thường khoảng 6m bố trí 1 thanh SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG 2. Hệ giằng cánh dưới - Giằng trong mặt phẳng cánh dưới được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên. Nó cùng với giằng cánh trên tạo nên các khối cứng không gian bất biến hình. Hệ giằng cánh dưới tại đầu hồi nhà dùng làm gối tựa cho cột hồi, chịu tải trọng gió lên tường hồi, nên gọi là dàn gió - Trong nhà công nghiệp có Q ≥ 10T hoặc có chế độ làm việc nặng, để tăng độ cứng cho nhà, cần có thêm hệ giằng cánh dưới theo phương dọc nhà.
Hệ giằng đảm bảo sự làm việc cùng nhau của các khung, truyền tải trọng cục bộ tác dụng lên một khung sang các khung lân cận. Hệ giằng dọc được bố trí dọc 2 hàng cột biên và tại một số hàng cột giữa, cách nhau 60 – 90m theo phương bề rộng nhà 2. Hệ giằng cột - Hệ giằng cột đảm bảo độ cứng dọc nhà và ổn định cho cột. Do khung được tính theo phương ngang nên độ cứng dọc nhà rất bé, có thể coi như liên kết khớp với móng.
Vì vậy muốn khối nhà đứng vững cần phải cấu tạo một miếng cứng bất biến hình để cột khác tựa vào. Thông thường các thanh giằng chéo nối 2 cột giữa nhà hoặc giữa 2 khe nhiệt độ để tạo thành miếng cứng SVTH: NGUYỄN TƯỜNG VY 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM GVHD: Th.S TRẦN QUỐC HÙNG - Hệ giằng cột bố trí thành 2 khối : giằng cột trên và giằng cột dưới. Các thanh giằng cột trên được bố trí ở trục cột, các thanh giằng cột dưới bố trí ở nhánh cột - Ngoài ra, ở đầu hồi và đầu khối nhiệt độ còn bố trí giằng cột trên để nhận lực gió đầu hồi và lực hãm dọc của cầu trục, các lực này truyền xuống móng qua hệ giằng cột dưới - Khi nhà dài hơn 120m, để đảm bảo độ cứng dọc dùng 2 hệ giằng đối xứng qua trục nhà - Khi bố trí hệ giằng cột cần chú ý : khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng gần nhất khoảng 75m, khoảng cách 2 hệ giằng khoảng 50m - Khi bước cột không quá 12m, hệ giằng cấu tạo chữ thập là đơn giản nhất. Góc nghiêng hợp lý giữa thanh giằng với phương ngang là 35 ÷ 55 CHƯƠNG 3.
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 3. TĨNH TẢI - Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các tải trọng hoàn thiện, bao che. Trọng lượng bản thân kết cấu sẽ được phần mềm tự động tính toán khi ta giải nội lực.