Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kết cấu

Đồ án môn học "Kết cấu thép nhà công nghiệp" do sinh viên Nguyễn Văn Huy (MSSV: C1500194) thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Lê Nông, tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một công trình nhà xưởng công nghiệp một tầng, một nhịp bằng khung thép chịu lực. Trong thực tế xây dựng công nghiệp, việc thiết kế khung nhà thép đòi hỏi phải đảm bảo khả năng chịu lực an toàn dưới tác động đồng thời của tải trọng bản thân, tải trọng môi trường (gió) và tải trọng vận hành thiết bị nâng hạ (cầu trục), đồng thời tối ưu hóa khối lượng vật liệu sử dụng.

Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật được xác định theo mã đề S1-B4H12L35 với các thông số cụ thể:

  1. Thiết kế hệ thống khung ngang chịu lực cho nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có chiều dài toàn bộ công trình là $44\text{ m}$, bao gồm 11 bước khung.
  2. Xác lập kích thước hình học tổng thể của khung ngang dựa trên quy chuẩn vận hành của cầu trục công nghiệp sức nâng $Q = 5\text{ tấn}$ với chế độ làm việc trung bình.
  3. Thiết kế chi tiết các kết cấu phụ trợ bao gồm: hệ giằng không gian (giằng mái và giằng cột), hệ tấm lợp tole mái, hệ xà gồ thép định hình chịu uốn xiên và hệ sườn tường bao che.
  4. Tính toán toàn diện các trường hợp tải trọng tác dụng lên hệ khung (tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, tải trọng gió, áp lực đứng và lực hãm ngang của cầu trục), thực hiện tổ hợp nội lực để phục vụ công tác kiểm tra an toàn chịu lực của cột và xà ngang.

Phạm vi không gian và điều kiện biên của đồ án được xác định rõ:

  • Địa điểm xây dựng: Thành phố Cần Thơ, thuộc phân vùng áp lực gió II-A.
  • Nhịp khung ngang nhà xưởng: $L = 35\text{ m}$.
  • Bước khung: $B = 4\text{ m}$.
  • Cao trình đỉnh ray cầu trục: $H_r = +12.7\text{ m}$.
  • Độ dốc mái: $i = 12%$ (tương ứng góc nghiêng $\alpha \approx 7^\circ$).
  • Vật liệu kết cấu chính: Thép mác CCT34s có cường độ tính toán $f = 2100\text{ kG/cm}^2$; liên kết hàn sử dụng phương pháp hàn tay với que hàn N42.

Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp tính toán

Đồ án được triển khai dựa trên lý thuyết tính toán kết cấu công trình xây dựng theo phương pháp trạng thái giới hạn (trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực và trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng bình thường), kết hợp các tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật chuyên ngành:

  • Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng: Áp dụng TCVN 2737-1995 ("Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế") để xác định áp lực gió cơ bản, hệ số khí động $C_e$, hệ số độ cao $k$ và hệ số độ tin cậy của các thành phần tải trọng.
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Sổ tay kết cấu (Vũ Mạnh Hùng) dùng để tra cứu hệ số khí động; Sách hướng dẫn thiết kế khung thép nhà công nghiệp một tầng một nhịp dùng để lựa chọn quy cách tiết diện thép dập nguội tiêu chuẩn (dòng 6CS2, 8CS4x105).
  • Phương pháp tính toán thực tế:
    • Phương pháp cơ học kết cấu và sức bền vật liệu: Sử dụng mô hình thanh chịu uốn phẳng, uốn xiên đồng thời đối với xà gồ và sườn tường; sử dụng lý thuyết dầm liên tục/dầm đơn giản khi tính toán tấm tôn lợp.
    • Phương pháp đường ảnh hưởng: Xác định phản lực lớn nhất ($D_{\max}$) và nhỏ nhất ($D_{\min}$) của bánh xe cầu trục tác dụng lên vai cột thông qua việc xếp đoàn tải trọng bánh xe lên đường ảnh hưởng gối tựa dầm cầu trục.
    • Phương pháp phân tích hệ khung phẳng: Khung ngang được mô hình hóa thành hệ thanh phẳng siêu tĩnh gồm cột có tiết diện không đổi (độ cứng $I_1$) và xà ngang tiết diện thay đổi dạng vút nêm (độ cứng thay đổi từ $I_1$ đến $I_2$ ở đoạn đầu hồi và giữ nguyên $I_2$ ở đoạn giữa).
    • Phương pháp tổ hợp tải trọng và nội lực: Thiết lập ma trận các trường hợp tải trọng riêng biệt, sau đó tổ hợp theo quy tắc tổ hợp cơ bản 1 (tĩnh tải + 1 hoạt tải với hệ số $n = 1.0$) và tổ hợp cơ bản 2 (tĩnh tải + nhiều hoạt tải với hệ số giảm tải $n = 0.9$).
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu đề bài cấp, bảng tra catalo thông số kỹ thuật của thiết bị nâng cầu trục $Q = 5\text{ T}$, bảng tra áp lực gió và địa hình theo TCVN 2737-1995.

Thiết kế kỹ thuật và thông số cấu kiện

Đồ án thực hiện lựa chọn và xác lập quy cách hình học của các cấu kiện kết cấu dựa trên yêu cầu chịu lực và độ cứng không gian:

Hạng mục cấu kiện Quy cách / Tiết diện lựa chọn Kích thước và thông số vật lý Vai trò chịu lực và liên kết
Cột khung ngang Thép hình chữ I tổ hợp hàn, tiết diện không đổi $h = 500\text{ mm}$, $b_f = 250\text{ mm}$, $t_w = 10\text{ mm}$, $t_f = 12\text{ mm}$ Chịu nén uốn đồng thời trong mặt phẳng khung, truyền toàn bộ tải trọng đứng và ngang xuống móng
Xà ngang (đoạn đầu 6.5 m) Thép chữ I tổ hợp hàn, tiết diện thay đổi hình nêm Đầu xà: $h = 500\text{ mm}$, $b_f = 250\text{ mm}$, $t_w = 8\text{ mm}$, $t_f = 10\text{ mm}$; Cuối xà: $h = 400\text{ mm}$ Chịu mô men uốn âm lớn tại nút liên kết khung xà - cột
Xà ngang (đoạn giữa 11 m) Thép chữ I tổ hợp hàn, tiết diện không đổi $h = 400\text{ mm}$, $b_f = 250\text{ mm}$, $t_w = 8\text{ mm}$, $t_f = 10\text{ mm}$ Chịu mô men uốn dương ở khu vực giữa nhịp xà
Hệ giằng mái & giằng cột Thép tròn đặc $\phi 20$ bố trí chữ thập Đường kính thanh giằng $d = 20\text{ mm}$ (thỏa mãn quy định $d \ge 12\text{ mm}$) Giữ ổn định ngoài mặt phẳng cho cột và xà, truyền lực gió đầu hồi và hãm cầu trục xuống móng
Tấm lợp mái Tấm tole dập sóng Bề dày $\delta = 0.40\text{ mm}$, bề rộng tính toán $B = 110\text{ cm}$, $F = 5.8\text{ cm}^2$ Trực tiếp chịu hoạt tải sửa chữa, tĩnh tải bản thân và áp lực gió bốc mái
Xà gồ mái Thép dập nguội chữ C/I hiệu 6CS2 Chiều cao $D = 150\text{ mm}$, trọng lượng bản thân $g_{xg} = 5.09\text{ kg/m}$ Chịu uốn xiên theo 2 phương dưới tác dụng của tải trọng vuông góc và song song với mái
Sườn tường Thép dập nguội chữ C hiệu 8CS4x105 Chiều cao $D = 200\text{ mm}$, trọng lượng bản thân $g_{dst} = 8.6\text{ kg/m}$ Đỡ hệ vách tole và chịu tải trọng gió vuông góc tác dụng lên tường bao che

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Xác định các kích thước chính của khung ngang

Chương I thiết lập toàn bộ kích thước hình thái học cho khung ngang dựa trên tương quan hình học giữa khổ giới hạn của cầu trục và kích thước thông thủy của nhà:

  • Thông số cầu trục: Cầu trục sức nâng $Q = 5\text{ T}$ có nhịp $L_k = 33.5\text{ m}$, chiều cao gabarit $H_k = 770\text{ mm}$, khối lượng xe con $G_{xc} = 0.45\text{ T}$.
  • Kích thước phương đứng:
    • Khoảng cách an toàn từ mặt ray đến đáy xà ngang chọn $H_2 = 1.3\text{ m}$ (đảm bảo khe hở an toàn trên đỉnh xe con $b_k \ge 0.3\text{ m}$).
    • Chiều cao dầm cầu trục chọn sơ bộ $H_{dct} = (1/8 \div 1/10)B = 0.4 \div 0.5\text{ m}$, lấy $H_{dct} = 0.5\text{ m}$; chiều cao ray và đệm $H_r = 0.2\text{ m}$.
    • Tổng chiều cao cột tính từ mặt móng đến đáy xà ngang: $H = 14.0\text{ m}$ (hoặc $+14.7\text{ m}$ khi tính đến cao độ đỉnh mái $+16.7\text{ m}$).
  • Kích thước phương ngang: Trục định vị đặt trùng mép ngoài cột ($a = 0$). Khoảng cách từ trục định vị đến tim ray cầu trục là $L_1 = (L - L_k)/2 = (35 - 33.5)/2 = 0.75\text{ m}$.
  • Sơ đồ khung ngang: Lựa chọn phương án cột tiết diện không đổi (độ cứng $I_1$) kết hợp xà ngang vút nêm: đoạn dài $6.5\text{ m}$ giáp cột có tiết diện thay đổi, đoạn giữa dài $11\text{ m}$ có tiết diện không đổi nhằm tối ưu hóa biểu đồ phân bố mô men uốn.

Chương II: Thiết kế hệ giằng

Chương này xác định giải pháp cấu tạo không gian nhằm đảm bảo tính ổn định tổng thể cho kết cấu:

  • Hệ giằng mái: Bố trí trong mặt phẳng cánh trên của xà ngang tại 2 đầu hồi công trình và các vị trí trung gian sao cho khoảng cách giữa các khối giằng không vượt quá 5 bước cột (khoảng cách $\le 20\text{ m}$). Thanh giằng chéo chữ thập sử dụng thép tròn đường kính $\phi 20\text{ mm}$.
  • Hệ giằng cột: Bố trí giằng chéo chữ thập bằng thép tròn $\phi 20\text{ mm}$ tại các bước cột tương ứng với hệ giằng mái nhằm tiếp nhận lực hãm dọc của cầu trục và áp lực gió tác dụng lên tường đầu hồi, truyền toàn bộ tải trọng dọc này xuống hệ thống móng công trình.

Chương III: Thiết kế tấm lợp tole

Nội dung chương tập trung tính toán khả năng chịu tải của tấm tôn sóng mái:

  • Sơ đồ tính: Tấm tôn được tính toán như dầm đơn giản gối lên các thanh xà gồ với nhịp tính toán $l = 1.4\text{ m}$ (khoảng cách xà gồ), bề rộng tính toán $B = 110\text{ cm}$.
  • Tải trọng và tổ hợp:
    • Tải trọng gió hút: Áp lực gió cơ bản $q_c = 83\text{ kg/m}^2$, hệ số độ cao địa hình II-A tại đỉnh mái $+16.7\text{ m}$ là $k = 1.257$, hệ số khí động mái dốc $C_e = -0.7$, hệ số vượt tải $n_q = 1.2 \Rightarrow q_1 = -96.84\text{ kg/m}$.
    • Tải trọng bản thân tấm tôn dập sóng ($\delta = 0.40\text{ mm}$, khối lượng riêng $\gamma = 7850\text{ kg/m}^3$) tính ra $q_3 = 1.1\text{ kg/m}$.
    • Hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn $p_c = 30\text{ kg/m}^2$ với hệ số vượt tải $n_p = 1.3 \Rightarrow q_2 = 42.9\text{ kg/m}$.
    • Tổ hợp nguy hiểm nhất là tải trọng gió hút kết hợp tĩnh tải: $q_{tt} = q_1 + q_3 = -95.74\text{ kg/m}$.
  • Kiểm tra tiết diện: Đặc trưng hình học tiết diện tôn gồm mô men quán tính $I_x = 3.87\text{ cm}^4$, mô men kháng uốn $W_x = 2.35\text{ cm}^3$.
    • Kiểm tra điều kiện bền: Ứng suất uốn lớn nhất $\sigma = M_{\max}/W_x = 1164 / 2.35 = 495.3\text{ kG/cm}^2 \le f = 2100\text{ kG/cm}^2$ (thỏa mãn).
    • Kiểm tra độ võng: Tỷ số độ võng $f/l$ đạt yêu cầu giới hạn cho phép $[1/200]$.

Chương IV: Thiết kế hệ xà gồ

Chương IV trình bày quy trình tính toán cấu kiện xà gồ thép dập nguội chịu uốn xiên:

  • Chọn tiết diện: Lựa chọn thép dập nguội chữ C/I số hiệu 6CS2, chiều cao $D = 150\text{ mm}$, trọng lượng bản thân $g_{xg} = 5.09\text{ kg/m}$. Khoảng cách bố trí xà gồ $a = 1.5\text{ m}$, tổng số lượng gồm 24 thanh xà gồ trên 2 mái dốc; nhịp tính toán $l = B = 4\text{ m}$.
  • Phân tích tải trọng uốn xiên: Tải trọng phân bố được phân tích thành hai thành phần vuông góc và song song với mặt phẳng mái dựa vào góc nghiêng $\alpha = 7^\circ$:
    • Phương $x-x$: $q_{ttx} = q_{tt} \cdot \cos\alpha = 70.4\text{ daN/m}$; $q_{tcx} = 51.7\text{ daN/m}$.
    • Phương $y-y$: $q_{tty} = q_{tt} \cdot \sin\alpha = 8.5\text{ daN/m}$; $q_{tcy} = 6.3\text{ daN/m}$.
  • Kiểm tra ứng suất và biến dạng:
    • Mô men uốn theo 2 phương: $M_x = (q_{ttx} \cdot B^2)/8 = 14068\text{ kG}\cdot\text{cm}$; $M_y = (q_{tty} \cdot B^2)/8 = 1700\text{ kG}\cdot\text{cm}$.
    • Điều kiện bền chịu uốn xiên: $\sigma = M_x/W_x + M_y/W_y = 654.8\text{ kG/cm}^2 \le [f] = 2100\text{ kG/cm}^2$.
    • Điều kiện độ võng: Tổng độ võng $f/B = 1/2000 \le [f/l] = 1/200$ (thỏa mãn).

Chương V: Thiết kế hệ sườn tường

Chương V giải quyết bài toán chịu lực cho hệ khung đỡ vách tole bao che nhà xưởng:

  • Chọn tiết diện: Sử dụng thép dập nguội chữ C số hiệu 8CS4x105, chiều cao tiết diện $D = 200\text{ mm}$, trọng lượng bản thân $g_{dst} = 8.6\text{ kg/m}$, bố trí 11 thanh dầm sườn tường theo phương đứng.
  • Tải trọng tác dụng:
    • Phương đứng ($x-x$): Chịu trọng lượng bản thân sườn tường và trọng lượng vách tole: $q_{ttx} = 3.7\text{ daN/m}$.
    • Phương ngang ($y-y$): Chịu áp lực gió thổi vuông góc vào tường với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ kg/m}^2$, hệ số khí động vách đứng, quy đổi thành tải phân bố ngang $q_{tty}$.
  • Kiểm tra an toàn:
    • Điều kiện bền uốn: $\sigma = M_{\max}/W = 261.8\text{ kG/cm}^2 \le 2100\text{ kG/cm}^2$.
    • Điều kiện độ võng: Độ võng lớn nhất đạt $f/l = 1/2000 < [1/200]$. Tiết diện 8CS4x105 đảm bảo khả năng chịu lực.

Chương VI: Tính tải trọng và tổ hợp tải trọng

Chương VI tổng hợp và lượng hóa toàn bộ các tác động cơ học tác dụng lên khung ngang:

  • Tĩnh tải (TT):
    • Tải phân bố trên xà ngang do mái tole và xà gồ: $q = 53.9\text{ kg/m}$.
    • Tải tập trung đầu cột do trọng lượng hệ sườn tường (14 thanh dầm sườn tường).
    • Tải trọng dầm cầu trục ($100\text{ kg/m}$) quy đổi thành lực tập trung $P = 440\text{ kg}$ đặt lệch tâm tại vai cột.
  • Hoạt tải sửa chữa mái: Hoạt tải tiêu chuẩn $30\text{ kg/m}^2$ xét trên các trường hợp: HT1 (chất nửa mái trái), HT2 (chất nửa mái phải), HT3 (chất đầy toàn bộ mái).
  • Tải trọng gió (GT, GP): Địa điểm TP. Cần Thơ ($W_0 = 83\text{ kg/m}^2$, hệ số $k = 1.257$, $\gamma = 1.2$):
    • Cột phía đón gió: $W_{cđ} = 398\text{ kg/m}$; Cột phía khuất gió: $W_{ck} = 199\text{ kg/m}$.
    • Mái phía đón gió: $W_{mđ} = 180\text{ kg/m}$; Mái phía khuất gió: $W_{mk} = 199\text{ kg/m}$.
  • Hoạt tải cầu trục ($Q = 5\text{ T}$):
    • Áp lực đứng: Xác định tung độ đường ảnh hưởng $y_1 = 1.0$, $y_2 = 0.0875$; tính được áp lực thẳng đứng lớn nhất tác dụng lên vai cột $D_{\max} = 7179\text{ kg}$, áp lực nhỏ nhất $D_{\min}$. Mô men lệch tâm tương ứng tại vai cột $M_{\max} = D_{\max} \cdot e$ (với độ lệch tâm $e = 0.25\text{ m}$).
    • Lực hãm ngang: Tính từ lực quán tính khi hãm xe con ($G_{xc} = 0.45\text{ T}$, hệ số ma sát $k_f = 0.1$) truyền qua bánh xe vào dầm hãm thành lực tập trung $T$.
  • Các trường hợp tải và tổ hợp nội lực:
    • Thiết lập 9 trường hợp hoạt tải riêng biệt: HT1, HT2, HT3, HT4 ($D_{\max}$ cột trái), HT5 ($D_{\max}$ cột phải), HT6 (lực hãm trái hướng ra), HT7 (lực hãm trái hướng vào), HT8 (lực hãm phải hướng ra), HT9 (lực hãm phải hướng vào).
    • Xuất biểu đồ nội lực đơn lẻ (Mô men $M$, Lực cắt $Q$, Lực dọc $N$) cho từng trường hợp tải.
    • Tổ hợp tải trọng theo 75 trường hợp tổ hợp, xây dựng biểu đồ bao nội lực (Mô men cực đại $M^+{\max} - N{tư}$, Mô men cực tiểu $M^-{\min} - N{tư}$, Lực dọc cực đại $N_{\max} - M_{tư}$) để làm cơ sở kiểm tra tiết diện cột và xà ngang.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán chính

Đồ án đã hoàn thành chuỗi tính toán từ cấu kiện phụ trợ đến hệ khung chịu lực chính với các số liệu kiểm tra cụ thể:

  1. Hiệu suất làm việc của tấm lợp tole: Ứng suất uốn lớn nhất đạt $\sigma = 495.3\text{ kG/cm}^2$, chỉ chiếm $23.5%$ cường độ cho phép của thép CCT34s ($f = 2100\text{ kG/cm}^2$), độ võng đạt mức an toàn cao dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng gió bốc nguy hiểm nhất.
  2. Hiệu suất làm việc của hệ xà gồ: Tiết diện thép dập nguội 6CS2 chịu uốn xiên đạt mức ứng suất tổng hợp $\sigma = 654.8\text{ kG/cm}^2$ ($31.1%$ giới hạn bền) và tỷ số độ võng $f/B = 1/2000$, nhỏ hơn nhiều so với độ võng cho phép $[1/200]$.
  3. Hiệu suất hệ sườn tường: Tiết diện 8CS4x105 chịu uốn ngang do gió đạt ứng suất $\sigma = 261.8\text{ kG/cm}^2$, đảm bảo độ cứng chống biến dạng võng tường bao che ($f/l = 1/2000$).
  4. Xác lập tải trọng khung ngang: Xác định chính xác lực tập trung lệch tâm do cầu trục $D_{\max} = 7179\text{ kg}$, áp lực gió phân bố lên cột đón gió ($398\text{ kg/m}$) và cột khuất gió ($199\text{ kg/m}$), cùng hệ thống 75 tổ hợp nội lực bao phủ toàn bộ các trạng thái làm việc bất lợi nhất của nhà xưởng.

Đề xuất giải pháp cấu tạo

  • Đề xuất ứng dụng kết cấu xà ngang thay đổi tiết diện dạng nêm ($h = 500\text{ mm}$ tại nách khung vút về $h = 400\text{ mm}$ ở đoạn nhịp giữa) giúp giảm tải trọng bản thân kết cấu mái nhịp lớn $35\text{ m}$ mà vẫn đáp ứng tốt biểu đồ bao mô men tại nút khung.
  • Bố trí hệ giằng cứng bằng thép tròn $\phi 20$ liên kết chéo chữ thập tại cả mặt phẳng mái và mặt phẳng cột, đảm bảo phân phối tải trọng ngang và ổn định khi lắp dựng.

Hạn chế và phạm vi mở rộng

Dựa trên phạm vi tính toán được trình bày trong thuyết minh văn bản, đề tài có các giới hạn kỹ thuật sau:

  • Phạm vi mô hình hóa: Toàn bộ nội lực khung ngang được giải quyết dựa trên mô hình hệ thanh phẳng tĩnh biên, chưa mô hình hóa trực tiếp tương tác phi tuyến 3D giữa toàn bộ hệ giằng và khung không gian.
  • Giới hạn số liệu trong văn bản: Văn bản đồ án dừng lại ở bước xuất biểu đồ nội lực các trường hợp tải đơn và thiết lập nguyên tắc tổ hợp bao nội lực (COMB1 - COMB75, hàm BAO = EVE), chưa trình bày chi tiết các bảng số liệu kiểm tra ổn định tổng thể cột, kiểm tra nách khung, liên kết bu lông bản mã chân cột và móng công trình.
  • Hướng mở rộng: Bổ sung tính toán thiết kế chi tiết liên kết nút khung xà - cột (nách khung bằng bu lông cường độ cao), thiết kế chi tiết bản đế và bu lông neo chân cột truyền lực xuống móng bê tông cốt thép.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo kỹ thuật cho sinh viên và kỹ sư ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp:

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng thực hiện đồ án môn học Kết cấu thép 2 (kết cấu thép nhà công nghiệp), đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng công trình công nghiệp; kỹ sư thiết kế kết cấu nhà xưởng thép tiền chế.
  • Phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Trình tự phân tích tải trọng gió theo TCVN 2737-1995 kết hợp nội suy hệ số khí động mái dốc từ Sổ tay kết cấu.
    • Quy trình tính toán cấu kiện uốn xiên (xà gồ dập nguội chữ C/I) và phương pháp xác định tải trọng cầu trục bằng đường ảnh hưởng gối tựa dầm cầu trục.
    • Sơ đồ nguyên tắc và quy chuẩn tổ hợp tải trọng giữa tĩnh tải, gió hai phía và hoạt tải cầu trục nhiều trạng thái (áp lực đứng kết hợp lực hãm ngang).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình được thiết kế với các thông số nhịp khung, bước cột và sức nâng cầu trục là bao nhiêu?

Nhà xưởng có nhịp khung ngang $L = 35\text{ m}$, bước khung $B = 4\text{ m}$, tổng chiều dài công trình $44\text{ m}$ (gồm 11 bước khung), chiều cao đỉnh ray $H_r = +12.7\text{ m}$. Công trình được trang bị 1 cầu trục hoạt động với sức nâng $Q = 5\text{ tấn}$, chế độ làm việc trung bình.

2. Vật liệu thép và phương pháp liên kết được chỉ định trong đồ án là gì?

Kết cấu sử dụng thép mác CCT34s có cường độ tính toán chịu kéo/nén/uốn $f = 2100\text{ kG/cm}^2$. Liên kết hàn trong nhà xưởng sử dụng phương pháp hàn tay với que hàn tiêu chuẩn N42.

3. Áp lực gió và các thông số tính toán tải trọng gió tại vị trí xây dựng được xác định như thế nào?

Công trình xây dựng tại Thành phố Cần Thơ, thuộc phân vùng áp lực gió II-A với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = q_c = 83\text{ kg/m}^2$. Hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình tại đỉnh mái $+16.7\text{ m}$ là $k = 1.257$. Hệ số khí động đối với mái dốc $12%$ khi gió thổi đầu hồi lấy $C_e = -0.7$; tải trọng gió tác động lên cột đón gió là $398\text{ kg/m}$ và cột khuất gió là $199\text{ kg/m}$.

4. Tiết diện cột và xà ngang của khung chịu lực chính được lựa chọn với quy cách kích thước ra sao?

  • Tiết diện cột là thép chữ I tổ hợp không đổi: chiều cao $h = 500\text{ mm}$, bề rộng bản cánh $b_f = 250\text{ mm}$, bề dày bản bụng $t_w = 10\text{ mm}$, bề dày bản cánh $t_f = 12\text{ mm}$.
  • Tiết diện xà ngang dạng vút nêm: đoạn đầu xà dài $6.5\text{ m}$ thay đổi chiều cao từ $h = 500\text{ mm}$ xuống $h = 400\text{ mm}$ ($b_f = 250\text{ mm}$, $t_w = 8\text{ mm}$, $t_f = 10\text{ mm}$); đoạn giữa xà dài $11\text{ m}$ giữ nguyên chiều cao $h = 400\text{ mm}$ với cùng quy cách bản cánh và bản bụng.

5. Hệ xà gồ và hệ sườn tường sử dụng loại thép nào và kết quả kiểm tra bền đạt bao nhiêu?

Hệ xà gồ sử dụng thép dập nguội số hiệu 6CS2 ($D = 150\text{ mm}$, $g_{xg} = 5.09\text{ kg/m}$), ứng suất uốn xiên đạt $\sigma = 654.8\text{ kG/cm}^2 \le 2100\text{ kG/cm}^2$. Hệ sườn tường sử dụng thép dập nguội chữ C số hiệu 8CS4x105 ($D = 200\text{ mm}$, $g_{dst} = 8.6\text{ kg/m}$), ứng suất uốn đạt $\sigma = 261.8\text{ kG/cm}^2 \le 2100\text{ kG/cm}^2$. Cả hai hệ cấu kiện đều có độ võng đạt $f/l = 1/2000$, thỏa mãn giới hạn cho phép $[1/200]$.

Kết luận

Đồ án "Kết cấu thép nhà công nghiệp" mã đề S1-B4H12L35 của sinh viên Nguyễn Văn Huy đã giải quyết đầy đủ và nhất quán các bước tính toán thiết kế một công trình nhà xưởng công nghiệp nhịp lớn $35\text{ m}$ có cầu trục $5\text{ tấn}$ tại khu vực Cần Thơ. Bản thuyết minh đã đưa ra các giải pháp cấu tạo hợp lý từ hệ tấm lợp tole, xà gồ 6CS2, sườn tường 8CS4x105, hệ giằng $\phi 20$ cho đến giải pháp xà ngang vút nêm tối ưu vật liệu. Toàn bộ các kiểm tra chịu lực và độ võng của các cấu kiện phụ trợ đều thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, đồng thời xây dựng được hệ thống tổ hợp tải trọng và biểu đồ bao nội lực hoàn chỉnh cho khung ngang chịu lực.