Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực xây dựng công nghiệp, nhà xưởng một tầng sử dụng khung thép tiền chế là giải pháp kết cấu phổ biến nhờ khả năng vượt nhịp lớn, thời gian thi công nhanh và tối ưu hóa không gian sản xuất. Đề tài tập trung vào việc tính toán, thiết kế kết cấu khung chịu lực cho nhà xưởng công nghiệp một tầng, một nhịp bằng thép định hình kết hợp thép tổ hợp hàn, có trang bị hệ thống cầu trục hoạt động phục vụ dây chuyền nâng hạ hàng hóa.

Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật của đồ án được xác định theo các bước cụ thể:

  1. Xác lập kích thước hình học sơ bộ của khung ngang, hệ thống cửa trời thông gió và bố trí hệ kết cấu giằng không gian.
  2. Thiết kế, kiểm toán các cấu kiện bao che và chịu lực phụ bao gồm xà gồ mái và sườn tường.
  3. Xác định các thành phần tải trọng tác dụng lên khung ngang (tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, hoạt tải cầu trục và tải trọng gió), mô hình hóa phân tích nội lực bằng phần mềm chuyên dụng và lập bảng tổ hợp nội lực nguy hiểm.
  4. Kiểm tra khả năng chịu lực, điều kiện độ mảnh, độ bền, ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của cột khung và xà ngang.
  5. Thiết kế chi tiết các nút liên kết cấu kiện: liên kết chân cột với móng, vai cột đỡ dầm cầu trục, nách khung, đỉnh khung, liên kết chân cửa trời và các vị trí nối xà ngang.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu khung ngang chịu lực chính bằng thép tổ hợp tiết diện chữ I, hệ kết cấu bao che và hệ giằng nhà công nghiệp.
  • Phạm vi không gian: Công trình nhà xưởng một tầng, một nhịp có nhịp khung $L = 24\text{ m}$, chiều dài toàn bộ nhà $B_{\text{tổng}} = 60\text{ m}$, bước cột $B = 6\text{ m}$ (gồm 10 bước gian), cao trình đỉnh ray cầu trục $H_r = 8.0\text{ m}$, độ dốc mái $i = 10%$ (góc nghiêng $\alpha \approx 6^\circ$).
  • Phạm vi điều kiện tự nhiên và vận hành: Địa điểm xây dựng thuộc vùng áp lực gió II-B; sức trục nâng của cầu trục $Q = 10\text{ T}$ (nhịp cầu trục $L_k = 22\text{ m}$); cao trình mặt liên kết móng tại $\pm 0.000$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án xây dựng dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn trong thiết kế kết cấu thép, kiểm soát trạng thái giới hạn về cường độ (khả năng chịu lực, ổn định) và trạng thái giới hạn về sử dụng (độ võng, chuyển vị đỉnh cột):

  • Tiêu chuẩn tải trọng: Áp dụng TCVN 2737-1995 để xác định tải trọng gió, hoạt tải sửa chữa mái, hệ số tin cậy và nguyên tắc tổ hợp tải trọng cơ bản 1 và cơ bản 2.
  • Lý thuyết ổn định và biến dạng kết cấu: Kiểm tra độ mảnh giới hạn $[\lambda]$, điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng và trong mặt phẳng uốn, điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng ($h_w/t_w$) và bản cánh ($b_f/t_f$) chịu uốn - nén đồng thời.
  • Lý thuyết đường ảnh hưởng: Sử dụng phương pháp xếp tải trên đường ảnh hưởng phản lực gối tựa để xác định áp lực đứng lớn nhất ($D_{\max}$), áp lực đứng nhỏ nhất ($D_{\min}$) và lực hãm ngang ($T$) do cầu trục truyền vào vai cột.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán

  • Phương pháp giải tích cơ học: Tính toán thủ công các hệ số khí động, áp lực gió phân bố, tải trọng tĩnh rải đều của tôn và xà gồ, độ võng của cấu kiện uốn xiên.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS v9.1 để mô hình hóa sơ đồ khung phẳng 2D, gán đặc trưng hình học tiết diện tổ hợp, gán các trường hợp tải trọng và giải bài toán tìm nội lực ($M, N, V$) tại các tiết diện đặc trưng.
  • Phương pháp tổ hợp nội lực: Lập ma trận tổ hợp tải trọng nhằm tìm ra 3 cặp nội lực bất lợi nhất tại mỗi tiết diện kiểm tra: $(M_{\max}, N_{\text{tương ứng}}, V_{\text{tương ứng}})$, $(M_{\min}, N_{\text{tương ứng}}, V_{\text{tương ứng}})$, $(N_{\max}, M_{\text{tương ứng}}, V_{\text{tương ứng}})$.

Nguồn dữ liệu và thông số vật liệu

  • Vật liệu thép: Thép kết cấu CCT34 có cường độ tính toán $f = 21\text{ kN/cm}^2$, mô đun đàn hồi $E = 2.1 \times 10^4\text{ kN/cm}^2$.
  • Vật liệu hàn và liên kết: Que hàn N42 đường kính $d = 3 \div 5\text{ mm}$ (hoặc công nghệ hàn tự động tương đương); bu lông liên kết cường độ thường và bu lông neo móng.
  • Bê tông móng: Cấp độ bền B20, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 11.5\text{ MPa}$.
  • Vật liệu bao che: Tôn múi tráng kẽm Hoa Sen dày $0.7\text{ mm}$ (trọng lượng $4.4\text{ kg/m}^2$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Kích thước khung ngang

Chương 1 thiết lập các kích thước hình học chính của khung phẳng, tính toán kích thước bao che và lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cho toàn bộ các bộ phận kết cấu:

  • Kích thước cột khung: Chiều cao cột tính từ mặt móng đến đáy xà ngang đạt $H = H_1 + H_2 + H_3 = 8000 + 1300 + 0 = 9300\text{ mm}$, trong đó chiều cao phần cột trên (từ mặt trên vai đỡ dầm cầu trục đến đáy xà ngang) là $H_t = H_2 + h_{\text{dct}} + h_r = 1300 + 700 + 200 = 2200\text{ mm}$; chiều cao phần cột dưới từ mặt móng đến mặt vai cột là $H_d = H - H_t = 7100\text{ mm}$.
  • Kích thước xà ngang và cửa trời: Xà ngang có độ dốc $i = 10%$, tiết diện thay đổi với đoạn vát mở rộng tại nách khung kéo dài $0.4$ chiều dài nửa xà; cửa trời bố trí thông gió chạy dọc mái có chiều rộng $L_{\text{ct}} = 4.0\text{ m}$ và chiều cao $2.0\text{ m}$.
  • Kích thước sơ bộ tiết diện:
    • Cột khung: Thép chữ I tổ hợp có kích thước $h = 850\text{ mm}$, $b = 300\text{ mm}$, $t_w = 10\text{ mm}$, $t_f = 14\text{ mm}$ (ký hiệu I-$850\times 300\times 10\times 14$ hoặc I-$800\times 300\times 10\times 14$). Kiểm tra khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột đạt $Z = 200\text{ mm} > Z_{\min} = 180\text{ mm}$.
    • Xà ngang (dầm mái): Nách khung dùng tiết diện I-$800\times 250\times 10\times 12$ (hoặc I-$700\times 250\times 10\times 12$), đỉnh khung dùng tiết diện I-$450\times 250\times 10\times 12$.
    • Dầm vai: Tiết diện chữ I tổ hợp I-$500\times 200\times 8\times 10$ với chiều dài nhô ra của vai tính toán từ trục định vị $\lambda = (L - L_k)/2 = 1.0\text{ m}$.
    • Cột cửa trời: Tiết diện chữ I tổ hợp I-$200\times 100\times 8\times 10$.
  • Hệ kết cấu giằng: Bố trí hệ giằng mái chữ thập tại hai gian đầu hồi dùng thanh tròn $\varnothing 20$ kết hợp giằng xà gồ thanh thép tròn $\varnothing 16$; hệ giằng cột dạng thanh giằng chéo chữ X và thanh chống dọc 2Z200 đảm bảo góc nghiêng từ $35^\circ$ đến $55^\circ$, khống chế độ mảnh thanh chống $\lambda \le 200$.

Chương 2: Thiết kế xà gồ và sườn tường

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình tính toán cấu kiện xà gồ mái và sườn tường chịu uốn xiên dưới tác dụng của tĩnh tải tấm lợp và tải trọng gió:

  • Xà gồ mái: Sử dụng thép dập hình C/Z, chịu tải trọng phân bố theo hai phương trục chính $x, y$. Kiểm tra hai tổ hợp: tổ hợp tĩnh tải + hoạt tải sửa chữa mái và tổ hợp tĩnh tải + áp lực gió hút/đẩy ($W_0 = 0.98\text{ kN/m}^2$, hệ số khí động lớn nhất $c = 0.8$, áp lực phân bố tính toán trên xà gồ $W_{\text{tc}} = 0.344\text{ kN/m}$).
  • Kiểm toán cường độ và độ võng xà gồ: Ứng suất uốn xiên tổng cộng được kiểm soát thỏa mãn điều kiện: $$\sigma = \frac{M_x}{W_x} + \frac{M_y}{W_y} \le f \cdot \gamma_c$$ Độ võng phương $y$ do tải trọng vuông góc với mặt phẳng mái gây ra được kiểm tra nằm trong giới hạn cho phép $[f] = L/200$.
  • Sườn tường: Sử dụng các thanh thép định hình gắn tôn bao che vách, chịu tải trọng gió phân bố tác dụng vuông góc lên bề mặt tường đón gió ($W_{\text{tc}} = 0.34\text{ kN/m}$) và tường khuất gió ($W_{\text{tc}} = 0.005\text{ kN/m}$). Kết quả kiểm tra đáp ứng điều kiện cường độ và độ võng giới hạn.

Chương 3: Tải trọng và nội lực khung

Chương 3 lượng hóa tất cả các loại tải trọng tác dụng lên mô hình khung phẳng 2D và tiến hành phân tích nội lực:

  • Tĩnh tải (TT): Trọng lượng tôn lợp mái, trọng lượng xà gồ (tổng chiều dài xà gồ mái $1260\text{ m}$), trọng lượng hệ giằng mái (chiều dài giằng mái $231\text{ m}$, giằng xà gồ $300\text{ m}$), trọng lượng dầm cầu trục và dầm hãm. Trọng lượng bản thân cột và xà do phần mềm ETABS tự động tính toán.
  • Hoạt tải mái: Hoạt tải người đi lại và sửa chữa mái quy đổi phân bố trên thanh dầm mái có nhân hệ số $\cos\alpha$. Tác dụng riêng biệt trên nửa mái trái (HTMT) và nửa mái phải (HTMP).
  • Hoạt tải cầu trục: Cầu trục sức nâng $Q = 10\text{ T}$, nhịp $L_k = 22\text{ m}$, bề rộng cầu trục $B_k = 3900\text{ mm}$, khoảng cách hai bánh xe $K_k = 3200\text{ mm}$, trọng lượng cầu trục $G = 8.11\text{ T}$. Áp lực đứng $D_{\max}, D_{\min}$ đặt tập trung tại vai cột qua đường ảnh hưởng bánh xe; lực hãm ngang tiêu chuẩn của xe con $T_1$ đặt tại cao trình mặt trên dầm cầu trục hướng vào hoặc hướng ra ngoài khung ($T_{\text{MAXTD}}, T_{\text{MAXTA}}, T_{\text{MAXPD}}, T_{\text{MAXPA}}$).
  • Tải trọng gió: Áp lực tiêu chuẩn vùng II-B, hệ số độ cao $k$ và hệ số khí động $c$ thay đổi từ chân cột ($+0.000\text{ m}$) đến đỉnh cửa trời ($+12.88\text{ m}$). Xét hai trường hợp: gió thổi từ trái sang (GT) và gió thổi từ phải sang (GP).
  • Phân tích khung trên ETABS v9.1: Khai báo liên kết chân cột ngàm với móng, liên kết cột - xà ngang và xà ngang - đỉnh mái là nút cứng liên tục. Xuất biểu đồ mô men uốn $M$, lực dọc $N$ và lực cắt $V$ cho từng trường hợp tải trọng riêng biệt.
STT Ký hiệu tải trọng Tên thành phần tải trọng tác dụng
1 TT Tĩnh tải bản thân kết cấu bao che, giằng, xà gồ, dầm cầu trục
2 HTMT / HTMP Hoạt tải sửa chữa mái nửa bên trái / nửa bên phải
3 DMAXT / DMAXP Áp lực đứng cầu trục lớn nhất lên cột bên trái / cột bên phải
4 TMAXTD / TMAXTA Lực hãm ngang cầu trục tác dụng lên cột trái (hướng ra ngoài / hướng vào trong)
5 TMAXPD / TMAXPA Lực hãm ngang cầu trục tác dụng lên cột phải (hướng ra ngoài / hướng vào trong)
6 GT / GP Tải trọng gió thổi ngang nhà từ phía trái sang / từ phía phải sang

Chương 4: Thiết kế cột

Chương 4 thực hiện các bước kiểm tra tiết diện cột đặc chữ I dưới tác dụng của cặp nội lực bất lợi nhất:

  • Kiểm tra độ mảnh: Xác định chiều dài tính toán của cột trong mặt phẳng khung ($l_{0x} = \mu_x H$) và ngoài mặt phẳng khung ($l_{0y} = \mu_y H_d$). Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh giới hạn $\lambda_{\max} \le [\lambda] = 120 \div 150$.
  • Kiểm tra điều kiện độ bền: Kiểm toán ứng suất pháp tại các thớ mép ngoài cùng của tiết diện cột chịu nén uốn đồng thời.
  • Kiểm tra ổn định tổng thể: Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng uốn theo công thức nén uốn lệch tâm và ổn định ngoài mặt phẳng uốn có xét đến hệ số giảm uốn dọc $\varphi$ và hệ số ảnh hưởng hình dáng tiết diện.
  • Kiểm tra ổn định cục bộ: Bản cánh cột được khống chế tỷ số $b_0/t_f \le [b_0/t_f]$; bản bụng cột được khống chế độ mảnh quy ước $h_w/t_w \le [h_w/t_w]$ để tránh hiện tượng mất ổn định cục bộ trước khi vật liệu đạt giới hạn chảy.
  • Thiết kế đường hàn liên kết: Tính toán chiều cao đường hàn góc nối giữa bản cánh và bản bụng cột chịu lực cắt trượt $V$.

Chương 5: Thiết kế xà ngang

Chương 5 tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của thanh xà mái tiết diện chữ I thay đổi:

  • Tiết diện nách khung (vị trí mô men uốn lớn nhất): Kiểm toán tiết diện I-$800\times 250\times 10\times 12$ chịu uốn nén kết hợp, kiểm tra điều kiện ứng suất tiếp do lực cắt lớn tại nách khung, kiểm tra ổn định bản bụng và bản cánh.
  • Tiết diện đỉnh khung (giữa nhịp): Kiểm toán tiết diện I-$450\times 250\times 10\times 12$ dưới tác dụng của mô men uốn dương và lực dọc nén nhỏ.
  • Thiết kế đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng dầm: Xác định kích thước đường hàn đối đầu hoặc hàn góc đảm bảo truyền toàn bộ ứng suất tiếp trượt dọc theo chiều dài xà.

Chương 6: Thiết kế liên kết cột

Chương 6 triển khai cấu tạo và tính toán cơ học cho tất cả các nút liên kết trong hệ khung ngang:

  • Chi tiết chân cột ngàm: Tính toán diện tích bản đế thép truyền áp lực nén xuống móng bê tông B20; thiết kế dầm đế, sườn ngăn gia cường A và B để phân phối phản lực uốn; tính toán đường kính và chiều dài neo của bu lông neo chịu kéo khi chân cột phát sinh mô men uốn lớn; thiết kế đường hàn liên kết thân cột vào bản đế.
  • Chi tiết vai cột đỡ dầm cầu trục: Kiểm tra khả năng chịu mô men uốn và lực cắt tại tiết diện chân vai cột; kiểm tra ép mặt cục bộ của bản bụng vai cột dưới điểm đặt lực tập trung của dầm cầu trục; kiểm tra độ võng chuyển vị tại điểm đặt lực; tính toán liên kết hàn/bu lông giữa dầm vai và cột; bố trí sườn ngang gia cường vai cột.
  • Chi tiết liên kết xà với cột (nách khung): Thiết kế liên kết mặt bích đặt nghiêng kết hợp hệ bu lông cường độ chịu kéo uốn và lực cắt; tính toán chiều dày bản bích chống uốn vênh; tính toán đường hàn góc liên kết tiết diện chữ I của xà ngang vào tấm mặt bích.
  • Chi tiết liên kết đỉnh xà: Thiết kế mặt bích liên kết đối xứng tại đỉnh nóc nhà, tính toán số lượng bu lông liên kết và kiểm tra đường hàn nối.
  • Chi tiết liên kết chân cửa trời và nối xà: Tính toán bu lông neo chân cột cửa trời vào xà mái; thiết kế chi tiết nối dầm mái tại vị trí thay đổi tiết diện (cách nách khung $0.4$ chiều dài nửa xà) bằng liên kết bản bích hoặc nối hàn trực tiếp.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kết cấu nhà xưởng công nghiệp được triển khai tính toán mô hình hóa theo quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt:

[Số liệu thiết kế & Tải trọng] 

Mô hình hóa kết cấu trên phần mềm ETABS v9.1

  1. Thiết lập hình học và điều kiện biên: Mô hình khung phẳng 2D được định vị theo hệ trục gồm 2 cột chính khẩu độ $L = 24\text{ m}$, hai thanh xà ngang nghiêng $10%$ và hệ khung cửa trời nhịp $4\text{ m}$, cao $2\text{ m}$ trên đỉnh mái. Liên kết chân cột với móng là liên kết ngàm cứng hoàn toàn ($U_x = U_y = R_z = 0$); các nút khung (cột - xà, xà - đỉnh, chân cột cửa trời - xà) được khai báo liên kết cứng.
  2. Khai báo đặc trưng vật liệu và tiết diện:
    • Thép CCT34: $E = 2.1 \times 10^5\text{ MPa}$, hệ số Poisson $\nu = 0.3$, khối lượng thể tích $\gamma = 7850\text{ kg/m}^3$.
    • Các tiết diện phần tử thanh (Frame Sections) được gán theo kích thước sơ bộ: cột I-$850\times 300\times 10\times 14$, dầm nách I-$800\times 250\times 10\times 12$, dầm đỉnh I-$450\times 250\times 10\times 12$, dầm vai I-$500\times 200\times 8\times 10$, cột cửa trời I-$200\times 100\times 8\times 10$.

Nguyên tắc và ma trận tổ hợp tải trọng

Tuân thủ TCVN 2737-1995 với hai nhóm tổ hợp chính:

  • Tổ hợp cơ bản 1 (THCB 1): Tĩnh tải kết hợp với 1 hoạt tải (hệ số tổ hợp $n = 1.0$).
  • Tổ hợp cơ bản 2 (THCB 2): Tĩnh tải kết hợp với từ 2 hoạt tải trở lên (hệ số tổ hợp hoạt tải lấy $n = 0.9$).
  • Điều kiện ràng buộc cơ học: Tĩnh tải luôn hiện diện trong tất cả các trường hợp; tải trọng hãm ngang $T$ chỉ xuất hiện khi có áp lực đứng $D_{\max}$ và phải nằm cùng phía cột đặt $D_{\max}$; có thể xét $D_{\max}$ độc lập khi xe con đứng yên nâng tải. Toàn bộ 14 trường hợp tổ hợp cơ bản được thiết lập để quét toàn bộ giá trị nội lực cực trị dọc theo trục các phần tử.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán chính

Đồ án đã xác lập bộ thông số thiết kế hoàn chỉnh cho công trình nhà xưởng công nghiệp một tầng:

Bộ phận kết cấu Tiết diện lựa chọn Thông số hình học chính (mm) Điều kiện kiểm toán đáp ứng
Cột khung Chữ I tổ hợp hàn $h=850, b=300, t_w=10, t_f=14$ Thỏa mãn độ bền, độ mảnh $[\lambda]$, ổn định phẳng và ngoài mặt phẳng
Xà ngang nách khung Chữ I thay đổi tiết diện $h=800, b=250, t_w=10, t_f=12$ Thỏa mãn ứng suất uốn nén, ổn định cục bộ bản cánh/bụng
Xà ngang đỉnh khung Chữ I tổ hợp hàn $h=450, b=250, t_w=10, t_f=12$ Thỏa mãn cường độ chịu mô men uốn dương giữa nhịp
Dầm vai đỡ cầu trục Chữ I tổ hợp hàn $h=500, b=200, t_w=8, t_f=10$ Thỏa mãn chịu cắt, ép mặt cục bộ bản bụng tại điểm đặt ray
Cột cửa trời Chữ I tổ hợp hàn $h=200, b=100, t_w=8, t_f=10$ Thỏa mãn tải trọng gió đỉnh mái và tải trọng bản thân
Hệ thanh giằng Thép tròn $\varnothing 20$, $\varnothing 16$ Thép tròn đặc $\varnothing 20$, $\varnothing 16$; chống dọc 2Z200 Thỏa mãn điều kiện độ mảnh giới hạn $[\lambda] \le 200$

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Xây dựng quy trình thiết kế hoàn chỉnh từ việc xác định tải trọng cầu trục di động bằng đường ảnh hưởng đến việc mô hình hóa số trên ETABS v9.1 cho nhà xưởng nhịp trung bình ($24\text{ m}$).
  • Đưa ra giải pháp cấu tạo xà ngang tiết diện thay đổi (vát cánh nách khung $0.4$ nửa nhịp), giúp giảm thiểu đáng kể khối lượng thép tại khu vực giữa nhịp có mô men uốn nhỏ so với phương án xà tiết diện không đổi.
  • Thiết kế chi tiết cấu tạo các nút liên kết cơ bản trong nhà công nghiệp chịu tải trọng nặng (chân cột ngàm, liên kết nách khung bằng bu lông cường độ cao, chi tiết vai cột đỡ dầm cầu trục $10\text{ T}$).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Mô hình kết cấu được tính toán theo sơ đồ khung phẳng 2D tách biệt, chưa xét đến sự làm việc không gian tổng thể 3D tương tác giữa các khung ngang qua hệ xà gồ, hệ giằng và tấm lợp bao che.
  • Các tính toán tải trọng gió và cầu trục mới chỉ dừng lại ở phân tích tĩnh tương đương theo TCVN 2737-1995, chưa phân tích động học dao động của khung khi cầu trục vận hành với gia tốc lớn hoặc chịu tác động của tải trọng động đất.

Hướng phát triển

  • Ứng dụng mô hình không gian 3D toàn diện để khảo sát chính xác sự phân phối lực dọc nhà và độ cứng không gian của hệ kết cấu.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa tự động hóa kích thước các tiết diện thép tổ hợp nhằm giảm thiểu khối lượng vật liệu sử dụng dựa trên thuật toán tối ưu kết cấu.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng (Chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp): Nắm vững các bước thực hiện Đồ án môn học Kết cấu thép 2 hoặc Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư Xây dựng về chủ đề thiết kế khung nhà công nghiệp một tầng bằng thép.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu thép: Tham khảo phương pháp tính toán đường ảnh hưởng áp lực cầu trục, quy trình tổ hợp tải trọng và chi tiết cấu tạo các nút liên kết bản bích, chân cột ngàm trong nhà xưởng công nghiệp.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất: Phương pháp tính toán kích thước hình học khung ngang gắn với catalogue cầu trục, quy trình tổ hợp 14 trường hợp tải trọng trên phần mềm phân tích nội lực, và các công thức kiểm toán ổn định cục bộ, ổn định tổng thể cấu kiện thép nén uốn lệch tâm.

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước nhịp và bước cột của công trình nhà xưởng trong đồ án được thiết kế là bao nhiêu?

Công trình có nhịp khung ngang $L = 24\text{ m}$, chiều dài toàn nhà $60\text{ m}$ với bước cột $B = 6\text{ m}$ (gồm 10 bước cột).

2. Cầu trục trang bị trong nhà xưởng có sức nâng và thông số làm việc như thế nào?

Cầu trục có sức trục nâng $Q = 10\text{ T}$, nhịp ray cầu trục $L_k = 22\text{ m}$, cao trình đỉnh ray $H_r = 8.0\text{ m}$, bề rộng cầu trục $B_k = 3900\text{ mm}$, khoảng cách hai bánh xe $K_k = 3200\text{ mm}$, và trọng lượng bản thân $G = 8.11\text{ T}$.

3. Quy cách tiết diện của cột khung và xà ngang được lựa chọn là gì?

  • Cột khung: Tiết diện chữ I tổ hợp hàn I-$850\times 300\times 10\times 14$ (hoặc I-$800\times 300\times 10\times 14$), chiều cao toàn bộ cột tính từ móng đến đáy xà ngang là $9.3\text{ m}$.
  • Xà ngang: Tiết diện chữ I thay đổi, đoạn nách khung dùng tiết diện I-$800\times 250\times 10\times 12$ (hoặc I-$700\times 250\times 10\times 12$), đoạn đỉnh khung dùng tiết diện I-$450\times 250\times 10\times 12$.

4. Phần mềm và tiêu chuẩn nào được sử dụng để phân tích tải trọng và nội lực khung?

Đồ án sử dụng phần mềm ETABS v9.1 để mô hình hóa khung phẳng 2D và áp dụng tiêu chuẩn tải trọng TCVN 2737-1995 để xác định tĩnh tải, hoạt tải sửa chữa mái, tải trọng gió (vùng II-B) và tổ hợp tải trọng theo hai trường hợp cơ bản 1 và 2.

5. Những nút liên kết chính nào được tính toán chi tiết trong đồ án?

Đồ án tính toán chi tiết liên kết chân cột ngàm vào móng bê tông B20 (bản đế, dầm đế, sườn ngăn, bu lông neo), chi tiết dầm vai đỡ cầu trục, liên kết nút nách khung bằng mặt bích và bu lông, liên kết nút đỉnh khung, liên kết chân cột cửa trời và liên kết nối xà ngang.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện việc tính toán và thiết kế kết cấu khung chịu lực nhà xưởng công nghiệp một tầng, một nhịp bằng thép với nhịp $24\text{ m}$ và sức trục $10\text{ T}$. Thông qua việc kết hợp tính toán giải tích theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành với công cụ mô hình hóa số ETABS v9.1, các cấu kiện cột chữ I, xà ngang vát tiết diện, xà gồ và hệ giằng đều được kiểm toán đáp ứng đầy đủ các điều kiện an toàn về cường độ, độ võng và độ ổn định. Kết quả thiết kế chi tiết các nút liên kết cung cấp giải pháp cấu tạo rõ ràng, có tính khả thi kỹ thuật cao cho công trình nhà công nghiệp kết cấu thép.