CHƯƠNG 1. KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG 1. SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG NGANG Khung ngang gồm cột đặc và xà ngang có tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi, liên kết ngàm với móng và liên kết cứng với xà.
Theo yêu cầu kiến trúc và thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc i = 10% (khung nhịp dưới 60m). Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG. BỐ TRÍ HỆ LƯỚI CỘT Theo phương ngang nhà bố trí với bước 6m, công trình có tổng cộng 5 bước gian. Bố trí cột có nhịp L = 30m.
Theo phương dọc nhà bố trí với bước cột b = 6m, công trình có tổng cộng 10 bước cột. Công trình có chiều dài 60m và bỏ qua bố trí khe nhiệt. SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 3 Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.2: Mặt bằng định vị cột 1. KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG (THEO PHƯƠNG ĐỨNG) 1.
CHIỀU CAO CỦA CỘT, TÍNH TỪ MẶT MÓNG ĐẾN ĐỈNH CỘT (ĐÁY XÀ NGANG) Chiều cao sử dụng là chiều cao từ mặt nền đến cánh dưới vì kèo phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, được xác định theo công thức (Lấy chẵn 100mm) Trong đó: : Cao trình đỉnh ray, là khoảng cách nhỏ nhất từ mặt nền đến mặt ray cầu trục, thường được gọi là cao trình đỉnh ray, xác định theo yêu cầu sử dụng và công nghệ cho trong nhiệm vụ thiết kế ( ); : Chiều cao từ mặt ray đến mép dưới vì kèo phụ thuộc chủ yếu vào kích thước cầu trụ; ; (Lấy chẵn 200mm) : Chiều cao gabarit của cầu trục, là khoảng cách từ mặt ray đến điểm cao nhất của cầu trục, lấy theo catalogue cầu trục (Hc = Hk = 870mm); 100mm: Khe hở an toàn giữa cầu trục và vỉ kèo; : Độ võng của vỉ kèo và việc bố trí hệ giằng thanh cánh dưới, f lấy bằng 200 400 mm phụ thuộc vào nhịp của nhà ( ); SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 4 Chọn Vậy chọn H = 10m 1. CHIỀU CAO CỦA PHẦN CỘT TRÊN, TỪ VAI CỘT ĐỠ DẦM CẦU TRỤC ĐẾN ĐÁY XÀ NGANG Chiều cao thực của cột trên từ vai đỡ dầm cầu trục đến mép dưới vỉ kèo: ; Với: : Chiều cao dầm cầu trục, lấy theo phần thiết kế dầm cầu trục có sẵn hoặc giả thiết chọn sơ bộ khoảng nhịp dầm (bước cột); Chọn : Chiều cao tổng cộng của ray và đệm ray,phụ thuộc vào loại cầu trục lấy theo quy cách ray hoặc lấy sơ bộ khoảng 300mm. Để có chiều cao chính xác cần thiết kế dầm cầu trục trước. CHIỀU CAO CỦA PHẦN CỘT DƯỚI, TÍNH TỪ MẶT MÓNG ĐẾN MẶT TRÊN CỦA VAI CỘT Chiều cao thực của cột dưới tính từ mặt móng đến vị trí thay đổi tiết diện: ; Với: là phần cột chôn dưới cao trình nền, lấy khoảng 600-1000mm.
Do yêu cầu đề đồ án xem cột liên kết với cao trình tại 0.000 nên lấy SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 5 Vậy chọn 1. KÍCH THƯỚC CHIỀU CAO KHUNG NGANG Tổng chiều dài của cột là: Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.3: Kích thước khung ngang 1. CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG Xác định kích thước khung ngang là việc sơ bộ các tiết diện cột, dầm mái, cấu kiện cửa mái. sao cho phù hợp với nhịp nhà, bước khung, nhịp cầu trục, tải trọng mái, tải trọng cầu trục và đảm bảo công năng sử dụng của nhà xưởng.
Việc lựa chọn này chỉ là định hướng ban đầu để làm cơ sở cho việc tính toán các bước tiếp theo. Thông thường, để chọn được tiết diện tối ưu, công việc này sẽ phải thực hiện lại nhiều lần. Đó là bản chất của việc thiết kế. Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 30m.
Lấy gần đúng nhịp cầu trục là , khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột. SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 6 1. TIẾT DIỆN CỘT Cột nhà công nghiệp là cấu kiện chịu nén lệch tâm, trên tiết diện có tác dụng mô men Mx trong mặt phẳng khung, ngoài ra còn có trường hợp mô men tác dụng ngoài mặt phẳng My. Muốn chọn được tiết diện, ngoài việc xác định được nội lực tính toán, còn phải xác định chiều dài tính toán của cột trong và ngoài mặt phẳng khung Ix, Iy.
Chiều dài tính toán của cột phụ thuộc vào liên kết hai đầu thanh trong sơ đồ khung. Trong khung nhà cột liên kết với móng ở chân cột và liên kết với xà ngang ở đầu cột. Các liên kết này có thể là ngàm hoặc khớp, có thể khác nhau theo các phương làm việc của tiết diện. Sau khi thiết kế được tiết diện, cần phải cấu tạo cho phù hợp với sơ đồ tính của khung.
Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.4: Kích thước tiết diện cột chữ I- (h x b x tf x tw) Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột. Khoảng cách từ trục định vị đến ray cầu trục: Chiều cao tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng: Chọn h = 800(mm) Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung: (thỏa điều kiện vận hành cầu trục) Bề rộng tiết diện cột: SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 7 Chọn b = 300(mm) Bề dày bản bụng nên chọn khoảng (1/100 1/70) h và để đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6 mm: Chọn = 8(mm) Bề dày bản cánh: Chọn 14(mm) Vậy tiết diện cột là: I – 800 x 300 x 8 x 14 1. TIẾT DIỆN DẦM MÁI Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.5: Hình dạng tiết diện dầm mái Chiều cao tiết diện tại nút dầm mái liên kết với cột: Chọn , thông thường nên chọn bằng với chiều cao cột. SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 8 Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung chọn.
Vậy chiều cao của dầm mái giảm dần từ 800mm (tại nút khung) xuống 400mm (tại đỉnh khung) Bề rộng tiết diện: Chọn 250mm Bề dày bản bụng nên chọn khoảng (1/100 1/70) h1 và để đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6 mm: Chọn = 8(mm) Bề dày bản cánh: Chọn Tiết diện dầm mái tại nút khung là I – 800 x 250 x 8 x 14 Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là I – 400 x 250 x 8 x 14 Tiết diện dầm mái có thể ghi là I – (800 – 400) x 250 x 8 x 14 Xác định vị trí thay đổi tiết diện dầm mái: Chiều dài đoạn dầm mái thay đổi tiết diện được xác định theo công thức sau: 1. TIẾT DIỆN VAI CỘT Vai cột có nhiệm vụ chịu tải trọng từ cầu trục và truyền tải trọng này vào cột. Đối với cột giật bậc thì vai cột thường nằm trong chiều cao cột dưới và có thêm nhiệm vụ chịu phản lực của cánh trong cột trên. Với cột có tiết diện không đổi (đồ án này) vai cột như một dầm công xôn tiết diện chữ I liên kết vào cánh trong của cột.
Tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục, bước khung và nhịp của dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung, Dmax/Dmin, đến mép trong của vai cột). Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray cầu trục: SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 9 Chiều dài vai cột (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột): Trong đó: là chiều cao cột; 0,15m là khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột. Chọn chiều cao dầm vai tại điểm đặt lực Dmax là 300mm. Chiều cao dầm vai tại vị trí ngàm với cánh trong của cột là 450mm Chọn bề rộng tiết diện vai cột là 300mm Chọn bề dày bản bụng vai cột là 8mm Chọn bề dày bản cánh vai cột là 10mm Tiết diện vai cột (dầm vai) là I – (450 – 300) x 300 x 8 x 10 Lưu ý: Khi lựa chọn tiết diện cột hoặc nhịp cầu trục phải đảm bảo khoảng hở giữa mép trong cột và cầu trục Vị trí của cột theo đường lưới: a=0 cho Q 30T a = 250mm cho 30T < Q 75T a = 500mm cho Q > 75T Vậy chọn a = 0 vì Q = 5T Chiều cao phần sơ bộ của cột: ht =800mm Kiểm tra vị trí của dầm cầu trục: (thỏa) SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 10 Hình KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG.6: Các thông số cơ bản tại vai cột 1.
TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN CỦA CỬA TRỜI Mục đích chính của cửa trời là thông gió tự nhiên cho nhà thép tiền chế. Tùy vào yêu cầu thông thoáng, người thiết kế sẽ chọn kích thước cửa trời phù hợp. Một yếu tố nữa quyết định đến việc chọn kích thước thước cửa trời là đảm bảo nước mưa không tạt vào nhà. Các liên kết cột cửa trời - dầm mái, dầm - cột cửa trời là liên kết cứng.
Như đã đề cập, cửa trời có tác dụng thông gió cho nhà xưởng. Kích thước cửa trời phụ thuộc vào yêu cầu thông thoáng của nhà. Thông thường, bề rộng cửa trời trong khoảng (1/8 1/4) nhịp nhà và chiều cao cửa trời bằng 1/2 bề rộng. Theo đề bài, bề rộng cửa trời chọn 4 m, chiều cao cửa trời là chọn 2 m.
Cột và dầm mái cửa trời tiết diện chữ I với các thông số như sau: Chiều cao tiết diện cột cửa trời 200mm Bề rộng bản cánh cột và dầm mái cửa trời là 100mm Bề dày bản bụng: 8mm Bề dày bản cánh: 10mm Tiết diện dầm, cột cửa trời là: I – 200 x 100 x 8 x 10 1. HỆ GIẰNG CỦA NHÀ CÔNG NGHIỆP Hệ giằng nhà công nghiệp giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm độ cứng không gian của nhà. Đối với các công trình bằng thép, do vật liệu có tính dẻo, cường độ cao, nên tiết diện thường nhỏ, độ mảnh lớn. Vì vậy việc tăng độ cứng của nhà càng không thể thiếu được.
Hệ giằng là một bộ phận rất quan trọng trong nhà thép tiền chế. Các tác dụng của hệ giằng như sau: • Đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng không gian cho kết cấu chịu lực. • 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.và truyền tải trọng này xuống móng. • Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho cột, dầm mái.
• Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc thi công, lắp dựng SVTH:NGUYỄN ĐẠI TOÀN THIÊN 11 Hệ giằng còn có tác dụng giảm thiểu chiều dài tự do để tăng ổn định tổng thể của các cấu kiện; mặt khác còn chịu tải trọng gió tác dụng đầu hồi và lực hãm của cầu trục. Hệ giằng của nhà công nghiệp bao gồm hai bộ phận: hệ giằng ở mái và hệ giằng ở cột. HỆ GIẰNG CỘT Hệ giằng cột đảm bảo độ cứng dọc nhà và ổn định cho cột. Do khung được tính theo phương ngang nhà nên độ cứng dọc nhà rất bé, có thể xem cột liên kết khớp với móng.
