Đồ án: thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng một nhịp có cửa mái và cầu

Đồ án thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng một nhịp có cửa mái và cầu trục. Hướng dẫn chi tiết tính toán kết cấu thép theo tiêu chuẩn.

• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng
• Loại tài liệu: Đồ án

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết kế Khung Ngang Nhà Xưởng Một Tầng

Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng là một trong những giải pháp kiến trúc phổ biến trong công nghiệp hiện đại. Loại thiết kế này được áp dụng rộng rãi cho các nhà máy sản xuất, kho chứa hàng, và các công trình công nghiệp khác. Khung ngang cho phép tối ưu hóa không gian sử dụng, giảm chi phí xây dựng và dễ dàng mở rộng trong tương lai. Đặc biệt, hệ thống khung ngang cung cấp độ linh hoạt cao về bố trí máy móc và dây chuyền sản xuất bên trong.

1.1. Khái niệm Cơ Bản

Khung ngang là cấu trúc chịu lực chính trong tòa nhà, được thiết kế để chịu tải trọng từ mái và các thiết bị bên trong. Cấu trúc này gồm các dầm ngang, cột đứng và các kết nối chặt chẽ. Ưu điểm nổi bật là khả năng chịu lực tốt, chi phí thi công thấp, và dễ bảo trì trong quá trình sử dụng.

1.2. Ứng Dụng Thực Tiễn

Nhà xưởng khung ngang được áp dụng trong các ngành sản xuất cơ khí, dệt may, chế biến thực phẩm và lưu trữ. Thiết kế này phù hợp với các công trình có diện tích lớn nhưng không cần chia tầng. Nó cho phép áp dụng hệ thống cẩu trục trên cao, tối ưu hóa quy trình sản xuất.

II. Nguyên Tắc Thiết Kế Khung Ngang Nhà Xưởng

Nguyên tắc thiết kế khung ngang phải tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định xây dựng hiện hành. Thiết kế cần tính toán chính xác tải trọng tĩnh từ vật liệu, tải trọng động từ máy móc, và tải trọng môi trường như gió, tuyết. Hệ thống kết nối giữa các phần tử kết cấu phải đảm bảo độ chặt chẽ và khả năng chịu lực. Việc chọn vật liệu xây dựng cũng rất quan trọng, có thể sử dụng thép cấu trúc, bê tông cốt thép hoặc kết hợp cả hai.

2.1. Tính Toán Tải Trọng

Tính toán tải trọng là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế. Cần xác định tải trọng tĩnh từ mái che, vật liệu chíu dựng và các thiết bị cố định. Tải trọng động bao gồm máy móc, cẩu trục, người lao động và hàng hóa lưu động bên trong xưởng. Tải trọng môi trường như gió, tuyết cũng phải được tính toán theo vị trí địa lý.

2.2. Lựa Chọn Vật Liệu

Thép cấu trúc là lựa chọn phổ biến vì độ bền cao, khả năng thi công nhanh, và tính linh hoạt. Bê tông cốt thép cung cấp độ bền lâu dài và chi phí bảo trì thấp. Việc kết hợp cả hai vật liệu giúp tối ưu hóa chi phí và hiệu suất kỹ thuật của công trình.

III. Các Thành Phần Chính của Kết Cấu Khung Ngang

Kết cấu khung ngang bao gồm các thành phần chính như cột bê tông hoặc thép, dầm ngang chính, dầm phụ, mái che, hệ thống cửa và cửa sổ. Cột là phần tử chịu lực chính, được cắm sâu vào nền hoặc móng. Dầm ngang chính được hỗ trợ bởi các cột và chịu toàn bộ tải trọng từ trên xuống. Hệ thống mái che có thể sử dụng tôn, bê tông nhẹ, hoặc các vật liệu hiện đại khác. Các cửa ra vào, cửa sổ được bố trí hợp lý để đảm bảo thông thoáng và ánh sáng tự nhiên.

3.1. Hệ Thống Cột Và Dầm

Cột chịu lực chính phải có chiều dày và độ chắc chắn phù hợp với tải trọng. Dầm ngang chính được thiết kế để phân tán tải trọng đều đặn về hai bên cột. Các kết nối bolted hoặc welded phải có cường độ đủ để chịu lực cắt và uốn.

3.2. Hệ Thống Mái Và Lợp Mái

Mái che phải có độ dốc phù hợp để thoát nước mưa. Lựa chọn vật liệu lợp mái ảnh hưởng đến chi phí vận hành, cách nhiệt, và độ bền. Tôn có khả năng chịu thời tiết tốt, bê tông nhẹ cung cấp cách nhiệt tốt hơn.

IV. Các Bước Thực Hiện Đồ Án Thiết Kế Khung Ngang

Thực hiện đồ án thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng đòi hỏi sự tuân thủ quy trình khoa học và có hệ thống. Trước tiên, cần xác định rõ ràng yêu cầu của chủ đầu tư, bao gồm diện tích, mục đích sử dụng, tải trọng dự kiến. Tiếp theo là thực hiện điều tra địa chất, xác định loại đất, độ chịu lực của nền. Sau đó, thiết kế kết cấu chi tiết, vẽ bản vẽ kỹ thuật, tính toán chi phí xây dựng. Cuối cùng, cần lập báo cáo tinh toán và bản vẽ công trình để lấy phép xây dựng.

4.1. Giai Đoạn Lập Kế Hoạch Và Điều Tra

Bước đầu tiên là gặp gỡ chủ đầu tư, hiểu rõ nhu cầu và mục tiêu của dự án. Tiến hành khảo sát địa hình, điều tra địa chất để xác định loại nền và khả năng chịu tải. Thu thập thông tin về điều kiện khí hậu, độ cao mực nước ngầm, rủi ro thiên tai của khu vực.

4.2. Thiết Kế Và Tính Toán Kỹ Thuật

Dựa trên thông tin thu thập, tiến hành thiết kế chi tiết kết cấu. Sử dụng phần mềm CAD và FEA để mô phỏng và tính toán độ bền. Vẽ bản vẽ kỹ thuật chi tiết cho từng phần tử kết cấu, hệ thống điện, nước, thông gió. Lập báo cáo tính toán kỹ thuật và bộ hồ sơ hoàn chỉnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THIET KE KHUNG NGANG NHA CONG NGHIEP 2 2 2 sk ‡k k 2k 3k 2k 2 2 2k 3k ok 2 Ok ok NHIEM VU THIET KE Thiết kế khung ngang nhà xưởng một tầng một nhịp có cửa mái và cầu trục đi dọc bên trong xưởng với các số liệu: Chiều dài nhà: 132 m Nhịp khung: L = 36m Bước khung: B = 6m Số cầu trục trong xưởng: 2(chế độ làm việc trung bình) Sức nâng của cầu trục: Q = 75T Cao trình mặt ray cầu trục: H,= 9 m Mái lợp bằng panel BTCT có sườn với các lớp cách nước cách nhiệt cần thiết. Tường gạch tự mang. Vật liệu: Thép BCT3CII6 có R = 2300 daN/cm”. Bê tông móng cột mác 200.

I- CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU. 1- Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp. (hình vẽl) Do sức trục của cần trục là 75 T nên chọn khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị là a = 250mm và 2. 2- Xác định các kích thước chính của khung.1- Nh ip cau truc.À = 36 - 2 x 0,750= 34,5 (m) Dựa vào sức trục Q = 75T và nhịp cầu trục Lự = 34,5m ta có bảng thông số cầu trục lấy theo phụ lục VI ( Sách thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp): Kích thước gabarit của cầu trục H, =4000 mm Trang 1 Phan dau cua cau truc bén ngoai ray B, = 400 mm 17900 16200, Hình vẽ 1: Sơ đồ khung ngang nhà 2.2- Kích thước cột.

- Chiều cao H; từ đỉnh ray cầu trục đến cao trình cánh dưới vì kèo: H, = He + 100mm + f Trong đó: Hẹ : Chiều cao Gabarit cầu trục Hẹ = 4000mm 100 mm: Khe hở an toàn giữa xe con và kết cấu f: Khe hở phụ xét đến độ võng của vì kèo và việc bố trí hệ thanh giằng lấy bang f = 100mm = H, = 4000 + 100 + 100 = 4200 (mm) - Chiéu cao phan cot trén: H,= H;+ hạ. + h, Trong đó: hạ„„: Chiểu cao của dầm cầu trục lấy sơ bộ là: Hụ.2 =5 (m) - Chiều cao phần cột dưới: Hy =H, + hy —h, - hag Trong đó: Trang 2 h;: Phần cột chôn dưới mat nén, lay h; = 800 (mm) h,: Chiéu cao tổng cộng của ray và đệm ray 200 (mm) hạ¿„: Chiều cao của dầm cầu trục =0.6m H, :Cao trình đỉnh ray = 9m Hy =9 + 0.2 = 9 (m) - Chiéu cao tiết diện phần cột trên chọn: b, = 500 mm .thoả mãn điều kiện không nhỏ hơn 1/12 chiều cao H,, b,> 1/12 H„= o* 5= 0.3 - Kích thước dàn (hình vẽ 2) Hình vẽ 2: Sơ đồ kích thước dàn và hệ gằng mái Trang 3 Độ dốc cánh trên trên ¡ = 1/10 = Chiểu cao giữa dàn là 22+-L. Hệ giằng ở mái bao gồm các thanh giằng bố trí trong phạm vi tư cánh dưới dàn trở lên. Chúng được bố trí nằm trong mặt phẳng cánh trên dàn, mặt phẳng cánh dưới dàn và mặt phẳng đứng giữa các dàn.

+ Giằng trong mặt phẳng cánh trên: Gồm các thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên và các thanh chống dọc nhà. Hệ giằng này được bố trí ở 2 đầu nhà và ở khoảng giữa nhà để bảo đảm ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn, tạo nên những cố kết không cho chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn Thanh chống dọc nhà dùng để cố định những nút quan trọng: đỉnh nóc, nút đầu dàn + Giằng trong mặt phẳng cánh dưới: gồm có hệ giằng ngang và hệ giằng dọc b) Hệ giằng đứng. Được đặt trong mặt phẳng các thanh đứng. Kết cấu cửa trời cũng có các hệ giằng cánh trên, hệ giằng đứng như đối với dàn mái.

©) Hệ giằng cột. Gồm có hệ giằng cột trên và hệ giằng cột dưới Hệ giằng cột trên bố trí ở trục cột, đặt ở đầu hồi và ở khoảng giữa nhà( nơi có hệ giằng mái ) để đảm bảo độ cứng dọc nhà và ổn định cho cột. Ngoài ra hệ giằng cột ở đầu hồi còn có tác dụng nhận lực góc đầu hồi và có lực hãm dọc của cầu trục Hệ giằng cột dưới bố trí ở nhánh cột, đặt ở giữa nhà để nhận tải trọng từ hệ giằng cột trên truyền xuống, tránh cản trở sự biến dạng nhiệt độ Trang 4 HE GIANG CANH DUGI HE GIANG DUNG COT II- TINH TAI TRONG TAC DUNG LEN KHUNG 1- Tải trọng tác dụng lên dàn 1.1- Tải trọng tác dụng thường xuyên a) Tải trọng các lớp mái tính toán theo cấu tạo của lóp mái lập theo bằng sau: Cấu tạo của lớp mái Tải trọng tiêu chuẩn |Hệ số. Tải trọng tính toán dan/m° mái vượt tải dan/m” mái - Tấm Panel 1,5 x 6m 160 1,1 176 - Lớp cách nhiệt dày 12 cm bằng BT xi y = 800 Kg/m° 50 12 60 - Lớp chống thấm dày 2 cm 20 12 21 - Hai lớp vữa lót dày 1,3cm 36 1,2 43.2 - Hai lớp gach ld nem 4 cm 80 1,1 88 Cong 346 391.2 Bảng 2- Tải trọng các lớp mái Trang 5 Tải trọng các lớp mái được đổi ra phân bố trên mặt bằng với độ dốc ¡ = 1/10 có cos œ = 0,995 uc —= 346 = 348(dan/m? #„ = 9995 (dan/m°) 391.2 8m ==——— 995 =393 (dan/m) (d ? b- Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng.

Tính sơ bộ theo công thức thực nghiệm: # 4=n.1,2 x dạx Trong đó: 1,2 - Hệ số vượt tải œ¿ - Hệ số trọng lượng dàn lấy bằng 0,73 g4 = 1,2 x 0.65 x 36 = 30(dan/m?) c- Trọng lượng kết cấu cửa trời Được tính theo công thức kinh nghiệm: # 4= œ¿ x L¿ = 0.5 x 12 = 6m đ- Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời - Trọng lượng cánh cửa (Kính + khung) ø“ = 40 dan/ m ( 5.5 dan/m” mặt bằng nhà) - Trọng lượng bậu trên và bậu dưới g', = 135dan/m? (7.5 dan/m? mat bang nha) 1.2- Tải trọng tạm thời Theo TCVN 2737 - 95, tải trọng tạm thời trên mái khi không có người lên là: p°= 75 Kg/m” mặt bằng với hệ số vượt tải n, = 1.3 Tải trọng tạm thời :p=Bx P,xn Trong d6 : B= 6m ;n= 1.3 = 585dan/m Tải trọng thường xuyên : g = Bx Lg, g=6x 93 +30 +6+ 5.5) = 2652dan/m 2- Tải trọng tác dụng lên cột Trang 6 a- Do phản lực của dàn Tải trọng thường xuyên qfxL_ 2652x36 =47136 (dan) A-17 Tải trọng tạm thời A'=P' XE _ 58Š*36 _ 10530 (dạn) 2 b- Do trọng lượng dâm cầu trục+ ray. Trọng lượng dầm cầu trục tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm: Goer = noạ¿, x L2, Trong đó: L¿ - Nhịp cầu trục, tính bằng m (Bằng bước cột B) œ¿,- Là hệ số trọng lượng dầm cầu trục, ở đây lấy dạ„, = 35 Gag =1. Trọng lượng cầu trục : G = 129 T= 1290 KÑ Trọng lượng xe con : g = 32 T= 320 kN ÁP lực bánh xe lên ray: Pi max = 39 T = 390 KN Pama = 12 T = 120kN Pimnin =Q+G_ Imax No _ Q+G Pomin = `. oO Trong đó: Q- Sức trục của cầu trục =P nin =_ 750+1290 —390 =120kN =Ps„= _ 750+1290 ~120 =90kN Trang 7 Áp lực lớn nhất của bánh xe : Dray = X 1 x (Pu xSY + P„„„ x SY,) D„¿„ = 1.348 )) = 1157 KN Áp lực nhỏ nhất của bánh xe : Darin = 1.348 )) = 243 KN 6840 |Ĩ 6840 |1 Ĩ 4350 | ee cD > ram ¬> Dd Dy ram aD, W WW WL WL Mử WL WT VW 5 6000 aA 6000 a Hinh 3 Cau truc c6é bé rong B., = 6840 mm va khoảng cách giữa 2 bánh xe k = 4350 mm.

Đặt bánh xe ở vị trí như ở hình 3 tính được tung độ như ở y, của đường anh hưởng và tính áp lực thẳng đứng lớn nhất, nhỏ nhất của các bánh xe cầu trục lên cột d- Do luc hấm của xe con Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động. Lực hãm xe con, qua các bánh xe cầu trục truyền lên dâm vào cột. Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe tính: Trong đó: Tg*= 0,05 (Q+ Gye) _ 0,05% 750+320) 13.38 kN No G„ = 320 kN - Trọng lượng xe con nụ =4- Số bánh xe ở một bên cầu trục Trang Lực hãm ngang T“, truyén én cột thành lực T đặt vào cao trình dầm hãm; giá trị T cũng xác định bằng cách xếp bánh xe trên đường ảnh hưởng như khi xác định D, max và Dạng.86kN 3- Tải trọng gió tác dụng lên khung Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737 - 95. Nhà công nghiệp một tầng, một nhịp chiêu cao nhỏ hơn 40m nên chỉ tính thành phần nh của gió.

Áp lực gió tiêu chuẩn ở độ cao 10m trở xuống thuộc khu vực IIB (có kể đến ảnh hưởng của gió bão): q°„= 70dan/m? Ww > q q SƠ ĐỒ TẢI TRỌNG GIÓ Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên cột tính: Phia don gid: qg=nxq,xKxCxB Phia hit gid: q, =nxq,x KxC’ xB Trong đó: = n = 1,2- Hé s6 vuot tai B= 6m- Bước cột C- Hệ số khí động, lấy theo bảng phụ lục. K- Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao lấy theo địa hình loại B. Trang 9 Chiều cao đón gió của nhà có kể đến chiều dày lớp mái: t = 0,545m. Các hệ số khí động trong hình vẽ có: Cu, Ce tra theo TCVN 2737 — 95: với ¡ = ïo => a=6°C,,=-0.05 = 447 dan/m Tải trọng gió trong phạm vi mái từ đỉnh cột đến nóc mái đưa về tập trung đặt ở cao trình cánh dưới dàn mái.¡ x hạ) Trong đó: h- Là chiều cao từng đoạn có ghi hệ số khí động C, Trong khoảng từ độ cao từ 16m đến 25 m dùng hệ số trung bình của K : K _ 0.25 )] = 4707 dan II- TÍNH NỘI LỰC KHUNG I- Sơ bộ chọn tỷ số độ cứng giữa các bộ phận khung Momen quán tính của dàn tính số liệu theo công thức sau : he M lig -K 2.R Trong dé : Md-momen do tal trong tinh todn t/d lên dàn.

Ma= wep 2 - 63286+ 63036 2 = 645880 (daNm) h¿¿= 4 (m) K-kể đến độ dốc cánh trên và biến dạng của các thanh bụng dàn,lấy K=0,7 với i/10.2100 -Momen quán tính của tiết diện cột dưới được xác định theo : Trang 10 _(N,,+2.Dmax)b; Ji KR Nạ-phải[ lực tựa của dầm truyền xuống: N,=A+A’=60,42 + 11,34 = 71,76 (T) K,-hé sé phu thuoc loai cét va bude cét .2100 -momen quán tính của tiết diện phần cột trên: Le 9 L(t)? .¿ K, b, K,-hé s6 xét dén su lién két giữa dàn và cột ,chọn K;=1,5. J2- mmimm Thay dàn bằng xà ngang đặc có độ cứng tương đương tại các trục thanh cánh dưới dàn.