Luận văn: Đánh giá hiệu quả ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp 1 tầng

Luận văn thạc sĩ phân tích, đánh giá hiệu quả kết cấu ống thép nhồi bê tông trong nhà công nghiệp 1 tầng so với kết cấu thép truyền thống.

• Tác giả: Lê Quốc Phong
• Người hướng dẫn: TS. Đào Ngọc Thế Lực
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Đánh Giá Hiệu Quả Giải Pháp Sử Dụng Kết Cấu Ống Thép Nhồi Bê Tông Trong Nhà Công Nghiệp 1 Tầng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Khám phá kết cấu ống thép nhồi bê tông Giải pháp tối ưu

Kết cấu ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube - CFST) đại diện cho một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng, đặc biệt là đối với các công trình đòi hỏi khả năng chịu lực cao và độ bền vượt trội. Đây là một dạng kết cấu composite hay kết cấu liên hợp thép-bê tông, trong đó lõi bê tông được đổ đầy bên trong một ống thép có tiết diện tròn, vuông hoặc chữ nhật. Sự kết hợp này không chỉ tận dụng tối đa ưu điểm của hai loại vật liệu mà còn khắc phục được những nhược điểm cố hữu của chúng khi hoạt động độc lập. Ống thép bên ngoài có vai trò như một lớp vỏ bao, ngăn chặn sự nở hông của bê tông dưới tải trọng nén, từ đó làm tăng đáng kể cường độ và độ dẻo của cột. Ngược lại, lõi bê tông bên trong giúp ngăn ngừa hiện tượng mất ổn định cục bộ (oằn, vênh) của thành ống thép, một vấn đề thường gặp ở các kết cấu thép rỗng. Giải pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong các công trình nhà cao tầng và cầu nhịp lớn, nơi mà tải trọng nén lên cấu kiện cột là cực kỳ lớn. Tuy nhiên, việc áp dụng vào nhà công nghiệp, đặc biệt là nhà công nghiệp một tầng, vẫn còn là một lĩnh vực cần được nghiên cứu và đánh giá sâu hơn để xác định tính hiệu quả thực sự.

1.1. Định nghĩa và cấu tạo đặc trưng của cột CFST

Về cơ bản, cột ống thép nhồi bê tông (còn gọi là cột CFST) là một cấu kiện chịu lực được cấu thành từ hai thành phần chính: ống thép định hình bên ngoài và lõi bê tông lấp đầy bên trong. Ống thép thường được chế tạo từ ống thép cường độ cao, có thể có tiết diện tròn hoặc đa giác. Lõi bê tông có thể là bê tông thường hoặc bê tông cường độ cao, được đổ trực tiếp vào lòng ống mà không cần đến cốt thép dọc hay cốt đai truyền thống. Sự tương tác đồng thời giữa vỏ thép và lõi bê tông tạo ra một cơ chế làm việc liên hợp độc đáo. Vỏ thép, với mô đun đàn hồi lớn và nằm ở vị trí xa trọng tâm nhất, đóng vai trò chính trong việc chịu mô men uốn và lực kéo. Trong khi đó, lõi bê tông là một khối lý tưởng để chịu tải trọng nén. Cơ chế này không chỉ giúp tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu mà còn cải thiện đáng kể các đặc tính cơ học của toàn bộ cấu kiện so với kết cấu thép hoặc bê tông cốt thép thông thường.

1.2. So sánh ưu điểm so với kết cấu bê tông cốt thép

So với kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) truyền thống, kết cấu ống thép nhồi bê tông sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất, khả năng chịu lực của cột CFST cao hơn đáng kể, cho phép giảm kích thước tiết diện cột, từ đó tăng không gian sử dụng và giảm tải trọng bản thân công trình. Thứ hai, quá trình thi công nhanh hơn do ống thép đóng vai trò như ván khuôn vĩnh cửu, loại bỏ công đoạn gia công, lắp dựng coppha và cốt thép đai, giúp rút ngắn tiến độ thi công. Thứ ba, độ dẻo và khả năng kháng chấn của CFST tốt hơn do sự làm việc đồng thời của vỏ thép và lõi bê tông. Đặc biệt, khả năng chống cháy cũng được cải thiện vì lõi bê tông bên trong có tác dụng bảo vệ, làm chậm quá trình nóng lên và mất khả năng chịu lực của ống thép khi có hỏa hoạn. Cuối cùng, việc chống ăn mòn cho kết cấu thép bên trong ống cũng được đảm bảo, tăng tuổi thọ công trình.

II. Thách thức trong thiết kế nhà công nghiệp nhịp lớn hiện nay

Nhà công nghiệp một tầng, đặc biệt là các kết cấu nhà kho và thi công nhà xưởng sản xuất, đặt ra những thách thức đặc thù cho kỹ sư thiết kế. Các công trình này thường yêu cầu giải pháp kết cấu nhịp lớn và không gian bên trong thông thoáng để tối ưu hóa dây chuyền sản xuất và lưu trữ hàng hóa. Điều này dẫn đến việc các cột chịu lực phải có chiều cao lớn và khoảng cách xa nhau. Một trong những yếu tố phức tạp nhất là tải trọng từ cầu trục, vốn là loại tải trọng động, lặp đi lặp lại, gây ra cả lực thẳng đứng (Dmax, Dmin) và lực xô ngang (T). Những tải trọng này tạo ra mô men uốn rất lớn tại chân cột và đỉnh cột, trong khi lực dọc trục lại tương đối nhỏ so với khả năng chịu nén của cột. Đây là điểm khác biệt cơ bản so với nhà cao tầng, nơi lực dọc chiếm ưu thế. Thách thức đặt ra là phải tìm kiếm một giải pháp kết cấu vừa đảm bảo độ cứng của kết cấu để kiểm soát chuyển vị, vừa có hiệu quả kinh tế cao, đồng thời phải đáp ứng yêu cầu về tiến độ thi công nhanh chóng để sớm đưa nhà xưởng vào hoạt động.

2.1. Yêu cầu về khả năng chịu lực và độ cứng kết cấu

Đối với nhà công nghiệp, khả năng chịu lực không chỉ được đánh giá qua cường độ vật liệu mà còn qua sự ổn định của toàn hệ thống. Khung ngang phải đủ khả năng chịu các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất, bao gồm tĩnh tải, hoạt tải mái, tải trọng cầu trục và tải trọng gió. Đặc biệt, mô men uốn do tải trọng ngang (gió, lực hãm cầu trục) gây ra thường là yếu tố quyết định trong việc lựa chọn tiết diện cột. Độ cứng của kết cấu là một yêu cầu tối quan trọng khác. Chuyển vị ngang tại đỉnh cột phải được giới hạn trong một giá trị cho phép (thường là H/250 hoặc H/400 tùy tiêu chuẩn) để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của cầu trục và sự ổn định của hệ bao che. Việc lựa chọn một giải pháp kết cấu có độ cứng kháng uốn lớn sẽ giúp kiểm soát tốt chuyển vị, tránh các hư hỏng thứ cấp và tăng tuổi thọ cho công trình.

2.2. Tối ưu hóa chi phí và tiến độ thi công nhà xưởng

Trong bối cảnh cạnh tranh, hiệu quả kinh tế và tiến độ thi công là hai yếu tố then chốt quyết định sự thành công của một dự án xây dựng công nghiệp. Một giải pháp kết cấu hiệu quả phải tối ưu hóa được lượng vật liệu sử dụng, giảm chi phí nhân công và máy móc thi công. Kết cấu thép truyền thống có ưu điểm về thi công nhanh nhưng đòi hỏi chi phí bảo dưỡng, chống ăn mòn cho kết cấu thép định kỳ. Kết cấu bê tông cốt thép thì bền vững hơn nhưng thi công chậm hơn do các công đoạn coppha, cốt thép. Do đó, việc tìm kiếm một giải pháp lai như kết cấu ống thép nhồi bê tông được kỳ vọng sẽ cân bằng được cả hai yếu tố: tận dụng tốc độ của kết cấu thép và độ bền, khả năng chịu nén của bê tông, từ đó mang lại lợi ích kinh tế tổng thể cho dự án.

III. Phương pháp thiết kế cột CFST theo tiêu chuẩn hiện hành

Việc thiết kế cột ống thép nhồi bê tông yêu cầu một phương pháp tính toán chuyên biệt, dựa trên các nguyên tắc của kết cấu liên hợp thép-bê tông. Mặc dù tiêu chuẩn thiết kế TCVN dành riêng cho CFST vẫn đang trong quá trình hoàn thiện, các kỹ sư thường tham khảo và áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế uy tín như Eurocode 4. Quá trình thiết kế bắt đầu bằng việc xác định nội lực (lực dọc N và mô men uốn M) tác dụng lên cột thông qua phần mềm tính toán kết cấu như SAP2000 hoặc ETABS. Dựa trên cặp nội lực nguy hiểm nhất, tiết diện cột được kiểm tra theo các điều kiện bền và ổn định. Một công cụ quan trọng trong thiết kế là biểu đồ tương tác M-N, thể hiện mối quan hệ giữa khả năng chịu lực nén và uốn của tiết diện. Biểu đồ này cho phép đánh giá nhanh chóng xem một tiết diện đã chọn có đủ khả năng chịu được cặp nội lực (M, N) từ các tổ hợp tải trọng hay không. Quá trình tối ưu hóa thiết kế bao gồm việc lựa chọn đường kính ống, chiều dày thành thép và cấp độ bền bê tông sao cho vừa đảm bảo an toàn, vừa tiết kiệm vật liệu nhất.

3.1. Phân tích khả năng chịu lực dựa trên biểu đồ tương tác M N

Biểu đồ tương tác Mô-men – Lực dọc (M-N) là công cụ cốt lõi để đánh giá khả năng chịu lực của tiết diện cột CFST chịu nén uốn đồng thời. Trục tung của biểu đồ biểu diễn khả năng chịu nén (N), và trục hoành biểu diễn khả năng chịu uốn (M). Mỗi điểm trên đường bao của biểu đồ đại diện cho một trạng thái giới hạn của tiết diện. Việc kiểm tra tiết diện cột được thực hiện bằng cách xác định các cặp nội lực (MSd, NSd) từ phân tích kết cấu và đặt chúng lên biểu đồ. Nếu tất cả các điểm này nằm bên trong đường bao tương tác, tiết diện được coi là đủ khả năng chịu lực. Theo luận văn của Lê Quốc Phong, phương pháp này được áp dụng để kiểm tra cột D600, cho thấy các cặp nội lực tính toán đều nằm trong giới hạn an toàn của biểu đồ, chứng tỏ tiết diện được chọn là hợp lý về mặt chịu lực.

3.2. Vai trò của liên kết dầm cột CFST trong hệ kết cấu

Trong một hệ khung, liên kết dầm-cột CFST đóng vai trò quyết định đến sự làm việc đồng bộ và ổn định của toàn bộ kết cấu. Liên kết này phải đảm bảo truyền tải hiệu quả mô men uốn, lực cắt và lực dọc từ dầm (thường là dầm thép) sang cột CFST. Thiết kế liên kết là một trong những khâu phức tạp nhất của hệ CFST do sự khác biệt về vật liệu và hình dạng cấu kiện. Các giải pháp phổ biến bao gồm sử dụng các bản sườn tăng cứng xuyên qua cột, các bu lông cường độ cao hoặc các đai thép bao ngoài. Một liên kết được thiết kế tốt không chỉ đảm bảo khả năng chịu lực mà còn phải thuận tiện cho quá trình thi công nhà xưởng, tránh gây cản trở cho việc đổ bê tông vào lòng cột. Việc nghiên cứu và tiêu chuẩn hóa các chi tiết liên kết này là yếu tố then chốt để có thể ứng dụng rộng rãi kết cấu CFST tại Việt Nam.

IV. Đánh giá hiệu quả thực tế cột CFST trong nhà công nghiệp

Để đánh giá một cách khách quan, cần có những phân tích định lượng dựa trên một công trình cụ thể. Nghiên cứu của tác giả Lê Quốc Phong (Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2019) đã thực hiện một so sánh chi tiết giữa việc sử dụng cột ống thép nhồi bê tông và cột thép truyền thống cho một khung nhà công nghiệp một tầng, một nhịp điển hình (nhịp 24m, cao trình đỉnh ray 10m). Phân tích được thực hiện trên các khía cạnh quan trọng như độ cứng, khả năng chịu lực và hiệu quả sử dụng vật liệu. Kết quả cho thấy một bức tranh đa chiều về tính hiệu quả của giải pháp CFST trong bối cảnh đặc thù của nhà công nghiệp. Mặc dù khả năng chịu lực nén của cột CFST là vượt trội, nhưng trong điều kiện làm việc chủ yếu chịu mô men uốn lớn và lực dọc nhỏ, những ưu điểm này không được phát huy một cách triệt để. Đây là một phát hiện quan trọng, giúp các kỹ sư có cái nhìn thực tế hơn khi lựa chọn giải pháp kết cấu cho loại công trình này, thay vì chỉ dựa trên các ưu điểm lý thuyết.

4.1. Phân tích so sánh độ cứng và chuyển vị đỉnh cột

Một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá hiệu quả kết cấu là độ cứng của kết cấu, thể hiện qua chuyển vị ngang tại đỉnh cột dưới tác dụng của tải trọng. Nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng và so sánh chuyển vị của khung sử dụng cột thép và cột CFST có cùng khả năng chịu lực. Kết quả từ biểu đồ quan hệ giữa tải trọng tác dụng và chuyển vị đỉnh cột cho thấy, với cùng một mức tải, chuyển vị của hai hệ khung là gần như tương đương nhau. Điều này chỉ ra rằng trong trường hợp nhà công nghiệp một tầng chịu uốn là chủ đạo, việc nhồi bê tông vào ống thép không làm tăng đáng kể độ cứng kháng uốn tổng thể của hệ khung. Cụ thể, độ cứng của cột CFST chỉ cao hơn cột thép khoảng 5-10%, một con số không tạo ra sự khác biệt lớn về mặt hiệu quả kết cấu tổng thể.

4.2. Đánh giá về hiệu quả sử dụng vật liệu và kinh tế

Về mặt sử dụng vật liệu, nghiên cứu chỉ ra rằng diện tích tiết diện thép của cột CFST thường nhỏ hơn so với cột thép tổ hợp có cùng khả năng chịu lực. Tuy nhiên, khi xét đến hiệu quả kinh tế tổng thể, cần phải tính thêm chi phí cho phần bê tông nhồi bên trong và các công tác liên quan. Kết luận của luận văn chỉ rõ: "việc sử dụng kết cấu cột ống thép nhồi bê tông cho hiệu quả không đáng kể so với kết cấu thép truyền thống". Điều này được lý giải là do đặc điểm làm việc của nhà công nghiệp một tầng: mô men tác dụng rất lớn trong khi lực dọc tác dụng vào cột nhỏ hơn nhiều so với khả năng chịu nén của nó. Do đó, ưu thế lớn nhất của CFST (khả năng chịu nén) không được tận dụng, khiến cho giải pháp này chưa thực sự tối ưu về mặt kinh tế cho loại hình công trình này.

V. Hướng đi nào cho kết cấu ống thép nhồi bê tông tại Việt Nam

Mặc dù kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả chưa rõ rệt đối với nhà công nghiệp một tầng, tiềm năng của kết cấu ống thép nhồi bê tông tại Việt Nam vẫn rất lớn, đặc biệt khi hướng đến các loại hình công trình khác. Giải pháp này phát huy hiệu quả tối đa trong các cấu kiện chịu nén lớn, do đó nó vẫn là một lựa chọn hàng đầu cho các tòa nhà cao tầng, các công trình có kết cấu phức tạp và đặc biệt là nhà công nghiệp nhiều tầng. Đối với lĩnh vực công nghiệp, việc áp dụng CFST có thể sẽ hiệu quả hơn cho các nhà xưởng có sức trục rất lớn, hoặc các kết cấu nhà kho tự động hóa nhiều tầng, nơi mà tải trọng thẳng đứng lên cột được gia tăng đáng kể. Để thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ này, việc xây dựng và ban hành một bộ tiêu chuẩn thiết kế TCVN hoàn chỉnh là vô cùng cấp thiết. Tiêu chuẩn này sẽ cung cấp một cơ sở pháp lý và kỹ thuật thống nhất, giúp các kỹ sư tự tin hơn trong việc thiết kế và triển khai, đồng thời mở ra một hướng đi mới cho ngành xây dựng công nghiệp Việt Nam.

5.1. Tiềm năng ứng dụng cho nhà công nghiệp nhiều tầng

Đối với nhà công nghiệp nhiều tầng, đặc điểm chịu lực của cột hoàn toàn khác so với nhà một tầng. Tải trọng từ các sàn tầng trên sẽ tích lũy và truyền xuống các cột bên dưới, tạo ra một lực nén dọc trục rất lớn. Trong điều kiện này, các ưu điểm của cột CFST về khả năng chịu lực nén và tiết diện nhỏ gọn sẽ được phát huy một cách tối đa. Sử dụng CFST cho nhà công nghiệp nhiều tầng không chỉ giúp tiết kiệm vật liệu, giảm kích thước cột để tối ưu không gian, mà còn tăng cường độ cứng tổng thể và khả năng chống cháy cho công trình. Đây chính là phân khúc mà kết cấu liên hợp thép-bê tông có thể chứng tỏ được ưu thế vượt trội và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

5.2. Khuyến nghị hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế và thi công

Để kết cấu ống thép nhồi bê tông được áp dụng rộng rãi và an toàn, việc xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn thiết kế TCVN là yêu cầu bắt buộc. Tiêu chuẩn cần đưa ra các chỉ dẫn rõ ràng về phương pháp tính toán, các hệ số an toàn vật liệu, yêu cầu cấu tạo chi tiết, đặc biệt là các quy định cho liên kết dầm-cột CFST. Bên cạnh đó, các quy trình về thi công và nghiệm thu cũng cần được chuẩn hóa, từ khâu chế tạo ống thép, kiểm soát chất lượng bê tông cho đến kỹ thuật đổ bê tông vào lòng ống để đảm bảo tính đồng nhất của lõi. Việc ban hành các tiêu chuẩn này sẽ giúp loại bỏ các rào cản kỹ thuật, tạo điều kiện cho các đơn vị tư vấn, nhà thầu mạnh dạn áp dụng giải pháp kết cấu tiên tiến này, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế cho các công trình xây dựng tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Trong chương này thực hiện tổng quan về nhà công nghiệp và đặc điểm của nó ảnh hưởng đến giải pháp thiết kế kết cấu. Thực hiện tổng quan các giải pháp kết cấu ống thép nhồi bê tông và sự hợp lý trong việc sử dụng kết cấu này trong kết cấu nhà công nghiệp. Tổng quan các đánh giá về hiệu quả sử dụng của các kiểu kết cấu ứng dụng trong thực tế xây dựng các công trình dân dụng hiện nay. Tổng quan về nhà công nghiệp Nhà công nghiệp 1 tầng là loại hình chiếm tỷ trọng lớn trong lĩnh vực xây dựng.

Kiểu nhà này thường sử dụng cho các nhà xưởng sản xuất, xí nghiệp, nhà kho công nghiệp dùng trong phân phối, bán lẻ và giải trí. Kích cỡ thay đổi từ các xưởng nhỏ chỉ vài trăm mét vuông đến các kho phân phối lớn bao phủ trên một diện tích cả trăm ngàn mét vuông. Chức năng của chúng là phục vụ cho sản xuất và người lao động ở trong đó, nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu của xã hội và con người. Công nghệ sản xuất – công năng của xí nghiệp sẽ xác định cơ cấu và cấu trúc tổng mặt bằng xí nghiệp công nghiệp, xác định các thông số xây dựng cơ bản và mặt bằng – hình khối của nhà sản xuất, của các công trình phục vụ kĩ thuật, xác định sơ đồ tổ chức mạng lưới cung cấp kỹ thuật, sơ đồ giao thông vận chuyển của xí nghiệp.

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu xây dựng, những công trình công nghiệp được thiết kế phải thỏa mãn cao nhất các yêu cầu của kĩ thuật sản xuất vừa thỏa mãn các khả năng kĩ thuật xây dựng và yêu cầu cao về thẩm mỹ kiến trúc của xã hội. Nhà công nghiệp 4 Với nhà công nghiệp những đặc điểm cần tìm hiểu như sau: Nhà công nghiệp phải đáp ứng yêu cầu cao nhất yêu cầu chức năng: công nghệ và thiết bị được bố trí trong tòa nhà phải hợp lý nhất, đáp ứng tốt nhất yêu cầu sản xuất, kinh doanh và tạo được môi trường tiện nghi cho người lao động, giải pháp mặt bằng – hình khối và kết cấu tòa nhà phải đảm bảo thõa mãn yêu cầu thay đổi và hoàn thiện công nghệ, thiết bị sản xuất … mà không ảnh hưởng lớn đên cấu trúc tòa nhà Một yêu cầu quan trọng trong thiết kế kiến trúc là thiết kế điển hình hóa và thống nhất hóa. Để có thể sản xuất hàng loạt những thành phẩm xây dựng và xây dựng cơ giới hàng loạt để xây dựng với tốc độ cao chất lượng tốt giá thành hạ cần đi theo con đường công nghiệp hóa xây dựng tức là chuyển ngành xây dựng thành một quá trình sản xuất theo một dây chuyền công nghệ như các ngành công nghiệp khác. Để làm cơ sở cho việc thiết kế hình khối mặt bằng và giải pháp kết cấu nhà công nghiệp và quá trình điển hình hóa và mô đul hóa trong xây dựng, nên tuân theo một số quy định cơ bản như sau: - Mặt bằng hình khối nên thiết kế dạng chữ nhật mái không chênh lệch nhau - Nhà công nghiệp một tầng thiết kế với những khẩu độ cùng hướng cùng nhịp L và chiều cao nhà H - Không cho phép giật cấp mái <1.4m - Quy định về khẩu độ: - Quy định về chiều cao - Bước cột b = 6m, bước mở rộng 12m tùy khả năng kiến trúc - Lưới cột nhà công nghiệp và quy định về phân chia trục định vị Bố trí lưới cột là một bước quan trọng trong quá trình bố trí mặt bằng nhà công nghiệp.

Khi chọn lưới cột phải căn cứ vào diện tích yêu cầu sản xuất, đặc tính của sản xuất và bố trí thiết bị mà chọn hệ lưới cột hợp lý trên cơ sở so sánh về kĩ thuật và kinh tế. Tham số chủ yếu để thiết kế lưới cột trong mặt bằng xưởng là kích thước của khẩu độ và bước cột - Khẩu độ là kích thước tính từ khoảng cách 2 trục phân dọc nhà liên tiếp - Bước cột là kích thước tính từ khoảng cách 2 trục phân ngang nhà liên tiếp Để đơn giản cho việc thiết kế và chế tạo các thông số kích thước mặt bằng nhà công nghiệp 1 tầng được quy định như sau: - Nhịp L >12m lấy bội số 6m: 12, 18, 24m, nhịp L < 12m lấy bội số 3m: 6, 9 m - Bước cột b =6m hay bước mở rộng bmr = 12m Theo kinh nghiệm cho thấy lưới cột càng lớn thì diện tích sản xuất càng tăng lên 5 cho phép bố trí linh hoạt hơn đáp ứng được những yêu cầu của thay đổi kĩ thuật. Phân tích lưới cột khác nhau đối với nhiều ngành sản xuất cho thấy lưới cột càng lớn thì tiết kiệm được diện tích sử dụng. Trên cơ sở thiết kế mặt bằng ta tiến hành thiết kế mặt cắt ngang nhằm chọn hệ thống kết cấu, giải quyết không gian nhà, giải quyết vấn đề thoát nước mưa trên mái và thông gió chiếu sáng.

Đối với nhà công nghiệp một tầng độ cao nhà quy định như sau: - Với nhà không có cần trục cầu Q hoặc chỉ có cần trục treo thì độ cao nhà tính từ mặt trên nền cho đến mép dưới của kết cấu mang lực mái - Với nhà có cần trục cầu Q thì độ cao nhà được tính từ mặt nền cho đến mép trên của ray cầu trục Việc xác định độ cao nhà căn cứ vào cá yếu tố sau: - Căn cứ vào độ cao của thiết bị - đây là căn cứ chủ yếu nhất để xác định độ cao nhà. Nếu trong 1 gian bố trí nhiều thiết bị có độ cao thấp khác nhau thì lúc xác định độ cao của gian đó phải căn cứ vào độ cao của thiết bị cao nhất. - Căn cứ vào độ cao vận chuyển và lắp ráp thiết bị. Đối với các gian xưởng có cần trục để vận chuyển vật liệu, sản phẩm hoặc lắp ráp thiết bị sản xuất trong xưởng (lắp máy) thì cần thêm độ cao cần thiết để cho cần trục có thể hoạt động được.

- Căn cứ vào yêu cầu thông gió và chiếu sáng tự nhiên. Khi xác định độ cao nhà theo 2 yêu cầu trên cần kiểm tra lại độ cao đó có phù hợp với yêu cầu chiếu sáng và thông gió tự nhiên để chọn độ cao cho hợp lý. Chiều cao nhà công nghiệp một tầng không hoặc có cần trục treo Nhịp nhà Tải trọng cần trục Chiều cao nhà Theo bội số (m) treo (T) (m) (m) 6; 9; 12 0.2 Trong nhà công nghiệp cầu trục là thiết bị quan trọng để vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm thành phẩm và các thiết bị sản xuất khi lắp ráp hoặc sửa chữa. Cần trục hay còn được gọi là cần trục kiểu cầu được sử dụng để vận chuyển hàng hóa theo hai phương ngang, dọc trong nhà công nghiệp một tầng hoặc hỗn hợp.

Cầu trục có nhiều loại: - Loại nhỏ có sức nâng 5 ÷ 50 T - Loại trung bình 50 ÷ 250 T - Loại nặng 250 ÷ 630 T Để kinh tế cầu trục thường có hai móc cẩu có sức nâng khác nhau một móc cẩu 6 có sức nâng lớn và một móc cẩu có sức nâng nhỏ ( ví dụ: cầu trục có sức nâng 30T có thêm một móc cẩu 5T, có ký hiệu Q = 30/5 T) hoặc hai móc cẩu cùng sức nâng để nâng các vật có kích thước lớn. Cầu trục được tạo thành từ ba bộ phận chính: - Xe nâng có pa lăng điện, móc cẩu (một hoặc hai) – chạy trên cầu theo phương ngang nhà - Kết cấu chịu lực theo phương ngang kiểu dầm hoặc kiểu giàn, có hệ bánh xe và mô tơ đẩy chạy theo phương dọc nhà - Cabin cho người điều khiển Hình 1. Cấu tạo cầu trục Như vậy, nhà công nghiệp có bố trí cầu trục sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu. Tải trọng cầu trục là loại tải trọng lặp, động lực, dễ gây hư hại và hao mòn cho kết cấu.

Bởi vậy khi thiết kế cần chú ý đến cường độ hoạt động của cầu trục được gọi tên là chế độ làm việc của cầu trục. Toàn bộ hệ thống cầu trục chạy trên hai ray được đặt trên mặt dầm cầu chạy tựa lên vai cột dọc nhà và sự làm việc của cầu trục chia theo ba chế độ sau (không phụ thuộc sức trục): - Chế độ làm việc nhẹ: Thời gian mở máy ít, rất hiếm khi cẩu vật nặng hết sức tải Q, có thời gian làm việc chiếm 15 ÷ 25% thời gian ca sản xuất. Đó là cầu trục dùng để sửa chữa, lắp đặt thiết bị - Chế độ làm việc trung bình: Cầu trục của xưởng sản xuất hàng loạt lớn, của nhà kho, xưởng rèn dập, thời gian làm việc này từ 25 ÷ 40% - Chế độ làm việc nặng: Thời gian làm việc hầu như liên tục, thường xuyên cẩu vật có trọng lượng bằng với sức tải tối đa, thời gian làm việc này từ 40 ÷ 80%. Vật liệu làm khung nhà công nghiệp.

Nhà công nghiệp hay nhà xưởng trong đó 7 tiến hành các quá trình sản xuất nên có những đặc điểm riêng khác nhà dân dụng ( Nhịp nhà thường rộng, Chiều cao lớn, Có cầu trục hoạt động). Để tạo nên kết cấu chịu lực của nhà xưởng, hiện nay ở nước ta dùng chủ yếu hai loại vật liệu: Thép; Bê tông cốt thép. Việc lựa chọn loại vật liệu dựa trên sự phân tích hợp lý về: Mặt kinh tế - kỹ thuật; Căn cứ vào kích thước nhà; Sức nâng của cầu trục; Các yêu cầu của công nghệ sản xuất và cả vấn đề cung cấp vật tư; Thời hạn xây dựng công trình Các kiểu hình thức kết cấu cho nhà công nghiệp một tầng: - Kết cấu nhà có khẩu độ nhỏ: khẩu độ loại này thường là 12m. Do độ cao không lớn, tải trọng không lớn nên không cho phép dùng kết cấu thép.

Thường sử dụng cột gạch hoặc cột bê tông cốt thép. Kết cấu chịu lực mái có thể bằng gỗ hoặc bê tông cốt thép dựa vào yêu cầu chịu lửa và độ bền vững của nhà mà quyết định. Trong công trình phụ dùng cột gạch hoặc cột bê tông cốt thép, kết cấu chịu lực mái dùng dàn gỗ dạng tam giác Trong xưởng sản xuất chính nên dùng vật liệu không cháy để làm kết cấu chịu lực và kết cấu bao che. Sử dụng kết cấu bê tông cốt thép hoặc kết hợp bê tông cốt thép và thép Nhà có khẩu độ lớn: nhà công nghiệp có khẩu độ lớn tính từ mặt nền mép trên ray cầu chạy có thể từ 8 – 30m hoặc cao hơn nữa.

Khẩu độ từ 18 – 60m hoặc hơn nữa. Bước cột 6m mở rộng 12m, đực biệt 18,24m.