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.