CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH • Tên dự án: Nhà xưởng 4 • Chức năng: Nhà xưởng công nghiệp • Vị trí: Nha Trang • Quy mô: 1 tầng, 1 nhịp • Chiều cao: 15m • Chiều dài kiến trúc theo phương dọc nhà: 120m • Chiều dài kiến trúc theo phương ngang: 18m 1. Số liệu thiết kế: 1. Mặt bằng kết cấu nhà xưởng: Từ nhiệm vụ thiết kế được mặt cắt ngang nhà xưởng và lập được mặt bằng các kết cấu chính của nhà xưởng( Khung, Cột, Dầm, Cầu trục…).
Hệ kết cấu chịu lực cơ bản : - Chân cột : liên kết ngàm theo phương ngang nhà. - Đầu cột : liên kết cứng. - Hệ mái có cửa trời 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục với các số liệu: a.
Kích thước khung - Nhịp khung: L = 18 m - Bước khung: B = 6 m - Bước cột: n = 20 Nhóm 1 – Nh19.68B Trang 8 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép Hình 1. 1: Mặt bằng nhà xưởng Hình 3D tổng thể kết cấu công trình b. Vật liệu - Thép CCT34, thép có modun đàn hồi E = 2x105N/mm2; f = 210 N/mm2; fu = 340 N/mm2; fv = 220 N/mm2 - Que hàn số 42, hàn tay, fwf = 180 N/mm2; fws = 153 N/mm2 - Bulông lớp 8.8 có fvb = 320N/mm2; ftb = 400N/mm2 (để tính kéo); fba = 320N/mm2 (để tính neo). - Bê tông móng cấp độ bền B20.
Cầu trục - Sức trục: Q = 5 tấn - Chế độ làm việc cầu trục: trung bình - Cao trình ray: H1 = 6 m - Ray có chiều cao: Hr = 0,2 m - Chiều cao tiết diện dầm cầu trục: Hdc = 0,6 m d. Cấu tạo mái - Mái lợp tôn dày 0,47 mm, 2 lớp, có lớp cách âm cách nhiệt; trọng lượng tiêu chuẩn 8,4 daN/m2 - Độ mái dốc: i = 10 % - Xà gồ thép Z dập nguội, khoảng cách 1m. Trọng lượng: 8,7daN/m khi B=6m; 9,9daN/m khi B=7m; 11,1daN/m khi B=8m. - Lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh, trọng lượng tiêu chuẩn 1,2 daN/m2mái - Trọng lượng tiêu chuẩn hệ giằng mái và các hệ thống đường ống kỹ thuật 2 daN/m2 mặt bằng nhà - Hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn mái: ptc = 30 daN/m2mặt bằng nhà e.
Cấu tạo cửa mái - Cửa mái cao 1,35m; rộng 2m; khung thép cửa mái làm bằng thép I tổ hợp có (W:150x5 mm2; F :120x5 mm2) - Chân cửa mái liên kết khớp với xà mái f. Cấu tạo tường bao che - Tường bằng tôn liên kết vào dầm sườn tường, dầm sườn tường tựa vào cột khung; loại tôn, sườn tường và khoảng cách sườn tường giống tôn mái và xà gồ mái Địa hình xây dựng 1. Nhiệm vụ thiết kế: - Thể hiện mặt bằng kết cấu nhà.68B Trang 9 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép - Chọn kích thước khung ngang: cột tiết tổ hợp chữ H diện đặc không đổi; xà mái tổ hợp chữ I thay đổi tiết diện 1 lần; liên kết chân cột –móng : liên kết ngàm; liên kết xà mái và cột: cứng; liên kết đỉnh khung: cứng. - Thể hiện mặt cắt ngang kiến trúc.
- Bố trí hệ giằng. - Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang. - Tính toán và tổ hợp nội lực (nội lực tính bằng phần mềm SAP2000). - Tính toán thiết kế cột khung và chi tiết chân cột.
- Tính toán thiết kế xà mái và một trong các chi tiết liên kết sau (liên kết bulông): • Xà với cột • Nối xà tại tiết diện thay đổi • Nối xà tại đỉnh b. Hình thức thể hiện: - Thuyết minh: đánh máy, hình vẽ minh họa trên khổ giấy A4, đóng tập bìa thường - Bản vẽ: thể hiện bằng tay/máy trên giấy A1 gồm mặt bằng kết cấu nhà, mặt cắt ngang kiến trúc, bố trí hệ giằng, khung ngang trong đó thể hiện rõ tiết diện cột và xà mái, các chi tiết khung ngang. Tính toán thiết kế: 1. Bố trí kết cấu tổng thể: - Phương ngang nhà: quan niệm phương ngang là hệ cứng nên không cần giằng - Đối với hệ giằng cột: bố trí hệ giằng, sử dụng cho 1 miếng cứng ở giữa để để đảm bảo L<60m thì ta Hình 1.
2: Sơ đồ bố trí hệ giằng cột - Đối với hệ giằng mái: ta bố trí hệ 2 hệ giằng ở 2 đầu hồi để truyền tài trọng gió xuống móng, để đảm bảo L<75m ta bố trí 1 hệ giằng ở giữa hệ kết cấu Hình 1. 3: Sơ đồ bố trí hệ giằng mái - Sử dụng 3 miếng cứng thỏa mãn không đồng quy và không song song, các miếng cứng này được đặt ở biên nhà. Dưới tác động cửa lực gió đẩy dọc nhà hay ngang nhà, hệ thống dễ dàng tiếp nhận và hệ cân bằng.68B Trang 10 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang: Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I.
Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn ( 0,35 - 0,4 ) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi.
Cửa trời chạy dọc nhà mang tính chất thông gió. Kích thước theo phương đứng: - Chiều cao cột dưới: Hd = H1- ( Hdc + Hr )+ Hch Trong đó: + H1 = 6 (m) là cao trình đỉnh ray + Hdc = 0,6 (m) là chiều cao tiết diện dầm cầu trục + Hr = 0,2 (m) là chiều cao ray + Hch = 1 (m) là chiều sâu chôn móng Hd = 6 – (0,6 + 0,2) + 1 = 6.2 (m) - Chiều cao cột trên: Htr = K1 + Hdc +Hr + 0.5 Trong đó: + K1=1347 mm là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con + Hdc = 0.5 là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang Htr = 2. - Chiều cao toàn cột: H = Htr + Hd– Hch = 2.4 4: Mặt đứng khung ngang Nhóm 1 – Nh19.68B Trang 11 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép Hình Mặt đứng khung đầu hồi b. Chọn sơ bộ kích thước theo phương ngang: Nhịp nhà ( lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột ) L = 18m, chọn nhịp cầu trục S = 16m theo bảng số liệu cầu trục, chọn khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong của cột Zmin = 160 mm.
Tiết diện cột: Cột có tiết diện đặc dạng chữ H, đoạn cột trên và đoạn cột dưới có tiết diện như nhau. Tiết diện cột được tính như sau: 1 1 1 1 Chiều cao tiết diện cột: h = ( ÷ )H = ( ÷ )*7. Chọn b = 250 mm 1 1 Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng ( ÷ )h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ thì không nên 60 120 chọn quá mỏng ( tw> 6mm) 1 1 tw = ( ÷ )*500 = ( 4÷ 8 ) mm 60 120 Chọn tw = 8 mm Chiều dày bản cánh tf nên chọn tf>bf/30 =8 mm Và tf nên lớn hơn tw chọn tf = 12 mm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ trục ray tới mép trong của cột Nhóm 1 – Nh19.68B Trang 12 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép 1 1 Z= ( L − 2.5 5: Tiết diện cột Tiết diện xà mái: Dầm mái tiết diện đặc dạng chữ I.
Dầm được chia thành 4 đoạn lắp ghép, 2 đoạn ở 2 đầu (liên kết với cột) có tiết diện thay đổi, 2 đoạn giữa có tiết diện không thay đổi. Chiều cao tiết diện nách khung: hd1nên chọn bằng chiều cao của cột Chọn hd1 = 500 mm Bề rộng tiết diện cột nên lấy bằng bề rộng của cột để dễ liên kết trong thi công Chọn b = 250 mm Chiều cao tiết diện đoạn dầm không thay đổi: hd2 = 0,6*hd1 = 300 mm Chọn hd2 = 300 mm 1 1 Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng ( ÷ )hd1. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, 60 120 Không nên chọn tw quá mỏng: tw> 6mm 1 1 t w= ( ÷ )*500 = ( 4÷ 8.3 ) mm 60 120 Chọn tw = 8 mm b Chiều dày bản cánh: tf≥ = 10 mm 30 Đồng thời tf> tw Chọn tf = 12 mm Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn bằng (0,35÷0,4) chiều dài nửa xà Ltđ = (0,2÷ 0,25)*18 = (3,6÷4,5) m Chọn Ltđ = 3,8 m Nhóm 1 – Nh19.68B Trang 13 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép Hình 1. 6: Tiết diện xà mái Tiết diện vai cột: Vai cột là một công xôn ngắn, tiết diện dạng chữ I.
Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng của bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai: L − S 18 − 16 Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục: λ = = = 1 (m) 2 2 Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột) Lv = λ – h + 0,15 = 1 – 0,6 + 0,15 = 0,55 (m) Trong đó: 0,15 là khoảng cách từ trục ray đến mép ngoài của vai cột - Chọn bề rộng vai cột bằng với bề rộng cột: bf = 250 mm - Chọn chiều cao vai cột: hvc = 450 mm - Chọn chiều dày bản bụng: tw = 10 mm - Chọn chiều dày bản cánh: tf = 14 mm Hình 1. 7: Tiết diện vai cột Nhóm 1 – Nh19.68B Trang 14 GVHD:ThS Phan Cẩm Vân – TS Lê Khánh Toàn PBL5: Thiết kế và thi công nhà thép Kết cấu mái và cửa mái: • Kết cấu mái: - Độ dốc thoát nước mái (i): i = 10% ⟹góc nghiêng của mái α ≈ 60. - Chiều cao mái 𝒊 𝟎,𝟏 Hm = L.
- Chiều cao mái ứng với đoạn dầm mái đầu tiên (thay đổi Hm1 = Ld1. - Chiều cao mái ứng với đoạn dầm mái giáp đỉnh mái (TD Hm2 = Hm – Hm1 = 900 – 380 = 520 (mm) .