CHƯƠNG I: KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG Bài 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. Khái niệm. Nhà thép là loại nhà làm bằng các cấu kiện bằng thép và được chế tạo và lắp đặt theo bản vẽ kiến trúc và kỹ thuật đã chỉ định sẵn. Quá trình làm ra sản phẩm hoàn chỉnh (có kết hợp các bước kiểm tra và quản lý chất lượng) được trải qua 3 giai đoạn chính: Thiết kế, gia công cấu kiện và lắp dựng tại công trình. Toàn bộ kết cấu thép có thể sản xuất đồng bộ sẵn rồi đưa ra công trường lắp dựng trong thời gian khá ngắn. Những công trình kiến trúc thường sử dụng loại nhà này gồm: nhà xưởng, nhà kho, nhà trưng bày, siêu thị, công trình thương mại, nhà cao tầng,...
Trang 1CHƯƠNG I: KẾT CẤU THÉP NHÀ CÔNG NGHIỆP
Những công trình kiến trúc thường sử dụng loại nhà này gồm: nhà xưởng, nhàkho, nhà trưng bày, siêu thị, công trình thương mại, nhà cao tầng,
2 Ưu nhược điểm của nhà thép.
a Ưu điểm:
- Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao
- Trọng lượng nhẹ
- Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp
- Tính công nghiệp hóa cao
- Tính kín, không thấm nước
b Nhược điểm:
- Có thể bị xâm thực bởi tác động của môi trường, nhiệt độ… Do vậy, nhữngcông trình xây dựng có sử dụng kết cấu thép thường được bao phủ bởi lớp sơnbảo vệ, chống gỉ thép
- Chịu lửa kém
- Giá thành khá cao so với một số vật liệu thô khác như gỗ, sắt…
3 Phạm vi áp dụng.
Thích hợp cho các công trình lớn, đòi hỏi độ bền cao như:
- Nhà công nghiệp, nhà xưởng, nhà máy, xí nghiệp: khung nhà công nghiệp làtoàn bộ bằng thép khi nhà cao, cần trục nặng, hoặc có thể là hỗn hợp cột bê tôngcốt thép, dàn, và dầm thép
- Nhà nhịp lớn: là những loại nhà do yêu cầu sử dụng phải có nhịp khá lớn từ
30 - 40m như nhà biểu diễn, nhà thi đấu thể dục thể thao, nhà triển lãm, nhà chứamáy bay…dùng kết cấu thép là hợp lý nhất Có những trường hợp nhịp đặc biệtlớn trên 100m thì kết cấu thép là duy nhất áp dụng được
Trang 2- Khung nhà nhiều tầng: đặc biệt là các loại nhà kiểu tháp ở thành phố Nhàtrên 15 tầng thì dùng kết cấu thép có lợi hơn bê tông cốt thép.
- Cầu đường bộ, đường sắt: làm bằng thép khi nhịp vừa, nhịp lớn, khi cần thicông nhanh Cầu treo bằng thép có thể vượt nhịp trên 1000m
- Kết cấu tháp cao: cột điện, ăng ten: như các loại cột điện, cột ăng ten vôtuyến, hoặc một số loại kết cấu đặc biệt như kết cấu tháp khoan dầu
- Kết cấu bản: như các loại bể chứa dầu chứa khí các thiết bị lò cao của nhàmáy hóa chất, nhà máy hóa dầu
- Đối với nhiều nước trên thế giới, thép là vật liệu quý và hiếm vì thép cầndùng cho mọi ngành của nền kinh tế quốc dân
Bài 1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG
1 Khái niệm
- Nhà thép công nghiệp một tầng là loại hình công trình nhà làm bằng kết cấuthép được sản xuất, chế tạo sẵn ngay từ trong nhà máy Nhà thép công nghiệpmột tầng thường được làm theo yêu cầu bản vẽ kiến trúc và kỹ thuật đã chỉ địnhsẵn Quá trình làm ra sản phẩm hoàn chỉnh (có kết hợp các bước kiểm tra vàquản lý chất lượng) được trải qua 3 giai đoạn chính: Thiết kế, gia công cấu kiện
và lắp dựng tại công trình Toàn bộ kết cấu thép có thể sản xuất đồng bộ sẵn rồiđưa ra công trường lắp dựng trong thời gian ngắn nhất
- Khi mang đến công trường nhà thép công nghiệp một tầng chỉ cần rất ít thao táclắp ghép để tạo nên một công trình hoàn chỉnh Nhằm giảm thiểu thời gian thicông trên công trường và góp phần hạn chế các quá trình chỉ đạo thi công mệtnhọc trên công trường, giảm thiểu thời gian hoàn thành công trình và mang tínhchuyên môn hoá cao Mặt khác chủ đầu tư còn có thể dễ dàng kiểm soát đượcchất lượng công trình ngay từ trong quá trình sản xuất
Do ưu điểm của nhà thép công nghiệp một tầng là chi phí thấp, thời gian xâydựng nhanh, chi phí bảo dưỡng thấp và dễ dàng mở rộng thêm trong tương lainên các doanh nghiệp sẽ tăng cường sử dụng thay vì xây dựng nhà xưởng thôngthường
2.Lịch sử phát triển
Dạng khung đầu tiên bắt nguồn từ Hoa Kỳ trong nửa cuối thế kỷ 20 Đây là kiểukhung thép cho nhà công nghiệp, chuyên dùng cho những vùng nông nghiệp đểchứa thóc lúa, hay cỏ khô cho bò ăn tại Mỹ, Âu-châu
3 Ứng dụng.
Trang 3- Ngày nay, khoảng 70% các công trình xây dựng trong công nghiệp đều dùngnhà thép công nghiệp một tầng Ứng dụng của nhà thép công nghiệp một tầng rất
đa dạng, từ nhà để xe ,nhà xưởng sản xuất, nhà trưng bày triển lãm đến nhữngnhà chứa máy bay với khẩu độ hơn 100m không cột giữa, các trung tâm thươngmại
- Những công trình kiến trúc nên sử dụng loại vật liệu này: nhà máy, nhà xưởng,công trình thương mại nhà cao tầng, vv
4 Những thông số cơ bản để xác định mô tả một nhà thép công nghiệp một tầng.
- Chiều rộng nhà: Chiều rộng của nhà tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng.Không hạn chế về chiều rộng nhà Chiều rộng nhà được tính từ mép ngoài tườngđến mép ngoài tường
- Chiều dài nhà : Chiều dài của nhà tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng.Không hạn chế về chiều dài nhà Chiều dài nhà được tính từ mép ngoài tườngđến mép ngoài tường
- Chiều cao nhà : Chiều cao của nhà tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng.Chiều cao nhà được tính từ chân cột đến diềm mái( giao giữa tôn mái và tôntường)
- Độ dốc mái: Độ dốc mái ảnh hưởng đến việc thoát nước mưa ở trên mái Thôngthường, độ dốc mái được lấy = 15%
- Bước cột: Bước cột là khoảng cách giữa các cột theo phương dọc nhà Bước cộtđược xác định dựa vào chiều dài của nhà và mục đích sử dụng trong nhà
- Tải trọng: Tải trọng tính toán tác động lên công trình bao gồm các loại tải trọngsau: trọng lượng bản thân, hoạt tải mái, tải trọng gió, tải trọng cầu trục, tải trọngsàn, Tải trọng sử dụng
5 Thành phần cấu tạo chính.
Nhà thép công nghiệp một tầng điển hình gồm 3 thành phần sau:
- Các khung chính (cột và kèo) là các cấu kiện tổ hợp tiết diện “I”, có bề cao tiếtdiện không đổi hoặc vát
- Thành phần kết cấu thứ yếu (xà gồ, thanh chống đỉnh tường và dầm tường) làcác thanh thép nhẹ tạo hình nguội chữ “Z” và chữ “C” hoặc các dầm bụng rỗng
- Tấm thép tạo hình bằng cán (tấm mái và tường)
Tất cả các thành phần kết cấu chinh và thứ yếu đều được cắt, đột lỗ, khoan lỗ,hàn và tạo thành hình trước trong nhà máy trước khi được chuyển đến côngtrường Chất lượng của các thành phần nhà luôn luôn được bảo đảm vì được sảnxuất hoàn toàn tại nhà máy theo tiêu chuẩn và được kiểm tra nghiêm ngặt Tại
Trang 4công trường, các thành phần công nghiệp một tầng tại nhà máy sẽ được liên kếtvới nhau bằng các bulông.
6 Tính kinh tế của nhà thép công nghiệp một tầng.
và lắp dựng
b) So với loại nhà khác
- Trọng lượng nhẹ so với các vật liệu khác giúp làm giảm áp lực tải trọng
- Tiết kiệm vật liệu phụ (so với các loại nhà cố định truyền thống)
- Lắp dựng đơn giản, nhanh chóng, bất chấp mọi điều kiện thời tiết
- Tận dụng tối đa không gian nhà xưởng
- Tính đồng bộ cao
- Dễ mở rộng quy mô
- Bớt tốn kém thời gian, tiền bạc
Nhà thép công nghiệp một tầng có thể được lắp cùng với các phụ kiện kết cấukhác nhau như sàn lửng, dầm cầu trục sàn phẳng trên mái, đường đi trên cao vàcác phụ kiện khác như mái đua, diềm mái và vách ngăn
Đặc biệt nhà thép công nghiệp một tầng cách nước tốt bằng cách sử dụng hệthống mái mối đứng, các thành phần thoát nước và diềm mái Đây là một hệthống nhà cực kỳ linh hoạt, cho phép trang bị bên trong để đáp ứng mọi côngnăng và trang trí bên ngoài để thỏa mãn thiết kế kiên trúc đẹp
Chính những lý do trên khiến nhà thép công nghiệp một tầng là loại nhà lý tưởng
để sử dụng làm nhà xưởng, nhà kho, nhà trưng bày, siêu thị…
Các kết cấu chính và thuật ngữ chung về nhà công nghiệp một tầng
Trang 51 Kèo hồi 10 Tấm lợp thưng tường
2 Xà gồ mái 11 Cửa sổ
3 Khung thép 12 Cột khung
4 Cửa trời 13 Giằng cột, giằng mái
5 Tấm lợp mái 14 Tường xây bao
6 Tấm lấy sáng 15 Xà gồ tường
7 Máng nước 16 Cửa cuốn, cửa đẩy
8 Cửa chớp tơn 17 Mái hắt
9 Cửa đẩy 18 Cột hồi
- Khung ngang của nhà cơng nghiệp một tầng được ví như bộ xương sốngcủa con người, nĩ cĩ tác dụng nhận tất cả các tải trọng từ ngơi nhà truyền vào đểtruyền xuống đất Khung ngang chịu tải trọng của vật liệu lợp, xàgồ mái, cửa trời, kết cấu dọc như hệ giằng mái, hệthống cầu trục (xe con, dầm ngang, dầm biên, bánh xecầu trục), dầm cầu chạy, ray, dầm hãm, sườn tườngđỡ vách, vách lợp
Trang 6- Các khung ngang phải bảo đảm độ cứng không gianthông qua các hệ giằng (dọc, ngang)cũng như liên kếtgiữa móng - cột, cột - dầm (dàn), liên kết đỉnh
2 Dầm cầu chạy - ray :
- Dầm cầu chạy cĩ tác dụng đỡ cầu trục nâng vật nặng trong các nhà cơngnghiệp thường làm bằng các dầm thép chữ I đặc tổ hợp chạy dọc theo phươngdọc nhà Dầm cầu chạy cịn cĩ tác dụng như một hệ giằng theo phương dọc nhàlàm tăng độ cứng theo phương dọc nhà Dầm cầu chạy chịu tải trọng tồnbộ hệ thống cầu trục (ray, bánh xe cầu trục, dầmbiên, dầm ngang, xe con mang vật cẩu, sàn thao tác,phòng điều khiển)
- Ray là phần dẫn hướng cho bánh xe của cầu trục di chuyển dọc nhà Nĩ cĩ cấutạo gần như ray của tầu hoả
3 Hệ giằng :
- Hệ giằng cĩ tác dụng làm tăng độ cứng theo phương bố trí giúp
kết cấu cĩ thể đứng vững được Hệ giằng cịn cĩ tác dụng làm tăng
tính ổn định cho kết cấu ngơi nhà mà trong kết cấu thép khả năng
kết cấu bị phá hoại do mất ổn định cịn cao hơn phá hoại do khả
năng chịu lực Hệ giằng được bố trí ở rất nhiều nơi và người ta
phân ra :
+ Hệ giằng mái : Được bố trí ở cánh trên, đứng,
cánh dưới, cửa mái, xà gồ
+ Hệ giằng cột : cột trên, cột dưới (chịu lực
hãm dọc nhà)
+ Hệ giằng dầm cầu chạy : chịu lực hãm ngang cầu
trục
Như vậy : khung ngang cùng với hệ giằng chịu tất cả
các tác động lên phương ngang vàphương dọc của nhàcông nghiệp gồm các loại tải trọng : tĩnh tải mái +hoạt tải mái, vách bao che, cầu trục (theo phương đứngvà lực hãm xe con theo phương ngang), lực hãm dọc, tảitrọng gió
4 Tấm lợp.
- Tấm lợp thường được làm bằng tơn cán ngội cĩ chiều dày rất mỏng từ 1 – 2
mm, cĩ tác dụng che chắn mưa nắng cho ngơi nhà Tấm lợp thường được sản
r ay
Trang 7xuất tại nhà máy được phủ sơn chống gỉ và thường cĩ sĩng theo phương ngangnhà để làm tăng độ cứng.
- Tuỳ thuộc vào yêu cầu của nhà cơng nghiệp mà tấm lợp cĩ thể là loại tơnthường nhưng cũng cĩ thể là tơn lạnh cĩ một lớp cách nhiệt bằng xốp để giảmthiểu nhiệt độ bên trong nhà
5 Các loại xà gồ mái.
- Xà gồ mái cĩ tác dụng chia nhỏ diện tích mái để cĩ thể lợp mái bằng các tấmtơn mỏng nhẹ Bước của xà gồ phụ thuộc vào bước của cột và mái tơn Xà gồthường được làm bằng thép định hình chữ C hoặc chữ L, đơi khi người ta cĩ thể
sử dụng thép chữ Z và thép hộp vuơng
- Xà gồ mái nhận tải trọng từ các tấm mái bao gồm tĩnh tải tấm lợp, hoạt tải mái,giĩ, trọng lượng bản thân truyền vào dàn mái hoặc giường mái Các tải trọngnày như các tải tập trung đặt tại vị trí cĩ xà gồ tuy nhiên nếu số lượng xà gồ lớn(trên 5 vị trí / 1 m) thì ta cĩ thể coi đĩ là tải phân bố đều trên dầm mái
6 Cửa mái :
- Cửa mái hay cịn gọi là cửa trời cĩ nhiệm vụ lấy ánh sáng bên ngồi cho nhàcơng nghiệp một tầng Ngồi ra nĩ cịn nhiệm vụ lấy giĩ làm thơng thống khơngkhí trong nhà
- Cửa mái thường được bố trí tại trung tâm của hai mái cĩ kích thước rộng từ 3 –
6 m độ dốc bằng độ dốc mái và chiều cao từ 1,5 – 3 m
Bài 1.4 HỆ GIẰNG TRONG NHÀ CƠNG NGHIỆP
1 Tác dụng của hệ giằng.
- Hệ giằng trong nhà cơng nghiệp đĩng vai trị quan trọng trong việc đảm bảo độcứng khơng gian của nhà, giảm chiều dài tính tốn của xà và cột khung theophương ngồi mặt phẳng từ đĩ tăng khả năng ổn định tổng thể cho khung ngang
- Hệ giằng cịn cĩ tác dụng truyền tải trọng giĩ và lực hãm cầu trục theo phươngdọc nhà xuống mĩng Ngồi ra hệ giằng cịn đảm bảo cho việc thi cơng lắp dựngkết cấu được an tồn, thuận tiện
- Trường hợp nhà cĩ cầu trục, cần bố trí thêm các thanh giằng chéo chữ thập dọctheo đầu cột để tăng độ cứng cho khung ngang theo phương dọc nhà và truyềncác tải trọng cục bộ như lực hãm cầu trục ra các khung lân cận
Trang 9thanh giằng chéo được bố trí trong phạm vi cột trên và cột dưới tại các gian có hệgiằng mái.
- Trường hợp nhà không có cầu trục hoặc nhà có cầu trục có sức nâng dưới 15tấn có thể sử dụng thanh giằng chéo chữ thập bằng thép tròn đường kính khôngnhỏ hơn 20mm Nếu sức trục trên 15 tấn cần dùng thép hình, thường là thép góc
Độ mảnh của thanh giằng không được vượt quá 200
Trang 10- Dàn gồm : thanh cánh trên, thanh cánh dưới, thanhbụng = thanh đứng + thanh xiên Mắt dàn được coi làkhớp.
- Nội lực trong thanh dàn chủ yếu là lực dọc (nénhoặc kéo đúng tâm) Cùng chịu tải trọng, nhịp nhưnhau thì dàn có trọng lượng nhẹ hơn dầm
- Do ghép lại nhiều thanh nên dàn có biến dạng lớnhơn dầm, để biến dạng như nhau thì dàn phải có chiềucao lớn hơn dầm tương ứng
2 Phân loại.
a Theo công dụng :
Trong XDDD & CN làm vì kèo mái, dàn đỡ sàn nhà,sàn công tác, dàn đỡ cầu chạy, dàn dỡ vì kèo; trongGTVT làm cầu, cần trục; trong thủy lợi làm cửa van,cửa đập; trong CN điện và vô tuyến điện làm cột tảiđiện, tháp phát sóng; trong CN dò địa chất làm dànkhoan (đất liền và trên biển)
b Sơ đồ kết cấu :
Dàn đơn giản, dàn liên tục nhiều nhịp, dàn mútthừa, dàn dạng vòm, dạng khung, dạng tháp, dạng liênhợp (gồm dầm cứng + hệ thanh mềm)
c Theo khả năng chịu lực : chia làm 3 loại :
+ Dàn nhẹ: chịu tải trọng nhỏ, nhịp nhỏ, thanh cấutạo bằng một thép góc, thép tròn hoặc thép ống
Trang 11+ Dàn thường : hay dùng, các thanh là hai thép góc,bản mắt kẹp giữa.
+ Dàn nặng : có nhịp và tải trọng rất lớn, thanh cấutạo bằng hai thép U, I hoặc hộp, nội lực có thể đến 3
000 ~ 4 000 kN
3 Hình dạng.
Dạng bên ngoài của dàn rất đa dạng, khi chọn :
+ phù hợp yêu cầu sử dụng: kiến trúc, thoát nướcmái, vật liệu lợp
+ cách bố trí cửa trời
+ liên kết dàn – cột
a Dàn tam giác
- Chỉ liên kết khớp với cột, độ cứng ngoài mpkhông lớn do giữa dàn quá cao làm tăng độ mảnhcủa thanh bụng, lãng phí không gian
- Dùng vật liệu lợp có yêu cầu độ dốc lớn (máingói, fibrô xi măng)
- Dàn mái răng cưa : thích hợp với nhà máy cần ánhsánh nhiều (nhà máy dệt, nhà máy cơ khí chính xác)
b Dàn hình thang
- Có thể liên cứng / khớp với cột tạo khung ngangcứng chịu được tải trọng ngang lớn màbiến hình ngangnhỏ
- Dùng vật liệu lợp không cần có độ dốc lớn (tôn,tấm panen BTCT)
- Phổ biến làm vì kèo nhà nhịp lớn, nhà côngnghiệp có cầu trục
c Dàn đa giác
- Hợp lý khi nhịp lớn, chịu tải trọng nặng vì dàn códạng gần giống biểu đồ (M), tiết kiệm được kim loại
Trang 12- Thanh cánh trên bị gãy khúc hay phải uốn congnên gia công phức tạp.
d Dàn có cánh song song
- Gia công đơn giản do thanh bụng và các mắt giốngnhau (thường làm cầu, hệ giằng)
1.5.2 TÍNH TỐN DÀN THÉP.
1 Các giả thiết tính toán dàn
- Trục các thanh dàn đồng qui tại nút (mắt) dàn
- Tải trọng qui về đặt tại nút dàn
- Các nút dàn là khớp
- Tiết diện ngang thanh dàn phải đối xứng qua mặt phẳng dàn
Với các giả thiết trên thì nội lực trong các thanh dàn chỉ có lực dọc (kéo đúng tâm hoặc nén đúng tâm)
2 Tải trọng tác dụng lên dàn.
Bao gồm hai tải trọng chính :
- Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải mái) : gồm trọng
lượng bản thân các vật liệu trong phạm vị mái như :vật liệu tấm lợp, lớp chống thấm, lớp cách nhiệt, xàgồ, kết cấu mái (dàn, hệ giằng mái), cửa mái, trầntreo, thiết bị treo, …
- Tải trọng tạm thời (Hoạt tải mái) : tra theo Bảng 4.2
TCVN 2737, gồm
trọng lượng người và thiết bị thi công hoặc sửa chữamái, tải trọng gió, cần trục treo (nếu có), …Hoạt tải sửachữa mái lấy 75 kg/m2 , hệ số vượt tải của hoạt tải sửa chữa mái lấy bằng 1,3Tải trọng tính toán qui về thành lực tập trung tại nút kđược xác định theo :
- Do tĩnh tải :
Trang 13- Do hoạt tải mái : Pk = γp pm Ak / cosα
- Do hoạt tải gió : Wk = γw wo Aw CH CK
Trong đó :
γm,i và gn,i _ hệ số độ tin cậy và trọng lượng bản thân tiêu chuẩn (phân bố theo diện tích) của vật liệu lợp mái thứ i Đối với mái tơn thơng thường cĩ thể lấy tĩnh tải mải và các
xà gồ là 30kg/m2 , hệ số độ tin cậy của kết cấu thép lấy 1,05
γm,j và Gn,j _ hệ số độ tin cậy và trọng lượng bản thân tập trung của cấu kiện j tại nút k
α _ góc nghiêng của mái so với mặt nằm ngang
n _ số lớp vật liệu lợp mái
r _ số cấu kiện trong phạm vi mái
γp và pm _ hệ số độ tin cậy (= 1,3) và hoạt tải tiêu chuẩn của mái (để thi công, sửa chữa)
Ak _ Diện tích truyền tải vào nút k theo mặt bằng :
γw và wO _ hệ số độ tin cậy (= 1,2) và hoạt tải tiêu chuẩn của gió
Aw _ diện tích đón gió tại nút k trong mặt phẳng đứngvuông góc với dàn :
3 Xác định nội lực dàn.
- Do các giả thiết tính tốn ở trên nên dàn coi như chỉ chịu các tải trọng tậptrung truyền vào thơng qua các xà gồ mái tại các nút dàn (bỏ qua trọng lượng củacác thanh dàn) Các nút dàn được quy ước là các liên kết khớp nên các thanhtrong dàn coi như chỉ chịu nén hoặc kéo đúng tâm mà khơng chịu uốn
- Trong phạm vi mơn học đối với dàn cĩ 3 loại tải trọng chính tác dụng lêndàn: tĩnh tải bản thân, hoạt tải sửa chữa, giĩ Các tải trọng này khơng tác dụng
Trang 14lên kết cấu độc lập mà tác dụng đồng hoặc theo từng cặp Nhiệm vụ của ngườithiết kế là tìm ta trường hợp đặt tải nguy hiểm nhất cho cơng trình để tính tốn.
Cĩ rất nhiều TH đặt tải :
TT + HT mái trái (phải);
TT + HT tồn mái;
TT + giĩ trái (phải);
TT + 0,9.HT mái trái (phải) + 0,9.giĩ trái (phải);
TT + 0,9.HT tồn mái + 0,9.giĩ trái (phải)
- Ta hồn tồn cĩ thể xác định nội lực các thanh này bằng các phương phápsức bền – cơ kết cấu mà điển hình là phương pháp tách nút, crêmơna Ngồi ra tacũng cĩ thể xác định nội lực thanh dàn bằng phần mềm hỗ trợ SAP2000 hoặcETABS cũng cho ra kết quả chính xác và đơn giản
- Sau khi tính tốn nội lực trong dàn do các trường hợp đặt tải xong ta cầnchọn ra các nội lực nguy hiểm nhất Do thanh dàn chỉ chịu nén hoặc kéo nên việclựa chọn khá đơn giản là tìm ra lực kéo hay lực nén lơn nhất của thanh đĩ
4 Chọn và kiểm tra tiết diện thanh dàn.
a Tính thanh chịu kéo
Diện tich tiết diện cần thiết của thanh xác định theocông thức :
Ayc = N / ξ f γc
N – Nội lực kéo tác dụng vào thanh
ξ - Hệ số kể đến sự giảm yếu tiết diện khi bị khoétlỗ, đối với dàn hàn ξ = 1, dàn liên kết bằng đinh tánhay bulông ξ = 0,85 Có được diện tích tiết diện cầnthiết, tùy theo hình thức tiết diện và cách ghép, trabảng thép hình để chọn loại thép tương ứng Thép đượcchọn phải có diện tích tiết diện lớn hơn hay bằng diệntích cần thiết Đối với dàn liên kết bulông hoặc đinhtán, sau khi trừ giảm sự yếu của lổ cần kiểm tra lạiđộ bền của thanh dàn theo công thức :
σ = N / An ≤ f γc
Trang 15An – Diện tích tiết diện thanh dàn sau khi trừ đi diệntích giảm yếu do khoét lỗ
b Thanh chịu nén đúng tâm
Tính như cột chịu nén đúng tâm Đối với thanh cánhthường giả thiết λ = 100~80, đối với thanh bụng giảthiết λ = 120~100 Từ λ tra bảng tìm ϕ, diện tích tiếtdiện cần thiết :
Ayc = N / ϕ f γc
Trong đó:
N – Nội lực nén tác dụng vào thanh dàn
f – Cường độ tính toán của thép
ϕ – Hệ số uốn dọc
γc – Hệ số điều kiện làm việc, khi tiết diện thanhdàn bằng một thép góc lấy γc = 0,75, các trường hợpkhác lấy γc = 1
Từ độ mảnh λ giả thiết tính ra bán kính quán tínhcần thiết của tiết diện :
ix = lox / λ, iy = loy / λTừ diện tích và bán kính quán tính đó, tra bảng théphình để chọn số hiệu thép tương ứng Cần căn cứ vàosố hiệu thép thực tế đã chọn để kiểm tra lại độ bềncủa tiết diện thanh :
σ = N / ϕ A ≤ f γc
A – Diện tích tiết diện của thép thực đã chọn
ϕmin – Hệ số uốn dọc nhỏ nhất theo hai phương x – xvà y – y Xác định như sau: Từ chiều dài và bán kínhquán tính thực của tiết diện tìm ra được λx,λy và chọnđược λmax, tra bảng tìm được ϕmin
c Thí dụ :
Trang 16Chọn thiết diện thanh cánh trên của dàn chịu nénđúng tâm, biết: nội lực nén tác dụng vào thanh N =
533 kN, chiều dài tính toán lox = 2,58m, loy = 5,16m, vậtliệu thép CT3 (f γc = 21 kN/cm2, hệ số điều kiện làmviệc γc = 1)
Bài giải
Giả thiết λ = 100, tra bảng tìm được ϕ = 0,582
Diện tích tiết diện yêu cầu:
Ayc = Ayc = N / ϕ f.γc = 535 / (0,582 21) = 43,7 cm2
Bán kính quán tính yêu cầu:
ix = lox / λ = 258 / 100 = 2,58cm, iy = loy / λ = 516 / 100 =5,16cm
Từ diện tích và bán kính quán tính đó theo cataloguethép góc, chọn được hai thép góc L140×90×10 ghéptheo cạnh ngắn Thép góc đã chọn có A = 2×22,2 = 44,4cm2, ix = 2,56 cm (iy không cần tính vì quá lớn so với ix).Tính độ mảnh : λx = λmax = 258 / 2,56 = 100, tra bảng cho
ta ϕ = 0,582
Ứng suất trong thanh dàn :
σ = N / ϕ A = 535 / (0,582 44,4) = 20,7 < f γc = 21 kN/cm2Thép góc đã chọn 2L140x90×10 đạt yêu cầu chịu lực
1.5.3 TÍNH TỐN CẤU TẠO NÚT DÀN.
1 Nguyên tắc chung.
- Trong dàn, các đường trục thanh phải đồng quy tại 1 điểm, gọi là tim nút dàn.Nếu dùng liên kết hàn thì đường trục là đường trọng tâm tiết diện Thực tế lấykhoảng cách từ lưng thép gĩc tới đường trục lấy trịn bội số của 5 mm để tiện thicơng Khi tiết diện thanh cách thay đổi thì đường trục là đường trung bình của 2trục hoặc là trục của thanh lớn nếu khoảng cách giữa 2 trục khơng quá 1,5 %
- Các thanh dàn được liên kết hàn với bản mã bằng các đường hàn gĩc cạnh, hh
≥ 4mm; lh ≥ 50 mm, khoảng cách giữa các mối hàn trong một nút khơng bé hơn
40 đến 50 mm
- Bản mã nên chọn hình dáng đơn giản để dễ thi cơng Gĩc hợp bởi bản mã vàthanh bụng ≥ 15o để đảm bảo sự truyền lực từ thanh bụng vào bản mã
Trang 17- Độ dày bản mã thường không tính mà lấy theo kinh nghiệm:
Nội lực trong các thanh
bụng dàn (kN) < 200 200 - 500 500 – 750 750 - 1200
Trang 22Bài 1.6 THIẾT KẾ KHUNG NGANG NHÀ CƠNG NGHIỆP
MỘT TẦNG 1.6.1 KHÁI NIỆM CHUNG
1 Khái niệm.
- Trước đây người ta hay thiết kế các nhà cơng nghiệp cĩ cột bằng bêtơng hoặcbằng cột thép rỗng (dùng các thanh thép hàn lại) liên kết với các dàn cĩ nhip3,6,9 m để lắp ghép panel bêtơng Các nhà cơng nghiệp kiểu đĩ cĩ nhược điểm làrất nặng lề, thi cơng lắp dựng lâu và cĩ quá nhiều đường hàn thi cơng tại hiệntrường nên chất lượng khơng được đảm bảo
- Ngày nay cùng với việc ra đời của các loại mái tơn mỏng nhẹ và các nhà máysản xuất các cấu kiện thép đảm bảo độ chính xác cao và thời gian thi cơng ngắnngười ta đã nghĩ ra việc chế tạo khung thép nhẹ Khung ngang của nhà cơngnghiệp 1 tầng bao gồm cột thép đặc thường được chế tạo sẵn tại nhà máy bằngthép chữ I tổ hợp được liên kết với các giường ngang (xà ngang) tạo thành 1khung vững chắc chịu các tải trọng do mái, xà gồ, hệ giằng, hoạt tải tác dụngvào cơng trình
2 Yêu cầu khi thiết kế: Khi thiết kế cần đảm bảo