BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN NĂNG ĐIẾN NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRỎNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
NGUYỄN NĂNG ĐIẾN
NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRỎNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ
DỤNG KHUNG THÉP NHẸ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN
Hà Nội – 2014
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
NGUYỄN NĂNG ĐIẾN KHÓA 2012-2014
NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRỎNG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ
DỤNG KHUNG THÉP NHẸ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM MINH HÀ
Hà Nội – 2014
Trang 3MỤC LỤC
Trang Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Lý do chọn đề tài 1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
CHƯƠNG I 3
TỔNG QUAN VỀ NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG 3
SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ 3
1.1 Giới thiệu hệ khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng 3
1.2 Hệ giằng của nhà công nghiệp 5
1.2.1 Nguyên tắc bố trí hệ giằng [4] 6
1.2.2 Cấu tạo hệ giằng 11
1.2.3 Nguyên tắc tính toán hệ giằng [4] 14
1.3 Một số tồn tại trong thiết kế hệ giằng hiện nay 17
CHƯƠNG II 19
SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ 19
2.1 Tải trọng tác dụng [2,4] 19
2.2 Sơ đồ làm việc của hệ giằng mảnh [12] 20
2.3 Mô hình và các công thức tính toán hệ giằng mảnh [12] 21
2.3.1 Tính toán hệ giằng 21
Trang 42.3.2 Tính toán nút liên kết giằng 26
2.4 Phương pháp kiểm tra lực căng trước 37
2.4.1 Phương pháp kiểm tra gián tiếp 37
2.4.2 Phương pháp kiểm tra trực tiếp [10] 39
CHƯƠNG III 41
KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ GIẰNG MẢNH TRONG NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT TẦNG SỬ DỤNG KHUNG THÉP NHẸ 41
3.1 Các số liệu khảo sát 41
3.2 Mô hình khảo sát 41
3.2.1 Trường hợp nhà xưởng không có cầu trục 41
3.2.2 Trường hợp nhà xưởng có cầu trục 57
3.2.3 Đánh giá sự làm việc của hệ giằng mảnh trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ 75
3.3 Khảo sát bằng thực nghiệm các chi tiết giằng 81
3.3.1 Mẫu thí nghiệm 81
3.3.2 Thí nghiệm các chi tiết giằng 84
3.3.3 Nhận xét kết quả thực nghiệm 91 Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Trang 5DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
:Ứng suất trong thanh giằng chịu kéo
c :Hệ số điều kiện làm việc
:Độ mảnh của thanh giằng
r :Bán kính quán tính của thanh giằng chịu kéo
[] :Độ mảnh giới hạn của cấu kiện
Lo :Chiều dài tính toán cho thanh giằng chịu nén
L :Chiều dài tính toán của thanh giằng chịu kéo
l :Chiều dài thực của cấu kiện
N :Nội lực kéo tính toán của thanh giằng chịu nén
An :Tiết diện thực của cấu kiện
A :Diện tích tiết diện thực của thanh giằng chịu kéo
f :Cường độ tính toán của thép
fy :Giới hạn bền chảy của thép
fu : Giới hạn bền đứt của thép
:Hệ số uốn dọc
E :Mô đun đàn hồi của vật liệu
P :Lực nén dọc trục do tải trọng làm việc
h :Chiều cao của cấu kiện
b :Bề rộng cánh của cấu kiện
C :Độ cứng chịu kéo của các thanh giằng
Cr :Độ cứng dọc của thanh giằng ngang
Ar :Diện tích tiết diện của thanh giằng ngang
S :Lực kéo trong thanh giằng
So :Lực căng trước trong thanh giằng
Trang 6DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Tải trọng gió tác dụng lên khung hồi nhà 44 Bảng 3.2 Tải trọng gió tác dụng lên khung giữa nhà 45 Bảng 3.3 Tải trọng gió đẩy tác dụng lên khung hồi nhà 45 Bảng 3.4 Tải trọng gió hút tác dụng lên khung hồi nhà 46 Bảng 3.5 Tải trọng gió bốc tác dụng lên khung hồi nhà 47 Bảng 3.6 Tải trọng gió bốc tác dụng lên khung giữa nhà 47 Bảng 3.7 Tải trọng gió tác dụng hai bên hông nhà 47 Bảng 3.8 Nội lực một số thanh giằng do tải trọng tĩnh tải 50 Bảng 3.9 Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà 53 Bảng 3.10 Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà 55
Bảng 3.12 Nội lực một số thanh giằng do tải trọng tĩnh tải 64 Bảng 3.13 Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà 66 Bảng 3.14 Nội lực một số thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà 69 Bảng 3.15 Nội lực một số thanh giằng do áp lực đứng cầu trục 71 Bảng 3.16 Nội lực một số thanh giằng do lực hãm ngang 74 Bảng 3.17 Kết quả thí nghiệm kéo phần ren và đai ốc 77 Bảng 3.18 Kết quả thí nghiệm kéo thanh giằng 85 Bảng 3.19 Kết quả thí nghiệm mẫu chi tiết giằng 87
Trang 7DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Nhà xưởng Công ty Mobase – Yên Phong-Bắc Ninh 4
Hình 1.2 Nhà xưởng kích thước 36x42m 5
Hình 1.3 Bố trí hệ giằng cánh trên của dàn 7
Hình 1.4 Bố trí hệ giằng cánh dưới của dàn 8
Hình 1.5 Bố trí hệ giằng đứng của dàn 8
Hình 1.8 Hệ giằng mái sử dụng thép tròn 11
Hình 1.9 Giằng mái sử dụng cáp thép 12
Hình 1.10 Cấu tạo chi tiết giằng mái sử dụng cáp thép 13
Hình 1.11 Giằng cột sử dụng thép góc 13
Hình 1.12 Sơ đồ tính toán hệ giằng mái 15
Hình 1.13 Sơ đồ tính toán hệ giằng cột 15
Hình 2.1 Sơ đồ làm việc khoang giằng 20
Hình 2.2 Sơ đồ làm việc không gian của hệ giằng 20
Hình 2.3 Sơ đồ biến dạng của khối giằng có ứng suất trước 23
Hình 2.4 Biểu đồ làm việc của giằng mảnh ứng suất trước 24
Hình 2.5 Vị trí nút căng thanh giằng 27
Hình 2.8 Sơ đồ làm việc nút giằng 33
Trang 8STT Tên hình vẽ Trang
Hình 2.9 Sơ đồ tính toán tấm đệm 34
Hình 2.10 Sơ đồ tính toán bản bụng tại vị trí nút giằng 36
Hình 3.1 Kích thước khung ngang nhà 42
Hình 3.2 Mô hình không gian nhà không có cầu trục 43
Hình 3.3 Sơ đồ tính toán tải trọng gió ngang nhà 44
Hình 3.4 Sơ đồ tính toán tải trọng gió dọc nhà 45
Hình 3.5 Sơ đồ chất tải trọng tĩnh tải 48
Hình 3.6 Sơ đồ chất tải trọng hoạt tải 48
Hình 3.7 Sơ đồ chất tải trọng gió ngang nhà 49
Hình 3.8 Sơ đồ chất tải trọng gió dọc nhà 49
Hình 3.9 Nội lực thanh giằng do tĩnh tải 50
Hình 3.10 Nội lực thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà 52
Hình 3.11 Nội lực thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà 55
Hình 3.12 Mô hình không gian nhà có cầu trục hoạt động 59
Hình 3.13 Sơ đồ chất tải trọng tĩnh tải 60
Hình 3.14 Sơ đồ chất tải trọng hoạt tải 61
Hình 3.15 Sơ đồ chất tải trọng gió ngang nhà 61
Hình 3.16 Sơ đồ chất tải trọng gió dọc nhà 62
Hình 3.17 Sơ đồ chất tải trọng áp lực đứng cầu trục 62
Hình 3.18 Sơ đồ chất tải trọng lực hãm ngang cầu trục 63
Hình 3.19 Nội lực thanh giằng do tĩnh tải 63
Hình 3.20 Nội lực thanh giằng do tải trọng gió ngang nhà 66
Trang 9STT Tên hình vẽ Trang
Hình 3.21 Nội lực thanh giằng do tải trọng gió dọc nhà 68
Hình 3.22 Nội lực thanh giằng do áp lực đứng cầu trục 71
Hình 3.23 Nội lực thanh giằng do lực hãm ngang cầu trục 73
Hình 3.24 Mô hình tải trọng gió vùng 4B 76
Hình 3.25 Nội lực thanh giằng vùng gió vùng 4B 77
Hình 3.26 Cấu tạo mẫu dầm thí nghiệm D1 81
Hình 3.27 Cấu tạo mẫu dầm thí nghiệm D2 82
Hình 3.29 Mẫu ren + đai ốc đường kính 16 và 18 83
Hình 3.30 Mẫu thép tròn đường kính 16 và 18 84
Hình 3.31 Thí nghiệm kéo ren và đai ốc thanh giằng 85
Hình 3.32 Kết quả thí nghiệm mẫu ren và đai ốc 86
Hình 3.33 Thí nghiệm kéo đứt thanh giằng 87
Hình 3.34 Kết quả kéo đứt thanh giằng 88
Hình 3.35 Cấu tạo liên kết thanh giằng và dầm thép 89
Hình 3.36 Thí nghiệm mẫu chi tiết giằng 89
Hình 3.37 Kết quả biến dạng mẫu dầm thép D2 90
Trang 10LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Nghiên cứu sự làm việc của hệ giằng mảnh trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ.” là của riêng tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép, trùng lặp với các luận văn đã được bảo vệ
Hà Nội, ngày 8 tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn
Nguyễn Năng Điến
Trang 11LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, ban chủ nhiệm Khoa Sau đại học, được sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học, sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành bản
luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu sự làm việc của hệ giằng mảnh
trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ.”
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy trong ban lãnh đạo nhà trường, lãnh đạo Khoa Sau đại học, tập thể các thầy cô giáo, cán bộ công nhân viên của trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và các đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu
Đặc biệt tôi xin cảm ơn PGS.TS Phạm Minh Hà đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo để tôi hoàn thành luận văn này
Hà Nội, ngày 8 tháng 8 năm 2014
Nguyễn Năng Điến Học viên lớp CH2012X1
Trang 121
PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ kinh tế - xã hội toàn cầu ảnh hưởng không nhỏ đến nền kinh tế chung của đất nước Sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật trên thế giới đang thúc đẩy các hoạt động sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp Đứng trước thực trạng đó Nhà nước đã có những chính sách mở cửa thu hút sự đầu tư mạnh mẽ từ các doanh nghiệp trong và ngoài nước Chính vì những lý do đó rất nhiều các khu công nghiệp được mọc lên, nhà xưởng, nhà máy, kho lưu trữ, kho bảo quản sử dụng kết cấu khung thép tiền chế một tầng đang là một trong những phương án lựa chọn hàng đầu của các đơn vị thiết kế Trong thiết kế, để đơn giản hoá người ta thường sử dụng mô hình khung phẳng Điều này là khá phù hợp với những nhà dài, chịu tải trọng phân bố đều Tuy nhiên, trong thực tế các khung không đứng riêng lẻ
và giữa chúng có các liên kết dọc với nhau thông qua các hệ giằng, xà gồ, dầm cầu trục tạo thành hệ không gian Vì vậy khi chịu tải trọng thì các cấu kiện đó sẽ cùng tham gia chịu lực Trong các cấu kiện nêu trên ngoài xà gồ và dầm cầu trục thường được tính toán thiết kế một cách cụ thể thì hệ giằng của nhà công nghiệp trong thực tế chủ yếu được chọn theo kinh nghiệm từ các điều kiện về độ mảnh Hệ giằng có thể sử dụng bằng thép hình, thép tròn, giằng cáp trong đó hệ giằng sử dụng thép tròn hay giằng cáp được sử dụng tương đối phổ biến trong thực tế Đặc trưng của loại giằng này là chủ yếu chịu kéo, khả năng chịu nén của các thanh giằng này thường rất bé và vượt quá độ mảnh giới hạn của thanh do đó gọi chung là hệ giằng mảnh Trong một số trường hợp, để xét đến sự làm việc không gian của khung hay tối ưu hóa trong thiết kế trong tính toán nên đưa hệ giằng mảnh vào mô hình tính toán kết cấu Đối với nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ hiện được áp dụng
Trang 132
phổ biến trong thực tế, hầu nhƣ còn ít các đề tài nghiên cứu, khảo sát chi tiết
sự làm việc của hệ giằng mảnh Vì lý do kể trên, tác giả đã chọn đề tài
“Nghiên cứu sự làm việc của hệ giằng mảnh trong nhà công nghiệp một tầng
sử dụng khung thép nhẹ ” tìm hiểu về sự làm việc của chúng trong công trình,
các vấn đề cần phải nghiên cứu giải quyết trong thực tế làm việc
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá sự làm việc của hệ giằng mảnh đƣợc sử dụng phổ biến trong khung thép nhẹ của nhà công nghiệp một tầng, cấu tạo và các công thức tính toán từ đó đƣa ra những khuyến cáo trong công tác thiết kế nhà công nghiệp
có sử dụng hệ giằng mảnh
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ giằng mảnh đƣợc sử dụng phổ biến trong
khung thép nhẹ nhà công nghiệp một tầng
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu tạo, tính toán, sự làm việc của hệ
giằng mảnh sử dụng thanh thép tròn phổ biến trong nhà công nghiệp một tầng
sử dụng khung thép nhẹ
Trang 14THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội
TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN
Trang 1592
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1 Kết luận
Hệ giằng mảnh luôn được áp dụng rất phổ biến trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ và đóng vai trò rất quan trọng trong việc giữ ổn định cho toàn bộ hệ khung thép nhẹ của công trình
Hệ giằng mảnh chỉ làm việc chịu kéo do đó trong quá trình thi công cũng như khai thác sử dụng cần luôn luôn kiểm tra đảm bảo các thanh giằng mảnh luôn được căng
Quan điểm tính toán thanh giằng mảnh có lực căng trước trong nhà công nghiệp sử dụng khung thép nhẹ cần phải có sự đồng nhất so với quan niệm thông thường
Thực tế cho thấy các thanh giằng mảnh chủ yếu bị phá hoại tại vị trí bị giảm yếu do phần ren của thanh giằng, hoặc do phần ren của những con đai
ốc được chế tạo không tốt
2 Kiến nghị
Từ những kết quả nghiên cứu của đề tài ta nhận thấy hệ giằng mảnh được áp dụng phổ biến trong nhà công nghiệp một tầng sử dụng khung thép nhẹ hiện nay cần phải có những nghiên cứu thực nghiệm bằng mô hình làm việc không gian của công trình
Nghiên cứu bổ sung các quy định, công thức tính toán hệ giằng mảnh vào các tài liệu, tiêu chuản thiết kế có liên quan
Trang 1693
Tài liệu tham khảo Tiếng Việt
1 TCVN 5575-2012: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế Nhà xuất bản Xây
dựng
2 TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế Nhà xuất
bản Xây dựng
3 Phạm Văn Hội (Chủ biên), Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật, 2006
4 Phạm Văn Hội (Chủ biên), Kết cấu thép 2: Công trình dân dụng và công
nghiệp Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2002
5 Đoàn Định Kiến, Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật, 1998
6 Đoàn Định Kiến (Chủ biên), Kết cấu thép Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, 1998
7 Đoàn Định Kiến, Kết cấu thép sử dụng trong Xây dựng DD.&CN ở Việt
Nam, tuyển tập báo cáo khoa học Hội thảo kết cấu thép trong xây dựng,
Hội kết cấu và công nghệ xây dựng Việt Nam
8 Hoàng Văn Quang (Chủ biên), Thiết kế khung thép nhà công nghiệp
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2010
9 Phạm Minh Hà, Đoàn Tuyết Ngọc, Thiết kế nhà khung thép một tầng
một nhịp Nhà xuất bản Xây dựng, 2008
10 Vũ Ngọc Anh, Vũ Quốc Anh, Một số phương pháp kiểm tra lực căng
ban đầu cho dây co Tạp chí xây dựng số 04-2014
Trang 1794
Tiếng nước ngoài
11 СНиП II-23-81*: Стальные конструкции
12 Кузнецов В.В и др Металлические конструкции Справочник проектировщика ЦНИИПроектстальконструкция имени Н.П Мелникова Издательство АСВ Москва, 2000
13 MBMA 2002 Metal Building Systems Manual
14 Zamil Steel Technical handbook 1999
15 TIA STANDARD – Structural Standard for Antenna Supporting Strutures and Antennas – TIA-222-G, Telecommunication Industry Association, August 2005;
16 Tower manual – US Deparment of Transportation United State Coast Guard, 2002;
17 Gregory Martin Hensley Finite element Analysis of the Seismic Behavior of Guyed Masts- Master Thesis of Science in Civil Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, USA, June, 2005;
18 Electronics Research, Inc Guyed Tower Inspection and Maintenance,
7777 Gardner Road, Chandler, Indiana 47610 USA, 2004