1. KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP MỘT
TẦNG BẰNG THÉP
TS. Nguyễn Ngọc Linh, Bộ môn Công trình Thép – Gỗ
phòng 312 nhà A1, Đại Học Xây Dựng. Tel. 0904 247 817, 04 386 97 006

2. Tài liệu tham khảo
1. Kết cấu thép. Cấu kiện cơ bản. Chủ biên Phạm Văn Hội.
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Hà nội 2009.
2. Kết cấu thép. Công trình dân dụng và công nghiệp. Chủ
biên Phạm Văn Hội. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
Hà nội 2006.
3. Kết cấu thép nhà dân dụng và công nghiệp. Chủ biên
Nguyễn Quang Viên. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
Hà nội 2011;
4. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCXDVN 338:2005

3. §1. Đại cương về nhà công nghiệp
Kết cấu nhà công nghiệp một tầng bằng thép được sử
dụng rộng rãi trong các công trình công nghiệp. Chúng
thường được áp dụng cho nhà một hay nhiều nhịp như
xưởng sản xuất, nhà kho hoặc cho công trình dân dụng
như trung tâm vận chuyển-phân phối hàng hóa, siêu thị,
hoặc các công trình công cộng nhà thi đấu thể thao …

4. Một số ứng dụng kết cấu nhà công nghiệp
một tầng bằng thép

5. Một số ứng dụng kết cấu nhà công nghiệp
một tầng bằng thép

6. I. Đặc điểm chung của nhà công nghiệp
1. Vật liệu chế tạo
- Khung bê tông cốt thép;
- Khung toàn thép;
- Khung hỗn hợp.
2. Sự làm việc của cầu trục
- Tải trọng do cầu trục gây phá hoại cho kết cấu do mỏi;
- Chế độ làm việc của cầu trục;
Chế độ làm việc
KQ
KN
T (%)
Nhẹ
rất hiếm khi làm việc
với sức trục Q
Trung bình
≤0.75
≤0.5
≤20
Nặng
≤1
≤1
≤40
Rất nặng
≈1
≤1
≥60
≤15

7. II. Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế nhà
công nghiệp
Thỏa mãn đồng thời hai yêu cầu cơ bản: yêu cầu về sử
dụng và yêu cầu về kinh tế.
1. Yêu cầu về sử dụng:
 Phù hợp dây chuyền công nghệ và thuận tiện việc lắp
đặt thiết bị máy móc. Yêu cầu này liên quan đến bước
cột, hệ giằng, hướng di chuyển của cầu trục;
 Đảm bảo độ cứng dọc và ngang để cho các thiết bị nâng
cẩu làm việc bình thường;
 Đảm bảo chịu lực và độ bền lâu dưới tải trọng động và
sự xâm thực của môi trường;
 Đảm bảo điều kiện thông gió và chiếu sáng.

8. II. Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế
nhà công nghiệp
2. Yêu cầu về kinh tế:
 Giảm giá thành vật liệu, chế tạo (điển hình hóa cấu
kiện), vận chuyển, xây lắp…
 Rút ngắn thời gian xây dựng cũng như các chi phí khác
(duy tu, bảo dưỡng) trong quá trình sử dụng công trình

9. §2. Cấu tạo nhà công nghiệp
một tầng một nhịp
I. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà
xưởng:




Phần ngầm: kết cấu móng chủ yếu sử dụng loại móng
đơn, tùy theo điều kiện địa chất có thể sử dụng móng
nông hoặc sâu;
Phần thân: cột, dầm cầu trục, hệ giằng cột, hệ cột
sườn tường;
Phần mái: dàn mái (dàn vì kèo), dầm mái, hệ giằng
mái, hệ kết cấu cửa mái, hệ xà gồ (đối với mái nhẹ);
Kết cấu khung ngang: là kết cấu chịu lực chính bao
gồm các bộ phận móng, cột, dầm xà hoặc dàn vì kèo

10. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà
xưởng
1. Khung nhà xưởng mái nặng

11. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà
xưởng
2. Khung nhà xưởng mái nhẹ:

12. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà xưởng

13. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà xưởng

14. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà xưởng

15. Các bộ phận chính trong kết cấu nhà xưởng

16. II. Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt độ
1. Bố trí hệ lưới cột là tìm kích thước hợp lý giữa các cột
theo hai phương:
 Phương ngang nhà gọi là nhịp khung ký hiệu là L.
Nhịp L thường được chọn theo mô đun là 6m: L=12; 18;
24; (27); 30; (33); 36m.
 Phương dọc nhà gọi là bước cột ký hiệu là B. Bước
cột B thường gặp B=6; 12m.

Đối với nhà mái nặng có nhịp L>30m, chiều cao nhà H>15m, sức trục
Q>30T thì sử dụng bước cột B=12m là hợp lý. Khi các thông số trên nhỏ
hơn thì dùng bước cột B=6m kinh tế hơn.

Đối với nhà mái nhẹ, bước B có thể chọn trong khoảng từ 6m÷9m

17. II. Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt độ

18. II. Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt độ




Khi nhà có kích thước mặt bằng lớn, khi có sự thay đổi
về nhiệt độ, trong các thành phần kết cấu có thể xuất
hiện thêm các ứng suất phụ gây tác dụng không có
lợi cho kết cấu.
Trong các trường hợp cần thiết, mặt bằng nhà được chia
thành các khối nhiệt độ theo phương dọc và ngang
được tạo bởi các khe nhiệt độ.
Khoảng cách giữa các khe nhiệt độ không quá
200m
Tại vị trí khe nhiệt độ, bố trí hai khung đứng cạnh nhau
có trục lui về hai phía của trục định vị 500mm.

19. II. Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt độ

20. II. Bố trí hệ lưới cột và khe nhiệt độ

21. III. Các kích thước chính của khung ngang
1. Kích thước theo phương đứng (nhà mái nặng)
Htr – chiều cao đoạn cột trên
Htr =H2+Hdct +Hr
H2 - chiều cao từ mặt ray đến
mép dưới giàn vì kèo;
H2=Hc+100mm+f
Hc - chiều cao từ mặt ray đến
điểm cao nhất của cầu
trục, tra trong catalog cầu
trục theo sức trục Q và
nhịp cầu trục S;
100mm - là khe hở an toàn
giữa cầu trục và vì kèo;
f - độ võng của vì kèo;

22. 1. Kích thước theo phương đứng (nhà mái nặng)
Hdct - chiều cao dầm cầu trục;
Hd – chiều cao đoạn cột dưới;
Hd=H –Htr +H3
H-
chiều cao sử dụng từ mặt
nền đến cánh dưới vì
kèo;
H1 - chiều cao từ mặt nền đến
cao độ mặt ray cầu trục
(còn gọi là cao trình
đỉnh ray), H1 được cho
trong yêu cầu thiết kế.
H3 - chiều cao chôn cột dưới
nền, thường lấy từ 6001000

23. 2. Kích thước theo phương ngang (nhà mái nặng)
Lct – nhịp cầu trục, khoảng cách
hai trục của dầm cầu trục,
xác định theo catalog phụ
thuộc Q và L;
L-
nhịp danh nghĩa, khoảng cách
trục định vị, xác định theo
yêu cầu sử dụng;
L = Lct + 2
-
khoảng cách trục dầm cầu trục
đến trục định vị lấy phụ thuộc
vào sức trục và điều kiện đảm
bảo an toàn cho cầu trục khi
vận hành;
D -
khoảng hở an toàn giữa cầu
trục và mép trong cột, D = 60
 75 mm;

24. 2. Kích thước theo phương ngang (nhà mái nặng)
 > B1 + ( ht - a ) + D
B1 – khoảng cách từ trục ray đến
mép ngoài cầu trục;
a – khoảng cách mép ngoài cột
đến trục định vị lấy phụ
thuộc vào sức trục Q
hd - chiều cao tiết diện cột dưới;
hd = (1/15  1/20) H
ht – chiều cao tiết diện cột trên;
ht = (1/10 1/12)Ht

25. 2. Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

26. 2. Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

Bề rộng nhà L khoảng cách được tính từ mép ngoài
tường đến mép ngoài tường phía đối diện;

Chiều cao nhà H (chiều cao của diềm mái) là khoảng
cách từ chân cột đến mép ngoài diềm mái;

Độ dốc mái i là góc giữa mái và đường nằm ngang.
Độ dốc mái thông dụng thường là 1/15 hoặc 1/10;

Bước khung B là khoảng cách giữa các đường tim
của hai cột khung chính kề nhau. Bước khung thông
dụng nhất là 6m, 7.5m, 8m và 9m.

Nhịp của cầu trục S được xác định từ trục của ray
này đến ray đối diện

27. 2. Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

Nhịp của cầu trục được xác định từ trục của ray này đến
ray đối diện;


S= L – 2 λ
λ là khoảng cách từ mép ngoài tường đến trục của ray
cầu trục;




λ=hc +hw + Zmin
hc là bề rộng của tường (tường tôn hoặc tường xây);
hw là chiều cao của tiết diện cột;
Zmin là khoảng cách an toàn tối thiểu từ trục ray đến
mép trong của cột và được xác định theo bảng tra cầu
trục của các nhà cung cấp.

28. 2. Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

Nhà công nghiệp mái nhẹ thường dùng cấu kiện tiết diện
chữ I tổ hợp, tiết diện không đổi hoặc thay đổi tuyến
tính theo chiều dài (cột vát);

Đối với cột vát, chiều cao tiết diện chân cột thường chọn
đảm bảo yêu cầu về độ mảnh và cấu tạo được lấy bằng
200÷250mm, chiều cao tiết diện đỉnh cột xác định sơ bộ
theo công thức sau:
1
 1
hc  
 H
 10 12 

29. 2. Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)
Chiều cao tiết diện nách khung được chọn theo chiều cao
tiết diện cột nhưng không nhỏ hơn (1/40)L. Tiết diện xà
ngang thay đổi cách đầu cột một đoạn (0.175÷0.225)L,
tiết diện đoạn xà ngang còn lại lấy không đổi.

30. 2. Kích thước chính của khung nhà mái nhẹ
(tham khảo theo tài liệu Nga)

31. 2. Kích thước chính của khung (nhà mái nhẹ)

32. §3. Hệ giằng trong nhà công nghiệp
1. Vai trò:

Đảm bảo bất biến hình theo phương dọc nhà và tăng độ
cứng không gian;

Truyền tải trọng theo phương dọc nhà;

Tăng ổn định hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt
phẳng cho các cấu kiện chịu nén như thanh giàn, cột;

Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc lắp dựng, thi
công.

33. II. Cấu tạo hệ giằng trong nhà công
nghiệp với giàn vì kèo
1. Hệ giằng mái: gồm 03 bộ phận chính:
 Hệ giằng cánh trên;
 Hệ giằng cánh dưới;
 Hệ giằng đứng
b'
a'
a
e
b
e'
g
g'
c'
c
d
a'

34. 1. Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với dàn vì kèo
hÖ gi»ng ngang c¸nh trªn
hÖ gi»ng c¸nh trªn
Hệ giằng cánh trên gồm các thanh chéo chữ thập nằm và thanh
chống dọc nằm trong mặt phẳng thanh cánh trên giàn.
Có tác dụng là giảm chiều dài tính toán cho thanh cánh trên
của giàn.
Được bố trí theo phương ngang nhà tại hai đầu hồi, đầu khối nhiệt
độ và tại giữa nhà, sao cho khoảng cách giữa chúng không quá
60m.

35. 1. Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với dàn vì kèo
Hệ giằng cánh dưới: gồm các thanh chéo chữ thập nằm trong mặt
phẳng cánh dưới của giàn theo phương dọc và ngang nhà;
hÖ gi»ng c¸nh d­íi
hÖ gi»ng däc c¸nh d­íi
hÖ gi»ng ngang c¸nh d­íi

Hệ giằng ngang cánh dưới: được bố trí tại những khoang có hệ giằng
cánh trên, cùng với hệ giằng cánh trên tạo thành khối cứng ở hai đầu hồi
và đầu khối nhiệt độ. Hệ giằng ngang nhà ở đầu hồi là gối tựa cho cột hồi,
chịu tải trọng gió thổi lên tường đầu hồi nên còn gọi là hệ giằng gió,
Hệ giằng dọc cánh dưới: được bố trí tại các đầu cột dọc theo chiều dài
nhà, tạo nên độ cứng dọc nhà, hệ giằng này có tác dụng truyền lực cục bộ
(lực hãm của cầu trục) phân phối ra các khung lân cận.

36. 1. Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với dàn vì kèo
vÞ trÝ hÖ gi»ng ®øng
hÖ gi»ng ®øng gi÷a dµn
Hệ giằng đứng: gồm các thanh chéo chữ thập nằm trong
mặt phẳng các thanh đứng của giàn, theo phương dọc nhà
được bố trí tại những vị trí có hệ giằng cánh trên và hệ
giằng cánh dưới để tạo nên khối cứng bất biến hình.

37. 2. Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với xà ngang đặc

Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng chữ thập và thanh
chống dọc, theo yêu cầu cấu tạo độ mảnh của chúng có
λmax≤[λ]=200;

Hệ giằng mái thường bố trí ở vị trí có giằng cột;

Chiều dài của thanh thép tròn hoặc cáp không được vượt
quá 15m, trong trường hợp không đảm bảo cần chia hệ
giằng ra làm 2 hệ với thanh chống dọc ở giữa;

38. 2. Hệ giằng mái trong nhà công nghiệp với xà ngang đặc
Trong trường hợp chịu tải trọng gió, cánh dưới của xà chịu
nén nên phải gia cường bằng các thanh chống xiên. Tiết diện
thanh chống không nhỏ hơn L50×5.

39. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp
Vai trò

Khung được tính theo phương ngang nhà nên độ cứng theo
phương dọc nhà rất nhỏ, có thể coi cột liên kết khớp với
móng. Do vậy, để cả khối nhà đứng vững cần phải tạo một
khối cứng để các cột khác tựa vào. Khối cứng gồm có
hai cột, dầm cầu trục, hệ giằng cột. Ngoài ra, hệ giằng
cột còn được tính toán chịu lực dọc nhà như lực do giàn
gió, lực hãm của cầu trục, động đất. Các lực này truyền từ
cột qua dầm cầu trục, đến hệ giằng và xuống móng.

40. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp
Với nhà mái nặng



Hệ giằng cột trên được bố trí ở trục cột trên, theo phương dọc nhà được bố
trí ở đầu hồi, đầu khối nhiệt độ và ở giữa nhà;
Hệ giằng cột dưới được bố trí ở hai nhánh cột, theo phương dọc nhà được
đặt ở khoảng giữa của khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độ
của các kết cấu dọc, khoảng cách từ đầu hồi đến hệ giằng ≤75m, khoảng
cách giữa hai hệ giằng trong một khối nhiệt độ ≤50m;
Hệ giằng cột có cấu tạo bởi hệ chéo chữ thập, góc nghiêng hợp lý của thanh
giằng với phương ngang từ 350÷550, độ mảnh của thanh giằng
λmax≤[λ]=200.

41. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

42. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

43. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp

44. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp
Với nhà mái nhẹ



Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp. Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt
dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến
mặt dầm vai. Hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột, khi cần thiết
có thể dùng hai lớp giằng đặt ở hai bản cánh của cột;
Dọc theo chiều dài nhà, khoảng cách giữa các hệ giằng không được vượt
quá 5 lần bước khung B ;
Hệ giằng cột theo phương dọc nhà được đặt ở khoảng giữa của khối nhà
hoặc khối nhiệt độ để không cản trở biến dạng nhiệt độ của các kết cấu
dọc nhà

45. 2. Hệ giằng cột trong nhà công nghiệp
Với nhà mái nhẹ

Khi nhà công nghiệp không có cầu trục hoặc cầu trục nhẹ Q≤15T, có thể
bố trí hệ giằng cột ở hai đầu hồi để truyền tải trọng gió đầu hồi xuống
móng một cách nhanh chóng. Lý do là các thanh giằng tương đối mảnh
nên không gây ứng suất nhiệt độ đáng kể;

Khi chiều dài nhà L≤100m, có thể cho phép bố trí giằng cột ở hai gian
đầu hồi nhà.

46. Hệ giằng trong nhà công nghiệp

47. 3. Đặc điểm tính toán hệ giằng mái và hệ giằng cột
a) Hệ giằng cánh dưới

Được tính toán như giàn tĩnh định hai cánh song song,
hệ thanh bụng chữ thập có tiết diện bằng nhau. Các tải
trọng tác dụng chính là phản lực gối tựa do tải trọng gió
tác dụng lên hệ sườn tường đầu hồi và đặt vào các nút
dàn;

Do tính chất của tải trọng đổi dấu (tải trọng gió), khi
chọn tiết diện thanh giằng thường chọn theo tiết diện
thanh chịu kéo, trong quá trình làm việc khi có lực nén
xuất hiện, coi thanh chịu nén mất ổn định, lúc này chỉ có
thanh kéo làm việc;

Hệ giằng dọc cánh dưới: được tính theo sơ đồ giàn liên
tục trên gối tựa đàn hồi xác định theo chuyển vị ngang
đỉnh khung.

48. 3. Đặc điểm tính toán hệ giằng mái và hệ giằng cột