Đề tài NCKH mái không gian nhịp lớn dạng lưới

Đề tài NCKH Mái không gian nhịp lớn dạng lưới

m¸i kh«ng gian nhÞp lín d¹ng líi Gs Lª KiÒu Ks. Lª Xu©n Tïng. Hµ néi - 2005 1 Mục lục Trang Phần 1: Đặt vấn đề 2 Phần 2: Nghiên cứu mái không gian nhịp lớn dạng lới bằng thép 4 Chơng 1: Giới thiệu mái lới thép không gian nhịp lớn 4 Chơng 2: Một số chỉ dẫn trong bớc đầu thiết kế kết cấu mái 8 lới không gian nhịp lớn bằng thép I: Kết cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp 8 II: Kết cấu mái lới không gian hai lớp dạng vỏ trụ 14 Chơng 3: Quy trình thi công lắp dựng kết cấu mái lới không 24 gian bằng thép Phần 3: Nghiên cứu mái dây không gian nhịp lớn 33 Chơng 1: Giới thiệu về mái dây 33 Chơng 2: Lý thuyết chung về tính toán dây treo 36 I: Dây mềm có đờng tên võng nhỏ 36 II: Giải bài toán hệ mái treo nhịp lớn trong các dạng 47 kiến trúc thông dụng Phần 4: Kết luận và kiến nghị 60 Phần 5: Hớng phát triển đề tài 61 Tài liệu tham khảo 62 2 Phần 1. Đặt vấn đề Ngày nay Khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, lịch sử kiến trúc đã trải qua bề dày sáng tạo. Điều này dần đáp ứng môi trờng sống và không gian làm việc lý tởng cho con ngời. Mỗi công trình khi xây dựng nên phải thể hiện đợc những tiêu chí: Bền vững, có tính thẩm mỹ kiến trúc độc đáo hài hòa và công năng sử dụng lớn. Bởi nó mang trong mình nét văn hóa đặc trng của từng dân tộc hoặc mang tính thời đại, là tiền đề để tăng trởng kinh tế của cơ sở, của ngành, của vùng và là bộ mặt của cả Quốc gia. Đặc biệt những công trình có khẩu độ không gian nhịp lớn đã rất cần thiết và đem lại hiệu quả cực kỳ tối u, nh các sân vận động, sân bay, nhà ga, nhà máy, bảo tàng .Với việc sáng tạo ra loại mái không gian dạng lới có nhiều u điểm: rẻ, dễ chế tạo, lắp ráp, bền, nhẹ, tạo nhiều hình dáng kiến trúc và nổi bật là vợt đợc nhịp lớn nên đã góp phần cho sự hoàn thiện những công trình này một cách nhanh chóng, kinh tế và linh hoạt. Nên việc nghiên cứu để đa loại mái này vào thực tế ở nớc ta hiện nay là một nhu cầu cần thiết. Phần 2 3 Nghiên cứu về máI lới không gian bằng thép nhịp lớn Chơng 1: Giới thiệu Kết cấu dàn lới thép không gian nhờ u điểm vợt trội mà nó đang dần dần thay thế các dạng kết cấu truyền thống nh: dàn vì kèo, dàn bê tông cốt thép, bản - vỏ mỏng bê tông cốt thép Dạng kết cấu này đã đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới trong nhiều thập kỷ gần đây, các công trình nh nhà trng triển lãm, nhà ga, sân vận động Cụ thể: Nhà ga xe lửa quốc tế Waterloo ở London, đợc xây dựng năm 1992 do Nicholas Grimshaw, các kỹ s kết cấu và tổ chức YRM Anthony Hunt thiết kế. Thiết kế bao gồm một số nét tân cách đặc trng, các cấu kiện thép thon mảnh đợc sử dụng đã tăng thẩm mĩ và giảm đáng kể trọng lợng của hệ toàn mái. Công trình thể thao Olympic ở Sydney đợc thiết kế bởi The Games Facilities Giàn thép không gian lớn ở ga hàng không Kan-Sai, Nhật Bản Đối với Việt Nam, trên con đờng công nghiệp hóa đất nớc, nhiều công trình vợt khẩu độ có nhiều hình dáng đặc biệt, yêu cầu thi công nhanh nh: Cung thể thao, nhà ga sân bay, nhà công nghiệp đợc xây dựng ở nhiều nơi, trong đó các nhà thiết kế đã chọn kết cấu dàn lới không gian làm mái che. Chẳng hạn, nhà thi đấu Quần ngựa, nhà thi đấu thể thao Nam Định, sân bay quốc tế Nội bài Một số hình ảnh về mái lới không gian nhịp lớn trên Thế giới: 4 5 6 Một số hình ảnh về mái lới không gian ở Việt Nam: Dự án xây dựng mái che khu di tích Thành cổ Hà Nội Chơng 2 Một số chỉ dẫn trong bớc đầu thiết kế kết cấu mái lới không gian nhịp lớn bằng thép 7 I. Kết cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp Loại mái này có thể dùng cho các công trình nhịp nhỏ (l < 30 m), nhịp vừa l = (30-60 m) hoặc nhịp lớn L > 60 m. 1.1 Các dạng sơ đồ bố trí hệ thanh 1.1.1 Mái gồm các dàn phẳng giao nhau. Hệ mái đợc tạo bởi các dàn phẳng giao nhau, đặt theo hai hớng: trực giao ( H.2.1.a), hoặc chéo (H. 2.1b); đặt theo ba hớng (H. 2.1.c,d). Tùy theo cách bố trí mà các thanh cánh hợp với nhau để tạo nên mạng lới hình vuông, tam giác hoặc lục giác. Hình 2.1. Sơ đồ mái các dàn thẳng đứng giao nhau a), b) - bố trí các dàn theo hai hớng; c), d) - bố trí các dàn theo ba hớng 1.1.2 Hệ mái ghép bởi các đơn nguyên định hình dạng hình chóp 4 mặt, 5 mặt hoặc 7 mặt. Các cách ghép này tạo nên các dàn đặt chéo trong mái (H .2.2). 8 )a )b )c )d )a )b )c )d Hình 2.2 . Sơ đồ mái ghép bởi các đơn nguyên hình tháp a), b) - từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt; c) - Từ các đơn nguyên hình chóp 4 mặt; d) - Từ các đơn nguyên hình chóp 7 mặt. 1.1.3 Lựa chọn sơ đồ bố trí thanh tùy ý theo nhiều yếu tố: dạng mặt bằng mái, cỡ nhịp, sơ đồ bố trí gối kê, cấu tạo nút liên kết giữa các thanh, dạng tiết diện các thanh Mái có các ô lới hình vuông ( H.2.1a; H.2.2,a,b) dùng hợp lý khi mặt bằng mái là hình vuông, hoặc mái chữ nhật khi tỉ số 2 cạnh < 1: 0,8 khi đó sự làm việc của mái theo hai hớng là gần nh nhau. Đối với mái có các mặt bằng hình chữ nhật khi tỉ số 2 cạnh < 1: 0,8 nên dùng mái gồm các dàn đặt chéo nhau góc 45 0 so với chu vi ( H.2.1,b,c); (H.2.2,c). Loại mái có các thanh cánh tạo nên ô lới hình vuông (H.2.1,a), (H.2.2,a,b) hoặc hình sáu cạnh (H 2.2,d) gồm các đơn nguyên hình chóp có thể bị biến hình nên không chịu đợc mômen xoắn. Vì vậy khi cấu tạo mái có côngxon cần bố trí sao cho phần côngxon chỉ chịu uốn ngang. Loại mái có các cánh tạo nên hình tam giác (H.2.1,c), (H.2.2,c) tạo nên hệ lới không gian có tính bất biến hình và độ cứng tăng, vì vậy thích hợp cho dạng mặt bằng hình phức tạp và có các bộ phận làm việc dạng côngxon. 1.2. Tính toán dàn lới thanh không gian 1.2.1. Xác định tải trọng - Tải trọng tác dụng lên kết cấu dàn lới gồm: tải trọng thờng xuyên (trọng lợng bản thân dàn, các lớp lợp, các lớp cách âm, cách nhiệt ), tải tạm thời ( hoạt tải mái, tải trọng gió ), tải trọng khi thi công, dựng lắp Tất cả các tải trọng và tổ hợp tải trọng phải tuân theo các quy định của TCVN 2737-1995 . - Khi tính đa tải trọng thành lực tập trung đặt tại các nút. 1.2.2. Tính toán nội lực các thanh dàn bằng phơng pháp gần đúng a) Xác định nội lực trong tấm Cách tính này đơn giản, kết quả có thể dùng cho giai đoạn thiết kế sơ bộ hoặc dùng làm cơ sở để kiểm tra các kết quả theo các chơng trình máy tính (đề phòng các nhầm lẫn có thể xảy ra trong quá trình tính bằng máy tính). Một trong các phơng pháp đơn giản và cho kết quả tin cậy là chuyển đổi tấm rỗng thành tấm đặc rồi dùng các hệ số điều chỉnh nội lực (không cần xét đến độ cứng). Trong trờng hợp nhà có mặt bằng phức tạp, ta có thể chuyển kết cấu mái thành các tấm đơn với các điều kiện liên kết biên khác nhau (H. 2.3,a,b,c). Khi đó tại vị trí có các dãy cột giữa đợc thay bằng liên kết biên tựa ngàm của tấm đơn. 9 Khi tấm chịu tải trọng phân bố đều p thì nội lực nguy hiểm nhất của các dạng tấm đợc tính theo các công thức sau: 1. Đối với các tấm có mặt bằng hình chữ nhật: Mômen uốn lớn nhất của một giải tấm có bề rộng đơn vị phụ thuộc tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn (l 1 /l 2 ) và điều kiện liên kết biên: (2.1) Giá trị lớn nhất của phản lực gối của một đơn vị chiều rộng tấm: 2 2 10 = lpV (2.2) Các hệ số ;;;;;; 121212 đợc tra bảng theo đồ thị ở phần 1 phụ lục 1, tùy theo các sơ đồ liên kết cạnh các tấm trên hình 2.3. Hình 2.3. Các dạng chia tấm liên tục thành các tấm đơn để xác định nội lực (chia càng nhỏ thì tính càng chính xác) a) tấm mái 2 nhịp ; b) tấm mái 3 nhịp; c) tấm mái 4 khối nhịp ; d) ký hiệu cách liên kết ở tấm biên . 2. Đối với tấm mặt bằng hình tam giác chịu tải trọng phân bố đều p, các cạnh kê khớp; mômen uốn và phản lực gối lớn nhất của giải rộng đơn vị của tấm phụ thuộc tỉ số 2 cạnh yx ll / và đợc tính theo công thức: ( ) 3 10.2/ = yxxx lplM ; ( ) 3 10.2/ = yxyy lplM ; 2 10 = x lpV (2.3) 10 3 1222 10. = lplM 3 1221 10. = lplM 3 122 ' 2 10. = lplM 3 2211 10. = lplM 3 1222 1. = olplM 3 121 ' 1 10. = lplM d) c) b) a) Cạnh lên kết cứng Cạnh kê khớp Cạnh tự do Cạnh kê điểm (kê lên cột) 43 3 4 1 2 21 31 2321 1 2 21 [...]... Kết cấu mái lới không gian hai lớp dạng vỏ trụ 1 Dạng mặt mái Mái lới không gian vỏ trụ hai lớp là mái có mặt cong một chiều, dùng phủ các mặt bằng hình chữ nhật Dọc theo hai biên thẳng mái tựa lên gối (cột hoặc 13 dầm giằng giữa các đầu cột), theo phơng ngang thờng tựa lên vách cứng đầu hồi hoặc vách cứng trung gian Tỉ số giữa độ võng f với nhịp : f/l = 1/6 ữ 1/10 a) b) Hình 2.7 Mái lới không gian hai... về môi trờng không gây ô nhiễm môi trờng, thờng xuyên đợc kiểm tra bảo dỡng Việc phòng chống cháy nổ tuân theo các quy định, nội quy của các cơ quan phòng cháy chữa cháy đã ban hành Phần 3 Nghiên cứu về máI dây không gian nhịp lớn Chơng1: Giới thiệu Mái có kết cấu chịu lực chính, nhịp chịu lực chủ yếu làm việc chịu kéo đợc gọi lá mái dây Tình trạng chịu lực ngợc với các dạng mái dàn không gian đã nghiên... 20mm Đối với mái lới không gian nhiều nhịp Sai số cho phép độ dài biên ghép nối bằng một nửa các mục quy định ở điều 5.5 Sai số theo các biên ở mặt bằng Sai số cho phép độ dài biên ngang, dọc của mặt bằng mái lới là 1/2000 của cạnh đó nhng không vợt quá 30mm Độ lệch trọng tâm Giới hạn cho phép về sai lệch trọng tâm là 1/3000 nhịp mái nhng không vợt quá 30mm Sai số cho phép về độ cao: Khi mái lới có gối... đầu và điểm cuối đọan (khối) mái không đợc vợt quá 50mm 3.7.6 Trong quá trình trợt và lắp dựng phải tính toán và kiểm tra các trờng hợp sau đối với mái lới: 26 - Khi giữa nhịp không có gối đỡ: kiểm tra nội lực thanh và độ võng ở giã nhịp - Khi giữa nhịp có gối đỡ trung gian: kiểm tra nội lực thanh chịu phản lực gối đỡ, độ võng ở 1/4 nhịp, các cột chóng để đỡ gối trung gian 3.7.7 Ưu điểm của phơng pháp... cấu dây có nhiều dạng, tùy thuộc các đặc trng của sơ đồ mái dây mà chia ra loại kết cấu dây treo, loại vỏ treo, loại dàn treo, loại hệ thống kết cấu có cáp ngoài Mái dây treo cũng nh các dạng mái khác đều có trụ đỡ Các trụ đỡ biên gọi là kết cấu biên thờng có dạng hình xuyến kín, hình vuông, các hình đa giác hoặc dạng hai thanh dầm (dàn) Trong lĩnh vực kết cấu mái treo, ngời đầu tiên đề xuất là kỹ s... mômen M 1 ; M 2 ; M r ; M t - KN/m2; - phản lực V - KN; - nhịp mái l1 ; l 2 ; l x ; l y - m; 2 Khi dùng các thanh xiên để mở rộng gối đỡ, chiều dài của nhịp sẽ tính từ điểm tựa của các thanh xiên vào dàn (H2.4) b) a) 2 1 Lo L 2 1 Lo L Lo L Hình 2.4 Nhịp dàn khi dùng thanh xiên để mở rộng gối a) mái 1 nhịp; b) mái 2 nhịp; 1 mômen uốn khi gối không có thanh xiên; 2 mômen uốn khi gối có thanh xiên 2.1... trung gian phải đủ khả năng chịu lực, ổn định, không lún 3.7.5 Khi trợt mái lới có thể dùng tời máy hoặc tời quay tay để tạo lực trợt Số lợng điểm kéo căn cứ vào lực kéo tời và trọng lợng của mái lới Vị trí điểm kéo phải ở các nút của mái lới và đợc tính toán, kiểm tra mái lới ở giữa giai đoạn thi công Tốc độ kéo của tời ( tời máy, tời quay tay) không nên lớn hơn 1 mét/phút Khi trợt đoạn (khối) mái lới... Riêng mái ghép từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt (đáy vuông), với 0 = 45 0 có chiều dài các thanh cánh a = 2h cos 45 = 1,4142h ; và từ các hình chóp 4 mặt (đáy tam giác đều) a = 2h cos 30 0 = 1,732h Thông thờng chiều dài các thanh dàn a = 1,2 ữ 3 m 14 4 Tính toán mái lới không gian hai lớp vỏ trụ 4.1 Các yêu cầu và các bớc tính toán mái hai lớp vỏ trụ giống nh đã nêu ở các điều 1.2 cho mái lới dạng. .. tính toán mái hai lớp vỏ trụ giống nh đã nêu ở các điều 1.2 cho mái lới dạng phẳng 4.2 Cách tính sơ bộ mái lới không gian dạng vỏ trụ hai lớp - Xác định các thông số hình học cơ bản: giả sử mái có nhịp l, mũi tên vồng f, bán kính cong R, góc trọng tâm từ gối đến giữa nhịp o , chiều dài cung cong của mái L (H.2.8).Ta có các mối liên hệ sau: ( R = l2 + 4f 2 )/8f ; 0 = arcsin l / 2 R ; a) b) y 0 x f... khối mái lới - Tránh đợc các sai số lớn của khối mái, của toàn bộ mái lới - Tránh đợc sự va chạm của khối mái với các kết cấu khác 3.5.4 Nhợc điểm của phơng pháp lắp rời trên cao: - Khối lợng lắp dựng hệ sàn công tác khá lớn - Chỉ áp dụng cho mái lới có hệ nút cơ khí (liên kết thanh vào nút đợc thực hiện bằng liên kết bulông) 3.6.1 3.6.2 - 3.6 Phơng pháp lắp theo đoạn hoặc khối Để dễ lắp ghép mái, . cấu mái 8 lới không gian nhịp lớn bằng thép I: Kết cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp 8 II: Kết cấu mái lới không gian hai lớp dạng vỏ trụ 14. kết cấu mái lới không gian nhịp lớn bằng thép 7 I. Kết cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp Loại mái này có thể dùng cho các công trình nhịp nhỏ