BÀI GIẢNG NHÀ NHỊP LỚN CỦA PGS LÊ KIỀU

Giã thæi n©ng c¸i dï lµm cho c¸i dï phång lªn. Tõng ph©n tè líp dï ®Òu chÞu lùc kÐo hÕt kh¶ n¨ng cña m×nh. Kh«ng gian ®­îc dï che gîi ý cho d¹ng kÕt cÊu m¸i nhÞp lín, máng, nhÑ. Tr¸i bãng cao su bay l¬ löng, c¸c ph©n tè trªn vá bãng chØ cã lùc kÐo. ThÓ tÝch tr¸i bãng kh¸ lín nªn chiÒu dµy cña tr¸i bãng lµ rÊt máng so víi c¸c kÝch th­íc kh¸c cña tr¸i bãng. Sîi d©y máng manh cã thÓ v­ît nh÷ng kho¶ng kh«ng lín. Nh÷ng h×nh ¶nh võa nªu cã thÓ gîi ý cho lä¹i kÕt cÊu máng, nhÞp lín. VËt liÖu chÞu lùc cã thÓ sö dông lo¹i mÒm. Líp che phñ cã thÓ máng. Tõ ®ã cã d¹ng kh¸c nhau cña kÕt cÊu vá máng, kÕt cÊu d©y nhÞp lín ra ®êi.

Nhà nhịp lớn Bài giảng của PGs Lê Kiều Chủ nhiệm Bộ môn Trờng Đại học Kiến trúc Đại cơng 1. ý tởng Gió thổi nâng cái dù làm cho cái dù phồng lên. Từng phân tố lớp dù đều chịu lực kéo hết khả năng của mình. Không gian đợc dù che gợi ý cho dạng kết cấu mái nhịp lớn, mỏng, nhẹ. Trái bóng cao su bay lơ lửng, các phân tố trên vỏ bóng chỉ có lực kéo. Thể tích trái bóng khá lớn nên chiều dày của trái bóng là rất mỏng so với các kích thớc khác của trái bóng. Sợi dây mỏng manh có thể vợt những khoảng không lớn. Những hình ảnh vừa nêu có thể gợi ý cho lọại kết cấu mỏng, nhịp lớn. Vật liệu chịu lực có thể sử dụng loại mềm. Lớp che phủ có thể mỏng. Từ đó có dạng khác nhau của kết cấu vỏ mỏng, kết cấu dây nhịp lớn ra đời. 2. Các dạng nhà kết cấu nhịp lớn. Trớc hết hạn chế cho nhịp lớn ở đây chỉ là nhà nhịp lớn (long-span buildings) vid có cầu nhịp lớn là đối tợng không đợc xét. Nhà nhịp lớn có thể phân loại theo vật liệu: các dạng vỏ bê tông cốt thép và kết cấu dây cáp mềm. Vỏ bê tông cốt thép chia ra vỏ có các hình dáng cong hoặc thải một hay nhiều chiều và loại vỏ hình cầu. Phổ biến với loại vỏ cong là vỏ thoải hai chiều cong dơng, vỏ gồm các tấm cong hình trụ, vỏ cong đoạn lốp xe, vỏ cong hai chiều dơng, vỏ cầu là loại đợc sử dụng dụng khá phổ biến tại Hoa Kỳ. Nhà mái nhịp lớn kiểu kết cấu dây cũng sử dụng nhiều ở các nhà công cộng và công nghiệp. Bề mặt của vỏ bê tông cốt thép đợc phân biệt bằng độ cong (một hay hai độ cong), dấu của độ cong (dơng, âm, không) và phơng pháp tạo thành (mặt dịch chuyển, mặt xoay) Mái có kết cấu chịu lực cơ bản vợt hết nhịp, sử dụng dây cáp là mái dây. Có các loại sau: kết cấu dây, mái treo, hệ thống tổ hợp, mái có dây treo ngoài 1 Chơng 1 Vỏ thoải có độ cong dơng theo hai phơng 1.1 Khái niệm Theo đề nghị của V.Z Vlasov, mặt vỏ đợc đặc trng bằng độ cong Gauss là đờng cong tích của đờng cong chính. Mặt vỏ có độ cong Gauss dơng khi tâm đờng cong của các mặt cắt qua pháp tuyến đi qua điểm đang xét ở mặt vỏ nằm trên pháp tuyến về các phía của mặt vỏ. Đối với vỏ có đờng cong Gauss dơng theo, theo phân loại thì P.L Pastenak gọi là vỏ êliptic. Đặc trng quan trọng của mặt vỏ là độ lớn của đoạn nâng của vỏ f. tuỳ thuộc vào tỷ lệ giữa đoạn nâng kích thớc mặt bằng của vỏ mà ta gọi là vỏ cao hay vỏ thoải. Vỏ thoải là vỏ có độ nâng không quá 1/5 của nhịp trên mặt bằng của vỏ. Nếu mặt bằng tròn thì f D/5 trong đó D là đờng kính của mặt bằng của vỏ. Vỏ thoải hay đợc sử dụng làm các công trình kết cấu không gian. Lấy vỏ sau đây làm thí dụ cho một vỏ thoải có độ cong Gauss dơng, mặt bằng vỏ vuông. Vỏ có biên độ là vòm kính bằng nhau là: 10 1 = l h Trong trờng hợp này, độ nâng toàn phần của vỏ f = 2h và tỷ lệ 5 1 = l f Mặt vỏ là mặt thoải. Ta có f fl r 4 22 + = Do f = 1/5 = 0,2l nên l l l r 3,1 8,0 04,1 2 == 2 Các thông số hình học của vỏ Diện tích bề mặt của vỏ thoải có mặt bằng vuông đợc tính theo công thức: S = 4r 2 [ 0 2 0,125 ( 0 0,5 sin 2 0 ) 2 ] 0,134l 2 Thể tích của phần không gian chứa trong vỏ tính nh sau: 3 0 0 2 0 3 134,0) sin (5,0 lctglV = Trong hai công thức tính diện tích và thể tích này: ;13/5sin 0 = 5/12 0 = ctg và 13/5arcsin 0 = . Để xác định vị trí của một điểm bất kỳ nằm trên mặt vỏ, dùng cho khu vực giữa của vỏ, hệ toạ độ x, y, z có dạng: 2222 )(2 yrxrrhZ ++= Theo công thức tính diện tích bề mặt của vỏ thoải so sánh với diện tích nền dới vỏ, ta thấy diện tích vỏ thờng lớn hơn diện tích nền khoảng 5%. 3 Ta hãy xem phép so sánh nh bảng sau đây: Lới cột biên (m) Diện tích sàn (m 2 ) Diện tích mái dốc (m 2 ) Diện tích vỏ thoải (m 2 ) 18 x18 324(100%) 332 (102,5%) 340 (105%) 24 x 24 576 (100%) 590 (102,5%) 605 (105%) 36 x 36 1296 (100%) 1325 (102,5%) 1364 (105%) Chúng ta thấy diện tích mái của vỏ thoải chỉ tăng so với diện tích sàn là 5%. Điều này có ý nghĩa kinh tế khi xây dựng mái vỏ thoải làm kết cáu che phủ: vừa tiện dụng lại vừa có hiệu quả kiến trúc. Xét trên quan điểm làm việc tĩnh họ của vỏ dới tác động của tải trọng, vỏ làm việc trong điều kiện tình trạng ứng suất phi mômen. Để điều này là hiện thực thì, theo giác độ hình học, mặt vỏ phải đáp ứng những điều kiện: + Mọi điểm trên vỏ mặt phải liên tục, nghĩa là bất kỳ đờng cong nào nằm trên mặt vỏ cũng không đợc có vết gấp. + Bán kính cong r hay độ cong 1/r của bất kỳ đờng cong nào nằm trên mặt vỏ cũng không đợc có vết gấp. + Bán kính cong của bất kỳ đờng cong nào nằm trên mặt vỏ cũng không đợc có nếp nhăn. Nh thế, mômen uốn do tải trọng phân bố đều của các bộ phận của vỏ sẽ không hình thành và có thể tính toán điều đó theo lý thuyết màng mỏng không có mômen có kể đến mômen tắt nhanh phát sinh ở vùng gối. Nội lực ở vùng có tác động của kết cấu biên đợc xác định theo lý thuyết môme. Tính toán theo uốn cho thấy mômen suy giảm nhanh khi truyền lên kết cấu biên của vỏ và chỉ cần đặt thép theo cấu tạo là đủ. Theo lý thuyết mômen, nội lực ở kết cấu biên tính theo lý thuyết màng chắn diafragm. Vỏ đợc tính có tải trọng sau đâu đây tác động: + Tải trọng thờng xuyên: trọng lợng bản thân của vỏ, trọng lợng lớp phủ tạo mái. 4 + Tải trọng không thờng xuyên: tuyết (nếu có), tải trọng gió, tải trọng tập trung khi vận chuyển mái, các tải trọng do quá trình lắp ghép gây ra nh tại các điểm treo buộc Khi tính vỏ thoải cong theo hai phơng sử dụng cách tính của V.Z. Vlasov. Sơ đồ tính vỏ dạng vỏ sò nh hình vẽ: Sơ đồ nội lực do tải trọng phân bố N 1 và N 2 là các lực pháp tuyến; S là lực tiếp tuyến; a và b là nửa nhịp. Một số viện thiết kế đã lập bảng để tra tìm nội lực trong vỏ. Thờng giá trị nội lực đợc cung cấp phụ thuộc tải trọng phân bố và bán kính cong. Khi bố trí vỏ đối xứng, ứng suất giống nhau ở 4 giải biên của vỏ nh hình vẽ. Các nội lực N1, N2, và S đợc xác định theo các công thức phụ thuộc ứng suất chính và các nội lực cực đại và các cực tiểu của màng mỏng trong vỏ sò. Các dải biên, nội lực xác định uốn cục bộ trong lý thuyết mô men. Trớc đây Liên Xô cũ có viện thiết kế NIIJB và SNIISK đã soạn ra tài liệu Chỉ dẫn thiết kê mái và sàn mỏng không gian bằng bê tông cốt thép. Nếu so sánh nội lực theo cách tính các bài toán mômen và bài toán phi mômen thì ở khu vực, kết quả khác nhau không đáng kể. Chiều rộng của dải biên ở những nơi có tình trọng có ứng suất do mômen cục bộ phụ thuộc chủ yếu vào độ nâng của vỏ với chiều dày của vỏ (với vở sò có sờn có dạng chiều dày chuyển dẫn). Khi độ cao nâng của vỏ tăng thì chiều rộng vùng này giảm. khi tải trọng phân bố đều, vỏ đối xứng và phản xứng, chiều rộng của dải biên sẽ bằng đến 0,06 đến 0,12 của nhịp. 5 Sơ đồ dẫn đến bảng tính vỏ sò Sơ đồ trạng thái ứng suất của vỏ 1. Vùng trạng thái phi mômen 2. vùng trạng thái ứng suất co mômen 3. Vùng nội lực chịu kéo chính Nh thế, sự làm việc tĩnh học của vỏ sò đợc đặc trng nh sau: + Vùng chịu nén theo các phơng chiếm phần lớn diện tích mặt vỏ. + Vùng có mômen uốn (vùng biên) + Vùng có nội lực kéo chính ở các góc tác động với đờng chéo của vỏ và. + Vùng nội lực nén chính tác động dọc theo đờng chéo. 6 Khi các lực tập trung tác động lên vỏ ở điểm đặt lực phát sinh các lực pháp tuyến và lực trợt cũng nh mômen uốn và lực cắt. Khi kết cấu làm việc không gian thì các phân tố biên có ý nghĩa hết sức to lớn. Lực ở ciên của vỏ sẽ cho màng điafragm chịu có hai đại lợng là lực tiếp tuyến (lực trợt) S và lực ngang Q Độ lớn của những lực này đợc tính theo lý thuyết mômen đa thành bảng mà một số Viện thiết kế đề nghị. Nội lực tính toán cho các bộ phận điafragm biên (vòm hoặc dàn) đợc xác định từ các lực trợt lực ngang tác động lên lớp trên của điafragm và trọng lợng bản thân tơng ứng. Trong điafragm, lớp bên trên làm việc theo nén lệnh tâm và lớp dới làm việc theo kéo lệch tâm. Khi tính toán vỏ không gian mỏng điều ý nghĩa quan trọng là sự mất ổn định theo trạng thái ứng suất - biến dạng. Ngoài ra, dựa vào những kết quả nghiên cứu và quan sát cần chú ý vấn đề ổn định khi kể đến từ biến của bê tông cốt thép cũng nh sự nâng cao chất lợng vật liệu sử dụng, điều này cũng làm nâng cao đợc chất lợng của ổn định của vỏ. Theo các kết quả nghiên cứu thì cờng độ giới hạn của lực kéo đợc xác định cho vỏ nhẵn: 22 . )( 20 )(2,0 r E r Eq b bd = Trờng hợp vỏ có sờn có thể làm cho thay đổi độ nhẵn giả định. Khi công thức dẫn môđuyn đàn hội giả định E b và chiều dày giả định t đợc xác định theo công thức: F I t 12 = Trong đó F là diện tích tiết diện có chiều rộng b (khoảng cách giữa các trục của sờn) của sờn tại chỗ các bộ phận của sờn liền kề nhau. I là mômen quán tính của tiết diện đó: f bbf b F EE = 7 Tình trạng ứng suất và nội lực phát siinh trong vỏ thoải hai chiều dùng để tính toán những dữ liệu nh là xác định tiết diện của các bộ phận riêng biệt, số thanh và tiết diện thanh thép, bố trí các mối nối Biểu đồ tính toán tải trọng tác động lên điafragm biên Bảng tung độ biểu đồ tải trọng Biểu đồ Hoành độ các điểm 0,00 0,05 0,10 0,15 0,30 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 S 31,41 28,19 21,95 15,30 12,52 9,55 7,18 3,35 3,35 1,55 0,00 Q 0,00 0,19 0,25 0,30 0,33 0,35 0,39 0,39 0,42 0,43 0,44 1.2 Giải pháp cấu tạo vỏ thoải lắp ghép hai phơng: Vỏ thoải hai phơng bê tông cốt thép có mặt cong dơng nếu làm tại chỗ có vấn đề cốppha và đà giáo khá phức tạp. Việc đặt cốt thép và đổ bê tông cũng khó khăn. Ngời ta nghĩ đến phơng án lắp ghép. Khi thiết kế vở lắp ghép phải tính toán làm sao cho khuôn mẫu chế tạo là đơn giản, thuận tiện và dễ dàng. Về dạng hình học sẽ rất đa dạng, chúng ta lấy một số thí dụ: a) b) c) 8 Các dạng hình học của vỏ thoải cong hai phơng a Cắt mặt vỏ thành các hình sông song với đờng biên b Cắt vỏ thành hình xuyến rồi cắt xuyên tâm. c. Cắt thành các tấm phẳng dạng hình thoi mặt bằng các vỏ nên làm theo các môđuyn 3 mét nh sau: 18 x 18, 18 x 24, 18 x 30, 18 x 36, 24 x 24, 24 x 30, 24 x 36, 30 x 30, 30 x 36, 36 x 36 (đơn vị là mét) Khi thiết kế các tấm phần tử để lắp ghép, cần chú ý tạo ra các mối nối làm sao cho truyền lực tốt, dễ thi công mối nối, toàn khối hoá dễ dàng và đảm bảo tin cậy, không để xẩy ra sự cố do mối nối hợp lý. 9 Vá cã c¹nh biªn 40 x 40 mÐt ph©n chia tÊm ph©n tè thµnh c¸c tÊm h×nh xuyÕn cã c¹nh híng t©m Bªn trong mét nhµ ®ç xe vá cã tÊm ph©n tè h×nh thoi 10 [...]... mặt cắt của lốp xe đạp và nhịp đến 100 mét theo đờng kính vành bánh xe đạp Toàn cảnh một mái kiểu hình lốp xe Loại vỏ này có độ cứng rất tốt vì bản thân vỏ có hai độ cong Độ cong của mặt cắt từng đoạn vỏ độ cong theo nhịp Loại vỏ này có thể có nhịp khá lớn, từ 80 ~ 120 mét Xét một đoạn vỏ, chiều rộng ngang 7,5, đoạn này cong và có sờn nhỏ Sờn song son với bề ngang vỏ Dọc theo nhịp vỏ cong có độ lớn đến... Khái niệm cơ bản của kết cấu dây trong lý thuyết vỏ là độ cong ca đờng cong và của mặt cong Độ cong của đờng cong tại điểm M là giới hạn của góc giữa hai pháp tuyến kề nhau từ hai điểm mà đoạn dài của cung tạo nên từ hai điểm đó tiến đến 0 Hình minh hoạ cách xác định độ cong 35 k = lim s 0 s Đại lợng p 1 k nghịch đảo của độ cong gọi là bán kính của dây cong ở điểm ấy Khi đờng cong chính của mặt cong là... cốp pha của vỏ mà chỉ là những khung đỡ dới các khe nối của các tấm vỏ Hệ thống giáo có thể là những cây chống trực tiếp, nhng nên làm thành các khung vuông kiểu chuồng, cũi 17 Hình nhìn từ trên xuống để thấy khung đỡ các tấm vỏ lắp ghép Mặt trên của khung này là mặt dới của vỏ Sơ đồ chân các chuồng giáo đỡ khung dùng dẫn mặt đới vỏ lắp ghép Dới đây là một thí dụ chân giáo chống cho vỏ có nhịp là 36... Khoảng cách giữa hai mép biên gọi là chiều dài sóng (l2) Chiều cao của vỏ là đoạn tính từ đờng dây cung mức đáy vỏ đến đỉnh vỏ (f) Sơ đồ vỏ mặt trụ a Vỏ mặt trụ một nhịp, một sóng b Vỏ mặt trụ hai nhịp, hai sóng 1 Điafragm 2 Mép biên Nội lực đặt trng trong vỏ là lực tỳ lên cột ở các góc Nội lực này phụ thuộc tải trọng, phụ thuộc chiều dài nhịp (l1) và chiều dài sóng (l2) 25 Khi l1/l2 4 ta có loại vỏ gọi... cấu biên 1.3 Chế tạo các tấm định hình của vỏ thoải: Cốp pha làm các tấm định hình của vỏ thoải có thể bằng gỗ, bằng kim loại, bằng gỗ kết hợp với kim loại cho các phần tử thành cốp pha Đáy của cốp pha nên sử dụng phơng pháp sàn in, nghĩa là làm bằng bê tông cốt thép hoặc xây gạch sau đó láng vữa xi măng có đánh màu Việc đánh màu để tiện cho thoa lên mặt cốp pha lớn chống dính bằng loại dàn thích hợp... thể vợt qua những dịp lớn Loại kết cấu này đợc cập khá sớm, từ cuối thế kỷ trớc (1896) Tuy thế, chỉ sau chiến tranh thế giới lần 2 kết cấu này mới sử dụng sử dụng nhiều làm những công trình công cộng nh mái nhà triển lãm, mái sân vận động, mái nhà ga Dới tác động của tải trọng, dây bị biến dạng và có hình sau: Hình dạng dây bị uốn khi có tải trọng: a Tải trọng tập trung giữa nhịp b.Tải trọng phân bố... nâng vỏ từ mặt đất lên đầu cột còn có thể dùng kích có hành trình dài hoặc hệ thống tời kéo móc cẩu thông qua hệ thống khung dàn để đa những vỏ lên cao Dới đây là hình ảnh hệ thống dàn treo móc cẩu sử dụng tời để đa vỏ lên vị trí Cũng có thể lắp ghép vỏ ngay trên cao trình đúng của nó Làm theo phơng pháp này cần sử dụng hệ thống giáo chống để đỡ một khung tạo nên hình dạng mặt dới của vỏ Khung này không... mặt cong Gauss dơng và âm dơng và âm tơng ứng Với trờng hợp thứ hai thì tâm đờng cong của tiết diện pháp đi qua một điểm xác định nằm trên pháp tuyến ở các phía khác nhau của các bề mặt Tại điểm của bề mặt có K = 0 nói chung là mặt Parabol và nằm ở bề mặt có độ cong Gauss bằng 0 Khi đó, một trong những ứng suất chính của bề mặt không có độ cong nh thế là đờng thẳng: những hình côn, hình trụ và mặt phẳng... điafragm hình vòm, có thể là dàn vòm Đôi khi cũng làm sờn biên có dạng dầm cong có dây căng hoặc không có dây căng Sơ đồ và kích thớc cơ bản của một loại đoạn lốp xe 30 Sơ đồ một vỏ dạng vỏ lốp xe đã sử dụng lam nhà đỗ xe số 5 Matsskva Sơ đồ và kích thớc cơ bản của một loại đoạn lốp xe 31 Sơ đồ đà giáo sử dụng lắp mái dạng đoạn lốp xe thờng di động đợc để lắp xong đoạn này, luân chuyển sang đoạn khác... Mặt vỏ trụ có tiết diện chỉ có một đờng cong chính Đờng cong chính thứ hai có độ cong bằng 0 (bán kính cong bằng vô cùng) Từ đây dẫn đến đờng cong Gauss bằng 0 Đờng cong chính của mặt vỏ loại này có thể là hình một đoạn cung của đờng tròn, có thể có eliptic có thế có parabol Thờng làm trong thực tế là đoạn cung tròn vì mặt trụ loại này đơn giản, dễ nh côppha cũng nh thi công dễ dàng Loại vỏ mặt trụ . nhau của kết cấu vỏ mỏng, kết cấu dây nhịp lớn ra đời. 2. Các dạng nhà kết cấu nhịp lớn. Trớc hết hạn chế cho nhịp lớn ở đây chỉ là nhà nhịp lớn (long-span buildings) vid có cầu nhịp lớn là. Nhà nhịp lớn Bài giảng của PGs Lê Kiều Chủ nhiệm Bộ môn Trờng Đại học Kiến trúc Đại cơng 1. ý tởng Gió thổi nâng cái dù làm cho cái dù phồng lên. Từng phân tố lớp dù. Hoa Kỳ. Nhà mái nhịp lớn kiểu kết cấu dây cũng sử dụng nhiều ở các nhà công cộng và công nghiệp. Bề mặt của vỏ bê tông cốt thép đợc phân biệt bằng độ cong (một hay hai độ cong), dấu của độ cong