Nghiên cứu mái không gian nhịp lớn dạng lưới bằng thép

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học dân lập phơng đông Khoa kiến trúc - công trình ***************** đề tI nghiên cứu khoa học Nghiên cứu mái không gian nhịp lớn dạng lới GVHD: PGs Lê Kiều SVTH : Lê Xuân Tùng : Trần Hữu Trọng Lớp: 816 - XDDD&CN : 816 - XDDD&CN Hà Nội 5/2005 Mục lục Trang Phần 1: Đặt vấn đề Phần 2: Nghiên cứu mái không gian nhịp lớn dạng lới thép Chơng 1: Giới thiệu mái lới thép không gian nhịp lớn Chơng 2: Một số dẫn bớc đầu thiết kế kết cấu mái lới không gian nhịp lớn thép I: Kết cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp II: Kết cấu mái lới không gian hai lớp dạng vỏ trụ Chơng 3: Quy trình thi công lắp dựng kết cấu mái lới không gian thép 4 8 14 24 Phần 3: Nghiên cứu mái dây không gian nhịp lớn Chơng 1: Giới thiệu mái dây Chơng 2: Lý thuyết chung tính toán dây treo I: Dây mềm có đờng tên võng nhỏ II: Giải toán hệ mái treo nhịp lớn dạng kiến trúc thông dụng 33 33 36 36 47 Phần 4: Kết luận kiến nghị 60 Phần 5: Hớng phát triển đề tài 61 Tài liệu tham khảo 62 Phần Đặt vấn đề Ngày Khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, lịch sử kiến trúc trải qua bề dày sáng tạo Điều dần đáp ứng môi trờng sống không gian làm việc lý tởng cho ngời Mỗi công trình xây dựng nên phải thể đợc tiêu chí: Bền vững, có tính thẩm mỹ kiến trúc độc đáo hài hòa công sử dụng lớn Bởi mang nét văn hóa đặc trng dân tộc mang tính thời đại, tiền đề để tăng trởng kinh tế sở, ngành, vùng mặt Quốc gia Đặc biệt công trình có độ không gian nhịp lớn cần thiết đem lại hiệu tối u, nh sân vận động, sân bay, nhà ga, nhà máy, bảo tàng Với việc sáng tạo loại mái không gian dạng lới có nhiều u điểm: rẻ, dễ chế tạo, lắp ráp, bền, nhẹ, tạo nhiều hình dáng kiến trúc bật vợt đợc nhịp lớn nên góp phần cho hoàn thiện công trình cách nhanh chóng, kinh tế linh hoạt Nên việc nghiên cứu để đa loại mái vào thực tế nớc ta nhu cầu cần thiết Phần Nghiên cứu máI lới không gian thép nhịp lớn Chơng 1: Giới thiệu Kết cấu dàn lới thép không gian nhờ u điểm vợt trội mà thay dạng kết cấu truyền thống nh: dàn kèo, dàn bê tông cốt thép, - vỏ mỏng bê tông cốt thép Dạng kết cấu đợc sử dụng rộng rãi giới nhiều thập kỷ gần đây, công trình nh nhà trng triển lãm, nhà ga, sân vận động Cụ thể: Nhà ga xe lửa quốc tế Waterloo London, đợc xây dựng năm 1992 Nicholas Grimshaw, kỹ s kết cấu tổ chức YRM Anthony Hunt thiết kế Thiết kế bao gồm số nét tân cách đặc trng, cấu kiện thép thon mảnh đợc sử dụng tăng thẩm mĩ giảm đáng kể trọng lợng hệ toàn mái Công trình thể thao Olympic Sydney đợc thiết kế The Games Facilities Giàn thép không gian lớn ga hàng không Kan-Sai, Nhật Bản Đối với Việt Nam, đờng công nghiệp hóa đất nớc, nhiều công trình vợt 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 nhiều nơi, nhà thiết kế 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 Một số hình ảnh mái lới không gian nhịp lớn Thế giới: Một số hình ảnh mái lới không gian Việt Nam: Dự án xây dựng mái che khu di tích Thành cổ Hà Nội Chơng Một số dẫn bớc đầu thiết kế kết cấu mái lới không gian nhịp lớn thép I Kết cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp Loại mái dùng cho công trình nhịp nhỏ (l < 30 m), nhịp vừa l = (30-60 m) nhịp lớn L > 60 m 1.1 Các dạng sơ đồ bố trí hệ 1.1.1 Mái gồm dàn phẳng giao Hệ mái đợc tạo dàn phẳng giao nhau, đặt theo hai hớng: trực giao ( H.2.1.a), chéo (H 2.1b); đặt theo ba hớng (H 2.1.c,d) Tùy theo cách bố trí mà cánh hợp với để tạo nên mạng lới hình vuông, tam giác lục giác a) b) d) c) Hình 2.1 Sơ đồ mái dàn thẳng đứng giao a), b) - bố trí dàn theo hai hớng; c), d) - bố trí dàn theo ba hớng 1.1.2 Hệ mái ghép đơn nguyên định hình dạng hình chóp mặt, mặt mặt Các cách ghép tạo nên dàn đặt chéo mái (H 2.2) b) a) d) c) Hình 2.2 Sơ đồ mái ghép đơn nguyên hình tháp a), b) - từ đơn nguyên hình chóp mặt; c) - Từ đơn nguyên hình chóp mặt; d) - Từ đơn nguyên hình chóp mặt 1.1.3 Lựa chọn sơ đồ bố trí tùy ý theo nhiều yếu tố: dạng mặt mái, cỡ nhịp, sơ đồ bố trí gối kê, cấu tạo nút liên kết thanh, dạng tiết diện Mái có ô lới hình vuông ( H.2.1a; H.2.2,a,b) dùng hợp lý mặt mái hình vuông, mái chữ nhật tỉ số cạnh < 1: 0,8 làm việc mái theo hai hớng gần nh Đối với mái có mặt hình chữ nhật tỉ số cạnh < 1: 0,8 nên dùng mái gồm dàn đặt chéo góc 450 so với chu vi ( H.2.1,b,c); (H.2.2,c) Loại mái có cánh tạo nên ô lới hình vuông (H.2.1,a), (H.2.2,a,b) hình sáu cạnh (H 2.2,d) gồm đơn nguyên hình chóp bị biến hình nên không chịu đợc mômen xoắn Vì cấu tạo mái có côngxon cần bố trí cho phần côngxon chịu uốn ngang Loại mái có 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 độ cứng tăng, thích hợp cho dạng mặt hình phức tạp có phận làm việc dạng côngxon 1.2 Tính toán dàn lới 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 thân dàn, lớp lợp, lớp cách âm, cách nhiệt ), tải tạm thời ( hoạt tải mái, tải trọng gió ), tải trọng thi công, dựng lắp Tất tải trọng tổ hợp tải trọng phải tuân theo quy định TCVN 2737-1995 - Khi tính đa tải trọng thành lực tập trung đặt nút 1.2.2 Tính toán nội lực dàn phơng pháp gần a) Xác định nội lực Cách tính đơn giản, kết dùng cho giai đoạn thiết kế sơ dùng làm sở để kiểm tra kết theo chơng trình máy tính (đề phòng nhầm lẫn xảy trình tính máy tính) Một phơng pháp đơn giản cho kết tin cậy chuyển đổi rỗng thành đặc dùng hệ số điều chỉnh nội lực (không cần xét đến độ cứng) Trong trờng hợp nhà có mặt phức tạp, ta chuyển kết cấu mái thành đơn với điều kiện liên kết biên khác (H 2.3,a,b,c) Khi vị trí có dãy cột đợc thay liên kết biên tựa ngàm đơn Khi chịu tải trọng phân bố p nội lực nguy hiểm dạng đợc tính theo công thức sau: Đối với có mặt hình chữ nhật: Mômen uốn lớn giải có bề rộng đơn vị phụ thuộc tỉ số cạnh dài cạnh ngắn (l1/l2) điều kiện liên kết biên: M = pl l1 1o M = pl 2l 10 M = pl l1 10 M 2' = pl l1 10 M = pl l1 10 M 1' = pl 2l1 10 3 (2.1) Giá trị lớn phản lực gối đơn vị chiều rộng tấm: V = p.l 10 (2.2) Các hệ số ; ; ; ; ; ; đợc tra bảng theo đồ thị phần phụ lục 1, tùy theo sơ đồ liên kết cạnh hình 2.3 a) 2 2 4 b) c) d) Cạnh lên kết cứng Cạnh kê khớp Cạnh tự Cạnh kê điểm (kê lên cột) Hình 2.3 Các dạng chia liên tục thành đơn để xác định nội lực (chia nhỏ tính xác) a) mái nhịp ; b) mái nhịp; c) mái khối nhịp ; d) ký hiệu cách liên kết biên 10 1.2 Dạng đan lới Dây chủ a) Dây đeo n eo Dây đan m Dầ Tháp Dây Tấm lợp Neo b) Hình 3.10 a) Dây treo đơn treo mái dây đan b) Dây treo nhiều lớp liên kết tam giác 48 àn d ( ) ên i b a) b) 49 Hình 3.11 a) Mái dây treo nhiều nhịp b) Paraboloid hyperbolic trực giao có mặt nằm hai đờng có hai độ cong c) Mái dây văng 50 Tháp hai nhánh a) Dây văng Mái luới không gian dạng phẳng hai lớp Tháp hai nhánh Dây văng Mặt tiền nh ga b) Tháp đối trọng Sân vận động Tháp đối trọng c) Dây treo Mái luới không gian hai lớp vỏ trụ Dây treo phụ công trình thể thao Hình 3.12 a) Hệ mái treo kết hợp dây văng với dàn lới không gian phẳng hai lớp b) Hệ mái treo kết hợp dây văng với dàn lới không gian hai lớp vỏ trụ c) Hệ mái treo kết hợp hệ dây liên kết dạng tam giác treo dàn lới không gian hai lớp vỏ trụ Giải toán hệ mái treo theo sơ đồ biến dạng 2.1 Tính mái dây có dầm dàn treo dới dây chủ (Hình 3.13) Mục đích việc treo dầm dàn để dầm dàn đỡ dây đan Và tính dây đan coi gối tựa không gian không đàn hồi Hơn dầm dàn có tác dụng chia lực để truyền lên dây chủ, tăng độ cứng cho hệ mái 51 Dây chủ Tháp Dây đeo Tấm lợp Dây đan Dây neo m Dầ àn (d n iê b ) Dầm dàn Neo Hình 3.13 2.1.1 Tính dây treo chủ (dây chính) 2.1.1.1 Trờng hợp dây chủ nối hệ dây neo a) Sơ đồ truyền tải Gồm tải trọng tác dụng lên mái: tải trọng thờng xuyên (trọng lợng thân dây, dầm, lớp lợp, lớp cách âm, cách nhiệt ), tải trọng tam thời (hoạt tải mái, tải trọng gió ) Tất tải trọng đợc lớp dây đan truyền lên dây thông qua hệ thống dây đeo đeo Cụ thể: dây đan trục i nhận tải trọng từ ô mái có kích thớc (axB), nên gọi tải trọng tiêu chuẩn mà dây truyền lên dây chình p Đối với hai dây trục trục n nhận tải trọng từ ô mái có kích thớc (Bxa/2), nên tải trọng tiêu chuẩn truyền xuống dây p/2 Vậy tải trọng toàn dây đợc biểu diển hình 3.14,c Mặt khác, nhịp dây (l) lớn, nên để đơn giản tính toán ta xem tải trọng phân bố theo chiều dài dây b) Tính toán Sau xác định đợc tải trọng, ta vận dụng công thức tính phần 1.1 thuộc chơng để tìm thông số độ võng, lực căng, góc nghiêng Việc xác định thông số quan trọng việc thiết kế thi công mái công trình 52 l a) Dây đan c) p/2 p p/2 A B l Vật liệu lợp Dây i Sơ đồ mặt mái Sơ đồ truyền tải từ dây đan lên dây n l 2a a c) b) p A B l B i Đơn giản sơ đồ tính toán dây n Sơ đồ truyền tải lên dây đan Hình 3.14 Mặt mái dây sơ đồ truyền tải Khi dây (dây chủ) có thêm hệ thống dây neo, ta cần xét đến ảnh hởng biến dạng dây neo 2.1.1.2 Cách tính dây chủ xét đến biến dạng dây neo Trong hệ treo, phần dây mềm điểm tựa gọi dây chủ; điểm tựa nối với đất dây neo tháp Trên thực tế, thờng dùng hai hình thức sau để liên kết dây chủ với đất Dây chủ nối cố định với đỉnh tháp Trong trờng hợp này, dây neo bố trí độc lập với dây chủ; tháp trụ đợc cấu tạo dới dạng cứng liên kết khớp chân tháp Khi nguyên nhân bên tác dụng dây chủ, điểm tựa có khả chuyển vị hậu biến dạng dây neo chuyển vị cỡng chân tháp Dây chủ đặt qua đỉnh tháp puli Trong trờng hợp này, dây chủ dây neo hệ dây liên tục; tháp trụ đợc cấu tạo dới dạng cứng có puli đỉnh liên kết ngàm chân tháp Khi nguyên nhân bên tác dụng dây chủ; biến dạng dây neo gây thay đổi chiều dài dây chủ; tháp chịu biến dạng uốn nén nên đỉnh tháp có chuyển vị theo phơng z phơng y Chuyển vị theo phơng thẳng đứng y biến dạng nén thờng nhỏ nên bỏ qua 53 2.1.1.2.1 Trờng hợp dây chủ nối cố định với đỉnh tháp Xét dây mềm có kích thớc hình học nh hình 3.15, làm việc hai trạng thái: Trạng thái ban đầu: Dây chịu tải trọng ban đầu, dây phát sinh lực căng Ho có dạng hình học đợc xác định theo hệ thức nêu mục 1.4 Trạng thái tính toán: Giả sử dây chịu thêm tác dụng nguyên nhân sau: A A z Tải trọng thay đổi dây chủ o Nhiệt độ thay đổi t a B Chiều dài dây chủ thay đổi h a B b điều chỉnh s hb Chiều dài dây neo thay đổi điều chỉnh s a s b va vb Các đại lợng đợc quy ớc y dơng chiều dài dây l a l lb đợc điều chỉnh tăng lên Các chân tháp có chuyển vị cơng theo phơng thẳng Hình 3.15 đứng v a v b Các chuyển vị tuyệt đối v a v b dơng chân tháp lún xuống phía dới (hớng trục y) Với giả thiết chuyển vị nhỏ, chuyển vị chân tháp theo phơng z không ảnh hởng đến làm việc dây Chiều dơng đại lợng khác thống với quy ớc nêu mục 1.4.3 Dới tác dụng nguyên nhân nói trên, dạng hình học dây thay đổi dây phát sinh lực căng H Để thiết lập phơng trình xác định lực căng ta sử dụng phơng trình (3.28), (3.29) cần thay chuyển vị tơng đối u, v chuyển vị tơng ứng Ta đợc phơng trình lực căng: EAD0 D0 EA H3 + cos H cos + cos (v a v b ) sin + Ln H Ln L n H s a s b + s + + cos a cos b + t.D0 cos + t.Lt + cos H + 2H D cos EA H D cos = Ln Ln (3.29) la lb + Ln = l + EA cos (3.30) ; 3 EA cos EA cos a b la lb l cos + (ha + hb ) sin (ha tg a + hb tg b ) cos (3.31) + + Lt = cos cos a cos b với: 54 2.1.1.2.2 Trờng hợp dây chủ đặt đỉnh tháp qua puli Khảo sát dây mềm có kích thớc hình học nh hình 3.16, điểm tựa A B có puli Trong trờng hợp này, dây chủ dây neo đợc cấu tạo nh với độ cứng EAa = EAb = EA Xét dây làm việc hai trạng thái: Trạng thái ban đầu: A z Dây chịu tải trọng ban a A đầu, dây phát sinh lực B căng Ho có dạng hình b B học đợc xác định theo hb hệ thức nêu mục 1.4 Trạng thái tính toán: va vb Giả sử dây chịu thêm tác dụng nguyên y nhân sau: l la lb Tải trọng thay đổi dây chủ Nhiệt độ thay đổi to Chiều dài dây thay đổi Hình 3.16 điều chỉnh s (không cần phân biệt điều chỉnh dây chủ hay dây neo) Các chân tháp có chuyển vị cỡng theo phơng đứng v a v b Chuyển vị xoay chuyển vị thẳng theo phơng z chân tháp có ảnh hởng nhỏ đến làm việc dây nên không xét Chiều dơng đại lợng khác thống với quy ớc nêu mục 1.4.3 Dới tác dụng nguyên nhân nói trên, dạng hình học dây thay đổi dây phát sinh lực căng H Để thiết lập phơng trình xác định lực căng ta sử dụng phơng trình (3.28), (3.29) cần thay chuyển vị tơng đối u, v chuyển vị tơng ứng Ta đợc phơng trình lực căng: EAD0 cos H H3 + Ln H t.D + t.Lt + cos H 02 D0 EA cos + cos (v a v b ) sin + s + Ln H Ln D cos EA H D cos = (3.32) H + L L n n Lb cos (Q AO La sin AO + Q BO Lb sin BO ) + + cos BO Ho La Ln = l + cos cos AO cos a cos b Q Q EA cos + BO sin BO cos b . B + AO sin AO cos a . A + Ho Ho cos BO cos AO với: (3.33) Lt = l + (ha hb ) sin + (La + Lb ) cos 55 (3.34) 2.1.2 Tính dây đan Để tổng quát hóa toán tính dây đan, ta tính với trờng hợp mái treo dầm dàn nhiều nhịp Tức ta đa toán dây mềm nhiều nhịp đặt nhiều gối tựa Khảo sát dây mềm có hai điểm tựa hai đầu có n gối trung gian gối di động Số nhịp tơng ứng dây n+1 Sơ đồ tính nh hình 3.17 Xét dây làm việc hai trạng thái: a) vo o z n +1 +1 y b) n i- yki vi- uo i vi Ho i u n +1 yki Ho c) H l1 l i-1 H li ln l n +1 Hình 3.17 Trạng thái ban đầu: Dây chịu tải trọng ban đầu thẳng đứng, chẳng hạn theo sơ đồ hình 3.17,a Trong dây phát sinh lực căng H0 dây có dạng hình học phù hợp với sơ đồ tải trọng ban đầu cho (H.3.17,b) Vì tải trọng thẳng đứng sau thực mặt cắt từ điều kiện cân dới dạng hình chiếu lực lên phơng z ta thấy: H0 = const (3.35) Cô lập nhịp thứ i, thay tác dụng đoạn dây thuộc nhịp thứ (i-1) thứ (i+1) lực căng H0 áp lực thẳng đứng truyền vào gối Vận dụng điều kiện cân ta đợc: M kio H0 = o , y ki (3.36) Trong đó: y kio độ võng điểm k thuộc nhịp thứ i trạng thái ban đầu (tính từ đờng nối hai gối tựa thứ (i -1) thứ (i+1); M ki0 mômen uốn tiết diện k dầm đơn giản tơng ứng có nhịp li chịu tải trọng ban đầu tác dụng nhịp thứ i Nh vậy, cho biết độ võng y kio điểm ta xác định đợc o o lực căng H0 dây, tiếp xác định độ võng y mJ góc xoay mJ tiếp tuyến điểm m nhịp thứ j nh sau: o y mJ = o M mJ ; Ho o tg mJ = 56 o QmJ ; Ho (3.37) o o với M mJ QmJ lần lợt mômen lực cắt tiết diện m dầm đơn giản tơng ứng có nhịp l J chịu tải trọng ban đầu lúc tác dụng nhịp thứ j Tiếp ta xác định đợc: + Chiều dài đoạn dây nhịp thứ i trạng thái ban đầu đợc xác định nh sau: l D Loi = i + oi2 cos i cos i H o li với Doi = (Qio ) dz ( 3.38) o Qio lực cắt dầm đơn giản tơng ứng với nhịp thứ i tải trọng ban đầu gây + Chiều dài không dãn đoạn dây nhịp thứ i trạng thái ban đầu đợc xác định nh sau: Looi = li D H o l i Doi + oi2 cos i cos i H o EA cos i EAH o Do đó, chiều dài không dãn toàn hệ dây trạng thái ban đầu là: n +1 n +1 i =1 i =1 Lo = Loi = li + cos i H o2 n +1 Doi cos i =1 H o n +1 l i EA i =1 cos i EAH o n +1 D i =1 oi (3.39) Trạng thái tính toán: Giả sử dây chịu thêm nguyên nhân sau: Tải trọng thay đổi nhịp Nhiệt độ thay đổi to Các điểm tựa biên có chuyển vị cỡng theo phơng z phơng y: Tại gối o: uo , vo Tại gối n+1: un+1 , vn+1 Chiều dài dây thay đổi điều chỉnh s Các gối tựa trung gian có chuyển vị cỡng theo phơng y vi (vi hớng xuống dới, theo chiều dơng trục y dơng) Quy ớc dấu đại lợng nh nêu mục 1.4.3 Giả thiết bỏ qua ảnh hởng chuyển vị theo phơng z (dọc theo chiều dài dây) gối trung gian xác định chiều dài nhịp Để xác định lực căng H dạng hình học hệ dây trạng thái tính toán ta cần tìm chiều dài tơng ứng dây + Chiều dài cong đoạn dây nhịp i trạng thái tính toán đợc xác định nh sau: Li = li D cos i + i (v i v i ) sin i (u i u i ) cos i cos i 2H li với : Di = Qi2 dz o Qi - lực cắt dầm đơn giản tơng ứng với nhịp thứ i tải trọng tổng cộng trạng thái ban đầu trạng thái tính toán gây + Chiều dài không dãn đoạn dây nhịp thứ i trạng thái tính toán đợc xác định nh sau: 57 Li = li D cos i + i (v i v i ) sin i (u i u i ) cos i cos i 2H Di H l i t.l i t.Doi cos i s i 2 EAH EA cos i cos i 2H o Do đó, chiều dài không dãn toàn hệ dây trạng thái tổng cộng chiều dài Li với i = 1, 2, , n+1 đợc xác định nh sau: n +1 L = i =1 li + cos i H n +1 D i =1 i cos i (v o sin v n +1 sin n +1 ) n +1 v i (sin i sin i ) (u o cos u n +1 cos n +1 ) EAH i =1 n +1 n +1 n +1 li l H t t i Doi cos i s 2 EA i =1 cos i cos H i =1 i o i =1 n +1 D i =1 i (3.40) Chiều dài dây với giả thiết dây không dãn phải với trạng thái, ta có điều kiện: L = Lo Thay biểu thức (3.39) (3.40) vào điều kiện trên, tiếp nhân hai vế với thừa số .H với: = EA li i =1 cos i n +1 Sau biến đổi ta đợc phơng trình lực căng: n +1 n +1 H3 + D cos H Doi + oi i o EAH H 1 i = = i o o + . (v o sin i v n +1 sin n +1 ) + (u o cos u n +1 cos n +1 ) + s + n +1 n +1 li t n +1 + t + Doi cos i + v i (sin i +1 sin i ) .H + H o i =1 i =1 i =1 cos i n +1 n +1 + Di .H Di cos = EA i =1 i =1 (3.41) Từ phơng trình lực căng dây nhiều nhịp ta suy phơng trình lực căng dây nhịp cho n = Sau giải phơng trình lực căng để tìm H ta tìm độ võng yki góc xoay ki tiết diện k thuộc nhịp thứ i, xác định từ đờng nối hai điểm tựa thứ (i-1) thứ i sau chuyển vị cỡng theo công thức sau: y ki = M ki ; H tg ki = Qki ; H (3.42) Mki , Qki lần lợt mômen uốn lực cắt tiết diện k tải trọng tổng cộng trạng thái tính toán gây dầm đơn giản tơng ứng với nhịp thứ i Để lập công thức xác định phản lực thẳng đứng gối tựa trung gian thứ i, ta cô lập hai nhịp lân cận gối thứ i nhịp i thứ i+1nh hình 3.18 58 o z i i Ho i vi Ho i' H vi H H R Bi i'+1 Ho vi +1 H R A(i+1) l i+1 li y i +1 i +1 Ho Ri Hình 3.18 Từ hình 3.18, ta có: Ri = RBi + RA(i+1) R Bi = V Bid H tg i' = V Bid H Ta có: ( i + v i ) ( i + v i ) = li i vi vi vi vi d = VBid H i + = VBi H tg i + li li li Tơng tự nhịp thứ i+1, ta có: v vi R Ad ( i +1) = V Ad( i +1) + H tg i +1 + i +1 l i +1 v v i v i v i Ri = Rid + H (tg i +1 tg i ) + H i +1 , li l i +1 (3.43) với: i = 2, 3, , (n-1) Trong đó: Rid = V Bid + V Ad(i +1) phản lực gối thứ i dầm đơn giản có nhịp li li+1 chịu tải trọng tổng cộng trạng thái ban đầu trạng thái tính toán, tác dụng nhịp o o v0 z 1 v1 Ro l l - uo y ' 2 2' v2 R1 l2 l1 R2 Hình 3.19 Công thức (3.43) nghiệm với i = 2, 3, , (n-1) Phản lực đứng gối 0, 1, n, (n+1) chịu ảnh hởng gối gối (n+1) 59 Để lập công thức xác định phản lực phản lực R0 R1 ta xét hai nhịp l1 l2 nh hình 3.19 Ta có: R0 = V Ad1 + Htg 1d ; R1 = V Bd1 + V Ad2 + H (tg 2' tg 1' ) Từ hình 3.19 ta có: tg 2' = tg + tg = ' v v1 ; l2 ( + v1 ) ( o + v o ) ( o ) (v1 v o ) l1 u o = uo l l1 v vo u o tg + .1 l1 l1 Các tỷ số u / l1 v / l1 thờng nhỏ nên bỏ qua số hạng bậc cao u / l1 v / l1 so với đơn vị, ta có: Do đó: u v vo tg 1' tg 1 + o + l1 l1 u v vo ; Ro = Rod + H + o .tg + H l1 l1 (3.44) (3.45) u v v1 v1 v o R1 = R1d + H tg + o .tg + H , (3.46) l l l d d d d d đó: Ro = V A1 R1 = V B1 + V A2 phản lực gối gối dầm đơn giản có nhịp l1 nhịp l2 chịu tải trọng tổng cộng trạng thái ban đầu trạng thái tính toán, tác dụng nhịp Tơng tự, phản lực gối thứ n thứ n+1 đợc xác định nh sau: u v v n v n v n R n = Rnd + H n +1 .tg n +1 tg n + H n +1 l n +1 ln l n +1 u v R n +1 = R nd+1 H n +1 .tg n +1 H n +1 l n +1 l n +1 (3.47) (3.48) đó: Rnd , Rnd+1 lực gối n gối n+1 dầm đơn giản có nhịp ln nhịp ln+1 chịu tải trọng tổng cộng trạng thái ban đầu trạng thái tính toán, tác dụng nhịp Phần kết luận kiến nghị Trong đề tài đa giải pháp kiến trúc tính toán kết cấu cho loại mái mới, kết hợp mái lới không gian nhịp lớn thép với dây treo để tạo nên hệ mái treo Hệ mái có u điểm nh sau: Có thể sử dụng hợp lý khả làm việc vật liệu Kết cấu chịu lực chủ yếu hệ treo dây, dây chịu kéo nên biểu đồ ứng suất phân bố dây, điểm tiết diện dây làm việc nh Bộ phận dây đeo chịu lực kéo nên đạt đợc mức độ hợp lý nh phận dâu chủ Vì tải trọng treo mái lới không gian có giá 60 trị không lớn, nên điều kiện an toàn cao Hơn nữa, phận neo hệ treo thiết kế phát huy đợc thành phần áp lực bị động đất hố neo Có khả khai thác triệt để tính vật liệu phận chịu lực Nh biết, phận chịu lực hệ treo dây chịu kéo nên chế tạo vật liệu có cờng độ chịu lực cao mà không lo ngại khả ổn định nén dây Kết nghiên cứu ngành Vật lý chất rắn tạo kim loại đơn tinh thể lớn, có độ bền phá hoại kim loại tăng lên gấp nhiều lần Độ bền vật liệu tăng, tạo điều kiện giảm bớt thể tích vật liệu công trình Có khả vợt nhịp lớn Xuất phát từ u điểm trên, hệ treo có khả vợt độ lớn so với hệ khác Tăng độ cứng cho hệ mái Vì hệ mái lới không gian thép đợc kết hợp với dây treo, nên làm giảm mômen dàn ứng suất phụ, tăng độ cứng không gian cho toàn hệ mái Các cấu kiện hệ treo sản xuất công trờng, vận chuyển lắp ráp tơng đối nhẹ nhàng, tiến độ thi công nhanh Đặc biệt sử dụng dây chủ để treo ròng rọc phục vụ cho việc thi công cẩu lắp dễ dàng Tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng công trình mảnh, đẹp Một u điểm đặc biệt hệ mái treolà h hỏng số cấu kiện thuộc dàn treo phía dới không dẫn đến phá hỏng toàn công trình Khi phận bị h hỏng, việc sữa chữa thay đơn giản nhanh chóng Tuy nhiên với hệ mái nhợc điểm tồn Nhợc điểm hệ treo có độ cứng nhỏ, nhạy cảm với nguyên nhân gây dao động nh tải trọng gió tác động có tính chất nhịp nhàng Trong công xây dựng phát triển đất nớc nh nay, xây dựng công trình đòi hỏi vợt nhịp lớn, nên sử dụng loại mái để tận dụng đợc tối đa u điểm Phần hớng phát triển đề tài Với việc nghiên cứu mái không nhịp lớn lĩnh vực rộng phức tạp, nên nội dung đề tài hạn hẹp Nên hớng mở rộng phát triển đề tài nh sau: Nghiên cứu vấn đề động lực mái không gian nhịp lớn Lập quy hoạch triển khai mái treo kết cấu không gian nhịp lớn cho đô thị Việt Nam 61 TàI liệu tham khảo [1] Viện kỹ thuật xây dựng: Quy định chế tạo, lắp dựng nghiệm thu mái lới không gian thép độ lớn cho công trình địa bàn Hà Nội Hà Nội 8/2003 [2] PGs Lê Kiều: Mái vỏ bêtông cốt thép kết cấu mái dây Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội Hà Nội 1998 [3] GS -TS Lều Thọ Trình: Cách tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng Nhà xuất Xây dựng Hà Nội 2003 [4] Kết cấu thép Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Internet Information 62 [...]... 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 32 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 cứu. .. 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 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 lớp vỏ trụ 2 Cấu tạo mái - Mái vỏ trụ... 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 5.7 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 5.8 Độ lệch trọng tâm Giới hạn cho phép về sai lệch trọng tâm là 1/3000 nhịp mái nhng không vợt quá 30mm 5.9 Sai số cho phép về độ cao: - Khi mái lới... điểm 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: - 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... mái lới nhất thiết chỉ dùng một loại thớc thép đúng tiêu chuẩn 3.5 Phơng pháp lắp rời trên cao 3.5.1 Phạm vi áp dụng - áp dụng cho các mái lới nút cầu liên kết bằng bulông, các mái lới có nhiều gối tựa đợc phân bố theo biên - áp dụng cho các công trình có mặt bằng bên ngoài chật hẹp không sử dụng đợc cần trục, bên trong không đủ diện tích mặt bằng để tổ hợp khối mái lới 3.5.2 Trình tự lắp dựng: - Lắp... 3.9.1 Phạm vi áp dụng: - Dùng cho các loại mái đỡ có gối quanh biên hoặc nhiều gối đỡ (gối đỡ đặt ở đỉnh các cột) - Dùng cho mái phẳng dạng tấm có 1 hay 2 mái dốc, mái trụ 3.9.2 Trình tự lắp dựng: 28 - Thi công các cột cho đủ chiều cao yêu cầu - Tổ hợp lắp dựng hệ mái lới tại mặt bằng công trờng bao quanh các cột - Nâng toàn bộ mái lới lên cao trình theo thiết kế bằng các thiết bị nâng: kích thủy lực,... của 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) 25 3.6 Phơng pháp lắp theo đoạn hoặc khối - Để dễ lắp ghép mái, tại vị... 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... quan niệm mái treo là một công trình độc đáo nên mới chỉ áp dụng cho các nhà triển lãm mà cha phát triển rộng rãi Từ năm 1957 kết cấu mái treo mới đợc nghiên cứu phát triển Nhiều nớc đã xây dựng các công trình nhà kiểu mái treo nh: rạp xiếc, giảng đờng, mái sân vận động, cung thể thao Kết cấu mái treo ngày càng tỏ ra có nhiều u điểm và đặc biệt có hiệu quả khi áp dụng cho các công trình có nhịp lớn 33... 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 + 4 f 2 )/ 8 f ; 0 = arcsin l / 2 R ; a) b) f y 0 ... Phần 2: Nghiên cứu mái không gian nhịp lớn dạng lới thép Chơng 1: Giới thiệu mái lới thép không gian nhịp lớn Chơng 2: Một số dẫn bớc đầu thiết kế kết cấu mái lới không gian nhịp lớn thép I:... cấu mái lới không gian dạng phẳng hai lớp II: Kết cấu mái lới không gian hai lớp dạng vỏ trụ Chơng 3: Quy trình thi công lắp dựng kết cấu mái lới không gian thép 4 8 14 24 Phần 3: Nghiên cứu mái. .. linh hoạt Nên việc nghiên cứu để đa loại mái vào thực tế nớc ta nhu cầu cần thiết Phần Nghiên cứu máI lới không gian thép nhịp lớn Chơng 1: Giới thiệu Kết cấu dàn lới thép không gian nhờ u điểm