chuyên đề nhà nhịp lớn – nhà không gian

Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng CHUYÊN ĐỀ NHÀ NHỊP LỚN – NHÀ KHÔNG GIAN I Phạm vi sử dụng đặc điểm kết cấu nhà nhịp lớn Phạm vi sử dụng Kết cấu mái nhà nhịp lớn thường gặp công trình dân dụng cơng nghiệp hay cơng trình có cơng dụng đặc biệt Cơng trình dân dụng rạp hát, nhà triển lãm, sân vận động, nhà ga, chợ… yêu cầu kiến trúc yêu cầu sử dụng (nâng cao chất lượng âm thanh, độ nhìn rõ, tận dụng diện tích) Cơng trình cơng nghiệp nhà xưởng đóng tàu, lắp ráp máy bay để xe cộ lại dễ dàng Đặc điểm nhà nhịp lớn - Cơng trình nhịp lớn khơng phải cơng trình xây dựng hàng loạt mà cơng trình đơn Biện pháp giải pháp kiến trúc cấu tạo mang tính chất hồn tồn riêng biệt cho cơng trình kiến trúc đó, khó tiêu chuẩn hố định hình hóa - Kích thước cơng trình nhà nhịp lớn thay đổi phạm vi rộng Ví dụ: Nhịp nhà cơng nghiệp khoảng 50 – 100m; Xưởng lắp ráp nhà máy: L = 100 –120m, H = – 10m Xưởng đóng tàu thủy: L = 20 – 60m, H = 30 – 40m Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Vì khó có môđun thống xác định cho kết cấu nhà nhịp lớn - Kết cấu nhịp lớn chủ yếu chịu tải trọng trọng lượng than lợp nên việc giảm trọng lượng kết cấu nhiệm vụ người thiết kế Có thể giảm trọng lượng thân kết cấu cách sử dụng vật liệu thép cường độ cao, hợp kim nhôm, vật liệu mái nhẹ… hay sử dụng phương án kết cấu hợp lý (kết cấu ứng suất trước, hệ không gian, hệ mái dây…)Các dạng kết cấu chịu lực nhà nhịp lớn: hệ dầm khung, vòm cn, cupơn,mái hệ thanh, hệ treo - Kết cấu kiểu dầm, khung: thường dùng phù hợp với khơng gian thơng thường nhà hình chữ nhật - Hệ vòm: Có hình dáng kiến trúc đẹp hơn, tiết kiệm vật liệu (khi nhịp > 80m) - Hệ treo: Dùng nhịp lớn (≥ 200m), khó cấu tạo, điểm neo dây xa nên góc chết lớn, sử dụng - Cupơn: Dùng mặt nhà có hình tròn hình đa giác - Ngồi hệ kết cấu phẳng hệ kết cấu khơng gian: kết cấu chịu lực không nằm mặt phẳng mà phân bố không gian Nội lực giàn mặt phẳng mái nên kết cấu nhẹ kết cấu phẳng dáng kiến trúc đẹp Tuy nhiên việc tính tốn phức tạp hơn, thi cơng đòi hỏi độ xác cao, nên bị hạn chế sử dụng - Ngày với phát triển khoa học máy tính, thiết kế thi cơng ngày đại, việc sử dụng kết câu không gian đêm lại ưu điểm sau: +Số nút số định hình hóa lớn +Nâng cao độ cứng cho mái, độ an tồn thẩm mỹ +Giảm kích thước trọng lượng mái +Sử dụng phương pháp thi công đại Các loại kết cấu không gian: cupôn, hệ dây treo, dàn không gian, kết cấu dạng vỏ… II Các kiểu mái nhà nhịp lớn với kết cấu phẳng chịu lực Kết cấu kiểu dầm, sàn :  Phạm vi sử dụng: Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Kết cấu kiểu dầm dàn thường dùng gối tựa không chịu lực xô ngang tường, cột gách đá, cung thể thao… có mặt hình chữ nhật Kết cấu kiểu dầm có ưu điểm sản xuất đơn giản, dễ bảo dưỡng nhịp khoảng từ 35 – 40m nên sử dụng Để khắc phục nhược điểm người ta dùng kết cấu kiểm dàn  Đặt điểm: Kết cấu kiểu dầm, dàn thường dùng gối tựa không chịu lực xô ngang tường, cột gách đá, cung thể thao… có mặt hình chữ nhật nhật Kết cấu kiểu dầm có ưu điểm sản xuất đơn giản, dễ bảo dưỡng nhịp khoảng từ 35 – 40m nên sử dụng Để khắc phục nhược điểm người ta dùng kết cấu kiểu dàn dàn  Phân loại: Về hình thức: Kết cấu dàn chọn theo yêu cầu sử dụng, yêu cầu kiến trúc… chia thành dạng sau: + Dàn cánh song song (L = 60m) Chế tạo đơn giản nên sử dụng rộng rãi + Dàn cánh hình thang: Dùng dộ dốc khơng lớn + Dàn đa giác: Tiết kiệm vật liệu chế tạo phức tạp (L = 60 – 90m) + Dàn tam giác: Được dùng cần độ dốc lớn (i = 1/5 – 1/7), (L = 40 – 50m) + Dàn hình cung: Nội lực cánh gần nhau, nội lực bụng nhỏ nên tiết kiệm vật liệu Theo sơ đồ bụng: Có loại dàn sau: + Dàn tam giác (hình a, b) + Dàn hình thang (hình c) + Dàn cánh song song (hình d, e) + Dàn cánh parabon (hình f, g, h) Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Sơ đồ bụng chọn theo hình dáng dàn, tải trọng tác dụng, dạng liên kết với kết cấu c khác, có loại: Hệ bụng tam giác có đứng ( < = 450) Hệ bụng xiên ( < = 350) Hệ bụng có thêm chống phụ ( < = 350) → giảm trọng lượng dàn tăng công chế tạo  Ứng dụng: Kiểu dầm Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Kiểu dàn Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Kiểu khung: CẤU TẠO KHUNG NHÀ NHỊP LỚN  Đặc điểm: Dùng cho nhà nhịp rộng đến 120 m Tiết diện khung rỗng (hình a, b, c) đặc Khác với kết cấu đỡ mái kiểu dầm (dàn), kết cấu đỡ mái kiểu khung có xà ngang liên kết ngàm với cột Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng So với kiểu dầm, kết cấu kiểu khung có ưu điểm sau: + Trọng lượng chiều cao xà ngang nhỏ moment nhịp nhỏ + Độ cứng theo phương ngang khung lớn + Chiều cao xà ngang giảm nên tiết kiệm vật liệu làm tường giảm thể tích thừa nhà Nhược điểm kết cấu kiểu khung là: + Cột nặng kết cấu kiểu dầm + Dễ gây lực xơ ngang lớn cho móng lún lệch thay đổi nhiệt độ + Chiều cao tiết diện cột lớn nên ảnh hưởng đến không gian nhà  Phân loại: Khung đặc Nhịp thường gặp: 40->100m Chế tạo vận chuyển đơn giản Thường dùng dạng khớp chân Giảm lực sô ngang móng dùng căng đặt mặt Liên kết khớp chân dùng gối đu Khung rỗng: Nhịp thường gặp: 100->150m Dạng khớp chân nút liên kết xà với cột Dạng không khớp (tăng độ cứng), cột ngàm với móng với xà ngang Theo sơ đồ kết cấu: - Khung khớp: khớp móng đầu cột Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Nhà triển lãm Hải Phòng Kiểu hệ lưới không gian dạng vỏ:  Đặc điểm Là hệ khơng gian lớp có mặt ngồi cong theo chiều, dùng cho cơng trình có mặt hình chữ nhật nhịp đến 90m Các lưới vỏ đơn giản dạng hình thoi, bố trí thêm dọc nhà độ cứng tăng lên Độ cứng đạt giá trị lớn chi phí vật liệu có lợi bố trí thêm chéo xiên góc 45o so với dọc  Phân loại Lưới dạng vỏ trụ lớp Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Lưới dạng vỏ trụ hai lớp  Các dạng mặt lưới  Ứng dụng: Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Nhà máy Xi măng Đồng Bành – Lạng Sơn Hệ mái treo(kết cấu dây chịu lực): a Đặc điểm làm việc: - Trong Kết cấu thép nhịp lớn, hệ mái treo cho phép vượt nhịp lớn nhất, nên hệ kết cấu phù hợp với hệ mái nhịp lớn - Thành phần chịu lực chính: dây treo chịu kéo → tận dụng toàn kết cấu thép nhịp lớn vật liệu, treo thêm kết cấu cứng chịu lực - Hệ mái treo đời từ kết cấu cầu dây - Muốn để hệ dây chịu kéo phải thỏa điều kiện: + Dây phải dây mềm + Tạo trước ứng suất kéo dây + Muốn dây mềm: làm dây cáp bện từ nhiều sợi thép nhỏ có d = 0,22 – 4,5 mm tùy yêu cầu chịu lực mà chọn tiết diện dây cho phù hợp dây bện chịu lực từ 200300t Dây phải có độ võng định, khơng dây dễ bị đứt b Hệ mái treo dạng Consol: dạng đơn giản nhất, làm việc tương tự consol hệ kết cấu mái kết hợp dây kết cấu cứng - Tải trọng đặt kết cấu cứng - Hệ số dãn nở nhiệt độ tương đối lớn → vậy, gối tựa ngàm cứng mà phải liên kết khớp Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng - Khi căng dây, tải trọng mái đè xuống, làm cho kết cấu bị căng mái cong truyền tải thẳng xuống → làm consol ổn định (+) (+) (+) (-) (-) (-) coi làkhớ p Toà n bộkế t cấ u xem làhệconsol - Ưu điểm: kết cấu vừa chịu tải trọng đứng, vừa chịu tải trọng ngang nhẹ - Khi có gió dây bên chịu kéo, dây bên khơng chịu lực dâ y că ng củ a vò m lực giữổ n đònh consol 28,5m hệconsol (+) 21,75m (+) má i vò m thé p tì lê n gố i tựa là2 đầ u consol má i né n + uố n cá nh dướ i cong đểphùhợp biể u đồM (-) (khô ng m việ c) (+) Gió giữổ n đònh 12m 48m 12m Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Theùp GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Nhà thể chất trường cao đẳng dạy nghề Phú Thọ Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng c Hệ dàn treo (hệ dàn dây) Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng - Sơ đồ làm việc hệ giống dàn Yêu cầu: gối tựa phải lớn cứng Dây nối với hệ dây trung gian (giống bụng) Trong hệ kc dây, dây cong xuống dây chịu lực → cáp chịu lực hệ dây vồng lên hệ cáp căng cá p chòu lực (+) cá p chủ giố ng bụng că ng đểneo nướ c thoá t panen khung BTCT cá p că ng ng - Để hệ dàn dây chịu lực phải căng trước dây dưới, kéo tồn hệ bị căng lực căng tính tốn để sau chịu lực, tải trọng gây nén dây phải nhỏ lực căng trước dây - Khi hệ dàn dây căng làm việc hệ kết cấu cứng - Cần gia cường gối tựa để chịu lực căng lớn (lực xô ngang), neo gối tựa xuống đất d Hệ vỏ dây Hy-pa hình yên ngựa: - Là hệ kết cấu dây tạo vỏ lưới chịu lực - Tất dây chịu kéo - Vòm btct nghiêng hệ cột - Hệ dây gồm lớp dây: hệ dây dọc dây chịu lực đặt dưới, hệ dây ngang (hệ cáp căng) lớp dây đặt giao neo vào kết cấu cứng vòm btct đặt nghiêng cột bên hệ dây lợp Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng hệdâ y dọc chòu lực (đặ t dướ i) 30m hệdâ y ngang (đặ t trê n) (cá p că ng) f coä t BTCT (đặ t nghiê ng) dâ y dọc chòu lực dâ y ngang 83.4m nố i ởgiữ a thâ n vò m 120m - Chỉ cần căng trước hệ dây ngang làm hệ dây dọc căng theo toàn hệ dây bị căng - Lực căng trước phải lớn lực nén dây (nếu có) dây chịu tải ứng lực nén tải trọng sinh sau lớn ứng suất căng trước hệ dây hệ làm việc hệ vỏ cứng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng - Khoảng cách dây chừng 2m mối nối đầu dây vỏ thường điểm tiếp xúc vòm cột cột cách lớn nối thân vòm - Khi căng trước hệ dây cáp căng mà chưa có tải trọng mái gây ứng suất kéo cột nên tính tốn, cần kiểm tra cột với trường hợp - Hệ vỏ dây hệ vỏ mềm, cho phép chuyển vị lớn không bị phá hoại vậy, sử dụng vật liệu lợp cần ý đến tính mềm lợp lợp cứng bị vỡ - Độ võng dây dọc: f = (1/10 – 1/12)l - Hệ vỏ dây áp dụng cho mặt hình tròn, bầu dục hình vng, … TRUNG TÂM THỂ THAO YOYOGI, NHẬT BẢN Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Theùp GVHD: T.s Trần Quốc Hùng TRUNG TÂM THỂ THAO YOYOGI, NHẬT BẢN e Hệ mái dây treo kiểu vành bánh xe đạp: - Dùng thích hợp cho mặt hình tròn, bầu dục, đa giác - Hệ đơn giản nhất: hệ có lớp dây hệ chịu lực có lớp dây lúc lợp phải đặt dốc hướng vào → khó nước - Hệ vỏ lớp: vòng ngồi giữ nguyên lớp, vòng tách làm đôi hệ dây hệ chịu lực, hệ dây hệ cáp căng vật liệu lợp đặt cáp căng hệ mái dốc thoát nước phía ngồi - Có thể tách vòng ngồi thành lớp, vòng lớp, làm hệ dây nối từ tầng vòng ngồi nối tầng vòng ngược lại hệ đặt thêm chống cứng, làm cho hệ bị căng - Trường hợp tách vòng ngồi vòng làm đôi, tạo khối cứng đủ sức chịu lực căng dây người ta căng hệ cáp căng, nối hệ chống (sơ đồ c) Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng chòu ké o (dùlàcá p că ng, cá p chòu lực hay cá p nố i) vò ng ngoà i (chòu né n) bằ ng thé p hoặ c BTCT vò ng (+) luô n cólực ké o (bằ ng thé p) (+) > 100m Hệvỏ1 lớ p khô ng dù ng khô ng cólợi chỉcótrong lýthuyế t khóthoá t nướ c phả i cóhệthố ng thoá t nướ c Vỏ2 lớ p (vò ng tá ch đô i tạo nh khố i) chòu lực giằ ng đểđủcứ ng đểtạo lực că ng vàtạo cho hệđược giữđề u chố ng (-) khô ng dù ng khô ng cólợi chỉcótrong lýthuyế t Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng khóthoá t nướ c phả i cóhệthố ng thoá t nướ c Vỏ2 lớ p (vò ng tá ch đô i tạo nh khố i) chòu lực giằ ng đểđủcứ ng đểtạo lực că ng vàtạo cho hệđược giữđề u chố ng (-) Thoá t nướ c khô ng tố t dâ y că ng (+) Thoá t nướ c khô ng toá t choá ng (-) - Thanh chống để tạo lực căng tạo cho hệ giữ → hệ giải nước khó khăn - Hệ dây ln ln chịu kéo dù cáp căng hay chịu lực, dây nối liên hệ dây (sơ đồ d) - Ngoài có hình dạng: vòng ngồi, vòng tách đơi dùng chống phía (sơ đồ e) - Nhưng sơ đồ d e thường không áp dụng nước khơng tốt • Hình giới thiệu giải pháp dây vượt nhịp lớn: - Dùng dây vượt độ 26m thay hệ xà gồ, làm xà gồ 26m phải hệ dàn xà gồ → nặng nề - Hệ chịu lực hệ vòm mặt, vượt độ 180m - Dùng hệ dây căng chéo (mỗi bên sợi), hệ dây có tác dụng làm giảm lực xô ngang h lên gối tựa đảm bảo đủ chiều cao sử dụng công trình • Cách phân biệt hệ vỏ cứng hệ vỏ mềm (hệ vỏ dây): - Hệ vỏ dây: chống lực tác dụng bất ngờ (đột biến) cho phép biến dạng lớn lợp trượt lên - Hệ vỏ cứng: có tác dụng lực động → hệ dễ bị hỏng Tieåu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Hệvò m phụ (đểtạo vỏtrò n ở2 đầ u hồ i) Hệdâ y lớ p (thay cho hệxàgồ ) vậ t liệ u lợp x 26 26m 26 286m 30m vò m mặ t dâ y că ng (că ng ché o) H 14m H đủsửdụng khô ng đủ 180m gố i tựa đủchòu H ... giằng, làm việc khơng gian kết cấu không lớn Để khắc phục nhược điểm người ta dùng kết cấu không gian cho nhà nhịp lớn Kết cấu không gian kết cấu mà cấu Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD:... luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Tiểu luận: Chuyên Đề Kết Cấu Thép GVHD: T.s Trần Quốc Hùng Kiểu khung: CẤU TẠO KHUNG NHÀ NHỊP LỚN  Đặc điểm: Dùng cho nhà nhịp rộng đến... kích thước vòm: L_ nhịp vòm; f_ Độ cong; f/L = 1/5 – 1/6 (theo điều kiện kinh tế); f/L = 1/2 – 1/5 (theo điều kiện kinh tế) Nhà thi đấu Phú Thọ III Kiểu kết cấu nhịp lớn không gian Khái niệm: Các