Tài liệu kết cấu thép – Full trọn bộ bài giảng, giáo trình

Để nội lực trong hệ phân bố đều hơn có thể dùng các phương án bố trí gối liên hợp khác nhau: dùng thêm hệ dây văng (H.. Các thanh của kết cấu mái lưới không gian được làm bằng thép các b[r]

Chơng 2: kết cấu thép nhà nhịp lín

Đ2.1 phạm vi sử dụng đặc điểm kết cấu nhà nhịp lớn

Nhà nhịp lớn nhà có khoảng cách cột theo phơng ngang lớn (thơng thờng ≥ 40m) nhằm mục đích hạn chế số lợng cột bên nhà Kết cấu nhà nhịp lớn đợc dùng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Trong cơng trình dân dụng nh rạp hát, nhà triển lãm, sân vận động, nhà ga, nhà thi đấu, chợ …Trong cơng trình cơng nghiệp nh gara tơ, hăngga máy bay, xởng đóng tàu, xởng lắp ráp máy bay …

Kết cấu nhà nhịp lớn có đặc điểm sau:

 Cơng trình nhịp lớn khơng phải cơng trình xây dựng hàng loạt mà các cơng trình đơn chiếc, u cầu kiến trúc cao để phù hợp với tính năng cơng trình

 Kích thớc cơng trình thay đổi phạm vi rộng Nhịp nhà công nghiệp thay đổi từ 50100m, Xởng lắp ráp máy bay có nhịp 100120m, chiều cao 10m, Xởng đóng tàu có nhịp 20  60m, chiều cao 30 40m Hình dáng phong phú phục vụ nhu cầu riêng nên khó có mơ đun điển hình Do vậy phải triệt để điển hình hố cấu kiện thiết kế

 Kết cấu nhà nhịp lớn chủ yếu chịu tải trọng trọng lợng thân tấm lợp Việc giảm trọng lợng kết cấu nhiệm vụ ngời thiết kế Để giảm trọng lợng thân ngời ta sử dụng cách sau: sử dụng vật liệu thép cờng độ cao, dùng hợp kim nhôm, dùng vật liệu lợp mái nhẹ nh tôn mỏng, chất dẻo, vải bạt …, dùng kết cấu ứng suất trớc, hệ không gian dùng mái dây

KÕt cÊu chÞu lùc chÝnh nhà nhịp lớn bao gồm dạng sau: Kết cấu phẳng chịu lực: hệ dầm, hệ khung hệ vòm

o Kết cấu kiểu dầm khung thích hợp với mặt hình chữ nhật

o Hệ vịm có hình dáng kiến trúc đẹp, tiết kiệm vật liệu, hợp lý sử dụng v-ợt nhịp ≥80m

Kết cấu không gian chịu lực: Hệ không gian, cupôn, mái dây

o H khụng gian đợc cấu tạo từ dàn phẳng đan chéo nhau, chịu lực theo phơng nên tiết kiệm vt liu

2 Đ Nhà nhịp lớn với kết cấu phẳng chịu lực

1 Kết cấu kiểu dầm, dàn

Kt cu kiu dm dàn đợc dùng cơng trình cơng cộng nh rạp hát, nhà văn hố, cơng trình thể thao … có mặt hình chữ nhật Nhịp kết cấu kiểu dầm dàn 40  90m, thông thờng ngời ta sử dụng dàn nhiều dầm

Kết cấu kiểu dầm sử dụng tơng đối nhà nhịp lớn, nhịp chúng khoảng 35 40m Kết cấu kiểu dầm có u điểm: sản xuất đơn giản, dễ bảo dng

Kết cấu dầm mái sân trợt băng châu âu xây dựng năm 1969, mặt 100x73m kê cột cao 12m; dầm dạng hộp 700x4300, dầm phụ theo phơng ngang nhà.

Kết cấu sân trợt băng nghệ thuật

4

Hănga máy bay nhịp 60m

Lựa chọn hình dáng dàn phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, yêu cầu kiến trúc cũng nh yêu cầu khác (thông gió, chiếu sáng ) Hình dáng dàn dàn cánh song song, dàn hình thang, dàn đa giác, dàn tam giác dàn cánh cung

Dn cỏnh song song (hình a, b): dùng cho nhà mái có độ dốc nhỏ. o Sơ đồ đơn giản liên tục L  60m

o RÊt nhiỊu nót gièng nhau, chiều dài bụng

o Chiều cao dàn h=(1/8  1/14)L với dàn đơn giản, h=(1/10  1/18)L với dàn liên tục (giảm 1520% so vi dn n gin)

Dàn hình thang (h×nh c, d):

o Độ dốc cánh phù hợp với yêu cầu độ dốc mái o i = 1/12  1/15

o Chiều cao dàn h=(1/8  1/12)L với dàn đơn giản, h=(1/10  1/15)L với dn liờn tc

Dàn đa giác (hình e):

o TiÕt kiÖm vËt liÖu, chÕ tạo phức tạp o Dùng cho nhà nhịp có L = 60 90m Dàn cánh cung (hình i, k):

o Nội lực phân bố hợp lý o Vợt nhịp lớn L = 60  100m

o Dàn cánh cung có dạng parabơn (hình k) cho tiết diện cánh dới cánh nhau, độ ổn định dàn tăng trọng tâm dàn hạ thấp  Dàn tam giác (hình g, h):

o Dùng tải trọng nhỏ độ dốc i = 1/5  1/7

o Cấu tạo từ hai nửa dàn liên kết với căng dùng L=4050m; Chiều cao dàn h=(1/6  1/9)L

o Cấu tạo từ hai dàn cánh song song có căng đứng dùng L  90m, chiều cao dàn h=(1/6  1/10)L, chiều cao dàn cánh song song h=(1/12  1/20)L

ViÖc lùa chän hƯ bơng cđa dµn phơ thc vµo hình dạng dàn, vào tải trọng tác dụng phụ thuộc vào kết cấu khác liên kết vào dàn

Hệ bụng đợc lựa chọn cho trọng lợng dàn công chế tạo nhất. Trong nhà nhịp lớn hay sử dụng hệ bụng tam giác có bổ sung đứng, hệ bụng xiên Góc hợp lý bụng với cánh trọng hệ bụng tam giác 45o hệ bụng xiên 35o Do nhịp lớn, chiều cao dàn lớn, chiều dài bụng lớn, để giảm chiều dài tính tốn mặt phẳng bụng cánh d ới, ngời ta sử dụng hệ chống phụ (hình d, e) việc làm tăng công chế tạo nhng giảm trọng lợng dàn Trong dàn cánh cung, nội lực bụng không lớn, việc dụng hệ bụng chéo (làm việc chịu kéo) tiết kiệm vật liệu so với hệ bụng tam giác

Dàn nhịp lớn cần phải tính tốn độ võng dàn tĩnh tải hoạt tải tiêu chuẩn gây Độ võng cho phép 1/250 L Để giảm độ võng dàn, ngời ta cấu tạo độ vồng xây dựng dàn Độ vồng xây dựng dàn lấy tổng độ võng tĩnh tải tiêu chuẩn nửa hoạt tải tiêu chuẩn gây ra.

Tiết diện dàn đợc lựa chọn cho dễ cấu tạo nút, dễ liên kết với kết cấu khác Khi lựa chọn tiết diện dàn cần ý:

 Chiều cao tiết diện dàn không vợt (1/8 1/10) chiều dài để giảm ứng suất phụ độ cứng nút

 Khi nội lực cánh thay đổi nhiều cần đổi tiết diện thanh, cố gắng để chỗ đổi tiết diện nút khuyếch đại dàn

 Độ lệch tâm thay đổi tiết diện không vợt 1,5% chiều cao tiết diện chữ H, chữ thập chữ T, không vợt 4% cho tiết diện chữ I tiết diện kín Nếu độ lệch tâm lớn phải kể đến tính tốn

6

Tính toán dàn nhịp lớn tiến hµnh nh víi dµn thêng

2 KÕt cÊu khung

Dùng để phủ mái có nhịp 40 m - 150 m Thờng có loại: khung đặc khung rỗng

Khung hai khíp có căng dới 1 Xà ngang; Thanh căng; CÇu trơc treo

Để giảm mơ men uốn xà tải trọng thẳng đứng, thiết kế cho độ cứng đơn vị xà cột xấp xỉ nhau, tỷ lệ chiều cao tiết diện xà nhip 1/30 - 1/40

 Khung rỗng: Tiết diện xà cột dạng rỗng Dùng cho nhịp từ 100 m- 150 m , sơ đồ kết cấu khung hai khớp khung khụng khp

Ưu khuyết điểm kết cấu khung:

- Trọng lợng bé kết cấu dàn dầm nhịp - Độ cứng lớn kết cấu dàn dầm nhịp

- Chiều cao xà ngang nhỏ kết cấu dàn dầm nhịp - ChiỊu cao tiÕt diƯn cét lín

8 2.1 Kết cấu khung đặc nhà nhịp lớn

 Nhịp thờng gặp: 40  100m (hợp lý: L = 40  50m)  Chế tạo vận chuyển đơn giản

 Thêng dïng d¹ng khíp ë ch©n

 Giảm lực xơ ngang móng dùng căng đặt mặt dới

 ChiÒu cao tiÕt diƯn xµ ngang: h = (1/30  1/40)L Liên kết khớp chân cột dùng gối đu

2.2 Kết cấu khung rỗng nhà nhịp lớn

Nhịp thờng gặp: L = 100 150m

Dạng khớp: chân nút liên kÕt xµ víi cét

 Dạng khơng khớp (tăng độ cứng), cột ngàm với móng với xà ngang  Xà ngang: h = (1/12  1/20)L

 Chiều cao cột: hc = d (khoảng cách nút dàn xµ ngang)

2.3 đặc điểm cấu tạo nút khung tính tốn khung nhịp lớn Đặc điểm cấu tạo: góc khung (nút) có ứng suất tập trung:

10

TÝnh to¸n:

Mơ hình hố cấu kiện phần tử thanh, đặt vào trục cấu kiện. + Khung đặc: liên kết theo sơ đồ ngàm cứng nút, khớp ngàm ở chân cột

+ Khung rỗng: tạo thành hệ nh dàn, đợc tính tốn nh dàn có kể đến biến dạng tất thanh;

Phơng pháp tìm nội lực:

+ Lực, chuyển vị nh môn học kết cấu

+ Chơng trình phần mềm tính toán kết cấu Sap

3 kÕt cÊu vßm

3.1 Giíi thiƯu vỊ kÕt cÊu vßm

Kết cấu mái vịm sân vận động

KÕt cÊu m¸i vòm nhiều nhịp ga tàu hoả Phạm vi sử dơng:

12  Các kích thớc vịm: nhịp L, mũi tên võng f f - phụ thuộc vào điều kiện sử dụng, kiến trúc, kinh tế Tỷ số lợi f/L = 1/5 - 1/6 Khi f tăng giảm đợc mômen lực dọc vòm Do điều kiện kiến trúc, tối đa lấy f/L = 1/2 - 1/5

 Đặc điểm: lực xô ngang lớn phải tạo kết cấu chịu lực xơ ngang nh dây căng; khung chịu xơ ngang.

 C¸c kiĨu vßm:

- Vịm khớp: loại dùng phổ biến, tiết kiệm đợc vật liệu, tỷ lệ vùng chịu mơmen bé ít, mơmen phân bổ tơng đối dẫn tới tiết diện chọn đợc hợp lý, chịu ảnh hởng nhiệt độ lún gối tựa

- Vịm khớp: mơmen phân bổ khơng dẫn tới lãng phí vật liệu, hệ kết cấu tĩnh định, lắp dựng khó khăn phải tạo nút khớp, không chịu ảnh h ởng nhiệt độ lún gối tựa Nội lực chân vòm lớn

- Vịm khơng khớp: hệ siêu tĩnh bậc 3, nội lực nhỏ dẫn tới tiết kiệm đ ợc vật liệu, chịu ảnh hởng lớn nhiệt độ lún gối tựa

- Biểu đồ mô men loại chịu tải phân bố đều.

1 Biểu đồ mơmen vịm khớp; biểu đồ mơmen vịm hai khớp; 3 biểu đồ mơmen vịm khơng khớp

1 Đờng giả thiết ban đầu; đờng cong gió; 3 đờng trung bình; trục vịm thiết kế

3.2 Đặc điểm cấu tạo kết cấu vòm

Tỷ lƯ hỵp lý: f/L=1/51/6

 Vịm đặc: tiết diện , cánh song song, tổ hợp hàn

1

( )

50 80

h  L

; h không lớn 2m - Nhịp thờng gặp: L=50 60m

- Chế tạo thành đoạn vận chuyển 9m Vòm rỗng: h = (

14

- Tiết diện thân vòm rỗng

Liên kết khớp cấu tạo đơn giản, sử dụng phản lực gối không lớn Cấu tạo gồm lăn mặt trụ đợc liên kết trực tiếp với chân vòm, thớt dới thép bản, đợc liên kết với móng Con lăn tì ép vào thớt dới đợc giữ cố định bulơng neo bố trí theo trục vịm để khơng ngăn cản xoay chân vịm

Liên kết khớp đợc tính theo điều kiện ép mặt lăn vào thớt dới. Chiều dày lăn đợc tính theo điều kiện chịu uốn.

Liên kết khớp cối dung phản lực gối lớn Cấu tạo gồm hai mặt vỏ trụ cứng tiếp xúc với nhau, bulông neo gắn cố định cối dới với móng Để tăng cứng cho chân vịm, vị trí truyền lực, chân vịm đợc gia cờng sờn cứng

Liên kết khớp đu dùng phản lực gối lớn Cấu tạo khớp đu bao gồm thớt trên dới, hai thớt đợc bố trí trụ đặc Vịm đợc gắn vào thớt bu lông, thớt dới rộng thớt để bảo đảm điều kiện ứng suất truyền vào móng nhỏ hon

cờng độ chịu nén móng Thớt dới liên kết với móng bulơng neo tránh trờng hợp gió bốc gây kéo cho chân vòm

Khớp đỉnh vòm dùng khớp khớp đu, vịm nhẹ dùng khớp đỉnh dạng bu lông

Cấu tạo liên kết dạng gồm hai thép đặt dọc theo trục vòm (không làm cản trở xoay tiết diện) cho phép truyền đợc lực dọc, thép đợc mở rộng để tạo liên kết với hệ giằng

16

3.3 Tính toán vòm - T¶i träng sau:

+ tải trọng đứng trọng lợng thân vòm lớp mái; + tải trọng gió;

+ Nhiệt độ;

+ dịch chuyển gối (trờng hợp cã thĨ s¶y ra)

- Phơng trình đờng cong vịm đờng parabol, cung trịn, đờng cong hình elíp + Phơng trình đờng cong vịm parabol có dạng sau: y=4 f

l2 x (l − x )

- Néi lùc:

Mx= Md - H.y; Nx= Qd.sin + H.cos; Qx= Qd.cos - H.sin H: lực xơ ngang; y: tung độ trục vịm (ymax = f)

: gãc tiÕp tun (trơc vßm víi ph¬ng ngang)

Md, Qd: mơ men lực cắt dầm đơn giản nhịp

Với vòm khớp giải phơng pháp học kết cấu học, tính với hệ siêu tĩnh bậc X1 = H = −

Δ1 p δ11

;

11 chuyển vị hệ theo híng lùc t¸c dơng X1 = 1p chuyển vị theo hớng X1 dới tác dụng tải trọng Vòm rỗng: 11=

i=1 n N

i2× li

E × Ai ; Δ1 p=∑ i=1

n N

i× Nip×li E× Ai

N

_

i ; Nip - nội lực thứ i vòm lực đơn vị tải trọng gây hệ

a) Với vòm hình parabol, hai khớp chịu tải phân bố tồn nhịp : Lực xơ ngang: H=ql

2

8 f ; Lùc däc: N= ql2

8 f

cos α ;  - gãc nghiªng víi tiÕp tun cđa cung vßm; tg α=4 f (l −2 x)

l2

b) Với vịm hình parabol, hai khớp chịu lc tập trung: M đợc tính hiệu M dầm liên kết hai đầu khớp chịu tải tập trung M sinh lực xơ ngang H đ ợc tính cơng thức sau: H=0 , 625 Pab

fl (1+ ab

l2 )

a,b - khoảng cách từ lực tập trung P tới gối trái gối phải vòm

c) Với vịm hình parabol, hai khớp chịu tải phân bố nửa nhịp:

Lùc x« ngang: HA=HB=ql

16 f ; Phản lực đứng: RA=

8ql ; RB= 8ql Mx= Md - H.y; Nx= Qd.sin + H.cos; Qx= Qd.cos - H.sin

Md, Qd: mô men lực cắt dầm đơn giản nhịp chịu tải trọng phân bố nửa nhịp

d) Vòm hai khớp với ứng suất thay đổi nhiệt độ

σ =± ,937 Eαth f

t - chênh lệch nhiệt độ; h - chiều cao tiết diện vòm ;

e) Với vòm không khớp chịu tải trọng tËp trung P

g) Với vòm rỗng cánh song song: Nội lực vịm xác địnhbằng cách phân mômen, lực dọc cho cánh, lực cắt cho bụng chịu sau có Mx; Nx; Qx

Xác định lực dọc cánh: Ne=Nxìa 2ì h ±

Mx h

Trong bơng xiªn: D= Qx

cos ( β − α) Trong bụng đứng: V = Qx

cos

h - khoảng cách trọng tâm hai cánh;

a - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm cánh đối diện;

,  - đợc mơ tả nh hình vẽ

18 - Vịm đặc: tính theo điều kiện chịu uốn

- Vòm rỗng: đợc tính nh dàn thờng

ổn định tổng thể vịm theo phơng ngồi mặt phẳng uốn đợc đảm bảo các hệ giằng ngang, chống dọc hệ xà gồ Khoảng cách điểm cố kết khơng bố trí vợt q từ 16-20 lần chiều rộng cánh vòm

Lực tới hạn ổn định mặt phẳng làm việc vòm đặc chịu tác dụng của lực dọc với ảnh hởng mômen không đáng kể đợc xác định nh sau:

Nth=π

EIx

μ2S2

S - chiÒu dài nửa vòm;

EIx - Độ cứng vòm 1/4 nhÞp;

 - hệ số chiều dài tính tốn, kể đến độ cong vịm, phụ thuộc sơ đồ vòm tỷ số f/l

Điều kiện ổn định vịm Nth

N >1,2 ÷ 1,3

§ giíi thiƯu kÕt cÊu mái không gian nhà nhịp lớn

Đặc điểm: dạng mái có kết cấu mà trục phận chịu lực không nằm trong

mt mặt phẳng truyền lực theo hai phơng, nội lực đợc dàn mặt mái, nên mái nhẹ có hình dáng kiến trúc đẹp so với kết cấu phẳng

Gåm hai lo¹i: hƯ lới không gian phẳng hệ lới không gian dạng vỏ 1 Hệ lới không gian phẳng hai líp

Dùng cho cơng trình nhịp nhỏ (l< 30 m), nhịp vừa( l = 30-60m) nhịp lớn L > 60 m

a) Các dạng sơ đồ bố trí hệ thanh

Hệ mái tạo dàn phẳng giao nhau, đặt theo hai hướng: trực giao (a), chéo (b); đặt theo ba hướng (c,d) Tuỳ theo cách bố trí mà cánh hợp với để tạo nên mạng lưới hình vng, tam giác lục giác

Hình 1.1 Sơ đồ mái gồm dàn thẳng đứng giao nhau

a), b) - bố trí dàn theo hai hướng; c), d) - bố trí dàn theo ba hướng

Hệ mái ghép đơn nguyên định hình dạng hình chóp mặt, mặt mặt Các

cách ghép tạo nên dàn đặt chéo mái

Hinh 1.2 Sơ đồ mái ghép các đơn nguyên hình tháp

a), b) - từ đơn ngun hình chóp mặt; c) - từ đơn nguyên

20

b) Lựa chọn sơ đồ bố trí thanh: phụ thuộc dạng mặt mái, cỡ nhịp, sơ đồ bố trí gối kê,

cấu tạo nút liên kết thanh, dạng tiết diện

Mái có lưới hình vng ( H 1.1, a), có đơn ngun hình chóp mặt (H 1.2, a,b) dùng hợp lý mặt mái hình vng, mái chữ nhật tỉ số cạnh < 1: 0,8 làm việc mái theo hai hướng gần

Mái có mặt hình chữ nhật tỉ số cạnh > 1: 0,8 nên dùng mái gồm dàn đặt chéo góc 45o so với chu vi (H 1.1,b,c), với đơn nguyên chóp mặt (H 1.2,c) Mái có cánh tạo nên lưới hình vng (H 1.1,a),với đơn ngun hình chóp mặt (H 1.2,a,b) hình chóp mặt (H 1.2,d) bị biến hình nên khơng chịu mơmen xoắn Vì cấu tạo mái có sơn cần bố trí cho phần sơn chịu uốn ngang

Mái có cánh tạo nên hình tam giác (H 1.1,c), từ đơn ngun hình chóp mặt (H 1.2, c) tạo nên hệ lưới khơng gian có tính bất biến hình độ cứng tăng, thích hợp cho dạng mặt hình dạng phức tạp có phận làm việc dạng sơn Tuy nhiên phức tạp chế tạo dựng lắp

H

Hình 1.3 Một số phương án bố trí gối tựa cho mặt hình vng tam giác

a) - góc, b), d) - sơn góc; c), e) - theo chu vi; g), h) - dạng consơn xung quanh; i) - thành hệ nhiều nhịp (với gối tựa bên trong)

c) Bố trí gối tựa

Đặc điểm hệ mái lưới không gian phương diện kết cấu gối tựa bố trí vị trí bất kỳ, nhiên chúng bố trí theo nguyên tắc sau:

+ Theo yêu cầu bố trí kiến trúc;

+ Đảm bảo tốt tính làm việc không gian kết cấu, cho nội lực phân bố mặt mái tốt;

Khi bố trí gối tựa góc tạo sơn góc (H 1.3,a,b), khu vực gối tựa có nội lực lớn, nội lực phân bố không mặt mái Để khắc phục điều phân bố phản lực gối lên số phương án (H 1.4), (H 1.5)

Hình 1.4 Các phương án mở rộng gối tựa

a)- gối thông thường; b) - dùng thêm chống xiên; c) - đặt thêm cứng; d) dùng gối đỡ dạng khơng gian.

Hình 1.5 Thí dụ cách mở rộng gối tựa

a) - dùng chống xiên; b) - dùng thêm cứng.

Bố trí nhiều gối tựa theo chu vi (H 1.3, c, e) bước cột nhỏ (hoặc dầm giằng

đầu cột - bước cột lớn) cho nội lực phân bố mặt mái

Bố trí gối tựa tạo nên vùng sơn chung quanh mái với nhịp sơn lc = (0,2 - 0,25)l (H.1.3, g, h) làm giảm nội lực cho vùng có hiệu kinh tế

Bố trí dạng nhiều nhịp (H 1.3, i) mơmen gối làm giảm nội lực nhịp, nhiên

khơng gian sử dụng giảm chi phí cột tăng

22

Hình 1.6 Các phương án kết cấu gối đỡ liên hợp

a),b)- dùng hệ dây văng; c), d)- hệ dây treo; e)- tạo hệ dàn gối; h) - gối tựa lên vòm. d) Kích thước hình học mái, tiết diện vật liệu làm thanh

- Kích thước hình học mái

+ Nhịp l mái có độ lớn tuỳ theo yêu cầu bố trí kiến trúc; + Chiều cao dàn h = (1/15 - 1/30) l ;

+ Góc ngiêng xiên so với phương nằm ngang  = 400 - 500 ; + Chiều dài thanh: Thông thường chiều dài dàn a = 1,2 - m

- Tiết diện thanh

+ Tiết diện hình ống loại dùng nhiều cả, so với tiết diện tổ hợp từ thép góc đều cánh có độ mảnh tiết diện thép ống tiết kiệm khoảng 15 % trọng lượng thép;

+ Tiết diện thép góc đơn tổ hợp;

+ Tiết diện định hình mỏng dập nguội ( vng, chữ nhật chữ  ).

+ Chiều dầy thép làm không nhỏ 2,5 mm; thép ống dùng nhỏ nhất 48x2,5 mm; thép góc nhỏ L 50x3 mm L 63x40x3 mm

Các loại tiết diện lấy theo bảng thép hình có sẵn

Độ mảnh giới hạn thanh

+ Đối với chịu nén lấy theo bảng

B ng ả Độ ả m nh gi i h n c a nénớ ủ

Các Độ mảnh giới hạn

1.Thanh cánh, xiên, đứng nhận trực tiếp phản lực gối tựa thép ống tổ hợp từ thép góc

2.Các khác:

- thép ống, thép góc đơn tổ hợp từ thép góc - thép góc đơn dùng liên kết bulông

180- 60

210-60 220- 40

Ghi chú:  = N/(Af); N- lực nén thanh; A- diện tích tiết diên nguyên thanh; f- cường độ tính tốn thép;   0,5 - hệ số uốn dọc

B ng ả Độ ả m nh gi i h n c a kéoớ ủ

Các Độ mảnh giới hạn chịu tải trọng Động trực tiếp tĩnh cầu trục Thanh cánh, xiên, đứng

nhận trực tiếp phảnlực gối tựa Các khác

250

350

400

400

250

300

Khi thiết kế sơ bộ, sau xác định chiều dài thanh, dựa theo độ mảnh giới hạn ( nên lấy nhỏ chút so với giá trị giới hạn) định trước tiết diện

- Vật liệu làm

Các kết cấu mái lưới không gian làm thép bon thơng thường, có giới hạn chảy từ 240 đến 290 N/ mm2

e) Nút liên kết thanh

- Nút mã có hình dạng khác nhau: Loại thường dùng liên kết thanh dàn thép góc, thép hình, định hình mỏng khác Chúng có cấu tạo đơn giản Các liên kết với mã bulông đường hàn Bản mã tạo

thành cách dập hàn rời với để tạo nên hình dạng cần thiết theo

24

Hình 1.7 Bản mã sản xuất cách dập 1 mã; lỗ dập lõm để định vị lắp

Hình 1.8 Nút dàn từ thép hàn a) Chữ thập cắt mộng ; b) Chữ thập hàn

.Một số qui định nút liên kết dạng mã

+ Thép dùng làm mã lấy loại với thép dàn;

+ Chiều dầy mã phải có độ dầy lớn độ dầy mm; chiều dầy tối thiểu mã mm;

+ Đường trục phải giao điểm, kể đến mômen lệch tâm;

+ Liên kết với mã dùng bulông cường độ cao đường hàn góc + Tại mã dùng liên kết hàn, khoảng cách cánh với bụng, đầu cánh bụng với mép mã không nhỏ 20 mm (H 1.9);



- Nút cầu ( dạng Mero- Đức)

Nút cầu dạng Mero dùng để liên kết dàn thép ống Loại dùng phổ biến ta

+ Các chi tiết nút cầu bulơng gồm: cầu thép có lỗ ren, bulơng cường độ cao, ống lồng (đóng vai trị êcu), vít chí (hoặc chốt) bắt vào rãnh ống lồng, đầu côn bịt đầu ống ( H.1.10)

Hình 1.10 Cầu thép liên kết với bulông - Vật liệu thép cho liên kết

+ Cầu thép dùng thép CT45 14Mn2Si1 có cường độ tính tốn f = 3650 daN/cm2; + Bulơng cường độ cao dùng thép có lớp độ bền 8.8; 10.9; 12.9 thép hợp kim 40Cr;

- Đường kính cần thiết cầu thép xác định theo điều kiện sau: + Theo điều kiện bu lông không chạm cầu:

+ Để đủ diện tích tiếp xúc ống lồng mặt cầu (2 ống lồng kề không chạm nhau)

- Xác định khả chịu lực kéo bulông cường độ cao tính theo cơng thức sau:

[N]blc ≤ An ftb Trong đó:

[N]blc - khả chịu lực kéo thiết kế;

26 ftb = 0,7fub- cường độ chịu kéo tính tốn bulông sau gia công nhiệt, fub cường độ kéo đứt tiêu chuẩn thép làm bulông,

An - diện tích tiết diện tịnh bulơng (trừ giảm yếu ren) mm2 ,

Đối với làm việc chịu nén (trong tổ hợp tải trọng) đường kính cần thiết bulơng giảm đi, diện tích tiết diện ống lồng phải kiểm tra

theo điều kiện chịu nén làm việc ép mặt ống lồng với mặt phẳng cắt vát cầu theo

lực nén tính tốn

Đầu dàn liên kết với đầu (H 1.12,a) bịt đầu (mặt bích -H 1.12,b) Khi đó, độ bền đường hàn nối đầu (hoặc mặt bích) với dàn độ bền tiết diện ngang đầu côn phải độ bền dàn Bề rộng bh của đường hàn lấy theo chiều dầy dàn từ 2- mm Chiều dầy bịt đầu phải lấy theo khả chịu lực thực tế (thí nghiệm), chiều dầy thành ống t  mm chiều dầy bịt đầu tt ≥ 1/5 đường kính ngồi ống thép

Hình 1.12 Chi tiết đầu côn ống bịt đầu dàn. a) đầu côn; b) bịt đầu ( mặt bích).

- Nút cầu rỗng, hàn

Hình 1.13 Nút cầu rỗng thép

a) - cầu rỗng khơng có sườn; b) - cầu rỗng có sườn

Cầu rỗng thường dùng liên kết thép ống với cầu đường hàn. Vật liệu thép làm cầu thép bon thấp thơng thường, thép bon cán nóng dùng xây dựng”, thép 16Mn

Khi xác định đường kính ngồi cầu rỗng, khoảng cách a mặt dàn cạnh a ≥ 10 mm (H 1.14) Theo điều kiện sơ xác định đường kính cầu theo cơng thức:

D = ( d1 + 2a + d2 )/  Trong đó:

d1, d2 - đường kính ngồi ống thép cạnh tạo thành góc ;  - góc tạo ống thép cạnh (rad).

g) Nút gối

Nút gối phải cấu tạo cho kết cấu làm việc sơ đồ tính, truyền lực tin cậy có cấu tạo đơn giản

Đối với gối đỡ chịu lực nén dùng số sơ đồ cấu tạo sau:

1 Gối đỡ lực nén dùng gối phẳng (H 1.15, a, b), loại dùng cho dàn lưới có nhịp nhỏ

Hình 1.15 Gối đỡ nhịp nhỏ.

a) - dàn thép hình; b) - dàn thép ống.

2 Gối đỡ chịu nén có thớt cong (H 1.16, a, b), dùng cho dàn lưới có nhịp trung bình

Hình 1.16 Gối đỡ chịu nén có thớt cong

a) bulông định vị đặt trục trọng tâm khơng có trụ thép nối với cầu giữa; b) bulông định vị đặt không trọng tâm có trụ thép giữa.

30

Hình 1.17 Gối đỡ chịu nén có thớt cong

4 Gối đỡ chịu nén bán cầu (H 1.18) dùng cho dàn nhịp lớn có nhiều gối đỡ.

Hình 1.18 Gối đỡ chịu nén bán cầu.

h) Tính tốn dàn lưới không gian dạng phẳng Xác định tải trọng

- Tải trọng tác dụng lên kết cấu dàn lưới gồm : tải trọng thường xuyên (trọng lượng thân dàn, lớp lợp, lớp cách âm, cách nhiệt ), tải trọng tạm thời (hoạt tải mái, tải trọng gió ), tải trọng thi cơng, dựng lắp Tất tải trọng tổ hợp tải trọng phải tuân theo qui định “ TCVN 2737 - 1995 Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế ” - Tải trọng thân dàn xác định sau sơ chọn tiết diện dàn - Khi tính đưa tải trọng thành lực tập trung đặt nút

Độ võng khống chế:

- dàn mái nhà : l2 / 200; - dàn sàn nhà : l2 /300

Với l2 nhịp tính tốn (thường cạnh ngắn mái)

Tính tốn nội lực dàn nhờ phần mềm máy tính.

Khi tính nội lực đưa tải trọng thành lực tập trung đặt nút, giá trị lực tập trung tính theo diện chịu tải nút

3.2 Hệ không gian dạng vỏ

V mt lớp hệ khơng gian lớp, có mặt ngồi cong theo chiều, dùng cho các cơng trình có mặt hình chữ nhật nhip đến 90m Yếu tố định làm việc vỏ kết cấu gối đỡ cấu tạo hệ lới

Nếu hệ gối đỡ bố trí liên tục dọc theo vỏ trụ L, trường hợp vỏ trụ làm việc giống vòm với nhịp B, bề rộng thân vòm lấy phụ thuộc cấu tạo hệ lưới dọc theo thân vỏ;

Nếu vỏ trụ tựa lên hệ gối đỡ (cột) bốn góc vỏ, trường hợp vỏ trụ làm việc theo sơ đồ dầm chịu uốn với nhịp L;

Hệ lới hình thoi có cấu tạo đơn giản, có số lợng lớn chi tiết cấu kiện giống nhau, thông thờng đợc sử dụng cho vỏ trụ làm việc theo kiểu hệ vòm Trong tr ờng hợp góc  hợp lý đợc lấy từ (45o-60o) Ngợc lại, trờng hợp vỏ trụ làm việc theo sơ đồ dầm với nhịp L yêu cầu  < 30o.

Hệ lới hình thoi sờn ngang sử dụng hợp lý cho trờng hợp vỏ trụ làm việc theo kiểu vòm, sờn ngang tạo thành vòm cung làm tăng độ ccứng cho vòm giảm đợc chi phí vật liệu, sờn ngang đóng vai trị hệ giằng

Hệ lới hình thoi có sờn dọc sử dụng hợp lý trờng hợp làm việc vỏ trụ theo kiểu dầm chịu uốn, sờn dọc làm tăng thêm độ cứng cho vỏ

Hệ lới có sờn dọc ngang sử dụng hợp lý vỏ trụ có kích thớc L/B <2

32 Là loại kết cấu không gian có mặt cong chiều

Mặt thờng dùng: - Tròn

a) Cấu tạo cu pôn sờn

 Gồm sờn đặt hớng tâm, tựa vành chân đỉnh

 nửa sờn hớng qua tâm tạo nên vòm, nên thực chất cupơn vịm đặt theo phơng bán kính

Các vòm liên kết với xà gồ vµ gi»ng

 Vành chân (vành đáy) chịu lực xơ vịm nên chịu kéo

 Vành đỉnh chịu nén xoắn (nên tạo cứng đủ để đảm bảo chịu lực)  Sờn đặc rỗng

34 b) TÝnh to¸n cu pôn sờn

b.1) Tải trọng:

Tĩnh tải: trọng lợng thân cupôn, lớp mái, hệ giằng, xà gồ Hoạt tải: Hoạt tải m¸i, giã

Do tính chất tải trọng, cupơn chịu tải trọng đ ợc chia thành hai thành phần: Tải trọng đối xứng Tải trọng không đối xứng.

b.2) Tính cupơn sờn chịu tải trọng đối xứng

Do tính chất tải trọng đối xứng, sờn chịu tải nh nhau, với diện tích truyền tải tơng ứng với vịm, nên chia cupơn thành vịm riêng rẽ để tính

 Sơ đồ tính: thay ảnh hởng vành căng qui ớc, cho biến dạng theo phơng đờng kính vành biến dạng đàn hồi căng:

Δv=Δth Khi đợc sơ đồ vịm khớp có căng

Sơ đồ tính vịm với căng qui ớc 2

Với sờn đặt tơng đối dày đặc nên thay lực xơ ngang H chân vòm bằng tải trọng phân bố p

Diện tích tiết diện căng quy ớc: - Với cupôn sờn có vành gối hình tròn:

Ath=2 × π × Av× Ev n × Eth

; n: số lợng sờn cupôn - Với cupôn sờn có vành gối hình đa giác:

Ath=4 ×r × Av× Ev

lk× Eth

sin2ϕ

2 ; lk - chiỊu dµi cạnh đa giác; - góc hai sờn TÝnh néi lùc:

- HƯ cã Èn sè lµ lực căng

b.3) Tớnh tốn cupơn sờn chịu tải trọng khơng đối xứng (Chịu tải trọng gió)

 Sơ đồ chịu tải trọng gió: chia làm vùng. - Vùng II vùng I V chịu tải trọng đối

xứng nên không gây chuyển vị cho cupôn - Vùng I vùng III chịu tải trọng không đối xứng hớng nên gây chuyển vị cho cupôn

 Phơng pháp tính: vịm nằm vùng có tải trọng khơng đối xứng (I III ) đợc quy vòm tơng đơng đặt vào trọng tâm vùng

Lu ý:

- Tải trọng gió tác dụng lên vịm tơng đ-ơng gồm hai thành phần: thành phần gió hút đỉnh đối xứng, thành phần gió chân vịm khơng đối xứng (TCVN 2737:1995 tải trọng tác động);

- Khi xét đến làm việc tổng thể cupôn, vòm nằm cung II IV ngăn cản chuyển vị ngang đứng đỉnh vòm, nên bố trí gối đàn hồi tại đỉnh vịm

 Sơ đồ tính:

Víi Jtd=J ×∑ i=1 m

cos i

J : mô men quán tính vßm

ϕi : góc vịm i so với vòm tơng đơng

m: số vòm vùng chịu tải trọng không đối xứng

 Néi lùc:

Nội lực vòm = Nội lực vòm tơng đơng  cos ϕ

36 d) cu pôn sờn vòng

Giống cu pôn sờn nhng xà gồ vòng làm nhiệm vụ: - Đỡ mái

- Tham gia chịu lực giống nh vành chân

Liờn kt sn vũng vi sờn hớng tâm thờng dùng khớp  Xà gồ vòng có tiết diện đặc rỗng (dạng dàn)  Tính tốn:

- Vành chân nh sờn vịng đợc thay quy ớc cho vòm phẳng - Về sơ đồ tính: hệ có nhiều ẩn số

e) cu pôn lới

e.1) Đặc điểm cấu tạo

Là dạng kết cÊu vá líi

 Kết cấu gồm sờn hớng tâm, xà gồ vòng chéo, thép ống, liên kết khớp nút

 Nội lực chủ yếu lực trục (Mcb bé)  Nội lực dàn bề mặt cu pơn

 NhĐ nhÊt lo¹i kĨ Cấu tạo nút phức tạp

Mặt chia ô theo nhiều dạng: a sờn, xà gồ

thanh chéo

b chia ô hình chám

c chia ô kiểu

4 đặc điểm kết cấu mái dây (kết cấu mái treo)

38

 ¦u ®iĨm:

- Kết cấu chịu lực dây, nội lực chủ yếu kéo - Dùng đợc vật liệu có cờng độ cao (b = 12  14 T/m2) - Trọng lợng thân nhỏ

- Dễ chế tạo, dựng lắp vận chuyển, vợt nhịp lớn - Hỡnh dỏng c bit

Nhợc điểm:

- DƠ biÕn d¹ng:

+ chuyển vị động học tải trọng + chuyển vị đàn hồi dây co dãn

- Tèn kÐm vÒ kÕt cÊu gèi tựa (thờng cao, lớn) - Khó thoát nớc

Biện pháp khắc phục biến dạng:

- ng lực trớc cho dây lợp mái để giảm chuyển vị đàn hồi  Phạm vi ứng dụng:

- Các dạng thờng gặp:

+ Hệ dây lớp + HƯ d©y líp + HƯ d©y trùc giao + Hệ hỗn hợp

4.1 Hệ mét líp d©y

Hệ mái dấy lớp dùng vợt nhịp từ 70-100m, dây đợc neo vào hệ gối cứng, vành cứng Gồm hai loại, dây mềm cáp dây cứng bằn thép hình

a) HƯ mét líp d©y mỊm: Thêng dïng cho mái có mặt hình chữ nhật, hình tròn

 Gèi cøng ë biªn

song song cđa mặt

bằng; gồm dầm biên

tựa vào khung cứng

Đây kết cấu chịu

lực chính, mái

liên kết với

với dây làm tăng độ

cøng cho hÖ

 Để dễ thoát nớc mái: từ dây đầu hồi đến dây căng dần tạo độ dốc phớa u hi

Khi lợp mái thờng gia tải cho dây dÃn, chèn mạch mái, bỏ tải dây co lại, nén mái vào tạo cứng cho mái (đây phơng pháp ứng lùc cho d©y)

40

Mét số dạng liên kết tấm

mái bêtông cốt thép với

hệ dây mái

4.2 Tính toán dây mềm không dÃn

Tỷ lệ hợp lý dây: f

l=

1 10÷

1

20 ; nÕu

f l>

1

10 dây trùng;

f l<

1

20 dây căng  Khi f

l ≥

1

20 bỏ qua biến dạng đàn hồi

 Vì vị trí dây có M=0, phơng trình cân tiết diện x nh sau: Mx - Hy = => y = Mx / H

 Lực kéo dây vị trí x: Tx=Q2x

+H2

- Mmax; Qx vị trí x đợc xác định nh dầm đơn giản. - Lực kéo lớn dây: Tmax=√V2+H2

V: phản lực đứng gối tựa

H: Ph¶n lùc ngang ë gèi tùa: H=Mmax

f

 Với tải trọng phân bố đều, chiều dài dây ld đợc xác định theo:

H=l× D ld

2

−l  ld=l(1+

8 f2

3l2)  D=∫

l

Q2xdx D: đặc trng tải trọng (tra bảng 2.2 SGK)

42

 Líp võng xuống lớp chịu lực

Lp vng lên dây căng (lớp dây ổn định)

 Các chống chịu nén (có kéo nh sơ đồ sau)

4.4 KÕt cÊu mái dây trực giao (mái yên ngựa)

Đợc hình thành từ lớp dây vuông góc nhau: - Dây võng xuống dây chủ - chịu lực - Dây vồng lên dây căng

Tựa, liên kết, neo vào gối cứng vành (hoặc dầm biên)

44 4.5 kết cấu hỗn hợp dây cứng

ỏp ng nhu cu không gian rộng  Xà đợc treo dây vào cột trụ  Giảm mô men xà nhiều lớp dây