Giàn lới không gian thép là loại kết cấu mới đợc áp dụng nhiều trong thời gian gần đây. Kết cấu giàn lới không gian hay còn đợc gọi là giàn cấu trúc tinh thể. ở nớc ta kết cấu này đã đợc nghiên cứu và
đa vào ứng dụng cho một số công trình nhà thi đấu, nhà tập luyện, sân vận động, nhà triển lãm...
Đặc điểm nổi bật của loại kết cấu này là gồm một hệ thống các thanh liên kết theo một cấu trúc không gian làm cho kết cấu có độ cứng không gian và độ cứng chống xoắn cao.
Kết cấu giàn lới không gian đợc tạo nên bởi nhiều cấu trúc giống nhau (gọi là cấu trúc tinh thể) nên dễ mô dun hoá, thuận lợi cho chế tạo và lắp dựng.
Do cấu tạo thanh và nút giàn khác nhau mà trên thế giới hiện nay có nhiều kiểu giàn lới. Các kiểu giàn lới không gian nổi tiến trên Thế giới gồm có: giàn MERO (Đức), giàn UNISTRUT (Hoa Kì), giàn SPACE DEST (Anh), giàn NODUS (Canada), giàn TRIODETIC (Canada), giàn IFI (Đức), giàn SNIISK (Nga), giàn OKTAPLATT (Đức), giàn HARLEY (Uc). Trong các kiểu giàn này thì giàn MERO đang đợc sử dụng nhỉều hơn cả. ở nớc ta giàn MERO đang đợc dùng chủ yếu. Trên hình 24 là hình ảnh Nhà biểu diễn đa năng tại thành phố Đà Nẵng có kết cấu mái là giàn lới không gian thép kiểu MERO. Trên hình 27 là hình ảnh cấu trúc tinh thể giàn lới không gian thép dạng nút cầu đặc – loại đang đợc dùng phổ biến ở nớc ta.
Hình 24: Nhà biểu diễn đa năng Đà Nẵng - kết cấu mái giàn lới không
gian thép nhịp 160m - Ưu điểm của kết cấu giàn lới không gian thép :
Độ cứng không gian lớn, có thể vợt nhịp lớn, chiều cao kết cấu bé;
Có thể bố trí mặt bằng linh hoạt theo yêu cầu sử dụng; Mô đun hoá, công xởng hóa cao ;
Độ siêu tĩnh cao, không bị phá hoại cục bộ.
- Nhợc điểm của kết cấu giàn lới không gian thép :
Chế tạo khó, đặc biệt là các nút;
Yêu cầu độ chính xác cao, cần có công nghệ riêng để sản xuất;
Cha có tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật.
- Công nghệ chế tạo
Công nghệ chế tạo kết cấu giàn lới không gian thép kiểu MERO đợc chia làm các khâu nh sau:
Chế tạo nút giàn
Nút cầu đặc liên kết bulông là chi tiết quan trọng của kết cấu giàn lới, đòi hỏi phải đợc chế tạo đảm bảo chất lợng cao cả về vật liệu và thông số hình học.
Thép để chế tạo nút cầu đặc liên kết bulông tuân thủ theo yêu cầu thiết kế, thông thờng sử dụng loại C45N. Phôi cầu đợc chế tạo bằng đúc hoặc rèn. Phơng pháp rèn đợc a chuộng hơn vì thờng cho chất lơng phôi tốt hơn.
Các mặt phẳng liên kết với thanh và các lỗ ren có thể đợc tạo bằng máy gia công kim loại vạn năng, nhng phơng pháp này thờng cho sản phẩm có độ sai lệch lớn. Hiện nay khi công nghệ gia công kim loại đã phát triển ở mức cao, nên công tác gia công tạo mặt liên kết và các lỗ ren thờng đợc thực hiện trên máy gia công kim loại điều khiển tự động bằng vi tính ( công nghệ CNC).
Hình 25: Cấu trúc tinh thể tứ giác
Hình 26 : Cấu tạo thanh và nút cầu đặc liên kết bulông
1- phần ống 2- Đầu côn 3- bulông cờng độ cao 4- đai ốc 5- lỗ chốt 6- liên kết hàn
Chế tạo thanh giàn
Thanh giàn nh đợc thể hiện trên hình 26 gồm có phần ống (1), đầu côn (2), bulông cờng độ cao (3) và đai ốc (4). Bộ phận ống của thanh giàn (1) đợc liên kết với đầu côn (2) bằng mạch hàn (6). Đai ốc đợc tạo rãnh để chốt vào bulông cờng độ cao bằng các chốt tại các lỗ chốt (5).
Việc chế tạo bulông cờng độ cao và đai ốc đợc thực hiện theo quy trình kỹ thuật riêng, tuân thủ theo các tiêu chuẩn riêng về cơ khí.
Công tác chế tạo thanh giàn bao gồm chế tạo ống, đầu côn và liên kết hai bộ phận này lại bằng liên kết hàn.
Đầu côn có thể đợc chế tạo theo phơng pháp tiện hoặc rèn. Chế tạo đầu côn theo phơng pháp rèn tốn ít vật liệu thép hơn phơng pháp tiện.
Việc liên kết hàn các ống với đầu côn là công tác hết sức quan trọng vì ngoài việc đảm bảo tính năng chịu lực của cấu kiện còn phải đảm bảo độ đồng tâm của thanh và độ chính xác về chiều dài của thanh. Trờng hợp khi thanh ống yêu cầu chống ăn mòn cao cần phải mạ kẽm cả mặt trong lẫn mặt ngoài của ống thì việc liên kết này phải đợc thực hiện bằng công nghệ hàn đặc biệt. Một số hãng sử dụng công nghệ hàn laze để chế tạo các kết cấu giàn lới không gian kim loại.
- Thi công lắp dựng kết cấu giàn lới không gian thép
Lắp ráp kết cấu giàn lới không gian tức là công việc liên kết các bộ phận thanh giàn và nút giàn để đợc toàn bộ kết cấu giàn lới không gian hoặc một phần giàn. Thông thờng sau khi chế tạo xong các chi tiết của giàn thì tiến hành lắp ráp thử giàn tại xởng. Tại công trình trớc khi lắp dựng giàn vào vị trí theo thiết kế ngời ta tiến hành lắp ráp giàn hoặc từng phần của giàn. Sau khi bộ phận giàn đợc lắp ráp và kiểm tra mới đợc vận chuyển lắp dựng lên công trình. Cũng có trờng hợp ngời ta tiến hành lắp ráp từng thanh kết cấu giàn lới không gian ngay tại vị trí trên công trình. Trờng hợp này gọi là phơng pháp lắp rời trên cao.
Công tác lắp ráp giàn lới không gian nên đợc tiến hành theo trình tự từ trung tâm ra biên và theo thứ tự : lớp dới thanh bụng lớp trên. Công tác lắp dựng giàn lên công trình có thể đợc tiến hành theo 1 trong 4 cách sau: 1) Lắp rời từng thanh, 2) Cẩu lắp từng phần giàn, 3) Cẩu lắp toàn giàn, 4) Lắp dựng bằng cách chuyển trợt.
9)Kết cấu thép ống
Kết cấu thép ống là loại kết cấu sử dụng hệ thanh thép dạng ống đ- ờng kính lớn. Kết cấu thép ống có khả năng vợt nhịp rất lớn, ví dụ sân vận động Quốc gia Hoa Kì Đình sử dụng các ống thép có đ- ờng kính D = 1080mm để làm hệ giàn vợt nhịp 153m. Loại kết cấu này tạo đợc hình dáng kiến trúc đẹp nhng việc tính toán và cấu tạo nút phức tạp. ở nớc ta kết cấu thép ống mới đợc sử dụng hạn chế. Kết
cấu này đợc dùng tại sân vận động Quốc gia Hoa Kì Đình và đang thiết kế làm mái che khán đài của sân vận động Quảng Ninh.
Hình 27: Sân vận động quốc gia Mỹ Đình - kết cấu thép ống nhịp 153m
1.2 Vật liệu thép