BÀI 4 KẾT CẤU MÁI NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG THÉP
3. Đặc điểm tính toán dàn mái
a. Sơ đồ dàn mái nhà công nghiệp:
Dàn vì kèo là kết cấu đỡ mái của nhà công nghiệp, hình dạng và liên kết phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng và yêu cầu công nghệ. Dàn thường có dạng sơ đồ tam giác,
có cánh song song (h.1.24).
Đối với nhà dùng tấm lợp nhẹ yêu cầu có độ dốc thoát nước lớn dùng dàn dạng tam giác; các nhà lợp bằng panel, dùng dàn dạng hình thang (h.1.24).
Hình 1.24. Các dạng dàn vì kèo
Liên kết giữa dàn vì kèo và cột có thể là liên kết khớp hoặc liên kết cứng tùy thuộc vào hình dạng của dàn vì kèo. Khi dùng dàn tam giác chỉ có thể là liên kết khớp, dàn hình thang hoặc dàn có cánh song song có thể là liên kêt khớp hoặc liên kết cứng. Mặt khác liên kết giữa kèo và cột cũng ảnh hưởng đến độ cứng của khung, khi khung
Bài giảng kết cấu nhà thép _ 40 _
Bộ môn : Xây dựng dân dụng & công nghiệp
một nhịp có độ cứng ngang bé nên dùng liên kết cứng; khi khung nhiều nhịp thường dùng liên kết khớp để cho tiện thi công.
Độ dốc i của dàn vì kèo phụ thuộc vào vật liệu lợp. Với mái tôn hoặc phibroximang, dùng i=1/5-1/3 giúp cho việc thoát nước nhanh. Tuy nhiên với tôn có chiều dài không hạn chế thì có thể giảm đến độ dốc tối thiểu, độ dốc này ứng với chiều cao tối thiểu của dàn.
Nhịp danh nghĩa của dàn là khoảng cách giữa 2 trục định vị. Nhịp của dàn vì kèo thường chọn theo modul thống nhất, khi dàn nhỏ hơn 18m dùng bội số của 3m, khi nhịp lớn hơn dùng bội số của 6m. Như vậy dàn vì kèo có nhịp L=12m, 15m, 18m, 24m, 30m, 36m, 42m; trong một số điều kiện cụ thể có thể dùng nhịp L=21m, 27m, 33m.
Nhịp tính toán thực tế của dàn là khoảng cách giữa hai trọng tâm truyền phản lực gối tựa : Ltt = L - 2(ht -a);.
Chiều cao của dàn phụ thuộc vào nhịp và độ dốc của mái, ngoài ra nó còn được chọn theo điều kiện khác như điều kiện chuyên chở, điều kiện kinh tế, và các điều kiện liên quan đến công nghệ. Thông thường chiều cao giữa dàn của dàn cánh song song và dàn hình thang chọn trong khoảng H=(1/10-1/8)L. Với dàn tam giác chiều cao của dàn phụ thuộc vào độ dốc. Chiều cao đầu dàn được xác định bởi chiều cao giữa dàn và độ dốc i, thông thường lấy H0 =(1/20-1/15)L. Để thống nhất dàn hình thang chiều cao đầu dàn thường lấy H0=2,2m; chiều cao này có tính đến điều kiện liên kết cứng giữa xà và cột. Đối với mái có độ dốc i=1/5-1/3 có thể dùng dàn dạng hình thang nhọn có chiều cao đầu dàn H0=0,45m.
Góc nghiêng hợp lý của thanh bụng vào khoảng 35-550. Có thể dùng hệ thanh bụng tam giác, hệ tam giác có thanh đứng, hệ thanh xiên, hệ thanh dàn phân nhỏ…Khoảng cách d giữa các nút dàn(khoang dàn) phụ thuộc vào kích thước tấm lợp, thông thường chọn bằng 3m cho mái lợp panel, bằng 1,2-2,0m cho mái lợp tôn.
Khi cấu tạo hệ thanh bụng của dàn hình thang cho mái nặng lợp panel cần chú ý đến hướng của thanh xiên đầu dàn. Tính từ gối vào phía trong nhà, thanh xiên đầu dàn
có thể hướng lên phía trên hoặc hướng xuống phía dưới. Khi thanh xiên hướng lên, gối đầu dàn (truyền phản lực vào cột) là nút dưới của dàn và khoang đầu tiên của cánh
Bài giảng kết cấu nhà thép _ 41 _
Bộ môn : Xây dựng dân dụng & công nghiệp
dưới rộng 6m, do vậy chiều rộng của hệ giằng dọc nhà là 6 m, tạo lên độ cứng của giằng lớn, dẫn đến sự làm việc không gian của nhà tốt hơn. Kiểu này phù hợp cho nhà
có yêu cầu độ cứng ngang lớn, sức trục lớn. Khi thanh xiên hướng xuống, gối truyền lực là nút trên của dàn, chiều rộng khoang dàn đầu tiên của cánh dưới là 3m, chiều rộng giằng dọc nhà là 3m, sự làm việc không gian kém đi. Tuy nhiên, do gối giàn là nút trên nên khi lắp dàn, trọng tâm dàn sẽ ở phía dưới hai gối và dàn sẽ ổn định, khó bị lật. Kiểu này thích hợp cho nhà có cầu trục nhỏ hoặc không có cầu trục. Hệ thanh bụng của dàn được bố trí để các nút trùng với vị trí đặt tải, là vị trí liên kết giữa dàn với xà
gồ hoặc chân panel.
b. Tải trọng tác dụng lên dàn
Tải trọng tác dụng lên dàn bao gồm tải trọng do trọng lượng mái, tải trọng này phụ thuộc vào cấu tạo mái, trọng lượng dàn và hệ giằng, trọng lượng cửa trời, trần treo
và các thiết bị trên trần.
Hoạt tải gồm hoạt tải sửa chữa, cầu trục treo (nếu có). Ngoài ra nếu mái dùng tấm lợp nhẹ phải kể thêm tải trọng gió lên mái.
Tất cả các tải này được dồn về thành tải tập trung ở nút dàn, trường hợp khoang dàn rộng hơn bề rộng tấm lợp, lực tác dụng đặt ngoài nút, khi tính nội lực thanh cánh trên cần tính thêm mômen cục bộ; có thể dùng hệ thanh dàn phân nhỏ để tránh mômen cục bộ cho thanh cánh trên.
Tải trọng do cầu trục gây ra( cầu trục treo) phải tính tải Dmin, Dmax theo như cầu trục bình thường.
Ngoài ra nếu dàn liên kết cứng với cột, nên khi tính dàn phải tính đến mômen tác dụng đầu dàn do liên kết cứng sinh ra. Mô men này được phân phối thành ngẫu lực H=M/h0, có phương nằm ngang đặt tại nút trên và dưới của dàn.
Tải trọng tác dụng lên dàn:
Tải trọng thường xuyên: trọng lượng bản thân của các lớp mái, của dàn và hệ giằng, của kết cấu cửa trời;
Hoạt tải sửa chữa mái đặt 1/2 dàn và cả dàn;
Hoạt tải gió;
Hoạt tải do cầu trục treo trên dàn;
Bài giảng kết cấu nhà thép _ 42 _
Bộ môn : Xây dựng dân dụng & công nghiệp
Mômen đầu dàn do liên kết cứng sinh ra. Mômen đầu dàn được phân thành
ngẫu lực
0
H M
H có phương nằm ngang đặt tại nút trên và nút dưới đầu dàn;
c. Cách xác định nội lực dàn
Nội lực dàn được xác định theo phương pháp thông thường của cơ học kết cấu. Khi tính với hoạt tải sửa chữa mái cần tính với hai tổ hợp tải trọng, hoạt tải nửa dàn và hoạt tải toàn dàn, nhằm tìm nội lực nguy hiểm cho thanh bụng và thanh cánh của dàn.
Cũng nhằm mục đích như trên, khi tính với mô men đầu dàn, cần chọn hai
tổ hợp mômen có trị số lớn nhất gây nén cánh dưới và cặp mô men gây xoắn làm tăng nội lực các thanh bụng. Đối với mái nhẹ cần tính tải trọng gió bốc mái. Lúc này hệ số vượt tải của trọng lượng bản thân lây bằng 0,9.
dàn liên kết cứng chịu tải trọng
dàn liên kết khớp chịu tải trọng dàn liên kết khớp chịu mômen đầu dàn
Hình 1.25. Đưa sơ đồ dàn liên kết cứng về sơ đồ tính dàn liên kết khớp
Các giả thiết khi tính toán nội lực dàn:
Trục các thanh đồng qui tại tim nút dàn, lực đặt trực tiếp vào nút dàn.
Xem nút dàn là khớp
Giải thích lý do tính toán 3 trường hợp hoạt tải mái, tính các cặp mômen đầu dàn;
Hình 1.26. Cặp mômen đầu dàn gây nội lực nguy hiểm cho thanh cánh dưới (nén)
Bài giảng kết cấu nhà thép _ 43 _
Bộ môn : Xây dựng dân dụng & công nghiệp
Hình 1.27. Cặp mômen đầu dàn gây nội lực nguy hiểm cho thanh bụng giữa dàn
Hình 1.28. Cặp mômen đầu dàn gây nội lực nguy hiểm cho thanh cánh trên (nén) và
cánh dưới (kéo)
Hình 1.29. Hoạt tải chất toàn bộ gây nội lực lớn nhất cho thanh cánh
Hình 1.30. Hoạt tải chất nửa dàn gây nội lực lớn đối với thanh bụng ở giữa dàn
Bài giảng kết cấu nhà thép _ 44 _
Bộ môn : Xây dựng dân dụng & công nghiệp