Bài giảng môn học Kết cấu công trình: Kết cấu mái

Moân hoïc: KEÁT CAÁU COÂNG TRÌNH Ngaønh: Kieán truùc-Quy hoaïch

KẾT CẤU MÁI

KHOA XAÂY DÖÏNG, TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KIEÁN TRUÙC TP.HCM

1.KHÁI QUÁT

1.1. Yêu cầu của kết cấu mái - Đủ khả năng chịu lực (tải trọng mái, gió)

- Bền vững lâu dài

- Cách nhiệt, chống thấm, chịu được mưa nắng, có độ dốc thoát nước mưa

- Có hình dạng phù hợp kiến trúc công trình

- Thi công dễ dàng, giá thành hợp lý 1.2. Phân loại kết cấu mái a. Mái phẳng và

mái không gian

1.KHÁI QUÁT

1.2. Phân loại kết cấu mái b. Mái nặng và mái nhẹ

 Mái nặng: kết cấu mang lực mái bằng BTCT hoặc thép.

Bản mái BTCT đúc tại chỗ hoặc đúc sẵn

 Mái nhẹ: kết cấu mang lực mái bằng thép hoặc gỗ.

Mái lợp ngói hoặc các vật liệu nhẹ (tôn, tấm nhựa, ...)

2. MÁI BTCT - Toàn khối, lắp ghép, bán lắp ghép

- Mái phẳng, mái vỏ mỏng không gian - Mái bằng (i  1/8), maùi dốc (i > 1/8) 2.1. Mái toàn khối - Ưu điểm: khả năng chống thấm cao, tạo độ cứng không gian lớn cho công trình

- Bản có sườn (bản dầm, bản kê bốn cạnh), hoặc bản không sườn. -Lớp cách nhiệt (dày 100150mm), vữa chống thấm (daøy 1520mm), gạch laù nem - Tính toán bản mái toàn khối: tương tự sàn toàn khối. 2.2. Mái lắp ghép - Có xà gồ hoặc không có xà gồ

- Các lớp cấu tạo: gạch lá nem, bêtông chống thấm, lớp cách nhiệt, panen mái (1,5x6m; 3x6m)

- Hệ kết cấu mái bao gồm: panen mái, xà gồ, dầm mái, vòm, dàn mái, kết cấu đỡ dàn, ...

3. DầM MÁI BTCT

Thích hợp cho nhịp dưới 18 m; nếu dùng ứng lực trước thì nhịp ≥ 24 m 3.1. Đặc điểm cấu tạo





- Hình dạng: một mái dốc, hai mái dốc, cánh thượng cong. - Độ dốc mái: 1/12 ÷ 1/8 - Tiết diện: chữ T hoặc I

1 10

1 15

  

 l  





Chiều cao giữa dầm

h 1

1 20

1 35

  

 l  

hay lấy h1=80cm Chiều cao đầu dầm

-Hình dạng: một mái dốc, hai mái dốc, cánh thượng cong.

3. DầM MÁI BTCT

Caùc loaïi daàm maùi

3.1. Đặc điểm cấu tạo

3. DầM MÁI BTCT -Khi chiều cao dầm lớn khoét lỗ bản bụng (hình tròn, đa giác) để giảm trọng lượng bản thân. Không khoét lỗ ở khu vực gối tựa và chỗ có lực tập trung.

-Bản bụng: dày ≥ 80 mm -Cánh nén: b’c = 200 ÷ 400 mm ; bảo đảm điều kiện ổn định khi chế tạo, cẩu lắp và chiều sâu gối tựa tối thiểu của panen mái. -Cánh kéo: bc = 200 ÷ 250 mm ; phụ thuộc việc bố trí cốt thép chịu kéo trong dầm và cường độ của dầm khi buông cốt thép ứng lực trước.

-Ở đầu dầm, bản bụng được mở rộng (bằng bề rộng cánh hạ) để chịu phản lực gối tựa và đảm bảo liên kết đầu dầm với đầu cột.

-Dầm có nhịp trên 15m phải đặt thép ứng lực trước để tránh những vết nứt đáng kể xuất hiện trong dầm.

-Lỗ bản bụng được gia cố để tránh nứt do tập trung ứng suất.

-Khi dầm có chiều cao lớn, chịu tải tập trung lớn cấu tạo các sườn đứng (cách khoảng 3m) để đảm bảo ổn định cho bản bụng.

Hình daùng vaø boá trí coát theùp trong daàm maùi öùng löïc tröôùc nhòp 18m

3. DầM MÁI BTCT

3.2. Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc

- Sơ đồ tính: dầm đơn giản kê tự do hai đầu

-Tải trọng: trọng lượng bản thân dầm mái, trọng lượng panen mái và các lớp cấu tạo, hoạt tải sửa chữa, tải trọng của cầu trục treo (nếu có), vv...

-Tiết diện cần diện tích cốt thép dọc chịu kéo lớn nhất có thể không phải ở chính giữa nhịp dầm (nơi có Mmax), mà thường cách gối tựa một đoạn x = (0,350,4)l ; hoặc có thể ở dưới chân cửa mái.

-Tính toán cốt đai, cốt xiên

-Tính toán độ võng

4. Vòm mái BTCT

PVSD: mái nhà nhịp trên 18m; khi nhịp trên 36m thì vòm kinh tế hơn dàn

4.1. Đặc điểm cấu tạo

Sơ đồ kết cấu:

-Vòm ba khớp: lắp ghép từ hai nửa vòm

-Vòm hai khớp: thường có thanh căng

-Vòm không khớp: thường thi công toàn khối, tựa trên móng và truyền lực ngang xuống móng

Có thể tận dụng các kết cấu ở hai bên để chịu lực xô ngang của vòm.

Vòm hai khớp có thanh căng (phổ biến trong kết cấu nhà cửa)





Độ vồng (mũi tên vòm)

1 5

1 8

  

 l  

)





fx (4 l 2 l

Trục hợp lý của vòm khi chịu tải phân bố đều Thực tế: vòm chịu tải trọng lệchcó moment uốn. Để định hình hóa và đơn giản cấu tạo lấy trục vòm là đường tròn khi vòm thoải (f ≤ l/5).

4. Vòm mái BTCT

4.1. Đặc điểm cấu tạo





1 30

1 40

  

 l  

 Tiết diện vòm: chữ nhật hoặc chữ I, với

 Để thanh căng không bị võng bố trí thanh treo cách khoảng 4 ÷ 6 m.

Tiết diện thân vòm và số thanh treo trong vòm

Nhịp vòm, m

Chiều cao h, cm

40 ÷ 45

45 ÷ 50

50 ÷ 60

60 ÷ 70

70 ÷ 75 75 ÷ 80 80 ÷ 85

Chiều rộng b, cm

20 ÷ 25

25 ÷ 30

25 ÷ 30 30 ÷ 35 30 ÷ 35

Số lượng thanh treo

 Thân vòm: cấu tạo như cấu kiện nén (hoặc kéo) lệch tâm.

 Thanh căng: thép hình, thép tròn, BTCT (ứng lực trước).

4. Vòm mái BTCT

Hình daùng vaø boá trí coát theùp trong voøm maùi nhòp 36m

Concrete arch bridges combine the compression capacity of concrete to arch over a river with the tension capacity of steel to tie the ends of the arch together. This photo is the Wilson River Bridge, the first concrete tied-arch bridge in America, built in 1931 on Oregon’s Pacific coast highway.

4. Vòm mái BTCT

4.2. Một số biện pháp xử lý lực xô ngang ở chân vòm 4.3. Khái niệm tính toán vòm

-Tải trọng: tĩnh tải, hoạt tải đặt ở nửa vòm, hoạt tải đặt ở cả vòm, tải trọng cầu trục treo vv... Khi nhịp lớn phải xét co ngót và từ biến của bêtông

-Xác định nội lực vòm hai khớp có thanh căng: xem sách

-Tính toán và cấu tạo cốt thép:

Sô ñoà tính toaùn voøm hai khôùp oThân vòm: cấu kiện chịu nén (hoặc kéo) lệch tâm. Chiều dài tính toán l0 bằng 0,58 S (vòm ba khớp); 0,54 S (vòm hai khớp) hoặc 0,36 S (vòm không khớp); với S là chiều dài trục vòm

oThanh căng: cấu kiện chịu kéo đúng tâm.

5. DAØN THEÙP

5.1. Hình daïng daøn vì keøo

. Daøn hình thang

Daøn tam giaùc

Daøn hình thang moät maùi doác

daøn tam giaùc coâng son

daøn tam giaùc coù thanh caêng

. Daøn ña giaùc - caùnh cung

Hình 5.6. Daøn coù caùnh song song

Daøn coù caùnh song song 1 maùi doác

Daøn maùi raêng cöa

Daøn coù caùnh song song 2 maùi doác, moät thanh caêng

Yeâu caàu choïn hình daïng daøn vì keøo

 Phuø hôïp vôùi yeâu caàu söû duïng  Thoûa maõn yeâu caàu kieán truùc vaø vieäc thoaùt nöôùc maùi  Kích thöôùc vaø caùch boá trí cöûa trôøi  Caùch lieân keát daøn vôùi coät, taïo ñöôïc keát caáu maùi vaø coâng trình coù ñuû ñoä cöùng  Kinh teá (tieát kieäm vaät lieäu , deã gia coâng cheá taïo vaø döïng laép) a. Daøn tam giaùc chæ coù theå lieân keát khôùp vôùi coät, ñoä cöùng ngoaøi maët phaúng

khoâng lôùn

khoâng phuø hôïp bieåu ñoà moment uoán: noäi löïc caùc thanh cheânh leäch nhieàu, moät soá thanh buïng chòu neùn nhoû nhöng chieàu daøi lôùn neân tieát dieän phaûi choïn theo ñoä maûnh giôùi haïn  laõng phí vaät lieäu

Söû duïng hôïp lyù cho maùi caàn ñoä doác lôùn (ngoùi,tole)

5. DAØN THEÙP

5.1. Hình daïng daøn vì keøo

b. Daøn hình thang Ñoä doác maùi nhoû (taám lôïp laø panen BTCT) Khaù phuø hôïp bieåu ñoà moment uoán, noäi löïc caùc thanh hôïp

lyù hôn

Nhieàu öu ñieåm veà maët caáu taïo: goùc giöõa caùc thanh khoâng

quaù nhoû, chieàu daøi thanh khoâng quaù lôùn

Chieàu cao ñaàu daøn lôùn deã lieân keát cöùng vôùi coät  taêng

ñoä cöùng coâng trình

c. Daøn caùnh song song  Caùc thanh cuøng loaïi daøi baèng nhau, coù nhieàu maét gioáng

nhau  deã thoáng nhaát hoùa veà maët caáu taïo

 Laøm daøn caàu, daøn ñôõ keøo, thaùp, truï, caàn caåu, . . .  Naëng

5. DAØN THEÙP

5.1. Hình daïng daøn vì keøo d. Daøn ña giaùc vaø daøn caùnh cung

Raát phuø hôïp bieåu ñoà momnet uoán, phaân boá noäi löïc caùc thanh hôïp lyù, khoâng cheânh leäch nhieàu neân soá loaïi thanh ít tieát kieäm vaät lieäu

Caùnh treân bò gaõy khuùc hoaëc uoán cong neân cheá taïo khoù chæ

duøng khi nhòp khaù lôùn.

5.2. Heä thanh buïng

5. DAØN THEÙP

5.3. Kích thöôùc chính cuûa daøn

•a. Nhòp daøn (L)

boäi soá cuûa 3m khi L< 18m; boäi soá cuûa 6m khi L> 18m daøn thöôøng (tieát dieän 2 theùp goùc): L = 18; 24; 30; 36m

•b. Böôùc daøn (B)

Khoaûng caùch caùc daøn trong coâng trình, thöôøng duøng B = 6m

•c. Chieàu cao daøn

daøn hình thang vaø daøn caùnh song song

hgiöõa daøn = (1/8  1/10) L ; hñaàu daøn = (1/15  1/20) L

daøn tam giaùc: tuøy ñoä doác caùnh treân, khi maùi doác 220 ñeán 400 hgiöõa daøn= (1/4  1/3) L, neáu ñoä doác nhoû hôn (lôïp tole) thì laøm chieàu cao ñaàu daøn 450mm.

5. DAØN THEÙP

5.3. Kích thöôùc chính cuûa daøn

•d. Khoaûng caùch nuùt (maét) daøn

Maùi coù xaø goà: d = khoaûng caùch xaø goà (1,5  3 m) Maùi lôïp taám panen BTCT: d = bpanen = 1,5  3 m Caùnh döôùi: a= 3  6 m (daøn tam giaùc)

a = 6 m (daøn hình thang)

5. DAØN THEÙP

5.3. Kích thöôùc chính cuûa daøn

•e. ñoä voàng xaây döïng (ñoä voàng caáu taïo)

•Thöôøng fxd=1/200 L  khöû bôùt ñoä voõng cuûa daøn khi chòu taûi

5.4. Heä giaèng khoâng gian Daøn maûnh theo phöông ngoaøi maët phaúng  deã maát oån ñònh.  Caùc daøn caàn giaèng laïi vôùi nhau  taïo khoái khoâng gian oån ñònh  Heä giaèng caùnh treân, heä giaèng caùnh döôùi, heä giaèng ñöùng

xem baøi: Keát caáu nhaø coâng nghieäp moät taàng 21

HEÄ GIAÈNG CAÙNH TREÂN

g ùn ö ñ g èn a i g

HEÄ GIAÈNG CAÙNH DÖÔÙI

HEÄ GIAÈNG ÑÖÙNG

A-A

5. DAØN THEÙP

5.4. Heä giaèng khoâng gian

Heä giaèng trong maët phaúng caùnh treân Goàm caùc thanh cheùo chöõ thaäp vaø caùc thanh choáng doïc nhaø. Thanh cheùo chöõ thaäp boá trí ôû hai ñaàu khoái nhieät ñoä, neáu khoái nhieät ñoä quaù daøi thì boá trí theâm ôû khoaûng giöõa khoái sao cho khoaûng caùch giöõa chuùng khoâng quaù 5060 m. Thanh choáng doïc coá ñònh nhöõng nuùt quan troïng cuûa daøn: nuùt ñænh daøn, nuùt ñaàu daøn, nuùt döôùi chaân cöûa trôøi. Taùc duïng: baûo ñaûm oån ñònh cho thanh caùnh treân chòu neùn, taïo ra nhöõng ñieåm coá keát khoâng chuyeån vò ra ngoaøi maët phaúng daøn

5. DAØN THEÙP

5.4. Heä giaèng khoâng gian Heä giaèng trong maët phaúng caùnh döôùi Ñaët taïi vò trí coù giaèng caùnh treân, cuøng vôùi giaèng caùnh treân taïo thaønh khoái cöùng khoâng gian baát bieán hình. Taïi ñaàu hoài nhaø, heä giaèng caùnh döôùi laøm goái töïa cho coät ñaàu hoài, chòu taûi troïng gioù thoåi leân töôøng hoài neân coøn ñöôïc goïi laø daøn gioù. Khi nhaø coù caàu truïc lôùn thì boá trí theâm heä giaèng doïc ñeå taêng ñoä cöùng doïc nhaø. Heä giaèng ñöùng Ñaët trong maët phaúng caùc thanh ñöùng, cuøng vôùi caùc giaèng naèm taïo thaønh khoái cöùng baát bieán hình, giöõ vò trí vaø coá ñònh daøn keøo khi döïng laép. Boá trí taïi caùc thanh ñöùng ñaàu daøn, thanh ñöùng giöõa daøn (hoaëc döôùi chaân cöûa trôøi), caùch 1215m theo phöông ngang nhaø. Theo phöông doïc nhaø thì giaèng ñöùng boá trí taïi caùc vò trí coù giaèng caùnh treân vaø giaèng caùnh döôùi.

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Nuùt trung gian

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Nuùt goái söôøn gia coá 1. Baûn maõ 2. Baûn ñeá 3. Söôøn gia coá

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Nuùt ñænh daøn 1. Baûn noái 2. Baûn gheùp 3. Söôøn gia coá

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Nuùt giöõa daøn 1. Baûn noái 2. Baûn gheùp 3. Söôøn gia coá

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Nuùt noái thanh caùnh

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Gia cöôøng caùnh treân taïi ñieåm coù löïc taäp trung

Taám theùp ñeäm trong thanh daøn

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Goái daøn theùp vaøo coät BTCT

Nuùt daøn nheï

5. DAØN THEÙP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo

Nuùt daøn theùp oáng

Bài giảng môn học Kết cấu công trình: Kết cấu mái - ĐH Bách khoa Hà Nội