Bài giảng Kết cấu thép - Chương 5: Dàn thép

KẾT CẤU THÉP KẾT CẤU THÉP

(cid:0)

Chöông 0 Tổng quan veà Keát Caáu Theùp

(cid:0)

Chöông 1 Vaät Lieäu vaø Söï Laøm Vieäc

cuûa KC Theùp

(cid:0)

Chöông 2 Lieân Keát Keát Caáu Theùp

(cid:0)

Chöông 3 Daàm Theùp

(cid:0)

Chöông 4 Coät Theùp

(cid:0)

Chöông 5 Daøn Theùp

KẾT CẤU THÉP KẾT CẤU THÉP

Chương 5 Chương 5

DÀN THÉP DÀN THÉP

NỘI DUNG NỘI DUNG

ĐẠI CƯƠNG

II. TÍNH TOÁN DÀN

III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

ĐẠI CƯƠNG ĐẠI CƯƠNG

nút (mắt) dàn

thanh cánh trên

thanh bụng

thanh cánh dưới

1.

Phân loại dàn

2.

Hình dạng dàn

3.

Hệ thanh bụng của dàn

4.

Kích thước chính của dàn

5.

Hệ giằng không gian

6.

Tính toán hệ giằng

1. Phân loại dàn

(cid:0) Theo công dụng:

(cid:0) Theo cấu tạo thanh dàn:

– Dàn đỡ mái nhà (vì kèo) – Dàn cầu – Dàn cầu trục – Dàn tháp trụ

– Dàn nhẹ: Nội lực các thanh dàn nhỏ, thanh dàn là thép góc

hoặc thép tròn

– Dàn thường: Phổ biến, nội lực lớn nhất trong các thanh

cánh < 5000kN, thanh dàn cấu tạo bởi hai thép góc

– Dàn nặng: cho công trình chịu tải nặng, nội lực lớn nhất

5000kN, tiết diện thanh dàn là thép hình

trong thanh cánh (cid:0) I, C hoặc tổ hợp

1. Phân loại dàn

(cid:0) Theo sơ đồ kết cấu

– Dàn kiểu dầm

– Dàn liên tục

– Dàn mút thừa

– Dàn kiểu tháp trụ

– Dàn kiểu khung

– Dàn kiểu vòm

1. Phân loại dàn

KC vòm: L=165m

Viaduc Gabarit (Pháp) xây dựng bởi Gustave Eiffel- 1884

Ứng dụng

1. Phân loại dàn

Ứng dụng

Nhà thi đấu TDTT

1. Phân loại dàn

Ứng dụng

Sân vận động (San Siro)

1. Phân loại dàn

Ứng dụng

Nhà ga(Gare du Nord – Paris)

1. Phân loại dàn

Ứng dụng

Hangar

2. Hình dạng dàn

(cid:0) Khi lựa chọn hình dạng dàn cần thoả mãn các yêu cầu sau:

– Yêu cầu sử dụng

– Yêu cầu của thiết kế kiến trúc và thoát nước mái

– Kích thước và cách bố trí cửa trời

– Cách liên kết dàn với cột và phải tạo được kết cấu mái và

công trình có đủ độ cứng cần thiết

– Yêu cầu kinh tế

2. Hình dạng dàn

(cid:0) Thường dùng các dạng sau:

Dàn tam giác

Dàn cánh song song

Dàn hình thang

Dàn đa giác

Dàn cánh cung

3. Hệ thanh bụng của dàn

Bố trí hệ thanh bụng cần thoả

mãn các yếu tố:

- Cấu tạo nút đơn giản và có

nhiều nút giống nhau

- Tổng chiều dài thanh bụng

nhỏ

- Góc giữa thanh bụng và thanh

cánh không quá nhỏ

- Không nên để thanh cánh bị

uốn cục bộ bởi tải trọng đặt

ngoài nút

4. Kích thước chính của dàn

(cid:0) Nhịp dàn

– Được xác định dựa vào phương án kiến trúc, phù hợp với

mục đích sử dụng và giải pháp bố trí kết cấu

(cid:0) Chiều cao dàn

– Trong nhà công nghiệp, nhịp dàn lấy theo môđun 3m – Với dàn thường, nhịp hợp lý từ 18m đến 36m

– Với dàn cánh song song và dàn hình thang, chiều cao dàn hợp lý là (1/6(cid:0) 1/5)L. Để dễ vận chuyển, lấy (1/9(cid:0) 1/7)L – Với dàn tam giác, nếu mái dốc từ 22 đến 400 thì chiều cao dàn (1/4(cid:0) 1/3)L, nếu mái lợp có yêu cầu độ dốc nhỏ hơn (lợp tôn) thì chiều cao đầu dàn lấy 450mm

4. Kích thước chính của dàn

(cid:0) Khoảng cách nút dàn

– Là khoảng cách giữa các tâm nút đến thanh cánh – Khoảng cách nút dàn cánh trên thường từ 1,5 đến 3,0m – Khoảng cách nút dàn cánh dưới dàn tam giác thường là

(cid:0) Bước dàn

3m đến 6m, dàn hình thang thường là 6m

– Khoảng cách giữa các dàn – Xác định từ yêu cầu kiến trúc và dây chuyền công nghệ,

phù hợp với môđun thống nhất các cấu kiện lắp ghép như tấm tường, tấm mái... – Thoả yêu cầu kinh tế – Với dàn thép bước hợp lý là 6m

5. Hệ giằng không gian

Dàn dễ mất ổn

định theo phương

ngoài mặt phẳng

 các dàn cần

(phương dọc nhà)

giằng lại với nhau

tạo nên một khối

không gian ổn định

5. Hệ giằng không gian

(cid:0) Gồm 3 hệ:

– Hệ giằng cánh trên

» Bố trí trong mặt phẳng cánh trên

» Gồm các thanh chéo chữ thập

» Tác dụng: Đảm bảo ổn định cho thanh cánh trên chịu

nén, tạo những điểm cố kết không chuyển vị theo

phương ngoài mặt phẳng dàn

» Bố trí ở hai gian đầu hồi và các gian trong sao cho

khoảng cách các gian được bố trí giằng không quá 60m

5. Hệ giằng không gian

– Hệ giằng cánh dưới

» Bố trí trong mặt phẳng cánh

dưới của dàn tại gian có hệ

giằng cánh trên

» Cùng với hệ giằng cánh trên tạo

nên các khối cứng bất biến hình

» Tạo những điểm cố kết không

chuyển vị theo phương ngoài

mặt phẳng dàn

5. Hệ giằng không gian

– Hệ giằng đứng

» Bố trí trong các mặt phẳng thanh đứng giữa dàn và hai

đầu dàn, cùng gian với giằng cánh trên và dưới » Theo phương nhịp dàn (ngang nhà) khoảng cách

không quá 15m

» Cùng với giằng cánh trên và dưới tạo nên khối cứng

không gian bất biến hình; Cố định, giữ ổn định khi lắp

dàn

» Các gian không bố trí giằng được thay bằng thanh

chống dọc: tăng cường ổn định cho thanh cánh trong

quá trình sử dụng, lắp dựng

5. Hệ giằng không gian

(cid:0) Hệ giằng còn có tác dụng làm giảm chiều dài tính toán theo

giằng đứng

khối cứng không gian bất biến hình

giằng cánh trên

giằng cánh dưới

phương ngoài mặt phẳng dàn cho thanh cánh

5. Hệ giằng không gian

• Giằng cánh trên

• Giằng cánh dưới

Hệ giằng mái:

• Giằng ngang

• Giằng dọc: khoảng

• Giằng đứng: khoảng

cách <60m

• Giằng cửa mái

cách 12-15m

5. Hệ giằng không gian

• Tăng độ cứng dọc

Hệ giằng cột:

• Giằng cột trên: bố trí

nhà

ở đầu hồi và khe nhiệt

• Nhận lực gió đầu

hồi

• Lực hãm cầu trục

• Khoảng cách giữa

hệ giằng <50-60m

5. Hệ giằng không gian

6. Tính toán hệ giằng

• Giằng cánh dưới

Hệ giằng mái:

• ngang nhà chịu lực gió W • dọc nhà chịu lực hãm

ngang T : dầm với gối đàn

• Giằng cánh và giằng đứng

hồi

theo cấu tạo hệ giằng cánh

dưới

• Chịu lực dọc nhà : W , T

Giằng cột:

II. TÍNH TOÁN DÀN II. TÍNH TOÁN DÀN

1.

Giả thiết

2.

Tải trọng tác dụng

3.

Nội lực

4.

Chiều dài tính toán

5.

Tiết diện hợp lý

6.

Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn

7.

Ví dụ

1. Giả thiết

(cid:0) Trục các thanh đồng quy tại tim nút dàn, lực tập trung đặt

trực tiếp vào nút dàn

(cid:0) Xem nút dàn là khớp (giả thiết gần đúng)

 Khi cấu tạo dàn cần thoả:

(cid:0) Nội lực trong thanh dàn là lực dọc

– Trục các thanh đồng quy tại tim nút

– Tiết diện ngang của các thanh phải đối xứng qua mặt

phẳng dàn

2. Tải trọng tác dụng

(cid:0) Bao gồm:

– Tải trọng thường xuyên: Trọng lượng tấm lợp, tấm chống

thấm, lớp cách nhiệt, xà gồ, bản thân dàn giằng, cửa mái,

trần...

– Tải trọng tạm thời: trọng lượng người và thiết bị sửa chữa

(cid:0) Tải được tính trên đơn vị diện tích mặt bằng và được quy đổi

mái, tải trọng gió, cần trục treo...

thành lực tập trung đặt tại nút dàn

2. Tải trọng tác dụng

q Bg

P i

– Pi: lực tập trung tại nút i

– dt, df: khoảng cách nút dàn bên trái và bên phải nút i theo

phương nhịp dàn

– qc: tải trọng tiêu chuẩn phân bố trên diện tích mặt bằng

Nếu phân bố trên diện tích mái dốc thì phải chia cho cos(cid:0) là góc nghiêng của mái , (cid:0)

– B: bước dàn

Q: hệ số tin cậy về tải trọng ứng với qc

(cid:0) (cid:0)

3. Nội lực

(cid:0) Tính nội lực dàn cho các trường hợp tải trọng sau:

– Tải trọng thường xuyên đặt cả dàn

– Tải trọng sửa chữa mái đặt ½ dàn và cả dàn

 Khi có tải trọng tập trung đặt ngoài nút thì

– Tải trọng gió

ngoài nội lực dọc trục, thanh dàn còn chịu y

= M uốn cục bộ với giá trị mômen: Pd 4

(cid:0) : hệ số kể đến tính liên tục của cánh trên, (cid:0) =1 cho khoang

(cid:0) Tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất

đầu, (cid:0) =0,9 cho các khoang bên trong

4. Chiều dài tính toán

(cid:0) Xác định chiều dài tính toán để:

– Với thanh chịu nén: Kiểm tra sự ổn định của thanh

– Với thanh chịu kéo: Xác định độ mảnh của nó sao cho

không quá lớn để thanh không bị uốn cong do trọng lượng

(cid:0) Chiều dài tính toán sẽ được xác định theo hai phương trong

bản thân và chuyên chở lắp dựng

(Lx) và ngoài mặt phẳng (Ly)

4. Chiều dài tính toán

a) Chiều dài tính toán trong mặt phẳng

– Trong thực tế, nút dàn có độ cứng nhất định nên không

phải là khớp lý tưởng

– Khi một thanh chịu nén nào đó liên kết tại nút mất ổn định

(bị cong) làm nút quay dẫn đến các thanh nén khác quy tụ

tại nút cong theo  Các thanh kéo liên kết tại nút này có

xu hướng bị kéo dài ra nên chống lại sự xoay này

 nút dễ xoay, khớp

– Quy ước: + Nút có nhiều thanh nén hơn thanh kéo

 nút khó xoay, ngàm đàn hồi

+ Nút có nhiều thanh kéo hơn thanh nén

4. Chiều dài tính toán

x=0,8 (nút c

– Ví dụ: Khi chịu lực, giả thiết dấu nội lực các thanh như hình x=1 (2 đầu khớp), thanh ce: (cid:0)

vẽ. Thanh ac: (cid:0) khớp, nút e là ngàm đàn hồi)

– Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn được lấy như sau: » Thanh cánh trên, cánh dưới, thanh xiên đầu dàn, thanh

khớp

đứng gối tựa: Lx=L

ngàm

Với thanh bụng phân nhỏ, chiều dài tính toán của nó được lấy bằng khoảng cách nút dàn ở thanh bụng khảo sát

» Thanh bụng còn lại: Lx=0,8L

4. Chiều dài tính toán

b) Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng

– Thanh bụng: Ly=L

– Thanh bụng phân nhỏ chịu nén dài L1 có 2 trị số nội

lực N1 và N2 (N1>N2); Thanh cánh nằm trong phạm vi

= L y N1 và N2 (N1>N2): N N giữa hai điểm cố kết (cách nhau L1) có hai trị số nội lực � +� 0, 75 0, 25 � � L � 1 �

4. Chiều dài tính toán

c) Độ mảnh giới hạn các thanh dàn: [(cid:0) ]

(cid:0) (cid:0) [(cid:0) ]: tra Bảng

5. Tiết diện hợp lý

(cid:0) Tiết diện hợp lý khi sự làm việc hai phương bằng (cid:0)

x (cid:0)

(cid:0) Tiết diện thanh dàn thường dùng:

hoặc xấp xỉ nhau: (cid:0)

a) Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh lớn

(cid:0) (ix iy)  thanh dàn có Lx = Ly

b) Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh bé

(cid:0) (ix 0,5iy)  thanh dàn có Ly = 2Lx

(cid:0) c) Dạng hai thép góc đều cạnh ghép lại (ix 0,75iy):

dùng hợp lý cho các thanh bụng dàn có Lx = 0,8Ly

d) Hai thép góc đều cạnh ghép lại thành hình chữ

thập: dùng cho thanh đứng ở vị trí khuyếch đại

6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn

a) Nguyên tắc chọn tiết diện

36m nên chọn 6 đến 8 loại thép

– Tiết diện thanh dàn nhỏ nhất là L50x5 – Trong một dàn L (cid:0) – Với L (cid:0) 24m  không cần thay đổi tiết diện thanh cánh

– Khi L > 24m  phải thay đổi tiết diện để tiết kiệm vật liệu,

dùng hai loại tiết diện với L (cid:0) 36m

– Bề dày bản mã dàn được chọn dựa vào lực lớn nhất ở Nội lực lớn nhất trong thanh bụng, kN

251 ≤ thanh xiên đầu dàn - 150 400

1801 - 2200

1401 - 1800

2201 - 2600

1001 - 1400

601 - 1000

151 - 250

401 - 600

2601 - 3000

6

8

10

12

14

16

18

20

22

25 Chiều dày bản mã, mm

6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn

b) Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu nén

Tính toán như cấu kiện nén đúng tâm

A yc

j g gt

– Diện tích cần thiết (cid:0)

gt: hệ số uốn dọc tra theo Bảng D.8 dựa vào độ mảnh

(cid:0) (cid:0)

(cid:0)

gt giả thiết gt=60(cid:0) 80 với thanh cánh, (cid:0)

gt=100(cid:0) 120 với thanh bụng

(cid:0) (cid:0)

max=max((cid:0)

x=Lx/ix; (cid:0)

min

(cid:0) – Tìm (cid:0) – Tra Bảng, chọn số hiệu thép góc cần dùng và tra ix, iy, Ag y=Ly/iy) (cid:0)

6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn

(cid:0) – Kiểm tra tiết diện đã chọn [ l(cid:0)

]

g f

max

min

A = 2Ag: diện tích tiết diện

 Trường hợp thanh cánh có uốn cục bộ thì phải tính toán

(cid:0) Nếu không thoả mãn chọn lại tiết diện và kiểm tra lại

theo cấu kiện chịu nén lệch tâm

6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn

c) Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo

A yc

N f

– Diện tích cần thiết: (cid:0)

– Tra bảng chọn tiết diện thép góc, tra ix, iy, Ag

[ l(cid:0)

g f

max

N A n

(cid:0) – Kiểm tra lại diện tích tiết diện: ]

An: diện tích thực tế của tiết diện

6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn

d) Chọn tiết diện thanh theo độ mảnh giới hạn

(cid:0) > [(cid:0) ] – Với thanh có nội lực nhỏ (cid:0) Ayc nhỏ (cid:0)

(cid:0) chọn tiết diện theo (cid:0) = [(cid:0) ]

;

x yc ,

y yc ,

L x l

(cid:0) Tính:

]

[

]

[ l

– Dựa vào ix,yc và iy,yc , tra bảng chọn thép góc làm tiết

diện thanh

7. Ví dụ

Chọn tiết diện thanh xiên đầu

dàn chịu lực nén tính toán

tbm

(cid:0) Xác định chiều dài tính toán:

N=53000daN. Thép CCT34

= = = (cid:0) L cm 0,5 0,5 340 170

= cm L y N N 53000 53000 � = 340 340 � � � + 0, 75 0, 25 � � � � = + L 0, 75 0, 25 � � � �

7. Ví dụ

(cid:0) Diện tích tiết diện cần thiết:

N = = (cid:0) cm 36, 2 A yc (cid:0) (cid:0) f 53000 0, 7 1, 0 2100 j g gt

gt=85, tra Bảng D.8 TC

– Với thanh bụng phân nhỏ, chọn (cid:0)

gt=0,7

(II.1 SGK) (cid:0) (cid:0)

 Chọn 2L100(cid:0) 90(cid:0) 10 ghép cạnh nhỏ (vì Ly = 2Lx

(cid:0) chọn

(cid:0) 0,5iy) có

tiết diện có ix ix=3,08cm, iy=4,71cm, A=2Ag=2(cid:0) 18,1=36,2cm2

7. Ví dụ

(cid:0) Tính (cid:0)

min

l 55;

l 72, 2

max

L x i

170 3,08

340 4,71

Từ (cid:0)

max, tra bảng được (cid:0) l

min=0,77 [ l(cid:0)

]

max

(cid:0) Kiểm tra tiết diện

min

N s = (cid:0) g f j A

[ l

]

l = = (cid:0) 72,7 120 : OK! – Độ mảnh: max

– Điều kiện ổn định tổng thể:

min

N s = = = = (cid:0) g f 1901,5 2100 : OK! j (cid:0) A daN 2 cm daN 2 cm 53000 0,77 36, 2

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

1.

Nguyên tắc chung

2.

Tính toán nút dàn

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

1. Nguyên tắc chung

– Trục các thanh dàn được đồng quy tại tim nút dàn

– Các thanh dàn liên kết hàn với bản mã bằng các đường hàn

50mm góc cạnh với hf (cid:0) 4mm, Lw (cid:0)

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

– Khoảng cách đầu thanh bụng với thanh cánh không nhỏ

hơn 6tbm-20 mm hoặc 50mm và không lớn hơn 80mm

– Bản mã nên chọn hình dáng đơn giản (nên có hai cạnh

song song) để dễ chế tạo. Góc hợp bởi cạnh bản mã và

trục thanh bụng không nhỏ hơn 150 để đảm bảo sự

truyền lực

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

– Khi có thay đổi tiết diện thanh cánh, thanh cánh được nối

tại nút dàn. Khoảng cách hở giữa hai đầu thanh bằng

50mm

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

– Khi bề dày cánh thép góc cánh trên mỏng (tg<10mm),

dưới tác dụng của lực tập trung (sườn panen mái hoặc xà gồ) tại vị trí nút dàn, cánh thép góc dễ bị uốn cong (cid:0)

tại nút dàn gia cường bản thép góc

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

– Với thanh dàn làm từ hai thép góc, đặt các bản đệm để hai

thép góc cùng làm việc. Chiều dày đệm bằng bản mã, chiều

rộng từ 50mm đến 100mm, dài vượt khỏi thanh dàn mỗi đầu

từ 10mm đến 15mm để đủ hàn

» Thanh nén: a (cid:0) 40i1

» Thanh kéo: a (cid:0) 80i1

i1: bán kính quán tính của

một thép góc lấy đ/v trục riêng (trục 1-1) // mặt phẳng dàn

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

2. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

(SV tự đọc SGK)

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

a) Nút gối

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

b) Nút trung gian

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

c) Nút đỉnh dàn

III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN

d) Nút giữa dàn cánh dưới e) Nút có nối thanh cánh