bài giảng kết cấu thép Chương 5 Dàn Thép

Chương 5DÀN THÉP5.1.ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉPDàn thép là một kết cấu rỗng bao gồm các thanh quy tụ và liên kết với nhau tại nút thông qua một bản thép bản mã; 5.1.1... Theo cấu tạo của các t

Chương 5DÀN THÉP5.1.ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP

Dàn thép là một kết cấu rỗng bao gồm các thanh quy tụ và liên kết với nhau tại nút

thông qua một bản thép (bản mã);

5.1.1 Phân Loại Dàn

a Theo công dụng

 Vì kèo;

 Dàn cầu; Dàn cầu trục;

 Dàn tháp trụ; Dàn cột điện;

…v.v

2

5.1.1 Phân Loại Dàn

b Theo cấu tạo của các thanh dàn

5.1.1 Phân Loại Dàn

b Theo cấu tạo của các thanh dàn

c Theo sơ đồ kết cấu

 Dàn kiểu dầm

Tựa khớp hai đầu, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, không chịu ảnh hưởng của độ lún gối tựa;

 Dàn liên tục

Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, độ lún các gối tựa;

 Dàn mút thừa

Các thanh cánh phần mút thừa có nội lực ngược dấu với các thanh cánh ở phần trong nhịp;

 Dàn kiểu tháp trụ

 Dàn kiểu khung

 Dàn kiểu vòm (L > 60m)

…v.v

6

5.1.1 Phân Loại Dàn

c Theo sơ đồ kết cấu

 Liên kết khớp với cột;

 Độ cứng ngoài mặt phẳng không lớn;

 Nội lực trong các thanh chênh lệch nhiều;

 Sử dụng cho các công trình yêu cầu mái có độ dốc lớn (mái ngói - phibrô ximăng

- tôn);

b Dàn hình thang

 Dùng làm vì kèo trong các công trình yêu cầu độ dốc của mái nhỏ;

 Dễ liên kết cứng với cột;

c Dàn cánh song song

8

5.1.2 Hình Dạng Dàn

a Dàn tam giác

5.1.2 Hình Dạng Dàn

d Dàn đa giác; Dàn cánh cung

10

Góc hợp lý giữa thanh bụng và thanh cánh dưới,

α = 450 ÷ 550;

b Hệ thanh bụng xiên (c, d)

Góc hợp lý giữa thanh xiên và thanh cánh dưới, từ 350 ÷ 450;

c Hệ thanh bụng phân nhỏ (đ)

d Hệ thanh bụng chữ thập, chữ K, …v.v

5.1.3 Hệ thanh bụng của dàn

a Hệ thanh bụng tam giác (a, b)

12

Nhịp dàn, L thường lấy theo module 3m hoặc 6m;

b Chiều cao dàn

 Dàn cánh song song, dàn hình thangChiều cao giữa dàn, h = (1/6 ÷ 1/5)L

 Dàn tam giác

• Khi mái dốc, α = 220 ÷ 400, h = (1/4 ÷ 1/3)L;

• Lợp tole, h = 450mm;

5.1.4 Kích thước chính của dàn

a Nhịp dàn

 Mái có xà gồKhoảng cách nút dàn cánh trên, d = (1.5 ÷ 3)m;

 Khoảng cách nút dàn cánh dưới

• Dàn tam giác, d = (3 ÷ 6)m;

5.1.4 Kích thước chính của dàn

c Khoảng cách nút dàn

5.1.5 Hệ giằng không gian

 Hệ giằng cánh trên

• Bố trí trong mặt phẳng cánh trên (aa’bb’, bb’cc’);

• Tạo nên được những điểm cố kết không chuyển vị theo phương ngoài mặt phẳng của dàn;

• Bố trí ở hai gian đầu hồi, khe nhiệt;

• Khoảng cách các hệ giằng ≤ 60m;

 Hệ giằng cánh dưới

• Bố trí trong mặt phẳng cánh dưới (ee’dd’);

• Bố trí tại gian có hệ giằng cánh trên;

16

5.1.5 Hệ giằng không gian

 Hệ giằng cánh dưới

•Tạo nên được những điểm cố kết không chuyển vị theo phương ngoài mặt phẳng của dàn;

 Hệ giằng đứng

• Bố trí trong các mặt phẳng thanh đứng giữa dàn và hai đầu dàn (aa’ee’, bb’gg’, cc’dd’);

• Khoảng cách các hệ giằng ≤ 15m;

• Cố định, giữ ổn định khi thi công dàn;

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.1 Các Giả Thiết Khi Tính Dàn

 Trục các thanh đồng quy tại tim nút dàn;

 Lực tập trung đặt trực tiếp vào nút dàn;

 Xem nút dàn là khớp;

5.2.2 Tải trọng tác dụng lên dàn

 Tĩnh tải, hoạt tải;

 Lực tập trung đặt ở nút dàn i:

γq: hệ số độ tin cậy về tải trọng;

dt, dp: khoảng cách nút dàn bên trái và bên phải nút i;

18

q

tc p t

 Dùng các phương pháp của cơ học kết cấu để xác định nội lực dàn;

 Dàn vì kèo cần tính toán cho các tải trọng sau:

• Tĩnh tải đặt cả dàn;

• Hoạt tải sửa chữa mái đặt ½ dàn và cả dàn;

• Tải trọng gió;

• …v.v

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.3 Nội Lực

 Trường hợp có tải trọng tập trung đặt ngoài nút

→ thanh dàn chịu uốn cục bộ

Mcb = 0.25ψPd (5.2)

ψ: hệ số kể đến tính liên tục của cánh trên;

ψ = 1: cho khoang đầu;

ψ = 0.9: cho khoang bên trong;

20

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.3 Nội Lực

a Chiều dài tính toán trong mặt phẳng

 Quy ước

• Nút có nhiều thanh nén hơn thanh kéo → nút dễ xoay, được xem là khớp;

• Nút có nhiều thanh kéo hơn thanh nén → nút khó xoay, được xem là ngàm đàn hồi;

 Chiều dài tính toán

Thanh cánh trên, cánh dưới: lx = l;

Thanh xiên đầu dàn: lx = l;

Thanh bụng: lx = 0.8l;

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.4 Chiều Dài Tính Toán Các Thanh Dàn

b Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng

 Thanh bụng: ly = l;

 Thanh cánh thượng, hạ: ly = l1 (khoảng cách giữa hai điểm cố kết);

 Dàn có hệ thanh bụng phân nhỏ

Các thanh bụng nén (có chứa nút dàn phân nhỏ) có hai trị số nội lực N1 > N2;

.

0

N

N l

ly

 Thanh nằm trong phạm vi giữa hai điểm cố kết có N1 > N2;

ly

 Dạng hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh lớn với nhau: dùng khi lx = ly;

 Dạng hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh bé với nhau: dùng khi lx = 0.5ly;

24

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.5 Tiết Diện Hợp Lý Các Thanh Dàn

 Dạng hai thép góc đều cạnh ghép lại: dùng khi lx = 0.8ly;

 Dạng hai thép góc đều cạnh ghép lại dạng chữ thập: dùng cho thanh đứng tại vị trí khuếch đại dàn;

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.5 Tiết Diện Hợp Lý Các Thanh Dàn

a.Nguyên tắc chọn tiết diện

 Tiết diện thanh dàn nhỏ nhất là L50*5;

 Trong một dàn nhịp L ≤ 36m, nên chọn không quá (6 ÷ 8) loại tiết diện;

 L ≤ 24m, không cần thay đổi tiết diện thanh cánh;

 Chiều dày bản mã được chọn dựa vào lực lớn nhất ở thanh xiên đầu dàn;

26

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.6 Chọn Và Kiểm Tra Tiết Diện Thanh Dàn

5.2 TÍNH TOÁN DÀN

5.2.6 Chọn Và Kiểm Tra Tiết Diện Thanh Dàn

b Chọn Và Kiểm Tra Tiết Diện Thanh Chịu Nén

 Tính toán như cấu kiện nén đúng tâm;

 Diện tích cần thiết của tiết diện thanh:

 Khi chọn tiết diện, giả thiết:

N

γ ϕ

min

 Dieän tích caàn thieát cuûa tieát dieän thanh:

γ

≥

c n

f A

 Trục các thanh dàn được đồng quy tại tim nút dàn;

 Các thanh dàn được liên kết hàn với bản mã bằng các đường hàn góc cạnh,

• Chiều cao đường hàn, hf ≥ 4mm;

• Chiều dài đường hàn, lw ≥ 50mm;

 Bản mã nên chọn hình dáng đơn giản;

 Góc hợp bởi cạnh bản mã và trục thanh bụng, θ ≥ 150;

 Thay đổi tiết diện thanh cánh → thanh cánh nối tại nút dàn;

30

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.1 Nguyên Tắc Chung

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.2 Nút Gối

 Bản đế được tính toán như bản đế ở chân cột nén đúng tâm, tbd ≤ 30mm;

 Đường hàn liên kết bản mã, thanh đứng vào bản đế được tính với phản lực đầu dàn F,

(5.12)

lw: chiều dài tính toán một đường hàn;

Chiều dài đường hàn thực tế: l = lw + 10mm;

 Đường hàn liên kết các thanh vào bản mã được tính chịu nội lực của thanh đó,

c

w

f h

F l

β γ

• Chiều dài đường hàn sống

c

ws

f h

kN l

β γ

( ) ( )

min

1

w f

c

wm

f h

N

k l

β γ

34

 Đường hàn liên kết thanh cánh vào bản mã được tính với hiệu số nội lực ∆N = N2 – N1

N1, N2: nội lực của hai thánh cánh;

 Trường hợp tại nút có lực tập trung, P

• Đường hàn sống chịu lực R1(5.15)

• Đường hàn mép chịu lực R2(5.16)

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.3 Nút Trung Gian

∆

R

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.4 Nút Đỉnh

 Diện tích chịu lực quy ướcAqu = Agh + 2bgtbm (5.17)Agh: diện tích tiết diện ngang của bản ghép;

tbm: chiều dày bản mã;

bg: bề rộng cánh thép góc;

 Ứng suất ở diện tích chịu lực quy ước

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

 Lực truyền qua bản ghépNgh = Aghσt (5.19)

 Chiều dài đường hàn liên kết bản ghép vào thanh cánh

c

gh w

f h

N l

β γ

 Bốn đường hàn nằm ngang liên kết sườn với bản ghép được tính với lực Nđ = 2Nghsinα;

 Đường hàn liên kết thanh bụng vào nút được tính với nội lực của thanh đó;

5.3.5 Nút Giữa Dàn Cánh Dưới

 Tính toán tương tự nút đỉnh dàn;

 Khi có thanh xiên liên kết vào nút thì,Nbn = Nc – 1.2Ncosα ≤ Abnnfγc (5.21)N: nội lực trong thanh xiên;

γc = 0.8;

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.4 Nút Đỉnh

40

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN 5.3.6 Nút Có Nối Thanh Cánh

 Đầu thanh lớn vượt quá tim nút một đoạn từ (300 ÷ 500)mm;

 Khoảng cách giữa hai đầu thanh là 50mm;

 Diện tích chịu lực quy ướcAqu = ΣAgh + 2bgtbm (5.22)

ΣAgh: tổng diện tích tiết diện ngang của hai bản ghép;

tbm: chiều dày bản mã;

bg: bề rộng cánh thép góc nhỏ;

42

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.6 Nút Có Nối Thanh Cánh

 Ứng suất ở diện tích chịu lực quy ước

(5.23)

Nt = 1.2N1 (N1: nội lực trong thanh nhỏ);

 Đường hàn liên kết bản ghép với thanh cánh tính chịu với lực,Ngh = Aghσt (5.24)

 Đường hàn liên kết thanh nhỏ vào bản mã tính chịu với lực,Nc1 = 1.2N1 - 2Ngh ≥ 0.6N1 (5.25)

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.6 Nút Có Nối Thanh Cánh

c qu

 Đường hàn liên kết thanh lớn vào bản mã tính chịu với lực,Nc2 = 1.2N2 - 2Ngh ≥ 0.6N2 (5.26)

N2: nội lực thanh lớn;

 Đường hàn liên kết thanh bụng vào nút được tính với nội lực của thanh đó;

44

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.6 Nút Có Nối Thanh Cánh

 Khi chiều dày cánh thép góc tg < 10mm, chịu lực tập trung → gia cường thêm bản thép;

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.7 Các Cấu Tạo Khác Của Dàn

 Đặt các tấm đệm giữa hai thép góc → tăng cường ổn định theo phương ngoài mặt phẳng dàn cho một thép góc;

 Kích thướctấm đệm:

t = tbm

b = (50 ÷ 100)mm

a ≤ 40i1: thanh nén

a ≤ 80i1: thanh kéoi1: bán kính quán tính của một thép góc;

46

5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

5.3.7 Các Cấu Tạo Khác Của Dàn