Kết Cấu thép 1 Đại Học Xây Dựng

Các khái ni ệ m v ề giàn thép: Thanh cánh trên, thanh cánh thượng Thanh cánh dưới thanh cánh hạ Thanh bụng xiên Thanh xiên đầu giàn Thanh đứng §5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP Chi tiết nút gi

Trang 1

CHƯƠNG 5:

GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

Chiều cao tiết diện dầm h sẽ ăngkhi nhịp L vượt khẩu độ

tăng => nhằm đảm bảo điều kiện vềđộ võng (TTGH 2)

Khi vượt nhịp vừa và nhỏ (L < 12 m) => sử dụng giải pháp

kết cấu d m thép định hình(dầm đặc)

Khi vượt nhịp khá lớn (L = 12 ÷15 m) => sử dụng giải pháp

d m thép tổ hợphàn, BL, đinh tán (dầm đặc)

Khi vượt nhịp lớn (L > 15 m) => sử dụng giải pháp kết cấu giàn thép (dầm rỗng)

So với dầm (dầm đặc) thì độ cứng uốn (trong mặt phẳng) của giàn thép là

rất lớn vì có chiều cao lớn, nhưng NĐ có cấu tạo phức tạp, tốn công chế ạo

y

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

h

L

Sơ đồ giàn thép:là một hệ kết cấu gồm các thanh thép được xếp đặt quy tụ

tại mộ điểm, gọi là nút giàn (hay mắt giàn), và các thanh giàn được liên kế

lại với nhau tại các nút giàn

Các thanh giàn:

Liên kết tại nút giàn:các thanh giàn có thể liên kết trực tiếp với nhau; hoặc

thông thường chúng liên kết với nhau thông qua các bản thép (hay bản mã)

Các khái ni ệ m v ề giàn thép:

Thanh cánh trên, thanh cánh thượng

Thanh cánh dưới thanh cánh hạ

Thanh bụng xiên Thanh xiên

đầu giàn

Thanh đứng

Chi tiết nút giàn thép: Liên kết giữa các thanh giàn và bản mã thường dùng

là liên kết hàn (là phổ biến nhất), hoặc liên kết bulông, hoặc liên kế đinh tán

10 10

Bản mã

Trang 2

1 Phân loại giàn

1.1 Theo công d ụ ng:

Giàn đỡ mái nhà công nghiệp, giàn mái nhà dân dụng (vì kèo)

Giàn cầu, giàn cầu trục, giàn tháp khoan, …

1.2 Theo c ấ u t ạ o c ủ a các thanh giàn

Giàn nh ẹ : Sử dụng khi nội lực trong các thanh cánh là khá nhỏ N < 200 tấn;

tải trọng tác dụng nhỏ và vượt khẩu độ nhỏ

Các thanh giàn được tạo thành từ một thép góc L hay một thép tròn;

VD: sử dụng 1 thép góc L 50x6 hay 60x7 …

Giàn th ườ ng:

S dụng khi nội lực trong các thanh cánh là khá lớn N < 5000 kN; tải trọng tác dụng không lớn và vượt khẩu độ khá lớn

Các thanh giàn được tạo thành từ 2 thép góc, có dạng hình chữ T, chữ thậ

x

y x

S dụng

phổ biến

Giàn n ặ ng:

Nội lực trong thanh cánh rất lớn N ≥ 5000 kN; được sử dụng làm giàn cầu,

giàn cầu chạy,

Các thanh giàn có dạng tổ hợp từ các thép hình hoặc thép bản, có dạng

chữ I, hình hộp, …

1.3 Theo s ơ đồ k ế t c ấ u:

ƯĐ : cấu tạo đơn giản, dễ dựng lắp; ít chịu ảnh hưởng của nhiệ độ và độ lún lệch giữa 2 gối tựa

N : có độ cứng uốn nhỏ, chiều cao giàn yêu cầu lớn, tốn vật liệu

e)

Giàn ki ể u d ầ m đơ n gi ả n:

Trang 3

Giàn ki ể u d ầ m liên t ụ c:

ƯĐ : (khắc phục được NĐ ủa giàn

đơn giản) độ cứng uốn lớn hơn so

với giàn dầm đơn giản, chiều cao

giàn nhỏ hơn, tiết kiệm vật liệu thép

hơn

N : chế ạo và dựng lắp phức tạp

hơn; chịu ảnh hưởng của nhiệ độ

và độ lún lệch giữa các gối tựa

Giàn ki ể u d ầ m có mút th ừ a:

ƯĐ : Nội lực phân bố trong các thanh giàn hợp lý hơn so với giàn không có

mút thừa, có thể cân bằng biểu đồ mômen giữa gối và nhịp dầm

d)

Giàn ki ể u khung:

h)

ƯĐ: Sử dụng làm khung chịu lực chính cho các các công trình có khẩu

độ nhịp lớn

Giàn ki ể u vòm:

ƯĐ : Sử dụng làm kết cấu chịu lực cho các công trình vượt khẩu độ r t lớn, vượt nhịp 60 m; như nhà triển lãm, nhà thể thao, …

k )

Giàn ki ể u tháp tr ụ :

e)

ƯĐ: Sử dụng cho các công trình tháp, trụ

ăngten, cộ điện vượt sông, …

2 Hình dạng giàn

Các yêu c ầ u chính khi l ự a ch ọ n gi ả i pháp k ế t c ấ u giàn:

a) Yêu c ầ u để v ượ t nh ị p:L bé hay lớn

b) Yêu c ầ u để thoát n ướ c mái:độ dốc mái i lớn hay bé, hay mái dốc hay mái thoải là phụ thuộc vào loại vật liệu lợp mái

c) Yêu c ầ u v ề liên k ế t gi ữ a giàn mái và c ộ liên kết khớp hay cứng, nhằm

đảm bảo hệ kết cấu mái và toàn hệ công trình có đủđộ cứng cần thiế

d) Yêu c ầ u v ề v ẻ đẹ p hình kh ố i ki ế n trúc:tạo ra các đường mái thẳng, cong, hay uốn lượn cầu kỳ

e) Yêu c ầ u v ề kinh t ế :d chế ạo và dựng lắp, tiết kiệm vật liệu

Trang 4

a) Giàn tam giác (a, b):

Đặ c đ i ể m c ấ u t ạ o:Đầu giàn nhọn (h0 = 0) hay h0 = 450 mm nên coi giàn liên

kết khớp với cột => độ cứng uốn trong và ngoài mặt phẳng của giàn là nhỏ;

- Góc giữa các thanh giàn không đều nhau, có chỗ góc khá nhỏ => khó cấu

tạo tại các nút giàn

- Chiều dài các thanh bụng chênh nhau nhiều ;

d

L

h = 0

Giàn liên kế

khớp với cột

a) Giàn tam giác (a, b):

Đặ c đ i ể m ch ị u l ự c:Khả năng chịu lực không phù hợp với biểu đồ mômen

u n do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra;

- Nội lực phân bố trong các thanh giàn chênh nhau nhiều;

- Một số thanh bụng ở khoảng giữa nhịp chịu lực nén nhỏ nhưng lại có chiều dài lớn nên phải chọn tiết diện theo độ mảnh tới hạn => gây lãng phí vật liệu

Đặ c đ i ể m s ử d ụ ng (theo độ d ố c):Dùng cho các công trình yêu cầu mái có độ

d c lớn i ≥ 0,2 (mái lợp ngói, lợp tôn, lợp phibrôximăng)

d

L

h = 0

b) Giàn hình thang (c):

Đặ c đ i ể m c ấ u t ạ o:Liên kết cứng được với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong

và ngoài mặt phẳng lớn;

- Góc giữa các thanh không quá nhỏ => dễ cấu tạo tại các nút giàn;

- Chiều dài các thanh giàn tương đối đều nhau, không chênh nhau quá lớn

Đặ c đ i ể m ch ị u l ự c:Khả năng chịu lực khá phù hợp với biểu đồ mômen uốn

do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra ;

- Nội lực phân bố trong các thanh giàn khá đều nhau (hợp lý hơn giàn tam

giác);

Đặ c đ i ể m s ử d ụ ng:Dùng cho các công trình yêu cầu độ dốc mái nhỏ (i ≤ 1/8 =

0,125), như lợp panen BTCT ; các công trình có vượt nhịp khá lớn

Giàn liên kết ngàm với cột

L

d

h

h o

i 1 /8

c )

Cột

c) Giàn cánh song song (d):

- Có nhiều thanh giàn cùng chiều dài, có nhiều mắt giàn giống nhau => dễ

cấu tạo, dễ thống nhất hoá trong chế ạo

Đặ c đ i ể m ch ị u l ự c:Khả năng chịu lực tương đối phù hợp với biểu đồ mômen uốn do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra ;

- Nội lực phân bố trong các thanh hợp lý hơn giàn tam giác, nhưng kém hợp

lý so với giàn hình thang

Đặ c đ i ể m s ử d ụ ng:Dùng làm giàn cầu, giàn cầu trục, giàn tháp trụ, …

h

L d

Trang 5

d) Giàn đ a giác, giàn cánh cung (h, k):

- Có nhiều thanh giàn cùng chiều dài, có nhiều mắt giàn giống nhau => dễ

cấu tạo, dễ thống nhất hoá trong chế ạo

Đặ c đ i ể m ch ị u l ự c:Khả năng chịu lực tương đối phù hợp với biểu đồ

mômen uốn do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra ;

- Nội lực phân bố trong các thanh hợp lý hơn giàn tam giác, nhưng kém hợp

lý so với giàn hình thang

Đặ c đ i ể m s ử d ụ ng:Dùng làm giàn cầu, giàn cầu trục, giàn tháp trụ, …

L L

3 Hệ thanh bụng của giàn

d) Giàn đ a giác, giàn cánh cung (h, k):

Yêu c ầ u v ề c ấ u t ạ o các nút giàn:là đơn giản, có nhiều nút giống nhau

=> dễ thống nhất trong chế ạo

Yêu c ầ u t ổ ng chi ề u dài thanh b ụ ng:là nhỏ

Yêu c ầ u góc gi ữ a thanh b ụ ng và thanh cánh:là không quá nhỏ

Yêu c ầ u thanh cánh trên:không bị uốn cục bộ do tải đặt ngoài nút giàn

Các yêu c ầ u khi b ố trí thanh b ụ ng:

a) H ệ thanh b ụ ng tam giác: (a) , (b)

Nh ậ n bi ế g m 1 thanh hướng lên thì thanh tiếp theo hướng xuống (a)

đặ c đ i ể m c ấ u t ạ o:Nên sử dụng các thanh đứng để tránh uốn cục bộ cho

thanh cánh trên và đồng thời giảm chiều dài cho thanh cánh trên chịu nén

(b)

Góc hợp lý giữa thanh bụng và thanh cánh dưới chọn khoảng 45o ÷ 55o

ƯĐ:số lượng nút là ít, tổng chiều dài các thanh bụng là nhỏ

N :một số thanh bụng chịu nén nhưng lại có chiều dài lớn

α

b) H ệ thanh b ụ ng xiên: (c) ; (d)

Nh ậ n bi ế g m có các thanh đứng và các thanh xiên ở một nửa giàn cùng xiên về 1 phía

Đặ c đ i ể m c ấ u t ạ o:Có thể bố trí để thanh đứng chịu nén còn thanh xiên có chiều dài lớn hơn chịu kéo nhưở giàn cánh song song (c)

Hệ thanh bụng xiên có thể sử dụng cho giàn tam giác (d):

Về mặt chịu lực thì không tốt vì các thanh xiên có chiều dài lớn lại chịu nén

Nhưng về mặt cấu tạo nút thì thuận lợi vì góc giữa các thanh không quá nhỏ

do vậy vẫn được dùng

Góc hợp lý giữa thanh bụng xiên và thanh cánh dưới là 35o – 45o

ƯĐ :Các thanh cùng loại thì cùng chị nén hay kéo

N :T ng chiều dài thanh bụng lớn, có nhiều loại nút khác nhau, tốn công chế

tạo

Trang 6

c) H ệ thanh b ụ ng phân nh ỏ :

ƯĐ :sử dụng hệ thanh bụng phân nhỏđể tránh uốn cục bộ cho thanh cánh

trêncủa giàn, giảm chiều dài tính toán trong mặt phẳng giàn của thanh cánh

trên và các thanh bụng xiên Sử dụng khi mái lợp bằng tấm panen BTCT

N :thanh bụng xiên làm phức tạp về mặt cấu tạo, nhưng có thể làm giảm

tr ng lượng toàn giàn

d )

L

T i trọng tập trung tác dụng tại nút giàn

d) H ệ thanh b ụ ng khác:

Hệ thanh bụng chữ thập (g)=> có độ cứng rất lớn;

- Sử dụng rất hiệu quả trong trường hợp giàn chịu lực tác dụng đổi chiều, như giàn cầu, hệ giằng mái, …

Hệ thanh bụng hình thoi (h)=> thuận tiện cho việc nối thanh cánh: kết cấu tháp trụ,

d) H ệ thanh b ụ ng khác:

Hệ thanh bụng hình chữ K(k) => làm tăng độ cứng của giàn, giảm chiều dài

tính toán trong mặt phẳng cho các thanh bụng đứng;

- Sử dụng cho giàn chịu lực cắt lớn, như dầm cầu, tháp trụ …

Hệ thanh bụng của giàn tam giác(i) có góc dốc = 35o ~ 45o , nhịp lớn L = 20

~ 24 m => tiết kiệm vật liệu hơn các dạng khác

4 Kích th ướ c chính c ủ a giàn (th ườ ng)

a) Nh ị p giàn L :

Khi giàn kê lên đầu cột (liên kết khớp với cột): thường lấy L = khoảng cách tâm của 2 gối tựa

Khi giàn liên kết với cạnh bên của cột (liên kết cứng): lấy L = khoảng cách mép trong của 2 đầu cộ

Đối với giàn thông thường (các thanh giàn là 2 thép góc) => nhịp hợp lý của

giàn L = 18 ~ 36 m

Nhịp giàn được lấy theo môđun 3 m: L = 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36 m;

Trang 7

b) Chi ề u cao gi ữ a giàn h, chi ề u cao đầ u giàn h0:

Chiều cao hợp lý theo điều kiện kinh tế:

Tuy nhiên do khó thoả mãn vềđiều kiện vận chuyển => nên thường lấy chiều

cao giữa giàn nhỏ hơn :

Chiều cao đầu giàn thường lấy h0 = 2,2 m.

Giàn hình thang, Giàn cánh song song:

L











÷

=

6

1 5 1

L











÷

= 9

1 7 1

α

b) Chi ề u cao gi ữ a giàn h, chi ề u cao đầ u giàn h0:

chiều cao h phụ thuộc vào loại vật liệu lợp

Khi góc dốc cánh trên của giàn 22 ~ 40o thì thường lấy

Có thểlấy chiều caođầu giàn h0 = 450 mmđểd liên kế

Giàn hình tam giác:

L











÷

= 4

1 3 1

=

α

d

L

h = 0

c) Kho ả ng cách tâm các nút giàn d:

Ở thanh cánh trên c ủ a giàn: thường lấy d = 3 m hoặc 1,5 khi sử dụng hệ giàn

phân nhỏ, bằng khoảng cách giữa các xà gồ

Thanh cánh d ướ i c ủ a giàn: thường lấy d = 3; 4,5 và 6 m Thanh cánh dưới

thường chịu kéo nên lấy d lớn hơn

L

d

h

h o

i 1 /8

c )

d) B ướ c giàn :

Khoảng cách giữa các giàn (bước giàn) phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ

kiến trúc

Thường lấy B = 6 m

Trang 8

5 H ệ gi ằ ng không gian

Nguyên t ắ c c ấ u t ạ o:

Kết cấu giàn phẳng được tính toán, thiết kế chịu các tải trọng tác dụng trong

mặt phẳng giàn Kết cấu giàn phẳng dễ mấ ổn định theo phương ngoài mặ

phẳng của giàn

Khi chịu tải trọng TT và HT tác dụng theo phương đứng => các thanh cánh

trên, và một số thanh bụng chịu nén => Cần bố trí các thanh chống dọc nhà

ở tất cả các nút giàn thuộc thanh cánh trên (vì chịu nén) để ngăn cản (hay

cố kết) các nút giàn không cho chuyển dịch ra ngoài mặt phẳng giàn;

-Đối với kết cấu mái panen BTCT thì các tấm panen cũng có tác dụng như

các thanh chống cho các nút giàn thuộc thanh cánh trên của giàn khi công

trình ở trong giai đ ạn sử dụng

- Cần bố trí các thanh chống dọc nhà trong tất cả các khoang ở vị trí nút đỉnh

giàn, nút đầu giàn, nút dưới chân cửa trời => ổn định giàn khi thi công lắp

dựng

Khi tải trọng gió tác dụng vuông góc với mặt phẳng giàn => Tải trọng gió truyền vào các nút giàn của cả thanh cánh trên và cánh dưới của giàn đầu

h i

- Cần liên kết 2 giàn phẳng thuộc của các khoang đầu hồi với nhau => sử

d ng các thanh chéo chữ thập => nhằm tạo ra một khối kết cấu không gian

ổn định ở 2 phía đầu hồi nhà để chịu tải trọng gió ngang

- Bằng cách bố trí các thanh chữ thập và thanh chống dọc liên kết giữa các nút giàn ở 2 gian đầu hồi (2 khoang đầu hồi)

Gọi là hệgiằng không gian nhằm liên kết các giàn phẳng lại với nhau =>để

tạo các khối kết cấu không gianổ định

Hệ giằng không gian gồm có 3 loại:

- Hệ giằng cánh trên nằm trong MP thanh cánh trên;

- Hệ giằng cánh dưới nằm trong MP thanh cánh dưới;

- Hệ giằng đứng nằm trong MP các thanh đứng

a) H ệ gi ằ ng cánh trên:

Gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc nhà được bố trí trong

mặt phẳng cánh trên của giàn

Các thanh chéo chữ thập (có cả thanh chống dọc) thường được bố trí ở 2 gian đầu hồi, ở 2 gian đầu của các khối nhiệ độ, và ở gian giữa của khối nhiệ độđểđảm bảo khoảng cách giữa chúng không quá 60 m => tạo thành các miếng cứng trong mặt phẳng thanh cánh trên

b

d g

e

a'

Trang 9

a) H ệ gi ằ ng cánh trên:

Các thanh chống dọc nhà được bố trí trong tất cả các khoang ở vị trí nút đỉnh

giàn, nút đầu giàn, nút dưới chân cửa trời

Các giàn khác khác được liên kết với khối cứng bởi các xà gồ (khi sử dụng

mái nhẹ) hay các tấm panen sườn BTCT

b

d g

e

a'

b) H ệ gi ằ ng cánh d ướ i:

Gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc nhà được bố trí trong

mặt phẳng cánh dưới của giàn

Các thanh chéo chữ thập (gồm cả thanh dọc) thường được bố trí ở các vị trí, các khoang có hệ giằng cánh trên => tạo thành các khối cứng không gian bấ

biến hình

b

d g

e

a'

b) H ệ gi ằ ng cánh d ướ i:

Hệ giằng tại khoang đầu hồi còn có tác dụng làm gối tựa cho cộ đầu hồi (cộ

chống gió) => gọi là giàn gió

Trong nhà xưởng có cầu trục chếđộ làm việc nặng thì cần bố trí thêm hệ

giằng cánh dưới theo phương dọc nhà ở 2 khoang biên của thanh cánh dưới

giàn Nếu nhà nhiều nhịp thì có thể bố trí thêm ở cả các khoang giữa

b

d g

e

a'

c) H ệ gi ằ ng đứ ng:

Gồm các thanh chéo chữ thập bố trí ở vị trí 2 đầu giàn, giữa giàn hoặc chân

cửa trời trong mặt phẳng các thanh đứng của giàn

Thường các thanh chéo chữ thập bố trí ở các khoang có giằng cánh trên và

giằng cánh dưới (ở 2 gian đầu hồi, ở 2 gian đầu của các khối nhiệ độ, và ở gian giữa của khối nhiệ độđểđảm bảo khoảng cách giữa chúng không quá

60 m)

b

d g

e

a'

Trang 10

c) H ệ gi ằ ng đứ ng:

Các gian khác thì bố trí các thanh chống dọc trong mặt phẳng cánh trên và

cánh dưới nhằm tăng cường ổn định ngoài mặt phẳng của giàn và giữ cố

định khi lắp dựng

Khoảng cách giữa các hệ giằng đứng theo phương ngang nhà: 12 ~ 15 m

b

d g

e

a'

GIÀN THÉP

1 Sơ đồ tính giàn

2 Tải trọng tác dụng lên giàn

3 Nội lực trong giàn

4 Chi ề u dài tính toán các thanh giàn

5 Ti ế t di ệ n h ợ p lý c ủ a các thanh giàn

6 Chọn và kiểm tra tiết diện thanh giàn

§5.2 TÍNH TOÁN GIÀN THÉP

1 Sơ đồ tính giàn

Gồm các thanh giàn được xếp đặt có các trục thanh đồng qui tại mộ điểm

(gọi là nút giàn, hay mắt giàn)

Cấu tạo để các tải trọng đặt tập trung tại nút giàn: Tấm panen BTCT rộng

1,5m thì chân panen đặt tại nút giàn; Mái lợp tôn thì có các xà gồ gác qua

các nút giàn đểđỡ t m tôn

Tránh tải trọng tác dụng làm cong cục bộ cho các thanh giàn S dụng hệ

thanh bụng phân nhỏđể t i trọng đặt vào nút giàn

Tính toán giàn thường với các thanh gồm 2 thép góc L

§5.2 TÍNH TOÁN GIÀN THÉP

1 Sơ đồ tính giàn

Nội lực trong các thanh giàn gồm chủ yếu N kéo hoặc nén(M và Q rất nhỏ

có thể coi bằng 0) => Xem nút giàn là lien kết khớp và sử dụng các phương pháp trong CHKC để tính

Đối với giàn nặng có thanh giàn tiết diện hình hộp, chữ I, … thì có M khá lớn

Chú ý: Khung gồm 1 nhịp và 1 tầng chịu tác dụng của lực ngang F đặt tập trung tại nút khung => trong khung có M và Q là chủ yếu

Tuy nhiên nếu thêm 1 thanh xiên => Nội lực trong khung chủ yếu gồm lực

d c trục N kéo hoặc nén

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	254,09 KB