Kết cấu thép 1 chương 5 thiết kế dàn tài liệu, ebook

Hệ giằng còn có tác dụng làm giảm chiều dài tính toán theo phương ngoài mặt phẳng dàn cho thanh cánh... - Hệ giằng ngang theo phương ngang nhà được bố trí ở mức cánh trên hoặc cánh dưới

Ww TRUONG DAI HOC MO TP HO CHI MINH

KẾT CẤU THÉP 1

GV: NGUYÊN VĂN HIẾU

Tp HCM, Tháng 02/2013

§1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI

các thanh quy tụ và liên kết tại nút thông qua bản

Cấu kiên trong giàn

1- Thanh cánh trên, 2- Thanh cánh dưới: 5- Thanh bụng xiên, 4- Thanh ding

1 Phân loại dàn:

a Theo cong dung:

- Dàn đỡ mái nhà công nghiệp và dân dụng (vì kèo)

-_ Dàn cầu, dàn cầu trục, tháp trụ, dàn cột điện

b, Theo cấu tạo của các thanh đàn:

e Dan nhe: noi luc cdc thanh nhỏ, thanh dàn cấu tao e Dan năng: nội lực các thanh cánh lớn

e Dan thuong: noi luc trong các thanh cánh < 500T tổ hợp (hình 5.2)

c, Theo sơ đồ kết cấu dàn:

Dan kiểu dầm có sơ đồ đơn giản ( hình 5.3a,

b), khớp hai đầu

Dan [én tuc dan siéu tinh (hình 5.3c)

Dan mit thira (hinh 5.3d)

Dan kiéu thép tru (hinh 5.3e)

Dan kiéu khung: (hình 5.3h)

Dan kiéu vòm: (hình 5.3k)

2 Hình dạng dàn:

Lựa chọn đàn thoả mãn các yêu cầu sau:

- Phù hợp với yêu cầu sử dụng

-_ Thoả mãn yêu cầu kiến trúc và thoát nước mái

Kích thước và cách bố trí cửa trời

Cách liên kết đàn với cột, độ cứng cần thiết của mái

Yêu cầu về kinh tế

Các loại dàn thông dụng:

a Dạng tam giác (hình 4a, b):

- Đầu đàn nhọn, liên kết khớp với cột, độ cứng ngoài

mặt phẳng không lớn

- Chịu lực không phù hợp với biểu đồ mômen uốn,

lãng phí vật liệu Dùng khi tấm lợp nhẹ, độ đốc mái lớn

b Dàn hình thang (hình %.4C):

- Chiều cao đầu đàn lớn, có thể liên kết cứng với cột

- Phù hợp với biểu đồ mômen, độ đốc nhỏ

c Dàn cánh song sơng (hình 9.4d, e):

- Có nhiều thanh cùng chiều đài, nút giống nhau

ở Dàn đa giác (4.4h) và dàn cánh cung (2.4k):

- Phi hợp biểu đồ mômen, tiết kiệm vật liệu

- Chế tạo phức tạp

Hình 5.4 Các dạnz giàn

3 Hệ thanh bụng của dàn: Bố trí hệ thanh bụng cần thoả mãn các yêu cầu sau:

- Cấu tạo nút đơn giản và có nhiều nút giống nhau a) ety b) d

thanh cánh 45” đến 55”

b Hệ thanh bụng xiên (5.5c, d):

- Góc hợp lý giữa thanh bụng và thanh cánh dưới 35-45”

- Chiều dài thanh bụng lớn, nhiều nút, tốn công chế tạo yyw

c Hé thanh bung phan nhé (5.5d): giam Ï„ cho cánh trên

- Hình thoi (5.5h) để tiện cho việc nối thanh cánh _=S%y,

- Hình chữ K (5.5K), tăng độ cứng cho dàn và giảm /„ thanh bụng

đứng Dùng chịu lực cắt lớn như dầm, cầu, tháp trụ v.v Hành 5.2 Các hình thức bố tri thanh bung

- Dàn tam giác có góc dốc #ø = 35 +45 ’ cing nhu nhip 16n cé thé str dung hé thanh (5.5i), tiét kiệm vật liệu

6

4 Kích thước chính của dàn:

4 Nhịp dàn (L):

- Dựa trên kiến trúc, mục đích sử dụng, giải pháp kết cấu

- Dàn liên kết khớp với cột: dàn kê lên đầu cột thì L là khoảng

cách hai tâm gối tựa, liên kết cạnh bên với cột thì L là khoảng

cách mép trong giữa hai cột

- Nhà công nghiệp lấy theo môdun 6m

b Chiêu cao dàn (H):

-_ Với dàn cánh và dàn song song, H=1/5+1/6 L, theo yêu cầu

vận chuyển nên thường lấy bằng 1/7+1/9L

-_ Với dàn tam giác, H phụ thuộc độ dốc của cánh trên Khi mái

dốc 22?+40? H„„y= 1⁄4+1⁄3 L, nếu mái lợp có yêu cầu độ dốc

nhỏ hơn thì làm dần tam giác có chiều cao đầu dàn là 450mm

c Khoảng cách nút dàn: khoảng cách nút dàn ở cánh trên nên

chọn bằng khoảng cách xà gồ 1,2 -3,0m

d Bước dàn (PB): 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 v.v và thoả mãn yêu cầu kinh tế

Sheeting rails

(b) Lower chord bracing system provides lateral support to bottom chord of truss

Hình Độ vồng trước của giàn

Khi giàn mái có nhịp lớn hơn 36 m, nên làm độ vồng cấu tạo Độ vồng cấu tạo lấy bằng độ võng của giàn do fĩính tải và hoạt tải dài hạn gây ra Đối với các loại mặt mái bằng (giàn có cánh song song), độ vồng cấu tạo của giàn lấy không phụ thuộc độ lớn của nhịp và bằng độ võng do tổng tải trọng tiêu chuẩn gây nên cộng với 1/ 200 nhịp )

5 Hệ giằng không gian:

Dàn là kết cấu mảnh theo phương ngoài mặt phẳng

cho nên dé mat ổn định theo phương ngoài mặt phẳng

uốn, vì vậy dùng hệ giằng để tạo ra khối không gian

ồn định

Hệ giằng của đàn gồm ba hệ (hình 5.6):

- Heé giang cénh trên: bố trí ở hai gian đầu hồi

của nhà hoặc của một đoạn nhiệt độ và các gian ở phía

trí giằng không quá 60m Hình 56 Hệ giàng không gian của giàn

- #iê giảng cánh đưới: bố trí tại gian có hệ giằng cánh trên Giằng cánh đưới cùng giằng cánh trên tạo nên khối cứng bất biến hình và tạo những điểm cố kết không chuyển vị theo phương ngoài mặt phẳng đàn

-_ Hệ giảng đứng: Theo phương nhịp dàn các hệ giằng đứng đặt cách nhau không quá 15m Cùng với

giằng cánh trên và cánh dưới tạo nên khối cứng không gian bất biến hình và cố định, giữ ổn định khi lap dung đàn Các gian không bố trí giằng được thay bằng thanh chống đọc

Hệ giằng còn có tác dụng làm giảm chiều dài tính toán theo phương ngoài mặt phẳng dàn cho thanh cánh.

- Hệ giằng ngang theo phương

ngang nhà được bố trí ở mức cánh trên

hoặc cánh dưới của giàn vì kèo tại các

nhịp ở đầu mỗi khối nhiệt độ

- Khi bố trí hệ giằng chéo chữ

thập, việc tính toán chúng cho phép

Theo dọc nhà Theo ngang nhà hệ giằng đứng gần nhất

Ghi chú: Khi trong phạm vi khối nhiệt độ của nhà và công trình có hai hệ giằng đứng thì khoảng cách giữa các trục của chúng không vượt quá: 40+50m đối

với nhà, 25+30m: đối với cầu cạn lộ thiên

10

§2 TÍNH TOÁN DÀN

1 Các giả thiết khi tính toán:

- Trục các thanh đồng quy tại tim nút dàn, lực tập trung đặt trực tiếp vào nút dàn;

- Tai trọng thường xuyên: trọng lượng của các kết cấu trong ữ ⁄ A 7 | ry Fy F a z | Fi | F | phạm vi mái như tấm lợp, tấm chống thấm

trong do: F,- luc tap trung đặt tại nút thứ 1,

ở,_,, ủ, - khoảng cách nút dàn bên trái và bên phải nút ¡ 5

(tinh theo phuong nhip dan);

q,„ - tải trọng tiêu chuẩn;

b - bước dàn,

yọ - hệ số độ tín cậy về tải trọng ứng với qự ;

œ - góc nghiêng của thanh cánh trên voi phuong ngang

12

3 Nội lực:

Dùng các phương pháp của cơ học kết cấu để xác định nội lực dàn, tính trong từng trường hợp riêng rẽ,

sau đó tổ hợp để tìm nội lực nguy hiểm nhất

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

-_ Tải trọng thường xuyên đặt cả dàn

- Tai trong sửa chữa mái đặt 1/2 và đặt cả dàn

- Tai trong gid

- Tai trong cau truc (néu có)

Trường hợp có tải trong tập trung đặt ngoài nút thì thanh dàn

chịu nén cục bộ Mômen uốn cục bộ xác định gần đúng theo sơ

đồ đơn giản, gối tựa là nút dàn, nhịp là khoảng cách hai nút

4 Chiều dài tính toán các thanh dàn:

Chiều dài tính toán của thanh tính theo 2 phương: j, và Í,

a Chiéu dai tinh toán trong mặt phẳng:

Nút dàn có độ cứng nhất định nên không phải là khớp lý tưởng: các

thanh quy về nút khi chịu kéo chống lại sự xoay của nút Quy ước: nút

có nhiều thanh nén hơn thanh kéo coi là khớp; ngược lại coi là ngàm

đàn hồi

` › „ Hình %8 Sơ đồ xác định chiều dài

Chiêu dài tính toán trong mặt phắng dàn của các thanh lấy như sau: tính toán thanh dàn

b, Chiêu dài tính toán ngoài mặt phẳng:

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn của các thanh bụng: 7 yal

Dàn có hệ thanh bụng phân nhỏ, các thanh bụng nén (có chứa nút dàn phân nhỏ) có hai trị số nội lực

N, va Nz (N; > N>) thi:

N

Chiều dài tính toán của thanh cánh lấy bằng khoảng cách giữa hai điểm cố kết ngăn cản thanh cánh

chuyển vị khỏi mặt phẳng dàn Nếu thanh nằm trong phạm vì giữa hai điểm cố kết mà có hai trị số nội

lực W; và N„(N,> N;) thì:

N

1 trong đó: 7,- khoảng cách giữa hai điểm cố kết;

é Độ mảnh giới hạn các thanh đàn:

Độ mảnh (2) có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của thanh, nên độ mảnh của thanh dàn không được

vượt quá trị số giới hạn ở bảng

15

Bang 25 Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén

Các thanh Độ mảnh giới hạn

1 Thanh cánh, thanh xiên và thanh đứng nhận phản lực gối:

a) Của giàn phẳng, hệ mái lưới thanh không gian, hệ thanh không gian rỗng (có chiều cao #< 50 m) bằng thép ống hoặc tổ hợp

từ hai thép góc; 180 - 60ø

b) Của hệ thanh không gian rỗng bằng thép góc đơn, hệ thanh không gian rỗng (chiều cao ##> 50 m) nhưng bằng thép ống hay tổ

hợp từ hai thép góc 120

2 Các thanh (trừ những thanh đã nêu ở mục 1 và 7):

a) Của giàn phẳng bằng thép góc đơn; hệ mái lưới thanh không gian và hệ thanh không gian rỗng bằng thép góc đơn, tổ hợp từ hai

thép góc hoặc thép ống; 210- 60a b) Của hệ mái lưới thanh không gian, hệ thanh không gian rỗng bằng thép góc đơn, dùng liên kết bulông 220 - 40a

3 Cánh trên của giàn không được tăng cường khi lắp ráp (khi đã lắp ráp lấy theo mục 1) 220

5 Cột phụ (cột sườn tường, thanh đứng của cửa mái, v.v ), thanh giằng của cột rỗng, thanh của hệ giàng cột (ở dưới dầm cầu trục) 210 - 60a

6 Các thanh giàng (trừ các thanh đã nêu ở muc 5), cdc thanh dùng để giảm chiều dài tính toán của thanh nén và những thanh không 200

chịu lực rà không nêu ở mục 7 dưới đây

7 Các thanh chịu nén hoặc không chịu lực của hệ thanh không gian rỗng, tiết diện chữ T, chữ thập, chịu tải trọng gió khi kiểm tra độ

1 Thanh cánh, thanh xiên ở gối của giàn phẳng (kể cả giàn hãm) và của hệ mái lưới thanh không gian 250 400 250

2 Các thanh giàn và của hệ mái lưới thanh không gian (trừ các thanh nêu ở mục 1) 350 400 300

3 Thanh cánh dưới của dầm cầu trục, dàn — — 150

4 Các thanh của hệ giằng cột (ở dưới dầm cầu trục) 300 300 200

5 Các thanh giằng khác 400 400| 300

6 Thanh cánh và thanh xiên ở gối của cột đường dây tải điện 250 — —

7 Các thanh của cột đường dây tải điện (trừ các thanh nêu ở mục 6 va 8) 350 — —

§ Các thanh của hệ thanh không gian rỗng có tiết diện chữ T hoặc chữ thập chịu tác dụng của tải trọng gió khi kiểm tra

Ghi chú: 1 Trong các kết cấu không chịu tải trọng động chỉ cần kiểm tra độ mảnh của thanh trong mặt phẳng thăng đứng

2 Không hạn chế độ mảnh của thanh chịu kéo ứng lực trước

3 Tải trợng động đặt trực tiếp lên kết cấu là tải trọng dùng trong tính toán về bên mởi hoặc trong tínhtoán có kể đến hệ số động

5 Tiết diện hợp lý của các thanh dàn:

16

Các thanh dàn là các cấu kiện kéo nén đúng tâm nên tiết diện hợp lý là sự làm việc theo hai phương xấp xỉ nhau (2, ~ 2, ) Tiết diện thanh dàn thường dùng các dạng sau:

¡„ =¡„, hợp lý cho những thanh dàn có /„ =/„ vì A, Ay TI” IE —

- Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh bé với nhau (hình b), |

có ¡„ ~ 0.5¡„, hợp lý cho những thanh dan cé 1, = 27, mm oo

d) ⁄ 8)

cho những thanh dàn có /„ = 0.37, (thanh bụng)

17

6 Chọn và kiểm tra tiết diện thanh dàn:

a Nguyên tắc chọn tiết điện:

Khi tiến hành tính toán chọn tiết diện thanh dàn trên cơ sở đã biết nội lực, chiều dài tính toán và dạng

hợp lý, cần theo nguyên tắc sau:

-_ Tiết diện thanh nhỏ nhất là 750 x 5

- Trong mét dan L<36m nên chọn không quá 6 đến 8 loại thép

-_ Với nhịp dàn 7 nhỏ hơn hoặc bằng 24m thì không cần thay đổi tiết diện thanh cánh Khi 1 > 24m thi

thay đổi tiết diện để tiết kiệm và dùng không quá hai loại tiết diện với 7 < 36m

-_ Bề dày bản mã được chọn dựa vào lực lớn nhất ở thanh xiên đầu dàn, lấy theo bảng 5.1

Bảng 5.1 Bé day ban m4 gian Nitin tong | | Sak 1) MOU OLY TOOT RO a thanh bung, KN | 150 | 2sn | ago | 600 | 1000 | 1400 | 1800 | 2200 | 2600 | 3000

Chiéu day bin ma,mm|_6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16] 18 1 20 | 22 | 25

18

b, Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu nén:

Tiến hành như cấu kiện chịu nén đúng tâm Diện tích cần thiết của tiết diện thanh được xác định theo công thức:

OS Vc trong dé: N - lực nén trong thanh tính bang daN;

+„ - hệ số điều kiên làm việc, lấy theo bang [14 - Phu luc I;

f- cuéng d6 tinh toén cua thép tinh bang daN/cnr’;

ọ - hê số dọc lấy theo bảng, phụ thuộc độ mảnh ^ và cường độ tính toán Ẩ

Khi chọn tiết diện, giả thiết 2 = 0 + 80 với thanh cánh; 24 = 729 + 720 với thanh bụng Có 4,,, dua vao bảng thép góc, xác định được số hiệu thép góc cần dùng, tra được các đặc trưng hình học của tiết diện

iy, ly, Ag

min

trong dé: A- dién tich tiét dién, A = 2A g2

Pmin- HE SO, tra bảng phục thuộc đỘ mảnh À„„„(À, va A, )

Trường hợp thanh cánh có uốn cục bộ thì phải tiến hành tính toán theo cấu kiện nén lệch tâm

19

ce Chon va kiém tra tiết diên thanh chịu kéo:

Diện tích cần thiết của tiết diện thanh được xác định theo công thức: 4,>—— cí (5.9)

ee

Dựa vào dạng tiết diện hợp lý, tra bảng thép định hình ra các đặc trưng hình học của tiết dién i,,, 7,, A,

Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo công thức: o= <f.y, (5.10) va Ang <[4] (6.11)

min A

trong dé: A,,- dién tich can thiét cia thanh, tính bằng c1;

y,-hé s6 diéu kién lam viéc, lay theo (5.5);

N - luc kéo tinh bang daN;

A, - én tích thực tế của tiết diện lấy như sau: khi tiết điện không giảm yẾU A„y = A„„ = 2A; khi có độ giảm yéu tiét dién Ay = Ang — Ajg +

Amax- 46 manh duoc lay tri sé 16n tr /,, va i,

d Chon tiét dién thanh theo dé manh giới hạn:

Với một số tiết diện thanh có nội lực nhỏ, có thê chọn tiết diện theo [A], CO i, = ia] VÀ tye = ñ Với đặc trưng hình học ¡„và ¡, trong các bảng thép góc, xác định được số hiệu thép góc làm tiết diện thanh

20