DANH MỤC SẢN PHẨM

HỖ TRỢ TRỰC TUYẾN

Quảng cáo

THỐNG KÊ

 Một số chỉ dẫn trong bước đầu thiết kế kết cấu mái lưới không gian nhịp lớn bằng thép

I.  Kết cấu mái lưới không gian dạng phẳng hai lớp

Loại  mái  này  có  thể  dùng  cho  các  công  trình  nhịp  nhỏ (l < 30 m), nhịp vừa  l = (30-60 m) hoặc nhịp lớn L > 60 m.

Các dạng sơ đồ bố trí hệ thanh

Mái gồm các dàn phẳng giao nhau.

Hệ mái được tạo bởi các dàn phẳng giao nhau, đặt theo hai hướng: trực giao (H.2.1.a), hoặc chéo (H. 2.1b); đặt theo ba hướng (H. 2.1.c,d). Tùy theo cách bố trí mà các thanh cánh hợp với nhau để tạo nên mạng lưới hình vuông, tam giác hoặc lục giác.

Hình 2.1. Sơ đồ mái các dàn thẳng đứng giao nhau

 a), b) - bố trí các dàn theo hai hướng; c), d) - bố trí các dàn theo ba hướng

Hệ mái ghép bởi các đơn nguyên định hình dạng hình chóp 4 mặt, 5 mặt hoặc 7 mặt. Các cách ghép này tạo nên các dàn đặt chéo trong mái (H .2.2).

Hình 2.2 . Sơ đồ mái ghép bởi các đơn nguyên hình tháp

a), b) - từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt; c) - Từ các đơn nguyên hình chóp 4 mặt; d) - Từ các đơn nguyên hình chóp 7 mặt.

1.1.3  Lựa chọn sơ đồ bố trí thanh tùy ý theo nhiều yếu tố: dạng mặt bằng mái, cỡ nhịp, sơ đồ bố trí gối kê, cấu tạo nút liên kết giữa các thanh, dạng tiết diện các thanh ...

Mái có các ô lưới hình vuông ( H.2.1a; H.2.2,a,b) dùng hợp lý khi mặt bằng mái là hình vuông, hoặc mái chữ nhật khi tỉ số 2 cạnh < 1: 0,8 khi đó sự làm việc của mái theo hai hướng là gần như nhau.

Đối với mái có các mặt bằng hình chữ nhật khi tỉ số 2 cạnh < 1: 0,8  nên dùng mái gồm các dàn đặt chéo nhau góc 45⁰ so với chu vi ( H.2.1,b,c); (H.2.2,c).

Loại mái có các thanh cánh tạo nên ô lưới hình vuông (H.2.1,a), (H.2.2,a,b) hoặc hình sáu cạnh (H 2.2,d) gồm các đơn nguyên hình chóp có thể bị biến hình nên không chịu được mômen xoắn. Vì vậy khi cấu tạo mái có côngxon cần bố trí sao cho phần côngxon chỉ chịu uốn ngang.

Loại mái có các cánh tạo nên hình tam giác (H.2.1,c), (H.2.2,c) tạo nên hệ lưới không gian có tính bất biến hình và độ cứng tăng, vì vậy thích hợp cho dạng mặt bằng hình phức tạp và có các bộ phận làm việc dạng côngxon.

II.  Tính toán dàn lưới thanh không gian

1.  Xác định tải trọng

 - Tải trọng tác dụng lên kết cấu dàn lưới gồm: tải trọng thường xuyên (trọng lượng bản thân dàn, các lớp lợp, các lớp cách âm, cách nhiệt...), tải tạm thời ( hoạt tải mái, tải trọng gió...), tải trọng khi thi công, dựng lắp...Tất cả các tải trọng và tổ hợp tải trọng phải tuân theo các quy định của “ TCVN  2737-1995 ”.

Khi tính đưa tải trọng thành lực tập trung đặt tại các nút.

2.  Tính toán nội lực các thanh dàn bằng phương pháp gần đúng

2.1.  a) Xác định nội lực trong tấm

 Cách tính này đơn giản, kết quả có thể dùng cho giai đoạn thiết kế sơ bộ hoặc dùng làm cơ sở để kiểm tra các kết quả theo các chương trình máy tính (đề phòng các nhầm lẫn có thể xảy ra trong quá trình tính bằng máy tính).

Một trong các phương pháp đơn giản và cho kết quả tin cậy là chuyển đổi tấm rỗng thành tấm đặc rồi dùng các hệ số điều chỉnh nội lực (không cần xét đến độ cứng).

Trong trường hợp nhà có mặt bằng phức tạp, ta có thể chuyển kết cấu mái thành các tấm đơn với các điều kiện liên kết biên khác nhau (H. 2.3,a,b,c). Khi đó tại vị trí có các dãy cột giữa được thay bằng liên kết biên tựa ngàm của tấm đơn.

Khi tấm chịu tải trọng phân bố đều p thì nội lực nguy hiểm nhất của các dạng tấm được tính theo các công thức sau:

Đối với các tấm có mặt bằng hình chữ nhật:

Mômen uốn lớn nhất của một giải tấm có bề rộng đơn vị phụ thuộc tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn (l₁/l₂) và điều kiện liên kết biên:

                                                                          (2.1)

Giá trị lớn nhất của phản lực gối của một đơn vị chiều rộng tấm:

          (2.2)

Các hệ số  được tra bảng theo đồ thị ở phần 1 phụ lục 1, tùy theo các sơ đồ liên kết cạnh các tấm trên hình 2.3.

Hình 2.3. Các dạng chia tấm liên tục thành các tấm đơn để xác định nội lực (chia càng nhỏ thì tính càng chính xác)

a) tấm mái 2 nhịp ; b) tấm mái 3 nhịp; c) tấm mái 4 khối nhịp ; d) ký hiệu cách liên kết ở tấm biên . 

Đối với tấm mặt bằng hình tam giác chịu tải trọng phân bố đều p, các cạnh kê khớp; mômen uốn và phản lực gối lớn nhất của giải rộng đơn vị của tấm phụ thuộc tỉ số 2 cạnh  và được tính theo công thức:

    ;  ;      (2.3)

Các hệ số  được tra bảng theo đồ thị ở phần 2 phụ lục 1

Đối với các tấm mặt bằng hình elíp chịu tải trọng phân bố đều p, xung quanh kê khớp: mômen uốn và phản lực gối lớn nhất của giải rộng đơn vị của tấm phụ thuộc tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn và được tính theo công thức:

     ;  ;     ;     (2.4)

Các hệ số  được tra bảng theo đồ thị ở phần 3 phụ lục 1

4. Đối với các tấm mặt phẳng hình tròn chịu tải trọng phân bố đều p, chu vi kê khớp: mômen uốn và phản lực gối lớn nhất của giải rộng đơn vị của tấm được tính theo công thức:

;    ;           (2.5)

trong đó: và  là các mômen uốn theo phương bán kính và phương tiếp tuyến, các ký hiệu xem ở phần 4 phụ lục 1.

5. Đối với các tấm hình quạt, chịu tải trọng phân bố đều p, các cạnh kê khớp: mômen uốn và phản lực lớn nhất giải rộng đơn vị của tấm tính theo công thức:

- theo hình 1 phần 5 phụ lục 1:

    ;     ;        (2.6)

- theo hình 2 phần 5 phụ lục 1:

    ;  ;     (2.7)

Chú ý:

1. Đơn vị dùng trong các công thức trên:

   -  tải trọng p - KN/m²;

  mômen - KN/m²;

  phản lực V - KN;

  nhịp mái - m;

 Khi dùng các thanh xiên để mở rộng gối đỡ, chiều dài của nhịp sẽ tính từ điểm tựa của các thanh xiên vào dàn (H2.4).

Hình 2.4. Nhịp dàn khi dùng thanh xiên để mở rộng gối

mái 1 nhịp; b) mái 2 nhịp;  1. mômen uốn khi gối không có thanh xiên;

3.  Mômen uốn khi gối có thanh xiên

3.1.  Xác định nội lực trong các thanh dàn:

 Sau khi tính được nội lực trong tấm mái theo các công thức (2.1) đến (2.7), có thể từ đó xác định tiếp được nội lực trong các thanh của dàn tùy theo sơ đồ cấu tạo của dàn.

 a)  Đối với các dàn tạo thành từ các dàn phẳng đặt thẳng đứng, có các thanh cánh tạo nên các ô lưới hình vuông ( H.2.1,a), nội lực trong các thanh cánh Nc và thanh bụng xiên ở gối Nx được tính theo các công thức:

        ;        (2.8)

 Đối với các dàn tạo thành từ các dàn phẳng đặt thẳng đứng  xiên góc 45⁰ (so với đường biên mái) có các thanh cánh tạo nên các lưới hình vuông (H.2.1,b):

 (2.9)

      (2.10)

  Đối với sơ đồ dàn gồm các dàn đặt theo 3 hướng, các thanh cánh tạo nên hình tam giác (H.2.1,c):

;   (2.11)

    (2.12)

Trong đó :

      h-  chiều cao của tám mái (khoảng giữa hai trục của các cánh);

   a-  kích thước của các cạnh ô lưới tạo bởi các thanh cánh ;

    a₁- khoảng cách giữa 2 gối tựa cạnh nhau của tấm mái dọc theo các cạnh;

  - góc nghiêng của thanh xiên so với mặt phẳng nằm ngang ;

   M_max- mô men uốn lớn nhất M₁ và M₂ trong giải rộng đơn vị của tấm đặc ;

   2,1; 1,6 ; 1,3 - là các hệ số điều chỉnh kể  đến sự khác nhau giữa các mômen uốn trong tấm đặc và tấm rỗng;

   1,4 ; 1,75 ; 1,6 - các hệ số  điều chỉnh kể đến sự khác nhau của phản lực gối trong tấm đặc và tấm rỗng

    M_x ; M_Y - mômen uốn của giải rộng đơn vị của tấm theo hệ tọa độ x,y (H.2.5);

     V- phản lực gối của giải đơn vị của tấm đặc;

             ..., nội lực nén đối với thanh xiên đi lên và kéo đối với thanh xiên đi xuống.

Hình 2.5. Trục tọa độ của tấm mái khi các thanh cánh tạo nên ô lưới hình

   tam giác và lục giác.

Đối với các tấm tạo thành từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt (H.2.2,a):

  ;          (2.13)

Đối với các tấm tạo thành từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt nhưng cánh dưới gồm các thanh xiên (H.2.2,b):

   ;       (2.14)

Đối với các tấm tạo thành từ các hình chóp 4 mặt (H.2.2.c) tính theo các công thức (2.11); (2.12).

Đối với các tấm tạo thành từ các hình chóp 7 mặt (H.2.2,d):

  ;      (2.15)

  ;   (2.16)

     (2.17)

     (2.18)

Trong đó:   là nội lực trong thanh cánh trên và cánh dưới của dàn, các ký hiệu khác vẫn như điều c.

Đối với các tấm hình thành từ các đơn nguyên hình chóp nhưng có đỉnh quay lên trên thì trong các công thức từ (2.13) đến (2.18) đổi  thành , đổi  thành  và dấu “ - ” thành dấu “ + ” đối với N_x (nếu thanh xiên gối chịu kéo).

Khi tấm tựa lên các cột riêng, nội lực trong các thanh xiên ở gối phụ thuộc giá trị của phản lực V, số lượng thanh xiên ở gối n và góc nghiêng của chúng với mặt phẳng nằm ngang :

          (2.19)

trong đó:   A là diện tích chịu tải của cột

  p là ứng suất trong cột

  Lực của các thanh xiên trong gối có mở rộng bằng lực trong các thanh xiên (H.2.6) được tính theo công thức (2.19) khi thay các gía trị tương ứng của n và . 

Hình 2.6. Mở rộng gối tựa bằng thanh xiên

III.  Kết cấu mái lưới không gian hai lớp dạng vỏ trụ

1.  Dạng mặt mái

Mái lưới không gian vỏ trụ hai lớp là mái có mặt cong một chiều, dùng phủ các mặt bằng hình chữ nhật. Dọc theo hai biên thẳng mái tựa lên gối (cột hoặc dầm giằng giữa các đầu cột), theo phương ngang thường tựa lên vách cứng đầu hồi hoặc vách cứng trung gian.

Tỉ số giữa độ võng f với nhịp : f/l = 1/6 1/10.

a)

b)

Hình 2.7. Mái lưới không gian hai lớp vỏ trụ

2.  Cấu tạo mái

Mái vỏ trụ hai lớp gồm  2 lớp thanh cánh và hệ thanh bụng như loại mái lưới dạng phẳng. Sơ đồ bố trí các thanh thường có hai loại: gồm các dàn phẳng đặt song song theo phương đường sinh và các dàn phẳng đặt xiên (H2.7a); hoặc tổ hợp từ các đơn nguyên hình chóp (H2.7,b- tổ hợp từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt).

Các kích thước hình học của mái:

  + Nhịp L của mái có độ lớn bất kỳ tùy theo kiến trúc;

  + Chiều cao của dàn h = (1/151/30)L;

  + Góc nghiêng của các thanh xiên so với phương ngang ;

  + Chiều dài các thanh: từ chiều cao h và  có thể xác định được chiều dài a của các thanh cánh (khoảng cách giữa 2 nút dàn) và chiều dài b của các thanh xiên. Riêng mái ghép từ các đơn nguyên hình chóp 5 mặt (đáy vuông), với  có chiều dài các thanh cánh ; và từ các hình chóp 4 mặt (đáy tam giác đều) . Thông thường chiều dài các thanh dàn a = 1,23 m.

3.  Tính toán mái lưới không gian hai lớp vỏ trụ

3.1.  Các yêu cầu và các bước tính toán mái hai lớp vỏ trụ giống như đã nêu ở các điều 1.2 cho mái lưới dạng phẳng.

3.2.  Cách tính sơ bộ mái lưới không gian dạng vỏ trụ hai lớp

Xác định các thông số hình học cơ bản: giả sử mái có nhịp l, mũi tên vồng f, bán kính cong R, góc trọng tâm từ gối đến giữa nhịp , chiều dài cung cong của mái L (H.2.8).Ta có các mối liên hệ sau:

       ;     ;       (2.20)

Hình 2.8. Sơ đồ tính vỏ trụ dưới tác dụng của tĩnh tải

   a) dải rộng đơn vị khi xác định tải trọng và nội lực ; b) sơ đồ tác dụng của tĩnh tải

- Xác định các tải trọng chính:

+ Trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực của mái có thể tính gần đúng theo công thức:

            (2.21)

      Trong đó: - trọng lượng tiêu chuẩn của kết cấu chịu lực của mái; - hệ số chi phí vật liệu (đối với thép =3-5; hợp kim nhôm =1,5-2,5); l -  nhịp mái (m).

Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải như trên hình 2.8,b.

+ Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió như trên hình 2.9.a. Giá trị của các tải trọng q tính như sau:

Hình 2.9. Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió lên vòm

     a) Sơ đồ tính ;     b) đồ thị tra hệ số khí động c₁ , c₂ , c₃ .

  ;     ;            (2.22)

 Trong đó: - tải trọng gió tiêu chuẩn  lấy theo vùng xây dựng theo “TCVN 2757-1995. Tải trọng gió và tác động”; - hệ số khí động lấy theo đồ thị trên hình 2.9,b phụ thuộc tỉ số f/l; n- hệ số vượt tải n= 1,2; K- hệ số kể đến sự thay đổi tải trọng gió theo chiều cao “TCVN 2757-1995. Tải trọng và tác động”.

Xác dịnh nội lực:

   Xét giải rộng đơn vị, coi như vòm hai khớp có dạng cong như ở hình 2.8.. Vòm rỗng siêu tĩnh 2 khớp, chịu tải trọng đứng, khi tính kể đến hệ số đàn hồi k do nén:

     ;      (2.23)

 Trong đó: J; A- mômen quán tính và diện tích tiết diện của các thanh thuộc dải rộng đơn vị;- hệ số, phụ thuộc tỉ số f/l và góc trọng tâm , lấy theo bảng 1; L- chiều dài cung cong của vòm;

    Bảng 1. Các thông số để xác định giá trị của hệ số k     

 Phản lực ngang và đứng của dải rộng đơn vị khi chịu tải trọng đứng:

      ;         (2.24)

 Khi chịu tải trọng gió, việc xác định các lực xô ngang H_a, H_b, các phản lực đứng V_a,V_b là phức tạp, tuy nhiên có thể tính gần đúng theo công thức sau:

                (2.25)

     Trong đó: - tải trọng gió tính toán không kể đến hệ số khí động (các hệ số khí động  đã kể đến khi thành lập các trị số ); giá trị của  lấy theo bảng 2.

   Bảng 2. Các hệ số để xác định phản lực ngang và đứng khi chịu tải trọng gió

 Lực dọc và mômen uốn trong dải rộng đơn vị tính theo công thức:

   (2.26)

 Trong đó: Q - lực cắt trong dầm có nhịp l; - góc nghiêng của tiếp tuyến với cung cong tại tiết diện khảo sát với phương nằm ngang; y- tung độ của tiết diện khảo sát (H.2.8,b);   mômen uốn trong dầm nhịp L tại tiết diện khảo sát...

Hình 2.10. dải để xác định nội lực trong các thanh của vỏ

 Trong vỏ hai lớp, lực trong thanh cánh được tính theo công thức:

        (2.27)

 Trong đó: h - khoảng cách giữa hai trục cánh; - góc nghiêng của thanh cánh so với đường sinh của vỏ; a- bề rộng dải tải trọng  (H2.10).

Kiểm tra ổn định của mái lưới vỏ trụ:

  Lực nén tới hạn  của mái có thể xác định gần đúng theo công thức Ơle, không kể đến ảnh hưởng của các vách cứng:

  (2.28)

   Trong đó :  J_x là mômen quán tính của cặp thanh cánh ứng với diện chịu tải là a (H2.10):

            (2.29)

    Trong đó: d, d₁- đường kính ngoài và đường kính trong của ống (cm); A- diện tích tiết diện thanh (cm²); - hệ số biến đổi chiều dài tính toán của vòm, giá trị của  phụ thuộc tỉ số mũi tên vồng f với nhịp vòm: =0,55 khi f/l=1/5;    = 0,6 khi f/l=1/3; =0,65 khi f/l=1/2,5; E- môđun đàn hồi của thép (daN/cm²).

ổn định của vỏ sẽ đảm bảo nếu:

    (2.30)

 Phụ lục 1 : Số liệu tính toán