Bài giảng Kết cấu công trình - Chương 3: Kết cấu mái

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu công trình - Chương 3: Kết cấu mái

1. Môn học: KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ngành: Kiến trúc-Quy hoạch KẾT CẤU MÁI KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM
2. 1.KHÁI QUÁT 1.1. Yêu cầu của kết cấu mái - Đủ khả năng chịu lực (tải trọng mái, giĩ) - Bền vững lâu dài - Cách nhiệt, chống thấm, chịu được mưa nắng, cĩ độ dốc thốt nước mưa -Cĩhìnhdạngphùhợpkiếntrúc cơng trình - Thi cơng dễ dàng, giá thành hợp lý 1.2. Phân loại kết cấu mái a. Mái phẳng và mái khơng gian 2
3. 1.KHÁI QUÁT 1.2. Phân loại kết cấu mái b. Mái nặng và mái nhẹ . Mái nặng: kết cấu mang lực mái bằng BTCT hoặc thép. Bản mái BTCT đúc tại chỗ hoặc đúc sẵn . Mái nhẹ: kết cấu mang lực mái bằng thép hoặc gỗ. Mái lợp ngĩi hoặc các vật liệu nhẹ (tơn, tấm nhựa, )3
4. 2. MÁI BTCT - Tồn khối, lắp ghép, bán lắp ghép - Mái phẳng, mái vỏ mỏng khơng gian - Mái bằng (i 1/8), mái dốc (i > 1/8) 2.1. Mái tồn khối - Ưu điểm: khả năng chống thấm cao, tạo độ cứng khơng gian lớn cho cơng trình - Bản cĩ sườn (bản dầm, bản kê bốn cạnh), hoặc bản khơng sườn. -Lớp cách nhiệt (dày 100150mm), vữachống thấm(dày1520mm), gạch lá nem - Tính tốn bản mái tồn khối: tương tự sàn tồn khối. 2.2. Mái lắp ghép - Cĩ xà gồ hoặc khơng cĩ xà gồ - Các lớp cấu tạo: gạch lá nem, bêtơng chống thấm, lớp cách nhiệt, panen mái (1,5x6m; 3x6m) - Hệ kết cấu mái bao gồm: panen mái, xà gồ, dầm mái, vịm, dàn mái, kết cấu đỡ dàn, 4
5. 3. DầM MÁI BTCT Thích hợp cho nhịpdưới18m;nếu dùng ứng lựctrước thì nhịp ≥ 24 m 3.1. Đặc điểm cấu tạo - Hình dạng: một mái dốc, hai mái dốc, cánh thượng cong. - Độ dốc mái: 1/12 ÷ 1/8 - Tiết diện: chữ T hoặc I 1 1 Chiều cao giữa dầm h  l 10 15 1 1 hay lấy h =80cm Chiều cao đầu dầm h1  l 1 20 35 -Hình dạng: một mái dốc, hai mái dốc, cánh thượng cong. 5
6. 3. DầM MÁI BTCT Các loại dầm mái 6
7. 3. DầM MÁI BTCT 3.1. Đặc điểm cấu tạo -Khi chiềucaodầmlớn khoét lỗ bảnbụng (hình trịn, đagiác)để giảm trọng lượng bản thân. Khơng khoét lỗởkhu vựcgốitựavàchỗ cĩ lựctập trung. -Bảnbụng: dày ≥ 80 mm -Cánh nén: b’c = 200 ÷ 400 mm ; bảo đảm điềukiện ổn định khi chế tạo, cẩu lắpvàchiềusâugốitựatốithiểucủa panen mái. -Cánh kéo: bc = 200 ÷ 250 mm ; phụ thuộcviệcbố trí cốtthépchịukéotrong dầmvàcường độ củadầm khi buơng cốtthépứng lựctrước. -Ởđầudầm, bảnbụng đượcmở rộng (bằng bề rộng cánh hạ) để chịuphản lựcgốitựavàđảmbảo liên kết đầudầmvới đầucột. -Dầmcĩnhịptrên15mphải đặtthépứng lựctrước để tránh những vếtnứt đáng kể xuấthiện trong dầm. -Lỗ bảnbụng đượcgiacốđểtránh nứtdotập trung ứng suất. -Khi dầmcĩchiềucaolớn, chịutảitập trung lớn cấutạocácsườn đứng (cách khoảng 3m) để đảmbảo ổn định cho bảnbụng. 7
8. Hình dáng và bố trí cốt thép trong dầm mái ứng lực trước nhịp 18m 8
9. 3. DầM MÁI BTCT 3.2. Đặc điểm tính tốn dầm hai mái dốc -Sơđồtính: dầm đơngiảnkêtự do hai đầu -Tảitrọng: trọng lượng bản thân dầmmái,trọng lượng panen mái và các lớpcấutạo, hoạttảisửachữa, tảitrọng củacầutrụctreo(nếucĩ), vv -Tiếtdiệncầndiện tích cốtthépdọcchịukéolớnnhấtcĩthể khơng phải ở chính giữanhịpdầm(nơicĩMmax), mà thường cách gốitựamột đoạn x=(0,350,4)l ; hoặccĩthểởdưới chân cửamái. -Tính tốn cốt đai, cốtxiên -Tính tốn độ võng 9
10. 4. Vịm mái BTCT PVSD: mái nhà nhịp trên 18m; khi nhịp trên 36m thì vịm kinh tế hơn dàn 4.1. Đặc điểm cấu tạo Sơđồkếtcấu: -Vịm ba khớp: lắp ghép từ hai nửavịm -Vịm hai khớp: thường cĩ thanh căng -Vịm khơng khớp: thường thi cơng tồn khối, tựa trên mĩng và truyềnlực ngang xuống mĩng Cĩ thể tậndụng các kếtcấu ở hai bên để chịulực xơ ngang củavịm. Vịm hai khớp cĩ thanh căng (phổ biến trong kết cấu nhà cửa) Thựctế:vịmchịutảitrọng 1 1 lệch cĩ moment uốn. .Độ vồng (mũi tên vịm) f  l 5 8 Để định hình hĩa và đơn giảncấutạo lấytrụcvịm 4 fx(l x) .Trục hợp lý của vịm khi y là đường trịn khi vịm thoải chịu tải phân bố đều 2 l (f ≤ l/5). 10
11. 4. Vịm mái BTCT 4.1. Đặc điểm cấu tạo 1 1 . Tiết diện vịm: chữ nhật hoặc chữ I, với h  l 30 40 . Để thanh căng khơng bị võng bố trí thanh treo cách khoảng 4 ÷ 6 m. Tiết diện thân vịm và số thanh treo trong vịm Nhịp vịm, m 12 15 18 21 24 27 30 Chiều cao h, cm 40 ÷ 45 45 ÷ 50 50 ÷ 60 60 ÷ 70 70 ÷ 75 75 ÷ 80 80 ÷ 85 Chiều rộng b, cm 20 20 ÷ 25 25 25 ÷ 30 25 ÷ 30 30 ÷ 35 30 ÷ 35 Số lượng thanh treo 2345 . Thân vịm: cấu tạo như cấu kiện nén (hoặc kéo) lệch tâm. . Thanh căng: thép hình, thép trịn, BTCT (ứng lực trước). 11
12. 4. Vịm mái BTCT Hình dáng và bố trí cốt thép trong vòm mái nhịp 36m 12
13. Concrete arch bridges combine the compression capacity of concrete to arch over a river with the tension capacity of steel to tie the ends of the arch together. This photo is the Wilson River Bridge, the first concrete tied-arch bridge in America, built in 1931 on Oregon’s Pacific coast highway. 13
14. 4. Vịm mái BTCT 4.2. Một số biện pháp xử lý lực xơ ngang ở chân vịm 4.3. Khái niệm tính tốn vịm -Tải trọng: tĩnh tải, hoạt tải đặt ở nửa vịm, hoạt tải đặt ở cả vịm, tải trọng cầu trục treo vv Khi nhịp lớn phải xét co ngĩt và từ biến của bêtơng -Xác định nội lực vịm hai khớp cĩ thanh căng: xem sách -Tính tốn và cấu tạo cốt thép: oThân vịm: cấu kiện chịu nén (hoặc kéo) lệch tâm. Chiều dài tính tốn l bằng 0,58 S 0 Sơ đồ (vịm ba khớp); 0,54 S (vịm hai khớp) hoặc tính toán 0,36 S (vịm khơng khớp); với S là chiều dài vòm hai trục vịm khớp oThanh căng: cấu kiện chịu kéo đúng tâm. 14
15. 5. DÀN THÉP 5.1. Hình dạng dàn vì kèo h0 . Dàn hình thang Dàn tam giác Dàn hình thang một mái dốc dàn tam giác công son dàn tam giác có thanh căng . Dàn đa giác - cánh cung Hình 5.6. Dàn có cánh song song Dàn có cánh song song 1 mái dốc 15 Dàn có cánh song song 2 mái dốc, một thanh căng Dàn mái răng cưa
16. Yêu cầu chọn hình dạng dàn vì kèo  Phù hợp với yêu cầu sử dụng  Thỏa mãn yêu cầu kiến trúc và việc thoát nước mái  Kích thước và cách bố trí cửa trời  Cách liên kết dàn với cột, tạo được kết cấu mái và công trình có đủ độ cứng  Kinh tế (tiết kiệm vật liệu , dễ gia công chế tạo và dựng lắp) a. Dàn tam giác chỉ có thể liên kết khớp với cột, độ cứng ngoài mặt phẳng không lớn không phù hợp biểu đồ moment uốn: nội lực các thanh chênh lệch nhiều, một số thanh bụng chịu nén nhỏ nhưng chiều dài lớn nên tiết diện phải chọn theo độ mảnh giới hạn lãng phí vật liệu Sử dụng hợp lý cho mái cần độ dốc lớn (ngói,tole) 16
17. 5. DÀN THÉP 5.1. Hình dạng dàn vì kèo b. Dàn hình thang Độ dốc mái nhỏ (tấm lợp là panen BTCT) Khá phù hợp biểu đồ moment uốn, nội lực các thanh hợp lý hơn Nhiều ưu điểm về mặt cấu tạo: góc giữa các thanh không quá nhỏ, chiều dài thanh không quá lớn Chiều cao đầu dàn lớn dễ liên kết cứng với cột tăng độ cứng công trình c. Dàn cánh song song  Các thanh cùng loại dài bằng nhau, có nhiều mắt giống nhau dễ thống nhất hóa về mặt cấu tạo  Làm dàn cầu, dàn đỡ kèo, tháp, trụ, cần cẩu, . . .  Nặng 17
18. 5.1. Hình dạng dàn vì kèo 5. DÀN THÉP d. Dàn đa giác và dàn cánh cung Rất phù hợp biểu đồ momnet uốn, phân bố nội lực các thanh hợp lý, không chênh lệch nhiều nên số loại thanh ít tiết kiệm vật liệu Cánh trên bị gãy khúc hoặc uốn cong nên chế tạo khó chỉ dùng khi nhịp khá lớn. 5.2. Hệ thanh bụng 18
19. 5. DÀN THÉP 5.3. Kích thước chính của dàn •a. Nhịp dàn (L) bội số của 3m khi L 18m dàn thường (tiết diện 2 thép góc): L = 18; 24; 30; 36m •b. Bước dàn (B) Khoảng cách các dàn trong công trình, thường dùng B = 6m •c. Chiều cao dàn dàn hình thang và dàn cánh song song hgiữa dàn = (1/8  1/10) L ; hđầu dàn = (1/15  1/20) L dàn tam giác: tùy độ dốc cánh trên, khi mái dốc 220 đến 400 hgiữa dàn= (1/4  1/3) L, nếu độ dốc nhỏ hơn (lợp tole) thì làm chiều cao đầu dàn 450mm. 19
20. 5. DÀN THÉP 5.3. Kích thước chính của dàn •d. Khoảng cách nút (mắt) dàn Mái có xà gồ: d = khoảng cách xà gồ (1,5  3m) Mái lợp tấm panen BTCT:d=bpanen = 1,5  3m Cánh dưới:a=3 6m(dàn tam giác) a=6m(dàn hình thang) 20
21. 5. DÀN THÉP 5.3. Kích thước chính của dàn •e. độ vồng xây dựng (độ vồng cấu tạo) •Thường fxd=1/200 L khử bớt độ võng của dàn khi chịu tải 5.4. Hệ giằng không gian Dàn mảnh theo phương ngoài mặt phẳng dễ mất ổn định.  Các dàn cần giằng lại với nhau tạo khối không gian ổn định  Hệ giằng cánh trên, hệ giằng cánh dưới, hệ giằng đứng xem bài: Kết cấu nhà công nghiệp một tầng 21
22. A A HỆ GIẰNG CÁNH TRÊN giằng đứng giằng HỆ GIẰNG CÁNH DƯỚI 22 A-A HỆ GIẰNG ĐỨNG
23. 5. DÀN THÉP 5.4. Hệ giằng không gian Hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên Gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc nhà. Thanh chéo chữ thập bố trí ở hai đầu khối nhiệt độ, nếu khối nhiệt độ quá dài thì bố trí thêm ở khoảng giữa khối sao cho khoảng cách giữa chúng không quá 5060 m. Thanh chống dọc cố định những nút quan trọng của dàn: nút đỉnh dàn, nút đầu dàn, nút dưới chân cửa trời. Tác dụng: bảo đảm ổn định cho thanh cánh trên chịu nén, tạo ra những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng dàn 23
24. 5.4. Hệ giằng không gian 5. DÀN THÉP Hệ giằng trong mặt phẳng cánh dưới Đặt tại vị trí có giằng cánh trên, cùng với giằng cánh trên tạo thành khối cứng không gian bất biến hình. Tại đầu hồi nhà, hệ giằng cánh dưới làm gối tựa cho cột đầu hồi, chịu tải trọng gió thổi lên tường hồi nên còn được gọi là dàn gió. Khi nhà có cầu trục lớn thì bố trí thêm hệ giằng dọc để tăng độ cứng dọc nhà. Hệ giằng đứng Đặt trong mặt phẳng các thanh đứng, cùng với các giằng nằm tạo thành khối cứng bất biến hình, giữ vị trí và cố định dàn kèo khi dựng lắp. Bố trí tại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng giữa dàn (hoặc dưới chân cửa trời), cách 1215m theo phương ngang nhà. Theo phương dọc nhà thì giằng đứng bố trí tại các vị trí có giằng cánh trên và giằng cánh dưới. 24
25. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Nút trung gian 25
26. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Nút gối sườn gia cố 1. Bản mã 2. Bản đế 3. Sườn gia cố 26
27. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Nút đỉnh dàn 1. Bản nối 2. Bản ghép 3. Sườn gia cố 27
28. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Nút giữa dàn 1. Bản nối 2. Bản ghép 3. Sườn gia cố 28
29. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Nút nối thanh cánh 29
30. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Gia cường cánh trên tại điểm có lực tập trung Tấm thép đệm trong thanh dàn 30
31. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Gối dàn thép vào cột BTCT Nút dàn nhẹ 31
32. 5. DÀN THÉP 5.5. Một số chi tiết cấu tạo Nút dàn thép ống 32