Bài giảng Kiến cấu nhà thép - Chương 2: Kết cấu thép nhà nhịp lớn

CHƯƠNG 2: KCT NHÀ NHỊP LỚN BG: KẾT CẤU NHÀ THÉP ThS. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 1 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 1 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NHÀ NHỊP LỚN 2.1.1. Phạm vi sử dụng Kết cấu nhà nhịp lớn là kết cấu chịu lực của nhà được dùng trong các công trình dân dụng và công nghiệp: + Công trình dân dụng: rạp hát, nhà triển lãm, mái sân vận động, nhà thi đấu, nhà ga, chợ, gara ôtô, hăngga máy bay + Công trình công nghiệp: xưởng đóng tàu, xưởng lắp ráp máy bay PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 2 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Nhà triển lãm – Nhà công nghiệp – Nhà thi đấu thể thao PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 3 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Trung tâm triển lãm PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 4 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Xưởng đóng tàu CHƯƠNG 2: KCT NHÀ NHỊP LỚN BG: KẾT CẤU NHÀ THÉP ThS. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 2 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 5 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Nhà chứa máy bay PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 6 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Sân vận động SportsHub6 – Singapore – 55.000 chỗ ngồi PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 7 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NHÀ NHỊP LỚN 2.1.2. Đặc điểm của kết cấu nhà nhịp lớn: - Công trình nhịp lớn thường là những công trình một tầng, đơn chiếc, yêu cầu kiến trúc cao. Kết cấu của công trình mang tính chất hoàn toàn riêng biệt, khó tiêu chuẩn hoá và định hình hoá. Kết cấu nhịp lớn làm nhiệm vụ đỡ mái của các công trình; - Kích thước của công trình nhà nhịp lớn thay đổi trong phạm vi rộng + Nhà công nghiệp: L = 50m ÷ 100m; + Xưởng lắp ráp máy bay: L = 100m ÷ 120m; cao 8m ÷ 10m + Xưởng đóng tàu: L = 20m ÷ 60m; cao 30m ÷ 40m - Kết cấu nhịp lớn chủ yếu chịu tải trọng do trọng lượng bản thân và của tấm lợp. Nên dùng vật liệu cường độ cao, tấm lợp nhẹ. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 8 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NHÀ NHỊP LỚN 2.1.3. Các loại kết cấu thép nhà nhịp lớn - Hệ kết cấu phẳng, là kết cấu làm việc theo một phương. Bao gồm: kiểu dầm, kiểu khung, kiểu vòm  phù hợp với công trình có mặt bằng hình chữ nhật; - Hệ kết cấu không gian, là kết cấu truyền tải theo nhiều hướng, gọi chung là hai phương. Bao gồm: hệ kết cấu không gian mái phẳng, hệ kết cấu thanh không gian mái vỏ cong một chiều, hệ kết cấu không gian mái cupôn – mái vỏ cong hai chiều - Hệ kết cấu dây, khi công trình có mái vượt nhịp rất lớn  dùng hệ kết cấu mái treo (dây treo làm từ vật liệu thép có cường độ cao) CHƯƠNG 2: KCT NHÀ NHỊP LỚN BG: KẾT CẤU NHÀ THÉP ThS. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 3 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 9 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.2. NHÀ NHỊP LỚN VỚI KẾT CẤU PHẲNG CHỊU LỰC Bao gồm: + Kết cấu kiểu dầm (dùng cho nhịp L = 40-100m, không có lực xô ngang); + Kết cấu khung phẳng: - L = 40-150m, tiết diện khung có thể rỗng hoặc đặc; - Ưu điểm: của kết cấu khung so với kết cấu kiểu dầm là trọng lượng bản thân bé hơn, chiều cao xà ngang nhỏ hơn. - Nhược điểm: chiều cao tiết diện cột lớn ảnh hưởng đến không gian sử dụng trong nhà, chịu ảnh hưởng của lún móng và thay đổi nhiệt độ. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 10 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.2. NHÀ NHỊP LỚN VỚI KẾT CẤU PHẲNG CHỊU LỰC + Kết cấu khung phẳng: Các dạng sơ đồ kết cấu kiểu khung, bao gồm: - Khung không khớp; - Khung hai khớp ở đỉnh; - Khung hai khớp ở chân; - Khung ba khớp; + Kết cấu vòm: - Vòm hai khớp; - Vòm ba khớp; - Vòm không khớp; PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 11 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.3. KẾT CẤU MÁI KHÔNG GIAN CỦA NHÀ NHỊP LỚN 2.3.1. Khái niệm PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 12 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN § 2.3. KẾT CẤU MÁI KHÔNG GIAN CỦA NHÀ NHỊP LỚN Hình : Hệ lưới thanh không gian phẳng a) kết cấu thực ; b,c,d) sơ đồ lưới thanh 1 - thanh cánh trên ; 2 – thanh cánh dưới ; 3 – thanh bụng xiên 4 – thanh chéo trên ; 5 – thanh chéo dưới ; 6 – vành biên CHƯƠNG 2: KCT NHÀ NHỊP LỚN BG: KẾT CẤU NHÀ THÉP ThS. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 4 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 13 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 14 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 15 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Các loại kết cấu mái kiểu dầm – dàn, khung, vòm được xem xét ở phần trước là hệ kết cấu phẳng, bao gồm nhiều cấu kiện riêng lẻ được liên kết với nhau bằng hệ giằng, do đó sự làm việc không gian của kết cấu đó không lớn. § 2.3. KẾT CẤU MÁI KHÔNG GIAN CỦA NHÀ NHỊP LỚN 2.3.1. Khái niệm Ngoài việc dùng kết cấu phẳng, chúng ta có thể dùng kết cấu không gian cho mái nhà nhịp lớn, có nghĩa là mái có kết cấu mà trục của các bộ phận chịu lực không nằm trong một mặt phẳng và truyền lực theo cả hai phương, nội lực được dàn đều trên mặt mái nên kết cấu không gian nhẹ hơn kết cấu phẳng, thường có dáng kiến trúc đẹp hơn. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 16 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN * Một số ưu điểm của kết cấu không gian: - Vượt nhịp lớn, nhẹ hơn kết cấu phẳng, chiếm không gian ít hơn kết cấu phẳng; - Tính định hình hóa cao: Số nút và số thanh được định hình hoá lớn nhất; - Nâng cao độ cứng cho mái, tăng mức an toàn, tránh sự phá hoại đột ngột; - Giảm kích thước và trọng lượng tấm mái nhờ các ô lớn; - Sử dụng được các phương pháp thi công hiện đại. § 2.3. KẾT CẤU MÁI KHÔNG GIAN CỦA NHÀ NHỊP LỚN 2.3.1. Khái niệm CHƯƠNG 2: KCT NHÀ NHỊP LỚN BG: KẾT CẤU NHÀ THÉP ThS. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 5 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 17 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Hệ kết cấu mái treo (còn gọi là kết cấu mái dây) là hệ kết cấu chịu lực gồm các phần tử chịu kéo, thường làm bằng dây cáp xoắn ốc bện từ các sợi thép cường độ cao (fu = 120 ÷ 140 kN/cm2) Ưu điểm: Vượt được nhịp lớn do kết cấu làm việc chịu kéo (khai thác hết được khả năng chịu lực của dây cáp) kết hợp với việc dùng thép cường độ cao; Ngoài ra, kết cấu này cũng dễ vận chuyển, có khả năng lắp ráp không cần hệ giàn giáo. 2.4.1. Giới thiệu chung § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 18 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN - Kết cấu mái dây có biến dạng lớn. Do môđun đàn hồi của dây cáp thấp E = (1,5÷1,8)104 kN/cm2 nhỏ hơn thép cán. Khả năng làm việc đàn hồi của thép cường độ cao lại lớn hơn nên biến dạng tỷ đối của cáp trong giai đoạn đàn hồi lớn hơn thép thường (CCT38); 2.4.2. Đặc điểm § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 19 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN 2.4.3. Một số công trình kết cấu mái treo § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 20 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN 2.4.3. Một số công trình kết cấu mái treo § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO CHƯƠNG 2: KCT NHÀ NHỊP LỚN BG: KẾT CẤU NHÀ THÉP ThS. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 6 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 21 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN - Kết cấu có tính biến hình lớn, nhất là hệ kết cấu lớp dây. Khi sơ đồ tác dụng của tải trọng thay đổi thì sơ đồ hình học của hệ có thay đổi lớn (chuyển vị động) Dùng kết cấu căng trước và giải pháp cấu tạo đặc biệt làm tăng khả năng ổn định hình dạng cho hệ. 2.4.2. Đặc điểm § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 22 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN 2.4.3. Một số công trình kết cấu mái treo § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 23 CHƯƠNG II: KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN 2.4.3. Một số công trình kết cấu mái treo § 2.4. KẾT CẤU MÁI TREO