Chương 6. Dàn thép
Chương 6
DÀN THÉP
6.1. Đại cương về dàn thép
6.1.1. Định nghĩa
Dàn thép là một kết cấu rỗng bao gồm các thanh quy tụ và liên kết với nhau tại nút
giàn thông qua một bản thép gọi là bản mã. Liên kết trong giàn thường dùng liên kết hàn,
bulông hoặc đinh tán.
6.1.2. Đặc điểm
Dàn bao gồm các thanh cánh trên, thanh cánh dưới và các thanh bụng.
Dàn là kết cấu chịu uốn nhưng các thanh giàn chủ yếu chịu lực trục nên giảm trọng
lượng và tiết kiệm vật liệu hơn nhiều so với dầm thép. Đây cũng là lý do khiến dàn được
sử dụng nhiều trong kết cấu thép, đặc biệt là những kết cấu cần vượt nhịp lớn.
Trong hầu hết các trường hợp, dàn được cấu tạo thành hệ không gian nên dễ tạo
được các loại hình dáng phù hợp với yêu cầu kiến trúc.
Liên kết thường được sử dụng trong dàn là liên kết hàn, bulông hoặc đinh tán.
6.1.3. Phân loại dàn thép
Theo công dụng:
- Dàn làm mái nhà: Dàn vì kèo;
- Dàn cầu, cầu trục;
- Tháp, trụ…
Theo cấu tạo thanh giàn:
- Dàn nhẹ: Nội lực trong các thanh nhỏ. Các thanh giàn có dạng một thép góc
hoặc một thép tròn.
- Dàn thường: Là loại dàn dùng để đỡ mái panel. Nội lực trong các thanh nhỏ hơn
5000kN. Các thanh dàn có dạng hai thép góc ghép lại (hình 6.1).
- Dàn nặng: Là loại dàn được sử dụng trong các công trình chịu tải trọng nặng.
Nội lực lớn nhất trong các thanh thường lớn hơn 5000kN. Các thanh dàn có tiết
diện tổ hợp (hình 6.2).
6-1 
Hình 6.1: Các tiết diện thanh dàn hai thép góc.
Hình 6.2: Tiết diện thanh dàn nặng.
6-2
Chương 6. Dàn thép
Theo sơ đồ kết cấu (hình 6.3):
Hình 6.3: Các loại dàn theo sơ đồ kết cấu.
- Dàn đơn giản: Loại dàn này có ưu điểm là dễ chế tạo, dựng lắp, không chịu ảnh
hưởng độ lún gối tựa và nhiệt độ nên được dùng nhiều. Tuy nhiên nhược điểm
của loại dàn này là tốn vật liệu.
- Dàn liên tục: Loại dàn này tiết kiệm được vật liệu hơn so với dàn đơn giản
nhưng lại phức tạp hơn trong chế tạo, dựng lắp và bị ảnh hưởng bởi độ lún gối
tựa và nhiệt độ.
- Dàn mút thừa: Các thanh nhánh phần mút thừa có nội lực ngược dấu với thanh
cánh ở phần trong nhịp.
- Dàn kiểu tháp trụ.
- Dàn kiểu khung.
- Dàn kiểu vòm.
6-3
Hình 6.4: Các dạng dàn vì kèo thường dùng.
6.1.4. Hình dạng dàn thường dùng.
Chọn hình dạng dàn phải đảm bảo yêu cầu sử dụng, hình thức mái, yêu cầu kiến
trúc, độ dốc, liên kết với các kết cấu khác… Dưới đây sẽ giới thiệu một số loại vì kèo
thường được sử dụng (hình 6.4).
- Dàn tam giác: Dàn tam giác chịu lực không hợp lý (nội lực trong các thanh
chênh lệch nhiều, các thanh bụng giữa dàn có chiều dài tính toán lớn nên gây
lãng phí vật liệu. Dàn tam giác chỉ có thể kết hợp với cột nên độ cứng ngoài mặt
phẳng không tốt. Tuy nhiên dàn tam giác có độ dốc lớn nên thường được sử
dụng khi mái công trình rất dốc ( á > 200 ).
6-4
Chương 6. Dàn thép
- Dàn hình thang: Các thanh giàn trong trường hợp này chịu lực hợp lý hơn so với
dàn tam giác. Dàn có thể liên kết khớp hoặc liên kết cứng với cột. Vì vậy loại
dàn này được dùng hợp lý khi độ dốc mái nhỏ.
- Dàn cánh song song: Loại dàn này có nhiều ưu điểm về mặt chế tạo nhưng có
thể tiêu chuẩn hóa mắt giàn và thanh bụng, hay có thể áp dụng công nghiệp hóa
do các thanh có chiều dài bằng nhau và các mắt dàn giống nhau.
- Dàn đa giác và dàn cánh cung: Các thanh chịu lực hợp lý và xấp xỉ nhau nên tiết
kiệm được vật liệu nhưng chế tạo dàn này phức tạp hơn nhiều so với các loại
dàn trên.
6.1.5. Hệ thanh bụng của dàn
Khi chọn hệ thanh bụng cho dàn phải chú ý các yêu cầu sau:
- Cấu tạo nút đơn giản và có nhiều nút giống nhau;
- Tổng chiều dài thanh bụng nhỏ;
- Thanh cánh không chịu uốn cục bộ.
Hệ thanh bụng tam giác: Có thể không có thanh đứng để giảm số mắt dàn, có thể
đặt thêm thanh đứng để giảm khoảng cách mắt dàn (trong trường hợp mái có xà gồ mà
khoảng cách xà gồ nhỏ hơn khoảng cách nút). Góc hợp lý giữa các thanh bụng và thanh
cánh dưới khoảng 450 – 550. Nhược điểm của thanh bụng tam giác là số mắt dàn tuy ít
nhưng nhiều loại, khó chế tạo.
Hệ thanh bụng xiên: Nên đặt dốc về phía giữa nhịp sẽ tiết kiệm được vật liệu hơn.
Loại này có ưu điểm là các thanh cùng loại có cùng loại nội lực nhưng tốn công chế tạo
do có nhiều loại nút và có tổng chiều dài các thanh bụng lớn.
Hệ thanh bụng phân nhỏ: Thường được sử dụng để tránh cho cánh không phải chịu
uốn cục bộ, bên cạnh đó nó cũng có tác dụng làm giảm chiều dài tính toán của thanh
cánh.
Các dạng hệ thanh bụng khác:
- Hệ thanh bụng chữ thập;
- Hệ thanh bụng có dạng chữ K;
- Hệ thanh bụng hình thoi.
6-5
Hình 6.5: Các hình thức bố trí thanh bụng dàn.
Nhịp dàn: Được tính theo khoảng cách giữa hai gối dàn và hình thức liên kết.
- Khi dàn kê lên đầu cột: Nhịp dàn bằng khoảng cách hai tâm gối tựa ở hai đầu
dàn.
- Khi dàn liên kết cạnh bên với cột: Nhịp dàn bằng khoảng cách mép trong giữa
hai cột ở hai đầu dàn.
b) Chiều cao dàn:
- Với dàn tam giác: Chiều cao của nó phụ thuộc độ dốc mái, được lấy trong
khoảng (1/4 – 1/3)L.
- Với dàn hình thang và dàn có cánh song song bằng (1/7 – 1/9)L.
c) Khoảng cách các nút dàn (khoang mắt): Khoảng cách này phụ thuộc vào cách bố
trí hệ thanh bụng. Khi mái có xà gồ, để tránh cho cánh trên không bị uốn cục bộ,
nên chọn khoảng cách nút dàn bằng khoảng cách xà gồ (thường bằng 1,5 – 3m).
d) Bước dàn: Là khoảng cách giữa các dàn trong một công trình, với vì kèo nên lấy
bằng 6m.
6-6
Chương 6. Dàn thép
6.1.7. Hệ giằng không gian (hình 6.6)
Đặc điểm của dàn phẳng là có độ cứng trong mặt phẳng lớn nhưng độ cứng ngoài
mặt phẳng nhỏ nên dễ bị mất ổn định ngoài mặt phẳng. Hệ giằng có tác dụng liên kết các
dàn phẳng thành hệ không gian để dàn làm việc tốt hơn.
Hình 6.6: Hệ giằng không gian của giàn.
Có các loại giằng:
- Hệ giằng cánh trên: Trong mặt phẳng cánh trên dàn.
- Hệ giằng cánh dưới: Trong mặt phẳng cánh dưới dàn.
- Hệ giằng đứng: Trong các mặt phẳng thanh đứng giữa dàn và hai đầu dàn.
6.2. Tính toán dàn
6.2.1. Các giả thiết khi tính toán dàn
- Trục các thanh đồng quy tại mắt dàn.
- Tất cả các tải trọng ngoài chỉ đặt tại mắt dàn.
- Các mắt dàn là khớp.
Như vậy thanh dàn chỉ chịu nội lực kéo hoặc nén.
6.2.2. Tải trọng
- Tĩnh tải: Bao gồm trọng lượng các lớp mái.
- Hoạt tải: Bao gồm người, thiết bị sửa chữa, gió, cần trục treo (trong nhà xưởng
có cần trục treo).
Tải trọng được tính toán trên một đơn vị diện tích mặt bằng, sau đó quy về thành
các lực tập trung tại mắt dàn, giá trị của lực tập trung được tính bằng công thức:
6-7
Chương 6. Dàn thép
qtc _ Tải trọng tiêu chuẩn phân bố trên một đơn vị diện tích mặt bằng.
n _ Hệ số vượt tải.
B _ Bước dàn.
Nội lực: Tính nội lực trong thanh giàn thường dùng phương pháp đồ thị. Mỗi loại
tải trọng nên vẽ một đồ thị tính toán riêng, sau đó tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm
nhất. Với dàn vì kèo, cần tính cho các trường hợp tải trọng:
- Tĩnh tải đặt cả giàn.
- Hoạt tải 1/2 dàn hoặc cả dàn.
- Gió, cần trục treo nếu có.
Chú ý: Trong trường hợp có tải trọng tập trung đặt ngoài nút dàn, thanh cánh trên
sẽ chịu thêm uốn cục bộ (hình 6.7), giá trị mômen cục bộ được xác định theo công thức:
Hình 6.7. Mômen uốn cục bộ.
Trong đó:
ø _ Hệ số kể đến tính liên tục của cánh trên (ø = 1 cho khoang đầu, ø = 0,9 cho
các khoang bên trong);
P _ Lực tập trung đặt ngoài nút;
d _ Khoảng cách ngang giữa hai mắt giàn.
6.2.3. Chiều dài tính toán các thanh giàn
Xác định chiều dài tính toán của các thanh nén có ý nghĩa quan trọng trong việc tính
toán đảm bảo thanh nén không bị mất ổn định, còn thanh kéo chỉ cần xác định để khống
chế không cho độ mảnh của thanh quá lớn.
Đối với các thanh giàn, phải xác định độ mảnh theo hai phương: trong mặt phẳng
uốn ( l x ) và ngoài mặt phẳng uốn ( l y ).
6-8
Chương 6. Dàn thép
a) Chiều dài tính toán trong mặt phẳng uốn:
Giả thiết các mắt dàn là khớp chỉ là gần đúng. Trên thực tế, các thanh nén sẽ bị
cong sẽ kéo theo các thanh nén khác cùng quy tụ tại mắt đó cong theo và làm mắt dàn bị
xoay, còn các thanh kéo bị dãn dài và sẽ cản trở sự xoay này. Như vậy, độ cứng mỗi mắt
sẽ tùy thuộc vào số thanh nén quy tụ tại mắt đó là nhiều hay ít. Có thể quy ước: Mắt có
nhiều thanh nén hơn thanh kéo là khớp và mắt có nhiều thanh kéo hơn thanh nén là ngàm
đàn hồi.
Có thể sử dụng bảng sau để tính chiều dài tính toán các thanh trong dàn:
Bảng 6.1: Chiều dài tính toán của các thanh giàn phẳng.
Hình 6.8: Chiều dài tính toán các thanh giàn phẳng.
6-9
Loại thanh
|
Loại thanh
|
Chiều dài tính toán
|
| lx |
ly
|
|
1. Thanh cánh
|
l
|
l1
|
|
2. Thanh bụng (trừ các thanh ở điểm 3):
|
|
|
|
- Thanh xiên và thanh đứng ở gối truyền phản lực gối tựa (trừ
thanh xiên có hệ phân nhỏ)
|
l
|
l
|
|
- Các thanh bụng còn lại (trừ thanh xiên có hệ phân nhỏ)
|
0,8l
|
l
|
|
- Thanh xiên có hệ phân nhỏ
|
a
|
l
|
|
- Thanh dàn có hệ phân nhỏ khi:
|
|
|
|
liên kết với thanh xiên chính chịu kéo
|
0,8l
|
l
|
|
liên kết với thanh xiên chính chịu nén
|
l
|
l
|
|
3. Thanh bụng (trừ thanh đứng và xiên truyền phản lực gối
tựa), của dàn từ những thép góc đơn và dàn có các thanh bụng
nối đối đầu vào thanh cánh (nối chữ T)
|
0,8l
|
l
|
|
|
Chương 6. Dàn thép
b) Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng:
Theo phương ngoài mặt phẳng, độ cứng của bản mã nên không kể vào trong tính
toán. Chiều dài tính toán các thanh trong dàn được xác định như sau:
- Thanh bụng: l y = l
Khi dàn có hệ thanh bụng phân nhỏ, thanh bụng nén (chứa mắt dàn phân nhỏ) có
hai trị số nội lực: N1 > N 2 thì:
⎛ N ⎞
⎝ N1 ⎠
- Thanh cánh: Chiều dài tính toán l y phụ thuộc hai điểm cố kết ở ngoài mặt phẳng
dàn. Nếu thanh nén có hai trị số nội lực N1 > N 2 , thì:
⎛ N ⎞
⎝ N1 ⎠
Trong đó: l1 _ Khoảng cách giữa hai điểm cố kết.
6.2.4. Tiết diện hợp lý của các thanh giàn
Tiết diện thanh giàn thường có dạng hai thép góc ghép lại, có thể sử dụng thép góc
đều cánh hoặc không đều cánh. Tiết diện thanh dàn nên chọn sao cho sự làm việc của
thanh theo hai phương là xấp xỉ như nhau đồng thời cần đảm bảo bề rộng nhô ra của cánh
đủ để liên kết với kết cấu khác. Có thể sử dụng các dạng sau:
- Hai thép góc không đều cánh ghép cánh lớn với nhau: Được sử dụng cho dàn có
l x =l y .
- Hai thép góc không đều cánh ghép cánh bé với nhau: Được sử dụng cho dàn có
2l x = l y .
- Hai thép góc đều cánh: Được dùng cho những thanh có l x = 0,8l y .
6.2.5. Chọn tiết diện thanh dàn
Việc tính toán thanh dàn được tiến hành như đối với thanh kéo, nén đúng tâm. Ở
đây cần lưu ý một số yêu cầu cấu tạo của thanh dàn:
- Tiết diện thanh dàn nhỏ nhất là L50x5.
- Trong một số dàn có nhịp L ≤ 36m, không nên chọn quá 6 – 8 loại thép.
- Khi nhịp dàn L ≤ 24m thì không cần thay đổi tiết diện thanh cánh, khi L > 24m
thì thay đổi tiết diện để tiết kiệm vật liệu.
6.3. Cấu tạo và tính toán nút dàn
Các thanh quy tụ tại mắt dàn thông qua bản mã. Có thể liên kết thanh các thanh dàn
với bản mã bằng liên kết hàn hoặc bulông. Cấu tạo nút dàn phải thỏa mãn các yêu cầu
sau:
- Trục các thanh dàn phải hội tụ tại tâm mắt dàn. Đối với dàn hàn thì trục này là
trục đi qua trọng tâm tiết diện thanh, nếu thanh cánh thay đổi tiết diện thì là trục
trung bình giữa hai trục trọng tâm của hai thanh hoặc là trục trọng tâm của thanh
6-10 
Chương 6. Dàn thép
lớn nếu khoảng cách giữa hai trục không lớn quá 1,5% chiều cao của cánh thép
góc.
- Các liên kết nối thanh dàn vào bản mã được tính toán phải đảm bảo các yêu cầu
về cấu tạo (đã nêu ở chương liên kết). Ngoài ra, khoảng cách giữa các mối hàn
trong một mã không nhỏ hơn 40 – 50mm.
- Bản mã thường được chọn là hình chữ nhật hoặc hình thang để chế tạo đơn giản
và phải đảm bảo góc hợp bởi bản mã và trục thanh không nhỏ hơn 150.
- Tại chỗ nối thanh cánh (khi thanh cánh phải thay đổi tiết diện) khe hở giữa các
đầu mút của thanh không nhỏ hơn 50mm.
6.3.1. Mắt gối
6.3.1.1. Cấu tạo
Thông thường bao gồm một bản mã và bản đế có chiều dày ≤ 30mm (hình 6.9), nếu
nội lực lớn yêu cầu dùng bản đế lớn hơn thì phải cấu tạo thêm đôi sườn gia cố (hình
6.10):
6-11
Hình 6.10: Mắt gối sàn có sườn gia cố.
6.3.1.2. Tính toán
Tổng chiều dài tính toán các đường hàn liên kết thanh dàn vào bản mã được xác
định như sau:
- Thanh đứng:
Trong đó:
F _ Phản lực đầu dàn;
lh _ Chiều dài tính toán một đường hàn (chiều dài thực tế l = lh + 1cm ).
Các thanh khác:
- Đường hàn sống:
- Đường hàn sống:
∑ l
∑ l
hs
hs
≥
≥
kN
ãhh (âRg )min
(1 − k ) N
ãhh (âRg )min
Trong đó:
N _ Nội lực thanh tính toán;
ã _ Hệ số điều kiện làm việc (lấy bằng 1).
Chương 6. Dàn thép
6.3.2. Mắt trung gian
6.3.2.1. Cấu tạo
Hình 6.11: Mắt trung gian
6.3.2.2. Tính toán
- Thanh bụng: Cũng được chia thành hai đường hàn: phía sống và phía mép thép
góc.
- Thanh cánh:
Nội lực trong đường hàn sẽ là hiệu số nội lực hai cánh:
∆N = N1 − N 2
Nếu ∆N = 0 thì nội lực trong đường hàn sẽ được lấy bằng 10% N1 ( N1 > N 2 ) .
Lúc này đường hàn sống chịu lực k.∆N và đường hàn mép chịu lực (1 − k )∆N .
Chú ý: Khi tại mắt dàn có lực tập trung, thì trong tính toán phải kể thêm lực này
(hình 6.11): Lực P được chia đều cho các đường hàn sống và đường hàn mép chịu. Nếu
độ dốc thanh cánh ≤ 10% , có thể xác định lực tác dụng vào mỗi đường hàn như sau:
- Đường hàn mép: R2 =
2
⎛ P ⎞
⎝ 2 ⎠
Hình 6.12: Mắt trung gian có lực tập trung
6.3.3. Mắt đỉnh
6.3.3.1. Cấu tạo
Ngoài bản mã nối các thanh dàn, còn có thêm bản nối để ghép các bản mã (do bản
mã đặt tại mắt dàn này được tách đôi phân nửa dàn).
6-14
Chương 6. Dàn thép
6.3.3.2. Tính toán
- Lực tính toán:
N t = 1,2 N
Trong đó: N _ Nội lực thanh cánh.
- Diện tích chịu lực:
Aqu = Agh + 2bg .ä bm
Trong đó:
Aqu _ Diện tích quy ước;
Agh _ Diện tích tiết diện ngang của bản thép;
bg _ Bề rộng cánh thép góc (phần cánh liên kết với bản mã);
ä bm _ Bề dày bản mã.
- Ứng suất ở diện tích quy ước:
- Lực tác dụng vào đường hàn liên kết bản ghép vào thanh cánh:
N gh = ó t .Agh
Từ đó xác định được chiều dài đường hàn:
- Lực tác dụng vào đường hàn liên kết thanh cánh và bản mã:
- Lực tác dụng vào đường hàn liên kết sườn với bản ghép:
N d = 2N gh sin á
Chương 6. Dàn thép .................................................................................... 6-1
6.1. Đại cương về dàn thép......................................................................................6-1
6.2. Tính toán dàn....................................................................................................6-7
6.3. Cấu tạo và tính toán nút dàn...........................................................................6-10
6-15  
|
