Giáo án kết cấu gỗ

Giáo án kết cấu gỗ
MụC LụC
Chơng mở đầu - Đại cơng về kết cấu gỗ 3
Chơng 1 - Vật liệu gỗ xây dựng 4
Bài 1 - Rừng và gỗ Việt nam 4
Bài 2 - Các qui định về phân loại sử dụng gỗ 5
Bài 3 - Cấu trúc và thành phần hoá học của gỗ 6
Bài 4 - Tính chất vật lý của gỗ 7
Bài 5 - Tính chất cơ học của gỗ 8
Bài 6 - Phòng mối mọt, phòng hà cho gỗ 15
Chơng 2 - Tính toán các cấu kiện cơ bản 17
Bài 1- Nguyên lý tính toán kết cấu gỗ 17
Bài 2 - Các số liệu để tính toán 17
Bài 3 - Cấu kiện chịu kéo đúng tâm 18
Bài 4 - Cấu kiện chịu nén đúng tâm 21
Bài 5 - Cấu kiện gỗ chịu uốn 26
Bài 6 - Cấu kiện gỗ chịu nén uốn 35
Bài 7 - Cấu kiện gỗ chịu kéo uốn 40
Chơng 3 - Liên kết trong kết cấu gỗ 42
Bài 1- Khái quát 42
Bài 2 - Nguyên tắc chung tính toán liên kết 43
Bài 3 - Liên kết mộng 44
Bài 4 - Liên kết chốt 51
Bài 5 - Liên kết chêm 58
Bài 6 Liên kết dán 60
Bài tập lớn 60
Chơng 4- Dàn gỗ 61
Bài 1 - Đại cơng về kết cấu dàn 61
Bài 2 - Đặc điểm tính toán và cấu tạo của kết cấu dàn 61
Bài 3 Dàn mộng 63
Bài 4 Hệ giằng không gian giữa các dàn 69

Trang 1
Gi¸o ¸n kÕt cÊu gç
Trang 2
Giáo án kết cấu gỗ
Chơng mở đầu - Đại cơng về kết cấu gỗ
I. Định nghĩa.
Kết cấu gỗ là kết cấu của một công trình xây dựng hay một bộ phận của công
trình đợc làm bằng gỗ.
II. Đặc điểm và phạm vi áp dụng.
1. Đặc điểm.
Vật liệu làm kết cấu gỗ không chỉ toàn bằng gỗ mà có thể kết hợp với các vật
liệu khác nh: tre, thép, chất dẻo v.v
2. Ưu khuyết điểm của kết cấu gỗ.
a) Ưu điểm.
-
Nhẹ, khoẻ. c = / R
c
thép
= 3,7 x 10
-4
< c
gỗ
= 4,3 x 10
-4
< c
bê tông
= 27,7 x 10
-4

-

Tính địa phơng.
-
Dễ chế tạo.
b) Khuyết điểm của gỗ cha qua chế biến.
-
Không bền: mục do nấm, bị mối, mọt, hà.
-
Dễ cháy.
-
Độ tin cậy thấp. Không đồng nhất, không đẳng hớng, hai cây gỗ khác nhau
thì khác nhau phải chọn gỗ.
-
Khuyết tật: Mắt gỗ, khe nứt, thớ vẹo, lỗ mục, thân dẹt, thót ngọn.
-
Ngậm nớc, nên dễ cong vênh, co ngót.
c) Gỗ đã qua chế biến khắc phục đợc các nhợc điểm trên (gỗ dán).
-
Tẩm hoá chất nên không bị mối mọt.
-
Khó cháy: ở 900C chịu đợc hơn 1h.
-
Không nên dùng gỗ quá tơi.
3. Phạm vi áp dụng.
-
Nhà ở 1 tầng, 2 tầng nông thôn miền núi.
-
Nhà xởng.
-
Cầu nhỏ, cầu tạm.
-

Cầu tàu, bến cảng.
-
Đà giáo, ván khuôn, móng cọc, tờng chắn v.v
Trang 3
Giáo án kết cấu gỗ
Chơng 1 - Vật liệu gỗ xây dựng
Bài 1 - Rừng và gỗ Việt nam
I. Khái niệm.
Nớc ta có nhiều rừng, diện tích rừng chiếm 43,8% diện tích của toàn quốc.
Hàng năm khai thác từ 6 ữ 8 triệu m
3
gỗ và tre nứa, có nhiều loại gỗ tốt và quý.
-
Rừng việt bắc có: Lim, nghiến, vàng tâm
-
Khu bốn có: Đinh, lim, táu, sến (Nghệ An, Hà Tĩnh)
-
Nghệ an: Giáng hơng, huệ mộc
-
Nam Trung Bộ: Kiền kiền, gỗ trắc, gỗ mun, gỗ cam lai
-
Nớc lợ gần biển: Chàm, đớc
Gỗ có hàng ngàn loại, chỉ sử dụng 400 loại.
II. Phân loại theo tập quán.
Theo tập quán lâu đời của nhân dân, các loại gỗ đợc chia làm 4 hạng, căn cứ vào
vẻ đẹp, tính bền vững khi làm nhà.
1. Nhóm gỗ quí.
Gồm các loại gỗ có màu sắc đẹp, hơng vị đặc biệt không bị mối mọt. Chủ yếu là
để đóng các đồ quí giá, hàng mỹ nghệ thủ công.
-

Gụ, trắc, mun: có vân đẹp, chịu lực tốt, rất nặng và chắc.
-
Lát hoa, ngọc trai, trầm hơng: có vân đẹp, mùi vị đặc biệt.
2. Nhóm thiết mộc.
Gồm các loại gỗ nặng và cứng, ít khi bị mục mối mọt. Dùng cho các công trình
chịu lực lớn. Nh đinh, lim, sến, táu, trai, nghiến.
3. Nhóm hồng sắc.
Gồm các loại gỗ có màu sắc hồng, nâu đỏ nhẹ và kém cứng hơn thiết mộc. Chia
làm hai loại:
-
Gỗ hồng sắc tốt: gỗ dẻo, chịu đợc nớc, ít mục, mối, mọt, dùng làm nhà cửa,
đóng thuyền, đóng đồ dùng: mỡ, vàng tâm (Tuyên Quang, Vĩnh Phú), dổi (Trung
Nam Bộ), tếch, gội, săng lẻ
-
Gỗ hồng sắc thờng: không chịu đợc mối, mọt, bị mục: muồng, sấu, sồi, xoan,
sàng sàng.
4. Nhóm gỗ tạp.
Là những loại gỗ xấu, màu trắng, nhẹ, mềm, dễ bị mục, mối, mọt.
Trang 4
Giáo án kết cấu gỗ
Bài 2 - Các qui định về phân loại sử dụng gỗ
Gỗ rất quý, cần thời gian trởng thành mới tái sinh, tái sử dụng, cần có chiến lợc
trồng rừng cụ thể.
Gỗ quý hiếm, nên sử dụng phải hợp lý và tiết kiệm.
Cần có quy định phân loại sử dụng gỗ.
I. Phân loại.
Theo qui định gỗ sử dụng chia thành 8 nhóm, căn cứ vào tính chất cơ lý, màu
sắc, cấu trúc.
-
Nhóm I: Gồm những loại gỗ có màu sắc, hơng vị đặc biệt, nhóm gỗ quí nằm

trong nhóm này.
Nhóm gỗ quí không dùng trong xây dựng, chỉ dùng để làm hàng mỹ nghệ, xuất
khẩu: trắc, gụ, lát, mun.
-
Nhóm II: Gồm những loại gỗ có tính chất cơ học cao: đinh lim, táu, sến, trai,
nghiến.
Nhóm 2 dùng để xây dựng nhà cửa, công trình quan trọng, nhng không đợc dùng
đinh lim, táu, sến.
-
Nhóm III: Gồm những loại gỗ dẻo dai, dùng để đóng tàu, thuyền: Chò chỉ,
tếch, săng lẻ.
-
Nhóm IV: Gồm những loại gỗ thích hợp cho làm đồ mộc, dùng để đóng đồ
dùng bàn ghế, cửa: mỡ, vàng tâm, dổi.
-
Nhóm V: Là gỗ hồng sắc tốt: dẻ, thông, gội Dùng làm kết cấu nhà ở, nhà
ăn, nhà kho (1 tầng).
-
Nhóm VI: Gỗ hồng sắc thờng: sâu sâu Dùng làm khung cửa, lanh tô, đồ
tạm.
-
Nhóm VII & VIII: Gỗ tạp và xấu.
Xây dựng thờng dùng nhóm V. Tuy nhiên do gỗ gần đây quý hiếm, nên dùng cả
nhóm VI.
II. Qui định về kích thớc gỗ.
Không đợc sử dụng gỗ cha trởng thành: Gỗ dùng trong xây dựng phải có đờng
kính 15cm trở lên.
Hạn chế sử dụng gỗ quá dài, quá ngắn: Dài không quá 4,5m và lớn hơn 1m.
Mô đun kích thớc gỗ:
-

Gỗ xẻ: dày 1 ữ 4cm.
-
Gỗ hộp: Tiết diện nhỏ nhất 3x1cm, lớn nhất 20x20cm.
-
Kích thớc 4, 8, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20cm.
Trang 5
Giáo án kết cấu gỗ
Ngoài ra, phải kiểm tra mối mọt trớc khi sử dụng.
Bài 3 - Cấu trúc và thành phần hoá học của gỗ
I. Cấu trúc.
1. Quan sát bằng mắt thờng.
-
Vỏ cây: đen, sù sì.
-
Gỗ giác: nâu nhạt và ẩm, đây là lớp gỗ
sống dễ bị mối, mọt.
-
Gỗ lõi: nâu thẫm và cứng, là lớp gỗ chết.
-
Tuỷ: màu trắng, nhẹ, dễ bị mục nát.
-
Vòng đồng tâm: vòng tuổi, mỗi vòng t-
ơng ứng với một năm sinh trởng của cây.
-
Tia lõi: dùng để hút nớc và gỗ thờng bị
nứt theo các tia này.
2. Quan sát với kính hiển vi.
-
Tế bào thớ gỗ: chiếm 67% trọng lợng của cây.
-

Mạch gỗ.
-
Tia lõi.
-
Nhu tế bào: (chứa đầy chất dinh dỡng nuôi thân cây).
3. Nhận xét.
Gỗ là vật liệu không đồng nhất, không đẳng hớng, gồm các thớ chỉ xếp theo ph-
ơng dọc mang tính chất xếp lớp rõ rệt theo các vòng tuổi. Vì vậy, tính chất của gỗ, sức
chịu lực của gỗ theo các phơng khác nhau thì khác
nhau.
Gỗ chịu lực tốt theo phơng dọc thớ và kém
theo phơng ngang thớ.
Khi nghiên cứu kết cấu gỗ ngời ta phải phân
biệt 3 loại mặt cắt sau:
-
Mặt cắt ngang.
-
Mặt cắt tiếp tuyến.
-
Mặt cắt xuyên tâm.
II. Thành phần hoá học:
Gỗ bao gồm các chất: C, N, H, O.
Trang 6
Hình 1.1 - Mặt cắt ngang cây gỗ
1 1
1-1
Hình 1.2 - Các mặt cắt thân gỗ
Giáo án kết cấu gỗ
Bài 4 - Tính chất vật lý của gỗ
I. Độ ẩm W:

1. Định nghĩa.
%.
G
GG
W 100
2
21

=
(1.1)
G
1
: trọng lợng gỗ khi ẩm.
G
2
: trọng lợng gỗ sau khi sấy khô cho nớc bốc hơi hết.
Độ ẩm khi mới hạ cây là 30 ữ 50%. Độ thăng bằng là 17 ữ 20%.
2. Đặc điểm.
Nớc trong gỗ: nớc tự do và nớc hấp phụ.
Nớc tự do: nằm giữa các tế bào, có thể bốc hơi đợc khi nhiệt độ thay đổi.
Nớc hấp phụ: nằm trong tế bào, không thể tự bốc hơi. Khi nhiệt độ thay đổi, nớc
tự do bay hơi trớc, khi nớc tự do bay hơi hết thì nớc hấp phụ mới bay hơi.
Độ ẩm hấp phụ khoảng 28 ữ 32%.
Sự bay hơi của nớc tự do không làm gỗ cong vênh, nứt nẻ. Sự thay đổi độ ẩm hấp
phụ có ảnh hởng tới kích thớc, hình dạng của gỗ, làm gỗ cong vênh hoặc nứt.
Sự co ngót, nở ra, cong vênh, nứt nẻ theo các phơng khác nhau là khác nhau: tiếp
tuyến 6 ~ 10%, xuyên tâm: 3 ~ 5%, dọc thớ: 0,1%.
Tác hại: lỏng mộng, cong vênh ván, nứt, mất khả năng chịu lực.
Do vậy, phải hong, sấy mới đem vào sử dụng.
Nhà cửa: W 25%.

Gỗ dán: W 15%.
Trong nớc không hạn chế.
Hong tự nhiên: vài chục ngày.
Trong lò nhiệt độ cao: vài ngày.
II. Khối lợng thể tích.
-
Khối lợng riêng của bản thân chất gỗ hầu nh không đổi với mọi loại gỗ:

gỗ
= G
2
/ V
gỗ
1,54t/m
3
(1.2)
V
gỗ
là thể tích của toàn bộ sợi gỗ.
-
Khối lợng thể tích phụ thuộc vào thể tích lỗ rỗng, thành tế bào dày mỏng, l-
ợng nớc trong gỗ:
= G
1
/ V 1,54t/m
3
(1.3)
V là thể tích đo đợc của khối gỗ.
Trang 7
Giáo án kết cấu gỗ

-
Nghiên cứu cho thấy, khối lợng thể tích và cờng độ của gỗ có liên quan tuyến
tính. Gỗ càng nặng khối lợng thể tích càng lớn và khả năng chịu lực càng cao và
ngợc lại. Khi cha xác định đợc cờng độ của gỗ thì có thể căn cứ vào khối lợng thể tích
để phán đoán khả năng chịu lực của gỗ. Ví dụ:
Gỗ nghiến : 1,1t/m
3
, Gỗ sến : 1,08t/m
3
, Gỗ xoay : 1,15t/m
3
(chìm dới nớc).
Gỗ nhẹ có khối lợng thể tích < 0,45t/m
3
(sung, muồng trắng) không đợc dùng
làm gỗ chịu lực.
Bài 5 - Tính chất cơ học của gỗ
I. ảnh hởng của thời gian chịu lực. Cờng độ lâu dài của gỗ.
-
Thời gian tác dụng càng nhanh cờng độ của gỗ càng cao.
Với t 0 =
b
.
Với t =
ld
. Đờng
cong tiệm cận với đờng ngang.
-
Sử dụng.

ld
mẫu không bao giờ bị
phá hoại.
>
ld
mẫu nhất định sẽ phá
hoại, chỉ là vấn đề thời gian.
-
Chuyển đổi.

ld
=
b
. k
ld
(k
ld
= 0,5 ữ 0,6). (1.4)
II. Sự làm việc của gỗ khi chịu kéo, nén, uốn.
1. Kéo dọc thớ.
Hình 1.4 - Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi kéo, nén




-
Đờng biểu diễn giữa ứng suất và biến dạng gần nh thẳng = E.
-
Cờng độ rất cao, từ 800 ữ 1000 kG/cm
2

(gỗ có chất lợng trung bình).
-

tl
= 0.5
b

-
Phá hoại đột ngột khi biến dạng nhỏ phá hoại giòn.
Trang 8
Hình 1.3 - Quan hệ ứng suất - thời gian



Giáo án kết cấu gỗ
-
Các khuyết tật nh thớ chéo, mắt của gỗ làm giảm rất nhiều cờng độ chịu kéo.
-
Kích thớc tăng, nhiều khuyết tật, cờng độ giảm.
-
Gỗ không phải là vật liệu chịu kéo tốt.
2. Kéo ngang thớ.
Cờng độ chịu kéo ngang thớ rất nhỏ bằng






ữ

20
1
15
1
cờng độ chịu kéo dọc thớ.
Không cho phép chịu kéo ngang thớ.
3. Nén dọc thớ.
- Khoảng 300 ữ 450 kG/cm
2
(gỗ thờng), 700 kG/cm
2
(gỗ tốt).
-
tl
= 0.5
b
là đờng thẳng, sau có dạng đờng cong.
-
Khuyết tật ít ảnh hởng do ứng suất phân bố đều lại.
-
Đây là chỉ tiêu ổn định, có thể dùng để đánh giá, phân loại gỗ.
-
Nén là hình thức chịu lực thích hợp nhất.
4. Uốn.
- Khi mô men uốn nhỏ, ứng suất và biến dạng phân bố tuyến tính.
Hình 1.5 - Biểu đồ ứng suất - biến dạng khi kéo, nén

- Khi mô men uốn lớn, ứng suất kéo vẫn là đờng thẳng, ứng suất nén thành đ-
ờng cong.
- Phá hoại: vùng nén gẫy nếp.
- Tăng tải tiếp: phá hoại đứt lìa tại vùng kéo.
- = M / W chỉ là ứng suất quy ớc. Cờng độ (ứng suất lớn nhất) chỉ là cờng độ
quy ớc.
Giải thích:
Nhiệm vụ của ngời thiết kế là xác định trớc khả năng chịu lực của kết cấu.
Với cấu kiện chịu uốn, thông thờng dùng: = M / W m
n
R
n
.
m
n
, R
n
tra bảng. = M / W áp dụng với điều kiện nào? Chỉ áp dụng đợc với giả
thiết biến dạng phẳng, trục trung hoà nằm giữa, biểu đồ ứng suất cũng là đờng thẳng.
Khi mô men uốn nhỏ, điều kiện trên đợc thoả mãn, áp dụng đợc.
Trang 9
Giáo án kết cấu gỗ
Khi mô men uốn lớn, biến dạng vẫn là đờng thẳng, nhng biểu đồ ứng suất là đ-
ờng cong, trục trung hoà nằm lệch về phía vùng kéo, không áp dụng công thức trên đ-
ợc.
Vậy, cần dùng công thức khác tính.
Trong kết cấu nếu phải chọn giữa công thức tính toán chính xác, nhng phức tạp
(nh khai căn bậc 3, tích phân, đạo hàm), và công thức gần đúng có độ chính xác nhất

định nhng đơn giản thì chúng ta sẽ chọn công thức đơn giản.
Ví dụ: Trong kết cấu thép, đờng hàn góc chịu kéo, nén, uốn, nếu tính đúng rất
phức tạp, nên giả thiết là chỉ chịu ứng suất tiếp, từ đó đa ra một công thức rất đơn giản
đã học. Về độ chính xác, tiết kiệm, công thức đơn giản không bằng công thức chính
xác, nhng nó đơn giản hơn nên tiết kiệm thời gian tính toán. Giả sử công thức đơn
giản (chỉ dùng cộng trừ nhân chia) nhanh hơn công thức chính xác (phải dùng đến
tích phân, đạo hàm) 5 phút, trong kết cấu có đến hàng ngàn mối hàn để kiểm tra, thì
tổng thời gian tiết kiệm đợc lên đến hàng vạn phút, tức mấy ngày. Đấy là mới chỉ về
đờng hàn góc. Còn các chi tiết khác nếu dùng công thức phức tạp thì không biết bao
giờ mới tính xong. Vì thế, trong tính toán kết cấu, ngời ta không sử dụng các công
thức chính xác mà phức tạp. Ngời ta cố gắng đơn giản hoá tính toán đến mức tối đa.
Các em có thể thấy trong tính toán kết cấu, làm gì có tích phân, đạo hàm, chỉ có cộng
trừ nhân chia là các phép tính đến trẻ con cũng biết mà thôi.
- Cờng độ quy ớc phụ thuộc vào hình dạng tiết diện, tỷ số các cạnh.
- Tính toán vẫn bằng công thức sức bền vật liệu nhng có thêm hệ số m
u
.
- Cờng độ chịu uốn nằm trung gian giữa kéo và nén.
- ảnh hởng của khuyết tật nằm trung gian giữa kéo và nén.
- Mô đun đàn hồi khi kéo, nén, uốn lấy chung bằng E = 10
5
kG/cm
2
.
III. Sự làm việc của gỗ khi chịu ép mặt và trợt.
1. ép mặt.
a) Định nghĩa.
ép mặt là sự truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện khác thông qua mặt tiếp
xúc.
em

em
em
F
N
=

(1.5)
Tuỳ theo phơng tác dụng chia ra: ép mặt dọc thớ, ép mặt ngang thớ, ép mặt xiên
thớ.
Trang 10
Giáo án kết cấu gỗ
a) ép mặt dọc thớ b) ép mặt ngang thớ c) ép mặt xiên thớ
N
N
N N

Hình 1.6 - Những hình thức ép mặt
b) ép mặt dọc thớ.
Cờng độ cao, giống nén dọc thớ, khi tính toán không phân biệt.
c) ép mặt ngang thớ.
Thí nghiệm:
-
Ban đầu bị ép và biến dạng (a).
-
Phá hoại, biến dạng tăng nhanh (b).
-
Tế bào ép sát, lại chịu đợc tải trọng (c).
-
Phá hoại do biến dạng quá lớn, không phải do
ứng suất.

-
Cờng độ giới hạn bằng ứng suất tỷ lệ (bắt đầu
biến dạng nhiều).
Phân theo diện tích vùng ép mặt:
N N
N
Hình 1.7 - ép mặt toàn bộ và ép mặt cục bộ
a) ép mặt toàn bộ b) ép mặt cục bộ
trên một phần diện tích
c) ép mặt cục bộ
trên một phần chiều dài
-
ép mặt toàn bộ: Cờng độ nhỏ nhất (nén ngang thớ).
-
ép mặt cục bộ:
ép mặt cục bộ trên một phần diện tích: Cờng độ lớn nhất.
ép mặt cục bộ trên một phần chiều dài: L
ép
/ L giảm thì cờng độ tăng, nh-
ng L
ép
/ L 1 / 3 thì cờng độ không tăng nữa.
Trang 11



Hình 1.6 - ép mặt ngang thớ
Giáo án kết cấu gỗ
d) ép mặt xiên thớ.
Cờng độ phụ thuộc vào .

-
càng nhỏ cờng độ càng lớn.
-
= 0 ép mặt dọc thớ.
-
= 90 ép mặt ngang thớ.
2. Trợt.
a) Các dạng trợt.
Cắt đứt thớ, trợt dọc thớ, trợt ngang thớ, trợt chéo
thớ.
Cắt đứt thớ: không xảy ra.
Trợt dọc thớ có cờng độ 70 ữ 100 kG/cm
2
. Trợt ngang thớ có cờng độ 35 ữ 50
kG/cm
2
.
Q
Q
Hình 1.9 - Các dạng tr ợt
a) Cắt đứt thớ
b) Tr ợt dọc thớ
c) Tr ợt ngang thớ
d) Tr ợt chéo thớ
Q
Q
Q
Q
Q

b) Cờng độ.
-
Cờng độ trung bình
tr
tb
F
T
=

. (1.6)
Cờng độ trợt phụ thuộc: trợt một phía hay hai phía, tỷ số l
tr
/ e, có lực ép hay
không.
-
Trợt một phía: không đều
tb
nhỏ.
Trợt hai phía: đều hơn
tb
lớn hơn.
-
Tỷ số l
tr
/ e giảm
tb
tăng và ngợc lại.
Trang 12

Hình 1.8 - ép mặt xiên thớ
Giáo án kết cấu gỗ
Hình 1.10 - Tr ợt một phía và tr ợt hai phía
a) Tr ợt một phía b) Tr ợt hai phía
Q
Q



Q
Q



Tuy nhiên l
tr
/ e 3 để tránh tách thớ. Tốt nhất là l
tr
/ e = 3 ~ 4.
-
Có lực ép
tb
tăng và ngợc lại.
-
Trợt chéo thớ cờng độ phụ thuộc vào góc và tơng tự nh ép mặt xiên thớ.
Góc càng nhỏ cờng độ trợt càng lớn.
Q
Q

Hình 1.11 - Hiện t ợng tách thớ
M=Qe
Q


IV. Các nhân tố ảnh hởng đến cờng độ của gỗ.
1. Thời gian tác dụng của tải trọng.
Thời gian càng lâu thì cờng độ càng giảm.
2. Độ ẩm.
-
Độ ẩm hấp phụ ảnh hởng đến cờng độ của gỗ. Khi độ ẩm tăng thì R và E
giảm.
-
Cờng độ dọc thớ thay đổi rất ít. Với các phơng khác khi độ ẩm thay đổi 1%,
cờng độ thay đổi từ 3% ~ 5%.
-
Bão hoà thớ W = 30%. Tăng tiếp W, độ ẩm hấp phụ không tăng mà tăng độ
ẩm tự do, vì thế R không đổi.
-
Muốn so sánh 2 loại gỗ ở hai độ ẩm khác nhau phải đa về cùng một độ ẩm
tiêu chuẩn.
-
Độ ẩm thăng bằng 17 ~ 20%. Độ ẩm tiêu chuẩn W = 18%.
-
Cờng độ của gỗ ở 7 ~ 22% chuyển về 18% dùng công thức sau:
Trang 13
Giáo án kết cấu gỗ
)]18(1[
18
+= W

w

(1.7)

18
: cờng độ ở độ ẩm tiêu chuẩn.

w
: cờng độ ở độ ẩm W.
: hệ số chuyển đổi cờng độ ở độ ẩm bất kỳ về cờng độ ở độ ẩm tiêu chuẩn.
= 0,05 - đối với nén dọc thớ.
= 0,035 - đối với nén ngang thớ.
= 0,015 - đối với kéo dọc thớ.
= 0,04 - đối với uốn.
= 0,03 - đối với trợt.
3. Nhiệt độ.
-
Nhiệt độ tăng cờng độ giảm.
-
T = 20 ~ 50C, R
k
giảm 15 ~ 20%, R
n
giảm 20 ~ 40%, R
tr
giảm 15 ~ 20%.
-
Việt nam lấy T = 20C làm nhiệt độ tiêu chuẩn để tính toán cờng độ của gỗ.
-
Cờng độ ở nhiệt độ bất kỳ đa về cờng độ ở nhiệt độ tiêu chuẩn theo công thức

sau:
)]20(1[
20
+= T
T

(1.8)

20
: cờng độ ở nhiệt độ tiêu chuẩn.

T
: cờng độ ở nhiệt độ bất kỳ.
T: nhiệt độ tại thời điểm thí nghiệm.
: hệ số chuyển đổi cờng độ từ nhiệt độ bất kỳ về nhiệt độ tiêu chuẩn.
= 0,35 - đối với nén dọc thớ.
= 0,4 - đối với kéo dọc thớ.
= 0,45 - đối với uốn.
= 0,04 - đối với trợt.
-
E giảm nhiều (2 lần), làm tăng biến dạng (mùa hè).
-
Nhiệt độ tăng sinh ứng suất cục bộ, gây phá hoại. Không dùng quá 50C.
-
Phải đổi theo độ ẩm tr ớc rồi mới theo nhiệt độ sau.
4. Khuyết tật.
Nh mắt cây, thớ nghiêng, khe nứt.
a) Mắt cây.
-
ứng suất tập trung lớn.

-
Mắt = 1 / 4 thanh gỗ R
k
còn 27%.
Trang 14
Giáo án kết cấu gỗ
-
Có quy định cụ thể về số mắt: Cấp A không quá 10% đờng kính, Cấp B không
quá 30%.
b) Thớ nghiêng.
-
Độ nghiêng tính bằng i = / L x 100%.
-
Thớ nghiêng chịu lực chéo thớ nên cờng độ giảm.
-
Độ nghiêng 12%, R
k
còn 70%, R
u
còn 90%.
c) Khe nứt.
-
ít ảnh hởng đến kéo, nén dọc thớ mà chủ yếu ảnh
hởng đến trợt và kéo ngang thớ.
Bài 6 - Phòng mối mọt, phòng hà cho gỗ
I. Phòng mục.
Mục là do nấm sinh trởng trong gỗ.
Nấm phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ 30
0
C, độ ẩm 30 ữ 50%, cần ôxy. D-

ới độ ẩm 20% nấm sẽ chết. Vì vậy biện pháp phòng mục là:
-
Hạ gỗ và ngâm vào trong nớc
-
Sấy khô đến khi gỗ đạt độ ẩm 18 ữ 20% và giữ cho gỗ không ẩm trở lại.
-
Kết cấu nhà cửa cần che ma và thoáng.
II. Phòng mối. (TCVN 204-1998)
Mối là loại côn trùng sống trong gỗ, lấy gỗ làm thức ăn. Mối thờng làm tổ
trong đất và đào từ tổ đến gỗ. Khi ăn gỗ nó để chừa lớp vỏ mỏng bên ngoài để che
sáng.
Phòng chống: Khi chôn cột trong đất phải tẩm thuốc vào hố trớc.
III. Phòng hà.
Thui cho gỗ cháy xém định kỳ hoặc bọc gỗ bằng ống bê tông, sành, thép ở giữa
có chèn cát.
IV. Ngâm tẩm hoá chất.
-
Dùng thuốc muối vô cơ và thuốc dầu.
NaF, Na
2
SiF
6
, CuSO
4
, C
6
Cl
5
O
4

, DDT, 666.
NaF: độc đối với nấm.
Na
2
SiF
6
: độc đối với mối mọt.
CuSO
4
: chống hà.
C
6
Cl
5
O
4
: diệt nấm, mối, mọt và hà.
-
Cách ngâm tẩm:
Trang 15
Hình 1.12 - Thớ nghiêng

Giáo án kết cấu gỗ
Quét, phun thuốc lên mặt gỗ nhiều lần, ngâm tẩm trong bể dung dịch thuốc để
thuốc ngấm, phun thuốc áp lực cao.
Trang 16
Giáo án kết cấu gỗ
Chơng 2 - Tính toán các cấu kiện cơ bản
Bài 1- Nguyên lý tính toán kết cấu gỗ
Trạng thái giới hạn là trạng thái lúc kết cấu bắt đầu không thể tiếp tục sử dụng đ-

ợc nữa.
Có 2 trạng thái giới hạn:
-
Trạng thái giới hạn I: Theo cờng độ và ổn định:
N S (2.1)
Dùng tải trọng tính toán, hệ số điều kiện làm việc m.
-
Trạng thái giới hạn II: Theo biến dạng:
[] (2.2)
Dùng tải trọng tiêu chuẩn.
Bài 2 - Các số liệu để tính toán
I. Bảng cờng độ tính toán của các loại gỗ.
Bảng 2.1 - Cờng độ tính toán của gỗ
TT Trạng thái ứng suất Ký hiệu Nhóm gỗ
Khi độ ẩm bằng
15% 18%
1 Nén và ép mặt dọc thớ R
n
, R
em
IV 150 135
V 155 135
VI 130 115
VII 115 110
2 Kéo dọc thớ R
k
IV 115 110
V 125 120
VI 100 95
VII 85 80

3 Uốn R
u
IV 170 150
V 185 165
VI 135 120
VII 120 105
4
ép mặt ngang thớ: ép
mặt cục bộ/ép mặt
toàn bộ (tức nén ngang
thớ)
R
90
n
R
90
em
IV 25 24
V 28/25 25/22
VI 20/20 18/18
VII 15/15 13/13
5 Trợt R
tr
IV 29 25
V 30 25
VI 24 21
VII 22 19
II. Các công thức quy đổi khác.
1. Cờng độ ép mặt xiên thớ một góc

.


3
90
sin11








+
=
em
em
em
em
R
R
R
R
(2.3)
Trang 17
Giáo án kết cấu gỗ
2. Cờng độ trợt ngang thớ.
2
90

tr
tr
R
R =
(2.4)
3. Cờng độ trợt chéo thớ một góc

.


3
90
sin11








+
=
tr
tr
tr
tr
R
R
R

R
(2.5)
4. Cờng độ trợt trung bình. (Cụ thể xem bài 2 chơng III).
e
l
R
R
tr
tr
TB
tr

+
=
1
(2.6)
III. Hệ số điều kiện làm việc m.
Bảng 2.2 - Hệ số điều kiện làm việc
TT Trạng thái Ký hiệu Hệ số
1
Uốn
a) Ván và thanh có kích thớc một cạnh của tiết
diện < 15cm
m
u
1,0
b) Ván và thanh có kích thớc các cạnh của tiết
diện 15cm, khi tỷ số chiều cao và chiều rộng
tiết diện h / b 3,5
1,15

c) Gỗ tròn, không có rãnh cắt trong tiết diện
tính toán
1,2
d) Cấu kiện tổ hợp, liên kết mềm.
- Dầm tổ hợp liên kết chốt đinh, nhịp L
4m, do hai thanh gỗ ghép lại
0,9
- Nh trên nhng do nhiều thanh ghép lại 0,8
e) Dầm tổ hợp liên kết chêm, do hai hay nhiều
thanh ghép lại
0,8
2 Kéo
a) Cấu kiện không giảm yếu trong tiết diện tính
toán
m
k
1,0
b) Tiết diện có giảm yếu trong tiết diện tính
toán
0,8
3 Nén và ép mặt (trong cấu kiện) m
n
, m
em
1,0
4 Trợt m
tr
1,0
IV. Mô đuyn đàn hồi.
Mô đuyn đàn hồi của gỗ là E = 10

5
kG/cm
2
.
Bài 3 - Cấu kiện chịu kéo đúng tâm
I. Phạm vi ứng dụng và tiết diện cơ bản.
1. Phạm vi ứng dụng.
Dùng làm thanh cánh dới của dàn liên kết mộng.
Trang 18
Giáo án kết cấu gỗ
2. Tiết diện cơ bản.
Gồm có tiết diện tròn, tiết diện chữ nhật và tiết diện vuông.
Hình 2.1 -Tiết diện cột
N
N
a) b) c) d) e)
II. Công thức cơ bản.
1. Bền.
kk
th
tt
k
k
Rm
F
N
=

(2.7)
2. Độ mảnh.

max
[] (2.8)
III. Bài toán kiểm tra.
Biết tiết diện và các thông số vật liệu. Cần kiểm tra xem tiết diện có đạt yêu cầu
về chịu lực và biến dạng hay không.
1. Bền.
kk
th
tt
k
k
Rm
F
N
=

Trong đó:
F
th
Diện tích tiết diện thu hẹp, bằng diện tích tiết diện nguyên trừ diện tích lỗ
giảm yếu. F
th
= F
ng
F
lỗ
(cm
2
).

N
tt
k
Lực dọc tính toán (kG).
m
k
Hệ số điều kiện làm việc, tra bảng, bằng 0,8
và 1,0. (Không thứ nguyên).
R
k
Cờng độ chịu kéo tính toán của gỗ, tra bảng
(kG/cm
2
).
-
Mọi giảm yếu trong một khoảng ngắn hơn 20cm
đều đợc coi là trên cùng một tiết diện.
Trang 19
Hình 2.2 - Giảm yếu so le
Giáo án kết cấu gỗ
-
Không đợc phép giảm yếu quá nhiều.
Giảm yếu không đối xứng: F
gy
0,4F
ng
, và tính nh kéo lệch tâm.
Giảm yếu đối xứng: F
gy
0,5F

ng
.
2. Độ mảnh.

max
[]

max
- Độ mảnh lớn nhất của cấu kiện.
max
= max (
x
,
y
). Không thứ nguyên.

x
,
y
- Độ mảnh của cấu kiện xoay quanh trục x và y. Không thứ nguyên.

x
= L
0x
/ r
x

y
= L
0y

/ r
y
. (2.9)
r
x
, r
y
Bán kính quán tính của tiết diện quanh trục x và trục y. (cm). Với tiết
diện tròn, r
x
= r
y
= 0,25d (d là đờng kính tiết diện). Với tiết diện chữ nhật, r
x
= 0,289h,
r
y
= 0,289b, (h, b là chiều cao, chiều rộng tiết diện).
L
0x
, L
0y
Chiều dài tính toán của cấu kiện trong mặt phẳng y0z và x0z. (cm).
L
0x
= à
x
L
x
L

0y
= à
y
L
y
. (2.10)
L
x
, L
y
Chiều dài của cấu kiện trong mặt phẳng y0z và x0z. (cm).
à
x
, à
y
Hệ số chiều dài tính toán của cấu kiện quanh trục x và trục y. Không
thứ nguyên. Xem hình dới.
à à à à
Hình 2.3 -Hệ số chiều dài tính toán
[] - Độ mảnh cho phép. Cấu kiện chính [] = 150, thanh giằng [] = 200.
IV. Bài toán thiết kế.
Cha biết tiết diện. Cần tìm tiết diện.
1. Xác định tiết diện.
Công thức phá hoại phổ biến của cấu kiện chịu kéo đúng tâm là công thức bền
kéo.
kk
th
tt
k
k

Rm
F
N
=

Tính diện tích tiết diện theo công thức:
kk
tt
k
thng
Rm
N
FF ==
(2.11)
Trang 20
Giáo án kết cấu gỗ
Với m
k
giả định trớc, và tạm thời coi F
th
= F
ng
.
Từ diện tích tiết diện xác định đợc kích thớc mặt cắt.
Bố trí các lỗ bu lông (nếu có).
Tiến hành bài toán kiểm tra.
2. Kiểm tra lại tiết diện vừa chọn.
Nếu không đạt yêu cầu về:
-
Bền: Cần tăng tiết diện và kiểm tra lại đến khi đạt thì thôi. (Nếu không có

giảm yếu thì không cần kiểm tra).
-
Độ mảnh: Cần thiết kế lại tiết diện theo độ mảnh.
V. Thiết kế tiết diện theo độ mảnh.
Từ
max
[] ta có
x
[],
y
[], suy ra r
x
L
0x
/ [], r
y
L
0y
/ [].
Dựa vào tơng quan giữa r
x
, r
y
và kích thớc tiết diện tính ra các kích thớc cần thiết.
Bài 4 - Cấu kiện chịu nén đúng tâm
I. Phạm vi ứng dụng và tiết diện cơ bản.
1. Phạm vi ứng dụng.
Dùng làm cột nhà một, hai tầng, trụ cầu, thanh cánh trên của dàn.
2. Tiết diện cơ bản.
Gồm có tiết diện tròn, tiết diện chữ nhật và tiết diện vuông, giống nh cấu kiện

chịu kéo đúng tâm.
II. Công thức cơ bản.
1. Bền.
nn
th
tt
n
n
Rm
F
N
=

(2.12)
2. ổn định.
nn
tt
tt
n
cr
Rm
F
N
=


(2.13)
3. Độ mảnh.

max

[] (2.14)
III. Bài toán kiểm tra.
Biết tiết diện và các thông số vật liệu. Cần kiểm tra xem tiết diện có đạt yêu cầu
về chịu lực và biến dạng hay không.
1. Bền.
Trang 21
Giáo án kết cấu gỗ
nn
th
tt
n
n
Rm
F
N
=

Trong đó:
F
th
Diện tích tiết diện thu hẹp, bằng diện tích tiết diện nguyên trừ diện tích lỗ
giảm yếu. F
th
= F
ng
F
lỗ
. (cm
2
).

N
tt
n
Lực dọc tính toán (kG).
m
n
Hệ số điều kiện làm việc, tra bảng, luôn bằng 1,0.(Không thứ nguyên).
R
n
Cờng độ chịu nén tính toán của gỗ, tra bảng (kG/cm
2
).
2. ổn định.
Cần kiểm tra ổn định theo cả hai phơng:
nn
xttx
tt
n
Rm
F
N


nn
ytty
tt
n
Rm
F
N

Trong đó:
F
xtt
, F
ytt
- Diện tích tính toán của tiết diện đối với trục x-x và y-y(cm
2
). Khi
không có giảm yếu thì F
xtt
= F
ytt
= F
ng
. Khi có các giảm yếu đợc tính theo nguyên tắc
sau (gọi chung là F
tt
):
-
Nếu giảm yếu không ăn ra rìa cấu kiện: F
tt
= 4 F
th
/ 3 F
ng
.
-
Nếu giảm yếu ăn ra rìa cấu kiện:

Đối xứng: Độ cứng tiết diện giảm rõ rệt, F
tt
= F
th
.
Không đối xứng: Trục tiết diện thay đổi, tính nh cấu kiện nén lệch tâm.
Hình 2.4 - Các hình thức giảm yếu

x
,
y
Hệ số uốn dọc đối với trục x-x và y-y. Không thứ nguyên, lấy theo
nguyên tắc chung của nh sau (chú ý và là lấy với cùng 1 trục):
Trang 22
Giáo án kết cấu gỗ
-
> 75 kết cấu gỗ bị phá hoại mất ổn định ngay ở giai đoạn đàn hồi nên
2
3100


=
. (2.15)
-
75 kết cấu gỗ bị phá hoại mất ổn định ở giai đoạn chảy dẻo nên
2
100
801

=


,
. (2.16)
Nếu không có giảm yếu thì có thể tính với phơng yếu nhất, với độ mảnh
max
.
Độ mảnh xem bài Cấu kiện chịu kéo đúng tâm.
3. Độ mảnh.

max
[]
-
[] = 120: đối với cột, thanh cánh trên vì kèo.
-
[] = 150: đối với thanh bụng vì kèo.
-
[] = 200: đối với hệ giằng.
IV. Bài toán thiết kế.
Cha biết tiết diện. Cần tìm tiết diện.
1. Xác định tiết diện.
Công thức phá hoại phổ biến của cấu kiện chịu nén đúng tâm là công thức ổn
định.
nn
tt

tt
n
cr
Rm
F
N
=


Đờng hớng.
-
Ví dụ với cột tròn.
-
Coi nh không có giảm yếu F
tt
= F
ng
= F. Vì thế có thể tính với phơng yếu nhất,
độ mảnh
max
= .
-
r
min
d F.
-
Chỉ còn một ẩn, giải ra F, rồi ra d.
Quá trình diễn giải.
Giả thiết > 75
2

3100


=


F
d
d
F
4
4
2
2
==

416
4
164
25,0
2
2
minmin
FFd
r
d
dr =====
Trang 23
Giáo án kết cấu gỗ
F

L
r
L
r
L
tttttt
2
2
min
2
2
min
4


===
222
7246
4
31003100
tttt
L
F,
L
F
===


Thay vào công thức ổn định:
nn

tt
ntt
nn
tt
tt
n
nn
tt
n
Rm
N
,
L
FRm
F,
LN
Rm
F
N
7515
7246
2
2


Bằng cách suy luận tơng tự ta thu đợc kết quả của các trờng hợp khác.
Tổng kết kết quả.
a)

> 75:

-
Đối với tiết diện tròn:
nn
tt
ntt
Rm
NL
F
75,15
=

Fd 135,1=
(2.17)
-
Đối với tiết diện chữ nhật: với k = h / b.
nn
tt
ntt
Rm
NkL
F
.
16
=

kbh
k
F
b == ,
(2.18)

-
Đối với tiết diện vuông: k = 1
nn
tt
ntt
Rm
NL
F
16
=

Fa =
(2.19)
b)



75:
-
Đối với tiết diện tròn:
2
001,0
tt
nn
tt
n
L
Rm
N
F +=

(2.20)
-
Đối với tiết diện chữ nhật:
2
001,0
tt
nn
tt
n
kL
Rm
N
F +=
(2.21)
-
Đối với tiết diện vuông: k = 1
Sau khi thu đợc tiết diện, tiến hành bài toán kiểm tra.
2. Kiểm tra tiết diện.
Nếu không đạt yêu cầu về:
-
Giả thiết > 75: Phải tiến hành kiểm tra ổn định với thực tế tính ra.
Trang 24
Giáo án kết cấu gỗ
-
Bền: Cần tăng tiết diện và kiểm tra lại đến khi đạt thì thôi. (Nếu không có
giảm yếu thì không cần kiểm tra).
-
ổn định: Cần tăng tiết diện và kiểm tra lại đến khi đạt thì thôi. (Nếu không có
giảm yếu thì không cần kiểm tra).
-

Độ mảnh: Cần thiết kế lại tiết diện theo độ mảnh.
V. Thiết kế tiết diện theo độ mảnh.
Giống cấu kiện chịu kéo đúng tâm.
VI. Thí dụ tính toán.
1. Đầu bài.
Chọn tiết diện một cột gỗ chịu nén đúng tâm trong một kết cấu lâu dài. Cho biết
l
tt
= 5m, N
tt
= 10T. Gỗ nhóm VI, độ ẩm 15%, nhiệt độ 20C. Độ mảnh cho phép [] =
120.
2. Lời giải.
Với gỗ nhóm VI, độ ẩm 15%, nhiệt độ 20C ta có R
n
=130kG/cm
2
.
Giải thiết: > 75.
Vì tiết diện không có giảm yếu nên chỉ cần tính với phơng yếu nhất và sử dụng

max
để tính.
a) Tiết diện tròn.
Chọn tiết diện.
2
278
130
10000
75,15

500
75,15
cm
R
N
l
F
n
tt
===
;

cmd 9,18278135,1 ==
Chọn d = 20cm.
Kiểm tra tiết diện.
-
Kiểm tra giả thiết :
75100
20.25,0
500
.25,0
max
>===
d
l
tt

(Giả thiết đúng).
-
Bền: Tiết diện không có giảm yếu nên không cần kiểm tra.

-
ổn định: Tiết diện không có giảm yếu nên không cần kiểm tra.
-
Độ mảnh:
[ ]
120100
max
=<=

b) Tiết diện vuông.
Chọn tiết diện.
Trang 25