Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 5

1
DÀN THÉP
5.1 Đại cương
5.2 Tính toán dàn
5.3 Cấu tạo nút dàn
5.4 Dàn thép ống
5
2
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
Dàn thép là kết cấu rỗng gồm nhiều thanh ghép lại với nhau tại mắt dàn bằng
liên kết hàn hoặc bu lông
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
thanh cánh trên
thanh cánh dưới
thanh bụng
nút (mắt) dàn
đỉnh dàn
thanh xiên đầu dàn
thanh đứng đầu dàn
Hình 5.1 Cấu tạo dàn
3
5.1.1 Phân loại
● Dàn nhẹ: nội lực bé, thanh dàn là một thép góc hay thép ống
● Dàn thường: nội lực tương đối lớn,
thanh dàn thường được ghép từ hai
thép góc
● Dàn nặng: chịu tải trọng nặng như
dàn cầu, dàn cầu chạy, dàn nhà nhịp lớn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
Hình 5.3 Tiết diện thanh dàn nặng
Hình 5.2 Tiết diện thanh dàn hai thép góc

5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
4
5.1.2 Hình dáng dàn
● Dàn tam giác
● Dàn hình thang
● Dàn có cánh song song
● Dàn đa giác
● Dàn cánh cung
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
Hình 5.4 Các hình dáng dàn
f) g)
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
5
5.1.3 Sơ đồ kết cấu
● Dàn đơn giản
● Dàn liên tục
● Dàn có đầu thừa
● Dàn kiểu khung
● Dàn kiểu tháp, trụ
● Dàn kiểu vòm
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
Hình 5.5 Sơ đồ kết cấu của dàn
f)
g)
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
6
5.1.4 Hệ thanh bụng
● Hệ thanh bụng tam giác
● Hệ thanh bụng xiên
● Hệ thanh bụng phân nhỏ

● Hệ thanh bụng chữ thập
● Hệ thanh bụng chữ K
● Hệ thanh bụng quả trám
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
Hình 5.6 Hệ thanh bụng
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
7
5.1.5 Kích thước của dàn
a. Nhịp dàn L:
● Dàn kê lên đầu cột (khớp): L là khoảng cách tâm hai gối tựa
● Dàn liên kết mép cột: L là khoảng cách mép trong hai cột
b. Chiều cao dàn H:
● Dàn có cánh song song, dàn hình thang: H = (1/5 ~ 1/6)L
thường chọn H = (1/7 ~ 1/9)L
c. Khoảng cách nút dàn d:
● Mái có xà gồ: d = 1.5m ~ 3m
● Mái panel: d = bề rộng panel
● Khoảng cách nút dàn cánh dưới (mái panel) d = 3m hoặc 6m
d. Bước dàn: là khoảng cách giữa các dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
8
5.1.6 Hệ giằng: tăng độ ổn định ngoài mặt phẳng cho dàn
a. Hệ giằng cánh trên
● Nằm trong mặt phẳng cánh trên
● Giảm chiều dài tính toán của thanh cánh trên chịu nén
● Vị trí: đầu nhà, cuối nhà, giữa nhà, đầu khối nhiệt độ, giữa khối nhiệt độ, cuối
khối nhiệt độ
b. Hệ giằng cánh dưới
● Nằm trong mặt phẳng cánh dưới

● Vị trí: tại nơi có hệ giằng cánh trên
c. Hệ giằng đứng
● Nằm trong mặt phẳng thanh đứng
● Vị trí: đầu dàn, giữa dàn, khoảng cách giữa các giằng đứng không quá 15m.
Theo phương dọc nhà, bố trí nơi có hệ giằng cánh trên và hệ giằng cánh dưới
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
9
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
Hình 5.7 Bố trí hệ giằng mái
5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP
10
5.2.1 Tải trọng tính toán
● Tải trọng thường xuyên
+ Trọng lượng kết cấu dàn
+ Trọng lượng các lớp cấu tạo mái: giằng, tấm lợp, lớp chống thấm, lớp cách
nhiệt, xà gồ, cửa mái, trần treo, thiết bị…)
● Tải trọng tạm thời
+ Tải trọng sửa chữa mái (người và thiết bị)
+ Tải gió
+ Tải cần trục treo (nếu có)…
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
11
a. Tải trọng đứng:
P
i
- lực tập trung tại nút I
d
i

l
, d
i
r
- khoảng cách các nút dàn bên trái và
bên phải nút i
q
tc
- tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên
đơn vị diện tích mặt bằng
B - bước dàn
γ
Q
- hệ số tin cậy về tải trọng
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
Hình 5.8 Xác định tải đứng
tác dụng lên nút dàn
(5.1)
Bq
dd
P
tc
Q
r
i
l
i
i
g

2
+
=
12
b. Tải trọng gió:
q
0
áp lực gió tiêu chuẩn
c
1
, c
2
hệ số khí động
k hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực động theo chiều cao
B bước dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
Hình 5.9 Tải gió tác dụng lên nút dàn
(5.2)
kBaCnqW
o 11
5.0=
kBaCnqW
o 12
=
kBaCnqW
o 23
5.0=
kBaCnqW
o 24

=
13
5.2.2 Xác định nội lực
a. Phương pháp:
+ Các phương pháp cơ học kết cấu
+ Sử dụng các phần mềm tính toán kết cấu
b. Các trường hợp tải trọng:
+ Tải trọng thường xuyên (đặt toàn dàn)
+ Tải trọng sửa chữa mái (đặt nửa dàn hoặc toàn dàn)
+ Tải gió
+ Tải cần trục treo (nếu có)
5.2.3 Tổ hợp nội lực
+ Tổ hợp cơ bản 1: Tĩnh tải + 1 hoạt tải (n
c
= 1.0)
+ Tổ hợp cơ bản 2: Tĩnh tải + ≥ 2 hoạt tải (n
c
= 0.9)
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
14
l – chiều dài hình học
của thanh
l
1
– khoảng cách giữa
các mắt được liên
kết không cho
chuyển vị ra ngoài
mặt phẳng dàn

(bằng các giằng,
các tấm mái cứng
được hàn hoặc
bắt bu lông với
cánh dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
Hình 5.10
Các sơ đồ thanh bụng dàn để xác định
chiều dài tính toán các thanh
15
5.2.4 Chiu di tớnh toỏn thanh dn
Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM
5.2 TNH TON DN
Bng 5.1 Chiu di tớnh toỏn ca cỏc thanh dn phng
Phng un dc
Chiu di tớnh toỏn l
0
Thanh
cỏnh
Thanh xiờn, thanh
ng gi ta
Cỏc thanh
bng khỏc
1. Trong mt phng dn
a. i vi cỏc dn, tr nhng dn mc 1.b
b. i vi dn c lm t thộp gúc n v
dn cú cỏc thanh bng liờn kt dng ch T
vi thanh cỏnh
l

l
l
l
0.8l
0.9l
2. Ngoi mt phng dn
a. i vi cỏc dn, tr nhng dn mc 2.b
b. Dn cú cỏc thanh cỏnh l nh hỡnh cong,
cỏc thanh bng liờn kt dng ch T vi thanh cỏnh
l
1
l
1
l
1
l
1
l
1
0.9l
1
16
+ Nu theo chiu di thanh (cỏnh, bng) cú cỏc lc nộn N
1
v N
2
(N
1
> N
2

) thỡ
chiu di tớnh toỏn ngoi mt phng dn ca thanh (hỡnh 5.10c) l:
+ Chiu di tớnh toỏn l
0
ca cỏc thanh bng ch thp (hỡnh 5.10e) ly nh sau:
Trong mt phng dn, bng khong cỏch t tõm ca mt dn n im giao
nhau ca chỳng (l
0
= l)
Ngoi mt phng dn, i vi cỏc thanh chu nộn ly theo bng 5.2, i vi
cỏc thanh chu kộo ly bng chiu di hỡnh hc ca thanh (l
0
= l
1
)
Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM
5.2 TNH TON DN
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
+=
1
2
10
25.075.0

N
N
ll
(5.3)
17
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
Bảng 5.2 Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn của thanh bụng chữ thập
chịu nén
Đặc điểm mắt giao nhau của các
thanh bụng
Chiều dài tính toán l
0
nếu thanh giao
nhau với thanh khảo sát là thanh
chịu kéo không chịu lực chịu nén
+ Cả hai thanh đều không gián đoạn
+ Thanh giao nhau với thanh khảo sát gián
đoạn và có phủ bản mã:
- Thanh khảo sát không gián đoạn
- Thanh khảo sát gián đoạn
l
0.7l
1
0.7l
1
0.7l
1
l
1

-
l
1
1.4l
1
-
Ghi chú:
l – khoảng cách từ tâm mắt dàn đến điểm giao nhau của các thanh
l
1
– chiều dài hình học của thanh
18
5.2.5 Chọn tiết diện thanh dàn
a. Chọn tiết diện thanh chịu kéo
+ Diện tích cần thiết của tiết diện thanh:
+ Tra bảng chọn số hiệu thép có A > A
yc
+ Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện thanh dàn
+ Kiểm tra tiết diện đã chọn
Với γ
c
– hệ số điều kiện làm việc
N – lực kéo tính toán
A
n
– diện tích tiết diện thực của thanh dàn
λ
max
= max(λ
x

, λ
y
) và [λ] – độ mảnh giới hạn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
f
N
A
c
yc
g
³
f
A
N
c
n
gs
£=
[
]
ll
£
max
(5.4)
(5.5)
(5.6)
19
b. Chọn tiết diện thanh chịu nén
+ Diện tích cần thiết của tiết diện thanh:

+ Tra bảng chọn số hiệu thép có A > A
yc
+ Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện thanh dàn
+ Kiểm tra tiết diện đã chọn
Với γ
c
– hệ số điều kiện làm việc
N – lực kéo tính toán
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
(5.7)
(5.8)
(5.9)
[
]
ll
£
max
f
N
A
cgt
yc
gj
³
f
A
N
c
g

j
s
£=
min
f
A
N
c
n
gs
£=
(5.10)
20
A
n
– diện tích tiết diện thực của thanh dàn
λ
max
= max(λ
x
, λ
y
)
[λ] – độ mảnh giới hạn
φ
min
tra bảng theo λ
max
+ Chiều dày bản mắt chọn dựa vào lực lớn nhất của thanh bụng, theo bảng 5.3
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM

5.2 TÍNH TOÁN DÀN
x
x
x
i
l
=
l
y
y
y
i
l
=
l
Bảng 5.3 Chiều dày bản mắt dàn
Nội lực lớn
nhất trong
thanh bụng
≤ 150 151
đến
250
251
đến
400
401
đến
600
601
đến

1000
1001
đến
1400
1401
đến
1800
1801
đến
2200
2201
đến
2600
2601
đến
3000
Chiều dày bản
mắt (mm)
6 8 10 12 14 16 18 20 22 25
21
c. Chọn tiết diện thanh theo độ mảnh giới hạn
+ Bán kính quán tính yêu cầu theo hai phương:
+ Chọn số hiệu thép theo i
xyc
và i
yyc
+ Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo điều kiện bền, ổn định và độ mảnh
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.2 TÍNH TOÁN DÀN
(5.11)

][
l
x
xyc
l
i =
][
l
y
yyc
l
i =
(5.12)
22
5.3.1 Nút trung gian không có nối thanh cánh
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.11
Nút trung gian không có nối thanh cánh
23
5.3.2 Nút trung gian có nối thanh cánh
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.12
Nút trung gian có nối thanh cánh
24
5.3.3 Nút trung gian có nối thanh cánh
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.13

Nút trung gian có nối thanh cánh (nối bằng thép góc)
25
5.3.4 Nút đỉnh dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.14
Nút đỉnh dàn
26
5.3.5 Nút dưới giữa dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.15
Nút dưới giữa dàn
27
5.3.6 Nút dưới đầu dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.16
Nút dưới đầu dàn
28
5.3.7 Nút trên đầu dàn
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.17
Nút trên đầu dàn
29
5.3.8 Dàn gối lên cột bê tông
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.3 CẤU TẠO NÚT DÀN
Hình 5.18 Dàn gối lên cột bê tông

30
5.4.1 Yêu cầu đối với dàn thép ống
+ Tỉ số đường kính ống D và chiều dày ống t:
D/t ≤ 30 đối với thanh cánh
D/t ≤ 80 ~ 90 đối với thanh bụng
+ Tỉ số giữa đường kính thanh xiên d và đường kính thanh cánh D: d/D ≥ 0.3
để tránh hiện tượng ép lõm thanh cánh
+ Trục hình học của các thanh được lấy làm trục để định vị. Trong trường hợp
không sử dụng hết khả năng chịu lực của thanh cánh cho phép trục có độ lệch
tâm là ¼ đường kính thanh cánh
+ Khi hàn các thanh thép ống phải đảm bảo độ kín khít ở đầu ống để tránh hiện
tượng ăn mòn mắt trong của ống
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.4 DÀN THÉP ỐNG
31
5.4.2 Các dạng liên kết thanh thép ống xiên vào thanh cánh
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.4 DÀN THÉP ỐNG
Hình 5.19 Các dạng liên kết thanh thép ống xiên vào thanh cánh
a) Liên kết hàn không bản mắt; b) Liên kết hàn có bản đệm cong
c, d) Liên kết hàn đầu ống đã đập bẹt; e, f) Liên kết hàn dùng bản mắt
32
+ Độ bền đường hàn liên kết thanh bụng xiên vào thanh cánh kiểm tra theo
điều kiện:
0.85 – hệ số điều kiện làm việc của đường hàn kể đến sự phân bố ứng suất
không đều dọc theo đường hàn
h
f
– chiều cao đường hàn
l

w
– chiều dài đường hàn, được tính theo:
Giá trị phụ thuộc vào đường kính ống thép, lấy theo bảng 5.4
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.4 DÀN THÉP ỐNG
( )
1
85.0
min
£
cwwf
flh
N
gb
(
)
[
]
aaxp
ececdl
w
coscos15.15.0 -+=
(5.13)
(5.14)
Bảng 5.4 Giá trị của hệ số ξ
d/D 0.2 0.5 0.6 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.00
ξ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.08 1.12 1.22
33
5.4.3 Nối thép ống
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM

5.4 DÀN THÉP ỐNG
Hình 5.20 Các dạng nối thanh thép ống
a) Liên kết hàn hai ống lót và đường hàn thẳng
b) Liên kết hàn dùng ống lót và đường hàn xiên
c) Liên kết hàn hai ống thép dùng bản cong ốp bên ngoài
d) Liên kết hàn hai ống thép khác đường kính; e) Liên kết dùng bu lông
34
+ Các ống thép có cùng đường kính được hàn với nhau trên ống lót bằng thép
(hình 5.20a). Tính toán kiểm tra chịu nén và kéo như sau:
Với D
tb
là đường kính trung bình của ống thép có chiều dày nhỏ hơn
t là chiều dày thanh thép ống nhỏ hơn
+ Chiều dài đường hàn khi sử dụng bản ốp cong (hình 5.20c) được tính theo:
Với a là chiều dài đường cong của bản ốp dọc theo trục ống thép
n là số lượng bản đệm cong bao quanh chu vi ống thép
Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM
5.4 DÀN THÉP ỐNG
( )
1
min
£
cwtb
ftD
N
gbp
(5.15)
2
2
2

2
÷
ø
ö
ç
è
æ
+=
n
D
anl
w
p
(5.16)