Kết cấu nội thất công trình - Phần 2 Kết cấu gỗ - Chương 4 pdf

Chơng 4
Liên kết kết cấu gỗ
Mục tiêu: Học xong chơng này học sinh có thể:
Hiểu đợc mục đích của liên kết, tính toán đợc liên kết cơ bản.
Trọng tâm:
Mục đích và các u nhợc điểm của liên kết gỗ, cấu tạo liên kết
mộng một răng.
I. Khái quát
Mục đích của liên kết kết cấu gỗ là để tăng chiều dài, mở rộng tiết diện
hoặc đảm bảo sự truyền lực giữa các cấu kiện của kết cấu, làm tăng độ cứng
chung cho toàn kết cấu. Một lợi thế của gỗ là rất dễ liên kết.
Có bốn loại liên kết chính đợc sử dụng để liên kết gỗ với gỗ:
- Liên kết mộng: (hình 4.1) Liên kết này có khả năng chịu ép mặt,
nhng thờng gây trợt cho vùng lân cận. Liên kết thờng dùng ở vì kèo,
đầu trụ cọc của cầu gỗ.
- Liên kết chốt: (hình 4.2) Chốt thờng gặp là bulông, chốt tre, chốt gỗ,
đinh. Khi làm việc chốt chịu uốn, và mặt lỗ chốt chịu ép mặt. Loại
liên kết này thờng dùng để nối dài các thanh gỗ.
- Liêm kết chêm: (hình 4.3) Chêm thờng làm bằng gỗ, liên kết này có
tác dụng làm tăng diện tích thanh. Chêm có tác dụng chống trợt giữa
các phân tố. Khi làm việc chêm chịu ép mặt, và chịu trợt.
- Liên kết dán: Loại liên kết này sử dụng các loại keo dán để tạo nên
những thanh có tiết diện khá lớn bằng cách dán nhiều tầm ván lại với
nhau. Hiện nay liên kết này đợc sử dụng rất phổ biến nhờ sự phát
triển của các loại keo dán, cũng nh phù hợp với sự phát triển của
ngành công nghiệp sản xuất các loại gỗ thơng mại. Khi làm việc, các
tấm gỗ đợc dán có thể bị trợt, bong lớp dán. Trong bốn loại liên kết,

46

liên kết dán không đục khoét gỗ (không có giảm yếu) nên khả năng

(0,1-0,5)h

chịu lục của gỗ sử dụng loại liên kết này là lớn nhất.
Chêm

I

Chêm

h

(2-2,5)h

I
Hình 4.1 Liên kết mông đuôi kèo

Hình 4.2 Liên kết chốt (bulông)

I-I

Hình 4.3 Liên kết chêm

II. Nguyên tắc chung tính toán liên kết gỗ
Trong các loại liên kết trên, chủ yếu xảy ra hiện tợng trợt và ép mặt. Do
đó, liên kết đợc tính toán và kiểm tra chủ yếu với hai điều kiện về trợt và ép
mặt.
1. Điều kiện ép mặt

em


= N em Fem ≤ Rem

(4.1)

Trong ®ã:
σ em : øng suÊt do lùc Ðp mặt gây ra.
N em : Lực nén tính toán tác dụng lên diện tích chịu ép mặt.
Fem: Diện tích ép mặt.

R em : Xem công thức 2.2
2. Điều kiện trợt
tb
= N tr Ftr ≤ Rtr

R tb =
tr
Trong ®ã:
τ:
N tr :
R tb :
tr
l tr :
β, e:

R tr
l

1 + β tr
e

= k tr R tr

(4.2)
(4.3)

ứng suất do lực trợt tính toán gây ra trên mặt trợt.
Lực trợt tính toán trên mặt trợt.
Cờng độ chịu trợt tính toán trung bình theo phơng dọc thớ gỗ.
Chiều dài mặt trợt.
Hệ số tính trợt, độ lệch tâm của lực trợt, lấy nh sau:

47


- Khi r·nh méng vÒ mét phÝa (H4.4): e = 0,5h;

β = 0,25

- Khi r·nh méng vÒ hai phÝa (H4.5) : e = 0,25h;β = 0,125
h: ChiỊu cao tiÕt diƯn (vỊ phÝa chiỊu s©u r·nh méng).
k tr : HƯ sè giảm cờng độ chịu trợt lấy theo phụ lục 9.

Nn

Nn
ltr

e

Ntr

Nk

e

Nk

h

e

h

l tr

Trục thanh
Hình 4.5

Hình 4.4

Nn

III. yêu cầu cấu tạo và tính toán liên kết mộng
Liên kết mộng chỉ nên dùng ở những thanh chịu nén, và cần phải bố trí
thêm các liên kết phụ bổ trợ theo cấu tạo nh bulông, vòng đai, đinh đỉa...
Liên kết mộng có thể cấu tạo theo dạng một răng hoặc hai răng. Mặt
truyền lực của liên kết nên đặt thẳng góc với trục thanh nén để cờng độ chịu

ép mặt là lớn nhất.
1. Liên kết mộng một răng
1.1. Cấu tạo
- Trục các thanh của mắt phải hội tụ tại một điểm.
- Trục thanh nén (kèo) phải đi qua trọng tâm của diện tích ép mặt.
- Trục thanh kéo (quá giang) phải đi qua trọng tâm tiết diện bất lợi.
- Chiều sâu rÃnh mộng phải đảm bảo: h r h / 3 với mắt gối; h r ≤ h / 4
víi m¾t trung gian.
- ChiỊu dài mặt trợt phải thoả mÃn: 1,5 l tr 10h r
- Cần đặt bulông an toàn theo cấu tạo có đờng kính bulông 12mm.
Ngoài ra nên gia cố thêm đai hoặc đinh đỉa.

48


- Khi góc nghiêng của mái 600: nên dùng mộng phân giác (chủ yếu
chịu ép mặt Hình 4.7).


Nn

l tr =40

hr



(h-hr)/2

h

Nk

b

Hình 4.6 Liên kết mộng một răng

90 0


2

N

N


90
2
0

90 0



N1
N


2

90 0


2



N2

Hình 4.7

- Nếu thanh quá giang làm bằng gỗ tròn thì trục của nó đợc phép qua
trọng tâm tiết diện nguyên (Hình 4.8).

49


l tr
Nn
d tr

dd /2

h'

Nk

d d /2

h

dd

h1

b

Hình 4.8 Liên kết mộng tiết diện quá giang tròn

1.2. Thiết kế và kiểm tra liên kết
Liên kết mộng đợc thiết kế (tính toán) và kiểm tra theo công thức (4.1)
và (4.2). Về bài toán thiết kế dựa vào hình vẽ ta có:
Fem = b

hr
; N em = N n ; Ftr = b.l tr ; N tr = N n cos α ;
cos α

ThÕ vào công thức (4.1) và (4.2) ta có:
N n cos α
b.R em
N tr
l tr ≥
N
bR tr − β tr
e
2. Liªn kết mộng hai răng
hr

(4.4)
(4.5)

2.1. Cấu tạo
- Trục của một mắt phải hội tụ tại một điểm.
- Trục thanh nén phải qua đỉnh răng thứ hai và vuông góc với tiết diện
ép mặt.
- Trục thanh kéo phải qua trọng tâm tiết diện bất lợi.
- Chiều sâu rÃnh mông thứ hai phải đảm bảo điều kiện: h ''r h / 3
- Chiều sâu rÃnh mộng thứ nhất phải đảm bảo điều kiện: h 'r 2cm
- Khoảng cách giữa hai mặt trợt phải đảm bảo: 2cm.

50


 1,5h ≤ l 'tr ≤ 10h 'r

- ChiỊu dµi mặt trợt cần đảm bảo điều kiện:
1,5h l ''tr 10h ''r

- Tại mỗi răng mộng đặt một bulông an toàn đờng kính 12mm.
2.2. Thiết kế và kiểm tra liên kết
Liên kết mộng hai răng (Hình 4.9) đợc thiết kế (tính toán) và kiểm tra
theo công thức (4.1) và (4.2) về điều kiện ép mặt và trợt. Về bài toán thiết kế
dựa vào hình vẽ ta có:
Lực trợt toàn bộ tác dụng vào kết cấu: N tr = N n cos α
Fem = F

'
em

+ F

''
em

h 'r
h ''r
h 'r + h ''r
= b
+ b
→ Fem = b
cos α
cos α
cos α

'
N 'em Fem N 'tr
=
=
Vµ thùc nghiƯm cho thÊy:
N em Fem N tr
'
Fem
Lực trợt tác dụng vào răng thứ nhất là: N = N tr
Fem
'
tr

Lực trợt tính với răng thứ hai lấy lực trợt toàn bộ: R tr

Từ công thức (4.1), (4.2) và xét đến hệ số mức độ nguy hiểm của mặt trợt ta có công thức:
l
'
tr

N 'tr

N 'tr
0,8bR tr − β
e
N tr
l ''tr ≥
N
1,15bR tr − tr
e
IV. LIên kết chốt trụ

(4.6)

(4.7)

1. Khái niệm
Chốt trụ có thể làm bằng thép bulông, đinh vít... hoặc bằng gỗ, tre, chất
dẻo. Đinh cũng là một loại chốt trụ, nến đờng kính đinh > 6 thì phải khoan lỗ
trớc khi ®ãng ®inh.

51


a

c

a





d
d

1,5d

l

l

d
Biểu đồ ép mặt

d

Hình 4.10 Bu lông, đinh trong liên kết chốt trụ

Hình 4.10'

2

Liên kết chốt trụ chống trợt giữa các phân tố đợc ghép nối. Khi chịu lực

chốt bị uốn cong, phân tố gỗ bị ép mặt. Tính toán liên kết chốt theo hai điều
kiện: khả năng chống ép mặt của phân tố gỗ, điều kiện chịu uốn của đinh.
Theo hình thức ghép nối có loại liên kết đối xứng (Hình 4.11) và không đối
xứng (4.12).
2. Tính toán
Trên các hình 4.11 và 4.12 thì a (cm) là chiều dày bản biên và bản giữa
của liên kết đối xứng. Nếu liên kết không đối xứng thì a là chiều dày bản
mỏng hơn, c (cm) chiều dày bản dày hơn. §êng kÝnh c¸c cèt ký hiƯu d (cm).
Ta ký hiƯu:
a
Tem là khả năng chịu lực ép mặt của mặt cắt chốt ở bản biên.
c
Tem là khả năng chịu lực ép mặt của mặt cắt chốt ở bản giữa.

Tu là khả năng chịu uốn của một chốt khi tính uốn.
Ba giá trị trên đợc lấy theo phụ lục 10.
a
c
Lấy Tmin là giá trị nhỏ nhất trong ba giá trị Tem , Tem , Tu

52


Bản
ghép

a

c

a

a

c

a

a

a

c

a)

b)

a)

c

b)

Bản nối
Hình 4.11 Chốt đối xứng
(nhiều mặt cắt )
a) Bản ghép bằng gỗ
b) Bản ghép bằng thép

Hình 4.12 Chốt không đối xứng
(một mặt cắt )
a) Các phân tố cùng chiều dày
b) Các phân tố khác chiều dày

Nếu có m mặt cắt tính toán thì số lợng chốt tính theo công thức:
N
m.Tmin
Trong đó: N là lực tác dụng về một phía cđa liªn kÕt.
n ch ≥

(4.8)

Sau khi cã sè chèt, tiÕn hành bố trí theo các kiểu nh hình 4.13 dựa theo
khoảng cách tiêu chuẩn của tim chốt tra phụ lục 11.
Các hình thức bố trí chốt:
Các khoảng cách tiêu chuẩn S1, S2, S3 lÊy ë phơ lơc 10.
Chó ý:
Do bè trí chốt mà tiết diện bị đục lỗ gây giảm yếu, nên cần phải kiểm
tra lại khả năng chịu lực theo điều kiện cờng độ ở chơng 3.

53


b

S3 S2 S2 S 3

S3

S1

a

S1

a

S

b)

S

S

>15d

S1

S1

c)

S3>4d

S3

S 2 S2

S2 S2
S3

S3>4d

a)

c

S2 S2

S2
S3
S1

>15d

S1

S1

d)
H×nh 4.13 Các hình thức bố trí chốt

Thí dụ 4.1
Thiết kế mối nối đối đầu cho hai thanh gỗ hộp có tiết diện 12x18 (cm2),
chịu lực kéo tính toán Nk=110KN. Biết vật liệu dùng gỗ nhóm 5, W=18%,
chốt bằng bulông d=18mm.
Bài giải
1) Sè liƯu tÝnh

DiƯn tÝch tiÕt diƯn ngang b¶n nèi: Fb = c.b b = 12x18 = 216cm 2
Chän b¶n ghÐp: Fbg=8x18 (cm2). Đảm bảo



Fbg = 288cm 2 > Fb

Gỗ nhóm 5, W=18% có: Rk=0,95KN/cm2.
2) Tính toán liên kết
Đây là loại liên kết đối xứng dùng chốt thép, tra phụ lục 10 cã:

54




a
Tem = 80ad = 80.8.1,8 = 1152daN 

c
Tem = 50cd = 50.12.1,8 = 1080 daN  ⇒ Tmin = 710 daN

 180d 2 + 2a 2 = 710 daN

Tu = 
2

 250d = 810 daN

110.10 2

Sè chèt theo (4.8): n ch ≥
= 7,7 chèt. Chän 8 chèt.
2.710
3) Bè trÝ chèt
50
80 180
50

110

10

110

110 110
1110

80
120
80

Hỡnh 4.14

Xác định khoảng cách tiêu chuẩn
Theo phụ lục 11 cã: S 1 ≥ 6 d = 10,8cm; S 2 ≥ 3d = 5,4 cm; S 3 ≥ 4,5cm
Ta bè trÝ theo kiĨu nh h×nh vÏ: S1 = 11; S 2 = 8; S 3 = 5
KiÓm tra tiÕt diƯn bÊt lỵi:
σk=

Nk

Nk
110
=
=
= 0,63 < R k = 0,95 kN / cm 2
Fth Fng − Flo 12.18 − 2.12.1,8

4) KÕt luận Chốt đạt yêu cầu

55


V. LIên kết Dán
1. Khái niệm
Liên kết dán là loại liên kết cứng và không có tiết diện giảm yếu. Khi
tính toán, ta xem cấu kiện có liên kết dán nh cấu kiện có tiết diện nguyên.
Trong quá trình tính toán cần phải kiểm tra trợt giữa các lớp đợc dán.
Trong xây dựng có thể sử dụng hai loại liên kết dán chính:
- Gỗ dán từ gỗ lạng: mỗi lớp dày khoảng 1mm.
- Gỗ dán cỡ dày: mỗi lớp dày 3-4cm.
Các tấm gỗ đợc phủ lớp keo dán lên bề mặt dán, rồi ép cho dính chặt
với nhau với áp suất từ 30-50N/cm2 đối với thanh thẳng và 70-100N/cm2 với
các thanh cong.
Các tấm gỗ để dán cần có độ ẩm từ 18-20% để tránh hiện tợng gỗ hút nớc của keo gây biến dạng hoặc bong mạch dán.



>10

Nối vát

Keo dán

Đối đầu
Keo dán
10-15 0

Rng ca

Keo dán
Khi dán điều quan trong cần có các thiết bị chuyên dùng, có thể dán
nóng hoặc dán nguội. Dán nóng rút ngắn thời gian, cờng độ mạch đảm bảo.
Trong khi, nếu dán gỗ trong điều kiện thủ công rất dễ dẫn tới hiện tợng đói
hoặc no mạch, cả hai hiện tợng này đều làm bong mạch d¸n.

56


Để nối dài cấu kiện có các hình thức dán thông dụng sau (Hình 4.15):
- Nối vát: thờng đặt ở miền chịu kéo.
- Nối đối đầu: thờng đặt ở miền chịu kéo.
- Nối răng ca: thờng dùng cho cấu kiện chịu kéo uốn
2. Keo dán
Hiện nay cùng với sự phát triển của ngành hoá chất, các loại keo chất lợng tốt rất phong phú trên thị trờng. Nhng chủ yếu là keo họ phênôn
phoócmanđêhit. Ngoài ra còn có keo cađêin ximăng.
Các loại keo dán phải đảm bảo yêu cầu:
- Thời gian sống từ 4-6h.
- Độ nhớt của keo phải thích hợp để thuận tiện cho việc quét keo và
dán ép. Để keo khỏi chảy nhiều và tăng độ dính có thể dùng bột gỗ
làm cốt liệu cho keo.

Câu hỏi và bài tập
1) Nêu mục đích của liên kết kết cấu gỗ?
2) Kể tên các loại liên kết, nêu u nhợc của mỗi loại?
3) Trình bày đặc điểm cấu tạo của liên kết mộng một răng?

57