Kết Cấu thép 1 Đại Học Xây Dựng

11/03/2013

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

CHƯƠNG 5:

GIÀN THÉP

y

Chiều cao tiết diện dầm h sẽ tăng khi nhịp L vượt khẩu độ
tăng => nhằm đảm bảo điều kiện về độ võng (TTGH 2).

x

Khi vượt nhịp vừa và nhỏ (L < 12 m) => sử dụng giải pháp
kết cấu dầm thép định hình (dầm đặc).

h

y

Khi vượt nhịp khá lớn (L = 12 ÷ 15 m) => sử dụng giải pháp
dầm thép tổ hp hn, BL, inh tỏn (dm c).

Bản bụng dầm
x

Khi vt nhịp lớn (L > 15 m) => sử dụng giải phỏp kt cu
gin thộp (dm rng).

x

x

h

y Cánh dầm

L
So vi dm (dầm đặc) thì độ cứng uốn (trong mặt phẳng) của giàn thép là
rất lớn vì có chiều cao lớn, nhưng NĐ có cấu tạo phức tạp, tốn cơng chế tạo.

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

Các khái niệm về giàn thép:

Chi tiết nút giàn thép: Liên kết giữa các thanh giàn và bản mã thường dùng
là liên kết hàn (là phổ biến nhất), hoặc liên kết bulông, hoặc liên kết đinh tán.

Sơ đồ giàn thép: là một hệ kết cấu gồm các thanh thép được xếp đặt quy tụ
tại một điểm, gọi là nút giàn (hay mắt giàn), và các thanh giàn được liên kết
lại với nhau tại các nút giàn.

10

Các thanh giàn:
Thanh cánh trên,
thanh cánh thượng

10

Thanh bụng xiên

Thanh xiên
đầu giàn
Thanh cánh dưới,
thanh cánh hạ

Thanh đứng

Bản mã

Liên kết tại nút giàn: các thanh giàn có thể liên kết trực tiếp với nhau; hoặc
thông thường chúng liên kết với nhau thông qua các bản thép (hay bản mã).

1


11/03/2013

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

1. Phân loại giàn

1. Phân loại giàn

1.1 Theo công dụng:
Giàn đỡ mái nhà công nghiệp, giàn mái nhà dân dụng (vì kèo).

1.2 Theo cấu tạo của các thanh giàn

Giàn cầu, giàn cầu trục, giàn tháp khoan, …
1.2 Theo cấu tạo của các thanh giàn
Giàn nhẹ: Sử dụng khi nội lực trong các thanh cánh là khá nhỏ N < 200 tấn;
tải trọng tác dụng nhỏ và vượt khẩu độ nhỏ.

Giàn thường:
Sử dụng khi nội lực trong các thanh cánh là khá lớn N < 5000 kN; tải trọng
tác dụng không lớn và vượt khẩu độ khá lớn.
Các thanh giàn được tạo thành từ 2 thép góc, có dạng hình chữ T, chữ thập
a)

y

Các thanh giàn được tạo thành từ một thép góc L hay một thép trịn;

b)

y

d)

y

x

Sử dụng
phổ biến

VD: sử dụng 1 thép góc L 50x6 hay 60x7 …

c)

y
x

d)

y

x

e)

y

x

x

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

1. Phân loại giàn

1. Phân loại giàn

1.2 Theo cấu tạo của các thanh giàn

1.3 Theo sơ đồ kết cấu:

Giàn nặng:

Giàn kiểu dầm đơn giản:

Nội lực trong thanh cánh rất lớn N ≥ 5000 kN; được sử dụng làm giàn cầu,
giàn cầu chạy,...

ƯĐ: cấu tạo đơn giản, dễ dựng lắp; ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ
lún lệch giữa 2 gối tựa.

Các thanh giàn có dạng tổ hợp từ các thép hình hoặc thép bản, có dạng
chữ I, hình hộp, ….

NĐ: có độ cứng uốn nhỏ, chiều cao giàn yêu cầu lớn, tốn vật liệu.

a)
a)

b)

c)

b)

e)

2


11/03/2013

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

1. Phân loại giàn

1. Phân loại giàn

1.3 Theo sơ đồ kết cấu:

1.3 Theo sơ đồ kết cấu:

Giàn kiểu dầm liên tục:

Giàn kiểu khung:
ƯĐ: Sử dụng làm khung chịu lực
chính cho các các cơng trình có khẩu
độ nhịp lớn

ƯĐ: (khắc phục được NĐ của giàn
đơn giản) độ cứng uốn lớn hơn so
với giàn dầm đơn giản, chiều cao
giàn nhỏ hơn, tiết kiệm vật liệu thép

hơn.
NĐ: chế tạo và dựng lắp phức tạp
hơn; chịu ảnh hưởng của nhiệt độ
và độ lún lệch giữa các gối tựa.

h)

Giàn kiểu vòm:
ƯĐ: Sử dụng làm kết cấu chịu lực cho các cơng trình vượt khẩu độ rất lớn,
vượt nhịp 60 m ; như nhà triển lãm, nhà thể thao, …

d)

k)

Giàn kiểu dầm có mút thừa:
ƯĐ: Nội lực phân bố trong các thanh giàn hợp lý hơn so với giàn khơng có
mút thừa, có thể cân bằng biểu đồ mơmen giữa gối và nhịp dầm.

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
1. Phân loại giàn

e)

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
2. Hình dạng giàn

1.3 Theo sơ đồ kết cấu:

Các yêu cầu chính khi lựa chọn giải pháp kết cấu giàn:

Giàn kiểu tháp trụ:

a) Yêu cầu để vượt nhịp: L bé hay lớn.

ƯĐ: Sử dụng cho các cơng trình tháp, trụ
ăngten, cột điện vượt sơng, …

b) u cầu để thốt nước mái: độ dốc mái i lớn hay bé, hay mái dốc hay
mái thoải là phụ thuộc vào loại vật liệu lợp mái.
c) Yêu cầu về liên kết giữa giàn mái và cột: liên kết khớp hay cứng, nhằm
đảm bảo hệ kết cấu mái và tồn hệ cơng trình có đủ độ cứng cần thiết.
d) Yêu cầu về vẻ đẹp hình khối kiến trúc: tạo ra các đường mái thẳng,
cong, hay uốn lượn cầu kỳ.
e) Yêu cầu về kinh tế: dễ chế tạo và dựng lắp, tiết kiệm vật liệu.

3


11/03/2013

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

2. Hình dạng giàn

2. Hình dạng giàn

a) Giàn tam giác (a, b):

a) Giàn tam giác (a, b):
b)
b)

a)

d

0 ,2

h

h

h

h0 = 450

0 ,2 8 8

L

L

0 ,2 8 8

h

d

0 ,2

h0 = 450

a)

L

L

Giàn liên kết
khớp với cột

Đặc điểm cấu tạo: Đầu giàn nhọn (h0 = 0) hay h0 = 450 mm nên coi giàn liên
kết khớp với cột. => độ cứng uốn trong và ngồi mặt phẳng của giàn là nhỏ;
- Góc giữa các thanh giàn khơng đều nhau, có chỗ góc khá nhỏ => khó cấu
tạo tại các nút giàn.
- Chiều dài các thanh bụng chênh nhau nhiều ;

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

c)

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
2. Hình dạng giàn

d
i

1 /8

c) Giàn cánh song song (d):

ho

b) Giàn hình thang (c):

Đặc điểm sử dụng (theo độ dốc): Dùng cho các cơng trình yêu cầu mái có độ
dốc lớn i ≥ 0,2 (mái lợp ngói, lợp tơn, lợp phibrơximăng)

d

h

2. Hình dạng giàn

Đặc điểm chịu lực: Khả năng chịu lực không phù hợp với biểu đồ mômen
uốn do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra;
- Nội lực phân bố trong các thanh giàn chênh nhau nhiều;
- Một số thanh bụng ở khoảng giữa nhịp chịu lực nén nhỏ nhưng lại có chiều
dài lớn nên phải chọn tiết diện theo độ mảnh tới hạn => gây lãng phí vật liệu.

h

L
Giàn liên kết ngàm với cột

Cột

Đặc điểm cấu tạo: Liên kết cứng được với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong
và ngoài mặt phẳng lớn;
- Góc giữa các thanh khơng q nhỏ => dễ cấu tạo tại các nút giàn;
- Chiều dài các thanh giàn tương đối đều nhau, không chênh nhau quá lớn.
Đặc điểm chịu lực: Khả năng chịu lực khá phù hợp với biểu đồ mômen uốn
do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra ;
- Nội lực phân bố trong các thanh giàn khá đều nhau (hợp lý hơn giàn tam
giác);
Đặc điểm sử dụng: Dùng cho các cơng trình yêu cầu độ dốc mái nhỏ (i ≤ 1/8 =
0,125), như lợp panen BTCT ; các cơng trình có vượt nhịp khá lớn.

L

Đặc điểm cấu tạo: Liên kết cứng được với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong
và ngoài mặt phẳng lớn;
- Có nhiều thanh giàn cùng chiều dài, có nhiều mắt giàn giống nhau => dễ
cấu tạo, dễ thống nhất hoá trong chế tạo.
Đặc điểm chịu lực: Khả năng chịu lực tương đối phù hợp với biểu đồ
mômen uốn do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra ;
- Nội lực phân bố trong các thanh hợp lý hơn giàn tam giác, nhưng kém hợp
lý so với giàn hình thang.
Đặc điểm sử dụng: Dùng làm giàn cầu, giàn cầu trục, giàn tháp trụ, …

4


11/03/2013

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

2. Hình dạng giàn

3. Hệ thanh bụng của giàn

d) Giàn đa giác, giàn cánh cung (h, k):

d) Giàn đa giác, giàn cánh cung (h, k):

h)

k)

Các yêu cầu khi bố trí thanh bụng:

d
h

h

d

L

L

Đặc điểm cấu tạo: Liên kết cứng được với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong
và ngoài mặt phẳng lớn;
- Có nhiều thanh giàn cùng chiều dài, có nhiều mắt giàn giống nhau => dễ

cấu tạo, dễ thống nhất hoá trong chế tạo.

Yêu cầu về cấu tạo các nút giàn: là đơn giản, có nhiều nút giống nhau
=> dễ thống nhất trong chế tạo.
Yêu cầu tổng chiều dài thanh bụng: là nhỏ .
Yêu cầu góc giữa thanh bụng và thanh cánh: là không quá nhỏ.
Yêu cầu thanh cánh trên: khơng bị uốn cục bộ do tải đặt ngồi nút giàn.

Đặc điểm chịu lực: Khả năng chịu lực tương đối phù hợp với biểu đồ
mômen uốn do tải trọng đứng tác dụng lên giàn gây ra ;
- Nội lực phân bố trong các thanh hợp lý hơn giàn tam giác, nhưng kém hợp
lý so với giàn hình thang.
Đặc điểm sử dụng: Dùng làm giàn cầu, giàn cầu trục, giàn tháp trụ, …

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

3. Hệ thanh bụng của giàn

3. Hệ thanh bụng của giàn

a) Hệ thanh bụng tam giác: (a) , (b)

b) Hệ thanh bụng xiên: (c) ; (d)

d

a)

b)

d)

d

d

α

Nhận biết: gồm 1 thanh hướng lên thì thanh tiếp theo hướng xuống (a).
đặc điểm cấu tạo: Nên sử dụng các thanh đứng để tránh uốn cục bộ cho
thanh cánh trên và đồng thời giảm chiều dài cho thanh cánh trên chịu nén
(b).

Nhận biết: gồm có các thanh đứng và các thanh xiên ở một nửa giàn cùng
xiên về 1 phía.
Đặc điểm cấu tạo: Có thể bố trí để thanh đứng chịu nén cịn thanh xiên có
chiều dài lớn hơn chịu kéo như ở giàn cánh song song (c).
Hệ thanh bụng xiên có thể sử dụng cho giàn tam giác (d):
Về mặt chịu lực thì khơng tốt vì các thanh xiên có chiều dài lớn lại chịu nén.

Góc hợp lý giữa thanh bụng và thanh cánh dưới chọn khoảng 45o ÷ 55o.

Nhưng về mặt cấu tạo nút thì thuận lợi vì góc giữa các thanh không quá nhỏ,
do vậy vẫn được dùng.

ƯĐ: số lượng nút là ít, tổng chiều dài các thanh bụng là nhỏ.

Góc hợp lý giữa thanh bụng xiên và thanh cánh dưới là 35o – 45o.

NĐ: một số thanh bụng chịu nén nhưng lại có chiều dài lớn.

ƯĐ: Các thanh cùng loại thì cùng chị nén hay kéo.
NĐ: Tổng chiều dài thanh bụng lớn, có nhiều loại nút khác nhau, tốn công chế
tạo.

5


11/03/2013

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

3. Hệ thanh bụng của giàn

3. Hệ thanh bụng của giàn

c) Hệ thanh bụng phân nhỏ:

d) Hệ thanh bụng khác:

Tải trọng tập trung tác dụng tại nút giàn

g)

h)

d)

L
ƯĐ: sử dụng hệ thanh bụng phân nhỏ để tránh uốn cục bộ cho thanh cánh
trên của giàn, giảm chiều dài tính tốn trong mặt phẳng giàn của thanh cánh
trên và các thanh bụng xiên. Sử dụng khi mái lợp bằng tấm panen BTCT.

Hệ thanh bụng chữ thập (g) => có độ cứng rất lớn;
- Sử dụng rất hiệu quả trong trường hợp giàn chịu lực tác dụng đổi chiều, như
giàn cầu, hệ giằng mái, …
Hệ thanh bụng hình thoi (h) => thuận tiện cho việc nối thanh cánh: kết cấu
tháp trụ, ...

NĐ: thanh bụng xiên làm phức tạp về mặt cấu tạo, nhưng có thể làm giảm
trọng lượng tồn giàn.

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

4. Kích thước chính của giàn (thường)

3. Hệ thanh bụng của giàn

a) Nhịp giàn L :

d) Hệ thanh bụng khác:

Khi giàn kê lên đầu cột (liên kết khớp với cột): thường lấy L = khoảng cách
tâm của 2 gối tựa.

i)

k)
Khi giàn liên kết với cạnh bên của cột (liên kết cứng): lấy L = khoảng cách
mép trong của 2 đầu cột.
Đối với giàn thông thường (các thanh giàn là 2 thép góc) => nhịp hợp lý của
giàn L = 18 ~ 36 m.

Hệ thanh bụng hình chữ K (k) => làm tăng độ cứng của giàn, giảm chiều dài
tính tốn trong mặt phẳng cho các thanh bụng đứng;

Nhịp giàn được lấy theo môđun 3 m: L = 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36 m;

- Sử dụng cho giàn chịu lực cắt lớn, như dầm cầu, tháp trụ …
Hệ thanh bụng của giàn tam giác (i) có góc dốc = 35o ~ 45o , nhịp lớn L = 20
~ 24 m => tiết kiệm vật liệu hơn các dạng khác.

6


11/03/2013

4. Kích thước chính của giàn (thường)

4. Kích thước chính của giàn (thường)

b) Chiều cao giữa giàn h, chiều cao đầu giàn h0:

b) Chiều cao giữa giàn h, chiều cao đầu giàn h0:

Giàn hình thang, Giàn cánh song song:

Giàn hình tam giác:

Chiều cao hợp lý theo điều kiện kinh tế:

1 1
h =  ÷ L
5 6

chiều cao h phụ thuộc vào loại vật liệu lợp.
Khi góc dốc cánh trên của giàn

α=

1 1
÷ L
3 4

22 ~ 40o thì thường lấy h = 

Tuy nhiên do khó thoả mãn về điều kiện vận chuyển => nên thường lấy chiều
cao giữa giàn nhỏ hơn :

1 1
h =  ÷ L
7 9

Có thể lấy chiều cao đầu giàn h0 = 450 mm để dễ liên kết.

Chiều cao đầu giàn thường lấy h0 = 2,2 m.

b)

d

d
h0 = 450

0 ,2

h

b)

α

L

4. Kích thước chính của giàn (thường)

0 ,2 8 8

h

a)

d

a)

L

5. Hệ giằng không gian

c) Khoảng cách tâm các nút giàn d:
Ở thanh cánh trên của giàn: thường lấy d = 3 m hoặc 1,5 khi sử dụng hệ giàn
phân nhỏ, bằng khoảng cách giữa các xà gồ.
Thanh cánh dưới của giàn: thường lấy d = 3; 4,5 và 6 m. Thanh cánh dưới
thường chịu kéo nên lấy d lớn hơn.

d
1 /8

a) Hệ giằng cánh trên:
h

i

ho

c)

Nguyên tắc cấu tạo:

L

d) Bước giàn :

b) Hệ giằng cánh dưới:
c) Hệ giằng đứng:

Khoảng cách giữa các giàn (bước giàn) phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ,
kiến trúc.
Thường lấy B = 6 m.

7


11/03/2013

5. Hệ giằng không gian

5. Hệ giằng không gian

Nguyên tắc cấu tạo:

Nguyên tắc cấu tạo:

Kết cấu giàn phẳng được tính toán, thiết kế chịu các tải trọng tác dụng trong
mặt phẳng giàn. Kết cấu giàn phẳng dễ mất ổn định theo phương ngồi mặt
phẳng của giàn.

Khi tải trọng gió tác dụng vng góc với mặt phẳng giàn => Tải trọng gió
truyền vào các nút giàn của cả thanh cánh trên và cánh dưới của giàn đầu
hồi.

Khi chịu tải trọng TT và HT tác dụng theo phương đứng => các thanh cánh
trên, và một số thanh bụng chịu nén => Cần bố trí các thanh chống dọc nhà
ở tất cả các nút giàn thuộc thanh cánh trên (vì chịu nén) để ngăn cản (hay
cố kết) các nút giàn không cho chuyển dịch ra ngoài mặt phẳng giàn;

- Cần liên kết 2 giàn phẳng thuộc của các khoang đầu hồi với nhau => sử
dụng các thanh chéo chữ thập => nhằm tạo ra một khối kết cấu không gian
ổn định ở 2 phía đầu hồi nhà để chịu tải trọng gió ngang.

- Đối với kết cấu mái panen BTCT thì các tấm panen cũng có tác dụng như
các thanh chống cho các nút giàn thuộc thanh cánh trên của giàn khi cơng
trình ở trong giai đoạn sử dụng.
- Cần bố trí các thanh chống dọc nhà trong tất cả các khoang ở vị trí nút đỉnh
giàn, nút đầu giàn, nút dưới chân cửa trời => ổn định giàn khi thi công lắp
dựng.

- Bằng cách bố trí các thanh chữ thập và thanh chống dọc liên kết giữa các
nút giàn ở 2 gian đầu hồi (2 khoang đầu hồi).
Gọi là hệ giằng không gian nhằm liên kết các giàn phẳng lại với nhau => để
tạo các khối kết cấu không gian ổn định.

5. Hệ giằng không gian

5. Hệ giằng không gian

Nguyên tắc cấu tạo:

a) Hệ giằng cánh trên:

Hệ giằng khơng gian gồm có 3 loại:
- Hệ giằng cánh trên nằm trong MP thanh cánh trên;

b'
a'

- Hệ giằng cánh dưới nằm trong MP thanh cánh dưới;
- Hệ giằng đứng nằm trong MP các thanh đứng.

a
e

b

e'
g

g'

c'
c

a'

d

Gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc nhà được bố trí trong
mặt phẳng cánh trên của giàn.
Các thanh chéo chữ thập (có cả thanh chống dọc) thường được bố trí ở 2
gian đầu hồi, ở 2 gian đầu của các khối nhiệt độ, và ở gian giữa của khối
nhiệt độ để đảm bảo khoảng cách giữa chúng không quá 60 m. => tạo thành
các miếng cứng trong mặt phẳng thanh cánh trên.

8

11/03/2013

5. Hệ giằng không gian

5. Hệ giằng không gian

a) Hệ giằng cánh trên:

b) Hệ giằng cánh dưới:

b'
a'
a

b

e'

e

g'

c

a'

d

g

b'

c'

a'
a

b

e'

e

g'

c'
c

a'

d

g

Các thanh chống dọc nhà được bố trí trong tất cả các khoang ở vị trí nút đỉnh
giàn, nút đầu giàn, nút dưới chân cửa trời.

Gồm các thanh chéo chữ thập và các thanh chống dọc nhà được bố trí trong
mặt phẳng cánh dưới của giàn.

Các giàn khác khác được liên kết với khối cứng bởi các xà gồ (khi sử dụng
mái nhẹ) hay các tấm panen sườn BTCT.

Các thanh chéo chữ thập (gồm cả thanh dọc) thường được bố trí ở các vị trí,
các khoang có hệ giằng cánh trên => tạo thành các khối cứng khơng gian bất
biến hình.

5. Hệ giằng khơng gian

5. Hệ giằng không gian

b) Hệ giằng cánh dưới:

c) Hệ giằng đứng:

b'
a'
a
e

b

e'
g

g'

b'

c'

c

a'

d

a'
a
e

b

e'
g

g'

c'
c

a'

d

Hệ giằng tại khoang đầu hồi cịn có tác dụng làm gối tựa cho cột đầu hồi (cột
chống gió) => gọi là giàn gió.

Gồm các thanh chéo chữ thập bố trí ở vị trí 2 đầu giàn, giữa giàn hoặc chân
cửa trời trong mặt phẳng các thanh đứng của giàn.

Trong nhà xưởng có cầu trục chế độ làm việc nặng thì cần bố trí thêm hệ
giằng cánh dưới theo phương dọc nhà ở 2 khoang biên của thanh cánh dưới
giàn. Nếu nhà nhiều nhịp thì có thể bố trí thêm ở cả các khoang giữa.

Thường các thanh chéo chữ thập bố trí ở các khoang có giằng cánh trên và
giằng cánh dưới (ở 2 gian đầu hồi, ở 2 gian đầu của các khối nhiệt độ, và ở
gian giữa của khối nhiệt độ để đảm bảo khoảng cách giữa chúng không quá
60 m).

9


11/03/2013

5. Hệ giằng khơng gian

§5.2 TÍNH TỐN

c) Hệ giằng đứng:

GIÀN THÉP
1. Sơ đồ tính giàn

b'
a'
a
e

b

e'
g

g'

c'
c

a'

d

Các gian khác thì bố trí các thanh chống dọc trong mặt phẳng cánh trên và
cánh dưới nhằm tăng cường ổn định ngoài mặt phẳng của giàn và giữ cố
định khi lắp dựng.
Khoảng cách giữa các hệ giằng đứng theo phương ngang nhà: 12 ~ 15 m.

2. Tải trọng tác dụng lên giàn
3. Nội lực trong giàn
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn
a) Đối với các thanh chịu N kéo:
b) Đối với các thanh chịu N nén:
5. Tiết diện hợp lý của các thanh giàn
6. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP

1. Sơ đồ tính giàn

1. Sơ đồ tính giàn

Gồm các thanh giàn được xếp đặt có các trục thanh đồng qui tại một điểm
(gọi là nút giàn, hay mắt giàn).
Cấu tạo để các tải trọng đặt tập trung tại nút giàn: Tấm panen BTCT rộng
1,5m thì chân panen đặt tại nút giàn; Mái lợp tơn thì có các xà gồ gác qua
các nút giàn để đỡ tấm tôn.
Tránh tải trọng tác dụng làm cong cục bộ cho các thanh giàn. Sử dụng hệ
thanh bụng phân nhỏ để tải trọng đặt vào nút giàn.
Tính tốn giàn thường với các thanh gồm 2 thép góc L.

Nội lực trong các thanh giàn gồm chủ yếu N kéo hoặc nén (M và Q rất nhỏ
có thể coi bằng 0). => Xem nút giàn là lien kết khớp và sử dụng các phương
pháp trong CHKC để tính.
Đối với giàn nặng có thanh giàn tiết diện hình hộp, chữ I, … thì có M khá lớn.
Chú ý: Khung gồm 1 nhịp và 1 tầng chịu tác dụng của lực ngang F đặt tập
trung tại nút khung => trong khung có M và Q là chủ yếu.
Tuy nhiên nếu thêm 1 thanh xiên => Nội lực trong khung chủ yếu gồm lực
dọc trục N kéo hoặc nén.

10


11/03/2013

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
2. Tải trọng tác dụng lên giàn

Tĩnh tải + hoạt tải

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
3. Nội lực trong giàn
Cần tính riêng rẽ cho từng trường hợp tải trọng:
Tĩnh tải: tác dụng trên cả giàn.

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) : trọng lượng bản thân của kết cấu, các vật
liệu lợp …

Hoạt tải sửa chữa mái: xét 3 trường hợp: Tác dụng lên toàn giàn; Tác dụng
nửa trái giàn (gây bất lợi cho thanh bụng chịu cắt); và Tác dụng nửa phải
giàn.
Tải trọng gió: Tác dụng từ trái, Tác dụng từ phải. => Gió gây bất lợi cho nhà
mái nhẹ.

Tải trọng tạm thời : hoạt tải sửa chữa mái (người, thiết bị), tải trọng gió, cần
trục treo,

Tải trọng cần trục treo (nếu có): Tác dụng ở vai cột; tác dụng vào nút giàn
ở thanh cánh dưới. => Tính giá trị tải trọng lớn nhất của cần trục treo tác
dụng lên nút giàn.

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

a) Đối với các thanh chịu N kéo:

b) Đối với các thanh chịu N nén:

y

x
z

Thanh giàn chịu nén dễ bị cong trong mặt phẳng giàn hoặc bị cong vênh ra
ngoài mặt phẳng giàn;
- Bị phá hoạ về bền, vật liệu đạt tới cường độ chảy của thép.
- Cần xác định độ mảnh λ để kiểm tra về độ mảnh lớn nhất, đảm bảo thanh
không bị cong vênh khi vận chuyển và dựng lắp.

Thanh bị phá hoại do mất ổn định tổng thể. => tính toán như thanh chịu nén
đúng tâm

N

ϕ min A

≤ f ⋅γc

Cần xác định độ mảnh lớn nhất của các thanh:

?
λmax = Max(λx ; λ y )

11

11/03/2013

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

b) Đối với các thanh chịu N nén:

b) Đối với các thanh chịu N nén:

Tiết diện thanh giàn:
a)

y

z

x

x

y

x

y

z

Cần xác định độ mảnh lớn nhất của các thanh giàn:
trong đó:

λ x = l x ix

λ y = l y iy

λmax = Max(λx ; λ y )

lx = µ x ⋅ l

ix = I x A

ly = µ y ⋅ l

iy = I y A

µx µ y

: là hệ số chiều dài tính tốn của thanh đối với trục x-x và y-y.

phụ thuộc vào đặc điểm liên kết ở 2 đầu thanh, là liên kết khớp, liên kết ngàm
hay ngàm đàn hồi.
Cần xác định liên kết ở 2 đầu các thanh giàn.

Cần xác định chiều dài tính tốn của các thanh giàn lx và ly, hoặc hệ số chiều
dài tính toán.

2 đầu thanh giàn được liên kết với bản mã ở các nút giàn. Độ cứng của bản

mã khi bị uốn cong trong mặt phẳng giàn và ngoài mặt phẳng giàn là khác
nhau, trong mặt phẳng giàn là lớn hơn.

Chú ý trục của tiết diện thanh giàn (trục y-y nằm trong mặt phẳng giàn; trục
x-x vng góc với mặt phẳng giàn).

Hệ số chiều dài tính tốn khi thanh bị uốn cong trong mặt phẳng giàn và khi
thanh bị uốn cong ra ngồi mặt phẳng giàn có thể khác nhau.

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

a)

y
x

b) Đối với các thanh chịu N nén:

y
x

b) Đối với các thanh chịu N nén:
l

Chiều dài tính tốn khi
thanh giàn bị uốn cong

trong mặt phẳng giàn lx:
y

x

a)

z
Nút giàn gồm các thanh giàn liên kết với bản mã và qui tụ về nút.

l

Chiều dài tính tốn khi
thanh giàn bị uốn cong
trong mặt phẳng giàn lx:
y

x
z

Mức độ xoay ít hay nhiều của nút giàn phụ thuộc vào: Dấu nội lực của các
thanh giàn liên kết vào nút.

Bản mã dầy 12 đến 16 mm, và cao hàng chục cm nên nó có độ cứng nhất
định khi uốn trong mặt phẳng giàn, không phải là khớp lý tưởng.

- Các thanh giàn liên kết vào nút mà chịu N kéo thì có khả năng giữ
cho nút khơng xoay. (vì có tác dụng kéo thanh thẳng ra)

Khi một thanh giàn chịu nén bị cong đi (hay bị mất ổn định) => Bản mã (hay

nút giàn) bị xoay theo => Kéo theo các đầu thanh khác liên kết với bản mã
(nút giàn) cũng xoay theo => Dẫn đến các thanh giàn liên kết vào nút đều bị
cong theo.

- Các thanh giàn liên kết vào nút mà chịu N nén thì khơng có khả năng
giữ cho nút khơng xoay; Ngược lại còn làm cho thanh dễ bị cong thêm.

12


11/03/2013

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

b) Đối với các thanh chịu N nén:

b) Đối với các thanh chịu N nén:

Chiều dài tính tốn khi thanh giàn bị uốn cong trong mặt phẳng giàn lx:

Chiều dài tính tốn khi thanh giàn bị uốn cong trong mặt phẳng giàn lx:

Xác định dấu nội lực trong các thanh giàn:

Ví dụ:

l

l

b _

_

Qui ước: nếu nút giàn có nhiều
thanh giàn chịu nén (-) hơn thanh
chịu kéo thì nút đó được xem là liên
kết khớp;

a

c

Đối với giàn khơng có hệ bụng phân nhỏ:

_ d _
+ _

_
+

e

_

- Thanh xiên đầu giàn: lx = l.

_

- Thanh xiên thứ 2:

a

lx = 0,8 l

− Thanh xiên thứ 2:

b) Đối với các thanh chịu N nén:
Chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng giàn ly:

Bản mã khi bị uốn ra ngồi mặt phẳng => có độ cứng ngồi mặt phẳng rất bé,
có thể bỏ qua.

Đối với thanh giàn có hệ bụng phân nhỏ:

lx =

l

l

ly = l .

+

e

_
+

lx = 0,5l

Chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng giàn ly:

Thanh xiên thứ 2:

+ _

_

− thanh xiên đầu giàn : lx = 0,5l

b) Đối với các thanh chịu N nén:

ly = l .

_ d _

Đối với giàn có hệ bụng phân nhỏ:

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

Thanh xiên đầu giàn:

c

l

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

Đối với thanh giàn khơng có hệ bụng
phân nhỏ:

b _

+

l

Ngược lại nếu nút giàn có nhiều
thanh giàn chịu kéo (+) hơn được
xem là ngàm đàn hồi.

lx =

l
lx =

Nút giàn càng có nhiều thanh chịu
kéo (+) liên kết vào thì khả năng
chống xoay của nút đó càng lớn.

l

_
c _ d
b _
_
+ _ _
_
+
+
a
e

l

- Đối với thanh giàn có hệ giàn phân nhỏ thì lực
nén trong thanh là khác nhau: ở đoạn trên là N2
và ở đoạn dưới là N1 >N2. Nếu thiên về an
tòan ta có thể sử dụng giá trị lực nén lớn hơn
cho cả 2 đoạn.

N2
N1
y

x
z

- Các thanh xiên (thanh xiên đầu giàn): Có nội lực nén N1 và N2 với N1 > N2.


N

l y =  0,75 + 0,25 2
N1



 l ≤ l


13


11/03/2013

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

a)

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
4. Chiều dài tính tốn các thanh giàn

y

b) Đối với các thanh chịu N nén:

x

c) Độ mảnh giới hạn của các thanh giàn:

Chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng giàn ly:

Đối với thanh giàn có hệ bụng phân nhỏ:

Thanh chịu nén :

λ ≤ [λ ]

Thanh chịu kéo:

λ ≤ [λ ] kéo

nén

y

x
z

- Thanh cánh trên và thanh cánh dưới: lấy bằng khoảng cách giữa 2 điểm cố
kết ngăn cản thanh cánh chuyển vị ra khỏi mặt phẳng giàn :
. Thanh cánh trên:
ly = khoảng cách giữa các xà gồ, thanh chống
dọc nhà, khoảng cách chân panen, …
. Thanh cánh dưới :

ly = khoảng cách các giằng cánh dưới, …

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP

5. Tiết diện hợp lý của các
thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
5. Tiết diện hợp lý của các thanh giàn
Tiết diện của các thanh giàn thường bao gồm 2 thép góc ghép lại, thép góc
đều cạnh hay khơng đều cạnh.
Thanh giàn chịu nén đúng tâm. Mất ổn định theo phương có độ mảnh lớn
nhất λmax
Tiêu chí làm việc hợp lý của các thanh giàn là (điều kiện đồng ổn định):

λx = λ y

lx l y
=
ix i y

14


11/03/2013

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
5. Tiết diện hợp lý của các thanh giàn

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
6. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh giàn
a. Nguyên tắc chọn tiết diện:

Các dạng tiết diện của thanh giàn:
a)
a)

b)
b)

y

c)c)

y

d)
d)

y

x

- Tiết diện nhỏ nhất là L50 × 5.

y

x

x

- Khơng nên chọn q 6~8 loại thép trong 1 giàn L ≤ 36 m.
- Khi L ≤ 24 m : không cần thay đổi tiết diện thanh cánh.

Có tỷ lệ bán kính qn tính của tiết diện:

ix ≈ i y

i x ≈ 0,5i y

i x ≈ 0,75i y

ix ≈ i y

- Khi L > 24 m : cần thay đổi tiết diện để tiết kiệm vật liệu. Dùng không quá 2
loại tiết diện khi 24 36 m.
- Bề dầy bản mã được chọn theo nội lực lớn nhất của thanh xiên đầu giàn,
không nhỏ hơn 6 mm, tra Bảng 5.1.

Sử dụng thích hợp khi cột có chiều cao tính tốn:

lx ≈ ly

l x ≈ 0,5l y

l x ≈ 0,8l y

lx ≈ l y

§5.2 TÍNH TỐN GIÀN THÉP
6. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh giàn

§5.2 TÍNH TOÁN GIÀN THÉP
6. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh giàn

b) Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu nén:

c) Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo:

Như cấu kiện chịu nén đúng tâm.

Diện tích tiết diện yêu cầu:

Diện tích tiết diện yêu cầu: Ayc ≥

ϕ min

ϕ min chưa biết, sơ bộ giả thiết λ gt

λ gt

N
⋅ f ⋅γ c
= 60 ÷ 80 đối với thanh cánh ;
= 100 ÷ 120 đối với thanh bụng.

Từ Ayc , tra bảng thép hình để chọn số hiệu tiết diện và các đặc trưng hình
học của tiết diện: ix, iy, Ag
N
Kiểm tra tiết diện đã chọn: ϕ ⋅ A ≤ f ⋅ γ c
min

ϕ min

được xác định theo

λmax = max(λx ; λ y )

Ayc ≥

N
f ⋅γ c

Từ Ayc , tra bảng thép hình để chọn số hiệu, và các đặc trưng hình học: ix,
iy, Ag
Kiểm tra tiết diện đã chọn:

σ=

N
≤ f ⋅γc
An

và

λ ≤ [λ ]

d) Chọn tiết diện thanh theo độ mảnh giới hạn:

i x , yc =

lx
[λ ]

i y , yc =

ly
[λ ]

(Cơng thức 4.8 – 4.11)
Tra bảng thép hình để chọn số hiệu.

Nếu điều kiện kiểm tra không thoả mãn, cần chọn lại tiết diện thanh giàn.

15


11/03/2013

§5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN NÚT GIÀN
1. Ngun tắc chung

§5.3 CẤU TẠO VÀ

Các thanh giàn được chọn theo tiết diện hợp lý.

TÍNH TỐN NÚT GIÀN

Khi thanh cánh khơng có thay đổi tiết diện L ≤ 24 m: Điểm hội tụ của các
thanh giàn nằm trên trục của thanh cánh.
Khi thanh cánh có thay đổi tiết diện (khi nối thanh cánh) 24 < L ≤ 36 m:
Điểm hội tụ của các thanh giàn nằm trên trục trung bình, hoặc trên trục của
thanh lớn nếu khoảng cách giữa 2 trục thanh khơng lớn hơn 1,5% chiều cao
của cánh thép góc.
Bản mã nên chọn có hình dáng đơn giản và đảm bảo truyền lực tốt: Hình
chữ nhật, hình thang, tam giác, đa giác lồi.

Góc giữa mép bản mã và trục thanh
giữa thanh và bản mã.

α ≥ 15o, nhằm đảm bảo truyền lực

§5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN NÚT GIÀN

§5.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN NÚT GIÀN

1. Ngun tắc chung

2. Nút trung gian

Bề dầy của bản mã được chọn theo nội lực lớn nhất trong các thanh bụng
(thanh xiên đàu giàn), tra Bảng 5.1.

a)

b)

Khe hở giữa các đầu thanh bụng và thanh cánh:

c ≥ 6tbm − 20
c ≥ 50 mm
c ≤ 80

mm

mm

Khe hở giữa 2 thanh cánh khi nối lấy bằng 50 mm.
Đường hàn giữa thanh giàn và bản mã có chiều cao yêu cầu h f ≥

4 mm

chiều dài l ≥ 50 mm (cho cả đường hàn khơng liên tục).
Có thể hàn cả ở đầu thép góc.

16