Thuyết trình kỹ sư xây dựng

LÝ DO CHON ĐỀ TÀI
_Ngày nay bên cạnh các kết cấu nhịp lớn từ kim loại, thép; gỗ cũng là loại vật liệu đang được
sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển với những ưu điểm vượt trội ,đảm bảo đáp ứng khoảng
vượt cần thiết… thân thiện, bền vững với môi trường.
+ Sản xuất vật liệu gỗ sử dụng ít nguyên liệu hóa thạch hơn các vật liệu : Thép, nhôm, bê
tông….Giảm thiểu các tác động đến môi trường

Nhiên liệu hóa thạch cần thiết sản xuất 4 loại vật liệu xây dựng thông dụng (Australia)
Nguồn: Ferguson et al 1996 ( />
Web: />+Vật liệu địa phương

1


+ Thi công nhanh
+ Dễ dàng tái sử dụng

I. GIỚI THIỆU VỀ GỖ
Kết cấu gỗ là loại kết cấu dùng cho các công trình xây dựng hay bộ phận của công trình chịu tải
trọng và làm bằng vật liệu gỗ hay chủ yếu bằng vật liệu gỗ. Vật liệu gỗ là vật liệu xây dựng tự
nhiên phổ biến khắp nơi, nên kết cấu gỗ được sử dụng rất rộng rãi. Để có thể sử dụng tốt và hợp
lý kết cấu gỗ, cần biết ưu khuyết điểm của nó và phạm vi áp dụng thích hợp
- Ưu điểm:
+ Gỗ là vật liệu nhẹ và khoẻ: được đánh giá qua hệ số c= ρ /R (tỉ số của trọng lượng riêng
chia cho cường độ tính toán của vật liệu).
+ Dễ chế tạo và gia công: cưa, bào, xẻ, khoan lỗ, đóng đinh.
+ Vật liệu phổ biến, mang tính chất địa phương: không chỉ có ở các khu rừng núi và có
khắp ở các khu đồng bằng.
2

- Với các vật liệu gỗ chưa qua chế biến có các nhược điểm sau:
+ Gỗ là loại vật liệu không bền: dễ bị hư hỏng, mối mọt, dễ cháy. Không bền bằng kết cấu
bêtông và thép và không dùng trong các kết cấu vĩnh cửu.
+ Gỗ có tính chất không đồng nhất và không đẳng hướng: cùng một loại gỗ, tuỳ theo địa
phương tính chất có thể khác nhau. Khả năng chịu lực của gỗ theo các phương khác nhau là khác
nhau.
+ Gỗ có nhiều khuyết tật, làm giảm khả năng chịu lực và khó khăn cho chế tạo như: lệch
tâm, tróc lớp, hai tâm..v.v…

+ Gỗ là vật liệu ngậm nước: lượng nước trong gỗ thay đổi theo môi trường không khí. Khi
gỗ hút hay nhả hơi nước sẽ bị dãn nở hay co ngót không đều theo các phương dẫn tới bị nứt nẻ,
cong vênh.
+ Kích thước gỗ trong tự nhiên hạn chế (gỗ xẻ: 30-Khắc phục các nhược điểm trên của gỗ (gỗ thiên nhiên chưa qua chế biến) bằng cách
dùng các thanh và tấm gỗ dán, do nhiều lớp mỏng dán lại với nhau. Loại này có đủ tính chất sau:
3


nhẹ, khoẻ, chịu lực tốt, đẹp mắt, dễ vận chuyển lắp dựng; chế tạo mang tính công nghiệp cao. Nó
được xử lý bằng hoá chất nên không bị mục, mối, mọt. Gỗ dán có tiết diện vuông vắn, khó cháy
(khả năng chịu lửa hơn hẳn so với kết cấu gỗ thông thường).
1. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỖ
1.1. CẤU TRÚC

Gỗ nước ta hầu hết thuộc loại cây lá rộng, gỗ cây lá kim (như thông, pơ mu, kim giao, sam…)rất
ít. Gỗ cây lá rộng có cấu tạo phức tạp hơn cây lá kim. Cấu tạo của gỗ có thể nhìn thấy bằng mắt
thường hoặc với độ phóng đại không lớn gọi là cấu tạo thô (vĩ mô), cấu tạo chỉ nhìn thấy qua
kính hiển vi gọi là cấu tạo nhỏ (vi mô).
1. Võ cây: có tác dụng bảo vệ gỗ khỏi tác dụng cơ học.
2. Sợi võ cây (libe) lớp tế bào mỏng của vỏ, có chức năng truyền và dự trữ thức ăn để nuôi cây.

4


3. Lớp hình thành gồm 1 lợp tế bào sống mỏng có khả năng sinh trưởng ra phía ngoài để sinh ra
võ và vào phía trong để sinh ra gỗ
4. Lớp bìa gỗ (giác) màu nhạt chứa nhiều nước, dễ mục nát, mềm và có cường độ thấp.
5. Lớp gỗ lõi màu sẫm và cứng hơn, chứa ít nước và khó bị mục mọt.
6. Lõi nằm ở trung tâm, là phần mềm yếu nhất, dễ bị mục nát.
1.2. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA GỖ
+ Cấu trúc gỗ gồm các thớ chỉ xếp theo phương dọc, có tính chất xếp lớp rõ rệt theo vòng tuổi.
Gỗ chịu lực tốt nhất theo phương dọc thớ, kém nhất theo phương ngang thớ => gỗ là vật liệu
không đẳng hướng và không đồng nhất.
+ Cường độ gỗ không đồng nhất. Nên tính chất cơ học phải được thí nghiệm rất nhiều và lấy giá
trị trung bình.
+ Cường độ gỗ phụ thuộc vào tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng.
a. Cường độ chiệu nén:
Gồm có : nén dọc thớ, nén ngang thớ pháp tuyến ( xuyên tâm) nén ngang thớ tiếp tuyến và nén
xuyên thớ

Trong thực tế rất hay gặp trường hợp nén dọc thớ ( cột nhà, cột cầu, giàn dáo…v.v…)

5


Harmonie Hall by Takenaka Corporation
Nén xiên thớ cũng là những trường hợp hay gặp (đầu vì kèo).

archery hall and boxing club in Tokyo by FT Architects
6

b. Cường độ chịu uốn

Cường độ chịu uốn của gỗ vào khoảng trung gian giữa cường độ kéo và nén, từ 7090(MPa).ảnh hưởng của khuyết tật cũng trung bình. Các giai đoạn:
Khi mômen uốn nhỏ, ứng suất pháp phân bố dọc chiều cao tiết diện theo quy luật đường
thẳng, biểu đồ dạng tam giác.
Khi tăng tải, ứng suất nén phân bố theo đường cong và tăng chậm, vùng nén xuất hiện
biến dạng dẻo. Ứng suất kéo tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần như đường thẳng. Trục trung
hoà lùi xuống phía dưới.
Mẫu bắt đầu bị phá hoại khi vùng nén ứng suất đạt cường độ nén, các thớ gỗ bị gãy làm
xuất hiện các đường gấp nếp trên mặt gỗ.
Mẫu gỗ bị phá hoại hẳn khi ứng suất các thớ biên dưới đạt cường độ kéo.
Các kết cấu làm việc chịu uốn thường gặp:dầm xà ,vì kèo
c. Cường độ chịu kéo
Mẫu làm việc chịu kéo được chia ra: Kéo dọc, kéo ngang thớ tiếp tuyến và pháp tuyến

*Mẫu thí nghiệm kéo: a - dọc thớ; b - Ngang thớtiếp tuyến ; c - Ngang thớxuyên tâm
Cường độ chịu kéo dọc thớ lớn hơn nén dọc, vì khi kéo các thớ đều làm việc đến khi đứt, còn
khi nén dọc các thớ bị tách ra và gỗ bị phá hoại chủ yếu do uốn dọc cục bộ từng thớ.
7


Cường độ chịu kéo xuyên tâm rất thấp. Còn khi kéo tiếp tuyến thì chỉ liên kết giữa các thớ làm
việc, nên cường độ của nó cũng nhở hơn so với kéo và nén
d. Gỗ ép mặt
Là sự truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc nhau; ứng suất ép
mặt xuất hiện ở chỗ tiếp xúc. Có 3 dạng ép mặt: dọc thớ, ngang thớ và xiên thớ.
Ép mặt ngang thớ lại được phân thành:
+ Ép mặt toàn bộ - cường độ nhỏ nhất, thực chất là nén ngang thớ;

+ Ép mặt một phần chiều dài - cường độ tăng theo tỷ lệ l/lcm khi l/lcm ≤3;
+ Ép mặt một phần diện tích : cường độ lớn nhất do có sự tham gia các phần gỗ xung
quanh, diện tích tiếp xúc càng nhỏ, cường độ ép mặt càng cao

e.
trượt

Gỗ ép

Tuỳ theo vị trí của lực tác dụng đối với thớ gỗ, ta phân biệt các trường hợp chịu trượt của
gỗ như sau: cắt đứt thớ và trượt dọc thớ, trượt ngang thớ và trượt chéo thớ.
8


Khả năng chống cắt đứt thớ rất lớn; sự phá hoại này hầu như không xảy ra bao giờ vì gỗ
bị phá hoại trước về ép mặt hay uốn.
Hay gặp nhất là trượt dọc thớ và ngang thớ. Cường độ trượt dọc thớ khoảng 7-10 MPa;
trượt ngang thớ khoảng một nửa trượt dọc thớ.

II. ỨNG DỤNG VƯỢT NHỊP CỦA KẾT CẤU GỖ TRONG CÔNG
TRÌNH
SƠ ĐỒ KẾT CẤU GỖ CHỊU LỰC
Kết cấu gỗ chịu lực là loại kết cấu được tạo thành từ những thanh gỗ cơ bản ghép
lại với nhau bằng các loại liên kết.
+Hệ phẳng: Làm việc trong mặt phẳng của nó.
Khi tất cả các cấu kiện của công trình đều nằm trong 1 mặt phẳng và tải trọng cũng
chỉ tác dụng trong mặt phẳng đó. Trong hệ phẳng, dựa theo hình dạng của công
trình người ta còn chia ra thành nhiều dạng kết cấu khác nhau như: hệ dầm, dàn,
vòm, khung.

9


+Hệ không gian: Làm việc theo phương bất kỳ.
Nếu các cấu kiện không cùng nằm trong một mặt phẳng hoặc nằm trong cùng một
mặt phẳng nhưng tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng của công trình thì hệ được gọi
là hệ không gian. Hệ không gian bao gồ m: dàn không gian, khung không gian,
Hệ phẳng được chia ra:
+ Dầm : Dầm ván ghép; Dầm dán keo; Dầm gỗ dán, nhip thồng thường
6 - 12 m, có thể đến 15m.

+ Vòm: 2 khớp, 3 khớp .Vòm có dạng tam giác hoặc vòng cung, nhịp
10


12 - 24m.

+ Dàn: Là kết cấu gỗ nhịp lớn phồ biến và là loại kết cấu rổng có nhiều dạng
khác nhau. Nhip lớn tới 24 m.
-> Dầm , vòm, dàn chỉ chiu tải trọng đứng.

11


+ Khung: Kết cấu gồm có kèo lẫn cột, chịu mọi tải trọng lên công trình, đảm bảo
độ cứng ngang của công trình.

+ Hệ liên hợp: kết hợp nhiều hệ phẳng lại với nhau.
12

A.DẦM
I. Dầm gỗ tiết diện nguyên:
Nhịp tối đa L = 5 ÷ 6 m

Sơ đồ thường gặp: + Dầm đơn giản
+ Dầm lien tục ( Để tăng khả năng chịu lực hoặc giảm độ võng)
+ Dầm có đòn đỡ ( Để tăng khả năng chịu lực hoặc giảm độ võng)

1. Dầm đơn giản:

13


Gyosei International school gym no.2 by takenaka

Tiết diện dầm : chữ nhật, tròn
Ở bên trên gối tựa trung gian ( cột, dầm chính), 2 nhịp dầm được kê sát đầu vào
nhau hay chồng 2 đầu vát chéo lên nhau và dùng chốt để cố định dầm
Khi đặt dầm phụ lên dầm chính để giảm chiều cao kiến trúc của hệ dầm có thể
khắc ở bên dưới đầu dầm
Ứng dụng: Sàn nhà, trần treo, mái nhà.
2. Dầm có đòn đỡ

14


Tiết diện đòn đỡ xấp xỉ tiết diện dầm
Đòn đỡ liên kết vào đầu cột và bắt bulong với dầm, làm tăng khả năng chịu lực của
dầm, giúp liên kết của dầm với cột chắc chắn hơn.

Ứng dụng: Dùng làm dầm cầu hay dầm chịu tải trọng lớn.
3. Dầm liên tục: có 2 loại
+ Dầm nhiều nhịp tĩnh định

Chổ nối có thề làm kiểu cắt vát có một bulong ở giữa. Các nhịp mút thùa và nhịp
treo xen kẻ nhau.
15


Ứng dụng: Chỉ dùng khi nhịp bé hơn 3m ( vì thanh gỗ bình thường bé hơn 4.5m )
và chịu tải trọng phân bố đều.
+ Dầm liên tục ghép đôi
Dầm gồm: hai nữa là 2 thanh ván đặt đứng đóng đinh vào nhau trên suốt chiều dài
dầm.Đầu nối mỗi bên ván bố trí sole nhau ở 2 phía gối tựa và vị trí nối.

Bão tàng cầu gỗ Yusuhara

16


Hệ kết cấu hoạt đọng giống một hệ dầm có 2 nhịp liên tục

II. Dầm tổ hợp:
Dầm tổ hợp là loại dầm ngắn ( dưới 4-5 m ) có tiết diện do nhiều thanh gỗ ghép lại theo phương
ngang bằng các loại liên kết như chốt, chêm, đinh….
Các liên kết dùng trong dầm tổ hợp đều là liên kết mềm
- dầm tổ hợp được dùng thay thế cho dầm nguyên khi tải trọng lớn đòi hỏi tiết diện lớn vượt
quá tiết diện quy cách.
1. Dầm ván ghép
_Do các tấm ván dán chồng lên nhau

_Khoảng vượt tối đa 45m với h= L/18 ~ L/20
_ Dễ dàng uốn cong
_ Là loại dầm gỗ có hiệu quả nhất

17


Richmond Olympic Oval by Cannon design
18


B. DÀN
Trong xây dựng dàn là loại hình kết cấu được dùng phổ biến hơn cả. Dàn có rất
nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào không gian sử dụng, khả năng vượt nhịp
của công trình và hình thức của công trình.
1. Dàn tam giác là loại dàn được sử dụng phổ biến nhất bao gồm các thanh cánh
thượng, cánh hạ, thanh chống đứng, thanh chống xiên…

Các dàn phải được nối với nhau bằng hệ thống giằng vì kèo
Có tác dụng liên kết không gian các mặt dàn vì kèo, bảo đảm ổn định ngoài mặt
phẳng cho các thanh cánh chịu nén. Chịu các lực không nằm trong mặt phẳng của
dàn vì kèo, truyền các lực xuống cột, móng. Bảo đảm dựng lắp thuận tiện, an toàn.
Ở kết cấu dàn vì kèo của mái nhà, thường dùng hai loại giằng: giằng trong mặt
phẳng mái và giằng trong mặt phẳng các thanh đứng của dàn vì kèo.

19


20

2.

Dàn hình thang
Dàn hình thang được dùng cho các loại mái ít dốc L = 12 – 24m.

21


3. Dàn hình cung
Cánh trên của dàn được làm bằng gỗ dán hoặc có thể cấu tạo là 1 chồng các thanh gỗ nhỏ uốn cong và
đóng đinh vào nhau
Dàn hình cung thuộc loại dàn nhịp lớn , có L = 30 – 40m, được sử dụng khá rộng rãi. Ngoài ra còn một số
dàn khác như: dàn tam giác, dàn gỗ dán….

22


C. VÒM
Kết cấu vòm được sử dụng thành công trong một loạt các cấu trúc bao gồm nhà
thờ, trường học, .. vòm còn được phổ biến để sử dụng trong các cấu trúc mở lớn
như nhà thi đấu vì hiệu suất cấu trúc tuyệt vời của nó. Có ngoại hình đẹp nên kết
cấu vòm còn được sử dụng cho cầu đi bộ và cầu xe.

23


Vòm A- Frame sử dụng cho những không gian có khoảng vượt nhỏ ứng dụng
nhiều trong nhà ở.

Vòm tudor: Kết cấu vòm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là vòm 3 khớp
tudor. Nó tạo nên một khung bức tường thẳng đứng và 2 mái dốc rất thích hợp với
kiến trúc hiện đại.
Vòm Tudor có thể được sử dụng cho khoảng vượt 40m.
24


Vòm radial
Vòm radial được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng cầu và công trình thể thao có
thể sử dụng cho khoảng vượt lên đến 90m.

25