Giáo trình kết cấu thép ĐHXD 5 1a daicuongve gianthep

CHƯƠNG 5:

GIÀN THÉP


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
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).

h

Khi vượt nhịp vừa và nhỏ (L < 12 m) => sử dụng giải pháp
kết cấu dầm thép định hình (dầm đặc).
Khi vượt nhịp khá lớn (L = 12 ÷ 15 m) => sử dụng giải pháp
dầm thép tổ hợp hàn, BL, đinh tán (dầm đặc).

Khi vượt nhịp lớn (L > 15 m) => sử dụng giải pháp kết cấu
giàn thép (dầm rỗng).

L
So với dầm (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 công chế

h


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
Các khái niệm về giàn thép:
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.

Các thanh giàn:
Thanh cánh trên,
thanh cánh thượng

Thanh bụng xiên

Thanh xiên
đầu giàn
Thanh cánh dưới,
thanh cánh hạ

Thanh đứng

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


§5.1 ĐẠI CƯƠNG 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.

Bản mã


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
1. Phân loại giàn
1.1 Theo công dụng:
Giàn đỡ mái nhà công nghiệp, giàn mái nhà dân dụng (vì kèo).
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.
Các thanh giàn được tạo thành từ một thép góc L hay một thép trịn;
VD: sử dụng 1 thép góc L 50x6 hay 60x7 …


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
1. Phân loại giàn
1.2 Theo cấu tạo của các thanh giàn
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)

b)

y

y
x

x

Sử dụng
phổ biến
c)

d)

y

y

x

d)

y

x

e)
x

y
x


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
1. Phân loại giàn
1.2 Theo cấu tạo của các thanh giàn
Giàn nặng:
Nội lực trong thanh cánh rất lớn N ≥ 5000 kN; được sử dụng làm giàn cầu,
giàn cầu chạy,...
Các thanh giàn có dạng tổ hợp từ các thép hình hoặc thép bản, có dạng
chữ I, hình hộp, ….

a)

b)

c)


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
1. Phân loại giàn
1.3 Theo sơ đồ kết cấu:
Giàn kiểu dầm đơn giản:
ƯĐ: cấu tạo đơn giản, dễ dựng lắp; ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và độ
lún lệch giữa 2 gối tựa.
NĐ: có độ cứng uốn nhỏ, chiều cao giàn yêu cầu lớn, tốn vật liệu.

a)

c)

d)

b)

e)


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

a)

1. Phân loại giàn
1.3 Theo sơ đồ kết cấu:

Giàn kiểu dầm liên tục:
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.

Giàn kiểu dầm có mút thừa:

c)
a)

d)
c)

h)
d)

h)

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 mômen giữa gối và nhịp dầm.


e)

c)

§5.1 ĐẠI CƯƠNG
VỀ GIÀN THÉP

1. Phân loại giàn
1.3 Theo sơ đồ kết cấu:
d)
Giàn kiểu khung:

h)

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

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


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

c) giàn
1. Phân loại

1.3 Theo sơ đồ kết cấu:
Giàn kiểu tháp trụ:

d) cho các công trình tháp, trụ
ƯĐ: Sử dụng
ăngten, cột điện vượt sơng, …
h)

e)


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
2. Hình dạng giàn
Các yêu cầu chính khi lựa chọn giải pháp kết cấu giàn:
a) Yêu cầu để vượt nhịp: L bé hay lớn.
b) Yêu cầu để thoát 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 toàn hệ cơng trình có đủ độ cứng cần thiết.
d) u 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.


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
2. Hình dạng giàn
a) Giàn tam giác (a, b):
a)

d

b)

L

L

c)

Giàn liên kết
khớp với cộtd

d)

d

L
Đặc điểm cấu tạo: Đầu
giàn nhọn (h0 = 0) hay h0 = 450 mm
L nên coi giàn liên
kết khớp với cột. => độ cứng uốn trong và ngoài mặt phẳng của giàn là nhỏ;

- Góc egiữa
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
2. Hình dạng giàn
a) Giàn tam giác (a, b):
a)

d

L

b)

L

d
d) phù hợp với biểudđồ mômen
Đặc điểm
chịu lực không
c) chịu lực: Khả năng
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 bụngL ở khoảng giữa nhịp chịu lực nén nhỏ Lnhưng lại có chiều
dài lớn nên phải chọn tiết diện theo độ mảnh tới hạn => gây lãng phí vật liệu.

Đặc điểm
e) 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)


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
2. Hình dạng giàn
b) Giàn hình thang (c):

d

c)

d

L
Giàn liên kết ngàm với cột

Cột

e) với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong
Đặc điểm cấu tạo: Liên kết cứng được
và ngồi mặt phẳng lớn;
- Góc giữa các thanh không quá 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);

L

Đặc điểm sử dụng: Dùng cho các cơng trình u cầu độ dốc mái nhỏ (i ≤ 1/8
= 0,125), như lợp panen BTCT ; các cơng trình có vượt nhịp khá lớn.


L §5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

L

2. Hình dạng giàn

c) Giàn cánh song song (d):

d

d)

L

d

L

Đặc điểm cấu tạo: Liên kết cứng được với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong
và ngồi 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, …

L


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

L

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

d

L

k)

d

L

Đặc điểm cấu tạo: Liên kết cứng được với cột (h0 lớn) => độ cứng uốn trong
và ngồi 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, …


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
3. Hệ thanh bụng của giàn
d) Giàn đa giác, giàn cánh cung (h, k):
Các yêu cầu khi bố trí thanh bụng:
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: không bị uốn cục bộ do tải đặt ngoài nút giàn.


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
3. Hệ thanh bụng của giàn
a) Hệ thanh bụng tam giác: (a) , (b)

d

a)

d

b)

α

d)

d

d
Nhận c)
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).

e)

Góc hợp lý giữa thanh bụng và thanh cánh dưới chọn khoảng 45o ÷ 55o.
d)
ƯĐ: số lượng nút là ít, tổng chiều dài các thanh bụng là nhỏ.
NĐ: một số thanh bụng chịu nén nhưng lại có chiều dài lớn.


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

c)

d

α

3. Hệ thanh bụng của giàn
b) Hệ thanh bụng xiên: (c) ; (d)d

c)

d)

d

d)

Nhận biết: gồm có các thanh đứng và các thanh
e) xiên ở một nửa giàn cùng
xiên về 1 phía.

d)
Đặc điểm cấu tạo: Có thể bố trí để thanh đứng
g) 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
i) có chiều dài lớn lại chịu nén.

h)
g)
Nhưng về mặt cấu tạo nút thì thuận lợi vì góc giữa các thanh khơng q nhỏ,
do vậy vẫn được dùng.
Góc hợp lý giữa thanh bụng xiên và thanh cánh dưới là 35o – 45o.

k)
i)
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.


d

c)

§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
3. Hệ thanh bụng của giàn
c) Hệ thanh bụng phân nhỏ:
Tải trọng tập trung tác dụng tại nút giàn

e)

d)

L

g)

h)

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


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP
3. Hệ thanh bụng của giàn
d) Hệ thanh bụng khác:

g)

i)

h)

k)

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, ...


§5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ GIÀN THÉP

g)

h)

3. Hệ thanh bụng của giàn
d) Hệ thanh bụng khác:

i)

k)

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;
- 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.