Bài giảng Kết cấu công trình: Kết cấu mái

 Moân hoïc: KEÁT CAÁU COÂNG TRÌNH
 Ngaønh: Kieán truùc-Quy hoaïch
 KẾT CẤU MÁI
KHOA XAÂY DÖÏNG, TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KIEÁN TRUÙC TP.HCM
 1.KHÁI QUÁT
1.1. Yêu cầu của kết cấu mái
- Đủ khả năng chịu lực (tải trọng
mái, gió)
- Bền vững lâu dài
- Cách nhiệt, chống thấm, chịu
được mưa nắng, có độ dốc thoát
nước mưa
-Cóhìnhdạngphùhợpkiếntrúc
công trình
- Thi công dễ dàng, giá thành hợp
lý
1.2. Phân loại kết cấu mái
a. Mái phẳng và
 mái không gian
 2
1.KHÁI QUÁT
 1.2. Phân loại kết cấu mái
 b. Mái nặng và mái nhẹ
 . Mái nặng: kết cấu mang lực mái bằng BTCT hoặc thép. 
 Bản mái BTCT đúc tại chỗ hoặc đúc sẵn
 . Mái nhẹ: kết cấu mang lực mái bằng thép hoặc gỗ. 
 Mái lợp ngói hoặc các vật liệu nhẹ (tôn, tấm nhựa, ...)3
2. MÁI BTCT
- Toàn khối, lắp ghép, bán lắp ghép
- Mái phẳng, mái vỏ mỏng không gian
- Mái bằng (i 1/8), maùi dốc (i > 1/8)
2.1. Mái toàn khối
- Ưu điểm: khả năng chống thấm cao, tạo độ cứng không gian lớn cho công trình
- Bản có sườn (bản dầm, bản kê bốn cạnh), hoặc bản không sườn.
-Lớp cách nhiệt (dày 100150mm), vữachống thấm(daøy1520mm), gạch
laù nem
- Tính toán bản mái toàn khối: tương tự sàn toàn khối.
2.2. Mái lắp ghép
- Có xà gồ hoặc không có xà gồ
- Các lớp cấu tạo: gạch lá nem, bêtông chống thấm, lớp cách nhiệt, panen mái
(1,5x6m; 3x6m)
- Hệ kết cấu mái bao gồm: panen mái, xà gồ, dầm mái, vòm, dàn mái, kết cấu đỡ
dàn, ... 4
3. DầM MÁI BTCT
 Thích hợp cho nhịpdưới18m;nếu dùng ứng lựctrước thì nhịp ≥ 24 m
 3.1. Đặc điểm cấu tạo
 - Hình dạng: một mái dốc, hai mái dốc, cánh thượng cong.
 - Độ dốc mái: 1/12 ÷ 1/8
 - Tiết diện: chữ T hoặc I
 1 1 
 Chiều cao giữa dầm h  l
 10 15 
 1 1 hay lấy h =80cm
 Chiều cao đầu dầm h1  l 1
 20 35 
 -Hình dạng: một mái dốc, hai mái dốc, cánh thượng cong.
 5
3. DầM MÁI BTCT
 Caùc loaïi daàm maùi
 6
3. DầM MÁI BTCT 3.1. Đặc điểm cấu tạo
 -Khi chiềucaodầmlớn khoét lỗ bảnbụng (hình tròn, đagiác)để giảm
 trọng lượng bản thân. Không khoét lỗởkhu vựcgốitựavàchỗ có lựctập
 trung.
 -Bảnbụng: dày ≥ 80 mm
 -Cánh nén: b’c = 200 ÷ 400 mm ; bảo đảm điềukiện ổn định khi chế tạo, cẩu
 lắpvàchiềusâugốitựatốithiểucủa panen mái.
 -Cánh kéo: bc = 200 ÷ 250 mm ; phụ thuộcviệcbố trí cốtthépchịukéotrong
 dầmvàcường độ củadầm khi buông cốtthépứng lựctrước.
 -Ởđầudầm, bảnbụng đượcmở rộng (bằng bề rộng cánh hạ) để chịuphản
 lựcgốitựavàđảmbảo liên kết đầudầmvới đầucột.
 -Dầmcónhịptrên15mphải đặtthépứng lựctrước để tránh những vếtnứt
 đáng kể xuấthiện trong dầm.
 -Lỗ bảnbụng đượcgiacốđểtránh nứtdotập trung ứng suất.
 -Khi dầmcóchiềucaolớn, chịutảitập trung lớn cấutạocácsườn đứng
 (cách khoảng 3m) để đảmbảo ổn định cho bảnbụng. 7
Hình daùng vaø boá trí coát theùp trong daàm maùi öùng löïc tröôùc nhòp 
18m 8
3. DầM MÁI BTCT
 3.2. Đặc điểm tính toán dầm hai mái dốc
 -Sơđồtính: dầm đơngiảnkêtự do hai đầu
 -Tảitrọng: trọng lượng bản thân dầmmái,trọng lượng panen mái và
 các lớpcấutạo, hoạttảisửachữa, tảitrọng củacầutrụctreo(nếucó),
 vv...
 -Tiếtdiệncầndiện tích cốtthépdọcchịukéolớnnhấtcóthể không phải
 ở chính giữanhịpdầm(nơicóMmax), mà thường cách gốitựamột đoạn
 x=(0,350,4)l ; hoặccóthểởdưới chân cửamái.
 -Tính toán cốt đai, cốtxiên
 -Tính toán độ võng
 9
4. Vòm mái BTCT
 PVSD: mái nhà nhịp trên 18m; khi nhịp trên 36m thì vòm kinh tế hơn dàn
 4.1. Đặc điểm cấu tạo
 Sơđồkếtcấu:
 -Vòm ba khớp: lắp ghép từ hai nửavòm
 -Vòm hai khớp: thường có thanh căng
 -Vòm không khớp: thường thi công toàn khối, tựa trên móng và
 truyềnlực ngang xuống móng
 Có thể tậndụng các kếtcấu ở hai bên để chịulực xô ngang củavòm.
 Vòm hai khớp có thanh căng
 (phổ biến trong kết cấu nhà cửa) Thựctế:vòmchịutảitrọng
 1 1 lệch có moment uốn.
 .Độ vồng (mũi tên vòm) f  l
 5 8 Để định hình hóa và đơn
 giảncấutạo lấytrụcvòm
 4 fx(l x)
 .Trục hợp lý của vòm khi y là đường tròn khi vòm thoải
 chịu tải phân bố đều 2
 l (f ≤ l/5). 10
 4. Vòm mái BTCT
 4.1. Đặc điểm cấu tạo
 1 1 
 . Tiết diện vòm: chữ nhật hoặc chữ I, với h  l
 30 40 
 . Để thanh căng không bị võng bố trí thanh treo cách khoảng 4 ÷ 6 m.
 Tiết diện thân vòm và số thanh treo trong vòm
Nhịp vòm, m 12 15 18 21 24 27 30
Chiều cao h, cm 40 ÷ 45 45 ÷ 50 50 ÷ 60 60 ÷ 70 70 ÷ 75 75 ÷ 80 80 ÷ 85
Chiều rộng b, cm 20 20 ÷ 25 25 25 ÷ 30 25 ÷ 30 30 ÷ 35 30 ÷ 35
Số lượng thanh treo 2345
 . Thân vòm: cấu tạo như cấu kiện nén (hoặc kéo) lệch tâm.
 . Thanh căng: thép hình, thép tròn, BTCT (ứng lực trước).
 11
4. Vòm mái BTCT
 Hình daùng vaø boá trí coát theùp trong voøm maùi nhòp 36m
 12
Concrete arch bridges combine the compression capacity of concrete to 
arch over a river with the tension capacity of steel to tie the ends of the arch 
together. This photo is the Wilson River Bridge, the first concrete tied-arch 
bridge in America, built in 1931 on Oregon’s Pacific coast highway.
 13
4. Vòm mái BTCT
 4.2. Một số biện pháp xử lý lực xô ngang ở chân vòm
 4.3. Khái niệm tính toán vòm
 -Tải trọng: tĩnh tải, hoạt tải đặt ở nửa vòm, hoạt 
 tải đặt ở cả vòm, tải trọng cầu trục treo vv... Khi 
 nhịp lớn phải xét co ngót và từ biến của bêtông
 -Xác định nội lực vòm hai khớp có thanh căng: 
 xem sách
 -Tính toán và cấu tạo cốt thép:
 oThân vòm: cấu kiện chịu nén (hoặc kéo) 
 lệch tâm. Chiều dài tính toán l bằng 0,58 S 
 0 Sô ñoà 
 (vòm ba khớp); 0,54 S (vòm hai khớp) hoặc tính toaùn 
 0,36 S (vòm không khớp); với S là chiều dài voøm hai 
 trục vòm khôùp
 oThanh căng: cấu kiện chịu kéo đúng tâm.
 14
5. DAØN THEÙP
 5.1. Hình daïng daøn vì keøo 
 h0
 . Daøn hình thang
 Daøn tam giaùc 
 Daøn hình thang moät maùi doác
daøn tam giaùc coâng son daøn tam giaùc coù thanh caêng
 . Daøn ña giaùc - caùnh cung
 Hình 5.6. Daøn coù caùnh song song
 Daøn coù caùnh song song 1 maùi doác
 15
 Daøn coù caùnh song song 2 maùi doác, moät thanh caêng Daøn maùi raêng cöa
Yeâu caàu choïn hình daïng daøn vì keøo 
  Phuø hôïp vôùi yeâu caàu söû duïng
  Thoûa maõn yeâu caàu kieán truùc vaø vieäc thoaùt nöôùc maùi
  Kích thöôùc vaø caùch boá trí cöûa trôøi
  Caùch lieân keát daøn vôùi coät, taïo ñöôïc keát caáu maùi vaø coâng trình 
 coù ñuû ñoä cöùng 
  Kinh teá (tieát kieäm vaät lieäu , deã gia coâng cheá taïo vaø döïng laép) 
 a. Daøn tam giaùc
 chæ coù theå lieân keát khôùp vôùi coät, ñoä cöùng ngoaøi maët phaúng
 khoâng lôùn
 khoâng phuø hôïp bieåu ñoà moment uoán: noäi löïc caùc thanh cheânh
 leäch nhieàu, moät soá thanh buïng chòu neùn nhoû nhöng chieàu daøi
 lôùn neân tieát dieän phaûi choïn theo ñoä maûnh giôùi haïn laõng
 phí vaät lieäu
 Söû duïng hôïp lyù cho maùi caàn ñoä doác lôùn (ngoùi,tole)
 16
 5. DAØN THEÙP
5.1. Hình daïng daøn vì keøo 
 b. Daøn hình thang
 Ñoä doác maùi nhoû (taám lôïp laø panen BTCT)
 Khaù phuø hôïp bieåu ñoà moment uoán, noäi löïc caùc thanh hôïp
 lyù hôn
 Nhieàu öu ñieåm veà maët caáu taïo: goùc giöõa caùc thanh khoâng
 quaù nhoû, chieàu daøi thanh khoâng quaù lôùn
 Chieàu cao ñaàu daøn lôùn deã lieân keát cöùng vôùi coät taêng
 ñoä cöùng coâng trình
 c. Daøn caùnh song song
  Caùc thanh cuøng loaïi daøi baèng nhau, coù nhieàu maét gioáng
 nhau deã thoáng nhaát hoùa veà maët caáu taïo
  Laøm daøn caàu, daøn ñôõ keøo, thaùp, truï, caàn caåu, . . .
 
 Naëng 17
5.1. Hình daïng daøn vì keøo 5. DAØN THEÙP
 d. Daøn ña giaùc vaø daøn caùnh cung
 Raát phuø hôïp bieåu ñoà momnet uoán, phaân boá noäi löïc caùc thanh
 hôïp lyù, khoâng cheânh leäch nhieàu neân soá loaïi thanh ít tieát
 kieäm vaät lieäu
 Caùnh treân bò gaõy khuùc hoaëc uoán cong neân cheá taïo khoù chæ
 duøng khi nhòp khaù lôùn.
5.2. Heä thanh buïng
 18
 5. DAØN THEÙP
 5.3. Kích thöôùc chính cuûa daøn
•a. Nhòp daøn (L)
 boäi soá cuûa 3m khi L 18m
 daøn thöôøng (tieát dieän 2 theùp goùc): L = 18; 24; 30; 36m
•b. Böôùc daøn (B)
 Khoaûng caùch caùc daøn trong coâng trình, thöôøng duøng B = 6m
•c. Chieàu cao daøn
 daøn hình thang vaø daøn caùnh song song
 hgiöõa daøn = (1/8  1/10) L ; hñaàu daøn = (1/15  1/20) L
 daøn tam giaùc: tuøy ñoä doác caùnh treân, khi maùi doác 220 ñeán 400
 hgiöõa daøn= (1/4  1/3) L, neáu ñoä doác nhoû hôn (lôïp tole) thì laøm
 chieàu cao ñaàu daøn 450mm.
 19
 5. DAØN THEÙP
5.3. Kích thöôùc chính cuûa daøn
•d. Khoaûng caùch nuùt (maét) daøn
 Maùi coù xaø goà: d = khoaûng caùch xaø goà (1,5  3m)
 Maùi lôïp taám panen BTCT:d=bpanen = 1,5  3m
 Caùnh döôùi:a=3 6m(daøn tam giaùc)
 a=6m(daøn hình thang)
 20
 5. DAØN THEÙP
5.3. Kích thöôùc chính cuûa daøn
•e. ñoä voàng xaây döïng (ñoä voàng caáu taïo)
 •Thöôøng fxd=1/200 L khöû bôùt ñoä voõng cuûa daøn khi chòu taûi
5.4. Heä giaèng khoâng gian
 Daøn maûnh theo phöông ngoaøi maët phaúng deã maát oån ñònh.
  Caùc daøn caàn giaèng laïi vôùi nhau taïo khoái khoâng gian oån ñònh
  Heä giaèng caùnh treân, heä giaèng caùnh döôùi, heä giaèng ñöùng
 xem baøi: Keát caáu nhaø coâng nghieäp moät taàng
 21
A A
 HEÄ GIAÈNG CAÙNH TREÂN
 giaèng ñöùng giaèng
 HEÄ GIAÈNG CAÙNH DÖÔÙI
 22
 A-A HEÄ GIAÈNG ÑÖÙNG
 5. DAØN THEÙP
5.4. Heä giaèng khoâng gian
 Heä giaèng trong maët phaúng caùnh treân
 Goàm caùc thanh cheùo chöõ thaäp vaø caùc thanh choáng doïc nhaø.
 Thanh cheùo chöõ thaäp boá trí ôû hai ñaàu khoái nhieät ñoä, neáu khoái nhieät
 ñoä quaù daøi thì boá trí theâm ôû khoaûng giöõa khoái sao cho khoaûng caùch
 giöõa chuùng khoâng quaù 5060 m.
 Thanh choáng doïc coá ñònh nhöõng nuùt quan troïng cuûa daøn: nuùt ñænh
 daøn, nuùt ñaàu daøn, nuùt döôùi chaân cöûa trôøi.
 Taùc duïng: baûo ñaûm oån ñònh cho thanh caùnh treân chòu neùn, taïo ra
 nhöõng ñieåm coá keát khoâng chuyeån vò ra ngoaøi maët phaúng daøn
 23
5.4. Heä giaèng khoâng gian 5. DAØN THEÙP
Heä giaèng trong maët phaúng caùnh döôùi
Ñaët taïi vò trí coù giaèng caùnh treân, cuøng vôùi giaèng caùnh treân taïo thaønh
khoái cöùng khoâng gian baát bieán hình.
Taïi ñaàu hoài nhaø, heä giaèng caùnh döôùi laøm goái töïa cho coät ñaàu hoài, chòu
taûi troïng gioù thoåi leân töôøng hoài neân coøn ñöôïc goïi laø daøn gioù.
Khi nhaø coù caàu truïc lôùn thì boá trí theâm heä giaèng doïc ñeå taêng ñoä cöùng
doïc nhaø.
Heä giaèng ñöùng
Ñaët trong maët phaúng caùc thanh ñöùng, cuøng vôùi caùc giaèng naèm taïo
thaønh khoái cöùng baát bieán hình, giöõ vò trí vaø coá ñònh daøn keøo khi döïng
laép.
Boá trí taïi caùc thanh ñöùng ñaàu daøn, thanh ñöùng giöõa daøn (hoaëc döôùi
chaân cöûa trôøi), caùch 1215m theo phöông ngang nhaø. Theo phöông doïc
nhaø thì giaèng ñöùng boá trí taïi caùc vò trí coù giaèng caùnh treân vaø giaèng caùnh
döôùi. 24
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Nuùt trung gian
 25
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Nuùt goái söôøn gia coá
 1. Baûn maõ
 2. Baûn ñeá
 3. Söôøn gia coá
 26
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Nuùt ñænh daøn
 1. Baûn noái 2. Baûn gheùp 3. Söôøn gia coá
 27
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Nuùt giöõa daøn
 1. Baûn noái 2. Baûn gheùp 3. Söôøn gia coá
 28
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Nuùt noái thanh caùnh
 29
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Gia cöôøng caùnh treân taïi 
 ñieåm coù löïc taäp trung
 Taám theùp ñeäm trong thanh daøn
 30
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Goái daøn theùp 
 vaøo coät BTCT
 Nuùt daøn nheï
 31
5. DAØN THEÙP
 5.5. Một số chi tiết cấu tạo
 Nuùt daøn theùp oáng
 32