Bài giảng Kết cấu thép - Chương 5: Dàn thép

1KẾT CẤU THÉP
 Chương 0 Tổng quan về Kết Cấu Thép 
 Chương 1 Vật Liệu và Sự Làm Việc của KC Thép 
 Chương 2 Liên Kết Kết Cấu Thép 
 Chương 3 Dầm Thép
 Chương 4 Cột Thép
 Chương 5 Dàn Thép
2KẾT CẤU THÉP
Chương 5
DÀN THÉP
NỘI DUNG
I. ĐẠI CƯƠNG
II. TÍNH TOÁN DÀN
III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN
1. Phân loại dàn
2. Hình dạng dàn
3. Hệ thanh bụng của dàn
4. Kích thước chính của dàn
5. Hệ giằng không gian
6. Tính toán hệ giằng
thanh cánh trên
thanh cánh dưới
nút (mắt) dàn
thanh bụng
ĐẠI CƯƠNG
 Theo công dụng:
– Dàn đỡ mái nhà (vì kèo)
– Dàn cầu
– Dàn cầu trục
– Dàn tháp trụ
 Theo cấu tạo thanh dàn:
– Dàn nhẹ: Nội lực các thanh dàn nhỏ, thanh dàn là thép góc 
hoặc thép tròn
– Dàn thường: Phổ biến, nội lực lớn nhất trong các thanh 
cánh < 5000kN, thanh dàn cấu tạo bởi hai thép góc
– Dàn nặng: cho công trình chịu tải nặng, nội lực lớn nhất 
trong thanh cánh 5000kN, tiết diện thanh dàn là thép hình 
I, C hoặc tổ hợp
1. Phân loại dàn
1. Phân loại dàn
 Theo sơ đồ kết cấu
– Dàn kiểu dầm
– Dàn liên tục
– Dàn mút thừa
– Dàn kiểu tháp trụ
– Dàn kiểu khung
– Dàn kiểu vòm
1. Phân loại dàn
KC vòm: L=165m
Viaduc Gabarit (Pháp) xây dựng bởi Gustave Eiffel- 1884
1. Phân loại dàn
Ứng dụng
Nhà thi đấu TDTT
1. Phân loại dàn
Ứng dụng
Sân vận động
(San Siro)
1. Phân loại dàn
Ứng dụng
Ứng dụng
Nhà ga(Gare du Nord – Paris)
1. Phân loại dàn
Hangar
1. Phân loại dàn
Ứng dụng
 Khi lựa chọn hình dạng dàn cần thoả mãn các yêu cầu sau:
– Yêu cầu sử dụng
– Yêu cầu của thiết kế kiến trúc và thoát nước mái
– Kích thước và cách bố trí cửa trời
– Cách liên kết dàn với cột và phải tạo được kết cấu mái và 
công trình có đủ độ cứng cần thiết
– Yêu cầu kinh tế
2. Hình dạng dàn
 Thường dùng các dạng sau:
Dàn tam giác
Dàn hình thang
Dàn cánh song song
Dàn đa giác Dàn cánh cung
2. Hình dạng dàn
Bố trí hệ thanh bụng cần thoả
mãn các yếu tố:
- Cấu tạo nút đơn giản và có
nhiều nút giống nhau
- Tổng chiều dài thanh bụng nhỏ
- Góc giữa thanh bụng và thanh
cánh không quá nhỏ
- Không nên để thanh cánh bị
uốn cục bộ bởi tải trọng đặt
ngoài nút
3. Hệ thanh bụng của dàn
 Nhịp dàn
– Được xác định dựa vào phương án kiến trúc, phù hợp với 
mục đích sử dụng và giải pháp bố trí kết cấu
– Trong nhà công nghiệp, nhịp dàn lấy theo môđun 3m
– Với dàn thường, nhịp hợp lý từ 18m đến 36m
 Chiều cao dàn
– Với dàn cánh song song và dàn hình thang, chiều cao dàn 
hợp lý là (1/61/5)L. Để dễ vận chuyển, lấy (1/91/7)L
– Với dàn tam giác, nếu mái dốc từ 22 đến 400 thì chiều cao 
dàn (1/41/3)L, nếu mái lợp có yêu cầu độ dốc nhỏ hơn 
(lợp tôn) thì chiều cao đầu dàn lấy 450mm
4. Kích thước chính của dàn
 Khoảng cách nút dàn
– Là khoảng cách giữa các tâm nút đến thanh cánh
– Khoảng cách nút dàn cánh trên thường từ 1,5 đến 3,0m
– Khoảng cách nút dàn cánh dưới dàn tam giác thường là 
3m đến 6m, dàn hình thang thường là 6m
 Bước dàn
– Khoảng cách giữa các dàn
– Xác định từ yêu cầu kiến trúc và dây chuyền công nghệ, 
phù hợp với môđun thống nhất các cấu kiện lắp ghép như 
tấm tường, tấm mái...
– Thoả yêu cầu kinh tế
– Với dàn thép bước hợp lý là 6m
4. Kích thước chính của dàn
5. Hệ giằng không gian
Dàn dễ mất ổn
định theo phương
ngoài mặt phẳng
(phương dọc nhà) 
 các dàn cần
giằng lại với nhau
tạo nên một khối
không gian ổn định
 Gồm 3 hệ:
– Hệ giằng cánh trên
» Bố trí trong mặt phẳng cánh trên
» Gồm các thanh chéo chữ thập
» Tác dụng: Đảm bảo ổn định cho thanh cánh trên chịu 
nén, tạo những điểm cố kết không chuyển vị theo 
phương ngoài mặt phẳng dàn
» Bố trí ở hai gian đầu hồi và các gian trong sao cho 
khoảng cách các gian được bố trí giằng không quá 60m
5. Hệ giằng không gian
– Hệ giằng cánh dưới
» Bố trí trong mặt phẳng cánh 
dưới của dàn tại gian có hệ 
giằng cánh trên
» Cùng với hệ giằng cánh trên tạo 
nên các khối cứng bất biến hình
» Tạo những điểm cố kết không 
chuyển vị theo phương ngoài 
mặt phẳng dàn
5. Hệ giằng không gian
– Hệ giằng đứng
» Bố trí trong các mặt phẳng thanh đứng giữa dàn và hai 
đầu dàn, cùng gian với giằng cánh trên và dưới
» Theo phương nhịp dàn (ngang nhà) khoảng cách 
không quá 15m
» Cùng với giằng cánh trên và dưới tạo nên khối cứng 
không gian bất biến hình; Cố định, giữ ổn định khi lắp 
dàn
» Các gian không bố trí giằng được thay bằng thanh 
chống dọc: tăng cường ổn định cho thanh cánh trong 
quá trình sử dụng, lắp dựng
5. Hệ giằng không gian
 Hệ giằng còn có tác dụng làm giảm chiều dài tính toán theo 
phương ngoài mặt phẳng dàn cho thanh cánh
giằng cánh trên
giằng cánh dưới
giằng
đứng
khối cứng
không gian
bất biến hình
5. Hệ giằng không gian
Hệ giằng mái: 
• Giằng cánh trên
• Giằng cánh dưới
• Giằng ngang
• Giằng dọc: khoảng
cách <60m
• Giằng đứng: khoảng
cách 12-15m
• Giằng cửa mái
5. Hệ giằng không gian
Hệ giằng cột: 
• Tăng độ cứng dọc
nhà
• Giằng cột trên: bố trí
ở đầu hồi và khe nhiệt
• Nhận lực gió đầu
hồi
• Lực hãm cầu trục
• Khoảng cách giữa
hệ giằng <50-60m
5. Hệ giằng không gian
5. Hệ giằng không gian
Hệ giằng mái: 
• Giằng cánh dưới
• ngang nhà chịu lực gió W
• dọc nhà chịu lực hãm 
ngang T : dầm với gối đàn 
hồi
• Giằng cánh và giằng đứng 
theo cấu tạo hệ giằng cánh 
dưới
Giằng cột: 
• Chịu lực dọc nhà : W , T
6. Tính toán hệ giằng
1. Giả thiết
2. Tải trọng tác dụng
3. Nội lực
4. Chiều dài tính toán
5. Tiết diện hợp lý
6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn
7. Ví dụ
II. TÍNH TOÁN DÀN
 Trục các thanh đồng quy tại tim nút dàn, lực tập trung đặt 
trực tiếp vào nút dàn
 Xem nút dàn là khớp (giả thiết gần đúng)
 Nội lực trong thanh dàn là lực dọc
 Khi cấu tạo dàn cần thoả:
– Trục các thanh đồng quy tại tim nút
– Tiết diện ngang của các thanh phải đối xứng qua mặt 
phẳng dàn
1. Giả thiết
 Bao gồm:
– Tải trọng thường xuyên: Trọng lượng tấm lợp, tấm chống 
thấm, lớp cách nhiệt, xà gồ, bản thân dàn giằng, cửa mái, 
trần...
– Tải trọng tạm thời: trọng lượng người và thiết bị sửa chữa 
mái, tải trọng gió, cần trục treo...
 Tải được tính trên đơn vị diện tích mặt bằng và được quy đổi 
thành lực tập trung đặt tại nút dàn
2. Tải trọng tác dụng
– Pi: lực tập trung tại nút i
– dt, df: khoảng cách nút dàn bên trái và bên phải nút i theo 
phương nhịp dàn
– qc: tải trọng tiêu chuẩn phân bố trên diện tích mặt bằng 
Nếu phân bố trên diện tích mái dốc thì phải chia cho 
cos , là góc nghiêng của mái
– B: bước dàn
– Q: hệ số tin cậy về tải trọng ứng với q
c
2. Tải trọng tác dụng
2
t f c
i Q
d d
P q B
 Tính nội lực dàn cho các trường hợp tải trọng sau:
– Tải trọng thường xuyên đặt cả dàn
– Tải trọng sửa chữa mái đặt ½ dàn và cả dàn
– Tải trọng gió
 Khi có tải trọng tập trung đặt ngoài nút thì 
ngoài nội lực dọc trục, thanh dàn còn chịu 
uốn cục bộ với giá trị mômen:
: hệ số kể đến tính liên tục của cánh trên, =1 cho khoang 
đầu, =0,9 cho các khoang bên trong
 Tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất
4
cb
Pd
M

3. Nội lực
 Xác định chiều dài tính toán để:
– Với thanh chịu nén: Kiểm tra sự ổn định của thanh
– Với thanh chịu kéo: Xác định độ mảnh của nó sao cho 
không quá lớn để thanh không bị uốn cong do trọng lượng 
bản thân và chuyên chở lắp dựng
 Chiều dài tính toán sẽ được xác định theo hai phương trong 
(Lx) và ngoài mặt phẳng (Ly)
4. Chiều dài tính toán
a) Chiều dài tính toán trong mặt phẳng
– Trong thực tế, nút dàn có độ cứng nhất định nên không 
phải là khớp lý tưởng
– Khi một thanh chịu nén nào đó liên kết tại nút mất ổn định 
(bị cong) làm nút quay dẫn đến các thanh nén khác quy tụ 
tại nút cong theo Các thanh kéo liên kết tại nút này có 
xu hướng bị kéo dài ra nên chống lại sự xoay này
– Quy ước: + Nút có nhiều thanh nén hơn thanh kéo 
 nút dễ xoay, khớp
+ Nút có nhiều thanh kéo hơn thanh nén 
 nút khó xoay, ngàm đàn hồi
4. Chiều dài tính toán
– Ví dụ: Khi chịu lực, giả thiết dấu nội lực các thanh như hình 
vẽ. Thanh ac: x=1 (2 đầu khớp), thanh ce: x=0,8 (nút c 
khớp, nút e là ngàm đàn hồi)
– Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn được lấy như sau:
» Thanh cánh trên, cánh dưới, thanh xiên đầu dàn, thanh 
đứng gối tựa: Lx=L
» Thanh bụng còn lại: Lx=0,8L
khớp
ngàm
Với thanh bụng phân nhỏ, chiều dài
tính toán của nó được lấy bằng khoảng
cách nút dàn ở thanh bụng khảo sát
4. Chiều dài tính toán
35
b) Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng
– Thanh bụng: Ly=L
– Thanh bụng phân nhỏ chịu nén dài L1 có 2 trị số nội 
lực N1 và N2 (N1>N2); Thanh cánh nằm trong phạm vi 
giữa hai điểm cố kết (cách nhau L1) có hai trị số nội lực 
N1 và N2 (N1>N2): 
2
1
1
0,75 0,25y
N
L L
N
4. Chiều dài tính toán
36
c) Độ mảnh giới hạn các thanh dàn:
 []
[]: tra Bảng
4. Chiều dài tính toán
 Tiết diện hợp lý khi sự làm việc hai phương bằng 
hoặc xấp xỉ nhau: x y
 Tiết diện thanh dàn thường dùng:
a) Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh lớn 
(ix iy) thanh dàn có Lx = Ly
b) Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh bé 
(ix 0,5iy) thanh dàn có Ly = 2Lx
c) Dạng hai thép góc đều cạnh ghép lại (ix 0,75iy): 
dùng hợp lý cho các thanh bụng dàn có Lx = 0,8Ly
d) Hai thép góc đều cạnh ghép lại thành hình chữ 
thập: dùng cho thanh đứng ở vị trí khuyếch đại
5. Tiết diện hợp lý
a) Nguyên tắc chọn tiết diện
– Tiết diện thanh dàn nhỏ nhất là L50x5
– Trong một dàn L 36m nên chọn 6 đến 8 loại thép
– Với L 24m không cần thay đổi tiết diện thanh cánh
– Khi L > 24m phải thay đổi tiết diện để tiết kiệm vật liệu, 
dùng hai loại tiết diện với L 36m
– Bề dày bản mã dàn được chọn dựa vào lực lớn nhất ở 
thanh xiên đầu dàn
6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn
Nội lực lớn
nhất trong
thanh bụng, kN
≤ 
150
151 
-
250
251 
-
400
401 
-
600
601 
-
1000
1001 
-
1400
1401 
-
1800
1801 
-
2200
2201 
-
2600
2601 
-
3000
Chiều dày bản
mã, mm
6 8 10 12 14 16 18 20 22 25
b) Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu nén
Tính toán như cấu kiện nén đúng tâm
– Diện tích cần thiết
» gt: hệ số uốn dọc tra theo Bảng D.8 dựa vào độ mảnh 
gt giả thiết
» gt=6080 với thanh cánh, gt=100120 với thanh bụng
– Tra Bảng, chọn số hiệu thép góc cần dùng và tra ix, iy, Ag
– Tìm max=max(x=Lx/ix; y=Ly/iy) min
yc
gt c
N
A
f 
6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn
– Kiểm tra tiết diện đã chọn
A = 2Ag: diện tích tiết diện
 Nếu không thoả mãn chọn lại tiết diện và kiểm tra lại
 Trường hợp thanh cánh có uốn cục bộ thì phải tính toán 
theo cấu kiện chịu nén lệch tâm
 max  
min
c
N
f
A
 
6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn
c) Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo
– Diện tích cần thiết:
– Tra bảng chọn tiết diện thép góc, tra ix, iy, Ag
– Kiểm tra lại diện tích tiết diện:
An: diện tích thực tế của tiết diện
yc
c
N
A
f
 max  c
n
N
f
A
  
6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn
d) Chọn tiết diện thanh theo độ mảnh giới hạn
– Với thanh có nội lực nhỏ Ayc nhỏ  > [] 
 chọn tiết diện theo  = []
 Tính:
– Dựa vào ix,yc và iy,yc , tra bảng chọn thép góc làm tiết 
diện thanh
   , ,
;
yx
x yc y yc
LL
i i
 
6. Chọn, kiểm tra tiết diện thanh dàn
Chọn tiết diện thanh xiên đầu 
dàn chịu lực nén tính toán 
N=53000daN. Thép CCT34
 Xác định chiều dài tính toán:
tbm
7. Ví dụ
 0,5 0,5 340 170xL L cm
2
1
53000
0,75 0,25 0,75 0,25 340 340
53000
y
N
L L cm
N
 Diện tích tiết diện cần thiết:
– Với thanh bụng phân nhỏ, chọn gt=85, tra Bảng D.8 TC 
(II.1 SGK) gt=0,7
 Chọn 2L100 90 10 ghép cạnh nhỏ (vì Ly = 2Lx chọn tiết 
diện có ix 0,5iy) có 
ix=3,08cm, iy=4,71cm, A=2Ag=2 18,1=36,2cm
2
 
253000 36,2
0,7 1,0 2100
yc
gt c
N
A cm
f
7. Ví dụ
 Tính min
Từ max, tra bảng được min=0,77
 Kiểm tra tiết diện
– Độ mảnh:
– Điều kiện ổn định tổng thể:
max
170 340
55; 72,2
3,08 4,71
yx
x y
x y
LL
i i
   
 max  
min
c
N
f
A
 
7. Ví dụ
2 2
min
53000
1901,5 2100
0,77 36,2
c
N daN daN
f
A cm cm
 
 max 72,7 120  : OK!
: OK!
1. Nguyên tắc chung
2. Tính toán nút dàn
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
1. Nguyên tắc chung
– Trục các thanh dàn được đồng quy tại tim nút dàn
– Các thanh dàn liên kết hàn với bản mã bằng các đường hàn 
góc cạnh với hf 4mm, Lw 50mm
Lw
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
– Khoảng cách đầu thanh bụng với thanh cánh không nhỏ 
hơn 6tbm-20 mm hoặc 50mm và không lớn hơn 80mm
– Bản mã nên chọn hình dáng đơn giản (nên có hai cạnh 
song song) để dễ chế tạo. Góc hợp bởi cạnh bản mã và 
trục thanh bụng không nhỏ hơn 150 để đảm bảo sự 
truyền lực
d
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
– Khi có thay đổi tiết diện thanh cánh, thanh cánh được nối 
tại nút dàn. Khoảng cách hở giữa hai đầu thanh bằng 
50mm
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
– Khi bề dày cánh thép góc cánh trên mỏng (tg<10mm), 
dưới tác dụng của lực tập trung (sườn panen mái hoặc 
xà gồ) tại vị trí nút dàn, cánh thép góc dễ bị uốn cong 
tại nút dàn gia cường bản thép góc
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
– Với thanh dàn làm từ hai thép góc, đặt các bản đệm để hai 
thép góc cùng làm việc. Chiều dày đệm bằng bản mã, chiều 
rộng từ 50mm đến 100mm, dài vượt khỏi thanh dàn mỗi đầu 
từ 10mm đến 15mm để đủ hàn
» Thanh nén: a 40i1
» Thanh kéo: a 80i1
i1: bán kính quán tính của 
một thép góc lấy đ/v trục riêng (trục 1-1) // mặt phẳng dàn
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
2. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:
(SV tự đọc SGK)
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
a) Nút gối
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
b) Nút trung gian
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
c) Nút đỉnh dàn
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
d) Nút giữa dàn cánh dưới
III. CẤU TẠO & TÍNH TOÁN NÚT DÀN
e) Nút có nối thanh cánh