Giáo trình phần Kết cấu gỗ

Nội dung text: Giáo trình phần Kết cấu gỗ

1. ÑAÏI HOÏC QUANG TRUNG CHÖÔNG MÔÛ ÑAÀU: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ KEÁT CAÁU GOÃ 1. ÑAËC ÑIEÅM VAØ PHAÏM VI S ÖÛ DUÏNG GIAÙO TRÌNH PHAÀN: Các loại công trình xây dựng hay bộ phận của công trình chịu đượclàmbằng vậtliệugỗ hay chủ yếubằng vậtliệugỗ gọilàkếtcấugỗ. (THI) KEÁT CAÁU GOÃ 1.1 Ưu, nhược điểmcủakếtcấugô 1. Ưu điểm -Nhẹ. Tính chấtcơ họctương đốicaoso vớikhối lượng riêng. 2. Nhược điểm: - Chịunénvàuốntốt. - Vậtliệu không bền, dễ mục, mối, mọt, cháy -Vậtliệuphổ biến, địaphương →hạ giá thành vận →không sử dụng đượctrongcáckếtcấuvĩnh chuyển. cửu. -Dễ chế tạo: Cưa, xẻ, khoan, bào, đóng đinh -Vậtliệugỗ không đồng nhất, không đẳng -Chống xâm thựccủamôitrường hoá họctốthơnso hướng. Cùng mộtloạigỗ nhưng cường độ R có với thép và bê tông. thể khác nhau tuỳ theo nơimọc, tuỳ vị trí trên thân cây (gốc, ngọn), tuỳ theo phương tảitrọng (dọc thân, tiếptuyến, xuyên tâm) → khi tính toán lấyhệ số an toàn cao. - Có nhiều khuyếttật(mắt, khe nứt, thớ vẹo) giảmkhả năng chịulực. -Kíchthướcgỗ t ự nhiên hạnchế (Gỗ xẻ: 30<b<320; 1<l<8m ).
2. - Vậtliệungậmnước, độ ẩmthayđổitheonhiệt độ và 2. Phạmvi s ử dụng: độ ẩmcủamôitrường. Khi khô co giãn không đềutheo - Nhà dân dụng: Sàn, vì kèo, khung nhà, dầm mái, xà các phương, dễ cong vênh, nứtnẻ làm hỏng liên kết. gồ, cầu phông, litô, cầu thang, kếtcấu bao che (cửasổ, Để hạnchế nhược điểmcủagỗ tự nhiên, khi sử dụng cửa đi, cửatrời) cầnxử lý để gỗ khỏibị mục. Phảisấy, hong khô gỗ -Nhàsảnxuất: Nhà máy, kho tàng, chuồng trại, xưởng trướckhisử dụng, không dùng gỗ tươi, gỗ quá độ ẩm chế biến qui định; chọngiải pháp sử dụng vậtliệu đúng chỗ; -Giaothôngvậntải: Cầunhỏ, cầutạm, cầu phao, cầu tính toán gầnvớithựctế làm việccủakếtcấu. trên đường cấpthấp Hiện nay, các phương pháp chế biếngỗ hiện đại -Thuỷ lợi: Cầu tàu, cửacống, đập, đãcảithiệntínhchấtcủavậtliệugỗ. Loạigỗ dán gồm - Thi công: Dàn giáo, ván khuôn, cầu công tác, cọc ván, nhiềulớpgỗ mỏng dán lạivới nhau, đã qua xử l ý ho á tường chắn chấtlàloạivậtliệuquý: Nhẹ, khoẻ (chịulựctốt) bền, Ở các nước tiên tiến: Gỗ dán được dùng rộng rãi như đẹp (không bị mục, mối, mọt, khả năng chịulửa cao); các nhà công nghiệplớn, cầu, bể chứachấtlỏng, 3 sảnxuất công nghiệp hoá (dễ chế tạo, vận chuyển, thi đường ống ( V<2200m , d<1,5m); chợ, nhà thờ, triển công). lãm II. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG KẾT CẤU GỖỞVIỆT NAM -Liênkết: Chủ yếulàliênkếtmộng, liên kếtchốt, chắcchắn, dễ tháo lắp. Cùng vớigạch đá, gỗ là vậtliệuxâydựng chủ yếuvà -Vậtliệug ỗđượcbảovệ tốtnhư sơn son thếp lâu đời, đạt đượctrìnhđộ cao về nghệ thuậtcũng như vàng, ngâm nước, ngâm bùn, mái đua xa cột để kỹ thuật (Mộtsố công trình còn lưulạinhư: Chùa Một hắtnướcmưa. Cột(HàNội - 1049) và mộtsố công tình văn hóa dân -Kíchthước: Đượcthống nhất hoá ở từng địa dụng khác phương, được ghi trên các thướctầm (rui mực) của Kếtcấugỗ truyềnthống củatacócácđặc điểm: mỗi nhà. -Hìnhthứckếtcấuchịulực là khung không gian. Độ -Kiến trúc: Chi tiết trang trí kếthợpkhéoléovớibộ cứng dọcnhàlớn, vậtliệugôchỉ chịunénvàuốn, không phậnchịulựctạo nên hình thứcnhẹ nhàng, thanh chịu kéo (thích hợpvớitínhnăng chịulựctốtcủagỗ). thoát nhưng vẫnchắcchắnvững vàng. -Dùng sứcnặng của nhà chịulực xô ngang (cột chôn không sâu)
3. Đặc điểmsử dụng kếtcấugỗ củatahiện nay: CHƯƠNG I -Gỗ dùng quá ít trong các công trình lớn. VẬT LIỆU GỖ XÂY DỰNG -Hìnhthứckếtcấu nghèo nàn. I. RỪNG VÀ GỖ VIỆT NAM Nguyên nhân: -Gỗởnước ta tuy phong phú nhưng phứctạp, chưa 1.1 Nguồngỗ: đượccoitrọng nghiên cứu. Nước ta do điềukiệnnhiệt đới nên rừng phát triểnmạnh -Việcbảoquản, khai thác, s ử dụng, tái tạogỗ chưa và là nguồn cung cấpgỗ. hợplý. (MiềnBắc: Tây Bắc, ViệtBắc, Khu Bốn; MiềnNam:Tây Hướng phát triển: nguyên, Miền Đông Nam Bộ ) -Khaithácvàsử dụng gỗ hợplýhơn. Vậtliệu chính ở Gỗ củatacóđặc điểm: nôngthônvàthị trấn - Phong phú, có nhiềuloạigỗ quí: Đinh, lim, trai, lát hoa, - Công nghiệp hoá sảnxuất, chế tạo, xử lý kếtcấugỗ mun (ViệtBắc); tứ thiết(Nghệ An); Huê mộc, Giáng thành nhiềudạng: gỗ dán (fane), ván sàn hương (Quảng Bình); kiềng kiềng, trắc, mun, cam lại (Nam Trung Bộ) 1.2 Phân loạigỗ: 2. Theo quy định Nhà nước Khoảng 400 loại đượcsử dụng cho xd a.Phân nhóm theo TCVN 1072-71; 1077-71 (về phân 1. Theo tập quán: nhóm gỗ, quy cách, phẩmchấtgỗ) -Gỗ quí: Màu sắcvàvânđẹp, hương thơm, không bị - Theo chỉ tiêu ứng suất: 6 nhóm. mối, mọt, mục(gụ, trắc, mun, lát hoa, trai, trầm hương ) -Thiếtmộc: Nặng, cứng, tính chấtcơ họccao(đinh, lim, sến, táu, kiềng kiềng ). -Hồng sắc: Tốt, màu hồng, nâu, đỏ, nặng vừa(mỡ, vàng tâm, giỗi, re, sồi, xoan -Gỗ tạp: Xấu, màu trắng, nhẹ, mềmdễ bị sâu mục (gạo, sung, đước )
4. - Theo khốilượng thể tích: 6 nhóm. Cho các loại b. Phaân nhoùm theo Nghò ñònh 10-CP: ( Quy ñònh taïm gỗ chưacós ố liệuvềứng suất thôøi veà söû duïng KCG) 8 nhoùm: - Nhoùm I: Coù maøu saéc, beà maët, muøi höông ñaëc bieät goã quy (traéc, guï, trai, mun) - Nhoùm II: Coù tính chaát cô hoïc cao ( Ñinh, lim, seán , taùu, kieàng kieàng, nghieán ) - Nhoùm III: Coù tính deûo, dai ñeå ñoùng taøu thuyeàn ( Choø chæ, teách, saùng leû ) - Nhoùm IV: Coù maøu saéc vaø beà maët ph uø hôïp goã coâng nghieäp vaø moäc daân duïng ( Môõ, vaøng taâm, re, gioãi ) - Nhoùm V: Goàm caùc loaïi goã thuoäc nhoùm hoàng saéc (Gieû , thoâng) - Nhoùm VI: Goàm caùc loaïi goã thuoäc nhoùm hoàng saéc (Soài, raøng raøng, baïch ñaøn ) - Nhoùm VII, VIII: Goã taïp vaø xaáu (Gaïo, nuùc naùc, noùng ) khoâng duøng laøm KCG. 1.3 Quy ñònh söû duïng goã: c. Phaân nhoùm theo TCXD 44-70 (Quy phaïm thieát keá 1. Quy ñònh söû duïng goã KCG) Hieän vaãn chöa c où quy phaïm thieát keá KCG aùp - Nhoùm A: Caáu kieän chòu keùo chính duïng cho TCVN 1072 - 71, TCVN 1076 - 71 m aø chæ - Nhoùm B: Caáu kieän chòu neùn vaø uoán coù qui phaïm thieát k eá KCG aùp duïng cho ND 10 -CP - Nhoùm C: Caàu phong, litoâ, vaùn saøn, caáu kieän chòu löïc (4/1960). - Nhaø laâu naêm quan troïng (nhaø xöôûng, hoäi phu tröôøng ) vaø caùc b oä phaän thöôøng xuyeân chòu möa naéng vaø taûi troïng lôùn (coät caàu, daàm caàu ) ñöôïc duøng goã nhoùm II. - Nhaø cöûa thoâng thöôøng duøng goã nhoùm V laøm keát caáu chòu löïc chính, coøn caùc keát caáu khaùc ( nhaê taïm, laùn traïi, coïc moùng, vaùn khuoân ) chæ ñöôïc duøng goã nhoùm VI, VII.
5. α Rem Rem = ⎛⎞Rem 3 11sin+−⎜⎟90 α ⎝⎠Rem α Rtr 2 RkGcmtr = / ⎛⎞Rtr 3 11sin+−⎜⎟90 α ⎝⎠Rtr 90 1 Thoâng Th öôø ng lây Rtr = R 2 tr R RkGcmα = tr / 2 tr 1sin+ 3α CHƯƠNG 2 b. Điềukiện làm việc: tính toán theo cường độ TÍNH TÓAN CẤU KIỆN CƠ BẢN N σ =≤R k F th •Kếtcấugỗ thường được tính tóan theo trạng F =−FF thái giớihạn trong thiếtkế th gy 1. Tính tóan cấukiệnchịukéođúng tâm 2. Tính tóan cấukiệnchịu nén đúng tâm: a. Khái niệm: 1./ Cấukiệnchịunénđúng tâm phải tính tóan kiểm N N <20cm tra về cường độ và tính tóan tính tóan kiểmtraổn định, kiểmtravềđộmãnh: N N a). Kiểmtravề cường độ: N Fth σ =≤R n Cấukiệnchịukéođúng tâm Fgy F th NN
6. b). Kiểmtravề cường độ: c) Kiểmtravềđộmảnh l0 λ =≤[]λ Ftt được tính: rmin + Nếuchỗ giãm yếu không ở mép cấukiệnvà ll0 = μ. F ≤25%F thì F =F ; khi F >25%F thì F =4/3F gy ng tt ng gy ng tt th r : bán kính quán tính nhỏ nhấtcủatiếtdiện + Nếuchỗ giảmyếu ở mép cấukiệnvàđối min nguyên xứng thì F =F jmin tt th rmin = + Nếuchỗ giảmyếu ở mép cấukiện và không Fng đốixứng thì tính theo cấukiệnchịu nén lệch tâm. Víi tiÕt diÖn ϕ: Ηệ số uốndọc, dùng để xét sự giảmkhánăng chịu ch÷ nhËt lựckhibị uốndọc, đượclấynhư sau: r +Gỗ làm việc trong giai đoạn đàn hồi: λ>75 3100 min=0,289b ϕ = λ 2 Trßn +Gỗ làm việc ngoài giai đoạn đàn hồi: λ≤75 r λ min=0,25d ϕ =−10.8()2 100 2/. Bài toán thiếtkế:a). Độ mảnh l>75 b). Độ mảnh l≤75 [λ]: Độ mảnh giớihạn cho phép củacấukiện Nén chủ yếu[λ] = 120 Phụ [λ] = 150 N 2 Thanh giằng liên kết[λ] = 200 TiÕt diÖn : trßn Fl≥+0,001 0 Rn l 0 N TiÕt diÖn : trßn F ≥ N 2 15,75 R n Ch ÷ nhËt F ≥+0,001kl . 0 Rn dF= 1,135 N l 2 Ch ÷ nhËt F ≥ 0 kN Vu«ng F ≥+ 0,001l0 R n 16,08 Rn b k = h l Vu«ng F ≥ 0 N 18 R n
7. 2 Thí dụ 1: Thí dụ 2: Rn=1,15kN/cm l=l0= 4m Kiểmtrađiềukiệnlàmviệccủacộtgổ 2 đầukhớp, tiết Tính khả năng chịulựccủacộtgổ phụ 2 đầukhớp, tiếtdiện diện vuông canh a=16cm, chiều dài l= 3m, chịulực chữ nhật axb=12x16cm, chiềudàil= 4m. Cộtcólổ khoan giữa nén N=100kN. Cộtcótiếtdiệngiảmyếu đốixứng. cột 3x4cm. Biếtgổ thuộcnhóm6, độ ẩm W=18%. Biếtgổ thuộc nhóm 7, độ ẩm W=18%. KiÓm tra ®é m ¶nh cña cét KiÓm tra ®iÒu kiÖn æn ®Þnh l 0 400 N λ ===0,289.12 115,3 σ ≥≥R 0,289.b ϕ F n th λλ=<115,3 [] l 0 300 TÝnh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cét + TÝnh λ ===0,289.16 64,8 0,289a σϕ=≤→≤N RN. FR ϕ F th nthn 2264,8 →=−ϕ 1 0,8(λ ) =− 1 0,8( ) = 0,667 →=ϕ 3100 = 3100 =0,233 100 100 λ 22115,3 2 F th 312x + Fcmth =−= 16.(16 32) 160 + == 0,18 = 18% do vËy F =F Fxng 16 12 tt n g 100 2 σ ==0,667.160 0,945kN / cm < Rn Nxxx= 0,233 12 16 1,351,4= kN Cét lµm viÖc an tßan Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cét N = 51kN c). Kiểmtrađộ võng (độ cứng): ff⎡⎤ 2/. Tính cấukiệnchịuuốn ≤ ll⎣⎦⎢⎥ Kiểmtravề cường độ: M f fMI a). Ứng suất pháp: σ =≤mR víi tÝnh theo c«ng thøc søc bÒn = W u llEJ m=1 khi cạch tiếtdiện < 15cm th ⎡⎤f m=1,15 khi cạch tiếtdiện ≥ 15cm ⎢⎥ ®é vâng cho phÐp cÊu kiÖn m=1,2 khi gổ tròn ⎣⎦l QS b).Ứng suấttiếp: τ =≤x R Jb tr Q x Tiếtdiệnchữ nhật: τ = 3 2 Q Tiếtdiện tròn: F 4 τ = 3 Chỉ kiểmtracấukiện khi: l/h≤5 F
8. M Thí dụ: c). Thiếtkế tiếtdiệncấukiện Wth ≥ Thiếtkế dầm sàn, bằng gổ gối hai đầu, nhịpdầm 4,5m, chiu tải Ru phân bốđều 4kN/m, tảitrọng tính tóan q=4,85kN/m, biết 2 Sau khi có kích thướctiếtdiệntakiểmtrađộ võng cho Ru=1,3kN/cm phép ⎡⎤f ⎢⎥ ql22 4,8.4,5 ⎣⎦l l=4,5m TÝnh M = = =12,474 kNm max 88 qtc =4kN/m Có thể chọncấukiện theo độ võng cho phép q=4,85kN/m chän tiÕt diÖn dÇm ch÷ nhËt () b,h Ru=1,3kN/cm2 h fMlf⎡⎤ theo c«ng thøc kinh nghiÖm h=(11÷÷ )l =(1 2) =≤⎢⎥ 15 30 b lEJl⎣⎦ chän s¬ bé h≥ 15cm M Ml ⎡⎤f 1 W ==max 632 cm 3 ⇒=J = mR x ⎡⎤f ⎢⎥l 250 u E ⎣⎦l ⎣⎦ Momen qu¸n tÝnh tc 336 3 5ql⎡⎤ l 5 40 x 4,5 x 10 x 250 4 bh J 1 == 12000cm 384Ef⎢⎥ 384 106 víi TD ch÷ nhËt J x = ⎣⎦ 12 h chän tiÕt diÖn ch÷ nhËt chän =1, 25→=bh 0,8 π d 4 b 0,8hh34 0,8 víi TD trßn J x = víi ⇒=WJ; = 64 612x Chọncấukiệnxàgồ nhà có mái dốc α=25o chiều dài tc tt 2 nhịp l=3,6m q =1,3kN/m, q =1,6kN/m, Ru=1,3kN/cm ⎡⎤f 1 = (xµ g å ) ⎣⎦⎢⎥l 200 ph©n t¶i trong theo c¸c trôc chÝnh Ph©n t¶i träng theo 2 ph− ¬ng : qq==.cosαα ; q q .sin x y tc tÝnh Wxy vµ W víi c¸c trôc x vµ y qxkNmx ==1, 3 co sα 1, 3 0, 9 0 6 = 1,1 8 / a /.k iÓ m tra c − êng ®é theo c«ng thøc tc qxkNmy ==1, 3 sinα 1, 3 0, 4 2 3 = 0, 5 5 / M x M y σσ=+=xy σ + ≤R u WWxy qxkNmx ==1,8 co sα 1,8 0, 9 0 6 = 1, 6 3 / M ⎛⎞MW. x 1 +≤yx R ⎜⎟u WMWxxy⎝⎠. qxkNmy ==1,8 sinα 1,8 0, 4 2 3 = 0, 7 6 / TD ch÷ nhËt vµ nhÞp cÊu kiÖn theo 2 trôc x,y lµ nh− nhau th× 2 W h M 1, 6 3x 3, 6 x ==ktg vµ y =α M«men M ==2,64kN m Wb M x yx 8 MM⎛⎞MW. thay c¸c trÞ sè vµo ct x 1(1.)+≤yx R ta cã W ≥+x ktgα 2 ⎜⎟u x 0,76x 3,6 WMWxxy⎝⎠. R x M y ==1, 2 3kN m b/.kiÓm tra ®é vâng theo c«ng thøc 8 22 fff=+≤xy[] f
9. 1). Kiểmtraứng suấttrongmặtphẳng uốn NMRn 2/. Tính cấukiệnchịunénuốn σ =+. ≤mRn FWRthξ. th u λ 2.N ξ =−1 3100.FR . n ξλ=⇒10 = NMRn →=σ +. ≤mRn FWRth th u 3100 ξϕϕ=⇒0 NR = F v× = n .λ 2 MN nÕu ≤100%. tinh ck chÞu nÐn ®óng t©m WF