Cấu tạo kiến trúc nhà dân dụng - Chương 6: Mái nhà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA KIẾN TRÚC - QUY HOẠCH BỘ MÔN KIẾN TRÚC DÂN DỤNG CẤU TẠO KIẾN TRÚC NHÀ DÂN DỤNG Chương trình dành cho SV các ngành Xây dựng và Kiến trúc CẤU TẠO KIẾN TRÚC NHÀ DÂN DỤNG CHƯƠNG 6 MÁI NHÀ Chương 6 MÁI NHÀ 3 1. Khái niệm chung 1.1. Khái niệm, yêu cầu của mái  Khái niệm: Mái là bộ phận trên cùng của nhà, vừa là kết cấu chịu lực , vừa là kết cấu bao che - Kết cấu bao che = lớp lợp + kết cấu đỡ lớp lợp - Kết cấu mang lực mái  Tác dụng: - Che mưa, nắng, chống lại bức xạ mặt trời, cách nhiệt, giữ nhiệt, chống thấm - Tạo ổn định chung cho toàn công trình - Tạo mỹ quan công trình  Yêu cầu : - Bền vững - Ổn định (không bị biến dạng, co dãn) - Vật liệu, kích thước, kiểu ráp nối, lắp dựng thích hợp 1.2. Phân loại mái a.Theo hình thức: - Mái hệ kết cấu phẳng (vì kèo, dầm, khung, cuốn) - Mái hệ thống kết cấu không gian (vỏ mỏng, giàn không gian, bản gấp nếp) b. Theo vật liệu - Mái lợp VL kích thước nhỏ (gỗ, các loại thực vật, ngói, đá) - Mái lợp VL kích thước lớn (tấm phibrôxi măng, tấm nhựa, tôn) - Mái BTCT 4 Chương 6 MÁI NHÀ Chương 6 MÁI NHÀ 5 1.2. Phân loại mái c. Theo cấu tạo độ dốc  Độ dốc mái i = h/l (%) (tạo dốc để thoát nước)  Độ dốc mái phụ thuộc: VL cấu tạo mái, hình thức kiến trúc, hình thức kết cấu, hình thức cấu tạo, khí hậu, phong tục tập quán, giá thành XD  Phân loại: - Mái dốc: i=15-100% - Mái bằng: i=5-8% - Mái có hình cong phức tạp Chương 6 MÁI NHÀ 6 2. Cấu tạo mái dốc 2.1. Các hình thức mái dốc  Hình thức mặt bằng, yêu cầu về độ dốc hình thức mái dốc  Các loại: 1 mái, 2 mái, 4 mái, 4 mái có đốc mái, mái ‘‘bánh ú’’, nhiều mái giao nhau 2 mái dốc1 mái dốc 4 mái dốc 4 mái dốc có bịt đốc 4 mái,4 máng xối4 mái dốc kiểu bánh ú 7Chương 6 MÁI NHÀ  Các bộ phận mai dốc: - kết câu chịu lực (tường thu hồi, vì kèo, bán kèo, cầu phong,hệ thống giằng vì kèo và xà gồ) - Lớp lợp (cầu phong, li tô, VL lợp)  Các dạng tổ hợp: - Bộ phận đầu nhà - Bộ phận giữa nhà - Bộ phận nối tiếp: có cấu tạo phức tạp nhất Chương 6 MÁI NHÀ 8 Xà gồ 2.2. Kết cấu chịu lực mái dốc a. Kết cấu tường thu hồi chịu lực  Lợi dụng tường ngang xây thu hồi theo độ dốc mái làm kết cấu chịu lực chính. Trên tường gác xà gồ, trên xà gồ gác cầu phong, litô và lớp lợp đơn giản, kinh tế  Tường thu hồi biên dày 220, giữa dày 110, tăng cường bằng bổ trụ. Khoảng cách giữa các tường thu hồi ≤ 4m  Đặt thép chờ liên kết xà gồ b. Kết cấu cầu phong chịu lực - Lợi dụng tường dọc làm kết cấu chịu lực chính của mái nhà - Cầu phong đặt lên tường ngoài (gỗ: 8x10cm, 8x15cm; thép hình; BTCT) - Áp dụng nhà có chiều ngang không lớn hoặc giữa nhà có khả năng tạo gối tựa, mái dốc đơn giản (mái 1 dốc hoặc 2 dốc) Cầu phong bằng thép hình 9Chương 6 MÁI NHÀ c. Kết cấu vì kèo chịu lực (Sườn nóc): Áp dụng nhà có nhịp rộng nhưng không có tường trong hoặc cột. (Vai trò vì kèo như tường thu hồi).  Vật liệu: tre <5m; gỗ (6-10m), gỗ thép hỗn hợp (10-18m), thép, BTCT (>18m)  Hình thức: tam giác, hình thang, đa giác, cung tròn  Trục nội lực các thành vì kèo hội tụ về 1 điểmmắt kèo  Khoảng cách giữa các vì kèo 3000-6000, liên kết ổn định từng cặp một (thanh, hệ giằng chéo)  Khoảng cách giữa các mắt kèo từ 1500 - 2000 Chương 6 MÁI NHÀ 10 Ví dụ vì kèo gỗ 2.2. Kết cấu chịu lực mái dốc c. Kết cấu vì kèo chịu lực  Vì kèo gỗ - Cấu kiện chịu kéo liên kết bằng chốt gỗ, mộng ghép, đinh, bulông kim loại - Cấu kiện chịu nén liên kết mộng đẽo - Chống thấm mặt tiếp xúc giữa vì kèo và tường (quét hắc ín chống mục)  Vì kèo thép - Cấu kiện liên kết bằng bulông, đinh tán, hàn bản mã (hàn trực tiếp hoặc gián tiếp với tấm thép trung gian) Xà gồ Thanh kèo Ví dụ vì kèo thép 11 Chương 6 MÁI NHÀ 2.2. Kết cấu chịu lực mái dốc d. Các bộ phận chịu lực khác KÈO GÓC – BÁN KÈO  Kèo góc = bán kèo. Cấu tạo như vì kèo thông thường.  Bán kèo hoặc thanh kèo bố trí tại: vị trí giao tuyến của 2 mặt dốc và bộ phận đầu hồi khu nóc Kết cấu dàn đầu hồi khu nóc Chương 6 MÁI NHÀ 12 2.2. Kết cấu chịu lực mái dốc d. Các bộ phận chịu lực khác HỆ THỐNG GiẰNG VÌ KÈO : liên kết không gian các mặt giàn vì kèo. Chịu các lực không nằm trong mặt phẳng dàn vì kèo.  Giằng trong mặt phẳng mái đảm bảo ổn định của toàn dàn và thanh cánh nén. 2 cách: - Dùng xà gồ (liên kết chặt vào thanh kèo, tường đầu hồi) - chiều dài nhà < 20m - Dùng hệ giằng chéo liên kết 2 vì kèo thành 1 khối cứng – khoảng cách giữa các tường ngang > 20m MC dọc Giằng trong MP thẳng đứng  Giằng trong mặt phẳng thẳng đứng - giằng gió đảm bảo vì kèo thẳng đứng - Đặt trong mặt phẳng thẳng đứng giữa dàn, nối với nhau từng đôi một, cách vài ba gian mới bố trí hệ giằng đứng MBằng MC dọc MC ngang MC ngang MBằng Giằng trong MP thẳng đứng và MP mái Chương 6 MÁI NHÀ 13 2.2.Kết cấu chịu lực mái dốc d. Các bộ phận chịu lực khác XÀ GỒ: Đặt trên và nghiêng theo mặt thanh kèo, tường thu hồi  Thường đặt trên các mắt kèo  Tiết diện phụ thuộc khoảng cách các vì kèo hay tường thu hồi  Khoảng cách các xà gồ 1000-2000  Vị trí: xà gồ nóc, xà gồ giữa, xà gồ biên  Vật liệu làm xà gồ: gỗ (6x12 – 12x20cm); BTCT, thép hình Chương 6 MÁI NHÀ 14 2.3. Kết cấu bao che của mái dốc: a. Mái lợp ngói: Ngói máy  Ngói: kích thước ngói máy: ngói to: 13 viên/m2 240x400x350, ngói nhỏ: 22 viên/m2 220x300x30  Cầu phong: vuông góc với xà gồ, khoảng cách 500  Litô: vuông góc với cầu phong, mắc ngói khi lợp, khoảng cách phụ thuộc kích thước ngói (ngói to: 310 - 360mm; ngói nhỏ: 250 -260mm), mép mái đóng chồng li tô (đảm bảo độ dốc) và rút ngắn khoảng cách (280, 180) 15 2.3. Kết cấu bao che của mái dốc a. Mái lợp ngói: Giới thiệu một số loại ngói khác Chương 6 MÁI NHÀ Ngói âm dương Ngói phẳng Chương 6 MÁI NHÀ 16 2.3. Kết cấu bao che của mái dốc b. Mái lợp phibrôximăng  Tấm lợp phibrô xi măng làm từ sợi khoáng amiăng và xi măng, dạng phẳng, lượn sóng nhỏ hoặc lớn dày 3-5mm  Ưu điểm: nhẹ, phòng hỏa cao, thi công nhanh, tiết kiệm  Nhược điểm: cách nhiệt kém, dễ vỡ  Độ dốc 23-33% (18 – 23o)  Lợp phủ lên nhau chiều ngang 1,5-2 múi sóng, chiều dài 150-200, thẳng hàng hoặc so le  Liên kết với xà gồ bằng khoan lỗ đóng đinh, móc thép có ốc vặn và đệm cao su (khoảng cách xà gồ = chiều dài tấm lợp - khoảng chồng lên nhau) Chương 6 MÁI NHÀ 17 2.3. Kết cấu bao che của mái dốc c. Mái lợp tôn  Tấm lợp chế tạo bằng tôn mạ kẽm, hợp kim nhôm dạng phẳng hoặc có múi  Ưu điểm: bền, nhẹ, thích hợp mái khẩu độ lớn, thi công đơn giản, tháo lắp dễ dàng  Nhược điểm: cách nhiệt, cách âm kém  Độ dốc 23-33% (thường 27%15o)  Lợp phủ lên nhau >1,5 múi sóng, 150-300 (chú ý dãn nở về nhiệt, chống gió lùa thốc) Chương 6 MÁI NHÀ 18 2.3. Kết cấu bao che của mái dốc d. Mái dốc bằng BTCT  Là mái BTCT toàn khối được đổ dốc theo thiết kế, dán gạch, ngói lên trên  Ưu điểm: bền, đẹp, chống thấm, chống nóng cao, khó cháy, tạo hình dễ dàng  Nhược điểm: nặng nề, khó sửa chữa, thi công phức tạp, tốn kém. Chương 6 MÁI NHÀ 19 2.4. Tổ chức thoát nước cho mái dốc  Thoát nước tự do  Thoát nước vào máng nước, sênô đặt dọc theo diềm mái thu về ống thoát nước 20 Chương 6 MÁI NHÀ Cấu tạo sênô BTCT 2.4. Tổ chức thoát nước cho mái dốc a. Cấu tạo ống thoát nước và sênô  Ống thoát nước: bằng tôn kẽm, gang, XM sợi khoáng, sành, nhựa tổng hợp, BTCT; có lưới chắn rác ở miệng ống; 1-2,5m2 mái /0,1m2 tiết diện ống  Máng nước, sênô - Khẩu độ mái <6m rộng 250 - Khẩu độ mái 6-15m  rộng 300, - Khẩu độ mái >15m rộng 450 - Độ dốc 0,1-0,2% - Máng nước bằng tôn tráng kẽm, nhựa  liên kết bằng đinh vít, móc thép - Sênô bằng BTCT, liền với dầm, giằng (chú ý chống lật) Cấu tạo máng nước Chương 6 MÁI NHÀ 2.4. Tổ chức thoát nước cho mái dốc b. Máng xối  Máng thu nước đặt nghiêng theo độ dốc ở vị trí giao tuyến 2 mặt mái dốc  Dùng 1 cầu phong xối (tiết diện lớn hơn) hoặc 2-3 cầu phong xối (tiết diện bình thường) 21 Chương 6 MÁI NHÀ 2.5. Cấu tạo chống nóng cho mái dốc Cấu tạo trần mái dốc 2 loại: không làm trần (để lộ kết cấu chịu lực) và có trần (trần áp mái và trần treo) a. Trần áp mái: tận dụng được không gian mái  Trần nghiêng theo mặt phẳng mái  Đóng trực tiếp vào mặt dưới xà gồ 22  Chèn vật liệu cách nhiệt vào khoảng trống giữa mái và trần. b. Trần treo: Trần nằm ngang  Tùy thuộc khoảng cách và khẩu độ của vì kèo, có 2 dạng cấu tạo: - Nhỏ : Dầm trần treo trực tiếp vào quá giang. - Lớn: thêm dầm chính + quá giang treo dầm trần. Có thể tận dụng xà gồ để treo dầm trần c. Mặt trần  Sợi thực vật, sợi khoáng, vôi rơm, XM lưới thép, thạch cao, chất dẻo, tôn kim loại, gỗ Chương 6 MÁI NHÀ 3. Cấu tạo mái bằng Đặc điểm:  Giải pháp mái phổ biến, chủ yếu bằng BTCT  Độ dốc nhỏ (5-8%)  áp lực gió bão ít, kết cấu bền chắc, chống cháy cao, có thể kết hợp các chức năng trên mái như: trồng cây, sân phơi, đặt thiết bị  Tầng trên cùng dễ bị ảnh hưởng thời tiết  chống thấm, chống nóng; mái nặng, giá thánh cao, công tác sữa chữa phức tạp 23 3.1. Lớp kết cấu chịu lực của mái bằng  Cấu tạo cơ bản giống như sàn. Vật liệu bằng BTCT toàn khối hoặc lắp ghép  Khác: bổ sung cấu tạo chống thấm, thoát nước và chống nóng Chương 6 MÁI NHÀ 3.2. Các lớp cấu tạo mái bằng - Lớp chống thấm - Lớp tạo dốc và tổ chức thoát nước vào máng thu nước - Lớp cách nhiệt và bảo vệ mái 3.2.1. Chống thấm:  Chống thấm trực tiếp cho lớp BTCT chịu lực của mái bằng sơn chống thấm  Nếu là BTCT lắp ghép: đổ ă lớp BTCT chống thấm dày 40 24 25 Chương 6 MÁI NHÀ 3.2.2 Tổ chức thoát nước Hình thành độ dốc của mái bằng: a. Tạo dốc bằng vật liệu tạo dốc (kết cấu chịu lực của mái vẫn nằm ngang) Ưu điểm: tăng khả năng cách nhiệt cho mái. Mặt trần phẳng nằm ngang Nhược điểm: nếu mái có diện tích lớn → lớp tạo độ dốc dày → tốn vật liệu, tải trọng mái tăng, đặc biệt tại đầu dốc b. Kết cấu chịu lực được tạo nghiêng bằng các giải pháp  Đặt dầm nghiêng  Dầm có độ cao khác nhau  Dầm có tiết diện thay đổi  Bản phẳng BTCT được làm dốc Ưu điểm: tiết kiệm vật liệu, trọng lượng bản thân nhẹ Nhược điểm: mặt trần nghiêng nên cần làm trần treo Kết cấu chịu lực được tạo nghiêng Tạo dốc bằng vật liệu tạo dốc 26 Tổ chức thoát nước cho mái bằng a. Thoát nước ngoài nhà: Sênô nổi trên mặt tường ngoài, liền với dầm, giằng, thành ngoài thấp hơn 20-30 hoặc có ống chống tràn. Kích thước sênô: khẩu độ mái < 6m rộng 250, 6-15mrộng 300-400, >15mrộng 450-600; độ dốc 1- 2% b. Thoát nước trong nhà: Rãnh thoát nước dấu bên trong tường vượt mái hoặc nằm ở vị trí thích hợp trên mái. Ống thu nước được đặt trong các hộp kỹ thuật . Chương 6 MÁI NHÀ ống thoát nước trong nhà ống thoát nước ngoài nhà Thoát nước trong nhà và ngoài nhà 27 3.2.3 Các biện pháp tổ chức cách nhiệt - Nguyên tắc: a. Cách nhiệt bằng 1 lớp đệm không khí (có sự lưu thông càng hiệu quả) b.Chống nóng bằng phản xạ (gạch trắng, sỏi trắng) c. Chống nóng bằng hấp thụ nhiệt (vật liệu cách nhiệt) Chương 6 MÁI NHÀ Nguyên lý truyền nhiệt qua mái Chống nóng bằng đối lưu Chống nóng bằng vật liệu cách nhiệt 28 Chương 6 MÁI NHÀ Giải pháp chống nóng hiệu quả sử dụng rộng rãi hiện nay ở VN: Thông gió hầm mái - Thiết kế thêm tầng không khí lưu thông. Không khí lưu thông mang nhiệt lượng giảm đi, giảm nhiệt thừa truyền vào phòng. - Mái dốc: Làm trần treo. Yêu cầu phải thiết kế lỗ thông gió cửa hút phía thấp và cửa thoát phía cao. Tầng không khí phải ≥ 40cm - Mái bằng:  Xây tường hay trụ thấp cao 15-30cm, trên đặt gạch lá nem hay tấm đan BTCT 50x50x5cm hoặc 50x100x5cm  Lát gạch đất nung cách nhiệt 6-8 lỗ. Hai đầu phải chừa khoảng lưu thông không khí  Sau khi cấu tạo kết cấu mái theo qui cách bình thường ta lợp thêm lượt tôn hay fibroximăng  Đối với công trình lớn xây tầng hầm mái để tạo không khí đối lưu Giải pháp chống nóng hoàn hảo nhất: Cách nhiệt bằng thảm cỏ, cây xanh . Yêu cầu: lớp đất màu dày ≥ 40cm và cỏ phải luôn xanh tốt.  Ưu điểm: - Triệt tiêu hoàn toàn nhiệt nóng truyền vào phòng. - Cộng sinh với môi trường tự nhiên. - Tiết kiệm năng lượng  Nhược điểm: - Chi phí ban đầu cao so với các phương pháp khác - Đòi hỏi chi phí chăm sóc, bảo dưỡng lớp cỏ, cây xanh thường xuyên.  Cấu tạo: gồm 7 lớp - Lớp cỏ, cây xanh - Lớp đất trồng - Lưới lọc - Lớp thoát nước - Lớp chống xâm hại của rễ cây vào kết cấu mái - Lớp chống thấm - Kết cấu mái 29 Chương 6 MÁI NHÀ Chương 6 MÁI NHÀ 3.3. Các vị trí đặc biệt trên mái bằng a. Vị trí khe lún, khe co giãn  Mái nhà 2 bên khe có độ cao bằng nhau: lớp BT chống thấm đổ thẳng gờ suốt dọc khe lún cao 100mm, xây bờ gạch 2 bên, đậy mũ tôn hoặc đan BTCT  Mái nhà 2 bên khe có độ cao không bằng nhau: lớp BT chống thấm mái phía thấp hơn đổ thẳng gờ suốt dọc khe lún cao 100mm, xây bờ gạch 2 bên, che tôn hoặc đan BTCT găm vào mái phía cao hơn  Đặc biệt: sử dụng mái làm sân bằng phẳng, không xây bờ gạch 2 bên khe lún () c. Mái thấp và tường vượt  Lớp BT chống thấm mái phía thấp làm gờ cao 100mm, phía trên che tôn 30 Khe lún tại sân trên mái 2 nhà có độ cao khác nhau 2 nhà có độ cao bằng nhau 4. Cấu tạo một số mái nhịp lớn Kết cấu phẳng:  Nhịp nhỏ <18m: khung dầm BTCT, khung thép  Nhịp 18-27m: Khung dàn (vì kèo) thép có tiết diện thay đổi  Nhịp 24 – 36m: Khung cuốn BTCT hoặc thép hình  Khẩu độ dưới 20m: vỏ cong 1 chiều Kết cấu không gian  Nhịp 30 – 60m: lưới thanh không gian  Nhịp lớn 60 – 70m: vỏ mỏng cong 2 chiều, gấp nếp  Nhịp 60 – 120 : hệ khung thép không gian, mái dây căng + hệ sườn cứng . 31 Chương 6 MÁI NHÀ Mái vỏ mỏng: Mái gọi là mái vỏ mỏng khi tỷ số d/R ≤ 1/20.(d: chiều dày vỏ, R: bán kính cong của mặt giữa) a. Mái vỏ trụ  Gồm các bộ phận: thân vỏ, dầm biên, 2 đầu còn lại tựa trên các vách cứng.  Chiều dày vỏ trụ d = 5 – 10cm theo công thức d = (1/200 – 1/300)l2 nếu toàn khối và ≥ 3,5cm nếu lắp ghép.  Độ cong vỏ f ≥ 1/10 nhịp hoặc f ≥ 1/6 sóng.  Chiều cao dầm hd = (1/15 – 1/20)l1..  Chiều rộng dầm bd tính theo công thức bd/hd = 0,2 – 0,5  Ghi chú: l1 – nhịp vỏ; l2 – chiều dài sóng b. Mái vỏ cong 2 chiều có mặt bằng chữ nhật  Đặc điểm: vỏ cong lồi, chịu nén là chủ yếu theo cả hai phương lưới cột lớn hơn.  Độ dày vỏ từ 1/450 – 1/500 nhịp nhỏ nhưng không nhỏ hơn 6cm. c. Mái vỏ tròn xoay (vỏ cầu - cupol)  Đặc điểm: được tạo ra bởi một đường sinh quay quanh trục thẳng đứng.  Cấu tạo: Gồm 3 bộ phận chính: vỏ cupol, vành tựa trên và vành tựa dưới.  Chiều dày vỏ cupol 1/600R (bán kính) và phải ≥ 6cm (toàn khối); lắp ghép ≥ 3,5cm  Yêu cầu: tỷ số f/D ≥ 1/5 (f: độ vồng của cupol; D: đường kính cupol). 32 Chương 6 MÁI NHÀ Mai vo tron xoay than vo cot ket cau bienket cau bien cot Cac loai mai vo tru a,Vo mot nhip b,Vo nhieu nhip c,Vo hieu song 33 Chương 6 MÁI NHÀ Hệ lưới thanh không gian a. Các dạng bố trí gối tựa: - Gối tựa côngxôn góc (3,5,6); - Theo chu vi (4,9) - Côngxôn xung quanh (10) - Hệ nhiều nhịp (gối tựa a ở góc trong) (2 -8) b. Các cách cấu tạo gối tựa: - Cột dỡ (mắt trên hoặc dưới) - Hệ thanh chống xiên phẳng hoặc không gian - Dầm đỡ, tường đỡ c. Kích thước mái Chiều dài thanh dàn: 1,2 – 3m Chiều cao dàn: h=1/25 – 1/30L (tấm lợp nhẹ) 1/15 – 1/25L (tấm lợp nặng)