1
Đại học Thủy Lợi Bộ môn Kết cấu công trình
Kết cấu thép Giảng viên: Đặng Tuấn Phong
2
Nội dung chương trình
• Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thép • Chương 2: Liên kết hàn • Chương 3: Liên kết bu lông • Chương 4: Dầm thép • Chương 5: Cột thép • Chương 6: Giàn thép • Bài tập nộp • * Đồ án môn học (Học phần KCT 2)
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
• Vòm cầu thép
3
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
• Bể chứa
4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
• Khung nhà lắp ghép
5
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
• Cầu trục
6
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
• Cửa van thủy lợi
7
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
• Cầu Long Biên
8
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 9
1. Mở đầu - Ưu điểm của kết cấu thép: - Nhược điểm: * Dễ han gỉ * Đắt tiền * Chịu lửa kém
* Vững chắc * Nhẹ * Dễ gia công, dựng lắp
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 10
- Ứng dụng trong thủy lợi: Dùng làm cửa van
Cống Maeslant Hà Lan
Cống Maeslant thuộc dự án Delta – Hà Lan (2 cửa van cung trục đứng có bán kính cửa van 240m)
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 11
- Ứng dụng trong thủy lợi: Dùng làm cửa van
Cửa van phẳng Nhà máy thủy điện DakMi-4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 12
- Ứng dụng trong xây dựng dân dụng:
Cầu thang Sàn …
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 13
- Ứng dụng trong xây dựng dân dụng:
1887 1889 31 tháng ba, 1889 31 tháng ba, 1889
9
324 m (1.063 ft) 300,65 m (986,4 ft)
273 m (896 ft)
Stephen Sauvestre Maurice Koechlin,
Tháp Eiffel (tiếng Pháp: Tour Eiffel) Khởi công Hoàn thành Khánh thành Khánh thành Nhà thầu chính Gustave Eiffel & Cie Số tầng 3 Số thang máy Chiều cao Chiều cao Tính đến mái Tính đến sàn cao nhất Thiết kế Kiến trúc sư Kỹ sư kết cấu Émile Nouguier
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 14
- Ứng dụng trong công trình giao thông:
Cầu tạm
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 15
Thép Carbon: CT2, CT3, CT4, CT5 Thép hợp kim
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT) Kết cấu thép được chế tạo bởi thép xây dựng: - - Cường độ tính toán của thép:
.
tc R R k m
0.
tc
s=
= : Cường độ tiêu chuẩn
c
: Hệ số đồng chất
R 0k m: Hệ số điều kiện làm việc
1m £
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 16
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT) Các loại thép định hình thường dùng: - Thép dải, thép bản:
10x40: thép dải có chiều dày 10mm, bề rộng 40mm
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 17
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT) Các loại thép định hình thường dùng: - Thép chữ C:
: Chiều cao mặt cắt = 40cm
0 40N(cid:204)
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 18
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT) Các loại thép định hình thường dùng: - Thép chữ I:
: Chiều cao mặt cắt = 40cm
0 40NI
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 19
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT) Các loại thép định hình thường dùng: - Thép góc:
L120x10 : Cạnh = 120mm, dày 10mm L140x90x8: Cạnh 140mm, cạnh 90mm, dày 8mm
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 20
N
= ∑
.tc n N c i i i
Trong đó: tc : Nội lực do tải tiêu chuẩn thứ i sinh ra Ni ni: Hệ số tải trọng của tải thứ i ci: Hệ số tổ hợp tải trọng
3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn Tải trọng và hệ số tải trọng Tải trọng tiêu chuẩn: Ptc - - Tải trọng tính toán: P - Hệ số lệch tải: nP Tổ hợp tải trọng - Nội lực tính toán:
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 21
*
=
3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn Tính toán KCT theo trạng thái giới hạn - Trạng thái giới hạn 1 (về cường độ và ổn định)
SR
N
.tc n N c i i i
*
s
=
£
R
Trong đó:
∑ N S
th khi tính toán về ổn định
£
tc
tc
-
,
gh
f L
S: đặc trưng hình học của cấu kiện R*=R khi tính toán về cường độ R*=s Trạng thái giới hạn 2 (về biến dạng hoặc chuyển vị) 1 n 0
D £ D £
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
1. Khái niệm chung 2. Thiết kế dầm định hình 3. Thiết kế dầm ghép (dầm tổ hợp)
22
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu: 4.1.1 Phân loại dầm: • Dầm thép là cấu kiện chịu uốn, vật liệu thép. Tiết
diện chữ I (uốn phẳng), chữ C (uốn xiên)
23
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu: 4.1.1 Phân loại dầm: • Dầm thép định hình: Chữ I, chữ C được chế tạo
sẵn trong nhà máy
INo40
[No40
24
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu: 4.1.1 Phân loại dầm: • Dầm ghép (Tổ hợp): Được ghép bởi nhiều bản ghép, dùng liên kết hàn, đinh tán (bu lông)
25
Chú ý: Khi nào không dùng được dầm định hình mới dùng đến dầm ghép.
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu: 4.1.2 Cách bố trí hệ dầm: a. Kiểu bố trí đơn giản
26
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu: 4.1.2 Cách bố trí hệ dầm: b. Kiểu bố trí phổ thông
27
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu: 4.1.2 Cách bố trí hệ dầm: b. Kiểu bố trí phức tạp
28
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
s =
29
mR
4.1 Mở đầu: 4.1.3 Nguyên tắc tính toán: N - TTGH 1: cường độ S
th
s
=
s
£
ổn định
th
N S
£
- TTGH 2: độ võng
tcf L
1 n 0
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: - Chọn tiết diện - Kiểm tra cường độ cho tiết diện chọn - Kiểm tra ổn định cho tiết diện chọn
30
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B1: Từ sơ đồ thực -> sơ đồ tính toán B2: Vẽ M , Q B3: Xác định Mô đun chống uốn theo yêu cầu của tiết diện dầm theo công thức
Trong đó:
31
Mmax: Mômen lớn nhất xuất hiện
=
W
yc
trên dầm
M max mR
R: Cường độ tính toán của thép
làm dầm m: hệ số điều kiện làm việc
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B4: Từ bảng quy cách thép định hình, chọn thép có W W‡
x
yc
B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ: - Ứng suất pháp:
Trong đó:
s =
32
mR
M W th
M: Mô men tại tiết diện kiểm tra Wth: Mô đun chống uốn tại tiết diện kiểm tra, có kể đến sự giảm yếu do tiết diện bị thu hẹp
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ: - Ứng suất tiếp:
Trong đó:
x
t
= a
33
.
m R . c
Q S max. d . J
b
x
£ d
Qmax: Lực cắt lớn nhất trên dầm b: chiều dày bản bụng : hệ số xét ảnh hưởng giảm yếu
của bản bụng
a =
a
a a d
a: bước lỗ đinh (k/c giữa 2 bulông) d: đường kính lỗ bulông
-
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ: - Kiểm tra cường độ của bản bụng:
Trong đó:
M = W J
M h . b .2
2
s
t+
34
23.
.m R
=
b Q d .
= s = t
h b
b
x Q F b
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ: - Kiểm tra ứng suất cục bộ tại bản cánh:
s
=
35
mR
cb
n P . d z .
b
£
b
b
n=1 P: lực tập trung tính toán b: chiều dày bụng dầm b: bề rộng cánh dầm phụ h1=R+t
h1
z
t: chiều dày cánh dầm chính
d
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B6: Kiểm tra điều kiện độ võng
36
tcf L
1 n 0
VD: Dầm đơn chịu tải phân bố đều q
q
=
.
tcf L
5 384
3 q L . E J .
L
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B7: Kiểm tra ổn định tổng thể Để dầm không bị mất ổn định tổng thể
=
s
37
mR
j
ng
£
M max W .d d: hệ số ổn định của dầm
2
2
J
y
j
y
(
)
a
=
a= f
d
với
tra bảng 4-2
J
= y
.
x
h l 0
l 0 h
J 1,54 xoan J y
Jxoắn: lấy theo bảng 4-5 l0: chiều dài tự do của dầm theo phương ngang
f
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
bc
bc
38
b
b
d
c
hc h
hb hc h
hb
= - h d
=
d c
d c
=
2
h . b b d 2.
h c F b F c
b . c
c
d d
bc
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
39
b
hb hc h
d c
tc
tc
+
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.1 Xác định chiều cao dầm ghép: h phải thỏa mãn 2 điều kiện thông thường - Điều kiện kinh tế - Điều kiện độ võng * Theo điều kiện độ võng (hmin) h càng giảm thì độ võng càng lớn )
q
=
.
.
h min
)
( ∑ p ( ∑ +
R L n . . 0 E
p q
5 24
=
p
tc p n .
p
ptc: Tải trọng động tiêu chuẩn qtc: Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn p: Tải trọng động tính toán q: Tải trọng tĩnh tính toán
=
q
tc q n . q
d
bc
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
40
b
hb hc h
d c
+
F
2
F c
dam
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.1 Xác định chiều cao dầm ghép: = * Theo điều kiện kinh tế(hkt) Với tiết diện chữ I đối xứng
F b F
3
=
l 1,5.
W .
h kt
b
yc
Fb
=
Fmin
l
W
yc
b: độ mảnh bản bụng
M max mR
2Fc
=
l
b
h b d
b
l
Sử dụng khi
h
h
d
b 70-80
Dầm không sườn gia cố
100-160
Dầm có sườn gia cố
bc
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
41
b
hb hc h
d c
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.1 Xác định chiều cao dầm ghép:
Dầm không có sườn gia cố
Dầm có sườn gia cố
d
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
=
h 0,95.
bh
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.2 Chọn các kích thước khác: * Chiều cao bản bụng(hb) Lấy bội số của 50mm
bc
42
b
hb hc h
d c
d
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
43
b)
bc
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.2 Chọn các kích thước khác: * Chiều dày bản bụng(d Theo điều kiện chống cắt của bản cánh
d
b
3 2
Q max mR h c b
‡
b
Theo điều kiện độ mảnh
hb hc h
d
=
l
d c
b
b đã chọn phần trước
h b l
b
d
d
Theo điều kiện cấu tạo
6
mm
b
‡
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.2 Chọn các kích thước khác: * Chiều dày bản cánh(d
44
c)
bc
0, 02
h
d = c
b
Chọn từ 16-40mm, kiểm tra lại theo ct
hb hc h
=
+
h
d 2
h b
c
d c
d
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
bc
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.2 Chọn các kích thước khác: * Chiều rộng bản cánh(bc) Theo điều kiện cường độ
45
b
=
b c
hb hc h
2 d
J c 2 h c c
d c
d
d
= J W
.
c
yc
h 2
3 h b b 12
-
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
bc
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.2 Chọn các kích thước khác: * Chiều rộng bản cánh(bc) Theo điều kiện ổn định cục bộ
46
d
b
b c
b
d
d -
c
hb hc h
2100 R
30
d c
d
d 30
⇒ £ b c
c
b
R + 2100
Nếu kiểm tra lại không thỏa mãn các điều kiện c, bc nhưng Fc=d Thì thay đổi d
c.bc=const
‡
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
)
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện cường độ(s,t Theo điều kiện ứng suất pháp
bc
s =
47
mR
M W th
£
b
2
d
x
=
=
+
d 2.
hb hc h
W th
b c c
J 2 h
2 h
3 h b b 12
h c 2
d c
Theo điều kiện ứng suất tiếp
x
t
=
d
m R . c
Q S max. d . J
b
x
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
bc
)
48
b
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện cường độ(s,t Tại vị trí có M và Q đều lớn cần kiểm tra điều kiện cường độ bản bụng
hb hc h
d c
2
M = W J
M h . b .2
s
t+
d
23.
.m R
=
b Q d .
h b
b
x Q F b
b
b
= s = t Ứng suất cục bộ của bản cánh
h1
z
s
=
£
mR
cb
z=b+2h1, n=1
n P . d z .
b
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện độ võng(ftc/l) Xét dầm đơn chịu tải phân bố đều
q
49
tcf L
1 n 0
tc
tc
tc
L +
∑
(
)
q
p
Khi dầm chịu tải P có thể đổi sang tải q với M=const
=
£
3 L
.
E J .
f L
5 384
1 n 0
x
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện độ võng(ftc/l) Khi dầm có chiều cao thay đổi
tc
=
+
50
.
1
Jx: tính tại m/c giữa nhịp J0: tính tại m/c sát gối
k L
f L
5 48
tc M max E J .
3 25
x
1 n 0
£
J
J
X
0
=
k
J
X
Trong thiết kế cần chú ý
-
J
0, 4
h
hoặc
0
h 0
1 J 6 X
‡ ‡
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
x
=
td= .
T
b
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra liên kết bản bụng và bản cánh Nếu cho liên kết giữa chúng là liên kết hàn Lực cắt trên 1 đơn vị dài QS J
x
h
b=
]
Khả năng chịu cắt của đường hàn (2 phía) [ T
2 .
h h R . h g
c
Điều kiện thỏa mãn :
]h
T
[ T£
c
51
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể Tính toán như phần dầm định hình với Jxoắn tính như sau
s
=
52
mR
j
ng
3
=
+
M max .d W (
)
J
xoan
d h b b
d b 2 c
3 c
1,3 3
Hệ số a tính theo công thức
3
d
a
=
+
8
1
3
b d
2
l 0 c h b c
d h b 2 c
c
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ Ổn định cục bộ của bản cánh ( chịu nén )
2
3
c
53
d c
s
=
s
0,8
.10
th
c
‡
bc
daN 2 cm
d 100 a 1
a1
15
b
a 1 d
2100 R
c
£ d
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ Ổn định cục bộ của bản bụng ( có thể bị mất ổn định do t , s hoặc liên hợp t + s ). Xét TH do riêng ứng suất tiếp gây ra
2
b
t
=
+
d: cạnh ngắn tấm chữ nhật m : tỉ số cạnh dài / cạnh ngắn
1, 25
3 .10
th
0,95 m 2
d 100 d
daN 2 cm
54
70
h b d
2100 R
b
>
70
Khi dầm bị mất ổn định cục bộ, cần gia cố bằng sườn đứng
h b d
b
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
b >100
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ b = hb/d amax = 2hb nếu l amax = 2,5hb nếu l
b = hb/d
b ≤100
55
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
56
b
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ Ổn định cục bộ của bản bụng ( có thể bị mất ổn định do t , s hoặc liên hợp t + s ). Xét TH do riêng ứng suất pháp gây ra Tại vị trí có M lớn, ư/s chủ yếu là ư/s pháp s
s
d
2
3
b
s
=
hb
.10
K
th
0
daN 2 cm
d 100 h b
s +
s +
Với K0=f(g) là hệ số phụ thuộc độ cứng liên kết bản bụng - cánh
- -
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
57
b
3
s
s
d
c
g
=
c .
c=0,8
hb
d d
b c h b
b
s +
s +
- -
g
Quan hệ g ~ K0 cho trong bảng 4-7 SGK 2
<0,8
10
1
6
4
≥30
K0 6,3
6,62 7,00 7,27 7,32 7,37 7,46 Khớp =======================(cid:1) Ngàm
160
h b d
2100 R
Với thép CT3, theo quy định quy phạm
b
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
58
160
h b d
2100 R
b
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ Khi không thỏa mãn điều kiện thì cần phải gia cố sườn dọc
£
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): 4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn: * Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ Ổn định cục bộ của bản bụng ( có thể bị mất ổn định do t , s hoặc liên hợp t + s ). Xét TH do liên hợp ứng suất pháp và ứng suất tiếp gây ra
s
=
2
2
b
hM b J 2
b
b
+
59
m
s s
t t
th
th
t
=
b
x Q d h b b
m: hệ số điều kiện làm việc Jx: mô men quán tính chính của toàn mặt cắt
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
1. Khái niệm chung 2. Cột chịu nén trung tâm (đúng tâm) 3. Cột chịu nén lệch tâm
60
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.1 Khái niệm chung - Định nghĩa: Cột là phân tố chủ yếu chịu nén - Phân loại:
Theo tải trọng
Nén đúng tâm Nén lệch tâm
Theo hình thức tiết diện:
61
Cột đặc
Cột rỗng
Thanh giằng
Bản giằng
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
N
e
N
Cột đặc
Cột đặc
Cột rỗng bản giằng
chịu nén đúng tâm chịu nén lệch tâm
62
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
Cột rỗng thanh giằng
Cột rỗng bản giằng
63
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.1 Công thức chung kiểm tra ổn định
s
=
64
R
j
N F
j
)
( l= f
l =
Với
, : Độ mảnh của cột
f : Hệ số uốn dọc, tra bảng 5-1 0l r
=
: bán kính quán tính của tiết diện
r
N
N
N
N
J F lm= .
:Chiều dài tính toán
l 0
của thanh nén, phụ thuộc vào liên kết hai đầu cột
m = 0,5
m = 0,7
m = 1,0
m = 2,0
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
Jd
m=
Trường hợp cột nằm trong hệ khung phẳng l 1.
Trong đó m
l 0 1=f(k)
=
k
h
JC
J .d l
h J
c
Giá trị hệ số m
1 đối với cột có mặt cắt đều
ℓ
65
k
0
0,2
0,3
0,5
1
2
3
≥10
Lk ở móng
2
1,5
1,4
1,28
1,16
1,08
1,06
1,0
Ngàm
-
3,42
3,0
2,63
2,33
2,17
2,11
2,0
Khớp
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột a. Cột đặc
s
=
66
R
Đối với trục X:
x
j
N F
x
Bang
5 _1
x
=
l
=
j
£
r x
lm= .
xl
0
x
x
J x F
l 0 r x
s
=
(cid:190) (cid:190) (cid:190) (cid:190) fi
R
y
Đối với trục Y:
j
N F
y
J
y
Bang
5 _1
=
l
=
j
£
lm= .
r y
yl
0
y
y
y F
l 0 r y
(cid:190) (cid:190) (cid:190) (cid:190) fi
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột b. Cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
dbg
=
s
67
R
x
j
Đối với trục X: N F
x
ln
=
r x
J x F lm= .
xl
0
c
X
X
Bang
5 _1
x
l
=
j
£ a
x
x
l 0 r x
Y
Y
(cid:190) (cid:190) (cid:190) (cid:190) fi
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột b. Cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
dbg
=
s
68
R
y
j
Đối với trục Y: N F
ln
y Trong đó: đối với trường hợp bản giằng
yl
0
2
J
y
1
c
l
=
=
£
y
+ r y
2 r y 1
r y
1
c = 2
lm= . l 0 r y
y F n
X
5 _1
n
j
= Bang
l +
l =
l
l
‹ (cid:190) (cid:190) ‹ (cid:190) (cid:190)
y
td y
2 y
2 n
n
l r y
1
Y
‹ (cid:190) (cid:190) (cid:190) (cid:190) ‹ (cid:190) (cid:190)
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
69
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột b. Cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
=
s
a
R
y
j
Đối với trục Y: N F
y Trong đó: đối với trường hợp thanh giằng
X
yl
0
2
J
y
1
l
=
=
£
Y
y
+ r y
2 r y 1
r y
1
c = 2
lm= . l 0 r y
y F n
o
=
30
k
45
o
a=
=
5 _1
k
)(f
40
k
31
j
= Bang
+ l
l
‹ (cid:190) (cid:190) ‹ (cid:190) (cid:190)
k
y
td y
2 y
o
o
=
‹ (cid:190) (cid:190) (cid:190) (cid:190)
45
60
k
27
F ∑
F t
=a =a =a
fi
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) a.Thép chữ I định hình Từ điều kiện ổn định
=
F yc
70
bang
5 1
l
j
N mRj
Giả thiết l
gt
gt=60÷80
=
yc r x
l ox l
gt
=
yc r y
l oy l
gt
Từ số liệu tính được tiến hành chọn thép định hình VD: Chọn tiết diện thân cột hàn chịu nén trung tâm. Biết các thông số lox=9,1m; loy=4,55m; N=2000kN; m=1 Vật liệu thép CT3
====> INo???
- (cid:190) (cid:190) (cid:190) (cid:190) fi
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) a.Thép chữ I định hình
Kiểm tra tiết diện chọn Theo điều kiện cường độ
s =
71
mR
N F th
Theo điều kiện ổn định
N
s
=
j
£
)
mR
;
( j j min
= min
y
;x
j
F
min
Kiểm tra giới hạn độ mảnh của cột - Cấu kiện cơ bản: - Cấu kiện phụ:
l ≤ 120 l ≤ 150
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Từ đk ổn định
=
F yc
N mRj
Giả thiết l
l
72
= gt
=
l
£ (cid:190) (cid:190) fi ‚
gt theo kinh nghiệm = ‚ kN l ; 1500 0 3000 5000
5 6
m
N N
60 80
5 6 m = ‚ kN l ; 0
80 100 = gt
Tính các bán kính quán tính
;
=
=
a
‚ (cid:190) (cid:190) fi ‚
=
=
a
yc r y
b c
2
b c
yc r x
h b
1
h b
l oy l
l ox l
gt
gt
a 1,a 2: Hệ số tra bảng 5-2 trang 111 SGK
(cid:190) (cid:190) fi (cid:190) (cid:190) fi
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
d d
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép Xác định các kích thước khác c: chiều dày bản cánh b: chiều dày bản bụng d
d= 2
c
b
Thường chọn: d
+
=
c =8÷40mm; d F F 2 c b
b =6÷16mm + = d h b b
F yc
d b 2 c
c
73
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện cường độ
s =
74
mR
N F th
Theo điều kiện ổn định
N
s
=
j
£
)
mR
;
( j j min
= min
y
;x
j
F
min
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh
75
l
(
)
K
K
f
;
0
= 0
b
a 1 d
c
b c
d £
l
25
50
75
100
125
a 1
14
15
16,5
18
20
K0
c
d
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều (Tiết diện thường dùng là chữ I) b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện ổn định cục bộ bản bụng
=
76
l
40
l 0, 2
b
max
h b d
2100 + R
£
l
b 75
b
Khi không thỏa mãn điều kiện thì phải gia cố bằng các sườn dọc, sườn ngang Kiểm tra giới hạn độ mảnh của cột
- Cấu kiện cơ bản: l ≤ 120 l ≤ 150 - Cấu kiện phụ:
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) a. Hình thức tiết diện
- Thân cột rỗng thường được ghép bởi 2(4) thép định hình
liên kết với nhau bằng thanh(bản) giằng
- Tác dụng của giằng là làm cho 2 nhánh cột
dbg
77
ln
a
cùng làm việc + Cột thanh giằng: thanh giằng chịu lực dọc + Cột bản giằng: bản giằng chịu lực cắt, lực uốn bg= 6-12mm
c
X
X
Y
Y
d
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
l=
l
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) b. Chọn tiết diện nhánh cột Nguyên tắc: chịu lực theo 2 phương phải bằng nhau td y
x
Xuất phát từ điều kiện ổn định đối với trục X =>chọn tiết diện nhánh:
=
yc F x
j
N mR
x
Giả thiết l
x
x = 50 ÷ 90, tra bảng được j =
yc r x
gt
l ox l chọn tiết diện nhánh cột
yc r x
,yc F x
78
= mR F ,
F 2 n
Từ =>Kiểm tra lại điều kiện ổn định đối với trục X
N Fj
x
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) c. Xác định khoảng cách c giữa trọng tâm 2 nhánh (gần đúng) - Với cột bản giằng:
79
c
2 oy l l
l
»
2 x
2 n
- Với cột thanh giằng:
l 2 oy
-
c
l
»
k
2 x
F n F t
-
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) d. Kiểm tra tiết diện chọn - Điều kiện ổn định:
N
s
=
j
80
)
mR
;
( j j min
= min
y
;x
j
F
min
- Điều kiện cường độ:
s =
£
mR
N F th
- Điều kiện độ mảnh:
- Cấu kiện cơ bản: l ≤ 120 l ≤ 150 - Cấu kiện phụ:
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) e. Tính toán bản giằng, thanh giằng - Lực cắt tác dụng vào thanh giằng, bản giằng:
- Đối với thép thường (CT3 hoặc tương đương): Q=20Fng - Đối với thép cường độ cao: Q=40Fng
81
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) e. Tính toán bản giằng, thanh giằng - Tính toán thanh giằng: xác định nội lực Nt trong thanh
giằng xiên
a
=
2
N
sin
Q
t
⇒ = N t
a
Q 2sin
Tiết diện thanh giằng được chọn theo điều kiện ổn định
s
=
82
mR
j
N t F t
t
l £
Độ mảnh giới hạn:
150
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng) e. Tính toán bản giằng, thanh giằng - Tính toán bản giằng:
Q
dbg
M =
bg
ln
Mbg
l1
=
T bg
Ql 1 4 Ql 1 c 2
M
bg
t
=
t
=
;
M
Q
c
W h
Q F h
X
Kiểm tra đường hàn của liên kết
h
t
=
t
+ t
83
max
2 M
2 Q
gmR
£
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.3 Cột đặc chịu nén lệch tâm 5.3.1 Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng uốn (đối với trục X)
s
=
84
mR
j
N lt F x
j
=
)
:h/s ổn định của cột chịu nén lệch tâm (Bảng 5-8)
lt x
x
( l 1, f m m1: hệ số tính đổi
£
=
h
h =
=
m .
.
.
.
y
-
m 1
x
e . x
max
h )
M F x ( N W x
1 2 r x
-
: hệ số ảnh hưởng của hình dáng tiết diện (bảng 5-9)
h
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.3 Cột đặc chịu nén lệch tâm 5.3.2 Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn (đối với trục Y)
s
=
85
mR
F
N j lt . c y
£
=
=
m
c
;
j
x
)
+
m .
1
lt:h/s ổn định theo phương trục Y y c: hệ số ảnh hưởng bởi mô men uốn b M F x a ( N W x
x
a,b
: tra bảng 5-12
-
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.3 Cột đặc chịu nén lệch tâm 5.3.3 Chọn kích thước tiết diện Từ điều kiện ổn định
=
F yc
j
N lt mR x
j
)
lt x
x
( nên cần giả thiết l l = x, m1 f m 1, Giả thiết l x=50-90, thông thường chọn l
l
yc r = x
86
h
2,8
gt x
= yc r x
m 1
F yc
a
x=70 e x h
l fi = ox l gt x
1
Chọn được tiết diện cần phải kiểm tra lại
fi fi fi
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
1. Khái niệm chung 2. Thiết kế giàn thép
87
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Giàn là cấu kiện bụng rỗng chủ yếu chịu uốn
88
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Giàn là cấu kiện bụng rỗng chủ yếu chịu uốn
89
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Cấu trúc của kết cấu mái
90
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Giàn được ghép bởi các thanh thẳng, liên kết với nhau nhờ
bản mắt - Ưu điểm: Chịu uốn rất tốt Tiết kiệm vật liệu Chế tạo đơn giản Hình thức đẹp
91
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các cách bố trí giàn thép thường gặp
92
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các cách bố trí giàn thép thường gặp
93
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các cách bố trí giàn thép thường gặp
94
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
95
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Pratt (20-100m)
(Loại chịu trọng lực)
(Loại chịu lực nâng)
Loại dốc về 2 bên
96
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Warren (W)
97
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu North Light Dùng với nhịp ngắn, thích hợp với nhà xưởng cần đón ánh sáng
98
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Răng Cưa (Cánh Bướm) Dùng với nhịp ngắn, thích hợp với nhà xưởng cần đón ánh sáng
99
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu chữ X Dùng thích hợp khi có lực xô ngang
100
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Fink Dùng thích hợp với kết cấu mái nhà
101
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp
102
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung - Các tiết diện thanh giàn thường gặp
- Các kích thước chính của giàn: Nhịp tính toán
l
l= +
0
a 2
l=l0 nếu giàn liên kết cứng với cột a: bề rộng gối đỡ l0: khoảng cách trong giữa hai gối
Chiều cao giàn: là chiều cao tại giữa nhịp giàn, thông thường do điều kiện độ cứng quyết định
103
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn •B−íc 1: ThiÕt lËp s¬ ®å hình häc giµn, t¶i träng
•B−íc 2: X¸c ®Þnh t¶i träng nót •B−íc 3: X¸c ®Þnh nội lực •B−íc 4: X¸c ®Þnh chiÒu dµi tÝnh to¸n
•B−íc 5: Chän tiÕt diÖn thanh giµn
•B−íc 6: TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¾t dµn
104
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn * Xác định nội lực tác dụng vào nút
Trường hợp Tải trọng tập trung
105
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn 6.2.1 Tính toán các thanh giàn - Thanh chịu kéo:
=
F yc
KÕt cÊu hµn β=1 KÕt cÊu ®inh t¸n β<1
N mRb
- Thanh chịu nén trung tâm
106
=
B
_ 5 1
F yc
l
j
j
gt
N gt mR
Chọn
l
=
=
- (cid:190) (cid:190) (cid:190) fi
⇒
80
120
gt
yc r x
l ox l
gt
VD: Fyc= 16cm2 ryc=2,95cm ???
=
yc r y
l oy l
gt
fi
2L90.56.6
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn 6.2.1 Tính toán các thanh giàn - Thanh chịu kéo lệch tâm:
s =
107
mR
N M + F W th
th
- Thanh chịu nén lệch tâm
=
j
l
=
£
⇒
2,8
60
80
⇒ = h
N j lt mR x ⇒ = m 1
lt x
gt
F yc l ox al
e x h
gt
1
6.2.2 Kiểm tra độ mảnh giới hạn
fi
Thanh cánh
Thanh bụng
l =120 (nén) 150
l =400 (kéo) 400
Thanh giằng
200
400
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn 6.2.3 Thiết kế mắt giàn - Đường trục hội tụ tại một điểm - Chiều dày bản mắt
< 200
108
N(kN)
500 ÷ 700
8
200 ÷ 500 10
12
d (mm)
- Mắt giàn thường có hình dạng đơn giản - Góc giữa thanh bụng với bản mắt a = 10 ÷ 200 - Khoảng cách giữa các thanh từ 10 ÷ 15mm - K/c giữa các mắt giàn : 1,5÷2,5m
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn 6.2.3 Thiết kế mắt giàn - Tính liên kết
t
=
109
h mR g
N b
∑
i h l . h h
£
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn 6.2.4 Chiều dài tính toán thanh nén Giả sử thanh AB mất ổn định • Thanh AB sẽ uốn quanh hai mắt giàn A và B. Do bản mắt có độ cứng nên kéo theo các thanh khác cũng quay theo bản mắt. • Nhưng các thanh đó cũng đồng thời chống lại sự quay của mắt giàn, chống lại mạnh nhất là các thanh kéo → đi đến nhận xét:
Mắt nào nối với nhiều thanh chịu kéo thì khó quay Mắt nào nối với nhiều thanh chịu nén thì dễ quay
110
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn 6.2.4 Chiều dài tính toán thanh nén
111
Loại thanh giàn
Chiều dài tính toán
Thanh cánh
lox d
Thanh bụng giàn
0,8d
loy d1 d
Thanh bụng đầu giàn
d
d
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng
112
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng
113
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng
114
