ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP, GỖ
BÀI GIẢNG
KẾT CẤU THÉP GỖ
THÔNG TIN CHUNG VỀ MÔN HỌC
1. Thời lượng môn học: 3 tín chỉ
Số tín chỉ lý thuyết: 2
Số tín chỉ tự học: 1
Thi 1 lần. Thi trắc nghiệm chung toàn khóa.
2. Hình thức thi:
3. Tiêu chuẩn đánh giá kết quả học phần:
Điểm quá trình: 20% Điểm danh: 5/10
Kiểm tra : 5/10
Điểm thi : 80%
GIÁO TRÌNH HỌC
TIÊU CHUẨN, SÁCH THAM KHẢO
NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
CHƯƠNG 1 – CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG 3 - LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
1.1. Đại cương về kết cấu thép
Khái niệm
Kết cấu thép là kết cấu của công trình xây dựng bằng thép
hoặc bằng kim loại khác.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Ưu nhược điểm của kết cấu thép
1. Ưu điểm
Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao.
Có tính công nghiệp hóa cao.
Trọng lượng nhẹ.
Tính kín.
Có tính cơ động trong vận chuyển lắp ráp.
2. Nhược điểm
Bị xâm thực.
Chịu lửa kém: ở T =500 600°C thép chuyển sang dẻo.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Phạm vi ứng dụng
Nhà công nghiệp
Bể chứa
Nhà nhịp lớn
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Tháp thép
Nhà cao tầng
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Cầu thép
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Kết cấu cầu di động
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Nhà công nghiệp
Phạm vi ứng dụng
Nhà nhịp lớn
Khung nhà nhiều tầng
Cầu đường bộ, đường sắt
Kết cấu tháp cao: cột điện, ăng ten vô tuyến
Kết cấu bản: Bể chứa dầu, bể chứa khí ...
parabol...
Các loại kết cấu di dộng: Cần trục, cửa van,gương ăng ten
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Yêu cầu đối với kết cấu thép
1. Yêu cầu về sử dụng
2. Yêu cầu về kinh tế: (Giá thành thấp)
Đảm bảo độ bền, độ cứng, độ ổn định, độ bền lâu và thẩm mỹ.
Tiết kiệm vật liệu, tính công nghệ khi chế tạo, lắp ráp nhanh ...
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Vật liệu sử dụng trong kết cấu thép
Thép = Fe + C + Hợp kim + Tạp chất
Một số hình ảnh lò luyện thép
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Cán thép sợi
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Cán thép
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Cán nóng thép hình
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Phân loại Thép
1. Theo thành phần hóa học
Thép Cácbon:
Fe + C
• % C < 1,7%
• Thép Cácbon thấp (%C <0,22%) mềm, dẻo, dễ hàn dùng trong xây
dựng
• Thép Cácbon vừa và cao dùng trong các ngành công nghiệp khác
Thép hợp kim:
Fe + C + Hợp kim
• Thép hợp kim thấp (% kim loại khác < 2,5%) được dùng trong xây dựng
• Thép hợp kim vừa và cao: Không được dùng trong kết cấu xây dựng
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Theo phương pháp luyện thép
• Lò bằng (Martin)
• Lò quay (Besmer, Thomas)
• Lò quay cải tiến
3. Phân loại theo mức độ khử ôxy
• Thép sôi
• Thép tĩnh
• Thép nửa tĩnh
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Cấu trúc và thành phần hóa học của thép
Thép có cấu trúc tinh thể, bao gồm:
1. Cấu trúc:
- Hạt pherit: (Fe) có tính dẻo, mềm chiếm 99% trong lượng thép.
- Màng xementit: (Fe3C) có tính chất cứng và giòn.
- Màng peclit: do xementit hỗn hợp với ferit tạo thành.
2. Thành phần hoá học: gồm có Fe và C.
- Mn: làm tăng cường độ, tăng độ dai. (%Mn > 1,5% thép trở nên
giòn).
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
- Si: làm tăng cường độ thép, giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn.(% Si
- P: làm giảm tính dẻo và độ dai của thép.
< 0,3%).
- S: Làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao, dễ bị nứt khi hàn và rèn.
- Đối với thép hợp kim, đưa thêm vào các nguyên tố kim loại như
Cu, Ni, Cr, Ti ... tăng tính năng cơ học, tăng độ bền chống gỉ của
thép.
- Ôxy, Nitơ làm thép bị giòn, giảm cường độ
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Số hiệu thép xây dựng
- Thép cácbon thấp, giới hạn chảy không quá 360 MPa.
1. Thép các bon thấp cường độ thường
- Số hiệu thường dùng:
CCT38, CCT38s, CCT38n, CCT38nMn
CCT34, CCT34s, CCT34n
CCT42, CCT42s, CCT42n
- Ý nghĩa kí hiệu: CCT38s
38 Giới hạn bền daN/cm2 s Phương pháp khử
• s - Sôi • n - Nửa tĩnh
CT Các bon thấp
C Nhóm thép • A - Cơ học • B - Hóa học • C - Cơ hóa • Không ghi - Tĩnh
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Thép cường độ khá cao
- Thép các bon thấp qua nhiệt luyện hoặc thép hợp kim thấp, giới
hạn chảy không quá 400 MPa, giới hạn bền 450-540 MPa.
- Số hiệu thường dùng:
- Ý nghĩa kí hiệu:
09Mn2,14Mn2,16Mn2Si, 09Mn2Si, 10Mn2Si1, 10CrSiNiCu.
Hai chữ số đầu chỉ phần vạn hàm lượng cácbon.
Các chữ cái chỉ tên hợp kim có trong thép.
Các chữ số đứng sau tên hợp kim chỉ % hàm lượng hợp kim (nếu
hàm lượng 1%).
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
3. Thép cường độ cao
- Thép hợp kim thấp qua nhiệt luyện, giới hạn chảy trên 440 MPa,
giới hạn bền trên 590 MPa.
- Số hiệu thường dùng: 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV...
- Ý nghĩa kí hiệu: N - nitơ, Mo - môlípđen, V - vanađi
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Các tính chất cơ học của thép
Sự làm việc chịu kéo - Dạng làm việc cơ bản
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Biểu đồ ứng suất biến dạng và các giai đoạn chịu lực
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
OA' - Giai đoạn đàn hồi: Bỏ lực, mẫu thép trở lại hình dạng ban
OA - Giai đoạn tỉ lệ: biểu đồ là đoạn thẳng, - có quan hệ tỉ lệ,
đầu.
tuân theo định luật Húc.
làm việc đàn hồi.
AA' - đồ thị hơi cong đi, không còn quan hệ tỉ lệ, nhưng thép vẫn
A'B - Giai đoạn đàn hồi dẻo: Biểu đồ là đường cong rõ rệt, thép
không còn làm việc đàn hồi.
BC - Giai đoạn chảy dẻo: Là đoạn thẳng nằm ngang. Biến dạng
CD - Giai đoạn củng cố: Biểu đồ là đường cong thoải. Lực tăng,
tăng khi P không đổi. đoạn BC gọi là thềm chảy.
biến dạng tăng nhanh. Mẫu thép bị thắt lại, tiết diện thu nhỏ và bị
kéo đứt tại D.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Thềm chảy chỉ có ở thép các bon thấp. Biểu đồ kéo của thép các bon cao hoặc thép cường độ cao không có thềm chảy. Sau giai đoạn đàn hồi thép chuyển ngay sang giai đoạn củng cố. Vì vậy, giới hạn chảy là quy ước và lấy bằng ứng suất khi biến dạng dư đạt giá trị 0,2%.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Các đặc trưng cơ học chủ yếu
b – Giới hạn bền: Hệ số an toàn
c – Giới hạn chảy: Cường độ
0 – Độ giãn dài khi đứt: Dấu hiệu báo sự phá hoại
Sự làm việc chịu nén
Tương tự như chịu kéo, có cùng tl ,c và E.
cácbon thấp (mẫu thép bị phình to ra và vẫn tiếp tục chịu được tải
Trong giai đoạn củng cố không xác định được giới hạn bền ở thép
trọng).
Trong giai đoạn làm việc đàn hồi hoặc đàn hồi dẻo, các đặc trưng
cơ học tính toán của thép chịu nén lấy giống chịu kéo.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Sự phá hoại giòn
nứt, xảy ra đột ngột khi kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Phá hoại giòn: sự phá hoại với biến dạng nhỏ kèm theo những vết
Một số nguyên nhân gây phá hoại giòn:
• Sự biến cứng nguội.
• Sự tập trung ứng suất.
• Sự lão hoá.
• Sự mỏi của thép.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
,
,
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG
I. Thép hình
1. Thép góc
- Dùng làm thanh chịu lực như thanh
kiện liên kết các kết cấu khác.
chống, thanh dàn hoặc dùng làm cấu
- Có hai loại : đều cánh và lệch cánh.
- Kí hiệu :
Ví dụ : Thép đều cánh L 50x50x5,
- Chiều dài l = 4 – 13 m.
thép lệch cánh L 63x40x4.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Thép chữ I
- Có tất cả 23 loại chiều cao từ 100 – 600 mm.
- Dùng làm dầm, làm cột .
- Kí hiệu : Ví dụ : I 30
Chiều dài l = 4 – 13 m.
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
3. Thép chữ C
cầu.
- Dùng làm tiết diện cột, dầm chịu uốn xiên, thanh dàn trong dàn
- Có tất cả 22 loại tiết diện từ C5 đến C40
Chiều dài l = 4 – 13 m
- Kí hiệu : C22
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
II. Thép tấm
• Thép tấm phổ thông
Có tính vạn năng
• Thép tấm mỏng
• Thép tấm dày
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
III. Thép hình dập nguội
Nhẹ hơn nhiều so với thép hình
Dập nguội từ những tấm thép mỏng (2 – 16 mm)
Hiện tượng tập trung ứng suất và phá hoại giòn
Thép Z và C dập nguội
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
§ 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP
I. Phương pháp trạng thái giới hạn
1. Trạng thái giới hạn I - khả năng chịu lực (cường độ, ổn định)
N S
S - Tải trọng cho phép, nội lực giới hạn, cường độ
N - Tải trọng, nội lực, ứng suất (tải trọng tính toán)
2. Trạng thái giới hạn II - Biến dạng
[]
- Độ võng, độ lún, lún lệch, độ nghiêng, góc xoay, gia tốc,
[] - biến dạng cho phép trong tiêu chuẩn
chuyển vị đỉnh...
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
II. Tải trọng và tác động: TCVN 2737-1995
- Tải trọng thường xuyên : Trọng lượng kết cấu, đất
1. Phân loại tải trọng
- Tải trọng tạm thời:
• Dài hạn: Thiết bị (quạt, bàn ghế…)
• Ngắn hạn: Con người, gió
• Đặc biệt: Động đất, nổ…
2. Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán
- Tải trọng tiêu chuẩn Pc: xác lập trên cơ sở thống kê
sai lệch ngẫu nhiên khác với điều kiện sử dụng bình thường
- Tải trọng tính toán P: xét đến sự biến thiên của tải trọng do những
P =Pcp
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
III. Cường độ tiêu chuẩn và tính toán
Cường độ khác xem bảng 1.2 trang 38
Cường độ chịu kéo xem bảng 1.1, 1.2 phụ lục 1 trang 284
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
3. Hệ số độ tin cậy của tải trọng
Tải trọng p < 2 kN/m2 p = 1,3 Tải trọng p 2 kN/m2 p = 1,2 Tải trọng gió : p = 1,2 Vật liệu thép p = 1,05
4. Tổ hợp tải trọng
Xét đến tính không đồng thời để các tải trọng cùng đạt giá trị lớn
nhất
THCB 1:
THĐB:
THCB 2:
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CƠ BẢN
I. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm
Kiểm tra bền
II. Cấu kiện chịu uốn
1. Kiểm tra bền
Trường hợp không cho phép có biến dạng dẻo
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Trường hợp cho phép có biến dạng dẻo
2. Kiểm tra võng
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
IV. Cấu kiện chịu (kéo) nén lệch tâm
Cấu kiện chịu kéo hoặc cấu kiện chịu nén có me>20
1. Kiểm tra bền
Không biến dạng dẻo:
Có biến dạng dẻo:
2. Kiểm tra ổn định
Trong mặt phẳng
Ngoài mặt phẳng
CHƯƠNG I - CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
III. Cấu kiện chịu nén đúng tâm
1. Kiểm tra bền
2. Kiểm tra ổn định
- : là hệ số uốn dọc, tra bảng theo ( , f )
