Bài giảng Kết cấu thép (Phần cấu kiện cơ bản)

KẾT CẤU THÉP

PHẦN CẤU KIỆN CƠ BẢN

TS. Nguyễn Trung Kiên

Bộ môn Kết cấu công trình Khoa Xây dựng và Cơ học ứng dụng http://fca.hcmute.edu.vn Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, 09-2012

NỘI DUNG

• TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP • LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ LIÊN KÊ(cid:15)T BU LÔNG • TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP • TÍNH TOÁN CỘT THÉP • TÍNH TOÁN DÀN THÉP

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Kết cấu thép – cấu kiện cơ bản (Phạm Văn Hội và các tác giả khác – NXB KHKT 2009) • Kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp (Phạm Văn Hội và các tác giả khác – NXB KHKT 2006)

• Bài tập thiết kế kết cấu thép (Trần Thị Thôn

– NXB ĐHQG TPHCM 2009)

• TCXDVN 338-2005

NỘI DUNG

• TỔNG QUAN VÊ(cid:11) KÊ(cid:13)T CÂ(cid:13)U THÉP • LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ LIÊN KÊ(cid:15)T BU LÔNG • TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP • TÍNH TOÁN CỘT THÉP • TÍNH TOÁN DÀN THÉP

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:1)

ĐẶC ĐIỂM KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP PHẠM VI ỨNG DỤNG KCT CÁC YÊU CÂ(cid:13)U ĐÔ(cid:15)I VỚI KCT VẬT LIỆU THÉP QUY TĂ(cid:15)C CÁN THÉP TRONG XÂY DỰNG

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

•

I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP Öu

•

Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao Thép có cường độ cao: fy=220 - 400Mpa Cấu trúc đồng nhất của vật liệu

•

Cấu trúc vi mô thép [µm]

Thép: c= 3,7.10-4 m-1

“Nhẹ nhất” so với kết cấu chịu lực khác như bê tông, gạch, đá, gỗ (cid:2) c=g /f • • Gỗ: c= 5,4.10-4 m-1 •

Bê tông : c= 2,4.10-3 m-1

•

Trọng lượng nhẹ

•

Vật liệu, kết cấu thực hiện trong nhà máy

Cấu trúc bê tông [cm]

Công nghiệp hóa cao

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:1)

I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP Öu

•

Không thấm nước Không thấm khí • (cid:2) Bể chứa chất lỏng

Cấu trúc vi mô thép [µm]

Bể chứa xăng dầu

Kết cấu Loggia KCT

Tính cơ động trong vận chuyển và lắp ráp Tính kín

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP

Khuyết

•

Chịu gỉ kém

(cid:2) Bảo vệ bằng : sơn, mạ kẽm, mạ nhôm, …

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP

Khuyết

•

Vật liệu không cháy Vật liệu chuyển sang dẻo, mất khả năng chịu lực từ t=500-600oC (cid:2) Bảo vệ bằng : sơn chống lửa,

Chịu lửa kém

bê tông, …

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

•

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

•

Nhịp lớn

•

Chiều cao lớn

•

Tải trọng nặng

•

Cần trọng lượng nhẹ

•

Cần độ kín không thấm

Kết cấu thép thích hợp với công trình:

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

khung khung khung

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

1. NHAØ COÂNG NGHIEÄP

•

dầm dầm dầm dầm

thanh thanh

•

Thông thường:

dây dây dâydây

•

Kết cấu khung Phần tử:

thanh (kéo, nén), dầm (uốn), cột (nén, uốn) dây (kéo)

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

2. NHAØ NHÒP LÔÙN

•

Nhà thi đấu TDTT, nhà triển lãm, kết cấu đỡ mái SVĐ, …

SVĐ San siro - Kết cấu dầm dàn

Kết cấu vòm, L=100m

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

2. NHAØ NHÒP LÔÙN

•

Kết cấu dàn không gian

•

Phần tử kết cấu chịu lực theo 3 phương, các phân tử dàn dựa theo cấu trúc phân tử hóa học Phù hợp kết cấu nhịp lớn

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:2) kết cấu liên hợp thép-bê tông (composite)

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

3. NHAØ CAO TAÀNG

42,3 m

- Thi công : 2-2,5 lầu/1 tuần

m 5 0 , 3 3

Sàn bê tông

Lõi bê tông

Dầm sàn composite

Khung composite

Cột composite

Millennium Tower (Vienna - Austria) – 51 tầng

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

4. KEÁT CAÁU TRUÏ THAÙP TRỤ

•

Chiều cao lầu 1: 57,63m Chiều cao lầu 2: 115,73m Chiều cao lầu 3: 276,13m Chiều cao tổng cộng bao gồm anten: 324m Xây dựng 1887 – 1889 Khối lượng : 10 100T, 4,5kg/m2 Liên kết: 2 500 000 đinh tán

Tháp Eiffel - Paris

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

5. BEÅ CHÖÙA – ÑÖÔØNG OÁNG

Bể chứa chất lỏng

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

6. CAÀU

KC vòm: L=165m

Viaduc Gabarit (Pháp) xây dựng bởi Gustave Eiffel- 1884

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

7. DAØN KHOAN

Kết cấu dàn khoan

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

II. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA KEÁT CAÁU THEÙP

8. KẾT CẤU KHÁC MÁI DÂY

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

1. Yêu cầu về sử dụng:

III. CAÙC YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI KEÁT CAÁU THEÙP

2. Yêu cầu về kinh tế

- Tiết kiệm vật liệu - Công nghiệp khi chế tạo - Lắp ghép nhanh

(cid:2) Điển hình hóa kết cấu

- Đảm bảo yêu cầu về chịu lực - Đảm bảo về độ bền vững, khả năng bảo dưỡng - Đẹp

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

• Quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4…) đem luyện (cid:2) Gang (Fe và C) với C ≥ 1,7%.

Khử bớt C (cid:2) Thép.

• Nếu:

+ Lượng C ≥ 1,7% (cid:2) GANG (cid:2) THÉP + Lượng C < 1,7% (cid:2) Nhiều loại thép khác nhau theo thành phần hóa học, pp luyện.

IV. VẬT LIỆU THÉP

Phân loại theo thành phần hóa học: • Thép xây dựng - Thép cacbon thấp (0,05-0,3%): thép mềm, dễ cán, dễ rèn • Thép hợp kim: có thêm Cr (chống gỉ), Ni (chống ăn mòn), Mn (độ bền)…

nhằm nâng cao chất lượng thép, cứng hơn thép carbon (cid:2) Thép hợp kim thấp dùng trong XÂY DỰNG (%hk < 2,5%)

Phân loại theo phương pháp luyện thép: PP lò quay, PP lò bằng

Phân loại theo mức độ khử ôxy : Thép sôi, thép tĩnh, nửa tĩnh

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:1) Thép xây dựng :

(cid:3) Có 3 loại : sôi, tĩnh, nửa tĩnh (cid:3) Chia thành 3 nhóm

(cid:3) Nhóm A: đảm bảo chặt chẽ về tính chất cơ học (cid:3) Nhóm B : đảm bảo chặt chẽ về thành phần hóa học (cid:3) Nhóm C : đảm bảo về đặc tính cơ học và hóa học (cid:2) Chỉ dùng loại

này cho các kết cấu chịu lực

(cid:3) Chia thành 6 hạng theo yêu cầu về độ dai xung kích

(cid:3) Ký hiệu thép xây dựng, vd: CCT38n2 (cid:3) C : Thép dùng trong kết cấu xây dựng (cid:3) CT : Cacbon thường (cid:3) 38 : độ bền kéo đứt 38 KN/cm2 = 380Mpa (cid:3) n : nửa tĩnh (cid:3) 2 : hạng 2

IV. VẬT LIỆU THÉP

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

Biểu đồ kéo thép – quan hệ s -e

(cid:1)

(1) Miền đàn hồi (E, fy) (2) Thềm chảy dẻo (3) Miền củng cố (fu) (4) Miền co thắt

IV. VẬT LIỆU THÉP – Sự làm việc khi chịu kéo

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

IV. VẬT LIỆU THÉP – Cường độ

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:3) Thép

góc

đều

Thanh dàn

cạnh (h. a) theo TCVN 1656 : 1993

(cid:3) Vd: L40x4 (cid:3) Nhỏ nhất: L20x3 (cid:3) Lớn nhất: L250x35

Cột

(cid:3) Thép góc không đều cạnh (h. b) theo TCVN 1657 : 1993 (cid:3) Vd: L63x40x4 (cid:3) Nhỏ nhất : L30x20x3 (cid:3) Lớn nhất: L200x150x25

Dầm

(cid:3) Cấp chính xác khi chế tạo: (cid:3) A : cấp chính xác cao (cid:3) B : cấp chính xác thường

Thép góc và các ứng dụng

VI. QUY TẮC CÁN THÉP XÂY DỰNG

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:3) Thép chữ I theo TCVN 1655-75

(cid:3) Vd: I30 (cid:3) Nhỏ nhất: I10 (cid:3) Lớn nhất: I60 (cid:3) Từ I18 – I30 có thêm tiết diện

cánh rộng, vd : I22a (cid:3) Thép I được dùng làm

(cid:3) Dầm chịu uốn, cột : độ cứng theo phương trục x lớn, tăng cường độ cứng theo trục y bằng cách mở rộng bản cánh hoặc tổ hợp

(cid:3) Bất

lợi: bản cánh hẹp và vát

bên trong (cid:2) khó liên kết.

Thép chữ I và các ứng dụng

VI. QUY TẮC CÁN THÉP XÂY DỰNG

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:3) Thép chữ C theo TCVN 1654-

VI. QUY TẮC CÁN THÉP XÂY DỰNG

75 (cid:3) Vd: [ 22 (cid:3) Nhỏ nhất: [5 (cid:3) Lớn nhất: [40 (cid:3) Từ [14 – [24 có thêm tiết diện cánh rộng và dày hơn, vd : [22a

(cid:3) Thép [ được dùng làm

(cid:3) Liên kết thuận lợi, liên kết cánh

bất lợi

Thép chữ [ và các ứng dụng

(cid:3) Dầm chịu uốn, đặc biệt xà gồ

mái, cột – tiết diện tổ hợp

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

(cid:3) Thép chữ I cánh rộng (h.a) (cid:3) h có thể lên đến 1000mm (cid:3) Cánh có mép song song (cid:2) dễ

liên kết

(cid:3) Dùng làm dầm, cột (cid:3) Giá thành cao

Thép hình khác

(cid:3) Thép ống (h.b) có 2 loại: có đường hàn dọc và không có đường hàn dọc (cid:3) Chịu lực tốt, chống xoắn tốt (cid:3) Dùng trong kết cấu thanh dàn,

cột

VI. QUY TẮC CÁN THÉP XÂY DỰNG

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

Thép tấm phổ thông: kết cấu tấm bản (dày 4-60mm) Thép tấm dày: kết cấu tấm bản (dày 4 – 160 mm) Thép tấm mỏng: các thanh thành mỏng bằng cán nguội (dày 0,2 – 4 mm)

Thép tấm cán nguội

VI. QUY TẮC CÁN THÉP XÂY DỰNG

C1 - TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP

CÁC NỘI DUNG CÂ(cid:11)N ÔN TẬP:

(cid:1)

Đặc điểm của kết cấu thép (KCT)

(cid:1)

Phạm vi ứng dụng KCT

(cid:1)

Các yêu cầu đối với KCT

(cid:1)

Vật liệu thép

(cid:1)

Sự phá hoại dòn của thép

(cid:1)

Quy cách cán thép trong xây dựng

NỘI DUNG

• TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP • LIÊN KÊ(cid:13)T HÀN VÀ LIÊN KÊ(cid:13)T BU LÔNG • TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP • TÍNH TOÁN CỘT THÉP • TÍNH TOÁN DÀN THÉP

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

Liên kết bu lông

Liên kết hàn

Liên kết đinh tán

• LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN • LIÊN KÊ(cid:15)T BU LÔNG • LIÊN KÊ(cid:15)T ĐINH TÁN

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3) Các phương pháp hàn trong KCT

(cid:3) Hàn hồ quang điện (cid:3) Hàn hơi (cid:3) Các yêu cầu chính khi hàn

Hàn trong nhà máy

I. LIÊN KẾT HÀN

axetylen

oxy

Hàn hơi

33 Hàn hồ quang điện bằng tay

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3) Các phương pháp kiểm tra chất lượng đường hàn

(cid:3) Kiểm tra bằng trực quan (cid:3) Kiểm tra bằng pp vật lý

(cid:3) Các loại đường hàn và cường độ tính toán:

(cid:3) Đường hàn đối đầu : fwc, fwt, fwv (cid:3) Đường hàn góc : fwf, fws

Thiết bị siêu âm ktra đường hàn

Hàn đối đầu

Hàn góc

I. LIÊN KẾT HÀN

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN

CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CÁC ĐƯỜNG HÀN: (cid:3) Đường hàn đối đầu : fwc, fwt, fwv

(cid:3) Khi chịu nén: fwc=f (không phụ thuộc vào PP kiểm

tra)

(cid:3) Khi chịu kéo: fwt=f (kiểm tra bằng PP vật lý), fwt=0.85f

(kiểm tra bằng PP thông thường)

(cid:3) Khi chịu cắt : fwv=fv (không phụ thuộc vào PP kiểm

tra)

(cid:3) Đường hàn góc : fwf, fws

(cid:3)

fwf : cường độ tính toán chịu cắt của thép đường hàn phụ thuộc vào loại que hàn (tra bảng) fws=0.45fu : cường độ tính toán thép cơ bản trên biên nóng chảy

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN

CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN CÁC ĐƯỜNG HÀN: (cid:3) Đường hàn góc : fwf, fws

(cid:3)

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3) Phân loại đường hàn theo công dụng : cấu tạo, chịu lực (cid:3) Phân loại theo vị trí không gian : đường hàn nằm, đứng, ngược, ngang (cid:3) Phân loại theo địa địa điểm gia công : nhà máy, công trường (cid:3) Phân loại theo tính liên tục : đường hàn liên tục, đứt quãng

I. LIÊN KẾT HÀN

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3)

Liên kết trực tiếp 2 cấu kiện cùng nằm trong mặt phẳng

(cid:3) Đường hàn đối đầu có thể thẳng góc hoặc xiên (cid:3) Đường hàn đối đầu chịu lực tốt, ứng suất tập trung nhỏ (cid:3) Khi bản thép dày cần gia công bản thép cơ bản

I. LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU – ĐẶC ĐIỂM:

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU – DẠNG GIA CÔNG MÉP:

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU – DẠNG GIA CÔNG MÉP:

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU: (cid:3) Tổng hợp công thức tính toán đường hàn đối đầu

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

Chịu kéo:

= , A

s = w

N A

w + lw= l - 2t : chiều dài Knh toán đường hàn + fwt : cường độ Knh toán đường hàn chịu kéo + γc : hệ số điều kiện làm việc

Chịu cắt:

£ g

= , A

t = w

wv c

V A

£ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU: (cid:3) Tổng hợp công thức tính toán đường hàn đối đầu

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

Chịu uốn:

s = w

= , W w

M W w

s = s + t 2

£ g

Chịu uốn và cắt:

1,15f

tđ

2 w

s = w

t = , w

V A

M W w

, W w

£ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU: (cid:3) Tổng hợp công thức tính toán đường hàn đối đầu

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

Chịu uốn, cắt và kéo:

s = s + t 2

1,15f

tđ

2 w

s = w

t = , w

N M + W A

V A

, W w

£ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN ĐỐI ĐẦU: (cid:3) Tổng hợp công thức tính toán đường hàn đối đầu

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

Đường hàn đối đầu xiên:

s = w

N sin tl

a £ g

wv c

t = w

w N cos tl

a £ g

b sin

(q ≡ a )

(q = a )

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3)

Liên kết hàn góc nằm ở góc vuông tạo bởi 2 cấu kiện cần hàn

(cid:3) Tiết diện đường hàn là 1 tam giác vuông cân, hơi phồng ở giữa, cạnh của tam

giác gọi là chiều cao đường hàn (hình a và b)

(cid:3) Dùng đường hàn góc thoải hoặc hoặc hàn lõm khi chịu tải trọng động để giảm

sự tập trung ứng suất (hình c và d)

I. LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN GÓC – ĐẶC ĐIỂM:

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

ứng suất thì không nên dùng đường hàn quá dài

(cid:3) Trong tính toán xem đường hàn chịu cắt quy ước và phá hoại theo 2 tiết diện

I. LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN GÓC – ĐẶC ĐIỂM: (cid:3) Đường hàn góc khi chịu lực : (cid:3) Có đường lực phức tạp (cid:3) Ứng suất phân bố không đều (cid:3) Hai mút của đường hàn có t max (cid:2) để giảm bớt sự phân bố không đều

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Tổng hợp công thức tính toán đường hàn góc

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

= ,

w 2

ws c

- Kiểm tra: N t = w1 A

w 2

= b

l 10mm

w 2

= - ,l w w

∑

£ g t £ g

- Thiết kế: ∑

‡

(

)

h min

f s ws

N f f wf

- Ghi chú:

b b g

40mm

85 h ,l f f w

£ £ b ‡

w 1, 2t

min

-Ứng suất phân bố đều dọc đường hàn và bị phá hoại do cắt - Đoạn chồng: ≥5tmin

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Chiều cao nhỏ nhất đường hàn góc: hfmin

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

f, b

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Xác định các hệ số : b

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Tổng hợp công tính toán đường hàn góc

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

- Sự phân bố nội lực cho đường hàn sống và mép:

= N kN

N 1

e 2 +

e 1 = - (1 k)N

- Ví dụ : thép góc đều cạnh, k=0.7

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Tổng hợp công tính toán đường hàn góc

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

= ,

t = w1

w 2

ws c

- Chịu mô men: M W

M W

w 2

= b

∑

6 2 l

= b

w 2

∑

= -

l 10mm

£ g t £ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Tổng hợp công tính toán đường hàn góc

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

- Chịu cắt:

= ,

w 2

ws c

t = w1

V A

w 2

= b

w 2 = -

∑ ∑ l 10mm

£ g t £ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN TÍNH TOÁN LIÊN KẾT HÀN GÓC: (cid:3) Tổng hợp công tính toán đường hàn góc

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

- Chịu cắt và chịu uốn:

2 +

= td1

V A

M W

  

  

  

  

2 +

t £ g

= td2

ws c

M W

  

  

w 2

w 2 = b

= b

, A

w 2

   ∑

∑

= b

, W

w 2

∑

t £ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

I. LIÊN KẾT HÀN LIÊN KẾT HÀN GÓC CÓ BẢN GHÉP: (cid:3) Bản ghép liên kết thép cơ bản bằng các đường hàn góc cạnh và góc đầu (cid:3) Có sự tập trung ứng suất lớn (cid:2) không dùng cho tải trọng động (cid:3) Giảm ứng suất tập trung bằng cách vát cạnh và không hàn toàn bộ bản ghép (cid:3) Tiết diện bản ghép:

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3) Phân loại liên kết bu lông

(cid:3) Bu lông thô (cid:3) Bu lông thường (cid:3) Bu lông tinh (cid:3) Bu lông cường độ cao (cid:3) Bu lông neo

(cid:3) Cấp độ bền và cường độ tính toán:

(cid:3) Cấp độ bền bu lông: từ 4.6 đến 10.9 (cid:3) Cường độ tính toán: fvb, ftb, fcb.

Liên kết bu lông

II. LIÊN KẾT BU LÔNG

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3) Cấp độ bền và cường độ tính toán:

(cid:3) Cấp độ bền bu lông: từ 4.6 đến 10.9 (cid:3) Cường độ tính toán: fvb, ftb, fcb.

II. LIÊN KẾT BU LÔNG

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

Phá hoại cắt ngang thân bu lông

Phá hoại thép cơ bản do ép mặt

(cid:3) Khả năng chịu cắt bu lông:

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Sự là việc liên kết bu lông thường, thô, tinh:

· A · nv

[N]vb=fvb (cid:3)

fvb : cường độ tính toán chịu cắt vật liệu bu lông

(cid:3) A : diện tích tiết diên ngang thân bu lông (phần không bị ren) (cid:3) nv: số lượng mặt cắt tính toán của bu lông (cid:3) γb : hệ số điều kiện làm việc liên kết bu lông

· g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

Phá hoại thép cơ bản do ép mặt

Phá hoại cắt ngang thân bu lông

(cid:3) Khả năng chịu ép mặt bu lông:

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Sự là việc liên kết bu lông thường, thô, tinh:

[N]cb=d (S t)min

fcb

(cid:3)

b fcb : cường độ ép mặt tính toán bu lông

(cid:3) d : đường kính thân bu lông (phần không bị ren)

(cid:3)

(S t)min : tổng chiều dày nhỏ nhất các bản thép cùng trượt về một hướng

(cid:3) γb : hệ số điều kiện làm việc liên kết bu lông

· · g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

Lực ma sát lớn tạo ra do lực xiết lớn của êcu bu lông

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Sự làm việc chịu trượt của liên kết bu lông cường độ cao:

(cid:3) Khả năng chịu trượt của 1 bu lông: · nf

· Abn

b2)min

b1 (m/g

[N]cb=fhb (cid:3)

fhb : cường độ tính toán chịu kéo vật liệu bu lông, fhb=0.7fub

(cid:3) Abn : diện tích thực thân bu lông (kể đến phần bị ren) (cid:3) µ : hệ số ma sát (cid:3) γb1 : hệ số điều kiện làm việc liên kết bu lông (cid:3) nf : số lượng mặt phẳng tính toán (cid:3) γb2 : hệ số độ tin cậy

· g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

(cid:3) Khả năng chịu trượt của 1 bu lông:

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Sự làm việc bu lông khi chịu kéo:

ftb

[N]tb=Abn (cid:3)

ftb : cường độ tính toán chịu kéo vật liệu bu lông (cid:3) Abn : diện tích thực thân bu lông (kể đến phần bị ren)

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Cấu tạo liên kết bu lông:

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Tổng hợp công tính toán liên kết bu lông

Sơ đồ chịu lực

Công thức &nh toán - Bu lông chịu cắt và ép mặt:

‡

[

]

min b =

[

]

[

]

(

)

] min N , N

min b

- Bu lông chịu cắt và ép mặt:

‡

[

]

min b =

[

]

[

]

(

)

] min N , N

min b

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Tổng hợp công tính toán liên kết bu lông

Công thức &nh toán

Sơ đồ chịu lực

- Lực max tác dụng lên bu lông: ]

[

b max

min b

2 i

Ml 1 ∑ m l + m : số bu lông trên một hàng

- Lực max tác dụng lên bu lông:

£ g

[

]

b max

min b

V n

  

  

2 i

   

 Ml  1 ∑  m l

£ g

C2 - LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ BU LÔNG

II. LIÊN KẾT BU LÔNG (cid:3) Tổng hợp công tính toán liên kết bu lông

Sơ đồ chịu lực

Công thức &nh toán - Bu lông chịu kéo:

‡

N ]

[

- Kiểm tra bền thép cơ bản do giảm yếu :

bl c

N A

+ Diện Kch thực kể đến giảm yếu lỗ bu lông:

An = A – A1 Với : A1 = Max (A1,5

1, A1,2,3,4,5

1 – n· s2t/4u)

£ g g

NỘI DUNG

• TỔNG QUAN VÊ(cid:13) KÊ(cid:15)T CÂ(cid:15)U THÉP • LIÊN KÊ(cid:15)T HÀN VÀ LIÊN KÊ(cid:15)T BU LÔNG • TÍNH TOÁN DÂ(cid:11)M THÉP • TÍNH TOÁN CỘT THÉP • TÍNH TOÁN DÀN THÉP

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

các bước sau: (cid:3) Chọn tiết diện dầm (cid:3) Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn về :

(cid:3) Độ bền : ứng suất pháp, ứng suất tiếp (cid:3) Độ võng (cid:3) Ổn định tổng thể của dầm

Dầm định hình

(cid:3) Cấu tạo và tính toán các chi tiết nối dầm,

gối dầm

I. DẦM ĐỊNH HÌNH (cid:3) Thiết kế dầm định hình được tiến hành theo

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Ví dụ

(cid:3) B1 : tính toán nội lực M, Q (cid:3) B2 : tính mô men chống uốn Wyc từ điều kiện ứng suất pháp

max

I. DẦM ĐỊNH HÌNH (cid:3) Chọn tiết diện dầm

‡

M f

(cid:3) B1: Mmax=ql2/8, Qmax=ql/2 (cid:3) B2:

£ ‡

ql 8f

(cid:3) B3 : tính mô men quán tính yêu cầu từ điều kiện độ võng : D [D

]

(cid:3) B3:

(cid:3) B4: Chọn tiết diện

[

]

= max

D £ D ﬁ ‡

[

]

5ql 384EI

5ql 384E

(cid:3) B4 : từ Wyc và Iyc, chọn tiết diện

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Theo điều kiện ứng suất pháp:

max

I. DẦM ĐỊNH HÌNH (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

= max

M W x (cid:3) Theo điều kiện ứng suất tiếp:

s £ g

= max

v c

Q S max x J t x w

(cid:3) Theo điều kiện độ võng:

t £ g

[

]

D £ D

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

s =

I. DẦM ĐỊNH HÌNH (cid:3) Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể:

0,95

g = f , c

£ g

max W c

(cid:3) Wc : mô men chống uốn của tiết diện nguyên dầm (cid:3)

1 như sau:

b: hệ số giảm uốn của dầm khi xét điều kiện ổn định tổng thể dầm, lấy phụ thuộc vào hệ số j 2

j = y 1

h l

E f

(cid:3) Nếu j (cid:3) Nếu j

£ 1 với

(cid:3)

• Với dầm I cán nóng:

a =

1,54

(cid:3)

I I

l 0 h

  

  

(cid:3)

      £ 0,85 : lấy j b= j 1 1>0,85 : lấy j b=0.68 + 0.21 j : hệ số lấy theo bảng tra phụ thuộc vào liên kết gối tựa dầm, dạng và vị trí tải trọng, và tham số a Jxn: mô men quán tính chống xoắn tiết diện l0 : chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

70

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

71

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Các trường hợp không cần kiểm tra ổn định tổng thể dầm :

(cid:3) Có bản sàn thép hoặc BTCT liên kết chắc chắn vào cánh dầm, (cid:3) Dầm composite, (cid:3) Độ mảnh ngoài mặt phằng dầm l0/bf nằm trong giới hạn cho phép.

(cid:3) Giải pháp tăng cường ổn định tổng thể:

(cid:3) Tăng bf, giảm tf, giảm hfk. Khi đó sẽ phải chọn lại tiết diện dầm (cid:3) Dùng hệ sàn cứng hoặc giằng ngang ở cánh nén (cid:3) Dùng hệ giằng chống xoắn

Cánh nén

I. DẦM ĐỊNH HÌNH (cid:3) Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể:

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

các bước sau: (cid:3) Chọn tiết diện dầm (cid:3) Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn về :

(cid:3) Độ bền : ứng suất pháp, ứng suất tiếp (cid:3) Độ võng (cid:3) Ổn định tổng thể của dầm (cid:3) Ổn định cục bộ bản cánh, bản bụng (cid:3) Đường hàn liên kết bản cánh bản

bụng

(cid:3) Cấu tạo và tính toán các chi tiết nối dầm,

gối dầm, thay đổi tiết diện dầm

Dầm tổ hợp hàn

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Thiết kế dầm tổ hợp hàn được tiến hành theo

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Chọn chiều cao tiết diện: hmin

£ h £ hmax

max

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn

(cid:3)

(cid:3) Chọn chiều dày bản bụng : tw Từ điều kiện ứng suất tiếp:

Dầm tổ hợp hàn

V 3 h f g 2 w v c

‡

(cid:3)

h f w 5,5 E

(cid:3)

Từ điều kiện ổn định bản bụng: Dầm cao (1-2m):

= + 7

3 h 1000

‡

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Chọn kích thước bàn cánh (bf, tf) từ điều kiện

ứng suất pháp

(cid:3) Cách chọn:

(cid:3)

(cid:2) ứng suất pháp phân bố đều trên cánh

£ 30tf

(cid:3)

‡ h/10 (cid:2) ổn định tổng

Dầm tổ hợp hàn

(cid:3)

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn

fE /

(cid:2) ổn định cục bộ bản cánh nén

(cid:2) tiết diện làm việc hiệu quả, tf=12‚ 24mm tf>tw £ 30mm (cid:2) tránh ứng suất phụ khi hàn, cường độ tf tính toán tăng khi chiều dày giảm bf kéo, ổn định cục bộ cho cánh nén ‡ 180mm; bf bf=h/2‚ h/5; bf thể, dễ liên kết dầm với các cấu kiện khác bf/tf

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Theo điều kiện ứng suất pháp:

max

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

= max

M W x (cid:3) Theo điều kiện ứng suất tiếp:

s £ g

= max

v c

Q S max x J t x w (cid:3) Kiểm tra tại các vị trí chịu M và V:

t +

t £ g

g 1,15

2 1

hM t w ; W h

VS c I t w x

(cid:3) Sc: mô men tĩnh của bản cánh

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Kiểm tra ứng suất cục bộ bụng dầm khi có lực

tập trung cục bộ lên bản cánh:

(cid:3)

lz= b + 2tf

(cid:3) Kiểm tra đồng thời tiết diện chịu ứng suất pháp,

ứng suất tiếp và ứng suất nén cục bộ:

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

(cid:3) Theo điều kiện độ võng: ]

[

max

D £ D

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Kiểm tra ổn định tổng thể dầm tổ hợp: tương tự như dầm định hình, trong đó tham số a được xác định như sau (đối với dầm tổ hợp hàn):

a =

+ 1

, a 0,5h

  

     

  

L t 0 w h b fk

3 at w 3 b t f f

(cid:3) Tăng cường ổn định tổng thể:

Cánh nén

(cid:3)

Tăng bf, giảm tf, giảm hfk. Khi đó sẽ phải chọn lại tiết diện dầm

(cid:3) Dùng hệ sàn cứng hoặc giằng ngang

ở cánh nén

(cid:3) Dùng hệ giằng chống xoắn

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Kiểm tra ổn định cục bô ̣bản cánh:

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

0.25E

0,5

s = cr

t b

b 0f t

E f

  

  

(cid:3) Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng dầm:

(cid:3) Do ứng suất tiếp:

ﬁ £

10.3

3.2

+ TT Tĩnh:

t = cr

l = , w

= 

 

h t

f E

£ l l

2.2

+ TT Động:

l = w

= 

 

f v 2 w f E

h t

(cid:3) Nếu không thỏa mãn thì phải bố trí các sườn ngang để gia cường bụng dầm

£ l

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Khoảng cách 2 sườn:

w > 3,2 £ 3,2

‡ hw/30 + 40mm

khi l (cid:3) a £ 2hw (cid:3) a £ 2,5hw khi l (cid:3) Bề rộng sườn: bs (cid:3) Chiều dày sườn:

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn (cid:3) Cấu tạo sườn ngang:

f E

(cid:3) Chiều cao đường hàn sườn: hfmin=5mm (cid:3) Tính lại độ mảnh bản bụng khi có gia cường

f v

‡

+ 10.3 1

t = cr

= ow

0.76 2

d t

f E

  

  

l m l

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng dưới tác dụng ứng suất pháp:

5,5 E f

 h t  w

 

(cid:3) Bố trí các sườn dọc kẹp hai bên bản bụng nếu bản bụng không thỏa mãn điều kiện ổn định

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Liên kết cánh dầm và bản bụng: lực trượt T tác dụng lên 2 đường hàn

II. DẦM TỔ HỢP HÀN (cid:3) Kiểm tra tiết diện đã chọn

= t

= w

ﬁ ‡

VS )

VS I

( 2 f w

x c

min

góc bản cánh VS I t x w

(cid:3) Nếu có lực tập trụng thì phải kể đến ảnh hường của nó trong tính toán

đường hàn

b g

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

(cid:3) Chọn trước thép góc cánh dầm (nên chọn đều cạnh): td, bd

bg=h/12‚ h/9; tg=tw; tg=(bg/11‚ bg/10)

(cid:3) Xác định tiết diện bản phủ:

III. DẦM TỔ HỢP BU LÔNG (cid:3) Cánh dầm bu lông và đinh tán:

)

( + 4 I

= I W g x

2 a A g

h 2

3 t h w w 12

2 2n b t h / 4 1 d d d

(cid:3) I0g: Mômen quán tính của một thép góc với trục trọng tâm

của nó

(cid:3) Lấy hd=h-(12‚ 24)mm (cid:3) n1: số lượng bản phủ ở mỗi cánh dầm

x hw

b t d d

I 2 d 2 nh d 1

td 83

- - - -

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

‡ 2bg+tw

(cid:3) Khi dùng 1 bản phủ: a1 (cid:3) Khi dùng 2 bản phủ: a1

£ 15td £ 8td

2bg+tw

III. DẦM TỔ HỢP BU LÔNG (cid:3) Chọn trước bd theo điều kiện: bd (cid:3) Chọn td theo yêu cầu cấu tạo của phần đua ra của bản phủ:

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

Nối đối đầu

Nối đối đầu + ghép

Nối ghép

IV. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM (cid:3) Nối dầm bằng liên kết hàn:

C3 - TÍNH TOÁN DÂ(cid:13)M THÉP

g n ô c thi Dễ

IV. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM (cid:3) Nối dầm bằng liên kết bu lông:

NỘI DUNG

C4 – CỘT THÉP

88 Ch5_88

C3 – NỘI DUNG

(cid:4) KHÁI QUÁT CHUNG (cid:4) CỘT ĐẶC CHNU NÉN ĐÚNG TÂM (cid:4) CỘT RỖNG CHNU NÉN ĐÚNG TÂM (cid:4) CỘT CHNU NÉN LỆCH TÂM (cid:4) CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CHI TIẾT CỘT

89 Ch5_89

C3 – TÍNH TOÁN CỘT THÉP

90Ch5_90

I. KHÁI QUÁT CHUNG (cid:3) Đặc điểm chung (cid:3) Phân loại cột (cid:3) Sơ đồ tính

C3 – TÍNH TOÁN CỘT THÉP

(cid:3) Cột gồm 3 bộ phận chính

(cid:3) Đầu cột: Đỡ các kết cấu bên trên và phân phối tải trọng cho thân cột

(cid:3) Thân cột: Truyền tải trọng từ trên

xuống dưới

(cid:3) Chân cột: Liên kết cột vào móng, phân phối tải trọng từ cột vào móng

91Ch5_91

I.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG (cid:3) Truyền tải trọng từ các kết cấu bên trên xuống kết cấu bên dưới

C3 – TÍNH TOÁN CỘT THÉP

(cid:4) Theo cấu tạo: Cột đặc, cột rỗng, cột tiết diện không đổi, cột tiết diện thay đổi (cid:4) Theo sơ đồ chịu lực: Cột

I.2 PHÂN LOẠI CỘT

92Ch5_92

nén đúng tâm (N), cột nén lệch tâm (N, M)

C3 – TÍNH TOÁN CỘT THÉP

I.3 SƠ ĐỒ TÍNH (cid:4) Sơ đồ tính

– Sơ đồ trục dọc cột với các điều kiện biên (liên kết ở chân cột

và đầu cột) (cid:4) Chiều dài tính toán

= m – L - chiều dài hình học của cột – m

Đối với cột tiết diện không đổi hoặc đoạn cột của cột bậc:

- hệ số chiều dài tính toán, phụ thuộc vào đặc điểm tải

trọng và điều kiện biên (cid:4) Cột tiết diện thay đổi

j lấy theo bảng tra

93Ch5_93

m L, trong đó m – Lo=m

C3 – TÍNH TOÁN CỘT THÉP

I.3 SƠ ĐỒ TÍNH

i n

I A n

(cid:4) Độ mảnh cột: l = l = ; y x

o o

Lx, Ly: chiều dài tính toán của cột tính theo trục x và y ix, iy: bán kính quán tính cột tính theo trục x và y.

L i i

(cid:4) Khả năng chịu nén đúng tâm của cột được quyết định bởi độ

mảnh lớn nhất

max(

)

= max

l l l

(cid:4) Để có khả năng chịu lực hợp lý: (cid:4) Để cột làm việc bình thường:

max

94Ch5_94

l £

l    [l ]: Độ mảnh giới hạn

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Hình thức tiết diện (cid:4) Tính toán (cid:4) Xác định tiết diện

cột

(cid:4) Ví dụ minh hoạ

95Ch5_95

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Tiết diện I (cid:4) Tiết diện chữ thập (cid:4) Tiết diện kín

96Ch5_96

II.1 HÌNH THỨC TIẾT DIỆN

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Kiểm tra về bền:

II.1 KIỂM TRA TIẾT DIỆN

g f

N A n

o N: lực dọc tính toán o An: diện tích tiết diện thực o f: cường độ tính toán của vật liệu o g c: hệ số điều kiện làm việc của cột

97Ch5_97

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Kiểm tra ổn định tổng thể: N

g f

max

l   

f E

£ £

Khi

•

= - 1

0,073 5,53

2,5 :

f E

 l l  

A min   

- £

Khi

•

2,5

1, 47 13

0,371 27,3

0,0275 5,53

f E

f l E

4,5 :   

 + l  

  

  

Khi

•

l > 4,5 :

- - - -

)

332 ( l 51

98Ch5_98

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Kiểm tra về ổn định cục bộ:

– Điều kiện ổn định cục bộ bản bụng:

l  

=  

h w t

  

  

• hw, tw: chiều cao tính toán, chiều dày

w]: độ mảnh giới hạn của bản bụng

99Ch5_99

bản bụng [l •

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

100 Ch5_100

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

– C1: Tăng chiều dày bụng ﬁ – C2: Đặt cặp sườn dọc với bsl giữa bản bụng. Khi đó [l

Nếu không thoả ĐK ổn định cục bộ bản bụng: tốn thép ‡ 0,75tw vào w] với:

giảm l ‡ 10tw, tsl w]=[hw/tw]=b [l

  

 I 0, 4 - 1sl 3 ht  w w

3 I 0,1 sl 3 ht w w

= + 1 b = 2

ﬁ

sườn dọc

tsl

£ 6hwtw 3: • Khi Isl 3: • Khi Isl > 6hwtw

bsl

Isl: mômen quán tính của sườn dọc đ/v trục ở bụng cột

vuông góc với cạnh bsl

hw: chiều cao tính toán của bụng cột khi chưa đặt sườn

101 Ch5_101

dọc

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

– C3: bỏ phần giữa bụng cột đã bị mất ổn định cục bộ,

cần khống chế:

l<  2 

 

Khi đó phải kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thể:

min

với A là diện tích phần tiết diện cột còn lại:

102 Ch5_102

= l 0,5 c 1 t w    

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

• Ngoài ra, nếu

2,3

E f

h ‡w t phải gia cường sườn cứng ngang, w a = (2,5 ‚ 3)hw với kích thước:

sườn dọc

w +40

b s

h 30

sườn ngang

‡ 2

t s

f b mm E

• Khi vận chuyển cột : đặt ít nhất 2

sườn ngang trên mỗi đoạn chuyên chở

103 Ch5_103

‡

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Điều kiện ổn định cục bộ của bản

cánh:

b0f x

l  

=  

  

  

b 0 t f

– b0: chiều rộng tính toán của phần

bản cánh nhô ra

– tf: chiều dày bản cánh – [l f]: độ mảnh giới hạn

104 Ch5_104

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

thiết kế cột

(cid:4) Giả thiết đã có N, Lx, Ly (cid:4) Chọn tiết diện cột

(cid:1) Chọn dạng tiết diện (cid:1) Xác định diện tích cần thiết của tiết diện

A ct

N gj f

trong đó j được giả thiết trước hoặc xác định theo độ mảnh giả thiết l

gt.

105 Ch5_105

ﬁ

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

(cid:4) Xác định kích thước bản cánh và bụng

b ct

h ct

l x l

y l (cid:1) trong đó a

x, a

y là các hệ số để xác định gần

đúng các bán kính quán tính của tiết diện (ix=a

xh, iy=a

yb)

(cid:1) h=(1‚ 1,15)b: dễ liên kết, hình dáng cân đối (cid:1) tf=8‚ 40mm, tw=6‚ 16mm (cid:4) Kiểm tra tiết diện đã chọn (cid:4) Cấu tạo liên kết hàn cánh và bụng cột

106 Ch5_106

II. TÍNH TOÁN CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

gt = 40-100 (cid:2) tra bảng j

(cid:2) chọn tiết diện

(cid:4) Xác định N, Lo (cid:4) Giả thiết l (cid:4) Tính Act, bct, hct, chọn tf, tw

cột

theo l

(cid:4) Tính toán các đặc trưng hình học cột (cid:4) Tính j max (cid:4) Kiểm tra tiết diện

107 Ch5_107

III. TÍNH TOÁN CỘT RÔ1NG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

108 Ch5_108

CỘT RỖNG NÉN ĐÚNG TÂM

Yêu cầu bảo dưỡng

(cid:3) Cấu tạo

Tải trọng lớn

Tải trọng không lớn nhưng cột cao

109 Ch5_109

Cấu tạo thân cột

• Bản giằng:

-= 6

, td b

  

  

1 10

1 30

b b 50

‡ -

, tmm )h

( 8,05,0

• Chống xoắn và chống

biến hình:

ﬁ Vách cứng cách nhau 3-4m

110 Ch5_110

Sự làm việc của cột rỗng 2 nhánh

a. Sự làm việc đối với trục thực (y-y)

• Uốn dọc trong mặt phẳng xz, tiết diện cột xoay quanh trục thực y-y:

Thanh bụng hoặc bản giằng hầu như không cột làm việc

xuất hiện nội lực và biến dạng ﬁ như cột đặc

ﬁ

l = y

L L = y y i y

i y

= = = = i y i y 2 I y A I 2 0 y A f I 0 y A f

với Af, iy0, Iy0: diện tích, bán kính quán tính và mômen quán

111 Ch5_111

” y) tính của tiết diện nhánh đ/v trục y0 của nó (y0

Sự làm việc của cột rỗng 2 nhánh

b. Sự làm việc đ/v trục ảo (x-x): •

t< Ncr

ml=

t x

N cr

2 EA l 2 0

(cid:3) l

0: độ mảnh thực của cột rỗng khi bị uốn dọc theo trục ảo

(cid:3) m

Ct < C, Ixt < Ix, Ncr p

t: hệ số kể đến ảnh hưởng biến dạng của hệ bụng rỗng do lực cắt, t>1

xI A

L x i x

2 x

(cid:3) g

112 Ch5_112

1: góc trượt của tiết diện cột ảo do lực cắt bằng 1 gây ra

gp 1 = EA l = m = + i x 1 l

Sự làm việc của cột rỗng 2 nhánh

c. Độ mảnh tương đương của cột rỗng bản giằng:

khớp giả thiết để đơn giản hoá tính toán

113 Ch5_113

Sự làm việc của cột rỗng 2 nhánh

)

• Góc trượt g 1 do lực cắt bằng đơn vị V=1: + 1( n g 1 2 A EA 12

a i

EI x a

EI b C

  

  

  

  

I C x 0 I a b

b/12

• Ib: mômen quán tính của bản giằng, Ib=tbd3 • C: khoảng cách trọng tâm hai nhánh cột

• a: khoảng cách tâm các bản giằng

gp 1

( 1 0,82 1

l ) n l

2 EA 2 x

2 1 2 x

= ml

= l

) n

l 0,82

( 1

114 Ch5_114

2 1

t x

2 x

Sự làm việc của cột rỗng 2 nhánh

d. Độ mảnh tương đương của cột rỗng thanh

giằng:

1 2

q q sin cos

dEA

l =

ml =

+2 x

A 1 A 1 d

t x p q

sin 2

cos

• Ad1: tổng diện tích tiết diện của các thanh bụng xiên ở hai mặt rỗng của cột, Ad1=2At

115 Ch5_115

• ld: chiều dài trục thanh bụng xiên

Khi bị uốn dọc: được xem như dàn phẳng có các mắt khớp.

Tính toán cột rỗng chịu nén đúng tâm

• Bền:

g f

N A n

• Ổn định tổng thể:

An: tổng diện tích thực của các nhánh cột

min

A max=max(l

min: xác định theo l

0; l

• Ổn định cục bộ: giống cột đặc chịu nén đúng

tâm:

l  

 

l  

 

116 Ch5_116

b 0 ft

h w wt

£ £

Tính toán cột rỗng chịu nén đúng tâm

• Các yêu cầu về độ mảnh

– Toàn cột:

max

– Từng nhánh cột: • Bản giằng:

l£

l £ l   

và

l£

và

• Thanh giằng: £

1: Độ mảnh của nhánh cột theo trục bản thân x0-x0

117 Ch5_117

Thiết kế cột rỗng

thiết kế cột

Biết trước N, Lx, Ly a. Chọn tiết diện cột Chọn dạng tiết diện: 2 nhánh tiết diện như nhau • • Diện tích cần thiết của nhánh cột theo trục thực:

fct

N f

ﬁ

j2 y y được xác định theo l

y =40‚ 90 và l

• Xác định bán kính quán tính cần thiết với trục

thực

yct

ygt

118 Ch5_118

£ [l ] với j

Thiết kế cột rỗng

(cid:2) chọn tiết diện

• Chọn nhánh cột : Afct, iyct • Kiểm tra cột theo trục thực:

[ ]l

y: xác định theo l

y tính theo tiết diện đã chọn

£ £

– A=2Af, Af: diện tích nhánh cột đã chọn – j – iy=iy0, iy0: bán kính quán tính của tiết diện

119 Ch5_119

nhánh cột đã chọn theo trục y0 của nó, trùng với trục y

Thiết kế cột rỗng

• Xác định khoảng cách hai nhánh - C:

I 0

A f

I x

xct

C 4

  

  

= 2 xct căn cứ vào sự làm việc đ/v trục ảo x-x và điều kiện hợp lý

= – Xác định l 0=l • Đ/v cột rỗng bản giằng: Sơ bộ giả thiết n£ 1/5: =

l 2 1

2 x

xct

0 trong đó l

l + = 1 sơ bộ chọn trước

• Đ/v cột rỗng thanh giằng:

l =

2 x

xct

1 A d

xct

Để có a

1 và Ad1 phải sơ bộ chọn trước thép góc làm thanh bụng xiên

và bố trí trước sơ đồ hệ thanh bụng

120 Ch5_120

ﬁ -

Thiết kế cột rỗng

b. Tính toán bản giằng và thanh bụng: (cid:1) Lực cắt quy ước Vf:   

- = · - 7,15 10 2330 V f j

121 Ch5_121

 E N  f  – N: lực dọc tính toán của cột – j : hệ số uốn dọc của cột

Thiết kế cột rỗng

(cid:5)Tính toán sơ bộ:

= fV V A

• Lực cắt quy ước tác dụng trên một mặt rỗng cột: = V nV r f

– Vf: tính bằng daN – A: diện tích tiết diện nguyên của cột tính bằng cm2

122 Ch5_122

nr=0,5 đối với cột rỗng hai nhánh

Thiết kế cột rỗng

(cid:1) Tính bản giằng

– Chọn kích thước bản giằng theo cấu tạo – Xác định nội lực: khung nhiều tầng 1 nhịp chịu Vf

M b

b 2

V a s 2 2 2

Va s 2

123 Ch5_123

= T b M Va = s C C

Thiết kế cột rỗng

+ t

g 1,15

  

  

  

  

M b 2 t d b b

T b t d b b

– Kiểm tra bản giằng: s £

– Kiểm tra liên kết bản giằng với nhánh cột:

t 2 w

2 w

f wf(s)

M b 2 hL f w

( ) f s

T b hL f w

( ) f s

   

   

   b 

   

(

)

f w

g min

  

  

  

  

M b 2 hL f w

T b hL f w

• hf: chọn trước theo điều kiện cấu tạo hoặc tính và chọn lại theo điều kiện

cấu tạo theo công thức sau:

2 +

ffwf; b

sfws)

2 T b

h f

)

  

  

1 ( b L f w

6 M b L w

g min

• (b fw)min=min(b • Lw = db - 1 cm

124 Ch5_124

‡

Thiết kế cột rỗng

(cid:1)

Tính thanh giằng

– – Chọn hệ thanh bụng Nội lực:

N =

V s sint n

hệ thanh bụng tam giác nt = 1, hệ thanh bụng hình thoi nt = 2

•

Hệ có thanh ngang:

AN f t

V s sin2

al d + 3 2 C

• Hệ không có thanh ngang:

– Nf: lực dọc trong một nhánh cột

125 Ch5_125

•

Thiết kế cột rỗng

• Chọn tiết diện thanh bụng

£ 150 ﬁ

– Giả thiết l

min

max của thanh bụng là l =

i ct

i min

l l

tct

tx f

min

– Diện tích yêu cầu của thanh bụng xiên: – Căn cứ At,yc và imin chọn tiết diện thép

• Kiểm tra thanh bụng: cấu kiện chịu nén đúng tâm 75,0

tx A t

min

• Liên kết thanh xiên vào nhánh chịu Ntx

126 Ch5_126

IV. TÍNH TOÁN CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM

• • • • •

KHÁI QUÁT CHUNG CỘT ĐẶC CHNU NÉN ĐÚNG TÂM CỘT RỖNG CHNU NÉN ĐÚNG TÂM CỘT CHNU NÉN LỆCH TÂM CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CHI TIẾT CỘT

127 Ch5_127

IV. TÍNH TOÁN CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM

(cid:4) Cấu tạo (cid:4) Tính toán cột đặc nén

lệch tâm

(cid:4) Tính toán cột rỗng

nén lệch tâm

128 Ch5_128

IV.1 CẤU TẠO

• Cũng có 2 loại tiết diện ĐẶC và RỖNG:

(N1, M1) và (N2, M2) chênh nhau nhiều

M không lớn; (N1, M1) và (N2, M2) đối xứng hoặc gần đối xứng

129 Ch5_129

CẤU TẠO • Chọn kích thước cột sơ bộ:

– Cột đặc:

(

) 0.3 0.5 h

= l , b c

  

  

1 1 10 15

(cid:3) Cột rỗng:

‚ ‚

(

) 0.3 0.5 h

= l , b c

  

1 1 8 14

   • Cột nén lệch tâm :

– Dùng bản giằng khi V < lực cắt quy ước Vf, khoảng cách

nhánh bé

– Bản giằng: cấu tạo như cột nén đúng tâm, có thể dùng

thép hình [ khi nội lực uốn Mb của nó lớn – Thanh giằng khi khoảng cách nhánh lớn

130 Ch5_130

‚ ‚

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

(cid:4) Độ lệch tâm Knh đổi me:

= h

= m, m

e M A = N W

(cid:1) m: độ lệch tâm tương đối (cid:1) M, N: mô men và lực dọc (cid:1) A, W: diện tích mặt cắt ngang và mô men

chống uốn tiết diện

(cid:1) h : hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện đến sự

131 Ch5_131

phát triển biến dạng dẻo

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

132 Ch5_132

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

133 Ch5_133

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

• KIỂM TRA BÊ(cid:13)N

– Điều kiện Bền của cột là:

Chú ý

134 Ch5_134

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp • Ổn định TT của cột trong mp uốn (trục x-x)

Cột chịu N và Mx nằm trong mặt phẳng đối xứng của tiết diện cột

135 Ch5_135

TH 1

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp

• Ổn định TT của cột trong mp vuông góc

mp uốn (trục y-y):

Cột chịu N và Mx nằm trong mặt phẳng đối xứng của tiết diện cột

136 Ch5_136

TH 1

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp • Ổn định TT của cột trong mp vuông góc

mp uốn (trục y-y):

Cột chịu N và Mx nằm trong mặt phẳng đối xứng của tiết diện cột

137 Ch5_137

TH 1

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

138 Ch5_138

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp • Ổn định TT của cột trong mp vuông góc mp

uốn (trục y-y):

Cột chịu N và Mx nằm trong mặt phẳng đối xứng của tiết diện cột

139 Ch5_139

TH 1

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp • Ổn định TT của cột trong mp vuông góc

mp uốn (trục y-y):

Cột chịu N và Mx nằm trong mặt phẳng đối xứng của tiết diện cột

Các trường hợp khác, xem tiêu chuNn

140 Ch5_140

TH 1

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp • Ổn định TT trong mp uốn (trục y-y):

Tính với trục y

Cột chịu N và My có Iy < Ix

• Ổn định TT trong mp ^ mp uốn (trục x- x): chỉ phải thực hiện khi λx > λy, lúc này bỏ qua ảnh hưởng của My:

141 Ch5_141

TH 2

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

b) Tính toán về Ổn Định Tổng Thể: có 3 trường hợp • Ổn định TT được kiểm tra theo:

φe. y

Cột chịu nén uốn trong 2 mp N, My, My có Ix > Iy

142 Ch5_142

TH 3

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

c) Tính toán về Ổn Định Cục Bộ: • Ổn định cục bộ bản cánh:

143 Ch5_143

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

c) Tính toán về Ổn Định Cục Bộ: • Ổn định cục bộ bản bụng:

144 Ch5_144

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

c) Tính toán về Ổn Định Cục Bộ: • Ổn định cục bộ bản bụng:

145 Ch5_145

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

c) Tính toán về Ổn Định Cục Bộ: • Ổn định cục bộ bản bụng:

146 Ch5_146

Tính toán cột đặc nén lệch tâm

c) Tính toán về Ổn Định Cục Bộ: • Ổn định cục bộ bản bụng:

147 Ch5_147

Xác định tiết diện cột đặc NLT a) Chọn dạng tiết diện cột (cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2) theo phần Cấu Tạo

b) Xác định tiết diện cột: Xét dạng I, chịu (N, Mx)

• Chọn bề cao (h) và bề rộng (b) của tiết diện:

• Xác định diện tích tiết diện cột:

Cách 1

148 Ch5_148

Xác định tiết diện cột đặc NLT a) Chọn dạng tiết diện cột (cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2) theo phần Cấu Tạo

b) Xác định tiết diện cột: Xét dạng I, chịu (N, Mx)

• Xác định diện tích tiết diện cột:

Cách 2

149 Ch5_149

Xác định tiết diện cột đặc NLT a) Chọn dạng tiết diện cột (cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2) theo phần Cấu Tạo

b) Xác định tiết diện cột: Xét dạng I, chịu (N, Mx)

• Chọn bề dày bản cánh (tf), bề dày bản bụng

(tW):

• Tiết diện cột đã chọn phải kiểm tra lại về:

– Bền – Ổn định tổng thể – Ổn định cục bộ

150 Ch5_150

Tính toán cột rỗng chịu NLT

• Trường hợp cột chỉ chịu (Mx và N), nội lực

dọc trong các nhánh cột là:

151 Ch5_151

Tính toán cột rỗng chịu NLT

• Trường hợp cột chỉ chịu (M1, N1) và (M2, N2) với M1 ngược dấu với M2 và M1 gây nén cho nhánh 1, M2 gây nén cho nhánh 2, nội lực dọc trong các nhánh là:

152 Ch5_152

Tính toán cột rỗng chịu NLT

• Đối với cột rỗng bản giằng, khi chịu M uốn

quanh trục ảo, ngoài lực dọc (Nf hoặc , Nf1, Nf2) còn có mômen uốn phụ quanh trục xo của nhánh, do lực cắt V gây ra:

• Với cột 2 nhánh như nhau, momen uốn phụ là:

153 Ch5_153

• Với cột có 2 nhánh khác nhau, mômen uốn phụ là:

Tính toán cột rỗng chịu NLT

a) Tính toán về bền

• Phải kiểm tra Bền đối với cột rỗng NLT khi:

– Trên các nhánh cột có sự giảm yếu tiết diện hoặc – Cột có độ lệch tâm tương đối m > 20

• Việc tính toán này được thực hiện riêng cho từng

nhánh: – Với cột rỗng thanh giằng, kiểm tra với Nf hoặc Nf1, Nf2

Cột đặc NĐT

– Với cột rỗng bản giằng, có M uốn quanh trục ảo, kiểm tra với nội lực (Nf, Mf) hoặc (Nf1, Mf1) và (Nf2, Mf2):

Cột đặc NLT

154 Ch5_154

Tính toán cột rỗng chịu NLT

b) Tính toán về ổn định tổng thể:

• Tính toán đối với trục ảo (x-x): với cột NLT

– Có độ lệch tâm tương đối m £ 20 – Cặp nội lực nguy hiểm (N, Mx) hoặc (M1, N1) và (M2,

N2)

155 Ch5_155

Tính toán cột rỗng chịu NLT

b) Tính toán về ổn định tổng thể:

• Tính toán đối với trục thực (y-y) và trục

nhánh (xo-xo): – Đối với trục thực (y-y), xem như các nhánh cột

làm việc độc lập (cid:2) Các nhánh cột được kiểm tra ổn định như một cột đặc NĐT hay NLT theo 2 trục tiết diện của nó là (xo- xo) và (yo-yo).

– Cặp nội lực nguy hiểm (N, Mx) hoặc (M1, N1) và

(M2, N2)

– Chiều dài tính toán:

156 Ch5_156

• Đối với trục (xo-xo) là lf (riêng với cột rỗng bản giẳng,

khi n > 0.2) lấy là a). • Đối với trục (y-y) là ly

Tính toán cột rỗng chịu NLT

b) Tính toán về ổn định tổng thể:

– Đối với cột rỗng thanh giằng, các nhánh được

kiểm tra ổn định tổng thể như một cột đặc chịu NĐT với lực dọc Nf hoặc Nf1, Nf2 theo công thức:

– Đối với cột rỗng bản giằng có M uốn quanh trục ảo (x-x), các nhánh được kiểm tra ổn định tổng thể như một cột đặc NLT với nội lực (Nf, Mf) hoặc (Nf1,Mf1) và (Nf2, Mf2) theo công thức:

157 Ch5_157

Tính toán cột rỗng chịu NLT

c) Tính toán về ổn định cục bộ:

• Cột rỗng NLT có các nhánh được làm bằng các thép hình dập nguội hay tổ hợp từ các bản thép, thì các nhánh này cần phải tính toán về ổn định cục bộ như sau: – Với cột rỗng thanh giằng, tính toán như cột đặc

NĐT theo công thức:

– Với cột rỗng bản giằng có M uốn quanh trục ảo,

tính toán như cột đặc chịu nén lệch tâm.

158 Ch5_158

Xác định thân cột rỗng NLT

a) Chọn dạng và kích thước chính h, b của tiết diện:

• Dạng tiết diện chọn như phần Cấu Tạo • Sau đây chỉ xét cho cột 2 nhánh dạng tiết diện không đối xứng và cột chỉ chịu uốn quanh trục ảo: – Đã có: lx, ly và các cặp nội lực nguy hiểm nhất cho

cột là (N1, M1) và (N2, M2)

– b, h được chọn sơ bộ theo chiều dài lc của cột:

159 Ch5_159

Xác định thân cột rỗng NLT

b) Chọn tiết diện nhánh:

• Xác định nội lực nhánh:

- Với y1, y2 được xác định gần đúng như sau:

- Nếu N1 = N2 thì xác định y1 theo công thức:

160 Ch5_160

Xác định thân cột rỗng NLT

b) Chọn tiết diện nhánh:

• Cột rỗng thanh giằng, các nhánh được xác định như cột đặc chịu NĐT với Nf1, Nf2.

• Cột rỗng bản giằng, các nhánh được xác định như cột đặc chịu NLT với (Nf1, Mf1) và (Nf2, Mf2) trong đó (Nf1, Mf1) và (Nf2, Mf2) được xác định như trên.

161 Ch5_161

Xác định thân cột rỗng NLT

b) Tính toán thanh bụng và bản giằng

• Các thanh bụng hay bản giằng của cột được tính toán và kiểm tra với nội lực sinh ra do lực cắt lấy là: max (Vf xác định theo (4.45) và V thực tế).

• Việc tính toán các thanh bụng, các bản giằng cũng như tính liên kết giữa chúng với nhánh cột tiến hành như phần cột rỗng NĐT.

162 Ch5_162

CHI TIẾT CỘT

• Đầu cột:

– Đỡ các kết cấu bên trên nó như dàn, dầm – Phân phối tải trọng tập trung dàn đều trên tiết

diện cột

– Cấu tạo liên kết cần đảm bảo sơ đồ tính là liên kết

cứng hay khớp.

• Chân cột:

– Dùng để truyền tải trọng từ thân cột xuống móng – Giữ cho chân cột phù hợp với sơ đồ tính là ngàm

hay khớp

163 Ch5_163

Chân cột

Bản đế dày ‡ 2cm

164 Ch5_164

Chân cột liên kết khớp

Chân cột (tt)

Chân cột liên kết ngàm

165 Ch5_165

Chân cột (tt)

b. Tính toán bản đế: • Với chân cột chịu nén đúng tâm, diện tích = A LB

bản đế:

ayj

R b b

‡

• N: lực dọc tính toán của cột • hệ số phụ thuộc vào cấp bêtông, với bêtông cấp B25 và

lớn hơn a =13,5Rbt/Rb

• Rb, Rbt: cường độ nén, kéo tính toán của bêtông •

j = 3 b

m bdA A

y =1: tải nén phân bố đều, y =0,75: tải nén phân bố không đều

166 Ch5_166

• • Am: diện tích mặt móng

Chân cột (tt)

• Nếu chân cột chỉ có dầm đế = = B L A bd

– Chọn B theo kích thước chân cột và đoạn côngxôn

C=10‚ 12cm hoặc

s= M AC 1 1 côngxôn

s = N LB

• • b: chiều rộng cột • A1: diện tích truyền tải vào côngxôn (phần hình thang gạch chéo) • C1: khoảng cách từ trọng tâm diện truyền tải hình thang đến tiết

diện tính toán (mép biên cột)

167 Ch5_167

= với t bd M 6 g bf – L=Abd/B – Chiều dày bản đế:

Chân cột (tt)

£ 80mm

Nếu tbd>80mm thì sử dụng chân cột có dầm đế và sườn, hoặc trong điều kiện có thể tăng mác bêtông móng để giảm Abd và C1 làm cho tbd

• Với chân cột có dầm đế và sườn:

(

B b or

h)+2t +2C dd

= bdA B

– b, h: kích thước cột – tdd: chiều dày dầm đế, có thể lấy sơ bộ 8‚ 10mm – C: độ nhô côngxôn của bản đế, lấy C£ 100mm

168 Ch5_168

với

Chân cột (tt)

– Thân cột, dầm đế và sườn chia bản đế thành những ô bản có điều kiện biên khác nhau • Ô 1: bản côngxôn, ô 2: tựa khớp trên 2 cạnh kề nhau, ô

3: tựa trên khớp 3 cạnh, ô 4: tựa khớp trên 4 cạnh

• Trừ ô 1, mỗi ô bản được tính về uốn dưới tác dụng của

169 Ch5_169

phản lực

Chân cột (tt)

– Mômen uốn lớn nhất của mỗi ô bản:

2 d

as= bM

b: hệ số lấy theo Bảng 4.11 và 4.12 – Ô 1: d=c, a – Ô 4: d=a1, a – Ô 3: d=a2, a

b=1/2 b tra bảng 4.11 theo tỷ số b1/a1 với a1 là cạnh ngắn b tra bảng 4.12 theo tỷ số b2/a2 với a2 là chiều dài

biên tự do, b2 là chiều dài cạnh được liên kết vuông góc với biên tự do; khi b2/a2<0,5 tính như côngxôn với d=b2, a b=1/2 – Ô 2: Tính như ô 3 với kích thước a2, b2 lấy như hình vẽ (thiên

về an toàn)

max

– Chiều dày bản đế:

t bd

M 6 g f

170 Ch5_170

• d: nhịp tính toán của ô bản • a

NỘI DUNG

171

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

I. Các giả thiết: • 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) ﬁ Nội lực trong thanh dàn là lực dọc

(cid:5) 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

172172

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

• 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

173173

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

g c q B

P i

+ d d f 2

– Pi: lực tập trung tại nút i – dt, df: khoảng cách nút dàn bên trái và bên phải

nút i theo phương nhịp dàn

là góc nghiêng của mái

, a

– qc: tải trọng tiêu chuNn phân bố trên diện tích mặt bằng. Nếu phân bố trên diện tích mái dốc thì phải chia cho cosa – B: bước dàn – g

Q: hệ số tin cậy về tải trọng ứng với qc

174174

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

• Tính nội lực dàn cho các trường hợp tải trọng sau:

(cid:5)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:

Pd 4

– Tải trọng thường xuyên đặt cả dàn – Tải trọng sửa chữa mái đặt ½ dàn và cả dàn – Tải trọng gió

y : hệ số kể đến tính liên tục của cánh trên, y =1 cho khoang

175175

• Tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất

đầu, y =0,9 cho các khoang bên trong

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

• 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)

176176

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

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

177177

thì nút dễ xoay và được xem là khớp. Nút có nhiều thanh kéo hơn thanh nén thì nút khó xoay và được xem là nút ngàm đàn hồi

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

– Ví dụ: Khi chịu lực, giả thiết dấu nội lực các thanh

x=1 (2 đầu khớp), thanh ce:

như hình vẽ. Thanh ac: m 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

khớp

đứng gối tựa: Lx=L

178178

ngàm

(Với thanh bụng phân nhỏ, chiều dài tính toán của nó được lấy bằng khoảng cách nút dàn ở thanh bụng khảosát)

• Thanh bụng còn lại: Lx=0,8L

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

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): + 0,75 0,25

= L y L 1

179179

      N 2 N 1

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

c. Độ mảnh giới hạn các thanh dàn:

[l ]

[l ]: tra Bảng

180180

l £

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

• Tiết diện hợp lý khi sự làm việc hai phương

bằng hoặc xấp xỉ nhau: l

• Tiết diện thanh dàn thường dùng:

» l

– Dạng hai thép góc đều cạnh ghép lại (ix

– Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh lớn (ix iy): dùng hợp lý cho các thanh dàn có Lx = Ly – Hai thép góc không đều cạnh, ghép cạnh bé (ix 0,5iy): dùng hợp lý cho các thanh dàn có Ly = 2Lx » 0,75iy): dùng hợp lý cho các thanh bụng dàn có Lx = 0,8Ly

– Hai thép góc đều cạnh ghép lại thành hình chữ thập: dùng cho thanh đứng ở vị trí khuyếch đại

181181

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

a. Nguyên tắc chọn tiết diện

– Tiết diện thanh dàn nhỏ nhất là L50x5 – Trong một dàn L £ 36m nên chọn không quá 6

đến 8 loại thép

– Với L £ 24m không cần thay đổi tiết diện thanh cánh. Khi L > 24m thì phải thay đổi tiết diện để tiết kiệm vật liệu. Dùng không quá hai loại tiết diện với L £ 36m

– Bề dày bản mã dàn được chọn dựa vào lực lớn

nhất ở thanh xiên đầu dàn

182182

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

183183

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

b. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu nén: Tính toán như cấu kiện nén đúng tâm – Diện tích cần thiết

A yc

j g

gt c

‡

j •

gt: hệ số uốn dọc tra theo Bảng D.8 dựa vào độ mảnh gt giả thiết gt=60‚ 80 với thanh cánh, l

gt=100‚ 120 với thanh bụng – Tra Bảng, chọn số hiệu thép góc cần dùng và tra ix,

l •

iy, Ag – Tìm l

max=max(l

x=Lx/ix; l

y=Ly/iy) ﬁ

min

184184

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

– Kiểm tra tiết diện đã chọn

g f

max

min

£ l £ l   

ﬁ Nếu không thoả mãn chọn lại tiết diện và kiểm tra lại

(cid:5)Trường hợp thanh cánh có uốn cục bộ thì phải tính toán theo cấu kiện chịu nén lệch tâm

185185

A = 2Ag: diện tích tiết diện

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

c. Chọn và kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo

– Diện tích cần thiết:

A yc

N g f c

– Tra bảng chọn tiết diện thép góc, tra ix, iy, Ag – Kiểm tra lại diện tích tiết diện:

‡

g f

max

N A n

£ l £

186186

l    An: diện tích thực tế của tiết diện

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

d. Chọn tiết diện thanh theo độ mảnh giới hạn > [l ]

Ayc nhỏ ﬁ

– Với thanh có nội lực nhỏ ﬁ chọn tiết diện theo l = [l ]

i x yc ,

; i y yc ,

– Tính:

L x l    

L y l    

– Dựa vào ix,yc và iy,yc , tra bảng chọn thép góc làm tiết

diện thanh

187187

ﬁ

E - TÍNH TOÁN DÀN THÉP

Chọn tiết diện thanh xiên đầu dàn chịu lực nén tính toán N=53000daN. Dùng thép CCT34

tbm

188188

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

I. 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 ‡ 50mm

đường hàn góc cạnh với hf

‡ 4mm, Lw

189189

E - CẤU TẠO VÀ 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

190190

E - CẤU TẠO VÀ 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

50

191191

E - CẤU TẠO VÀ 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 ﬁ tại nút dàn gia cường bản thép góc

192192

E - CẤU TẠO VÀ 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

193193

i1: bán kính quán tính của một thép góc lấy đ/v trục riêng (trục 1-1) song song với mặt phẳng dàn Trong mỗi thanh dàn đặt không ít hơn 2 tấm đệm

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

II. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

(SV tự đọc SGK)

194194

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

III. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

a) Nút gối:

195195

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

III. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

b) Nút trung gian:

196196

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

III. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

c) Nút đỉnh dàn:

197197

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

III. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

d) Nút giữa dàn cánh dưới:

198198

E - CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN NÚT DÀN

III. Cấu tạo và tính toán chi tiết nút dàn:

e) Nút có nối thanh cánh:

199199

Bài giảng Kết cấu thép (Phần cấu kiện cơ bản) - TS. Nguyễn Trung Kiên