Bài giảng Kết cấu thép - Đặng Tuấn Phong

1Kết cấu thép Giảng viên: Đặng Tuấn Phong Đại học Thủy Lợi Bộ môn Kết cấu công trình 2Nội 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) 3CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP • Vòm cầu thép 4CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP • Bể chứa 5CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP • Khung nhà lắp ghép 6CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP • Cầu trục 7CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP • Cửa van thủy lợi 8CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP • Cầu Long Biên 9CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 1. Mở đầu - Ưu điểm của kết cấu thép: - Nhược điểm: * Vững chắc * Dễ han gỉ * Nhẹ * Đắt tiền * Dễ gia công, dựng lắp * Chịu lửa kém 10CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP - 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) 11CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP - Ứng dụng trong thủy lợi: Dùng làm cửa van Cửa van phẳng Nhà máy thủy điện DakMi-4 12CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP - Ứng dụng trong xây dựng dân dụng: Cầu thang Sàn 13CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP - Ứng dụng trong xây dựng dân dụng: Tháp Eiffel (tiếng Pháp: Tour Eiffel) Khởi công 1887 Hoàn thành 1889 Khánh thành 31 tháng ba, 1889 Khánh thành 31 tháng ba, 1889 Nhà thầu chính Gustave Eiffel & Cie Số tầng 3 Số thang máy 9 Chiều cao Chiều cao 324 m (1.063 ft) Tính đến mái 300,65 m (986,4 ft) Tính đến sàn cao nhất 273 m (896 ft) Thiết kế Kiến trúc sư Stephen Sauvestre Kỹ sư kết cấu Maurice Koechlin, Émile Nouguier 14CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP - Ứng dụng trong công trình giao thông: Cầu tạm 15CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT) Kết cấu thép được chế tạo bởi thép xây dựng: - Thép Carbon: CT2, CT3, CT4, CT5 - Thép hợp kim Cường độ tính toán của thép: : Cường độ tiêu chuẩn : Hệ số đồng chất m: Hệ số điều kiện làm việc 0. . tcR R k m= tc cR σ= 0k 1m ≤ 16CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 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 17CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 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 = 40cm040N⊂ 18CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 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 = 40cm040NΙ 19CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 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 20CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 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: Trong đó: Nitc : Nội lực do tải tiêu chuẩn thứ i sinh ra ni: Hệ số tải trọng của tải thứ i ci: Hệ số tổ hợp tải trọng . tc i i iN n N c=∑ 21CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 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) Trong đó: S: đặc trưng hình học của cấu kiện R*=R khi tính toán về cường độ R*=σth khi tính toán về ổn định - Trạng thái giới hạn 2 (về biến dạng hoặc chuyển vị) * * . tc i i iN n N c SR N R S σ = ≤ = ≤ ∑ 0 1 , tc tc gh f L n ∆ ≤ ∆ ≤ 22 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 1. Khái niệm chung 2. Thiết kế dầm định hình 3. Thiết kế dầm ghép (dầm tổ hợp) 23 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) 24 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 25 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) Chú ý: Khi nào không dùng được dầm định hình mới dùng đến dầm ghép. 26 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.1 Mở đầu: 4.1.2 Cách bố trí hệ dầm: a. Kiểu bố trí đơn giản 27 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.1 Mở đầu: 4.1.2 Cách bố trí hệ dầm: b. Kiểu bố trí phổ thông 28 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.1 Mở đầu: 4.1.2 Cách bố trí hệ dầm: b. Kiểu bố trí phức tạp 29 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.1 Mở đầu: 4.1.3 Nguyên tắc tính toán: - TTGH 1: cường độ ổn định - TTGH 2: độ võng th N mR S σ = ≤ th N S σ σ= ≤ 0 1tcf L n ≤ 30 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 31 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: Mmax: Mômen lớn nhất xuất hiện trên dầm R: Cường độ tính toán của thép làm dầm m: hệ số điều kiện làm việc max yc MW mR = 32 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B4: Từ bảng quy cách thép định hình, chọn thép có B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ: - Ứng suất pháp: Trong đó: 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 x ycW W≥ th M mR W σ = ≤ 33 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: Qmax: Lực cắt lớn nhất trên dầm δb: chiều dày bản bụng α: hệ số xét ảnh hưởng giảm yếu của bản bụng a: bước lỗ đinh (k/c giữa 2 bulông) d: đường kính lỗ bulông max . . . . x c x b Q S m R J τ α δ= ≤ a a d α = − 34 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: 2 23. .m Rσ τ+ ≤ . .2 . b b x b b b M hM W J Q Q h F σ τ δ  = =    = =  35 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: n=1 P: lực tập trung tính toán δb: chiều dày bụng dầm b: bề rộng cánh dầm phụ h1=R+t t: chiều dày cánh dầm chính h1 z b b . . cb b n P mR z σ δ= ≤ 36 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình: B6: Kiểm tra điều kiện độ võng VD: Dầm đơn chịu tải phân bố đều q 0 1tcf L n ≤ q L 35 . . 384 . tcf q L L E J = 37 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 φd: hệ số ổn định của dầm với tra bảng 4-2 Jxoắn: lấy theo bảng 4-5 l0: chiều dài tự do của dầm theo phương ngang max .d ng M mR W σ ϕ = ≤ 2 0 . y d x J h J l ϕ ψ    =         ( )fψ α= 201,54 xoan y J l J h α   =     38 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ): hc hhb δb δc bc . 2 2. . c c b b b c c c h h F h F b δ δ δ = − = = hb hc h δb δc bc 39 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 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 ptc: Tải trọng động tiêu chuẩn qtc: Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn p: Tải trọng động tính toán q: Tải trọng tĩnh tính toán ( ) ( ) 0 min . .5 . . 24 . . tc tc tc p tc q p qR L nh E p q p p n q q n ∑ + = ∑ + = = hb hc h δb δc bc 40 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 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 λb: độ mảnh bản bụng 3 max 1,5. .kt b yc yc b b b h W MW mR h λ λ δ = = = 2dam b cF F F= + F hh Fmin Fb 2Fc λb Sử dụng khi 70-80 Dầm không sườn gia cố 100-160 Dầm có sườn gia cố hb hc h δb δc bc 41 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 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 hb hc h δb δc bc 42 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 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 0,95.bh h= hb hc h δb δc bc 43 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 bụng(δb) Theo điều kiện chống cắt của bản cánh Theo điều kiện độ mảnh λb đã chọn phần trước Theo điều kiện cấu tạo max3 2b c b Q mR h δ ≥ b b b hδ λ= 6b mmδ ≥ hb hc h δb δc bc 44 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(δc) Chọn từ 16-40mm, kiểm tra lại theo ct 0,02c hδ = 2b ch h δ= + hb hc h δb δc bc 45 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 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 2 3 2 . 2 12 c c c c b b c yc Jb h hhJ W δ δ = = − hb hc h δb δc bc 46 CHƯƠNG 4: DẦM THÉP 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 Nếu kiểm tra lại không thỏa mãn các điều kiện Thì thay đổi δc, bc nhưng Fc=δc.bc=const 2100 30 30 2100 c b c c c b b R Rb δδ δ δ − ≥ ⇒ ≤ + hb hc h δb δc bc 47 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(σ,τ) Theo điều kiện ứng suất pháp Theo điều kiện ứng suất tiếp th M mR W σ = ≤ max . . . x c x b Q S m R J τ δ= ≤ hb hc h δb δc bc 232 2 2. 12 2 x b b c th c c J h hW b h h δ δ    = = +       48 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(σ,τ) Tại vị trí có M và Q đều lớn cần kiểm tra điều kiện cường độ bản bụng Ứng suất cục bộ của bản cánh z=b+2h1, n=1 2 23. .m Rσ τ+ ≤ . .2 . b b x b b b M hM W J Q Q h F σ τ δ  = =    = =  . . cb b n P mR z σ δ= ≤ h1 z b b hb hc h δb δc bc 49 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 Khi dầm chịu tải P có thể đổi sang tải q với M=const 0 1tcf L n ≤ q L ( ) 3 0 5 1 . 384 . tc tctc x q pf L L E J n ∑ + = ≤ 50 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 Jx: tính tại m/c giữa nhịp J0: tính tại m/c sát gối Trong thiết kế cần chú ý hoặc 0X X J Jk J − = max 0 5 3 1 . 1 48 . 25 tctc x Mf k L L E J n   = + ≤    0 1 6 X J J≥ 0 0,4h h≥ 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 liên kết bản bụng và bản cánh Nếu cho liên kết giữa chúng là liên kết hàn Lực cắt trên 1 đơn vị dài Khả năng chịu cắt của đường hàn (2 phía) Điều kiện thỏa mãn : . x b x QST J τ δ= = [ ] 2 . .h hh gcT h Rβ= [ ]h c T T≤ 52 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 Hệ số α tính theo công thức max .d ng M mR W σ ϕ = ≤ ( )3 31,3 23xoan b b c cJ h bδ δ= + 2 3 0 38 1 2 c b c c c l h h b b δ δ α δ     = +        53 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 ) 1 210015 c a Rδ ≤ δc δb bc a1 2 3 2 1 1000,8 .10cth c daN a cm δ σ σ     = ≥       54 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 τ, σ hoặc liên hợp τ + σ ). Xét TH do riêng ứng suất tiếp gây ra d: cạnh ngắn tấm chữ nhật µ: tỉ số cạnh dài / cạnh ngắn Khi dầm bị mất ổn định cục bộ, cần gia cố bằng sườn đứng 2 3 2 2 1000,951,25 .10bth daN d cm δ τ µ      = +         210070b b h Rδ ≤ 70b b h δ > 55 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 amax = 2hb nếu λb = hb/δb >100 amax = 2,5hb nếu λb = hb/δb ≤100 56 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 τ, σ hoặc liên hợp τ + σ ). Xét TH do riêng ứng suất pháp gây ra Tại vị trí có M lớn, ư/s chủ yếu là ư/s pháp Với K0=f(γ) là hệ số phụ thuộc độ cứng liên kết bản bụng - cánh δb hb σ −σ − σ + σ + 2 3 0 2 100 .10bth b daNK h cm δ σ     =        57 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 c=0,8 Quan hệ γ ~ K0 cho trong bảng 4-7 SGK Với thép CT3, theo quy định quy phạm δb hb σ −σ − σ + σ + 3 . c c b b b c h δγ δ   =     γ <0,8 1 2 4 6 10 ≥30 K0 6,3 6,62 7,00 7,27 7,32 7,37 7,46 Khớp =======================
Ngàm 2100160b b h Rδ ≤ 58 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 Khi không thỏa mãn điều kiện thì cần phải gia cố sườn dọc 2100160b b h Rδ ≤ 59 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 τ, σ hoặc liên hợp τ + σ ). Xét TH do liên hợp ứng suất pháp và ứng suất tiếp gây ra m: hệ số điều kiện làm việc Jx: mô men quán tính chính của toàn mặt cắt 2 2 b b th th m σ τ σ τ     + ≤        2 b b x b b b hM J Q h σ τ δ = = 60 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP 1. Khái niệm chung 2. Cột chịu nén trung tâm (đúng tâm) 3. Cột chịu nén lệch tâm 61 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP 5.1 Khái niệm chung - Định nghĩa: Cột là phân tố chủ yếu chịu nén - Phân loại: Theo tải trọng Theo hình thức tiết diện: Nén đúng tâm Nén lệch tâm Cột đặc Cột rỗng Bản giằng Thanh giằng 62 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP Cột đặc Cột đặc Cột rỗng bản giằng chịu nén đúng tâm chịu nén lệch tâm N N e 63 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP Cột rỗng thanh giằng Cột rỗng bản giằng 64 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP 5.2 Cột chịu nén đúng tâm 5.2.1 Công thức chung kiểm tra ổn định φ: Hệ số uốn dọc, tra bảng 5-1 Với , : Độ mảnh của cột : bán kính quán tính của tiết diện :Chiều dài tính toán của thanh nén, phụ thuộc vào liên kết hai đầu cột N R F σ ϕ = ≤ ( )fϕ λ= 0l r λ = 0 .l lµ= J r F = µ = 0,5 µ = 0,7 N N µ = 1,0 N µ = 2,0 N 65 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP Trường hợp cột nằm trong hệ khung phẳng Trong đó µ1=f(k) Giá trị hệ số µ1 đối với cột có mặt cắt đều h ℓ JC Jd 0 1.l lµ= . d c J hk l J = k 0 0,2 0,3 0,5 1 2 3 ≥10Lk ở móng Ngàm 2 1,5 1,4 1,28 1,16 1,08 1,06 1,0 Khớp - 3,42 3,0 2,63 2,33 2,17 2,11 2,0 66 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 Đối với trục X: Đối với trục Y: x x N R F σ ϕ = ≤ 0 .xl lµ= x x J r F = 5_10 Bangx x x x l r λ ϕ= → y y N R F σ ϕ = ≤ 0 .yl lµ= y y J r F = 0 5_1y Bang y y y l r λ ϕ= → 67 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) Đối với trục X: x x N R F σ ϕ = ≤ 0 .xl lµ= x x J r F = 5_10 Bangx x x x l r λ ϕ= → ln d bg Y X c α Y X 68 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) Đối với trục Y: Trong đó: đối với trường hợp bản giằng y y N R F σ ϕ = ≤ 0 .yl lµ= ln d bg Y X c 2 0 12 1 12 y y y y y y y n l Jc r r r r F λ  = ← = + ← =    5_1 2 2 1 Bang td n y y y n n y l r ϕ λ λ λ λ← = + ← = 69 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) Đối với trục Y: Trong đó: đối với trường hợp thanh giằng y y N R F σ ϕ = ≤ 0 .yl lµ= 2 0 12 1 12 y y y y y y y n l Jc r r r r F λ  = ← = + ← =    5_1 2Bang td y y y t Fk F ϕ λ λ← = + ∑     =→=α ==α ==α α= 27k6045 31k40 45k30 )(fk oo o o α Y X 70 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 Giả thiết λgt=60÷80 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 yc NF mRϕ = 5 1bang gt yc ox x gt oyyc y gt l r l r λ ϕ λ λ − → = = ====> INo??? 71 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 Theo điều kiện ổn định Kiểm tra giới hạn độ mảnh của cột - Cấu kiện cơ bản: λ ≤ 120 - Cấu kiện phụ: λ ≤ 150 th N mR F σ = ≤ ( )min min ; min ;x y N mR F σ ϕ ϕ ϕ ϕ = ≤ = 72 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 Giả thiết λgt theo kinh nghiệm Tính các bán kính quán tính ; α1,α2: Hệ số tra bảng 5-2 trang 111 SGK yc NF mRϕ = 01500 ; 5 6 80 100gtN kN l m λ≤ = ÷ → = ÷ 03000 5000 ; 5 6 60 80gtN kN l m λ= ÷ = ÷ → = ÷ 1 yc ox x b b gt l r h hαλ= = → 2 oyyc y c c gt l r b bαλ= = → 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 Xác định các kích thước khác δc: chiều dày bản cánh δb: chiều dày bản bụng Thường chọn: δc =8÷40mm; δb =6÷16mm 2c bδ δ= 2 2yc b c b b c cF F F h bδ δ= + = + 74 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 Theo điều kiện ổn định th N mR F σ = ≤ ( )min min ; min ;x y N mR F σ ϕ ϕ ϕ ϕ = ≤ = 75 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 ( )1 0 0; c a K K f λδ ≤ = λ 25 50 75 100 125 K0 14 15 16,5 18 20 δ c δ b b c a 1 76 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 Khi không thỏa mãn điều kiện thì phải gia cố bằng các sườn dọc, sườn ngang Kiểm tra giới hạn độ mảnh của cột max 210040 0,2 75 b b b b h R λ λδ λ  = ≤ +   ≤ - Cấu kiện cơ bản: λ ≤ 120 - Cấu kiện phụ: λ ≤ 150 77 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 cùng làm việc + Cột thanh giằng: thanh giằng chịu lực dọc + Cột bản giằng: bản giằng chịu lực cắt, lực uốn δbg= 6-12mm ln d bg Y X c α Y X 78 CHƯƠNG 5: CỘT THÉP 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 Xuất phát từ điều kiện ổn định đối với trục X =>chọn tiết diện nhánh: Giả thiết λx = 50 ÷ 90, tra bảng được ϕx Từ chọn tiết diện nhánh cột =>Kiểm tra lại điều kiện ổn định đối với trục X td x yλ λ= yc x x NF mRϕ = yc ox x gt l r λ= , yc yc x xF r , 2 n x N mR F F Fϕ ≤ = 79 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: - Với cột thanh giằng: 2 2 2 oy x n l c λ λ ≈ − 2 2 oy n x t l c Fk F λ ≈ − 80 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: - Điều kiện cường độ: - Điều kiện độ mảnh: ( )min min ; min ;x y N mR F σ ϕ ϕ ϕ ϕ = ≤ = th N mR F σ = ≤ - Cấu kiện cơ bản: λ ≤ 120 - Cấu kiện phụ: λ ≤ 150 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 - 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 82 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 Tiết diện thanh giằng được chọn theo điều kiện ổn định Độ mảnh giới hạn: 2 sin 2sin t t N Q QN α α = ⇒ = t t t N mR F σ ϕ = ≤ 150λ ≤ 83 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: Kiểm tra đường hàn của liên kết 1 4bg QlM = ln d bg X c l1 Q M bg1 2bg QlT c = ;bgM Q h h M Q W F τ τ= = 2 2 max h M Q gmRτ τ τ= + ≤ 84 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) :h/s ổn định của cột chịu nén lệch tâm (Bảng 5-8) m1: hệ số tính đổi η: hệ số ảnh hưởng của hình dáng tiết diện (bảng 5-9) lt x N mR F σ ϕ = ≤ ( )1,ltx xf mϕ λ= 1 max( ) 2 1 . . . . . x x x x x M F m m e y N W r η η η − − = = = 85 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) ϕylt:h/s ổn định theo phương trục Y c: hệ số ảnh hưởng bởi mô men uốn α,β: tra bảng 5-12 . lt y N mR c F σ ϕ = ≤ ( );1 . x x x x M F c m m N W β α − = = + 86 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 nên cần giả thiết λx, m1 Giả thiết λx=50-90, thông thường chọn λx=70 Chọn được tiết diện cần phải kiểm tra lại yc lt x NF mRϕ = ( )1,ltx xf mϕ λ= 1 1 2,8 yc gt yc ox x x x x ycgt x l r e r h m F h λ λ α→ = → = → = → 87 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 1. Khái niệm chung 2. Thiết kế giàn thép 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 - Giàn là cấu kiện bụng rỗng chủ yếu chịu uốn 90 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.1 Khái niệm chung - Cấu trúc của kết cấu mái 91 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 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 cách bố trí giàn thép thường gặp 95 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp 96 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 97 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp Giàn kiểu Warren (W) 98 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 99 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 100 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 101 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 102 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.1 Khái niệm chung - Các hình thức giàn thép thường gặp 103 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=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 0 2 al l= + 104 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 105 6.2 Thiết kế giàn * Xác định nội lực tác dụng vào nút Trường hợp Tải trọng tập trung CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 106 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.2 Thiết kế giàn 6.2.1 Tính toán các thanh giàn - Thanh chịu kéo: - Thanh chịu nén trung tâm Chọn yc NF mRβ= yc gt NF mRϕ = _5 1 80 120 B gt yc ox gt x gt oyyc y gt l r l r λ ϕ λ λ λ −   →   = → ⇒ =    =  KÕt cÊu hµn β=1 KÕt cÊu ®inh t¸n β<1 VD: Fyc= 16cm 2 ryc=2,95cm ??? 2L90.56.6 107 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.2 Thiết kế giàn 6.2.1 Tính toán các thanh giàn - Thanh chịu kéo lệch tâm: - Thanh chịu nén lệch tâm 6.2.2 Kiểm tra độ mảnh giới hạn th th N M mR F W σ = + ≤ yc lt x NF mRϕ = 1 1 60 80 2,8 ltox xgt x gt l eh m h λ ϕ α λ= → ⇒ = ⇒ = ⇒ Thanh cánh λ=120 (nén) λ=400 (kéo) Thanh bụng 150 400 Thanh giằng 200 400 108 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 - Mắt giàn thường có hình dạng đơn giản - Góc giữa thanh bụng với bản mắt α = 10 ÷ 200 - Khoảng cách giữa các thanh từ 10 ÷ 15mm - K/c giữa các mắt giàn : 1,5÷2,5m N(kN) < 200 200 ÷ 500 500 ÷ 700 δ(mm) 8 10 12 109 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.2 Thiết kế giàn 6.2.3 Thiết kế mắt giàn - Tính liên kết . hi g h h N mR h l τ β= ≤∑ 110 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 111 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.2 Thiết kế giàn 6.2.4 Chiều dài tính toán thanh nén Loại thanh giàn Chiều dài tính toán lox loy Thanh cánh d d1 Thanh bụng giàn 0,8d d Thanh bụng đầu giàn d d 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 CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP 6.2 Thiết kế giàn Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng