Xem mẫu

  1. KẾT CẤU THÉP 1 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỘT THÉP GV: NGUYỄN VĂN HIẾU 1 Tp. HCM, Tháng 02/2013
  2. §1. KHÁI NIỆM CHUNG 1. Đặc điểm chung: Cột có các bộ phận chính: Đầu cột; Thân cột; Chân cột. 2. Các loại cột: Cột có nhiều loại tùy theo cách phân loại:  Theo sử dụng: Cột nhà công nghiệp; cột nhà khung nhiều tầng; cột đỡ sàn công tác; cột đỡ đường ống…  Theo cấu tạo; Hình 4.1. Cột thép. a) cột đặc tiết diện không  Theo sơ đồ chịu lực. đổi; b) cột rỗng tiết diện không đổi; c) cột bậc tiết diện đặc; d) cột bậc tiết diện đặc 2
  3. 3. Sơ đồ tính và chiều dài tính toán: a. Sơ đồ tính - liên kết đầu cột và chân cột - Chân cột khớp cố định; - Chân cột liên kết ngàm; - Đầu cột liên kết ngàm vào xà ngang; - Đầu cột liên kết khớp với xà ngang; - Liên kết ở đầu cột cũng như chân cột có thể khác nhau theo các phương. 3
  4. b. Chiều dài tính toán: Chiều dài tính toán của cột tiết diện không đối hay các đoạn cột bậc: l0   .l (4.1) Trong đó: l0 : chiều dài hình học của cột.  : Hệ số chiều dài tính toán, phụ thuộc vào đặc điểm tải trọng nén tác dụng vào cột và sơ đồ liên kết ở 2 đầu cột. HÖ sè  lÊy theo b¶ng 4.1. ChiÒu dµi tÝnh to¸n cña cét khi xÐt ®Õn sù thay ®æi tiÕt diÖn (bÒ cao, bÒ réng tiÕt diÖn thay ®æi theo luËt bËc nhÊt, nh­ c¸c s¬ ®å trong b¶ng 4.2) cña cét qua hÖ sè j (gäi lµ hÖ sè chiÒu dµi tÝnh to¸n bæ sung). Gi¸ trÞ cña chiÒu dµi tÝnh to¸n cña cét lµ: lo = j  l, (4.2) trong ®ã hÖ sè j lÊy theo b¶ng 4.2. 4
  5. B¶ng 4.1. HÖ sè chiÒu dµi tÝnh to¸n  cña cét tiÕt diÖn kh«ng ®æi S¬ ®å kÕt cÊu, t¶i Sè S¬ ®å kÕt cÊu, t¶i Sè TT   träng vµ néi lùc N TT träng vµ néi lùc N 2 5 1 1 1 6 2 2 0,7 7 0,725 3 0,5 8 1,12 4 5
  6. c. Độ mảnh của cột Theo hai trôc chÝnh (x, y) cña tiÕt diÖn cét ta cã c¸c ®é m¶nh x , y cña cét theo hai trôc nµy: lx ly x  ;  y  (4.3) ix iy Kh¶ n¨ng chÞu nÐn ®óng t©m cña cét ®­îc quyÕt ®Þnh bëi ®é m¶nh lín nhÊt (max) trong hai ®é m¶nh x , y . Khi thiÕt kÕ cét nÐn ®óng t©m nªn cè g¾ng ®¹t ®­îc ®iÒu kiÖn : x = y (4.4) §Ó cét lµm viÖc b×nh th­êng trong qu¸ tr×nh sö dông, ®é m¶nh lín nhÊt max cña cét kh«ng ®­îc v­ît qu¸ giíi h¹n [] cho ë b¶ng 25 trong tiªu chuÈn thiÕt kÕ kÕt cÊu thÐp TCXDVN 338-2005. max  [] (4.5) 6
  7. § 2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM 1. Hình thức tiết diện: a.Tiết diện I - Đơn giản - Thỏa mãn các yêu cầu thiết kế Hình 4.3a. Cột đặc tiết diện I - Dễ liên kết với kết cấu khác. b.Tiết diện + - ix  i y Hình 4.3b. Cột đặc tiết diện - Đơn giản chữ thập - Khó liên kết với kết cấu khác. c. Tiết diện kín - Tiết kiệm vật liệu do i lớn - Khó bảo dưỡng (bịt kín 2 đầu). Hình 4.3c. Cột đặc tiết diện kín - Khó liên kết với kết cấu khác. 7
  8. 2. Tính toán cột đặc chịu nén đúng tâm a. TÝnh to¸n vÒ bÒn: Khi trªn th©n cña cét cã tiÕt diÖn gi¶m yÕu, kiÓm tra bÒn theo c«ng thøc: N   f c (4.6) An trong ®ã: N - lùc däc tÝnh to¸n; An - diÖn tÝch tiÕt diÖn thùc (®· trõ phÇn gi¶m yÕu); b. TÝnh to¸n vÒ æn ®Þnh tæng thÓ: N Cét cÇn ®­îc kiÓm tra æn ®Þnh tæng thÓ theo c«ng thøc:  f c (4.7)  min A trong ®ã: An - diÖn tÝch tiÕt diÖn nguyªn (ch­a trõ phÇn gi¶m yÕu);  min - hÖ sè uèn däc, lÊy theo  max cña cét (b¶ng D.8 TCXDVN 338- 2005). c. TÝnh to¸n vÒ æn ®Þnh côc bé: Cét cã thÓ bÞ mÊt æn ®Þnh côc bé ë c¸c b¶n thÐp do ứng suất nén lớn hơn ứng suất nén tới hạn cña b¶n thÐp, dÉn ®Õn gi¶m kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cét, lµm cho cét sím bÞ ph¸ ho¹i. 8
  9. bo  bo   §iÒu kiÖn æn ®Þnh côc bé cña b¶n c¸nh:    (4.13) t f t f     bo  trong ®ã:   - ®é m¶nh giíi h¹n cña phÇn b¶n nh« ra lÊy theo b¶ng 4.4. t f    B¶ng 4.4. §é m¶nh giíi h¹n [b0/tf] cña phÇn b¶n c¸nh nh« ra cña cét H×nh thøc tiÕt diÖn [bo/t] khi 0,8    4 Ch÷ I vµ ch÷ T, c¸nh kh«ng viÒn mÐp (0,36 + 0,1  ) E / f ThÐp gãc ®Òu c¹nh vµ thÐp ®Þnh h×nh cong (0,40 + 0,07  ) E / f kh«ng viÒn b»ng s­ên (trõ tiÕt diÖn d¹ng ch÷ [ ) ThÐp ®Þnh h×nh cong (thÐp h×nh dËp nguéi) (0,50 + 0,18  ) E / f cã s­ên viÒn C¸nh thÐp h×nh ch÷ [ vµ c¸nh lín thÐp gãc (0,43 + 0,08  ) E / f kh«ng ®Òu c¹nh Khi  < 0,8 lÊy  = 0,8 vµ khi  > 4 lÊy  = 4 f   : độ mảnh quy ước E 9
  10. h w  hw   §iÒu kiÖn æn ®Þnh côc bé cña b¶n bông:   (4.12) tw  tw  trong ®ã: hw - chiÒu cao tÝnh to¸n cña b¶n bông;  hw   t  - ®é m¶nh giíi h¹n cña b¶n bông, lÊy theo b¶ng 4.3.  w  hw  B¶ng 4.3. §é m¶nh giíi h¹n t  cña b¶n bông cét ®Æc nÐn ®óng t©m  w Lo¹i tiÕt diÖn Gi¸ trÞ C«ng thøc tÝnh  hw    cét   tw  Ch÷ I  < 2,0 (1,3 + 0,15  2 ) E / f  ≥ 2,0 (1,2 + 0,35 ) E / f ;  nh­ng kh«ng lín h¬n 2,3 E / f H×nh hép vµ  < 1,0 1,2 E / f Ch÷ [ c¸n  ≥ 1,0 (1,0 + 0,2  ) E / f ; nh­ng kh«ng lín h¬n 1,6 E / f Ch÷ [ tæ  < 0,8 E / R hîp  ≥ 0,8 (0,85 + 0,19  ) E / f ; nh­ng kh«ng lín h¬n 1,6 E / f 10
  11. thỏa mãn, phải đặt sườn dọc a b¶n bụng, s­ên däc cã kÝch sd  10t w ; t sd  0.75t w vµ ®­îc kÓ diÖn tÝnh to¸n cña cét. Khi ®ã ®é m¶nh giíi h¹n cña b¶n bông ¸ trÞ ë b¶ng 4.3 nh©n víi hÖ sè ¸ trÞ nh­ sau: 3  6 hw t w : 3  0.4 I sd  0.1I sd 1 1   Khi 3  hw t w  3 hw t w   3 w tw :   1 H×nh 4.5. S­ên gia c­êng b¶n bông cét ã: I sd - m«men qu¸n tÝnh cña 11
  12. ­ên däc ®èi trôc ë bông cét u«ng gãc víi c¹nh bsd ; w - chiÒu cao tÝnh to¸n cña bông khi ch­a ®Æt s­ên däc; hw f Ngoµi ra khi  2 .3 ph¶i ®Æt c¸c s­ên cøng ngang c¸ch nhau a  ( 2.5  3 )hw ®Ó tw R gia c­êng cho bông cét kh«ng bÞ mÊt æn ®Þnh côc bé d­íi t¸c dông cña øng suÊt tiÕp. f h KÝch th­íc cña s­ên ngang nh­ sau: t s  2bs ; bs  w  40 mm : khi bè trÝ cÆp s­ên E 30 ®èi xøng; 12
  13. hw bs   50 mm : khi bè trÝ s­ên mét bªn. 24 Trong mỗi đoạn chuyên chở ít nhất phải có 2 sườn ngang. d. Kh¶ n¨ng chÞu nÐn ®óng t©m N  cña cét ®Æc:  Kh¶ n¨ng theo ®iÒu kiÖn bÒn: N b  An f c (4.14)  Kh¶ n¨ng theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh tæng thÓ: N    min Af c (4.15)  Kh¶ n¨ng chÞu nÐn ®óng t©m cña cét: N   minN b ; N   (4.16) 13
  14. 3. X¸c ®Þnh tiÕt diÖn cét ®Æc chÞu nÐn ®óng t©m (tiÕt diÖn ch÷ H) Gi¶ thiÕt r»ng ®· cã néi lùc däc N vµ lx, ly cña cét, ta tiÕn hµnh viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ th©n cét nh­ sau a. Chän tiÕt diÖn cét N – X¸c ®Þnh diÖn tÝch cÇn thiÕt cña tiÕt diÖn cét Ayc  , (4.18) f  c hÖ sè uèn däc  ®­îc gi¶ thiÕt tr­íc hoÆc ®­îc x¸c ®Þnh theo ®é m¶nh gi¶ thiÕt (gt): gt  []; – X¸c ®Þnh kÝch th­íc tiÕt diÖn b¶n c¸nh vµ b¶n bông (b, h, tf vµ tw) ly lx Tõ gt tÝnh ®­îc b yc  ; h yc  , (4.19)  y  gt  x  gt trong ®ã: x, y – c¸c hÖ sè ®Ó x¸c ®Þnh gÇn ®óng c¸c b¸n kÝnh qu¸n tÝnh tiÕt diÖn (ix = xh, iy = yb) lÊy theo b¶ng 4.5. Theo yªu cÇu cÊu t¹o cã : h  b, th­êng lÊy h = (1  1,15) b ; tf = 8  40 mm vµ tw = 6  16 mm. 14
  15. B¶ng 4.5. Gi¸ trÞ x, y TiÕt diÖn x 0,42 0,49 0,40 0,58 0,44 0,60 0,52 0,43 y 0,24 0,32 0,32 0,32 0,38 0,38 0,41 0,43 b. KiÓm tra tiÕt diÖn cét Sau khi lùa chän tiÕt diÖn cét, cét cÇn ®­îc: - kiÓm tra vÒ bÒn khi trªn th©n cét cã sù gi¶m yÕu tiÕt diÖn; - kiÓm tra vÒ æn ®Þnh tæng thÓ; - kiÓm tra vÒ æn ®Þnh côc bé c¸c b¶n c¸nh, b¶n bông; - kiÓm tra yªu cÇu vÒ ®é m¶nh. c. X¸c ®Þnh tiÕt diÖn cét theo ®é m¶nh 15
  16. Víi cét cã lùc däc N qu¸ nhá, hay cét cã chiÒu dµi lín mµ lùc N nhá, tiÕt diÖn ®­îc chän theo ®é m¶nh giíi h¹n []. d. Liªn kÕt c¸nh vµ bông cét - Liªn kÕt c¸nh vµ bông cét tæ hîp chÞu lùc c¾t V cña cét sinh ra do uèn däc hay c¸c t¸c dông ngÉu nhiªn g©y uèn. Nh­ng lùc c¾t nµy nhá kh«ng ®¸ng kÓ. Do vËy liªn kÕt c¸nh vµ bông cét chÞu nÐn ®óng t©m ®­îc lÊy theo cÊu t¹o: víi cét hµn, ®­êng hµn dµi suèt chiÒu dµi cét vµ lÊy hf = 6  8 mm. 16
  17. § 3. Cét rçng chÞu nÐn ®óng t©m 1. CÊu t¹o th©n cét: C¸c nh¸nh cña cét lµm b»ng thÐp h×nh ch÷ nhËt [, I, thÐp gãc, thÐp èng. H×nh 4.7. C¸c d¹ng tiÕt diÖn cét rçng 2. Ph©n lo¹i th©n cét a. Theo kiÓu hÖ gi»ng b. Theo nh¸nh - Cét rçng hai nh¸nh; - Cét rçng ba nh¸nh, cét rçng bèn nh¸nh cã c¸c nh¸nh b»ng thÐp gãc hoÆc thÐp èng; H×nh 4.8. C¸c d¹ng hÖ bông rçng cña cét 17
  18. - Khe hë gi÷a c¸c nh¸nh a, b) hÖ thanh bông b»ng mét thÐp gãc; c, d) hÖ b¶n gi»ng kh«ng bÐ h¬n 100  150mm, ®Ó dÔ dµng b¶o d­ìng; Gãc  gi÷a trôc thanh bông xiªn vµ trôc cña nh¸nh cét lùa chän sao cho dÔ cÊu t¹o nót liªn kÕt vµ tiÕt kiÖm vËt liÖu. Th­êng lÊy  = 40o  45o khi hÖ thanh bông cã thanh ngang;  = 50o  60o khi hÖ thanh bông kh«ng cã thanh ngang. - KÝch th­íc tiÕt diÖn (bÒ dµy tb , bÒ réng db ) cña b¶n gi»ng trong cét rçng cã thÓ s¬ bé cÊu t¹o nh­ sau: tb = 6  12 mm ; tb =1   1   d b ; tb ≥ 1 bb ; db =  10 30  50 (0.5  0,8) h , 18
  19. trong ®ã: h – bÒ réng mÆt rçng cña cét; bb – chiÒu dµi cña b¶n gi»ng. - §Ó chèng xo¾n vµ gi÷ cho kÝch th­íc tiÕt diÖn cét kh«ng bÞ thay ®æi, däc theo chiÒu dµi cét ®Æt c¸c v¸ch cøng c¸ch nhau 3  4 m vµ Ýt nhÊt mçi cét hoÆc mçi ®o¹n cét chuyªn chë H×nh 4.9. V¸ch cøng trong cét rçng ph¶i cã 2 v¸ch cøng, c¸c v¸ch cøng nµy cã cÊu t¹o nh­ h×nh 4.9. 3. Sù lµm viÖc cña cét rçng: 19
  20. Sù lµm viÖc vµ kh¶ n¨ng æn ®Þnh tæng thÓ cña cét rçng ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng cã max . Víi cét rçng hai nh¸nh trôc chÝnh y-y xuyªn qua bông cña hai nh¸nh lµ trôc thùc, trôc x-x n»m ë phÇn rçng gi÷a hai nh¸nh lµ trôc ¶o. a. Sù lµm viÖc cña cét rçng ®èi víi trôc thùc (y-y): ly §é m¶nh cña cét ®èi víi trôc thùc y-y lµ: y  iy Víi hai nh¸nh nh­ nhau cã diÖn tÝch A vµ m«men qu¸n tÝnh ®èi víi trôc y (h×nh 4.7a) cña toµn tiÕt diÖn cét lµ : A  2 A f ; I y  2 I yo (4.20) 2 I yo b¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn cét lµ : iy   i yo 2Af (4.21) 20
nguon tai.lieu . vn