Xem mẫu
- KẾT CẤU THÉP 1
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỘT THÉP
GV: NGUYỄN VĂN HIẾU
1 Tp. HCM, Tháng 02/2013
- §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. 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
- 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
- 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
- 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
- § 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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 minN b ; N
(4.16)
13
- 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
- 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
- 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
- § 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
- - 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
- 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
- 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