Introduction to composite construction of buildings KẾT CẤU THÉP Chöông 0 Tổng quan veà Keát Caáu Theùp Chöông 1 Vaät Lieäu vaø Söï Laøm Vieäc cuûa KC Theùp Chöông 2 Lieân Keát Keát Caáu Theùp Chöôn.
KẾT CẤU THÉP ◆ Chương Tổng quan Kết Cấu Thép ◆ Chương Vật Liệu Sự Làm Việc KC Thép ◆ Chương Liên Kết Kết Cấu Thép ◆ Chương Dầm Thép ◆ Chương Cột Thép KẾT CẤU THÉP Chương - CỘT THÉP NỘI DUNG I KHÁI QUÁT CHUNG II CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM III CỘT RỖNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM IV CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM V CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN CHI TIẾT CỘT I KHÁI QUÁT CHUNG Đặc điểm chung Các loại cột Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn, độ mảnh Đặc điểm chung ◆ Cột cấu kiện dùng để truyền tải trọng từ kết cấu bên xuống kết cấu bên Đặc điểm chung ◆ Cột gồm phận chính: – Đầu cột: Đỡ kết cấu bên phân phối tải trọng cho thân cột – – Thân cột: Truyền tải trọng từ xuống Chân cột: Liên kết cột vào móng, phân phối tải trọng từ cột vào móng Ch5_6 Các loại cột ◆ Theo cấu tạo: Cột đặc, cột rỗng, cột tiết diện không đổi, cột tiết diện thay đổi ◆ Theo sơ đồ chịu lực: Cột nén tâm (N), cột nén lệch tâm (N, M) Sơ đồ tính, lo, độ mảnh a) Sơ đồ tính – Sơ đồ trục dọc cột với điều kiện biên (liên kết chân cột đầu cột) b) Chiều dài tính tốn Đối với cột tiết diện không đổi đoạn cột cột bậc: – L0 = µ L L - chiều dài hình học cột µ - hệ số chiều dài tính tốn, phụ thuộc vào đặc điểm tải trọng điều kiện biên Sơ đồ tính, lo, độ mảnh c) Cột tiết diện thay đổi Lo=µjµL Sơ đồ tính, lo, độ mảnh 10 d) Độ mảnh cột Ly Lx λx = ; λy = ix iy in = I n A Lx, Ly: chiều dài tính tốn cột tính theo trục x y ix, iy: bán kính quán tính cột tính theo trục x y ◆ Khả chịu nén tâm cột định độ mảnh lớn ◆ Cột có khả chịu lực hợp lý: ◆ Cột làm việc bình thường: λmax = max(λx ,λy ) λx =[λ]: λy Độ mảnh giới hạn λmax ≤ λ Sự làm việc cột rỗng 46 ◆ Góc trượt γ lực cắt V=1: ◆ Tỷ số độ cứng đơn vị λ1 (1 + n) a γ1 = , λ1 = , A = A f 12 EA ixo EI EI I C n = x0 ÷ b ÷= x0 a C I ba • Ib: mơmen qn tính giằng, Ib=tbd3b/12 • C: khoảng cách trọng tâm hai nhánh cột • a: khoảng cách tâm giằng γ 1π 2EA λ12 µt = + = + 0,82( + n ) 2 λx λx Sự làm việc cột rỗng 47 ◆ Độ mảnh tương đương – Cột rỗng giằng hai nhánh: – Cột rỗng giằng bốn nhánh: n≤ 1/5 giằng cứng vô so với nhánh cột: – Cột rỗng giằng ba mặt nhau: λ0 = λx2 + 0,82λ12 ( + n ) λ0 ≈ λx2 + λ12 λ0 = λx2 + 0,82 λ12 ( + n1 ) + λ22 ( + n2 ) λ0 ≈ λx2 + λ12 + λ22 λ0 = λx2 + 0,82λ32 ( + 3n3 ) λ0 ≈ λx2 + 1,3λ32 Sự làm việc cột rỗng 48 d) Độ mảnh tương đương cột rỗng giằng Khi bị uốn dọc: xem dàn phẳng có mắt khớp γ1 = EAd sin2 θ cosθ π2 α1 = sin θ cos θ α1A λ0 = µt λx = λ + Ad x • Ad1: tổng diện tích tiết diện bụng xiên hai mặt rỗng cột, Ad1=2At (hệ bụng tam giác) Sự làm việc cột rỗng 49 d) Độ mảnh tương đương cột rỗng giằng ◆ Cột rỗng bốn mặt: ◆ Cột rỗng ba mặt max λ0 = λ α1 α2 + + ÷A Ad Ad max λ0 = λ 2α1A + 3Ad • λmax = max(λx, λy) • Ad = At : hệ bụng tam giác; = 2At : hệ bụng chữ thập • At: diện tích tiết diện bụng xiên Tính tốn cột rỗng chịu nén tâm 50 ◆ Bền: N σ= ≤ f γc An ◆ nhánh cột Ổn định tổng thể: N ϕ A ◆ An: tổng diện tích thực ≤ f γc ϕmin: xác định theo λmax=max(λ0; λy) Ổn định cục bộ: giống cột đặc chịu nén tâm hw λw = ≤ [ λw ] tw b0 λf = ≤ [ λf ] tf Tính tốn cột rỗng chịu nén tâm 51 ◆ Các yêu cầu độ mảnh – Toàn cột: λ – Từng nhánh cột: max » Bản giằng: » Thanh giằng: λ 1: Độ mảnh nhánh cột theo trục thân x 0-x0 ≤ λ λ1 ≤ 80 λ1 ≤ λy λ1 ≤ 40 λ1 ≤ λy Thiết kế cột rỗng 52 Biết trước N, Lx, Ly → thiết kế cột a) Chọn tiết diện cột ◆ Chọn dạng tiết diện: nhánh tiết diện ◆ Diện tích cần thiết nhánh cột theo trục thực: ◆ N A fctxác = định theo λy = 40÷ 90 λy ≤ với ϕy 2ϕ fγ Xác định bán kính quán tínhy cần cthiết với trục thực i yct = ly λ ygt [λ] Thiết kế cột rỗng 53 ◆ Chọn nhánh cột : Afct, iyct chọn tiết diện ◆ Kiểm tra cột theo trục thực: ly N ≤ fγ c , λ y = ≤ [ λ ] A=2Af, Af: – ϕ y A diện tích nhánh i y cột chọn ϕy: xác định theo λy tính theo tiết diện chọn – iy=iy0, iy0: bán kính quán tính tiết diện nhánh cột chọn theo trục y0 nó, trùng với trục y Thiết kế cột rỗng 54 ◆ Xác định khoảng cách hai nhánh - C: – C2 = 2 I 0x + Af ÷ 2 Cct = ixct − ix Xác định λxct vào làm việc đ/v trục ảo x-x điều kiện Ix hợp lý λ0=λy: » Đ/v cột rỗng giằng: Sơ giả thiết n≤ 1/5: λ sơ chọn trước » Đ/v cột rỗng giằng: λ0 = λx2 + λ12 = λy Sơ chọn, bố trí trước thép góc làm bụng λ0 = → ixct α1 Ad1 α A λ + = λy Ad x λxct = λ y − λ12 λxct = λ2y − α1 A Ad lx = λxct Thiết kế cột rỗng 55 b) Tính tốn giằng bụng: Lực cắt quy ước Vf: E N Vf = 7,15 × 10 2330 − ÷ f ϕ −6 – N: lực dọc tính tốn cột ϕ: hệ số uốn dọc cột Thiết kế cột rỗng 56 Tính tốn sơ bộ: Vf = V A – Vf: tính daN – A: diện tích tiết diện nguyên cột tính cm2 Giá trị Vf để tính Vf Thép có fu/fy kN/cm2 38/22 44/29 Lực cắt quy ước tác dụng mặt rỗng cột: daN/cm2 20 30 46/33 52/40 60/45 70/60 85/75 40 50 60 70 nr=0,5 cột rỗng 2, nhánh Vs = nrVf nr=0,5 cột rỗng mặt Thiết kế cột rỗng 57 Tính giằng – – Chọn kích thước giằng theo cấu tạo Xác định nội lực: khung nhiều tầng nhịp chịu Vf Vs a Vs a Mb = = 2 Mb Vs a Tb = = C C Thiết kế cột rỗng 58 – Kiểm tra giằng: 2 Mb Tb 2 = σ + 3τ = ÷ + 3 ÷ ≤ 1,15f γ c t d t d b b b b σ td – Kiểm tra liên kết giằng với nhánh cột: σ w = σ w2 + τ w2 Tb Mb = + ≤ f wf(s)γ c β h L2 ÷ ÷ β h L ÷ ÷ f (s ) f w f (s ) f w 2 Mb Tb ÷ + ÷ ≤ ( β f w ) γ c h L h L f w f w » hf: chọn trước theo điều kiện cấu tạo tính chọn lại theo điều kiện cấu tạo: » (βfw)min=min(βffwf; βsfws) » Lw = db - cm hf ≥ Lw ( β f w ) γ c 6Mb ÷ + Tb Lw Thiết kế cột rỗng 59 Tính giằng – – Chọn hệ bụng Nội lực: » Hệ khơng có ngang: hệ bụng tam giác nt = hệ bụng hình thoi n t = » Hệ có ngang: Vs N tx = nt sin θ Nf: lực dọc nhánh cột α d N f At Vs ld a N tx = + ,α d = sin θ Af ld + 2C Thiết kế cột rỗng 60 ◆ Chọn tiết diện bụng – Giả thiết λmax bụng λgt ≤ ict = imin 150 → ϕmin ld = λgt – Diện tích yêu cầu bụng xiên: – Căn At,yc imin chọn tiết diện thép ◆ ◆ Kiểm tra bụng: cấu kiện chịu nén tâm N tx ≤ f γc φmin At Liên kết xiên vào nhánh chịu Ntx γ c = 0, 75 N tx Atct = ϕ fγ c ... khơng bảo dưỡng mặt bên – Cột thép ống: » Hợp lý trọng lượng khả chịu nén tâm » Khó liên kết với kết cấu khác – Tiết diện tổ hợp từ thép góc, thép C – thép C + thép bản: tải trọng lớn Tính tốn... tốn, độ mảnh Đặc điểm chung ◆ Cột cấu kiện dùng để truyền tải trọng từ kết cấu bên xuống kết cấu bên Đặc điểm chung ◆ Cột gồm phận chính: – Đầu cột: Đỡ kết cấu bên phân phối tải trọng cho thân... ghép từ thép ghép từ thép hình: Khi tải trọng lớn Hình thức tiết diện cột 15 b) Tiết diện chữ thập – Đặc điểm » Cấu tạo đơn giản » ix = iy, sử dụng hợp lý với Lx = Ly » Khó liên kết với kết cấu »