Đang tải... (xem toàn văn)
Bộ môn công trình Thép gỗ Đại học xây dựng Kết cấu thép, kết cấu thép xây dựng, đại học xây dựng, tài liệu đại học xây dựng, tài liệu kết cấu thép, tài liệu xây dựng hay nhất, kiến thức kết cấu thép, kết cấu thép 1, giáo trình kết cấu thép, giáo trình đại học xây dựng, bài giảng kết cấu thép, bài giảng đại học xây dựng, giáo trình đại học xây dựng hay nhất, tổng hợp giáo trình đại học xây dựng
CHƯƠNG 4: CỘT THÉP Bài giảng 2009 BM Cơng trình Thép ĐHXD Hà Nội E-mail: nqviendhxd@hotmail.com §4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Đặc điểm chung Đầu cột: để đỡ kết cấu bên phân phối tải trọng xuống thân cột Thân cột: phận chịu lực truyền tải trọng từ xuống Chân cột: phận liên kết cột với móng phân phối tải trọng từ cột thép xuống móng BTCT §4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Các loại cột - Theo sử dụng: cột nhà công nghiệp, cột nhà cao tầng, cột đỡ sàn, … - Theo cấu tạo: cột tiết diện đặc, cột tiết diện rỗng, cột tiết diện không đổi, cột có tiết diện thay đổi, cột bậc, … x x x x x y y y y a) b) c) d) y e) - Theo sơ đồ chịu lực: Cột nén tâm (N 0, M = 0), Cột nén lệch tâm, cột nén uốn (N, M) Gọi tên cột kết hợp loại trên: cột đặc chịu nén tâm nhà cơng nghiệp §4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn, độ mảnh a) Sơ đồ tính Trục dọc cột (trục tính tốn) theo phương z-z Liên kết chân cột đầu cột : - Liên kết đầu cột khác nhau; z - Liên kết theo trục x-x y-y tiết diện cột khác x Giải pháp liên kết : (ở đầu cột chân cột) lựa chọn tuỳ theo mục đích yêu cầu chịu lực : Liên kết khớp (M=0) y x y Liên kết ngàm cứng (Góc xoay=0) Liên kết ngàm trượt (khi xà ngang có độ cứng lớn) Liên kết ngàm đàn hồi (Trung gian khớp ngàm); 1-1 §4.1 KHÁI QT CHUNG Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn, độ mảnh a) Sơ đồ tính Liên kết chân cột: ngàm khớp; - Liên kết khớp: thường sử dụng cho cột chịu nén tâm; đất yếu - Liên kết ngàm: sử dụng để tăng độ cứng tổng thể cơng trình, giảm chuyển vị ngang cột z x Liên kết đầu cột: liên kết khớp liên kết cứng F Dầm thép F y Liên kết cứng x y Cột thép a) Chân cột liên kết khớp 1-1 b) Chân cột liên kết ngàm §4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn, độ mảnh b) Chiều dài tính tốn Chiều dài tính tốn sử dụng cho tính tốn ổn định tổng thể cột thép Khi cột có tiết diện khơng đổi : l l x x l l y y l z x lx : chiều dài tính tốn cột trục xx (khi tiết diện cot xoay quanh trục x-x); ly chiều dài tính tốn cột trục yy (khi tiết diện cột xoay quanh trục y-y) y x y l : chiều dài hình học cột (bằng theo phương); 1-1 x , y : hệ số chiều dài tính tốn cua cot, phụ thuộc vào sơ đồ liên kết đầu cột nội lực nén dọc cột §4.1 KHÁI QUÁT CHUNG Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn, độ mảnh c) Độ mảnh cột Đối với trục x-x : lx lx x ix Ix / A Đối với trục y-y : y ly iy ly Iy / A l z Thơng thường cột có x ≠ y Khả chịu nén tâm cột định theo phương có độ mảnh lớn nhất : x max max( x ; y ) Điều kiện làm việc hợp lý cột chịu nén tâm : (cột làm việc đồng ổn định theo phương) y x x y Điều kiện cột làm việc bình thường trình sử dụng (TTGH 2): y 1-1 max §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Hình dạng tiết diện cột đặc: Ngun tắc tính tốn cột đặc chịu nén tâm a) Tính tốn bền (TTGH 1) b) Tính tốn ổn định tổng thể (TTGH 1) c) Tính tốn ổn định cục : - Điều kiện ổn định cục bụng; - Điều kiện ổn định cục cánh; - Giải pháp sườn ngang, dọc cho bụng cột §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Hình dạng tiết diện cột: (tự đọc tài liệu) a) Tiết diện dạng chữ I chữ H Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo Chỉ sử dụng đường hàn cột tổ hợp hàn - Dễ liên kết với dầm phương Sử dụng phổ biến Nhược điểm: - Có Ix >> Iy hay ix >> iy => Chỉ dùng thích hợp cho cột chịu nén tâm có x y - Có thể điều chỉnh kích thước thiết diện h, bf, tf, tw để có x y sử dụng tiết diện ghép từ thép hình chữ I C §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Hình dạng tiết diện cột: (tự đọc tài liệu) b) Tiết diện dạng chữ thập Ưu điểm: - Tiết diện có ix = iy => sử dụng hợp lý cột chịu nén tâm có lx = ly - Có thể điều chỉnh tiết diện cột để ix = k iy => dễ đảm bảo điều kiện đồng ổn định theo phương - Chế tạo đơn giản: có hay đường hàn (hình a b) Nhược điểm: - Liên kết phức tạp (chỉ gắn bụng với bụng) - Khi cần tiết diện có A lớn h/t b/t lớn => điều kiện ổn định cục Sử dụng trường hợp c) liên kết phức tạp (thêm 16 đường hàn) Sử dụng cho cột chịu tải trọng lớn §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Nguyên tắc tính tốn cột đặc chịu nén tâm c) Tính toán ổn định cục thép Khi điều kiện ổn định cục bụng dầm khơng đảm bảo có giải pháp sau: PA1 Thay đổi kích thước bụng dầm tf bf PA2 Có thể khơng cần thay đổi kích thước bụng : hw hw hw 2 tw tw tw đồng thời ổn định tổng thể cột đảm bảo với diện tích tiết diện lấy kể đến phần bụng hữu hiệu tiếp giáp với cánh, bỏ qua khả chịu lực phần bụng bị cong vênh: A 2b f t f C1hw h C1 0,5t w w tw §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Nguyên tắc tính tốn cột đặc chịu nén tâm 2,5 – 3hw c) Tính tốn ổn định cục thép PA3 Đặt sườn ngang cho bụng cột: Khi tiết diện có hw E 2,3 tw f phải đặt sườn ngang cách khoảng a (2,5 3)hw Sườn ngang u cầu có sườn ngang cho đoạn chuyên chở Yêu cầu tiết diện sườn ngang: f t s 2b E hw bs 40 30 hw bs 50 24 mm bố trí đối xứng bên mm bố trí bên §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Nguyên tắc tính tốn cột đặc chịu nén tâm PA4 Đặt sườn dọc cho bụng dầm: Khi chiều cao tiết diện lớn (h > m), điều kiện ổn định cục bụng không đảm bảo => sử dụng giải pháp gia cường sườn ngang sườn dọc; thay tăng bề dày bụng lên dầy Sườn ngang 2,5 – 3hw c) Tính tốn ổn định cục thép Yêu cầu kích thước sườn dọc: bsd 10t w t sd 0,75t w Kích thước sườn dọc kể vào tiết diện tính tốn cột giá trị độ mảnh giới hạn bụng tăng lên, lấy nhân với hệ số Việc sử dụng sườn dọc làm tăng công chế tạo, cấu tạo phức tạp §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Ngun tắc tính tốn cột đặc chịu nén tâm d) Khả chịu nén tâm cột đặc N min N b ; N đó: Khả chiu luc cua cot theo điều kiện bền: N b An f c N f c An Khả chiu luc cua cot theo điều kiện ổn định tổng thể: N A f c A f c N A f c Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.1 Chọn so bo tiết diện cột đặc 3.2 Kiểm tra tiết diện cột chọn 3.3 Xác định tiết diện cột theo độ mảnh tới hạn 3.3 Liên kết cánh bụng cột §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.1 Chọn tiết diện cột a) Chọn hình dạng tiết diện cột: b) Xác định diện tích tiết diện yêu cầu Ayc theo điều kiện ổn định tổng thể: c) Chọn kích thước cánh, bụng theo độ mảnh giả thiết : §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.1 Chọn tiết diện cột a) Chọn hình dạng tiết diện cột: Đã biết: - Lực dọc N, - Vật liệu thép, - Sơ đồ liên kết đầu cột, - Chiều dài tính tốn cột lx ly Chọn hình dạng tiết diện cột §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.1 Chọn tiết diện cột b) Xác định diện tích tiết diện yêu cầu theo điều kiện ổn định tổng thể: N Ayc f c : hệ số uốn dọc nhỏ nhất, xác định từ độ mảnh lớn cột (vẫn chưa biết) N Xác định theo độ mảnh giả thiết A f c Độ mảnh lớn cột giả thiết dựa theo độ lớn lực nén N: max gt Từ gt gt = 100 120 N 1500 kN; gt = 70 100 N = 1500 3000 kN; gt = 50 70 N = 3000 4000 kN; gt = 40 50 N 4000 kN vật liệu thép (f, E) => Xác định gt => Xác định Ayc §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.1 Chọn tiết diện cột c) Chọn kích thước cánh, bụng theo độ mảnh giả thiết : i x l x / gt i x x h i y l y / gt i y y b lx h yc x gt x ly b yc y gt x y : hệ số để xác định gần bán kính quán tính tiết diện, tra Bảng 4.5 phụ thuộc vào loại tiết diện Ví dụ với cột tiết diện chữ H: x 0,42 y 0,24 §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.1 Chọn tiết diện cột d) Chọn kích thước cánh, bụng theo yêu cầu cấu tạo : Các yêu cầu cấu tạo: h b h (1 1,15)b tf = ÷ 40 mm tw = ÷ 16 mm tf x tw §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.2 Kiểm tra tiết diện cột chọn a) Xác định đặc trưng hình học tiết diện chọn: b) Kiểm tra bền c) Kiểm tra ổn định tổng thể d) Kiểm tra ổn định cục cánh bụng cột tổ hợp từ thép: §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.2 Kiểm tra tiết diện cột chọn a) Xác định đặc trưng hình học tiết diện chọn: An , A , Ix , Iy , lx , ly , tf ix I x / A iy I y / A x l x / i x y l y / i y x tw max max( x ; y ) Đối với cột dạng chữ H có Tra bảng phụ lục II.1 theo Công thức 4.8-4.11 h b (hay iy < ix) ly ≥ lx max y => cần kiểm tra ổn định tổng thể trục y-y, trục vng góc với cánh §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.2 Kiểm tra tiết diện cột chọn b) Kiểm tra bền N f c An tf x tw c) Kiểm tra ổn định tổng thể N A f c d) Kiểm tra ổn định cục cánh bụng cột tổ hợp từ thép: hw hw tw tw b0 b0 t f t f §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.3 Xác định tiết diện cột theo độ mảnh tới hạn Đối với cột có chiều dài lớn chịu lực dọc trục N nhỏ Trong trường hợp điều kiện bền thường thoả mãn Xác định Ayc theo độ mảnh giả thiết: tf gt Tiết diện chọn phải đảm bảo: A Ayc i x i x , yc lx i y i y , yc ly x tw §4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3.4 Liên kết cánh bụng cột Liên kết cánh bụng cột thép tổ hợp phải đảm bảo chịu lực cắt V Trong trường hợp cột chịu nén tâm lực cắt V sinh cột bị uốn dọc hay cột chịu tác dụng ngẫu nhiên gây uốn Lực V nhỏ nên liên kết lấy theo cấu tạo Với cột tổ hợp hàn lấy đường hàn chạy suốt chiều dài cột hf = ÷ mm x ... gt gt = 10 0 12 0 N 15 00 kN; gt = 70 10 0 N = 15 00 3000 kN; gt = 50 70 N = 3000 40 00 kN; gt = 40 50 N 40 00 kN vật liệu thép (f, E) => Xác định gt => Xác định Ayc ? ?4. 2 CỘT ĐẶC... ngang cột z x Liên kết đầu cột: liên kết khớp liên kết cứng F Dầm thép F y Liên kết cứng x y Cột thép a) Chân cột liên kết khớp 1- 1 b) Chân cột liên kết ngàm ? ?4. 1 KHÁI QUÁT CHUNG Sơ đồ tính, chiều... bụng theo yêu cầu cấu tạo : Các yêu cầu cấu tạo: h b h (1 ? ?1, 15)b tf = ÷ 40 mm tw = ÷ 16 mm tf x tw ? ?4. 2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Các bước thiết kế cột đặc chịu nén tâm 3 .2 Kiểm tra tiết diện