Bài giảng Kết cấu thép 1: Chương 4 - Nguyễn Văn Hiếu

Chia sẻ: Trần Văn Tân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

285
lượt xem 93
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các giáo viên và các bạn sinh viên tham khảo bài giảng Kết cấu thép 1 chương 4: Thiết kế cột thép trình bày nội dung về cột đặc chịu nén đúng tâm, cột rỗng chịu nén đúng tâm, cấu tạo và tính toán các chi tiết cột.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu thép 1: Chương 4 - Nguyễn Văn Hiếu

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   minN 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