bài giảng kết cấu thép Chương 4 Cột thép

Chương 4
CỘT THÉP
4.1. KHÁI QUÁT CHUNG
4.1.1. Đặc Điểm Chung

Cột là kết cấu thẳng đứng làm nhiệm vụ đỡ các kết cấu khác như
dầm, dàn, …v.v và truyền tải trọng từ các kết cấu đó xuống móng.

Cột có ba bộ phận chính
•
Đầu cột;
•
Thân cột;
•
Chân cột;
2
4.1. KHÁI QUÁT CHUNG
4.1.2. Các Loại Cột

Theo sử dụng
•
Cột nhà công nghiệp;
•
Cột nhà khung nhiều tầng;
•
Cột đỡ sàn công tác;
•
Cột đường dây tải điện;
…v.v


Theo cấu tạo
•
Cột đặc;
•
Cột rỗng;
3

Theo cấu tạo
•
Cột tiết diện không đổi;
•
Cột tiết diện thay đổi;
…v.v

Theo sơ đồ chòu lực
•
Cột nén đúng tâm;
•
Cột nén lệch tâm;
•
Cột nén uốn;
4
4.1. KHÁI QUÁT CHUNG
4.1.2. Các Loại Cột
5
a.Sơ đồ tính
Sơ đồ tính của cột là trục dọc của cột có các liên kết ở chân cột
và đầu cột theo các phương.
b.Chiều dài tính toán
.

Chiều dài tính toán của cột l0 phụ thuộc vào sơ đồ tính và
nội lực dọc trong cột.
•.
Đối với cột tiết diện không đổi hoặc của các đoạn cột bậc, l0
l0 = µl (4.1)
6
4.1.3. Sơ Đồ Tính, Chiều Dài Tính Toán Và Độ Mảnh Của
Cột
Trong đó:
l: chiều dài hình học của cột;
µ: hệ số chiều dài tính toán;
•
Đối với cột tiết diện thay đổi, l0
l0 = µjµl (4.2)
µj: hệ số chiều dài tính toán bổ sung;
7
4.1.3. Sơ Đồ Tính, Chiều Dài Tính Toán Và Độ Mảnh Của
Cột
8
9
Sơ đồ hỡnh daùng coọt
l1/l
Khi tỉ số Imin/Imax bằng
0,01 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
- - 1,35 1,24 1,14 1,08 1,02 1,0
- - 1,66 1,45 1,24 1,14 1,06 1,0
0,0 1,69 1,35 1,25 1,14 1,08 1,03 1,0
0,2 1,45 1,22 1,15 1,08 1,05 1,02 -
0,4 1,23 1,11 1,07 1,04 1,02 1,01 -
0,6 1,07 1,03 1,02 1,01 1,01 1,00 -

0,8 1,01 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 -
Imin
Imax
I
max
I
min
l
1
l
I
max
I
min
c.Độ mãnh của cột
(4.3)
Trong đó:
ix, iy: các bán kính quán tính của tiết diện cột tính
theo trục x, y;

Cột nén đúng tâm: λx = λy (4.4)

Cột làm việc bình thường: λmax ≤ [λ] (4.5)
10
4.1.3. Sơ Đồ Tính, Chiều Dài Tính Toán Và Độ Mảnh Của
Cột
y
y
y
x

x
x
i
l
i
l
=
=
λ
λ
11
a.Tiết diện dạng chữ H
12
4.2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
4.2.1. Hình Thức Tiết Diện
a.Tiết diện dạng chữ H

Dễ liên kết với các kết cấu;

Thỏa mãn các yêu cầu về kiến trúc;

Hình thức đơn giản, dễ chế tạo;
b.Tiết diện dạng chữ thập
13

Cấu tạo đơn giản;

Liên kết với các kết cấu khác phức tạp;

Khó thỏa mãn các yêu cầu về kiến trúc;

c.Tiết diện kín
14
b.Tiết diện dạng chữ thập

Có bán kính quán tính lớn hơn tiết diện hở
cùng diện tích;

Đáp ứng được λx ≅ λy

Hình thức tiết diện gọn;

Khó bảo dưỡng được mặt bên trong của tiết
diện;
15
c.Tiết diện kín
a.Tính toán về bền
(4.6)
Trong đó:
N: lực dọc tính toán;
An: diện tích tiết diện thực (đã trừ các giảm yếu);
f: cường độ tính toán của vật liệu thép;
γc: hệ số điều kiện làm việc của cột;
16
4.2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
4.2.2. Tính Toán Cột Đặc Chòu Nén Đúng Tâm
c
n
f
A
N

γσ
≤=
b.Tính toán về ổn đònh tổng thể
(4.7)
Trong đó:
A: diện tích tiết diện nguyên (chưa trừ phần giảm
yếu);
ϕmin: hệ số uốn dọc nhỏ nhất;

Các cách xác đònh ϕmin
•
Tính theo công thức
17
4.2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
4.2.2. Tính Toán Cột Đặc Chòu Nén Đúng Tâm
c
f
A
N
γ
ϕ
≤
min
b.Tính toán về ổn đònh tổng thể

Khi
(4.8)

Khi


Khi
(4.10)
18
4.2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
4.2.2. Tính Toán Cột Đặc Chòu Nén Đúng Tâm
5.20
≤<
−
λ
−−






−−=
λλϕ
E
f
53.5073.01
5.45.2
≤<
−
λ
2
53.50275.03.27371.01347.1
−−







−+






−−−=
λλϕ
E
f
E
f
E
f
5.4
>
−
λ






−

=
−−
λλ
ϕ
51
332
2
b.Tính toán về ổn đònh tổng thể
Trong đó:
: độ mãnh quy ước, (4.11)
c.Tính toán về ổn đònh cục bộ

Trong các bản thép có ứng suất pháp nén, σn;

σn ≥ [σn] → bản thép bò biến dạng ra ngoài mặt
phẳng → cột bò mất ổn đònh cục bộ;

Để khả năng chòu lực của cột không bò hạn chế
bởi điều kiện ổn đònh cục bộ, [σcb] ≥ [σtt]
19
4.2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
4.2.2. Tính Toán Cột Đặc Chòu Nén Đúng Tâm
E
f
λλ
=
−
−
λ
(4.12)

Trong đó:
hw: chiều cao tính toán của bản bụng;
tw: chiều dày bản bụng;
[hw/tw]: độ mãnh giới hạn của bản bụng;

hw/tw ≤ 2[hw/tw] → tw = const (nếu cột đảm bảo
điều kiện ổn đònh tổng thể);
Khi đó phần bản bụng chỉ có đoạn 2c1 cùng tham gia
làm việc với cánh;
20
c.Tính toán về ổn đònh cục bộ
c.1.Điều kiện ổn đònh cục bộ của bản bụng






≤
w
w
w
w
t
h
t
h
21
Hình 4.5. Tiết diện cột đặc
Ι

tổ hợp hàn
c1: phần bản bụng hữu dụng;
(4.13)

Khi h > 1m mà điều kiện ổn đònh cục bộ của
bản bụng không thỏa → gia cường bụng cột
bằng một cặp sườn dọc;

Kích thước của sườn dọc
22
c.Tính toán về ổn đònh cục bộ
c.1.Điều kiện ổn đònh cục bộ của bản bụng






=
w
w
w
t
h
tc 5.0
1
wsd
tt 75.0≥
wsd
tb 10

≥
23
Hỡnh 4.6. Sửụứn gia cửụứng baỷn buùng coọt
24
Bảng 4.3. Độ mãnh giới hạn [hw/tw] của bản bụng
cột đặc nén đúng tâm

Khi bố trí sườn dọc thì các sườn này phải được
kể vào tiết diện tính toán của cột;
→
giá trò độ mãnh giới hạn của bản bụng cột là:

Trò số β được xác đònh như sau:
•
Khi Isd ≤ 6hwtw3
(4.14)
25
c.Tính toán về ổn đònh cục bộ
c.1.Điều kiện ổn đònh cục bộ của bản bụng






w
w
t
h
β









−+=
3
3
3
1.0
1
4.0
1
ww
sd
ww
sd
th
I
th
I
β