bài giảng kết cấu thép chương 4 thết kế cột thép (phần 1)

CHƢƠNG 4:
CỘT THÉP
§4.1 KHÁI QUÁT CHUNG
1. Đặc điểm chung
Đầu cột: để đỡ các kết
cấu bên trên và phân
phối tải trọng xuống
thân cột.
Chân cột: là bộ phận
liên kết cột với móng và
phân phối tải trọng từ
cột thép xuống móng
BTCT.
Thân cột: là bộ phận
chịu lực chính và truyền
tải trọng từ trên xuống
dưới.
§4.1 KHÁI QUÁT CHUNG
2. 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, …
Gọi tên cột kết hợp cả 3 loại trên: cột đặc chịu nén đúng tâm của nhà công
nghiệp.
- Theo sơ đồ chịu lực:
Cột nén đúng tâm (N 0, M = 0),
Cột nén lệch tâm, cột nén uốn (N, M).
a) b) c) d) e)
y
x
y

x
y
x
y
x
y
x

§4.1 KHÁI QUÁT CHUNG
3. Sơ đồ tính, chiều dài tính toán, và độ mảnh
Giải pháp liên kết : (ở đầu cột và chân cột) được lựa
chọn tuỳ theo mục đích và yêu cầu chịu lực :
. Liên kết khớp (M=0)
. Liên kết ngàm cứng (Góc xoay=0)
. Liên kết ngàm trượt (khi xà ngang có độ cứng rất lớn)
. Liên kết ngàm đàn hồi (Trung gian giữa khớp và ngàm);
a) Sơ đồ tính
Trục dọc của cột (trục tính toán) theo phương z-z.
Liên kết ở chân cột và đầu cột :
- Liên kết ở 2 đầu cột có thể khác nhau;
- Liên kết theo 2 trục x-x và y-y của tiết diện cột có thể
khác nhau.
y
x
1-1
y
x
z
§4.1 KHÁI QUÁT CHUNG
3. Sơ đồ tính, chiều dài tính toán, và độ mảnh

a) Sơ đồ tính
Liên kết ở chân cột: có thể là ngàm hoặc khớp;
- Liên kết khớp: thường được sử dụng cho cột
chịu nén đúng tâm; khi nền đất yếu.
- Liên kết ngàm: được sử dụng để tăng độ cứng
tổng thể của công trình, giảm chuyển vị ngang của
cột.
Liên kết ở đầu cột: có thể là liên kết khớp hoặc
liên kết cứng.
y
x
1-1
Cột thép
Dầm thép
y
x
z
Liên kết cứng
b) Chân cột liên kết ngàm
a) Chân cột liên kết khớp
F
F
§4.1 KHÁI QUÁT CHUNG
3. Sơ đồ tính, chiều dài tính toán, và độ mảnh
b) Chiều dài tính toán
Chiều dài tính toán được sử dụng cho tính toán ổn
định tổng thể của cột thép.
l
Khi cột có tiết diện không đổi :
ll

xx


ll
yy


lx : là chiều dài tính toán của cột đối với trục x-
x (khi tiết diện cot xoay quanh trục x-x);
ly là chiều dài tính toán của cột đối với trục y-y
(khi tiết diện cột xoay quanh trục y-y).
l : là chiều dài hình học của cột (bằng nhau theo
cả 2 phương);
yx

,
y
x
1-1
: là hệ số chiều dài tính toán cua cot, phụ thuộc vào sơ đồ liên kết ở 2
đầu cột và nội lực nén dọc trong cột.
y
x
z
§4.1 KHÁI QUÁT CHUNG
3. Sơ đồ tính, chiều dài tính toán, và độ mảnh
c) Độ mảnh của cột
Đối với trục x-x :
AI
l

i
l
x
x
x
x
x
/


AI
l
i
l
y
y
y
y
y
/


Đối với trục y-y :
Thông thường cột có x ≠ y.
Khả năng chịu nén đúng tâm của cột được quyết
định theo phương có độ mảnh lớn nhất :
Điều kiện làm việc hợp lý của cột
chịu nén đúng tâm : (cột làm việc
đồng ổn định theo 2 phương)
Điều kiện cột làm việc bình thường trong

quá trình sử dụng (TTGH 2):
l
y
x
1-1
yx


 


max
y
x
z
);max(
max yx


§4.2 CỘT ĐẶC
CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
1. Hình dạng tiết diện cột đặc:
2. Nguyên tắc tính toán cột đặc chịu nén đúng tâm
a) Tính toán về bền (TTGH 1)
b) Tính toán về ổn định tổng thể (TTGH 1)
c) Tính toán về ổn định cục bộ :
- Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng;
- Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh;
- Giải pháp sườn ngang, dọc cho bản bụng của cột.
§4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

1. Hình dạng tiết diện cột:
a) Tiết diện dạng chữ I và chữ H
(tự đọc tài liệu)
Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, dễ
chế tạo. Chỉ sử dụng 4
đường hàn đối với cột tổ
hợp hàn.
- Dễ liên kết với các dầm
ở 2 phương. Sử dụng
phổ biến nhất.
Nhược điểm:
- Có Ix >> Iy hay ix >> iy => Chỉ dùng thích hợp cho cột chịu nén đúng tâm
có .
- Có thể điều chỉnh các kích thước thiết diện h, bf, tf, tw để có
hoặc có thể sử dụng tiết diện ghép từ các thép hình chữ I và C.
yx


yx


§4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
1. Hình dạng tiết diện cột:
b) Tiết diện dạng chữ thập
(tự đọc tài liệu)
Ưu điểm:
- Tiết diện có ix = iy => sử dụng hợp lý khi
cột chịu nén đúng tâm có lx = ly.
- Có thể điều chỉnh tiết diện cột để ix = k iy

=> dễ đảm bảo điều kiện đồng ổn định
theo 2 phương.
- Chế tạo đơn giản: có 2 hay 4 đường hàn
(hình a và b).
Nhược điểm:
- Liên kết phức tạp (chỉ gắn bụng với bụng).
- Khi cần tiết diện có A lớn thì h/t và b/t lớn => điều kiện ổn định cục bộ kém.
Sử dụng trường hợp c) thì liên kết phức tạp (thêm 16 đường hàn). Sử dụng
cho cột chịu tải trọng lớn.
§4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
1. Hình dạng tiết diện cột:
c) Tiết diện kín
(tự đọc tài liệu)
Ưu điểm:
- Tiết diện kín có ix, iy
lớn (vật liệu được đưa
ra xa trục trung hoà)
=> chịu lực tốt hơn.
- Hình dáng kiến trúc
gọn và đẹp, đặc biệt là
tiết diện thép ống.
Nhược điểm:
- Không bảo dưỡng được mặt bên trong của tiết diện => dễ bị gỉ.
- Hàn khó, dễ cong vênh.
§4.2 CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
2. Nguyên tắc tính toán cột đặc chịu nén đúng tâm
a) Tính toán về bền (TTGH 1)
An : là diện tích tiết diện thực cua tiet dien cot, đã trừ đi phần giảm
yếu do khoét lỗ.
b) Tính toán về ổn định tổng thể (TTGH 1)

c
n
f
A
N


Chỉ xét đến từng tiết diện nguy hiểm,
chưa xét đến cả đoạn cột
c
f
A
N



min
A : là diện tích tiết diện nguyên, không trừ phần giảm yếu.
: là hệ số uốn dọc nhỏ nhất của cột,
phụ thuộc vào
được tra Bảng phụ lục II.1 hoặc tính theo Công thức 4.8 đến 4.11.
);max(
max yx


min

 



max
và
-->