bài giảng kết cấu thép chương 4 thiết kế cột thép (phần 3)

3. Thiết kế tiết diện
thân cột rỗng 2 nhánh
chịu nén đúng tâm
3.1 Xác định tiết diện nhánh cột
3.2 Tính toán hệ bụng rỗng
a) Xác định lực cắt qui ước:
b) Tính toán bản giằng :
c) Tính toán thanh giằng :
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
- Vật liệu thép sử dụng: E, f;
-Sơ đồ kết cấu: Sơ đồ liên kết ở 2 đầu cột ( , )
=> chiều dài tính toán của cột lx và ly ;
- Giá trị lực dọc N ;
- Dạng tiết diện cột: tiết diện rỗng.
- Diện tích các nhánh cột Af = ?;
- Khoảng cách giữa 2 nhánh cột C =?;
- Hệ thanh giằng hoặc bản giằng;
x

y

Cần xác định :
y
y
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
a) Chọn hình dạng tiết diện nhánh cột:
Đối với cột rỗng chịu nén đúng tâm, thường chọn 2 nhánh cột có tiết diện
giống nhau.
b) Xác định diện tích tiết diện yêu cầu của nhánh cột Afyc = ?:
Theo điều kiện ổn định tổng thể đối với trục thực y-y:
cy

ycf
f
N
A



2
,
: là hệ số uốn dọc của
cột đối với trục thực y-y;

ygt = 40  90 và

ygt ≤ [

]
Từ và đặc trưng của vật liệu thép (f, E) => tra Bảng phụ lục II.1 hoặc tính
theo Công thức 4.8 – 4.11 để xác định và Af,yc theo biểu thức trên.
chưa biết nên cần giả thiết trước độ mảnh của cột đối với trục thực y-y:
y

y

gt

y

3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
d) Xác định độ mảnh ban đầu yêu cầu của cột đã chọn đối với trục ảo x-x :

Dựa theo điều kiện làm việc hợp lý (điều kiện đồng ổn định) của cột rỗng:
y


0
Đối với cột rỗng bản giằng:
Sơ bộ coi tỷ số n là nhỏ
5
1
n
yx


2
1
2
0
2
1
2


yxyc
Đối với cột rỗng thanh giằng:
y
d
x
A
A







1
1
2
0
1
1
2
d
yxyc
A
A



Cần phải chọn sơ bộ trước tiết diện thép góc làm thanh bụng xiên và bố trí hệ
thanh bụng xiên (chọn khoảng cách a) dựa theo các yêu cầu cấu tạo.
trong đó

1 và
Ad1 chưa biết.
nên ta có:
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
e) Xác định khoảng cách yêu cầu giữa 2 nhánh cột Cyc = ?:
)
4

(2
2
0
C
AII
fxx

AiI
xx

2
f
AA 2
Ai
C
AI
xfx

2
2
0
)
4
(2
0
2
2
2
2
xxf

IAi
C
A 
22
2
xoxycyc
iiC 
xyc
x
xyc
l
i


ixo là bán kính quán tính của
nhánh đối với trục bản thân x0-x0.
Bố trí các nhánh cột phải đảm bảo yêu cầu cấu tạo:
Khe hở giữa 2 nhánh không nhỏ hơn 150 ~ 200 mm.
Chiều cao h chọn là số chẵn cm:
0
2ZCh
yc

y
y
;
;
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
f) Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:
Kiểm tra ổn định tổng thể của cột đối với trục ảo x-x :

Nếu thì không cần phải kiểm tra cột
theo điều kiện ổn định tổng thể và điều kiện về độ
mảnh. (đã thoả mãn vì đã kiểm tra đối với trục
thực y-y).
Thực tế nên chọn khoảng cách C để
y


0
y


0
Kiểm tra điều kiện về độ mảnh của cột:

max = max{

0 ;

y}  [

]
y
y
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
f) Kiểm tra tiết diện cột đã chọn:
Kiểm tra ổn định cục bộ của các nhánh cột: (nếu tiết diện tổ hợp hàn)
Kiểm tra ổn định của nhánh cột đối với trục bản thân x0-x0:
Đối với cột rỗng bản giằng:
 40 và đồng thời 1 < y

Đối với cột rỗng thanh giằng:
 80 và đồng thời 1  y
01 xf
il

01 x
ia

Kiểm tra điều kiện ổn định của các đoạn nhánh
cột có chiều dài tính toán là a đối với trục bản
thân x0-x0:
y
y
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
e) Xác định khả năng chịu nén đúng tâm của cột rỗng thanh giằng (hoặc
bản giằng) theo điều kiện bền:
 
cn
b
fAN


y
y
3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
e) Xác định khả năng chịu nén đúng tâm của cột :
 
c
fAN




min
y
y
yo
y
y
y
y
i
l
i
l


e) Xác định khả năng chịu nén đúng tâm của cột rỗng thanh giằng theo
điều kiện ổn định tổng thể:
1
1
2
0
d
xxt
A
A







cossin
2
2
1


)2/(
fx
x
x
x
x
AI
l
i
l


)
4
(2
2
0
C
AII
fxx

);max(

0max

y

min

3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
e) Xác định khả năng chịu nén đúng tâm của cột :
 
c
fAN



min
y
y
yo
y
y
y
y
i
l
i
l


e) Xác định khả năng chịu nén đúng tâm của cột rỗng bản giằng theo điều
kiện ổn định tổng thể:

)2/(
fx
x
x
x
x
AI
l
i
l


)
4
(2
2
0
C
AII
fxx

);max(
0max

y

min

2
1

2
0


xxt
xo
i
a

1

3. Thiết kế tiết diện thân cột rỗng 2 nhánh chịu nén đúng tâm
Các dạng bài toán thường gặp:
- Xác định khoảng cách Cyc và chiều cao h
của tiết diện cột rỗng;
- Kiểm tra khả năng chịu lực của cột đối với
trục ảo x-x;
- Xác định khả năng chịu lực của cột đối với
trục ảo x-x;
- Xác định khả năng chịu lực của cột;
y
y
3.2 Tính toán hệ bụng rỗng
a) Xác định lực cắt qui ước:
b) Tính toán bản giằng :
c) Tính toán thanh giằng :
y
y
• Sự làm việc của thanh giằng và bản
giằng

b. Tính thanh giằng
• Công thức kiểm tra :
 : hệ số uốn dọc 
• Trường hợp hệ thanh bụng chữ thập có thanh
ngang
c
tx
tx
f
N
A


min
max
i
S



sinn
V
N
s
tx








ngang thanh có khôngthập chữ bụngthanh hệ
giáctam bụngthanh hệ
2
1
n
nh
tx
nh
s
tx
A
A
Nm
V
N 

sin2
33
2
2CS
Sl
m


c. Tính bản giằng
• Xác đònh lực cắt và momen tác dụng lên bản giằng:
• Kiểm tra điều kiện bền bản giằng:
• Đường hàn liên kết bản vào nhánh cột (chỉ là đường hàn

đầu), chòu: Lực cắt T; Momen M
2
lV
c
lV
ss
M ; T 
c
bb
f
dt
M
W
M

.
6
.
2

• Thường chọn kích thước bản giằng theo điều kiện cấu
tạo
 




















) tán đinh lk ( tán đinh của cầu yêu đb l
) hàn lk ( 50mm-40 cột nhánh lên phủ đủ l l
cột TD rộng chiều : b ; ; kết liên để đủ
t t
b
bb
:
:;
8,05,0:
50
1
;
30
1
10
1
;126
b

bdd
ldmmt
bb
bbbbb
N

V
s
=V
f
/2
V
s
=V
f
/2
y
x
d
S
D
D
s
l
1
l
f
l
b
l

d
b
4.4. CHÂN CỘT
• 4.4.1. Cấu tạo chân cột
– Yêu cầu tính toán
– Chân cột chỉ có bản đế
– Chân cột gồm bản đế, dầm đế , sườn đế
• 4.4.2. Tính toán chân cột chòu nén đúng tâm
– Tính diện tích bản đế
– Tính chiều dày bản đế
• Chân cột chỉ có bản đế
• Chân cột gồm bản đế, dầm đế , sườn đế
4.4.1. Cấu tạo chân cột
• Chân cột là bộ phận trực tiếp đặt lên móng và
có nhiệm vụ truyền lực từ thân cột xuống móng
• Yêu cầu tính chân cột :
– Truyền đều tải trọng từ cột lên móng
– Phù hợp sơ đồ tính là ngàm hoặc khớp
– Thuận tiện cho việc lắp dựng
• Chú ý :
– Chân ngàm : dùng bulông để ngăn cản sự xoay của
chân cột
– Dự kiến liên kết  Tính toán  Cấu tạo liên kết đúng
ý thiết kế
Hình 4.8 Cấu tạo chân cột chỉ có bản đế
bu lông chôn sẵn
móng
bản đế
lỗ khoét oval
trong móng

a. Chân cột chỉ có bản đế
• Dùng cho chân cột khớp với móng
• Cách thi công : Liên kết chỉ cần 2 bulông nằm
trên trục cột . Chôn trước bulông trong móng
bêtông  dễ dàng khi thi công nhưng khó lắp
chính xác  phải khoét bản đế lỗ oval để lắp
bulông. Muốn lắp được bu lông dễ dàng phải
khoét rộng lỗ  Vì vậy phải lắp rondelle lên
trên mặt bản đế đúng vò trí lỗ bò khoét ( d
rondelle
d
bl
. Hàn lắp ghép Rondelle vào bản đế 
Rondelle trở thành tấm vá. Rondelle phải đủ
che bản đế
b. Chân cột gồm bản đế – dầm đế
và sườn đế
Hình 4.9 Cấu tạo chân cột gồm : bản đế + sườn đế+ dầm đế

bđ
h
dđ
c
b
dđ

B
L
1
2

1
3
2
3
3
1
2
bản đế
sườn đế
dầm đế
móng
dầm đế
• Dùng cho chân cột khớp và ngàm với móng 
dùng cho cột trung bình và nặng
• Tác dụng của dầm đế và sườn :
– Phân phối tải trọng từ thân cột ra bản đế
– Là gối đỡ cho bản đế chòu uốn do phản lực từ móng
lên
– Làm tăng độ cứng của bản đế cũng như toàn chân
cột
– Bản đế làm việc nhẹ nhàng hơn
– Tải trọng phân bố lên móng đều
• Với cột nặng :
– Cho thân cột, dầm đế, sườn tì trực tiếp vào bản đế
với các mặt tiếp xúc được gia công phay
– Đường hàn liên kết bản đế với cột :Tính với lực cắt ở
chân cột khi cột nén lệch tâm; Tính với (0,15-0,2)N
với cột nén đúng tâm
• Cách hàn :
– Đh liên kết bản đế với cột hàn trước khi có dầm đế ,

sườn đế và hàn quanh chu vi thân cột
– Sau đó hàn dầm đế: chỉ được hàn ở 2 đầu bên ngoài
– Đường hàn giữa dầm đế, sườn đế và bản cánh cột :
đường hàn đứng
a. Tính bản đế
• Tính DT bản đế : A
bđ
= B x L
– F : tính theo KN chòu ép mặt cục bộ của BT móng:
Trong đó :
•  - hệ số phụ thuộc vào đặc điểm phân bố tải trọng cục bộ
trên diện tích bò ép mặt, =1-nén đều, =0,75-nén không
đều
• R
b
– cường độ chòu nén tính toán của bêtông
• R
bt
– cường độ chòu kéo tính toán của bêtông
– Kiểm tra áp lực phân bố đều lên bản đế:
bb
bđ
R
N
A


51
3
,hơnlớnđượckhôngvà

A
A
bđ
m
b


bb
R
LB
N


.
bbt
RR /,513

Tính chiều dày

bđ
• Chân cột chỉ có bản đế :
– Sự chòu uốn của bản đế do phản lực có thể tính như
sự chòu uốn của 1 côngxon có tiết diện rộng b , cao
t
bđ
. Momen uốn của nó :
M =  . A
1
. C
1

Trong đó :
A
1
: DT truyền tải  vào côngxon
C
1
: khoảng cách từ trọng tâm diện truyền tải đến tiết
diện tính toán của côngxon (mép biên cột)