Bài giảng kết cấu thép chương 1 đại cương về kết cấu thép

KẾT CẤU THÉP
1

Chương 1
ĐẠI CƯƠNG VỀ
KẾT CẤU THÉP


KẾT CẤU THÉP LÀ GÌ?

Kết cấu chịu lực công trình
xây dựng làm bằng THÉP

Nhà thi đấu TDTT Phú Thọ

Tháp Eiffel - Paris


NỘI DUNG
3

I.

Ưu khuyết điểm của KCT

II.

Phạm vi ứng dụng

III.

Yêu cầu đối với KCT

IV.

Vật liệu thép

V.

Sự làm việc của thép khi chịu tải trọng

VI.

Quy cách cán thép dùng trong xây dựng

VII. Phương pháp tính toán KCT


I. ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP
Ưu
 Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao
• Thép có cường độ cao: fy = 220 – 400 MPa
• Cấu trúc đồng nhất của vật liệu

 Trọng lượng nhẹ
• “Nhẹ nhất” so với kết cấu chịu lực khác như bê

tông, gạch, đá, gỗ  c = γ/f

Cấu trúc vi mô thép (µm)

+ Thép: c = 3,7.10-4 m-1
+ Gỗ: c = 5,4.10-4 m-1
+ Bê tông : c = 2,4.10-3 m-1

 Công nghiệp hóa cao
•

Vật liệu, kết cấu thực hiện trong nhà máy

Cấu trúc bê tông [cm]


I. ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP
Ưu
 Tính cơ động trong vận chuyển và

lắp ráp
 Tính kín
• Không thấm nước
• Không thấm khí

 Bể chứa

Bể chứa xăng dầu

Kết cấu Loggia KCT


I. ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP
Khuyết

 Chịu gỉ kém


Bảo vệ bằng: sơn, mạ

kẽm, mạ nhôm, …
 Chịu lửa kém
•

Vật liệu không cháy

•

Vật liệu chuyển sang dẻo, mất khả năng chịu lực từ t=500-600 oC



Bảo vệ bằng : sơn chống lửa, bê tông, …


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP

KCT thích hợp với



cơng trình:
•

Nhịp lớn

•

Chiều cao lớn

•

Tải trọng nặng

•

Cần trọng lượng nhẹ

•

Cần độ kín khơng
thấm


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
1. NHÀ CƠNG NGHIỆP

Thơng thường:


Kết cấu khung



Phần tử:
•

thanh (kéo, nén)

•

dầm (uốn)

•

cột (nén, uốn)

•

dây (kéo)


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
2. NHÀ NHỊP LỚN


Nhà thi đấu TDTT, nhà triển lãm, kết cấu đỡ mái SVĐ, …

Kết cấu vòm, L=100m

SVĐ San siro - Kết cấu dầm dàn


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP

2. NHÀ NHỊP LỚN
Kết cấu dàn khơng gian


•

Phần tử kết cấu chịu lực theo 3 phương, các phân tử dàn dựa theo cấu trúc phân tử hóa học

•

Phù hợp kết cấu nhịp lớn


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
3. NHÀ CAO TẦNG

Vách cứng


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
3. NHÀ CAO TẦNG


kết cấu liên hợp thép-bê tơng (composite)
42,3 m

- Thi cơng :

33,05 m

2-2,5 lầu/1 tuần

Sàn bê tơng

Lõi bê tơng

Dầm sàn composite
Cột composite

Khung composite

Millennium Tower (Vienna - Austria) – 51 tầng


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
4. KẾT CẤU TRỤ THÁP TRỤ

Tháp Eiffel:
•

Chiều cao lầu 1: 57,63m

•

Chiều cao lầu 2: 115,73m

•

Chiều cao lầu 3: 276,13m

•

Chiều cao tổng cộng bao gồm anten: 324m

•

Xây dựng 1887 – 1889

•

Khối lượng : 10100T

•

Liên kết: 2 500 000 đinh tán

Tháp Eiffel - Paris


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
5. BỂ CHỨA – ĐƯỜNG ỐNG

Bể chứa chất lỏng


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
6. CẦU

KC vòm: L=165m

Viaduc Gabarit (Pháp) xây dựng bởi Gustave Eiffel- 1884


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
6. CẦU
cáp
- Viaduc de Mileau (Pháp), 2001-2003 :
cầu cao nhất thế giới
- 320M euros, xây dựng cơng ty Eiffage


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
7. DÀN KHOAN

Kết cấu dàn khoan


II. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP
8. KẾT CẤU KHÁC MÁI DÂY


III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP
1. u cầu về sử dụng:
- Đảm bảo u cầu về chịu lực
- Đảm bảo về độ bền vững, khả năng bảo dưỡng
- Đẹp
2. u cầu về kinh tế
- Tiết kiệm vật liệu
- Cơng nghiệp khi chế tạo
- Lắp ghép nhanh

 Điển hình hóa kết cấu


IV. VẬT LIỆU THÉP
20

1. Định nghĩa
2. Phân loại thép
3. Cấu trúc và thành phần hóa học
4. Thép xây dựng

Biểu đồ kéo thép – quan hệ σ-ε


1. Định nghĩa
21

-

Luyện quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4…)


Gang (hợp kim của Fe và C) với C ≥ 1,7%.

-

Khử bớt C  Thép

-

Nếu:
+ Lượng C ≥ 1,7%



GANG

+ Lượng C < 1,7%



THÉP

Thành phần hóa học, phương pháp luyện
khác nhau



nhiều loại thép


2. Phân loại thép
22

a. Theo thành phần hóa học
- Thép cacbon: %C < 2,0%, không có hợp kim khác
+ Thép cacbon đặc biệt cao (C=1,0-2,0%): độ cứng rất cao,
dùng làm các dụng cụ như dao cắt, búa, …
+ Thép cacbon cao (C=0,6-1,0%): độ bền cao, dùng làm lò xo,
nhíp xe …

+ Thép cacbon vừa (C=0,3-0,6%): chống bào mòn tốt, dùng
làm thép định hình và các ứng dụng trong cơ khí
+ Thép cacbon thấp (0,05-0,3%): thép mềm, dễ cán, rèn, được
dùng nhiều trong xây dựng: thép tấm cán nguội, …


THÉP XÂY DỰNG


2. Phân loại thép
23

a. Theo thành phần hóa học
- Thép hợp kim: Cr (chống gỉ), Ni (chống ăn mòn), Mn (độ bền)
…  nâng cao chất lượng thép, cứng hơn thép carbon
+ Thép hợp kim cao (tổng hàm lượng > 10%)
Vd: thép Mn cao 13%



dùng cho môi trường chịu ăn

mòn cao như răng gầu xúc, xích xe tăng, …
+ Thép hợp kim vừa : tổng hàm lượng các hợp kim 2,5-10%
+ Thép hợp kim thấp  THÉP XÂY DỰNG (%hk < 2,5%)


2. Phân loại thép
24

b. Theo phương pháp luyện thép
- Luyện bằng lò quay
- Luyện thép bằng lò bằng (lò Martin)
c. Theo mức độ khử oxy
Thép lỏng rót vào khuôn  để nguội cho kết tinh lại
Tùy phương pháp để lắng nguội:
- Thép sôi: chất lượng không tốt, dễ bị phá hoại dòn và lão hóa
- Thép tĩnh: đắt hơn thép sôi, dùng trong các công trình chịu tải
trọng động, những công trình quan trọng
- Thép nửa tĩnh: là trung gian của hai thép trên


3. Cấu trúc và thành phần hóa học thép
Cấu trúc thép carbon thấp [µm]

a. Cấu trúc thép
- Cấu trúc vi mô của thép bao gồm 2 thành phần chính sau:


Ferit (99% thể tích): các hạt màu sáng, có tính mềm, dẻo



Xementit (hợp chất sắt cacbua Fe3C): rất cứng và dòn

- Xementit hỗn hợp với Ferit thành Peclit, là lớp mỏng màu thẫm
nằm giữa các hạt Ferit.


Lớp Peclit bao quanh các hạt Ferit quyết định sự làm việc và

các tính chất dẻo của thép



Thép nhiều C  màng Peclit dày, thép cứng