Bài giảng kết cấu thép chương 4 cột thép (4 1)

KẾT CẤU THÉP
1

◆

Chương 0 Tổng quan về Kết Cấu Thép

◆

Chương 1 Vật Liệu và Sự Làm Việc của KC Thép

◆

Chương 2 Liên Kết Kết Cấu Thép

◆

Chương 3 Dầm Thép

◆

Chương 4 Cột Thép

◆

Chương 5 Dàn Thép


KẾT CẤU THÉP
2

Chương 4 - CỘT THÉP


NỘI DUNG
3

I.

KHÁI QUÁT CHUNG

II.

CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

III.

CỘT RỖNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

IV.

CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM

V.

CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CHI TIẾT CỘT


I. KHÁI QUÁT CHUNG
4

1.

Đặc điểm chung

2.

Các loại cột

3.

Sơ đồ tính, chiều dài tính toán, độ mảnh


1. Đặc điểm chung
5

◆

Cột là cấu kiện dùng để truyền tải trọng từ các kết cấu bên trên xuống kết cấu bên dưới


1. Đặc điểm chung
6

◆

Cột gồm 3 bộ phận chính:

–

Đầu cột: Đỡ các kết cấu bên trên và phân phối tải
trọng cho thân cột

–
–

Thân cột: Truyền tải trọng từ trên xuống dưới
Chân cột: Liên kết cột vào móng, phân phối tải trọng
từ cột vào móng

Ch5_6


2. Các loại cột
7

◆

Theo cấu tạo: Cột đặc, cột rỗng, cột tiết diện không đổi, cột tiết diện thay đổi...

◆

Theo sơ đồ chịu lực: Cột nén đúng tâm (N), cột nén lệch tâm (N, M)


3. Sơ đồ tính, lo, độ mảnh
8

a) Sơ đồ tính

–

Sơ đồ trục dọc cột với các điều kiện biên (liên kết ở chân cột và
đầu cột)

b) Chiều dài tính toán

Đối với cột tiết diện không đổi hoặc đoạn cột của cột bậc:

–

L0 = µ L
L - chiều dài hình học của cột
µ - hệ số chiều dài tính toán, phụ thuộc vào đặc điểm tải trọng và
điều kiện biên


3. Sơ đồ tính, lo, độ mảnh
9

c) Cột tiết diện thay đổi
Lo=µjµL


3. Sơ đồ tính, lo, độ mảnh
10

d) Độ mảnh cột

Ly

Lx
λx = ; λy =
ix
iy

i n = In A

Lx, Ly: chiều dài tính toán của cột tính theo trục x và y
ix, iy: bán kính quán tính cột tính theo trục x và y.
◆

Khả năng chịu nén đúng tâm của cột được quyết định bởi độ mảnh lớn nhất

◆

Cột có khả năng chịu lực hợp lý:

◆

Cột làm việc bình thường:

λmax = max(λx ,λy )

[λ]: Độ mảnh giới hạn

λx = λy

λmax ≤ λ 

Ch5_11


Ch5_12


II. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
13

1.

Hình thức tiết diện cột

2.

Tính toán

3.

Xác định tiết diện

4.

Ví dụ


1. Hình thức tiết diện cột
14

a) Tiết diện I

– Đặc điểm:
»
»
»

Dễ liên kết
Dễ thoả yêu cầu kiến trúc
Hình thức đơn giản, dễ chế tạo

– Thép hình I phổ thông: ix lớn hơn iy nhiều, chỉ dùng hợp lý khi cột
có Lx rất lớn so với Ly

– Thép hình I cánh rộng: Hợp lý hơn thép hình I phổ thông vì chênh
lệch giữa ix và iy nhỏ hơn

– Tiết diện H: ghép từ 3 bản thép hoặc ghép từ thép hình: Khi tải
trọng lớn


1. Hình thức tiết diện cột
15

b) Tiết diện chữ thập

– Đặc điểm
»

Cấu tạo đơn giản

»

ix = iy, sử dụng hợp lý với Lx = Ly

»

Khó liên kết với các kết cấu

»

Khó đáp ứng yêu cầu kiến trúc

– Tiết diện ghép từ 2 thép góc: Dùng khi tải trọng nhỏ
– Tiết diện ghép từ bản thép: Dùng khi tải trọng lớn


1. Hình thức tiết diện cột
16

c) Tiết diện kín: bán kính quán tính lớn hơn tiết diện hở cùng diện tích



chịu lực tốt hơn

– Đặc điểm: Dễ đáp ứng λx=λy, hình thức gọn và đẹp, không bảo
dưỡng được mặt bên trong

– Cột thép ống:
»

Hợp lý nhất về trọng lượng và
khả năng chịu nén đúng tâm

»

Khó liên kết với kết cấu khác

– Tiết diện tổ hợp từ 2 hoặc 4 thép góc, 2 thép C
– 2 thép C + thép bản: tải trọng lớn


2. Tính toán cột đặc
17

a) Tính toán về bền

–
–
–

N
σ=
≤ f γc
An

N: lực dọc tính toán

An: diện tích tiết diện thực
f: cường độ tính toán của vật liệu

γc: hệ số điều kiện làm việc của cột


2. Tính toán cột đặc
∆

18

b) Tính toán ổn định tổng thể

◆

◆

Lực Ncr - lực tới hạn Euler:

Ứng suất giới hạn:

với
◆

Đặt

σ cr

N cr

N

π 2EI min π 2EI min

=
=
2
2
L0
µ
L
( )

N cr π 2EI min π 2EI min π 2E
=
=
=
-=
độ mảnh
2 lớn nhất của
2 thanh2
A
AL0
λ
A ( µL )

L-0hệ số uốn
µLdọc của thanh
λ=
=
i min i min
σ cr π 2E
ϕ=
= 2

fy
λ fy

H

L


2. Tính toán cột đặc
19

Điều kiện ổn định tổng thể

λmax ≤ [ λ ] σ =
◆
◆

◆

Khi

Khi

N

ϕmin A

≤ f γc

f

λ =λ
E

f 

0 < λ ≤ 2,5 : ϕ = 1 −  0,073 − 5,53 ÷λ λ
E


2,5 < λ ≤ 4,5 :
f 
f 
Khiϕ = 1, 47 − 13
−  0,371 − 27,3 ÷λ
E 
E
332
λ > 4,5 : ϕ = 2
λ ( 51 − λ )

f  2

+  0,0275 − 5,53 ÷λ
E



2. Tính toán cột đặc
c) Tính toán về ổn định cục bộ
– Vị trí: bản cột có ứng suất pháp nén > khả

năng chịu ứng suất pháp nén
→ biến dạng ra ngoài mặt phẳng bản
→ mất ổn định cục bộ
→ bản thép mất khả năng làm việc


y

2. Tính toán cột đặc

x

x

21

tw

 hw 
hw
λw =
≤ λw  =  
tw
 tw 

hw

y

Độ mảnh giới hạn của bản bụng cột chịu nén đúng tâm

Hình thức
tiết diện cột

λ

Chữ I

λ < 2,0
λ ≥ 2,0

Hình hộp và
chữ C cán

λ < 2,0
λ ≥ 2,0

Chữ C tổ
hợp

λ < 2,0
λ ≥ 2,0

Công thức tính [hw/tw]

( 1,3 + 0,15λ )
2

( 1,2 + 0,35λ )

E /f

E / f nhưng không lớn hơn2, 6 E / f

1,2 E / f

( 1,0 + 0,2λ )

E /f

nhưng không lớn hơn 1, 6 E / f

E /f

( 0, 85 + 0,19λ )

E / f nhưng không lớn hơn 1, 6 E / f


2. Tính toán cột đặc
22

Nếu không thoả ĐK ổn định cục bộ bản bụng:

• C1: Tăng chiều dày bụng → giảm λw → tốn thép
• C2: Đặt cặp sườn dọc với bsl≥10tw, tsl≥0,75tw vào giữa bản bụng


tiết diện cột kể cả tiết diện sườn dọc, khi đó
y

[λw]=[hw/tw]=β[λw]

»

Isl ≤ 6hwtw3:

»

Isl > 6h t :
3
w w

Isl: mômen quán tính của sườn dọc đ/v
trục ở bụng cột vuông góc với cạnh b sl

0, 4I sl
β =1+
hwt w3

β =2


0,1I sl3 
1 −
3 ÷ tsl
hwt w 


sườn dọc
bsl
y

2. Tính toán cột đặc
23

– C3: bỏ phần giữa bụng cột đã bị mất ổn định cục bộ, cần
λw < 2 λw 

khống chế:

Khi đó phải kiểm tra lại điều kiện ổn định tổng thể:

N

ϕmin A

≤ f γc

với A là diện tích phần tiết diện cột còn lại:
x
y

c1

c1
x

y

c 1 = 0,5t w λw 

2. Tính toán cột đặc
24




Nếu

hw
E
≥ 2,3
tw
f

phải gia cường các sườn cứng ngang đặt cách nhau a = (2,5

sườn dọc

÷ 3)hw với kích thước:

sườn ngang

h
b ≥
+40 mm
30

f
mm

E

Khi vận chuyển cột : đặt ít nhất 2 sườn ngang trên mỗi đoạn
w
s
s
chuyêns chở

t ≥ 2b

a


2. Tính toán cột đặc
25

Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh:
 b0 
b0
λ f = ≤ λ f  =  
tf
 t f 

– b0: chiều rộng tính toán của phần bản cánh nhô ra
– tf: chiều dày bản cánh
t
y
– [λf]: độ mảnh giới hạn
b
f

0f

x

x

y