So sánh cách tinh toán cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén uốn theo tiêu chuẩn eurocode 3 và tcvn 5575 2012

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG TUẤN ANH

SO SÁNH CÁCH TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG 2
NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN
EUROCODE 3 VÀ TCVN 5575-2012

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG TUẤN ANH

SO SÁNH CÁCH TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG 2
NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN
EUROCODE 3 VÀ TCVN 5575-2012
Chuyên ngành

: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD&CN

Mã số

: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. PHẠM VĂN HỘI

Đà Nẵng – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Đặng Tuấn Anh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP .......................................................... 2
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................................... 3
1.1.1. Phân loại và phạm vi sử dụng cột thép...................................................... 3
1.1.2. Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn và độ mảnh của cột .................................. 4
1.2.CẤU TẠO CỘT THÉP............................................................................................6
1.2.1. Cấu tạo cột đặc .......................................................................................... 6
1.2.2. Cấu tạo cột rỗng ........................................................................................ 6
1.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ...................................................................................... 8

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG 2 NHÁNH
CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE3 VÀ TCVN 5575-2012 . 9
2.1. NGUN TẮC CHUNG DÙNG TRONG TÍNH TỐN .................................... 9
2.1.1. Các ngun tắc tính tốn theo TC Eurocode 3 ......................................... 9
2.1.2. Các ngun tắc cơ bản tính tốn theo TCVN 5575-2012 ......................... 10
2.2. VẬT LIỆU THÉP SỬ DỤNG ............................................................................... 10
2.2.1. Vật liệu thép theo TC Eurocode 3 ............................................................ 10
2.2.2.Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam ..................................................... 12
2.3. TẢI TRỌNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ ..................................................... 13
2.3.1. Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocode ............................................. 13
2.3.2. Tải trọng thiết kế theo TCVN ................................................................... 15
2.4. TÍNH TỐN CỘT THÉP THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 3 ...................... 16
2.4.1. Phân loại tiết diện...................................................................................... 16
2.4.2. Trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực ................................................. 19
2.4.3. Tính tốn ổn định cột thép chịu nén có tiết diện khơng đổi ..................... 23
2.4.4. Tính tốn ổn định cột thép tổ hợp có tiết diện khơng đổi chịu nén .......... 27
2.5. TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG CHỊU NÉN-UỐN THEO TCVN 5575-2012 . 32
2.5.1. Tính tốn về bền........................................................................................ 32
2.5.2. Tính tốn về ổn định tổng thể ................................................................... 35
2.5.3. Tính tốn về ổn định cục bộ...................................................................... 39


2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ...................................................................................... 41
2.5.1. So sánh về phƣơng pháp tính tốn của 2 tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN
5575-2012 ........................................................................................................... 41
2.5.2. So sánh về vật liệu thép sử dụng trong tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN
5575-2012 ........................................................................................................... 41
2.5.3. So sánh về tải trọng theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN 5575-2012 ... 42
2.5.4. So sánh cách tính toán cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn theo tiêu chuẩn
Eurocode 3 và TCVN 5575-2012 ....................................................................... 43

CHƢƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN ........................................................................... 49
3.1. LÝ DO CHỌN CÁC VÍ DỤ TÍNH TỐN............................................................49
3.2. VÍ DỤ 1 ................................................................................................................. 49
3.2.1. Tính tốn theo tiêu chuẩn Eurocode 3 ...................................................... 51
3.2.2. Tính tốn theo TCVN 5575-2012 ............................................................. 55
3.3. VÍ DỤ 2 ................................................................................................................. 58
3.3.1. Tính tốn theo tiêu chẩn Eurocode 3 ........................................................ 59
3.3.2. Tính tốn theo TCVN 5575-2012 ............................................................. 63
3.4. VÍ DỤ 3 ................................................................................................................. 67
3.4.1. Tính tốn theo tiêu chuẩn Eurocode 3 ...................................................... 69
3.4.2. Tính tốn theo TCVN 5575-2012 ............................................................. 73
3.5. TÍNH TỐN VỚI MỘT SỐ VÍ DỤ KHÁC ......................................................... 77
3.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ...................................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 83


TĨM TẮT
SO SÁNH CÁCH TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG 2 NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN
THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 3 VÀ TCVN 5575-2012
Học viên: Đặng Tuấn Anh
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
DD&CN.
Mã số: 60.58.02.08
Khóa: 31 Trƣờng Đại học Bách khoa-ĐHĐN
Tóm tắt: Tiêu chuẩn Eurocode 3 là bộ tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép cho cơng
trình đƣợc áp dụng cho các nƣớc thuộc Liên minh Châu Âu và đang đƣợc nhiều nƣớc
trên thế giới đƣa vào sử dụng. Trong quá trình hội nhập hiện nay, việc tiếp thu và áp
dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật từ các nƣớc trên thế giới là nhiệm vụ quan trọng
đối với ngành xây dựng. Do đó, luận văn:“So sánh tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh

chịu nén-uốn theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN 5575-2012”, tập trung nghiên cứu
cách tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn theo 2 tiêu chuẩn là Eurocode 3 và
TCVN 5575-2012, so sánh nhƣng điểm giống và khác nhau trong tính tốn của hai tiêu
chuẩn, thực hiện những tính tốn cụ thể, qua đó có cơ sở để so sánh nhằm đề xuất
đƣợc cách tốn có lợi hơn về khả năng chịu lực cho cột thép rỗng 2 nhánh chịu nénuốn.
Từ khóa: Tiêu chuẩn Eurocode 3, TCVN 5575-2012, kết cấu thép, so sánh, cột thép
rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn.
COMPARING THE CALCULATION METHOD IN BENDING AND
PRESSURE RESISTANT HOLLOW STEEL TUBE WITH 2 BRANCHES IN
ACCORDANCE WITH EUROCODE 3 AND TCVN 5575-2012
Abstract: Eurocode 3 is a steel structure design standard set applicable to European
Union countries and is being used by many countries in the world. In the process of
integration, the adoption and application of scientific and technological advances from
countries around the world is an important task for the construction industry.
Therefore, the thesis: “Comparing the calculation method in the bending and pressure
resistant hollow steel tube with 2 branches in accordance with Eurocode 3 and TCVN
5575-2012” focuses on the calculation of the calculation in the bending and pressure
resistant hollow steel tube with 2 branches in accordance with Eurocode 3 and TCVN
5575-2012 and the comparison of similarities and differences in the calculation in
accordance with 2 standard to serve as the bases for proposing a more cost effective
way to calculate the bearing capacity of the bending and pressure resistant hollow steel
tube with 2 branches.
Key words: Eurocode 3, TCVN 5575-2012, steel structure, comparison, the bending
and pressure resistant hollow steel tube with 2 branches.


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
a. Các đặc trưng hình học:
A
diện tích ngun

An, Ach
diện tích thực của 1 nhánh.
Ad
diện tích mặt cắt ngang của thanh xiên.
Av
diện tích mặt cắt ngang của thanh ngang.
Aeff
diện tích hữu hiệu của tiết diện.
Af
diện tích bản cánh.
Aw
diện tích bản bụng.
t
chiều dày danh nghĩa của cấu kiện.
tb
chiều dày bản giằng.
tf
chiều dày bản cánh.
tw
chiều dày bản bụng.
h
chiều cao cột.
h0
khoảng cách giữa trọng tâm các nhánh.
hw
chiều cao bản bụng.
b
chiều rộng cột.
b0
chiều rộng phần nhô ra của bản cánh.

d
chiều dài tính tốn của thanh giằng xiên.
db
chiều cao bản giằng.
L
chiều dài hình học của cột.
Lch
khoảng cách giữa các nút liên kết.
Lx, Ly
chiều dài tính tốn theo phƣơng x, y của cột.
Lcr
chiều dài tính tốn.
i
bán kính qn tính của tiết diện.
Ieff
moment quán tính hữu hiệu của cấu kiện.
Ich
moment quán tính của tiết diện của một nhánh.
Ib
moment quán tính tiết diện của một bản giẳng.
Inx, Iny
moment quán tính đối với trục x và trục y của tiết diện cột.
Wnx,min, Wny,min
moment chống uốn nhỏ nhất của tiết diện thu hẹp đối
với trục x và y.
Weff
modul chống uốn hữu hiệu.
Wc
modul chống uốn
Wpl

modul dẻo của tiết diện.
Wel
modul đàn hồi của tiết diện.
Sv
độ cứng chống cắt của hệ thanh bụng hoặc hệ bản giằng.


b. Nội lực, ngoại lực:
Mx, My
giá trị moment uốn của tổ hợp nội lực bất lợi nhất (tƣơng ứng
mặt phẳng uốn x-x,y-y).
NRd
khả năng chịu nén của tiết diện.
NEd
giá trị thiết kế của lực nén.
Npl,Rd
khả năng chịu nén khi thiết kế dẻo của tiết diện.
Nb,Rd
độ bền thiết kế khi mất ổn định của cấu kiện chịu nén.
Ncr
lực tới hạn đàn hồi.
MEd
giá trị thiết kế của moment có xét đến hiệu ứng bậc 2.
1
M Ed
giá trị thiết kế của moment khi không xét đến hiệu ứng bậc 2.
MRd
giá trị độ bền thiết kế khi mất ổn định của cấu kiện chịu uốn.
Med
moment gây ra do chuyển vị của trục trọng tâm.

MRk
giá trị đặc trƣng cho khả năng chịu uốn của tiết diện.
VEd
lực cắt của cấu kiện.
c. Cường độ, ứng suất:
E
modul đàn hồi.
G
modul trƣợt.
fy
giới hạn chảy của thép
fu
giới hạn bền của thép.
τ
ứng suất tiếp.
σ
ứng suất pháp.
d. Các ký hiệu, thông số:
γc
hệ số điều kiện làm việc.
ν
hệ số nở ngang.
γM
hệ số tin cậy về vật liệu.
λ
độ mảnh tƣơng đƣơng.
λ̅
độ nảnh quy ƣớc.
Μ
hệ số chiều dài tính tốn của cột.

χ
hệ số mất ổn định cho dạng mất ổn định tƣơng ứng.
α
hệ số sai lệch.
m
độ lệch tâm tƣơng đối.
n
số mặt phẳng của hệ thanh bụng giằng.
me
độ lệch tâm tƣơng đối tính đổi.
η
hệ số ảnh hƣởng hình dạng tiết diện.
e
độ lệch tâm tiết diện.
υ
hệ số uốn dọc.
ε
hằng số.


e. Các chữ viết tắt
TC
TCVN
KNCL
GHSD
ĐKLV

Tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn Việt Nam
Khả năng chịu lực

Giới hạn sử dụng
Điều kiện làm việc


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
Tên bảng
bảng
1.1
Hệ số chiều dài tính tốn μ của cột tiết diện khơng đổi
1.2
Hệ số chiều dài tính tốn bổ sung μj của tiết diện thay đổi
Giá trị giới hạn chảy fy và giới hạn bền fu đặc trƣng của thép cán
2.1
mỏng
2.2
Phân hạng tải trọng phân bố
2.3
Tải trọng áp đặt trên sàn, ban công, cầu thang
2.4
Tỷ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu nén
2.5
Hệ số sai lệch cho đƣờng các cong cƣờng độ mất ổn định
2.6
Lựa chọn đƣờng cong cƣờng độ mất ổn định cho tiết diện
2.7
Độ cứng kháng cắt của các thanh bụng giằng của cấu kiện tổ hợp
2.8
Hệ số hữu hiệu µ
Hệ số để tính độ bền của các cấu kiện khi kể đến sự phát triển của

2.9
biến dạng dẻo.
2.10
Giá trị giới hạn [b0/tf]
2.11
Giá trị M
2.12
Hệ số α và β
2.13
Giá trị giới hạn [hw /tw ]

Trang
5
5
11
14
15
17
24
25
30
32
32
34
36
37
40

2.14

Giá trị giới hạn của [ /t ]

40

2.15

Bảng so sánh cách tính tốn cột thép rông hai nhánh chịu nén- uốn
theo TC Eurocode 3 và TCVN 5575-2012

43


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4.
3.5

Tên hình vẽ

Trang

Sơ đồ tính và tiết diện cột đặc
Cấu tạo cột rỗng
Các đƣờng cong cƣờng độ mất ổn định
Cột tổ hợp có tiết diện không đổi với các thanh bụng và bản giằng
Hệ thanh bụng trong bốn mặt và chiều dài tính tốn Lch của nhánh
Hệ thanh bụng giằng đơn trên các mặt đối diện của cấu kiện tổ hợp
có hai mặt phẳng giằng song song
Moment và lực ở đoạn biên của cấu kiện tổ hợp với liên kết bản
giằng
Sơ đồ tiết diện ngang của định hình cong
Cấu tạo thân cột ví dụ 1
Cấu tạo thân cột ví dụ 2
Cấu tạo thân cột ví dụ 3
Biểu đồ kiểm tra ổn định nhánh cột trong mặt phẳng x-x
Biểu đồ kiểm tra ổn định nhánh cột trong mặt phẳng y-y

6
7
26
28
28
31
31
34
50
58
68

79
79


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của vật liệu và khoa học kỹ thuật, kết cấu thép tiền chế
với những ƣu điểm của mình nhƣ kết cấu nhẹ, cƣờng độ chịu lực cao, vƣợt đƣợc
không gian lớn, giá thành thấp, thi công lắp dựng nhanh… ngày càng đƣợc ứng dụng
rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của đời sống. Ở Việt Nam những năm gần đây kết
cấu thép cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi cùng với sự phát triển của nền kinh tế.
Hiện nay, nhiều nƣớc có nền khoa học kỹ thuật phát triển trên thế giới đã ban
hành bộ tiêu chuẩn về tính toán kết cấu thép nhƣ: AISC(Mỹ), JIS(Nhật Bản), AS(Úc),
Eurocode 3(Liên minh Châu Âu)…Trong đó, việc tính tốn các cấu kiện thép nói
chung và cột thép nói riêng tại Việt Nam theo tiêu chuẩn hiện hành là TCVN 55752012.
Tiêu chuẩn Eurocode 3 là bộ tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu thép cho cơng trình
đƣợc áp dụng cho các nƣớc thuộc Liên minh Châu Âu và đang đƣợc nhiều nƣớc trên
thế giới đƣa vào sử dụng. Trong quá trình hội nhập hiện nay, việc tiếp thu và áp dụng
những tiến bộ khoa học kỹ thuật từ các nƣớc trên thế giới là nhiệm vụ quan trọng đối
với ngành xây dựng. Do đó, luận văn: “So sánh tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh chịu
nén-uốn theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN 5575-2012”, tập trung nghiên cứu cách
tính tốn, kết quả của việc tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn theo 2 tiêu
chuẩn là Eurocode 3 và TCVN 5575-2012, qua đó có cơ sở để so sánh nhằm đề xuất
đƣợc cách tốn có lợi hơn về khả năng chịu lực cho cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tính tốn, so sánh khả năng chịu nén-uốn của cột thép rỗng 2 nhánh khi tính
tốn theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN 5575-2012.
3. Đối tƣ ng ph m vi nghiên cứu

ối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng chịu nén-uốn của cột thép rỗng 2 nhánh.
hạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu đối với cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn khi tính tốn theo tiêu
chuẩn:
+ Tiêu chuẩn Eurocode 3.
+ TCVN 5575-2012.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo của cột thép rỗng 2 nhánh.
- Nghiên cứu sự làm việc của cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn.
- Nghiên cứu phƣơng pháp tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn theo
tiêu chuẩn Eurocode 3.
- Nghiên cứu phƣơng pháp tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén uốn theo
TCVN 5575-2012.
- Đƣa ra các so sánh về khả năng chịu nén-uốn của cột thép rỗng 2 nhánh chịu


2
nén-uốn khi tính theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN 5575-2012.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phân tích lý thuyết: Nghiên cứu về sự làm việc của cột thép rỗng 2 nhánh khi
chịu nén-uốn.
- Tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh theo tiêu chuẩn Eurocode 3 và TCVN 55752012.
- So sánh kết quả tính tốn thu đƣợc.
6. Cấu tr c uận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận-kiến nghị, luận văn gồm 3 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về cột thép
Chƣơng 2: Phƣơng pháp tính tốn cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén-uốn theo
tiêu chuẩn Eurocoe 3 và TCVN 5575-2012.
Chƣơng 3: Ví dụ tính tốn

3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Cột là cấu kiện thẳng đứng làm nhiệm vụ đỡ các kếu cấu khác nhƣ dầm, dàn và truyền
tải trọng từ các kết cấu đó xuống móng.
Cột ( hay thanh nén) đƣợc sử dụng rộng rãi trong kết cấu thép.
Cột có 3 bộ phận chính: đầu cột, thân cột và chân cột.
Đầu cột: là bộ phận đỡ các liên kết bên trên và phân phối tải trọng cho tiết diện
thân cột.
Thân cột: là bộ phận chịu lực cơ bản, truyền tải trọng từ trên xuống dƣới.
Chân cột: là bộ phận liên kết cột vào móng, phân phối tải trọng từ cột xuống
móng.
1.1.1 Phân lo i và ph m vi sử dụng cột thép
1.1.1.1. Phân loại cột thép
Cột thép có nhiều loại khác nhau tùy thuộc theo sự phân loại:
- Theo sử dụng: có cột nhà cơng nghiệp, cột nhà khung nhiều tầng, cột
đỡ sàn công tác, cột đỡ đƣờng ống, cột đƣờng dây tải điện,…
- Theo cấu tạo: có cột đặc, cột rỗng, cột tiết diện thay đổi nhƣ: cột bậc.
Cột bậc hay sử dụng trong nhà cơng nghiệp có cầu trục, khi dầm đỡ
cầu trục tựa vào thân cột.
- Theo sơ đồ chịu lực: có cột nén đúng tâm-khi lực dọc đặt đúng trọng
tâm tiết diện, cột nén lệch tâm-khi lực dọc đặt ngoài trọng tâm tiết
diện, cột nén uốn-khi cột vừa chịu lực dọc trục vừa chịu lực vng
góc với trục.
1.1.1.2. Phạm vi sử dụng cột thép
Phạm vi sử dụng của cột thép là rất rộng, có thể chia làm các loại cơng trình

sau:
- Nhà cơng nghiệp: khung nhà cơng nghiệp là toàn bộ bằng thép khi nhà cao, cầu trục
nặng.
- Khung nhà nhiều tầng: đặc biệt các kiểu nhà dạng tháp ở thành phố. Khi nhà trên 2030 tầng thì nội lực trong cột sẽ rất lớn, yêu cầu độ cứng cao, dùng khung thép có lợi
hơn khng bê tông cốt thép.
- Kết cấu thép cao: nhƣ các loại cột điện, cột ăng ten vô tuyến, tháp trắc đạt hoặc một
số loại kết cấu đặc biệt nhƣ tháp khoan dầu. Sử dụng thép ở đây có lợi vì kết cấu nhẹ,
dễ vận chuyển, dễ lắp dựng.


4
1.1.2. Sơ đồ tính chiều dài tính tốn và độ mảnh của cột
1.1.2.1. Sơ đồ tính-Liên kết đầu cột
- Sơ đồ tính của cột là trục dọc của cột có các liên kết ở chân cột và đầu cột
theo các phƣơng (thƣờng là theo 2 phƣơng có trục chính x,y của tiết diện cột). Các liên
kết này có thể là khớp cố định, ngàm, ngàm trƣợt, ngàm đàn hồi, đầu tƣ do,v.v… tùy
thuộc vào điều kiện và cấu tạo cụ thể của liên kết giữa cột với móng, giữa cột với các
xà ngang (dầm, dàn).
- Liên kết ở chân cột, với giả thiết móng là một khối cứng và khơng có
chuyển vị khi chịu tải trọng từ chân cột truyền vào nó, ta có sơ đồ liên kết cột với
móng là khớp cố định hoặc ngàm tùy theo cấu tạo cụ thể của liên kết. Chân cột khớp
thƣờng đƣợc sử dụng cho cột nén đúng tâm; đối với cột nén lệch tâm (nén uốn) nó
đƣợc sử dụng khi yêu cầu thiết kế khơng có moomen ở chân cột, ví dụ nhƣ nền đất
yếu. Liên kết ngàm dùng cho cột nén lệch tâm( nén uốn) và cho cả cột nén đúng tâm,
nó làm tăng độ ổn định cho cột.
- Liên kết đầu cột, đầu cột liên kết với các xà ngang có thể là liên kết khớp
hoặc liên kết cứng (liên kết cứng giữa cột và xà ngang là liên kết chịu đƣợc moomen
và tại đó góc hợp bởi trục cột và trục xà ngang không bị thay đổi). Đối với cột hệ
khung, thƣờng dùng liên kết cứng; cột nén đúng tâm thƣờng dùng liên kết khớp.
1.1.2.2. Chiều dài tính tốn

Chiều dài tính tốn 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 là:
l0 =μl (1.1)
Trong đó:
l- chiều dài hình học của cột, của đoạn cột đối với cột bậc, của chiều cao
tầng (theo sơ đồ tính khung) đối với cột khung.
μ-hệ số chiều dài tính tốn, μ phụ thuộc vào đặc điểm của nội lực
nén dọc trong cột và sơ đồ liên kết ở đầu cột và chân cột. Với cột diện tích khơng đổi
có sơ đồ liên kết đầu cột đƣợc xác định rõ rang (khớp cố định, đầu tự do, ngàm, ngàm
trƣợt) hệ số μ lấy theo bảng 1.1. Các trƣờng hợp khác nhƣ cột bậc, cột trong hệ
khung…xác định theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép và các sổ tay, tài liệu chuyên
ngành kết cấu thép.
Chiều dài tính tốn của cột có tiết diện thay đổi (bề cao, bề rộng tiết diện
thay đổi theo quy luật bậc nhất, nhƣ các sơ đồ trong bảng 1.2) ngoài hệ số μ nhƣ cột
tiết diện thay đổi, còn xét đến sự thay đổi tiết diện của cột qua hệ số μj (gọi là hệ số
chiều dài tính tốn bổ sung). Giá trị của chiều dài tính tốn của cột này là:
l0 =μj μl (1.2)
Trong đó: hệ số μj lấy theo bảng 1.2


5

Số
TT

Bảng 1.1. Hệ số chiều dài tính tốn μ của cột tiết diện không đổi
Sơ đồ kết cấu, tải trọng và
Số Sơ đồ kết cấu, tải trọng và
μ
nội lực

TT
nội lực

Μ

N

N

1

2

5

1

N

N

2

1

6

2

0,7

7

0,725

0,5

8

1,12

N
3

N
4

Bảng 1.2. Hệ số chiều dài tính tốn bổ sung μj của tiết diện thay đổi
μj khi tỉ số Imin/Imax bằng
Sơ đồ hình dạng cột
l1/l
0,01 0,1
0,2
0,4
0,6
0,8 1,0
Imax
Imin

-

-

1,35

1,24

1,14

1,08

1,02

1,0


6
Imax
Imin

Imax
Imin

L1
L2

-

-

1,66

1,45

1,24

1,14

1,06

1,0

0,0
0,2
0,4
0,6
0,8

1,69
1,45
1,23
1,07
1,01

1,35
1,22
1,11
1,03
1,00

1,25
1,15
1,07
1,02
1,00

1,14
1,08
1,04
1,01
1,00

1,08
1,05
1,02
1,01
1,00

1,03
1,02
1,01
1,00
1,00

1,0
-

1.2.CẤU TẠO CỘT THÉP
1.2.1. Cấu t o cột đặc
Cột đặc chịu nén đúng tâm thƣờng đƣợc sử dụng khi chịu lực nén lớn

(N=150-4000kN), nhƣng có chiều cao nhỏ H<8m, chiều cao tiết diện h≤0,8m. Cột đặc
có cấu tạo đơn giản, dễ gia công, lắp dựng. Thân cột thƣờng sử dụng tiết diện bằng
thép hình ngun hoặc ghép hở hoặc kín.

Hình 1.1. Sơ đồ tính và tiết diện cột đặc
1.2.2. Cấu t o cột rỗng
Thân cột rỗng đƣợc cấu tạo bởi các nhánh đặt cách xa nhau liên kết lại với
nhau bằng các thanh thép hình (thƣờng là thép góc) (hình 1.2a, b) gọi là thanh bụng
hoặc các bản thép tấm (hình 1.2c, d) gọi là bản giằng. Theo số lƣợng nhánh cột có thể
có các loại hai, ba nhánh và bốn nhánh.
Cột hai nhánh bằng thép hình chữ [ (hình 1.2a, b) thƣờng sử dụng khi lực
nén tính tốn N=1500-2500kN và bằng thép hình I (hình 1.2c) thƣờng sử dụng khi lực
nén tính tốn N>2500kN. Cột ba nhánh (hình 1.2e, f) và cột bốn nhánh (hình 1.2d)
thƣờng sử dụng khi nén tính tốn N<1500kN và có chiều cao tƣơng đối lớn. Cột có lực


7
nén tính tốn N<2500kN có thể sử dụng hệ thanh bụng xiên khơng có thanh ngang
(hình 1.2a). Thanh bụng bằng thép góc thì lấy khơng nhỏ hơn L40x4.
Khi khoảng cách giữa hai nhánh khơng lớn hơn 0,8-1m thì có thể sử dụng
loại cột rỗng bản giằng liên kết hàn (hình 1.2c) hoặc bản giằng liên kết bulơng (hình
1.2d). Chiều dày của bản giằng lấy nhƣ sau:
6 12mm
1 1
(
)
tg
10 30 dg , dg =(0,5 0,8)h (1.3)
1
b

{ 50 g
Để chống xoắn và giữ cho tiết diện cột không bị thay đổi, dọc theo chiều
cao cột đặt các vách cứng cách nhau 3-4m. Vách cứng có thể làm từ thép tấm (hình
1.2g) hoặc từ hai thanh thép góc đặt chéo nhau (hình 1.2h).

Hình 1.2. Cấu tạo cột rỗng


8
1.2.2.1. Sự làm việc của cột rỗng
Trục của tiết diện cột cắt qua tiết diện đặc nhánh gọi là trục thực hay trục
vật liệu (trục y-y hình 1.2a,b,c). Trục của cột cắt qua hệ thanh bụng gọi là trục ảo hay
trục tự do (trục x-x hình 1.2a,b,c,d và trục y-y trên hình 1.2d,e,f).
1.2.2.2. Sự làm việc của cột rỗng quanh trục ảo
Khi chịu uốn quanh trục ảo x-x (trục vuông góc với hệ thanh bụng hình 1.2)
phát sinh ra nội lực cắt Vs làm cho cột bị nén uốn và các nhánh cột bị trƣợt tƣơng đối
với nhau kéo theo sự biến dạng cho hệ thanh bụng.
Sự biến dạng của hệ thanh bụng làm rút ngắn khoảng cách giữa các nhánh
cột nên độ cứng của cột giảm đi.
Sự biến dạng ngang của cột khi chịu uốn dọc quanh trục ảo tƣơng đƣơng với sự
tác dụng của lực cắt quy ƣớc Vs gây nén uốn.
1.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
- Chƣơng 1 trình bày đƣợc khát quát chung về cột thép với các điểm chính
sau:
+ Cấu tạo chung của các dạng cột thép
+ Phân loại các dạng cột thép.
+ Phạm vi ứng dụng của cột thép.
+ Trình bày khái quát về sơ đồ tính, chiều dài tính tốn và độ mảnh của cột
thép.
- Trình bày đƣợc cấu tạo và sự làm việc của hai dạng cột thép đặc và rỗng.

- Trình bày tổng quan về vật thép sử dụng treo hai tiêu chuẩn là TCVN
5575-2012 và tiêu chuẩn Eurocode 3.


9

CHƢƠNG 2
PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG 2 NHÁNH
CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE3 VÀ
TCVN 5575-2012
2.1. NGUYÊN TẮC CHUNG DÙNG TRONG TÍNH TỐN
2.1.1. Các ngun tắc tính tốn theo TC Eurocode 3:
2.1.1.1. Thiết kế theo trạng thái giới hạn
TC Eurocode 3 quy định tính tốn kết cấu thép theo trạng thái giới hạn. Kết
cấu đƣợc thiết kế sao cho khơng vƣợt q trạng thái giới hạn của nó. Các trạng thái
giới hạn về khả năng chịu lực (trạng thái giới hạn thứ nhất) là các trạng thái kết cấu
không còn đủ khả năng chịu lực, sẽ bị phá hoại, sụp đổ hoặc hƣ hỏng do biến dạng
quá lớn hoặc do hƣ hỏng cục bộ làm nguy hại đến sự an tồn của con ngƣời, của cơng
trình; Trạng thái giới hạn về độ võng và biến dạng gồm: Do sự rung động quá mức, sự
han gỉ quá mức dẫn đến việc hạn chế sử dụng cơng trình. Làm hỏng sự hoàn thiện của
kết cấu. Làm ảnh hƣởng đến việc sử dụng bình thƣờng của thiết bị máy móc, của con
ngƣời.
2.1.1.2. Hệ số tin cậy
Theo Eurocode 3 khi tính tốn kết cấu thép sử dụng hệ số tin cậy sau:
γf, γsd :Hệ số an toàn về tải trọng.
γf xét sự sai khác có thể có của tải trọng thực tế so với giá trị quy định.
γsd xét đến sự sai khác của kết cấu thực tế so với mơ hình dùng trong tính tốn.
γF=γfγsd

(2.1)

γm, γRd: Hệ số an tồn vật liệu. Xét đến sự biến động của tính chất vật liệu và sức chịu
của kết cấu khi vật liệu của kết cấu thực sai khác với vật liệu của mơ hình tính tốn.
γM=γmγRd

(2.2)


10
2.1.2. Các ngun tắc cơ bản tính tốn theo TCVN 5575-2012:
2.1.2.1. Trạng thái giới hạn theo TCVN 5575-2012
Tiêu chuẩn TCVN 5575-2012 sử dụng phƣơng pháp tính tốn kết cấu theo
trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vƣợt q thì kết cấu khơng
cịn thoả mãn các yêu cầu sử dụng hoặc dựng lắp. Các trạng thái giới hạn gồm:
Trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực (KNCL) là trạng thái mà kết cấu
khơng cịn đủ khả năng chịu lực, sẽ bị sụp đổ hoặc hƣ hỏng, làm nguy hại đến sự an
toàn của con ngƣời, của thiết bị. Đó là các trƣờng hợp: Kết cấu không đủ độ bền (phá
hoại bền), hoặc kết cấu bị mất ổn định, hoặc kết cấu bị phá hoại dòn, hoặc vật liệu kết
cấu bị chảy dẻo.
Trạng thái giới hạn về sử dụng (GHSD) là trạng thái mà kết cấu khơng cịn sử
dụng bình thƣờng đƣợc nữa do bị biến dạng quá lớn hoặc do hƣ hỏng cục bộ. Các
trạng thái giới hạn này gồm: trạng thái giới hạn về độ võng và biến dạng làm ảnh
hƣởng đến sử dụng bình thƣờng của thiết bị máy móc, của con ngƣời hoặc làm hỏng
sự hoàn thiện của kết cấu, sự rung động quá mức, sự han gỉ quá mức.
2.1.2.2. Hệ số tin cậy theo TCVN 5575-2012
Khi tính tốn kết cấu sử dụng các hệ số tin cậy nhƣ sau:
Hệ số độ tin cậy về cƣờng độ vật liệu γM.
Hệ số độ tin cậy về tải trọng γc. Khi tính tốn theo giới hạn về KNCL, sử dụng tải
trọng tính tốn là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số γQ (gọi là hệ số vƣợt tải hoặc hệ
số tin cậy tải trọng). Khi tính tốn theo trạng thái giới hạn về sử dụng và tính tốn về

mỏi thì dùng tải trọng tiêu chuẩn.
Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu (ĐKLV) γc. Khi kiểm tra KNCL của các kết cấu
thuộc những trƣờng hợp nêu trong bảng 3 TCVN 5575-2012, cƣờng độ tính tốn của
thép và của liên kết phải đƣợc nhân với hệ số ĐKLV để kể đến sự làm việc bất lợi của
kết cấu so với bình thƣờng.
2.2. VẬT LIỆU THÉP SỬ DỤNG
2.2.1. Vật liệu thép theo TC Eurocode 3
Những năm gần đây, thép châu Âu đã dùng tiêu chuẩn chung EN thay thế cho
tiêu chuẩn từng nƣớc nhƣ NF của Pháp, BS của Anh.
Thép kết cấu sử dụng trong thiết kế theo tiêu chuẩn EN 1993-1-1:2005 đƣợc lấy
theo Bảng 2.1. Các mác thép thƣờng dùng là S235, S275, S355, S450 v.v. . . con số đi
sau để chỉ giới hạn chảy của thép (N/mm2).


11
Bảng 2.1.Giá trị giới hạn chảy fy và giới hạn bền fu đặc trưng của thép cán mỏng
Đơn vị tính: MPa
Chiều dày danh nghĩa của cấu kiện t(mm)
Tiêu chuẩn và ký hiệu
t≤40mm
40≤t≤80
t≤40mm
fy
fu
fy
fu
EN 10025-2
S 235
235
360

215
360
S 275
275
430
255
410
S355
355
510/490
335
470
S 450
440
550
410
550
EN 10025-3
S 275 N/NL
275
390
255
370
S 355 N/NL
355
490
335
470
S 420 N/NL
420

520
390
520
S 460 N/NL
460
540
430
540
EN10025-4
S 275 M/ML
275
370
255
360
S 355 M/ML
355
470
335
450
S 420 M/ML
420
520
390
500
S 460 M/ML
460
540
430
530
EN 10025-5

S 235 W
235
360
215
340
S 355 W
355
510
335
490
EN 10210-1
S 460 Q/Q/QL1
460
570
440
550
EN10210-1
S 235 H
235
360
215
340
S 275 H
275
430
255
410
S 355 H
355
510

335
490
S 275 NH/NLH
275
390
255
370
S 355 NH/NLH
355
490
335
470
S 420 NH/NLH
420
540
390
520
S 460 NH/NLH
460
560
430
550
EN 10219-1
S 235 H
235
360
S 275 H
275
430
S355 H

355
510
S 275 NH/NLH
275
370


12
S355 NH/NLH
S 460 NH/NLH
S 275 MH/MLH
S 355 MH/MLH
S 420 MH/MLH
S 460 MH/MLH

355
460
275
355
420
460

470
550
360
470
500
530

2.2.1.1. Các tính chất vng góc với bề mặt

Ở vị trí liên kết hàn có thể xảy ra ứng suất có gót. Ứng suất co gót/ứng suất
hàn có thể gây ra hiện tƣợng nứt theo dạng phiến tách rời các thớ theo chiều dày bản
thép. Đặc biệt phải chú ý đến liên kết hàn nối dầm vào cột và bản nối ở đầu dầm chịu
kéo vng góc với bề mặt bản. Thông thƣờng cần phải chọn giá trị Z thỏa mãn diều
kiện ZRd>ZEd.
2.2.1.2. Các đặc trưng vật lý của thép
Đối với thép xây dựng các đặc trƣng vật lý đƣợc cho nhƣ sau:
Modul đàn hồi: E=210000N/mm2
Modul trƣợt
E
G=
81000N/mm2
2(1+ν)
Hệ số nở ngang: ν=0,3
Hệ số dãn nở do nhiệt: α=12.10-6/K.
2.2.2.Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam
Vật liệu thép dùng trong kết cấu phải đƣợc lựa chọn thích hợp tuỳ theo tính chất
quan trọng của cơng trình, điều kiện làm việc của kết cấu, đặc trƣng của tải trọng và
phƣơng pháp liên kết, v.v. . . Về ký hiệu theo TCVN 1765:1975 thép các bon thông
thƣờng ký hiệu là CT, hai số sau là giới hạn bền tối thiểu khi kéo đứt tính bằng
kG/mm2 (kN/cm2). Căn cứ theo cơng dụng, thép đƣợc chia làm 3 nhóm: Nhóm A,
thép thuộc nhóm này phải đảm bảo tính chất cơ học; nhóm B phải đảm bảo thành phần
hố học; nhóm C phải đảm bảo cả thành phần hố học và tính năng cơ học. Thép dùng
làm kết cấu chịu lực có mác tƣơng đƣơng với các mác thép CCT34, CCT38 (hay
CCT38Mn), CCT42 và các mác tƣơng ứng của TCVN 5709:1993, các mác thép hợp
kim thấp theo TCVN 3104:1979. Không dùng thép sôi cho các kết cấu hàn làm việc
trong điều kiện nặng hoặc trực tiếp chịu tải trọng động nhƣ dầm cầu trục chế độ nặng,
dầm sàn đặt máy, kết cấu hành lang băng tải, cột vƣợt của đƣờng dây tải điện cao trên
60m, v.v. . .Cƣờng độ tính tốn của vật liệu thép cán và thép ống đối với các trạng thái
ứng suất khác nhau đƣợc tính theo cơng thức của Bảng 5 (TCVN 5575-2012). Trong

bảng này fy và fu là ứng suất chảy và ứng suất bền kéo đứt của thép, đƣợc đảm bảo bởi
tiêu chuẩn sản xuất thép và đƣợc lấy là cƣờng độ tiêu chuẩn của thép; γM là hệ số độ


13
tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mác thép. Cƣờng độ tiêu chuẩn f y, fu và
cƣờng độ tính tốn f của thép các bon và thép hợp kim thấp cho trong Bảng 5 và Bảng
6 (TCVN 5575-2012) (với các giá trị lấy tròn đến 5N/mm2). Đối với các loại thép
không nêu tên trong tài liệu này và các loại thép của nƣớc ngoài đƣợc phép sử dụng
theo Bảng 4 (TCVN5575-2012), lấy fy là ứng suất chảy nhỏ nhất và fu là ứng suất bền
kéo đứt nhỏ nhất của thép, γM là hệ số độ tin cậy về vật liệu , lấy bằng 1,1 cho mọi mác
thép.
2.3. TẢI TRỌNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ
2.3.1. Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocode:
* Tải trọng thường xuyên và áp đặt
Trong Eurocode 1tải trọng thiết kế đƣợc chia theo đặc điểm của cơng năng sử
dụng nhƣ sau:
- Diện tích trong nhà ở riêng, công cộng, thƣơng mại, kinh doanh, nhà hành chính.
- Diện tích trong nhà kho và các hoạt động cơng nghiệp.
- Diện tích sử dụng giao thơng và xe cộ đi lại (ngoại trừ cầu).
- Diện tích làm mái.
Trong mỗi loại công năng sử dụng lại đƣợc chia thành các loại A,B,C,D.
Ứng với mỗi loại này có giá trị tải trọng tập trung và phân bố khác nhau. Ví dụ diện
tích trong các cơng trình nhà ở, công cộng, thƣơng mại, nhà quản lý điều hành đƣợc
phân chia trong bảng 2.2 và các giá trị tải trọng phân bố, tải trọng tập trung tra theo
bảng 2.3.


14

Lo i
A

Bảng 2.2. Phân hạng tải trọng phân bố
Sử dụng riêng
Ví dụ
Diện tích sử dụng Những phịng trong nhà ở; Phịng ngủ và buồng bệnh
cho gia đình và sinh nhân; Phòng ngủ trong khách sạn, nhà tập thể, bếp và
hoạt gia đình
phịng vệ sinh
Diện

B

tích
văn
phịng, cơng sở

C

Diện tích xảy ra tụ
tập, hội họp (ngoại
trừ diện tích đƣợc
định nghĩa ở loại A,
B và D

C1: Diện tích có các bàn v.v . .
Ví dụ: Diện tích trong trƣờng, quán café, nhà hàng,
sảnh ăn, phịng đọc, phịng lễ tân.
C2: Diện tích có các ghế ngồi cố định.

Ví dụ: Diện tích trong nhà thờ, nhà hát, rạp, phịng
họp, phịng thuyết trình, phịng khánh tiết, phịng đợi,
phịng đợi tàu hoả.
C3: Những diện tích khơng cản trở đi lại.
Ví dụ: Những diện tích trong viện bảo tàng, phịng
trƣng bày .v.v. Diện tích lối vào trong các cơng trình
cơng cộng, nhà hành chính, khách sạn, bệnh viện, sân
trƣớc của ga tàu hoả.
C4: Diện tích có các hoạt động thân thể.
Ví dụ: Phịng nhảy, phịng tập thể dục, sân khấu.
C5: Diện tích xảy ra các đám đơng lớn.
Ví dụ: Trong cơng trình với sự kiện cơng cộng nhƣ
phịng hồ nhạc, hội trƣờng thể thao bao gồm: Chỗ
đứng, sân thƣợng và diện tích lối vào sân ga.

D

Diện tích bn bán D1: Diện tích trong cửa hàng bán lẻ nói chung.
D2: Diện tích trong cửa hàng bách hố.