Kết cấu thép 2 Chương 5

TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH


CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT

I/ Xác định chiều dài tính toán cho từng đoạn cột:

1/ Cột trên: cặp nội lực |N|
max
; M
tư
2/ Cột dưới:
Cặp nội lực : + |N|
max
; M
tư


Thiết kế cho N
ct
+ M
max
; N
tư

thiết kế cho nhánh mái
3/ Xác định chiều dài tính toán
a/ Trong mặt phẳng khung: (X_X):
_ Lập tỉ số độ cứng giữa các cột :n=

2
1
/
/
t
d
J H
J H
 n=
2
1
*
d
t
HJ
J H

+
1
2
N
N



+
1
1
2
t

d
H J
H J





Ta có n và
1




1
1 2
1

 

 

_ Chiều dài tính toán cho từng đoạn cột
+ Trong mặt phẳng khung (X_X):
•
1
0 1 1 1
* *
X d
l l H

 
 

•
2
0 2 2 2
* *
X t
l l H
 
 

+ Ngoài mặt phẳng khung (Y_Y):
•
1
0 y d
l H

•
2
0
( )
y t d c c
l H h 

II / Thiết kế cột trên:

1/ Chọn tiết diện cột trên:
_ Ta có : N, M,


, R
_ Lập tỉ số độ lệch tâm tải trọng:
/ /
/ /
M
e
N


_ Xác định diện tích theo yêu cầu :
/
/ /
(1, 25 2,5 * )
.
y c
t
N e
F
R h

 

_ Chọn sơ bộ tiết diện cột trên:
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH

X
X
Y

Y
c
c
hb
ht
bc
b


+ Bề rộng bản cánh : b
c
=
1 1
( )
12 15
t
H

+ Bề dày bản cánh :
1 1
( )
15 30
c c
b

 

+ Bề dày bản khung :
1 1
( )

30 50
b t
h

 



chiều cao bản khung :
2
b t c
h h

 


Diện tích thực của tiết diện cột trên:
2
th c c b b yc
F b h F
 
  


2/ Kiểm tra tiết diện đã cho:
 Xác định các thông số đặc trưng hình học của tiết diện:
3 3
2
2 ( ) *
12 12 2

b b c c b c
X c c
h b h
J b
  

 

  
 
 

3 3
2
12 1 2
b b c c
Y
h b
J
 
 

2
X
X
b
c
J
W
h





_ Bán kính quán tính:
X
X
th
J
r
F

;
Y
Y
th
J
r
F


_ Độ mãnh:
2
0X
X
X
l
r



;
2
0Y
Y
Y
l
r



TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH

_ Từ
X

,
Y




m in



Độ mãnh quy ước =
m in


R
E

_ Kiểm tra độ bền của cột trên:
/ / / /
th X
N M
R
F W

 

_ Kiểm tra ổn định của cột trong mặt phẳng tác dụng của môment uốn :
+ Xác định độ lệch tâm tương đối: m
x
= e *
th
X
F
W

+ Hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện trên



c c c
b b b
F b
F h




;  ; m
x


 (PHỤ LỤC 6/133)
VÍ DỤ:
0, 97 1
c
b
F
F
 
;
1,5


; m = 3,77

 
(1,90 0,1 ) 0,02(6 )m m
 
   


Độ lệch tâm quy đổi : m
1
= * m
x

Từ m
1
và 


lt

(PL 4/131)
VD: m
1
= 5,45 ;
1,5





0, 223
lt




2
/ /
Y
lt th
N
R
F



  


_ Kiểm tra ổn định của cột ngoài mp khung
+ Ta có : 
Y
; R


Y

( PL 3/130 )
+ Tính
c
E
R
 
 ;
Y

so sánh với
c




(PL 7/133)
Dựa vào m

1




(PL 7/133)


Hệ số ảnh hưởng của môment trong mp uốn :
1
c
m








2
/ /
. .
Y
y th
N
R
c F



  

_ Kiểm tra ổn định cục bộ của tiết diện :
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH

+ Đối với cánh :
 
2 0,36 0,1
c c
c c
b b E
R

 
 
  
 
 

+ Đối với bụng :
 
0,9 0,5 3,1
b b
b b
h h E E
R R

 

 
   
 
 


III / Thiết kế cột dưới:

X
X2
X1
Y
Y
X
X2
X1
d
L
bc
Z0 ym yct
hd
Zd
Zd
hb
d
Y1
bd
c
c
b

lg=a=1m
l
tx

c
Nm
Nct

1 / Chọn tiết diện và xác định các đặc trưng hình học:
_ Đối với nhánh cầu trục : N
max
; M
tư
( N
1;
M
1
)
_ Đối với nhánh cầu trục : M
max
; N
tư
( N
2;
M
2
)
_ Q
max

 Chọn sơ bộ tiết diện:
+ C= h
d
+ X-X

X
2
-X
2
: y
ct
= 0,55c
+ X-X

X
1
-X
1 :
y
m
= c- y
ct
_ Tính lực nén lớn nhất trong mỗi nhánh:
1
1
m
ct
y
M
N N

c c
 
;
2
2
ct
m
y
M
N N
c c
 

_ Giả thiết : = 0,8
_ Chọn tiết diện:
. .
ct
ct
yc
N
F
R
 

;
. .
m
m
yc
N

F
R
 


TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH


_ Chọn tiết diện nhánh cầu trục: tiết diện chử I tổ hợp 3 thép bảng các đường hàn:
+
1 1
20 30
d d
b H
 
 
 
 

+
, 2
c b b d c
h b
  
  

+
2

b
c
h
b 



. 2 ( 20%)
ct
tct b b c c yc
F h b F
 
   

_ Đặc trưng hình học nhánh cầu trục:
+
3 3
2
2
12 12
ct
c c b b
X
b h
J
 
 

+
3 3

2
2 ( )
12 2 12
ct
c c b c b b
Y c c
b h h
J b
  

 

  
 
 

+
2
2
ct
ct
X
X
tct
J
r
F

;
ct

ct
Y
Y
tct
J
r
F


+
1
2
ct
nhx
X
ct
X
l
r


với l
nhx
ct
= 1m ;
1
ct
nhy
d
Y

ct ct
y y
l
H
r r

 

_ Nhánh mái : tiết diện dạng chữ C gồm 2 thép góc đều cạnh và 1 thép bản
+ Chọn 2L
l*d
với l=
2
bc
.ta chọn (L
100*12
) hoặc L
120*14
; L
160*14

F
g
, Z, J
x
=J
y
, r
x
, d

+ Thép bản : d*h (h=b
d
– 4d)
 
* 2 20%
m
tm g yc
F d h F F    

_ Xác định môment tĩnh của nhóm mái đối với mép ngoài của tiết diện:
+
 
* * 2
2
X g
d
S d h F Z d  

+ Khoảng cách X
1
- X
1
đến mép ngoài nhánh mái:
0
X
tm
S
Z
F


_ Xác định đặc trưng hình học của nhánh mái:
+ môment của nhánh mái đối với trục X
1
- X
1:
3
2 2
1 0 0
*
* ( ) 2 ( )
12 2
m
x X g
h d
d
J h d Z J F Z d Z
 
      
 

+ môment của nhánh mái đối với trục Y- Y
:

TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH


 

3
2
*
2
12
m
y y g
d h
J J F u   
với
2
d
b
u Z 


1
1
m
m
X
X
tm
J
r
F

;
m
y

m
y
tm
J
r
F



2
1
ct
nhx
X
m
X
l
r


;
2
d
y
y
H
r



 Đối với toàn cột dưới: F
d
= F
tct
+ F
tm
; C = h
d
– Z
0

_ Mô ment tĩnh đối với trục X
1
- X
1
: S
d
= S
x1
= F
ct
*C

X-X

d
m ct m
d
S
y Y C y

F
   

_ Đặc trưng hình học của toàn cột dưới:

   
2 2
2 1
* *
ct m
X X d X tct ct X tm m
J J J F y J F y

    


m ct
Y Y Y Y
J J J

 

_ Bán kính quán tính của toàn cột dưới:

;
d
d
d
J
r

F


1
o x
Y
d
l
r





arc
g
l
K ta g
c



2 2
tX g
l c l 

_ Chọn thanh xiêng: L
70*6
; L
80*8

_ Chọn thanh ngang: L
50*5

30
0
35
0
40
0
45
0
50
0

K 45 37 31 28 26

2
d
d X
tx
F
K
F
 
 

2/ Kiểm tra tiết diện đã chọn:
_ Xác định lại lực dọc trong nhánh cầu trục:

1
1
*
m
ct
Y M
N N
C C
 


 
max 2
;
ct ct
X Y
  

; R

lt

(PL 3/130)
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH

_ Kiểm tra ổn định nhánh cầu trục ngoài mặt phẳng khung:
*
*

ct
lt td
N
R
F




 Đối với nhánh mái:

2
2
*
ct
m
Y M
N N
C C
 


 
max 1
;
m m
X Y
  

; R


lt

(PL 3/130)
_ Kiểm tra ổn định nhánh mái ngoài mặt phẳng khung:
*
*
m
lt m
N
R
F F



_ Kiểm tra ổn định của toàn cột dưới đối với cặp nội lực nguy hiểm thứ nhất: N
1
; M
1


1
1
1
M
e
N

: Độ lệch tâm tải trọng


Độ lệch tâm tương đối:

1 1
* *
d
ct
d
F
m e Y
J


td
R
E
 


Từ m
1
; 


lt
(PL 5/132)
1
*
lt d
N
R

F


 

_ Kiểm tra ổn định của cột dưới đối với cặp nội lực nguy hiểm thứ 2: N
2
; M
2


2
2 2 2
2
* *
d
m
d
lt
td
FM
e m e Y
N J
R
E

 

  









(PL 5/132)



2
*
*
lt d
N
R
F


 

_ Kiểm tra tiết diện các thanh giằng: l
g
; F
tx
; r
tx
; J
x

. Từ 
td
; R

lt


_ Tính lực cắt quy ước trong cột dưới:
6
1
/ /
7,15.10 * 2330 *
qu
lt
NE
Q
R


 
 
 
 
Với E= 21000 (KN/cm
2
) = 2,1.10
4

(KN/cm
2

)
Q
tt
= Q
qu
 Q ( tổ hợp)
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH

2 sin
tt
TX
Q
N


;
g
TX
TX
l
r


; R

lt

(PL 3/1300

*
*
tx
lt tx
N
R
F



với

= 0,8
 Tính các liên kết thanh xiêng vào cột:
Ntx
Ntn=Qqu
Ntx

_ Tính đường hàn:
+ Bước 1: chọn sơ bộ tiết diện :
c t
m
F
F




+ Bước 2: Kiểm tra

VÍ DỤ: Thiết kế cột trên với cặp nội lực:
Nội lực tính toán : N
max
= 512,39 (KN) ; M
tư
= 341,41 = (KN.m)
Cầu trục : N
1
= 790,54 (KN) ; M
1
= 822,74(KN.m)
Mái : N
2
= 682,85 (KN) ; M
2
= 956,56 (KN.m)
Bài làm:
ÐTHH Fc
T
:
N
CT

lt
.F
ct

R
ÐTHH Fm:
N

m

lt
.F
m

R
ÐTHH Fd:
(N
1
,M
1
;N
2
,M
2
)
Giằng xiêng,liên kết
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH

X
X
Y
Y
c
c
hb
bc

c


_ Xác định chiều dài tính toán :

2
1
1 9,56
* * 0,43
6 3,7
d
t
H
J
n
J H
  


1
2
790,54
115
682,85
N
N

  

1
2
3,7 6
0,87
. 9,65 1,15
t
d
H J
H J


  


1
1 2
1,9
1, 9 2,18
0,87

 

     

1
0 1
* 1, 9 * 9, 65 18, 34( )
X d
l H m


   


2
0 2
* 2,18 * 3, 7 8,1( )
X t
l H m

  


1
0
9, 65( )
Y d
l H m 


2
0
3,7 0,6 3,1( )
Y t dcc
l H h m    

/
/ /
(1, 25 2,5 * )
.
y c

t
N e
F
R h

 
với
341, 41
0, 67( )
512,39
M
e m
N
 
  
 
 

2
512,39 0,67
1, 25 2,5* 112, 24( )
1*21 0,5
yc
F cm
 
  
 
 

_ Chọn tiết diện cột trên:

1 1 1 1
3700 (308 246)
12 15 12 15
c t
b H
   
     
   
   
chọn b
c
= 300 (mm )
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP 2 GV: NGUYỄN DUY PHÍCH


 
1 1
20 10
15 30
c c
b

 
   
 
 
chọn

c

= 15 (mm )

5 0 0 ( 2 *1 5) 4 7 0( )
b
h m m  


1 1 1 1
*500 (16,6 10)
30 50 30 50
b t
h

   
     
   
   
chọn
b

= 12 (mm)


2*15*30 47 *1,2 146, 4 12,24
th
F    
(30%)
2

3 3
4
1, 2 * 47 30 *1, 5 47 1, 5
2 30 *1, 5 63324, 8( )
12 12 2
X
J cm
 

 
   
 
 
 
 
 

3 3
4
3 0 * 1, 5 4 7 * 1, 2
* 2 6 7 5 6 , 8 ( )
1 2 1 2
Y
J c m  

63324,8
20,8( )
146,4
X
X

th
J
r cm
F
  
;
6756,8
6,8( )
146, 4
Y
Y
th
J
r cm
F
  

2
0
8,1*100
38,9
20,8
X
X
X
l
r

  
;

2
0
3,1*100
45,6
6,8
Y
Y
Y
l
r

  

min
3
21
38,9* 1, 23
21.10
R
E
 
  

_ Kiểm tra độ bền cột trên :
th X
N M
R
F W

 

với
3
2533( )
2
X
X
b
c
J
W cm
h

 


2
512, 39 341, 41*100
16, 98 21( / )
146, 4 2533
KN cm  

THỎA
_ Kiểm tra ổn định trong mp M:
146, 4
* 0, 6 *100 * 3,87
2533
th
X
F
m e

W
  

_ Tìm

:

3 0 *1, 5
0, 8
4 7 * 1, 2
c
b
F
F
 

Từ
0, 8 1
c
b
F
F
 
; m= 3,87 ;  = 1,23

Tra PHỤ LỤC 6/133

     
1,9 0,1 0,02 6 * 1,9 0,1*3,87 0,02(6 3,87)*1,23 1,46m m
 

        
   
   

1
* 1,46*3,87 5,26m m

  
(m
1
= 5,26 ;  = 1,23


lt
= 0,24 (PHỤ LỤC 4/131) )