Bài giảng Kết cấu thép gỗ Chương 2

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP Có 2 loại: dầm hình và dầm tổ hợp... CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP Liên kết thấp • Phức tạp • Chỉ dùng cho hệ dầm p

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

§ 2.1 DẦM THÉP

- ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM;

- THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH;

- THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP

I Phân loại dầm

Dầm là cấu kiện phủ qua nhịp có tiết diện đặc, chủ yếu chịu uốn, nhận tải trọng và truyền xuống kết cấu đỡ nó

Sourse: http://www.nar.ucar.edu/sites/default/files/cisl/1100-facilities.jpg

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Có 2 loại: dầm hình và dầm tổ hợp

Dầm hình

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

2 Dầm tổ hợp

 Cấu tạo từ các thép bản, thép hình hoặc hỗn hợp cả 2 loại

 Có 3 loại: dầm tổ hợp hàn và dầm tổ hợp bu lông ,đinh tán

Chỉ tiêu so sánh Dầm hình Dầm tổ hợp

Chế tạo Đơn giản Phức tạp Thi công lắp dựng Thường đơn giản Thường phức tạp Khả năng chịu lực Hạn chế Không giới hạn

Vật liệu Chưa tiết kiệm Tiết kiệm

Bảng so sánh dầm hình và dầm tổ hợp

 Nếu dầm hình đủ khả năng chịu lực thì nên dùng dầm hình

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

2 Hệ dầm

Là cách bố trí dầm trên mặt bằng

a) Hệ dầm đơn giản

T-êng Sµn dµy 1cm

DÇm

b) Hệ dầm phổ thông

Sµn dµy 1cm

Cét DÇm chÝnh

DÇm phô

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Cét

DÇm sµn

Ít dùng

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Liên kết thấp

• Phức tạp

• Chỉ dùng cho hệ dầm phức tạp

DÇm phô DÇm chÝnh

Sµn

B¶n thÐp

Bu l«ng

DÇm sµn

Liên kết chồng

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Liên kết chồng

Liên kết bằng mặt

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Liên kết bằng mặt

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

DÇm phô DÇm chÝnh

73

Phá hoại bền (THGH I) Biến dạng quá mức (THGH II)

Mất ổn định tổng thể (THGH I) Mất ổn định cục bộ (THGH I)

øng suÊt qu¸ giíi h¹n

II Bài toán thiết kế

Biết nội lực Cần tìm tiết diện

1) Chọn tiết diện sơ bộ

Điều kiện bền uốn và độ võng là chủ đạo

Tra bảng chọn thép hình có Wx lớn hơn Wyc, hoặc Ix lớn hơn

Iyc hoặc cả hai điều kiện trên kết hợp

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

yc c

f 12 , 1

M W

f W

12 , 1

3 c dp

I

L E

B q 384

5 I

250

1 L

EI

B q 384

75

2 Kiểm tra lại tiết diện đã chọn

 Nếu bền uốn hoặc độ cứng không thỏa mãn thì tăng tiết

diện lên 1 cấp

2 KIỂM TRA TIẾT DIỆN

Kiểm tra bền uốn:

Kiểm tra bền cắt:

Kiểm tra ứng suất cục bộ:

Trong đó:

Kiểm tra võng:

Kiểm tra ổn định tổng thể: Xem bài §3.5

Kiểm tra ổn định cục bộ: Không phải kiểm tra vì đã tính toán khi sản xuất

c x

.

f W

.

f W

c

x

x f t

w

l t

lz   k  2 tf

77

II Bài toán kiểm tra

Biết nội lực, tiết diện Cần kiểm tra tiết diện có đảm bảo không

12 , 1

b) Bền cắt

• Tiết diện: Đầu dầm A, B có Vmax

• Điểm: Giữa bản bụng 3

c) Ứng suất tương đương

Chỉ kiểm tra tại tiết diện:

• Nội lực thay đổi đột ngột

• Tiết diện thay đổi đột ngột

• Có lực tập trung

Dầm phụ không có tiết diện nào cần kiểm tra ứng suất tương đương

c v w

x

x

t I

79

d) Ứng suất cục bộ

Gây ra bởi lực tập trung

Dầm phụ không có lực tập trung nên không cần kiểm tra ứng suất cục

250

1 L

EI

B q 384

5 B

3 c

g

dp g q L

3) Kiểm tra ổn định tổng thể

Do có bản sàn thép hàn chặt vào cánh nén của dầm nên ổn định tổng thể

của dầm phụ đảm bảo, không cần kiểm tra

4) Kiểm tra ổn định cục bộ

Do vấn đề ổn định cục bộ đã được tính toán khi chế tạo dầm hình tại nhà

máy nên không cần kiểm tra lại

Ghi chú: Những câu màu nâu chỉ phù hợp với đồ án

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

%) 20 (

h

h  kt 

;

L L

E

f 24

5 h

tb min        t ;

W k

h

w

yc x

kt 

c

max yc

x

f

M W

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

b) Bề dày bản bụng:

Coi lực cắt lớn nhất do bản bụng dầm (tiết diện chữ nhật) chịu toàn bộ

Trường hợp h = 1  2m có thể dùng công thức kinh nghiệm:

mm

8

f h

V 2

3 t

.

f t

I

S V

c v

max w

c v w

w w yc

x f

f f

h

h t

h W

t b

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

1 THAY ĐỔI TIẾT DIỆN DẦM THEO CHIỀU DÀI

Tiết diện đã chọn ở trên là tính với Mmax

Nếu L 10m, cần giảm kích thước tiết diện

dầm ở vùng chịu mômen nhỏ để tiết kiệm

W t

2 KIỂM TRA TIẾT DIỆN

Kiểm tra bền uốn:

Kiểm tra bền cắt:

Kiểm tra ứng suất tương đương:

(tại nơi thay đổi tiết diện dầm)

(tại nơi có lực tập trung)

Kiểm tra ứng suất cục bộ:

Kiểm tra võng:

không cần kiểm tra võng nếu đã chọn h ≥ hmin

Kiểm tra ổn định tổng thể: Xem sgk

Kiểm tra ổn định cục bộ : Xem sgk

c x

fW

x

x f t

2 1

td    3  1,15f.



c w

z

tl

1

2 c

2 1

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

§ 2.2 CỘT THÉP

- KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI CỘT

- CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

- CỘT RỖNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

1 Khái niệm

Cột là kết cấu thẳng đứng, dùng để đỡ các kết cấu khác bên trên (dầm, dàn ) và truyền tải trọng nhận được từ các kết cấu đó xuống móng Cột có 3 bộ phận cơ bản: Đầu cột, Thân cột, Chân cột

H 4.2.cột có tiết diện thay đổi

H 4.1.Cột có tiết diện không đổi

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Đầu cột: Đỡ kết cấu bên trên và phân phối tải trọng xuống thân cột Thân cột: là bộ phần chịu lực chính của cột

Chân cột: Liên kết cột vào móng và phân phối tải trọng từ thân cột

xuống móng

Theo sơ đồ chịu lực: cột nén đúng tâm và cột nén lệch tâm

3 Chiều dài tính toán của cột

Chiều dài tính toán của cột tiết diện không đổi hoặc các đoạn cột bậc: Liên kết ở 2 đầu cột: có thể là khớp hay ngàm

Liên kết ở đầu cột và chân cột có thể khác nhau theo các phương

Chiều dài tính toán của cột tiết diện thay đổi

μj - Hệ số chiều dài tính toán bổ sung

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Độ mảnh của cột:

điều kiện đồng ổn định (tiết kiệm vật liệu):

điều kiện độ mảnh:

)2(

y

)4(

x x 0 x

i/l

i/l

x

y

x y

4.4.H

5.4.H

Tiết diện chữ I phổ thông, I cánh rộng, H: thông dụng nhất.( Hình H.4.3)

Ưu điểm: Đơn giản, dễ liên kết

Nhược điểm: ix lớn hơn iy nhiều

Tiết diện chữ thập: ít dùng hơn tiết diện chữ I.(Hình H.4.4)

Ưu điểm: ix = iy

Nhược điểm: khó liên kết, dễ mất ổn định xoắn

Tiết diện kín: chịu lực tốt hơn tiết diện hở cùng diện tích.(Hình H.4.5)

Ưu điểm: Độ cứng lớn, chịu lực tốt

Nhược điểm: không sơn được bên trong

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

2 Tính toán thân cột

Xác định N, l0x, l0y

Chọn loại tiết diện phù hợp

Giả thiết độ mảnh của cột λgt

N ≤ 1500kN , chọn λgt = 100 ~ 120

N ≤ 1500~3000kN , chọn λgt = 70 ~ 100

N ≤ 3000~4000kN , chọn λgt = 50 ~ 70

N ≥ 4000kN , chọn λgt = 40 ~ 50 Xác định diện tích tiết diện cần thiết của cột

Nếu chọn tiết diện chữ I cán thì cần tính thêm bán kính quán tính:

c

yc c

f

NA

fA

gt

y yc

y y

li

i







Nếu chọn tiết diện chữ I hàn thì cần xác định thêm các thông số khác Tra các hệ số αx, αy trong bảng 4.5 trang 188, từ đó tính được bề rộng

và chiều cao cần thiết theo công thức:

Thông thường người ta chọn chiều cao theo điều kiện cấu tạo:

Thường chọn diện tích bản cánh và bản bụng như sau:

Chiều dày các bản thép lấy theo các yêu cầu cấu tạo và điều kiện ổn định cục bộ, chọn:

gt x

x

yc lh







b ) 15 , 1 1 (

mm)

166

(

mm)

408

(

tf  

)5(

)6(

gt y

yc f

A)3,0

~2,0(A

A)4,0

~3,0(A





CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Kiểm tra tiết diện

fA

0

t

bt

CỘT RỖNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

1 Cấu tạo thân cột

Thân cột rỗng gồm các nhánh cột đặt cách xa nhau và liên kết với

nhau bởi các thanh bụng là thép hình hoặc các bản giằng là thép bản Phân loại:

Theo hệ bụng rỗng: cột rỗng thanh giằng, cột rỗng bản giằng

0 0 0

0

x 0 0

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

h

x

y 0

y 0

Cột rỗng 2 nhánh: Dùng khi tải trọng lớn (đến 6000kN)

Cột rỗng 3, 4 nhánh dùng độ mảnh cột lớn mà tải trọng nhỏ

Khe hở giữa các nhánh ≥ (1015)cm để dễ sơn chống gỉ mặt trong cột

Để chống xoắn và giữ cho kích thước tiết diện cột không bị thay đổi cần đặt các vách cứng cách nhau (34)m

Góc giữa thanh bụng xiên và nhánh cột:

40° ~ 50° Khi hệ thanh bụng có thanh ngang

50° ~ 60° Khi hệ thanh bụng không có thanh ngang

Trục các thanh bụng có thể đồng quy trên trục nhánh, ở mép ngoài của nhánh hoặc bên ngoài mép nhánh

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

I.Ưu điểm của dàn:

-Hình dạng dễ phù hợp với yêu cầu kiến trúc;

thanh bông

2 Theo sơ đồ kết cấu

§ 5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÀN THÉP

3 Theo tiết diện thanh dàn

Dàn nhẹ: Thanh dàn dùng 1 thép góc hoặc 1 thép ống

Dàn thường: Nmax < 5000kN Thanh dàn dùng 2 thép góc

Dàn nặng: Nmax > 5000kN Thanh dàn dùng thép tổ hợp

III Hình dạng dàn

Yêu cầu khi chọn hình dạng dàn:

• Phù hợp với yêu cầu sử dụng;

• Thỏa mãn yêu cầu kiến trúc và việc thoát nước mái;

• Thỏa mãn yêu cầu về kinh tế;

• Kích thước và cách bố trí cửa trời nếu có;

• Liên kết dàn với cột phải có đủ độ cứng cần thiết

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Kiểu giàn Ưu điểm Nhược điểm

Hình thang

Chịu lực hợp lý hơn tam giác, góc giữa các thanh không quá nhỏ, chiều dài các thanh không quá lớn;

Đa giác, Chịu lực hợp lý nhất, số loại Chế tạo phức tạp

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

IV Hệ thanh bụng

1 Tác dụng của thanh bụng

Liên kết thanh cánh tạo thành một hệ chịu uốn

Làm giảm chiều dài tính toán của thanh cánh, từ đó tăng tính ổn định và tăng lực nén tới hạn của thanh cánh

2 Yêu cầu

Hệ bất biến hình (tam giác)

Cấu tạo nút đơn giản, nhiều nút giống nhau

Tổng chiều dài các thanh bụng nhỏ nhất

Góc giữa thanh bụng và thanh cánh không quá nhỏ (dễ chế tạo và giảm

kích thước bản mã)

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Hệ thanh bụng Ưu điểm Nhược điểm

• Tổng chiều dài thanh bụng lớn

Phân nhỏ

• Chia nhỏ thanh cánh trên

• Chống uốn cục bộ và giảm chiều dài tính toán

• Chế tạo phức tạp hơn

Chữ thập • Bậc siêu tĩnh cao Chịu lực hai chiều

Chữ K • Khả năng chịu cắt lớn

2 Chiều cao dàn H

Dàn hình thang cánh song song: H = (1/5  1/6) L, chiều cao đầu dàn ho

= 1,8 m, 2m, 2,2m, độ dốc cánh trên i = 22%

Dàn tam giác: - với độ dốc 22-40 độ H = (1/3  1/4) L

- với độ dốc nhỏ hơn, để tránh góc nhọn đầu dàn, cho phép lấy chiều cao đầu dàn tam giác là 450mm

3 Góc giữa thanh cánh và thanh bụng

Khoảng 30~60 độ

4 Khoảng cách nút dàn l (chiều dài thanh)

Ở cánh trên: 1,5 hoặc 3 m (nên chọn bằng khoảng cách xà gồ hoặc bề

rộng panen để tránh uốn cục bộ cho cánh trên)

Ở cánh dưới: 3 hoặc 6 m - với dàn tam giác;

6 m - với dàn hình thang

5 Bước dàn

Đối với nhà công nghiệp, bước dàn thường là 6, 9 hoặc 12m

VI Hệ giằng

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Gồm hệ giằng mái và hệ giằng cột

Cùng hai giàn, giằng cánh hạ, giằng đứng ra một khối cứng không gian

đầu nhà để trong lúc thi công liên kết tạm các giàn khác thông qua thanh chống dọc

Giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của thanh cánh trên

 Cách bố trí

Mặt phẳng bố trí: Mặt phẳng cánh trên

giằng cánh trên cửa mái

giằng đứng cửa mái

Theo phương ngang nhà: Bố trí suốt phương ngang nhà

Theo phương dọc nhà:

Hai đầu nhà

Tại hai bên khe nhiệt

Giữa nhà Khoảng cách giữa các giằng cánh thượng không quá 60m

Bước cột thứ hai (khi cửa trời bắt đầu từ bước cột thứ hai)

 Hình thức và tiết diện

Hình thức là hình chữ nhật có bề rộng bằng một khoang giàn, bên trong có hai thanh đan chéo hình chữ thập

Tiết diện có thể là một thép góc hoặc thép tròn 18 ~ 20

b) Giằng cánh hạ (giằng cánh dưới) ngang nhà

 Tác dụng

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của thanh cánh dưới

Chịu tải trọng gió từ cột đầu hồi truyền tới và truyền vào giằng cột

Bố trí hai đầu gối tựa (đầu cột)

Bố trí thêm ở giữa sao cho khoảng cách giữa các giằng đứng từ

Ở bước cột có giằng cánh trên, hình thức giằng đứng giống như giằng

cánh thượng (Và ở tất cả các bước cột nếu có cầu trục treo)

Chỉ có thanh chống dọc cánh trên và cánh dưới ở tất cả các bước cột Tiết diện giống giằng cánh trên

d) Giằng cánh dưới dọc nhà (giằng dọc)

CHƯƠNG 2 – CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN TRONG KẾT CẤU THÉP

Hình thành sự làm việc không gian giữa các khung ngang Nhờ đó dàn

đều tải trọng tập trung cục bộ tác dụng lên một vài khung ngang do hãm cầu trục sang các khung lân cận

Đảm bảo độ mảnh thanh cánh trên trong quá trình dựng lắp không quá 220

Liên kết các giàn lắp sau vào khối cứng đầu nhà

Nút dưới chân cửa trời

Theo phương dọc nhà: Bố trí suốt phương dọc nhà

f) Giằng cửa mái

Gồm giằng cánh trên và giằng đứng (giằng cánh dưới chính là

giằng cánh trên của giàn mái)

Tác dụng và cách bố trí giống như giằng cánh trên và giằng đứng của giàn mái, tại vị trí có giằng cánh trên và giằng đứng của giàn mái để kết hợp với hệ giằng giàn mái tạo thành một khối bất biến hình

Hình thức và tiết diện: giống giằng cánh trên và giằng đứng của giàn