1
KẾT CẤU THÉP 1
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G4
4
:
:T
T

P
P




G
G

I
I
Ế
Ế
U
U
T
T
p
p
.
.H
H
C
C

3
32
§1. KHÁI NIỆM CHUNG 1. Đặc điểm chung:
Cột có các bộ phận chính: Đầu cột;
Thân cột; Chân cột.
2. Các loại cột: Cột có nhiều loại tùy
theo cách phân loại:
 Theo sử dụng: Cột nhà công nghiệp;
cột nhà khung nhiều tầng; cột đỡ sàn
công tác; cột đỡ đường ống…
 Theo cấu tạo;
 Theo sơ đồ chịu lực.

Hình 4.1. Cột thép. a) cột đặc tiết diện không
đ
ổi; b) cột rỗng tiết diện không đổi; c) cột bậc
tiết diện đặc; d) cột bậc tiết diện đặc

3
3. Sơ đồ tính và chiều dài tính toán:
a. Sơ đồ tính - liên kết đầu cột và chân cột
- Chân cột khớp cố định;
- Chân cột liên kết ngàm;
- Đầu cột liên kết ngàm vào xà ngang;


j
(gọi là hệ số chiều dài tính toán bổ sung). Giá trị của chiều dài tính toán của
cột là:
l
o
=

j
l
, (4.2)
trong đó hệ số

j

lấy theo bảng 4.2.
5
Bảng 4.1. Hệ số chiều dài tính toán của cột tiết diện không đổi
Số TT

Sơ đồ kết cấu, tải
trọng và nội lực NSố
TT


3 0,77 0,725
4 0,58 1,12
6
c. mnh ca ct
Theo hai trục chính (
x

=
y
(4.4)
Để cột làm việc bình thờng trong quá trình sử dụng, độ mảnh lớn nhất
max
của
cột không đợc vợt quá giới hạn [] cho ở bảng 25 trong tiêu chuẩn thiết kế kết
cấu thép TCXDVN 338-2005.

max
[] (4.5)

7
§ 2. CỘT ĐẶC CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
1. Hình thức tiết diện:
a.Tiết diện I
- Đơn giản
- Thỏa mãn các yêu cầu thiết kế
- Dễ liên kết với kết cấu khác.
b.Tiết diện +
-
yx
i
i


- Đơn giản
- Khó liên kết với kết cấu khác.

Hình 4.3a. Cột đặc tiết diện I

c
min
f
A
N



(4.7)
trong đó: A
n
- diện tích tiết diện nguyên (cha trừ phần giảm yếu);
min

- hệ số uốn dọc, lấy theo
max

của cột (bảng D.8 TCXDVN 338-
2005).
c. Tính toán về ổn định cục bộ:
Cột có thể bị mất ổn định cục bộ ở các bản thép do ng sut nộn ln hn ng
sut nộn ti hn của bản thép, dẫn đến giảm khả năng chịu lực của cột, làm cho
cột sớm bị phá hoại.

9

Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh:




Độ mảnh giới hạn
[b
0
/t
f
]
của phần bản cánh nhô ra của cột
Hình thức tiết diện

[b
o
/t] khi 0,8

4

Chữ
I

và chữ
T
, cánh không viền mép

(0,36 + 0,1

)
f/E

Thép góc đều cạnh và thép định hình cong
không viền bằng sờn (trừ tiết diện dạng
chữ [ )


> 4 lấy


= 4

E
f


: mnh quy c

10

Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng:







w
w
w
w
t
h
t
h

cột
Giá trị


Công thức tính







w
w
t
h

Chữ I
< 2,0



2,0

(1,3 + 0,15
2



Chữ [ tổ
hợp

< 0,8



0,8

R/E

(0,85 + 0,19

)
f/E
; nhng không lớn
hơn 1,6
f/E11
Khụng th
a món, phi t sn dc
ào giữa bản
bng, sờn dọc có kích
;
t
10
w

3
ww
3
sd
3
ww
sd
th
I1.0
1
th
I4.0
1
Khi
3
w
w
t
:
1



trong đó:

sd
I
- mômen quán tính của

Hình 4.5. Sờn gia cờng bản

Kích thớc của sờn ngang nh sau:
E
f
b2t
ss

;
mm40
30
h
b
w
s

: khi bố trí cặp sờn
đối xứng;

13
mm50
24
h
b
w
s

: khi bè trÝ sên mét bªn.
Trong mỗi đoạn chuyên chở ít nhất phải có 2 sườn ngang.

d. Kh¶ n¨ng chÞu nÐn ®óng t©m



Kh¶ n¨ng chÞu nÐn ®óng t©m cña cét:









N;NminN
b


(4.16)
14
3. Xác định tiết diện cột đặc chịu nén đúng tâm (tiết diện chữ H)
Giả thiết rằng đã có nội lực dọc
N
và
l
x
, l
y
của cột, ta tiến hành việc tính toán
thiết kế thân cột nh sau

gt
tính đợc
gtx
x
yc
gty
y
yc
l
h;
l
b


, (4.19)
trong đó:
x
,
y
các hệ số để xác định gần đúng các bán kính quán tính tiết
diện (i
x
=
x
h, i
y
=
y
b) lấy theo bảng 4.5.
Theo yêu cầu cấu tạo có :

x

y

0,42
0,24
0,49
0,32
0,40
0,32
0,58
0,32
0,44
0,38
0,60
0,38
0,52
0,41
0,43
0,43
b. Kiểm tra tiết diện cột
Sau khi lựa chọn tiết diện cột, cột cần đợc:
- kiểm tra về bền khi trên thân cột có sự giảm yếu tiết diện;
- kiểm tra về ổn định tổng thể;

a. Theo kiểu hệ giằng
b. Theo nhánh
- Cột rỗng hai nhánh;
-
Cột rỗng ba nhánh, cột
rỗng bốn nhánh có các nhánh
bằng thép góc hoặc thép ống; Hình 4.7. Các dạng tiết diện cột rỗng

Hình 4.8. Các dạng hệ bụng rỗng của cột

18
-

Khe hở giữa các nhánh
không bé hơn 100
150mm,
để dễ dàng bảo dỡng;
a, b) hệ thanh bụng bằng một thép góc; c, d) hệ
bản giằng
Góc

giữa trục thanh bụng xiên và trục của nhánh cột lựa chọn sao cho dễ
cấu tạo nút liên kết và tiết kiệm vật liệu. Thờng lấy

= 40
o
45






;
b
t



b
b
50
1
;
b
d
=
(0.5 0,8) h ,

19
trong đó: h


bề rộng mặt rỗng của
cột; b
b

chiều dài của bản

i
l



Với hai nhánh nh nhau có diện tích A và mômen quán tính đối với trục y
(hình 4.7a) của toàn tiết diện cột là :
yoyf
I2I;A2A



(4.20)
bán kính quán tính của tiết diện cột là :
yo
f
yo
y
i
A2
I2
i

(4.21)

21
Vậy khi cột rỗng có hai nhánh nh nhau độ mảnh theo trục thực là:
yo
y
y

cr
N
thực tế nhỏ hơn đáng kể so với tính toán không kể đến biến dạng của hệ bụng

22
rỗng (tính theo
x
I
). Do vậy, không thể bỏ qua ảnh hởng của lực cắt khi xác định
cr
N
của cột theo phơng trục ảo.Hình 4.10. Biến dạng của cột rỗng bản
giằng khi uốn dọc
a) biến dạng chung; b) biến dạng do
lực cắt
Hình 4.11. Biến dạng của cột rỗng
thanh bụng khi bị uốn dọc
Lực nén tới hạn
cr
N
của cột rỗng theo trục x-x kể đến ảnh hởng của lực cắt:

23
2

x


của
cột rỗng,
1
t


.
Đặt
x
t
o




, (4.24)
o

là độ mảnh thực của cột rỗng khi bị uốn dọc theo trục ảo (x-x), gọi là độ
mảnh tơng đơng.
Ta đợc
cr
N
và
cr

của cột có dạng nh công thức Euler:


của cột rỗng bản giằng:
Để đơn giản trong tính toán,
coi
điểm giữa chiều
dài các đoạn nhánh và bản giằng có mômen bằng
không và coi là khớp. Biến dạng của cột do V
cũng
nh
o

của cột rỗng bản giằng phụ thuộc vào tỉ số
độ cứng đơn vị n của các đoạn nhánh cột và bản
giằng:
a.I
C.I
n
b
xo

(4.25)
trong đó :
xo
I
- mômen quán tính của tiết diện
nhánh đối với trục
o
o
x
x

1
2
xo



(4.27)
trong đó :
1

- độ mảnh của nhánh đối với trục x
o
, với chiều dài tính toán là
a;
n - tỷ lệ độ cứng đơn vị, xác định theo công thức 4.25.
- cột rỗng bản giằng bốn nhánh:


)n1()n1(82.0
2
2
21
2
1
2
maxo



(4.28)