Bài giảng Kết cấu thép - Đặng Tuấn Phong

1Kết cấu thép
Giảng viên: Đặng Tuấn Phong
Đại học Thủy Lợi
Bộ môn 
Kết cấu công trình
2Nội dung chương trình
• Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thép
• Chương 2: Liên kết hàn
• Chương 3: Liên kết bu lông
• Chương 4: Dầm thép
• Chương 5: Cột thép
• Chương 6: Giàn thép
• Bài tập nộp
• * Đồ án môn học (Học phần KCT 2)
3CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ 
KẾT CẤU THÉP
• Vòm cầu thép 
4CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ 
KẾT CẤU THÉP
• Bể chứa
5CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ 
KẾT CẤU THÉP
• Khung nhà lắp ghép
6CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ 
KẾT CẤU THÉP
• Cầu trục
7CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ 
KẾT CẤU THÉP
• Cửa van thủy lợi
8CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ 
KẾT CẤU THÉP
• Cầu Long Biên
9CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
1. Mở đầu
- Ưu điểm của kết cấu thép: - Nhược điểm:
* Vững chắc * Dễ han gỉ
* Nhẹ * Đắt tiền
* Dễ gia công, dựng lắp * Chịu lửa kém
10CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
- Ứng dụng trong thủy lợi: Dùng làm cửa van
Cống Maeslant
Hà Lan
Cống Maeslant thuộc dự án Delta
– Hà Lan (2 cửa van cung trục
đứng có bán kính cửa van 240m)
11CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
- Ứng dụng trong thủy lợi: Dùng làm cửa van
Cửa van phẳng
Nhà máy thủy điện 
DakMi-4
12CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
- Ứng dụng trong xây dựng dân dụng:
Cầu thang
Sàn 
13CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
- Ứng dụng trong xây dựng dân dụng:
Tháp Eiffel (tiếng Pháp: Tour Eiffel)
Khởi công 1887
Hoàn thành 1889
Khánh thành 31 tháng ba, 1889
Khánh thành 31 tháng ba, 1889
Nhà thầu chính Gustave Eiffel & Cie
Số tầng 3
Số thang máy 9
Chiều cao
Chiều cao 324 m (1.063 ft)
Tính đến mái 300,65 m (986,4 ft)
Tính đến sàn cao nhất 273 m (896 ft)
Thiết kế
Kiến trúc sư Stephen Sauvestre
Kỹ sư kết cấu Maurice Koechlin,
Émile Nouguier
14CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
- Ứng dụng trong công trình giao thông:
Cầu tạm
15CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT)
Kết cấu thép được chế tạo bởi thép xây dựng:
- Thép Carbon: CT2, CT3, CT4, CT5
- Thép hợp kim
Cường độ tính toán của thép:
: Cường độ tiêu chuẩn
: Hệ số đồng chất
m: Hệ số điều kiện làm việc 
0. .
tcR R k m=
tc
cR σ=
0k
1m ≤
16CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT)
Các loại thép định hình thường dùng:
- Thép dải, thép bản: 
10x40: thép dải có chiều dày 10mm, bề rộng 40mm
17CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT)
Các loại thép định hình thường dùng:
- Thép chữ C: 
: Chiều cao mặt cắt = 40cm040N⊂
18CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT)
Các loại thép định hình thường dùng:
- Thép chữ I: 
: Chiều cao mặt cắt = 40cm040NΙ
19CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2. Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép (KCT)
Các loại thép định hình thường dùng:
- Thép góc: 
L120x10 : Cạnh = 120mm, dày 10mm
L140x90x8: Cạnh 140mm, cạnh 90mm, dày 8mm
20CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn
Tải trọng và hệ số tải trọng
- Tải trọng tiêu chuẩn: Ptc
- Tải trọng tính toán: P
- Hệ số lệch tải: nP
- Tổ hợp tải trọng
Nội lực tính toán:
Trong đó:
Nitc : Nội lực do tải tiêu chuẩn thứ i sinh ra
ni: Hệ số tải trọng của tải thứ i
ci: Hệ số tổ hợp tải trọng
.
tc
i i iN n N c=∑
21CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
3. Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn
Tính toán KCT theo trạng thái giới hạn
- Trạng thái giới hạn 1 (về cường độ và ổn định)
Trong đó:
S: đặc trưng hình học của cấu kiện
R*=R khi tính toán về cường độ
R*=σth khi tính toán về ổn định
- Trạng thái giới hạn 2 (về biến dạng hoặc chuyển vị)
*
*
.
tc
i i iN n N c SR
N R
S
σ
= ≤
= ≤
∑
0
1
,
tc
tc
gh
f
L n
∆ ≤ ∆ ≤
22
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
1. Khái niệm chung
2. Thiết kế dầm định hình
3. Thiết kế dầm ghép (dầm tổ hợp)
23
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.1 Phân loại dầm:
• Dầm thép là cấu kiện chịu uốn, vật liệu thép. Tiết
diện chữ I (uốn phẳng), chữ C (uốn xiên)
24
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.1 Phân loại dầm:
• Dầm thép định hình: Chữ I, chữ C được chế tạo
sẵn trong nhà máy
INo40 [No40
25
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.1 Phân loại dầm:
• Dầm ghép (Tổ hợp): Được ghép bởi nhiều bản
ghép, dùng liên kết hàn, đinh tán (bu lông)
Chú ý: Khi nào không dùng được
dầm định hình mới dùng đến
dầm ghép.
26
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.2 Cách bố trí hệ dầm:
a. Kiểu bố trí đơn giản
27
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.2 Cách bố trí hệ dầm:
b. Kiểu bố trí phổ thông
28
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.2 Cách bố trí hệ dầm:
b. Kiểu bố trí phức tạp
29
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.1 Mở đầu:
4.1.3 Nguyên tắc tính toán:
- TTGH 1: cường độ
ổn định
- TTGH 2: độ võng
th
N
mR
S
σ = ≤
th
N
S
σ σ= ≤
0
1tcf
L n
≤
30
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
- Chọn tiết diện
- Kiểm tra cường độ cho tiết diện chọn
- Kiểm tra ổn định cho tiết diện chọn
31
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B1: Từ sơ đồ thực -> sơ đồ tính toán
B2: Vẽ M , Q
B3: Xác định Mô đun chống uốn theo yêu cầu 
của tiết diện dầm theo công thức
Trong đó:
Mmax: Mômen lớn nhất xuất hiện 
trên dầm 
R: Cường độ tính toán của thép 
làm dầm
m: hệ số điều kiện làm việc
max
yc
MW
mR
=
32
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B4: Từ bảng quy cách thép định hình, chọn thép có
B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ:
- Ứng suất pháp:
Trong đó: 
M: Mô men tại tiết diện kiểm tra
Wth: Mô đun chống uốn tại tiết diện
kiểm tra, có kể đến sự giảm yếu
do tiết diện bị thu hẹp
x ycW W≥
th
M
mR
W
σ = ≤
33
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ:
- Ứng suất tiếp:
Trong đó: 
Qmax: Lực cắt lớn nhất trên dầm
δb: chiều dày bản bụng
α: hệ số xét ảnh hưởng giảm yếu
của bản bụng
a: bước lỗ đinh (k/c giữa 2 bulông)
d: đường kính lỗ bulông
max .
. .
.
x
c
x b
Q S
m R
J
τ α δ= ≤
a
a d
α =
−
34
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ:
- Kiểm tra cường độ của bản bụng:
Trong đó: 
2 23. .m Rσ τ+ ≤
.
.2
.
b
b x
b b b
M hM
W J
Q Q
h F
σ
τ δ

= =



= =

35
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B5: Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện cường độ:
- Kiểm tra ứng suất cục bộ tại bản cánh:
n=1
P: lực tập trung tính toán
δb: chiều dày bụng dầm
b: bề rộng cánh dầm phụ
h1=R+t
t: chiều dày cánh
dầm chính
h1
z
b b
.
.
cb
b
n P
mR
z
σ δ= ≤
36
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B6: Kiểm tra điều kiện độ võng
VD: Dầm đơn chịu tải phân bố đều q
0
1tcf
L n
≤
q
L
35 .
.
384 .
tcf q L
L E J
=
37
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.2 Trình tự thiết kế dầm định hình:
B7: Kiểm tra ổn định tổng thể
Để dầm không bị mất ổn định tổng thể
φd: hệ số ổn định của dầm
với tra bảng 4-2
Jxoắn: lấy theo bảng 4-5
l0: chiều dài tự do của dầm theo phương ngang
max
.d ng
M
mR
W
σ
ϕ
= ≤
2
0
.
y
d
x
J h
J l
ϕ ψ    =    
   
( )fψ α= 201,54 xoan
y
J l
J h
α
 
=  
 
38
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
hc hhb
δb
δc
bc
.
2 2. .
c c
b b b
c c c
h h
F h
F b
δ
δ
δ
= −
=
=
hb hc h
δb
δc
bc
39
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.1 Xác định chiều cao dầm ghép:
h phải thỏa mãn 2 điều kiện thông thường
- Điều kiện kinh tế
- Điều kiện độ võng
* Theo điều kiện độ võng (hmin)
h càng giảm thì độ võng càng lớn
ptc: Tải trọng động tiêu chuẩn
qtc: Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn
p: Tải trọng động tính toán
q: Tải trọng tĩnh tính toán
( )
( )
0
min
. .5
. .
24
.
.
tc tc
tc
p
tc
q
p qR L nh
E p q
p p n
q q n
∑ +
=
∑ +
=
=
hb hc h
δb
δc
bc
40
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.1 Xác định chiều cao dầm ghép:
* Theo điều kiện kinh tế(hkt)
Với tiết diện chữ I đối xứng
λb: độ mảnh bản bụng
3
max
1,5. .kt b yc
yc
b
b
b
h W
MW
mR
h
λ
λ δ
=
=
=
2dam b cF F F= +
F
hh
Fmin
Fb
2Fc
λb Sử dụng khi
70-80 Dầm không sườn gia cố
100-160 Dầm có sườn gia cố
hb hc h
δb
δc
bc
41
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.1 Xác định chiều cao dầm ghép:
Dầm không có sườn gia cố Dầm có sườn gia cố
hb hc h
δb
δc
bc
42
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.2 Chọn các kích thước khác:
* Chiều cao bản bụng(hb)
Lấy bội số của 50mm
0,95.bh h=
hb hc h
δb
δc
bc
43
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.2 Chọn các kích thước khác:
* Chiều dày bản bụng(δb)
Theo điều kiện chống cắt của bản cánh
Theo điều kiện độ mảnh
λb đã chọn phần trước
Theo điều kiện cấu tạo
max3
2b c b
Q
mR h
δ ≥
b
b
b
hδ λ=
6b mmδ ≥
hb hc h
δb
δc
bc
44
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.2 Chọn các kích thước khác:
* Chiều dày bản cánh(δc)
Chọn từ 16-40mm, kiểm tra lại theo ct
0,02c hδ =
2b ch h δ= +
hb hc h
δb
δc
bc
45
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.2 Chọn các kích thước khác:
* Chiều rộng bản cánh(bc)
Theo điều kiện cường độ
2
3
2
.
2 12
c
c
c c
b b
c yc
Jb
h
hhJ W
δ
δ
=
= −
hb hc h
δb
δc
bc
46
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.2 Chọn các kích thước khác:
* Chiều rộng bản cánh(bc)
Theo điều kiện ổn định cục bộ
Nếu kiểm tra lại không thỏa mãn các điều kiện
Thì thay đổi δc, bc nhưng Fc=δc.bc=const
2100
30
30
2100
c b
c
c c b
b
R
Rb
δδ
δ δ
−
≥
⇒ ≤ +
hb hc h
δb
δc
bc
47
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện cường độ(σ,τ)
Theo điều kiện ứng suất pháp
Theo điều kiện ứng suất tiếp
th
M
mR
W
σ = ≤
max .
.
.
x
c
x b
Q S
m R
J
τ δ= ≤
hb hc h
δb
δc
bc
232 2 2.
12 2
x b b c
th c c
J h hW b
h h
δ δ
  
= = +  
   
48
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện cường độ(σ,τ)
Tại vị trí có M và Q đều lớn cần kiểm tra
điều kiện cường độ bản bụng
Ứng suất cục bộ của bản cánh
z=b+2h1, n=1
2 23. .m Rσ τ+ ≤
.
.2
.
b
b x
b b b
M hM
W J
Q Q
h F
σ
τ δ

= =



= =

.
.
cb
b
n P
mR
z
σ δ= ≤
h1
z
b b
hb hc h
δb
δc
bc
49
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện độ võng(ftc/l)
Xét dầm đơn chịu tải phân bố đều
Khi dầm chịu tải P có thể
đổi sang tải q với M=const
0
1tcf
L n
≤
q
L
( ) 3
0
5 1
.
384 .
tc tctc
x
q pf L
L E J n
∑ +
= ≤
50
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện độ võng(ftc/l)
Khi dầm có chiều cao thay đổi
Jx: tính tại m/c giữa nhịp
J0: tính tại m/c sát gối
Trong thiết kế cần chú ý
hoặc 
0X
X
J Jk
J
−
=
max
0
5 3 1
. 1
48 . 25
tctc
x
Mf k L
L E J n
 
= + ≤ 
 
0
1
6 X
J J≥ 0 0,4h h≥
51
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra liên kết bản bụng và bản cánh
Nếu cho liên kết giữa chúng là liên kết hàn
Lực cắt trên 1 đơn vị dài
Khả năng chịu cắt của đường hàn (2 phía)
Điều kiện thỏa mãn : 
.
x
b
x
QST
J
τ δ= =
[ ] 2 . .h hh gcT h Rβ=
[ ]h
c
T T≤
52
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể
Tính toán như phần dầm định hình với Jxoắn tính như sau
Hệ số α tính theo công thức 
max
.d ng
M
mR
W
σ
ϕ
= ≤
( )3 31,3 23xoan b b c cJ h bδ δ= +
2 3
0
38 1 2
c b
c c c
l h
h b b
δ δ
α δ
   
= +   
   
53
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ 
Ổn định cục bộ của bản cánh ( chịu nén )
1 210015
c
a
Rδ ≤
δc
δb
bc
a1
2
3
2
1
1000,8 .10cth c
daN
a cm
δ
σ σ
   
= ≥   
  
54
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ 
Ổn định cục bộ của bản bụng ( có thể bị mất ổn định do τ, σ
hoặc liên hợp τ + σ ). Xét TH do riêng ứng suất tiếp gây ra
d: cạnh ngắn tấm chữ nhật
µ: tỉ số cạnh dài / cạnh ngắn
Khi dầm bị mất ổn định cục bộ, cần gia cố bằng sườn đứng
2
3
2 2
1000,951,25 .10bth
daN
d cm
δ
τ
µ
    
= +    
   
210070b
b
h
Rδ ≤
70b
b
h
δ >
55
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
amax = 2hb nếu λb = hb/δb >100
amax = 2,5hb nếu λb = hb/δb ≤100
56
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
Ổn định cục bộ của bản bụng ( có thể bị mất ổn định do τ, σ
hoặc liên hợp τ + σ ). Xét TH do riêng ứng suất pháp gây ra
Tại vị trí có M lớn, ư/s chủ yếu là ư/s pháp
Với K0=f(γ) là hệ số phụ thuộc độ cứng liên kết bản bụng - cánh
δb
hb
σ −σ −
σ + σ +
2
3
0 2
100
.10bth
b
daNK
h cm
δ
σ
   
=    
  
57
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
c=0,8
Quan hệ γ ~ K0 cho trong bảng 4-7 SGK
Với thép CT3, theo quy định quy phạm
δb
hb
σ −σ −
σ + σ +
3
.
c c
b b
b
c
h
δγ δ
 
=  
 
γ <0,8 1 2 4 6 10 ≥30
K0 6,3 6,62 7,00 7,27 7,32 7,37 7,46
Khớp =======================
 Ngàm
2100160b
b
h
Rδ ≤
58
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
Khi không thỏa mãn điều kiện
thì cần phải gia cố sườn dọc
2100160b
b
h
Rδ ≤
59
CHƯƠNG 4: DẦM THÉP
4.3 Trình tự thiết kế dầm ghép ( tổ hợp ):
4.3.3 Kiểm tra tiết diện đã chọn:
* Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ 
Ổn định cục bộ của bản bụng ( có thể bị mất ổn định do τ, σ
hoặc liên hợp τ + σ ). Xét TH do liên hợp ứng suất pháp 
và ứng suất tiếp gây ra
m: hệ số điều kiện làm việc
Jx: mô men quán tính chính của toàn mặt cắt
2 2
b b
th th
m
σ τ
σ τ
   
+ ≤   
   
2
b
b
x
b
b b
hM
J
Q
h
σ
τ δ
=
=
60
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
1. Khái niệm chung
2. Cột chịu nén trung tâm (đúng tâm)
3. Cột chịu nén lệch tâm
61
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.1 Khái niệm chung
- Định nghĩa: Cột là phân tố chủ yếu chịu nén
- Phân loại:
Theo tải trọng
Theo hình thức tiết diện:
Nén đúng tâm
Nén lệch tâm
Cột đặc Cột rỗng
Bản
giằng
Thanh
giằng
62
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
Cột đặc Cột đặc Cột rỗng bản giằng
chịu nén đúng tâm chịu nén lệch tâm
N
N
e
63
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
Cột rỗng thanh giằng Cột rỗng bản giằng
64
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.1 Công thức chung kiểm tra ổn định
φ: Hệ số uốn dọc, tra bảng 5-1
Với , : Độ mảnh của cột
: bán kính quán tính của tiết diện
:Chiều dài tính toán
của thanh nén, phụ thuộc vào liên kết 
hai đầu cột
N R
F
σ
ϕ
= ≤
( )fϕ λ= 0l
r
λ =
0 .l lµ=
J
r
F
=
µ = 0,5 µ = 0,7
N N
µ = 1,0
N
µ = 2,0
N
65
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
Trường hợp cột nằm trong hệ khung phẳng
Trong đó µ1=f(k)
Giá trị hệ số µ1 đối với cột có mặt cắt đều
h
ℓ
JC
Jd
0 1.l lµ=
.
d
c
J hk
l J
=
k
0 0,2 0,3 0,5 1 2 3 ≥10Lk ở
móng
Ngàm 2 1,5 1,4 1,28 1,16 1,08 1,06 1,0
Khớp - 3,42 3,0 2,63 2,33 2,17 2,11 2,0
66
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột
a. Cột đặc
Đối với trục X:
Đối với trục Y:
x
x
N R
F
σ
ϕ
= ≤
0 .xl lµ=
x
x
J
r
F
=
5_10 Bangx
x x
x
l
r
λ ϕ= →
y
y
N R
F
σ
ϕ
= ≤
0 .yl lµ=
y
y
J
r
F
=
0 5_1y Bang
y y
y
l
r
λ ϕ= →
67
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột
b. Cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
Đối với trục X:
x
x
N R
F
σ
ϕ
= ≤
0 .xl lµ=
x
x
J
r
F
=
5_10 Bangx
x x
x
l
r
λ ϕ= →
ln
d
bg
Y
X
c
α
Y
X
68
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột
b. Cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
Đối với trục Y:
Trong đó: đối với trường hợp bản giằng
y
y
N R
F
σ
ϕ
= ≤
0 .yl lµ=
ln
d
bg
Y
X
c
2
0 12
1 12
y y
y y y y
y n
l Jc
r r r
r F
λ  = ← = + ← = 
 
5_1 2 2
1
Bang td n
y y y n n
y
l
r
ϕ λ λ λ λ← = + ← =
69
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.2 Kiểm tra ổn định đối với các trục của cột
b. Cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
Đối với trục Y:
Trong đó: đối với trường hợp thanh giằng
y
y
N R
F
σ
ϕ
= ≤
0 .yl lµ=
2
0 12
1 12
y y
y y y y
y n
l Jc
r r r
r F
λ  = ← = + ← = 
 
5_1 2Bang td
y y y
t
Fk
F
ϕ λ λ← = +
∑ 



=→=α
==α
==α
α=
27k6045
31k40
45k30
)(fk
oo
o
o
α
Y
X
70
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
a.Thép chữ I định hình
Từ điều kiện ổn định
Giả thiết λgt=60÷80
Từ số liệu tính được tiến hành chọn
thép định hình
VD: Chọn tiết diện thân cột hàn chịu nén
trung tâm. Biết các thông số
lox=9,1m; loy=4,55m; N=2000kN; m=1
Vật liệu thép CT3
yc
NF
mRϕ
=
5 1bang
gt
yc ox
x
gt
oyyc
y
gt
l
r
l
r
λ ϕ
λ
λ
−
→
=
=
====> INo???
71
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
a.Thép chữ I định hình
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện cường độ
Theo điều kiện ổn định
Kiểm tra giới hạn độ mảnh của cột
- Cấu kiện cơ bản: λ ≤ 120
- Cấu kiện phụ: λ ≤ 150
th
N
mR
F
σ = ≤
( )min
min
; min ;x y
N
mR
F
σ ϕ ϕ ϕ
ϕ
= ≤ =
72
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Từ đk ổn định
Giả thiết λgt theo kinh nghiệm
Tính các bán kính quán tính
;
α1,α2: Hệ số tra bảng 5-2 trang 111 SGK
yc
NF
mRϕ
=
01500 ; 5 6 80 100gtN kN l m λ≤ = ÷ → = ÷
03000 5000 ; 5 6 60 80gtN kN l m λ= ÷ = ÷ → = ÷
1
yc ox
x b b
gt
l
r h hαλ= = → 2
oyyc
y c c
gt
l
r b bαλ= = →
73
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Xác định các kích thước khác
δc: chiều dày bản cánh
δb: chiều dày bản bụng
Thường chọn: δc =8÷40mm; δb =6÷16mm
2c bδ δ=
2 2yc b c b b c cF F F h bδ δ= + = +
74
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện cường độ
Theo điều kiện ổn định th
N
mR
F
σ = ≤
( )min
min
; min ;x y
N
mR
F
σ ϕ ϕ ϕ
ϕ
= ≤ =
75
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện ổn định cục bộ bản cánh
( )1 0 0;
c
a K K f λδ ≤ =
λ 25 50 75 100 125
K0 14 15 16,5 18 20 δ
c
δ
b
b
c
a
1
76
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.3 Thiết kế cột đặc mặt cắt đều
(Tiết diện thường dùng là chữ I)
b.Thép chữ I dùng 3 bản ghép
Kiểm tra tiết diện chọn
Theo điều kiện ổn định cục bộ bản bụng
Khi không thỏa mãn điều kiện thì phải gia cố bằng các sườn dọc,
sườn ngang
Kiểm tra giới hạn độ mảnh của cột
max
210040 0,2
75
b
b
b
b
h
R
λ λδ
λ

= ≤ +

 ≤
- Cấu kiện cơ bản: λ ≤ 120
- Cấu kiện phụ: λ ≤ 150
77
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
a. Hình thức tiết diện
- Thân cột rỗng thường được ghép bởi 2(4) thép định hình
liên kết với nhau bằng thanh(bản) giằng
- Tác dụng của giằng là làm cho 2 nhánh cột 
cùng làm việc
+ Cột thanh giằng: thanh giằng chịu lực dọc
+ Cột bản giằng: bản giằng chịu lực cắt, lực uốn
δbg= 6-12mm
ln
d
bg
Y
X
c
α
Y
X
78
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
b. Chọn tiết diện nhánh cột
Nguyên tắc: chịu lực theo 2 phương phải bằng nhau
Xuất phát từ điều kiện ổn định đối với trục X =>chọn tiết diện nhánh:
Giả thiết λx = 50 ÷ 90, tra bảng được ϕx
Từ chọn tiết diện nhánh cột
=>Kiểm tra lại điều kiện ổn định đối với trục X
td
x yλ λ=
yc
x
x
NF
mRϕ
=
yc ox
x
gt
l
r λ=
,
yc yc
x xF r
, 2 n
x
N
mR F F
Fϕ
≤ =
79
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
c. Xác định khoảng cách c giữa trọng tâm 2 nhánh (gần đúng)
- Với cột bản giằng:
- Với cột thanh giằng:
2 2
2 oy
x n
l
c
λ λ
≈
−
2
2 oy
n
x
t
l
c
Fk
F
λ
≈
−
80
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
d. Kiểm tra tiết diện chọn
- Điều kiện ổn định:
- Điều kiện cường độ:
- Điều kiện độ mảnh:
( )min
min
; min ;x y
N
mR
F
σ ϕ ϕ ϕ
ϕ
= ≤ =
th
N
mR
F
σ = ≤
- Cấu kiện cơ bản: λ ≤ 120
- Cấu kiện phụ: λ ≤ 150
81
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
e. Tính toán bản giằng, thanh giằng
- Lực cắt tác dụng vào thanh giằng, bản giằng:
- Đối với thép thường (CT3 hoặc tương đương): Q=20Fng
- Đối với thép cường độ cao: Q=40Fng
82
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
e. Tính toán bản giằng, thanh giằng
- Tính toán thanh giằng: xác định nội lực Nt trong thanh
giằng xiên
Tiết diện thanh giằng được chọn theo điều kiện ổn định
Độ mảnh giới hạn: 
2 sin
2sin
t
t
N Q
QN
α
α
=
⇒ =
t
t t
N
mR
F
σ
ϕ
= ≤
150λ ≤
83
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.2 Cột chịu nén đúng tâm
5.2.4 Thiết kế cột rỗng (bản giằng, thanh giằng)
e. Tính toán bản giằng, thanh giằng
- Tính toán bản giằng:
Kiểm tra đường hàn của liên kết
1
4bg
QlM =
ln
d
bg
X
c
l1
Q
M
bg1
2bg
QlT
c
=
;bgM Q
h h
M Q
W F
τ τ= =
2 2
max
h
M Q gmRτ τ τ= + ≤
84
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.3 Cột đặc chịu nén lệch tâm
5.3.1 Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng uốn (đối với trục X)
:h/s ổn định của cột chịu nén lệch tâm (Bảng 5-8)
m1: hệ số tính đổi
η: hệ số ảnh hưởng của hình dáng tiết diện (bảng 5-9)
lt
x
N
mR
F
σ
ϕ
= ≤
( )1,ltx xf mϕ λ=
1 max( ) 2
1
. . . . .
x
x x
x x
M F
m m e y
N W r
η η η −
−
= = =
85
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.3 Cột đặc chịu nén lệch tâm
5.3.2 Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng uốn (đối với trục Y)
ϕylt:h/s ổn định theo phương trục Y
c: hệ số ảnh hưởng bởi mô men uốn
α,β: tra bảng 5-12
.
lt
y
N
mR
c F
σ
ϕ
= ≤
( );1 .
x
x
x x
M F
c m
m N W
β
α −
= =
+
86
CHƯƠNG 5: CỘT THÉP
5.3 Cột đặc chịu nén lệch tâm
5.3.3 Chọn kích thước tiết diện
Từ điều kiện ổn định
nên cần giả thiết λx, m1
Giả thiết λx=50-90, thông thường chọn λx=70
Chọn được tiết diện cần phải kiểm tra lại 
yc lt
x
NF
mRϕ
=
( )1,ltx xf mϕ λ=
1
1
2,8
yc
gt yc ox x x
x x ycgt
x
l r e
r h m F
h
λ λ α→ = → = → = →
87
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
1. Khái niệm chung
2. Thiết kế giàn thép
88
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Giàn là cấu kiện bụng rỗng chủ yếu chịu uốn
89
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Giàn là cấu kiện bụng rỗng chủ yếu chịu uốn
90
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Cấu trúc của kết cấu mái
91
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Giàn được ghép bởi các thanh thẳng, liên kết với nhau nhờ
bản mắt
- Ưu điểm:
Chịu uốn rất tốt
Tiết kiệm vật liệu
Chế tạo đơn giản
Hình thức đẹp
92
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các cách bố trí giàn thép thường gặp
93
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các cách bố trí giàn thép thường gặp
94
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các cách bố trí giàn thép thường gặp
95
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
96
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Pratt (20-100m)
(Loại chịu trọng lực)
(Loại chịu lực nâng)
Loại dốc về 2 bên
97
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Warren (W)
98
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu North Light
Dùng với nhịp ngắn, thích hợp với
nhà xưởng cần đón ánh sáng
99
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Răng Cưa (Cánh Bướm)
Dùng với nhịp ngắn, thích hợp với
nhà xưởng cần đón ánh sáng
100
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu chữ X
Dùng thích hợp khi có lực xô ngang
101
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
Giàn kiểu Fink
Dùng thích hợp với kết cấu mái nhà
102
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các hình thức giàn thép thường gặp
103
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.1 Khái niệm chung
- Các tiết diện thanh giàn thường gặp
- Các kích thước chính của giàn:
Nhịp tính toán
l=l0 nếu giàn
liên kết cứng với cột
a: bề rộng gối đỡ
l0: khoảng cách trong giữa hai gối
Chiều cao giàn: là chiều cao tại giữa nhịp giàn, thông thường do điều kiện
độ cứng quyết định
0 2
al l= +
104
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
•B−íc 1: ThiÕt lËp s¬ ®å hình häc giµn, t¶i träng
•B−íc 2: X¸c ®Þnh t¶i träng nót
•B−íc 3: X¸c ®Þnh nội lực
•B−íc 4: X¸c ®Þnh chiÒu dµi tÝnh to¸n
•B−íc 5: Chän tiÕt diÖn thanh giµn
•B−íc 6: TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¾t dµn
105
6.2 Thiết kế giàn
* Xác định nội lực
tác dụng vào nút
Trường hợp
Tải trọng tập trung
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
106
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
6.2.1 Tính toán các thanh giàn
- Thanh chịu kéo:
- Thanh chịu nén trung tâm
Chọn
yc
NF
mRβ=
yc gt
NF
mRϕ
= _5 1
80 120
B
gt
yc ox
gt x
gt
oyyc
y
gt
l
r
l
r
λ ϕ
λ λ
λ
−


→


= → ⇒ =


 =

KÕt cÊu hµn β=1 
KÕt cÊu ®inh t¸n β<1
VD: Fyc= 16cm
2 ryc=2,95cm ???
2L90.56.6
107
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
6.2.1 Tính toán các thanh giàn
- Thanh chịu kéo lệch tâm:
- Thanh chịu nén lệch tâm
6.2.2 Kiểm tra độ mảnh giới hạn
th th
N M
mR
F W
σ = + ≤
yc lt
x
NF
mRϕ
=
1
1
60 80 2,8 ltox xgt x
gt
l eh m
h
λ ϕ
α λ= → ⇒ = ⇒ = ⇒
Thanh cánh λ=120 (nén) λ=400 (kéo)
Thanh bụng 150 400
Thanh giằng 200 400
108
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
6.2.3 Thiết kế mắt giàn
- Đường trục hội tụ tại một điểm
- Chiều dày bản mắt
- Mắt giàn thường có hình dạng đơn giản
- Góc giữa thanh bụng với bản mắt α = 10 ÷ 200
- Khoảng cách giữa các thanh từ 10 ÷ 15mm
- K/c giữa các mắt giàn : 1,5÷2,5m
N(kN) < 200 200 ÷ 500 500 ÷ 700
δ(mm) 8 10 12
109
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
6.2.3 Thiết kế mắt giàn
- Tính liên kết
.
hi
g
h h
N
mR
h l
τ β= ≤∑
110
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
6.2.4 Chiều dài tính toán thanh nén
Giả sử thanh AB mất ổn định
• Thanh AB sẽ uốn quanh hai mắt giàn A và B. Do bản mắt có độ
cứng nên kéo theo các thanh khác cũng quay theo bản mắt.
• Nhưng các thanh đó cũng đồng thời chống lại sự quay của mắt
giàn, chống lại mạnh nhất là các thanh kéo→ đi đến nhận xét:
Mắt nào nối với nhiều thanh
chịu kéo thì khó quay
Mắt nào nối với nhiều thanh
chịu nén thì dễ quay
111
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
6.2.4 Chiều dài tính toán thanh nén
Loại thanh giàn Chiều dài tính toán
lox loy
Thanh cánh d d1
Thanh bụng giàn 0,8d d
Thanh bụng đầu giàn d d
112
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng
113
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng
114
CHƯƠNG 6: GIÀN THÉP
6.2 Thiết kế giàn
Ví dụ: Chọn cách bố trí hệ thanh bụng