BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC XÂY DỰNG - - LÊ TIẾN HÙNG TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC XÂY DỰNG - - LÊ TIẾN HÙNG TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mà SỐ: 60.58.20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS BÙI HÙNG CƯỜNG HÀ NỘI - 2010 LỜI MỞ ðẦU Trong năm gần ñây, với phát triển kinh tế, công trình kết cấu thép nhẹ sử dụng cấu kiện thành mỏng ñược xây dựng ngày nhiều ưu ñiểm vượt trội thẩm mỹ, khả chịu lực với tiết kiệm vật liệu, trọng lượng nhẹ…Thanh thành mỏng với tiết diện ngang bé, ñộ mảnh lớn, khả chống xoắn yếu… ñiều kiện ổn ñịnh có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng, ñòi hỏi phải ñược nghiên cứu ñầy ñủ mặt lý thuyết thực nghiệm Có thể nói kết cấu thành mỏng hướng phát triển kết cấu thép nước ta năm Hiện tại, giới ñã có nhiều quốc gia ñưa tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế kết cấu thành mỏng Úc, Mỹ, Anh, Châu Âu … Tại Việt Nam, chưa có tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế loại cấu kiện ðồng thời, việc tính toán thiết kế kết cấu thành mỏng xa lạ với kỹ sư Việt Nam Với ñề tài “Tính toán khung thép sử dụng cấu kiện thành mỏng theo tiêu chuẩn Eurocode 3”, luận văn nghiên cứu bước ñầu em loại kết cấu ðó kết trình học tập nghiên cứu khóa ñào tạo Thạc sỹ trường ðại học Xây dựng với hướng dẫn tận tình giảng viên trường bạn ñồng nghiệp Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên TS Bùi Hùng Cường ñã tận tình hướng dẫn giúp ñỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Do thời gian thực có hạn, vấn ñề nghiên cứu rộng hạn chế thân, luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ñược ñóng góp ý kiến thầy cô bạn ñồng nghiệp Học viên Lê Tiến Hùng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN………………………4 DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ðỒ THỊ……………………………5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THANH THÀNH MỎNG……………… 1.1 MỞ ðẦU……………………………………………………………….8 1.2 KHÁI NIỆM VỀ THANH THÀNH MỎNG………………………… 1.3 CÁC VẤN ðỀ LIÊN QUAN ðẾN KẾT CẤU THÀNH MỎNG…….11 1.3.1 Vật liệu………………………………………………………….11 1.3.2 Vấn ñề phòng gỉ……………………………………………… 15 1.3.3 Công nghệ chế tạo thành mỏng………………………… 18 1.3.4 Các dạng cấu kiện tạo hình nguội………………………………19 1.3.5 Một số ñặc ñiểm ñặc biệt thành mỏng……………….22 1.3.6 Ưu, khuyết ñiểm kết cấu thành mỏng……………… 22 1.3.7 Phạm vi ứng dụng kết cấu thành mỏng………………23 1.4 ỨNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG VÀ CÁC QUY PHẠM THIẾT KẾ TRÊN THẾ GIỚI…………………………………24 1.5 ỨNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG VÀ CÁC QUY PHẠM THIẾT KẾ Ở VIỆT NAM…………………………………… 26 1.6 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ VIỆC ỨNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG……………………………………………………… 26 1.7 MỤC TIÊU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI……………… 29 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu ñề tài………………………………… 29 1.7.2 Phạm vi nghiên cứu ñề tài………………………………… 29 CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE…………… 30 2.1 ðẠI CƯƠNG……………………………………………………………30 2.1.1 Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn…………………… 30 2.1.2 Một số ñịnh nghĩa tính toán cấu kiện thành mỏng…………… 32 2.2 CÁC DẠNG MẤT ỔN ðỊNH CỦA KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG 2.2.1 Các dạng ổn ñịnh…………………………………………… 33 2.2.2 Mất ổn ñịnh cục bộ, bề rộng hiệu quả…………………………… 34 2.2.3 Mất ổn ñịnh vênh phần tiết diện………………………………35 2.2.4 Mất ổn ñịnh tổng thể……………………………………………….41 2.2.5 Kiểm tra cột chịu nén – uốn ñồng thời…………………………….42 2.2.6 Kiểm tra dầm chịu uốn - nén………………………………………46 CHƯƠNG III: VÍ DỤ THIẾT KẾ KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG………………………………………………………………47 3.1 THÔNG SỐ CÔNG TRÌNH……………………………………………48 3.2 SỐ LIỆU ðẦU VÀO SỬ DỤNG TÍNH TOÁN……………………… 48 3.2.1 Vật liệu…………………………………………………………….48 3.2.2 Tải trọng tính toán……………………………………………… 48 3.3 TỔ HỢP TẢI TRỌNG………………………………………………… 49 3.4 KẾT QUẢ NỘI LỰC………………………………………………… 50 3.5 THIẾT KẾ CỘT…………………………………………………………50 3.5.1 Xác ñịnh ñặc trưng hình học tiết diện…………………… 51 3.5.2 Xác ñịnh tiết diện hiệu ứng suất tới hạn gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện… ………………………………………… 52 3.5.3 Kiểm tra ñiều kiện cột chịu nén – uốn…………………………… 61 3.5.4 Kiểm tra chuyển vị ngang cao trình ñỉnh cột………………… 69 3.6 THIẾT KẾ DẦM……………………………………………………… 70 3.6.1 Xác ñịnh ñặc trưng hình học tiết diện…………………… 70 3.6.2 Xác ñịnh tiết diện hiệu ứng suất tới hạn gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện……………………………………………….71 3.6.3 Kiểm tra ñiều kiện dầm chịu nén – uốn……………………………81 3.6.4 Kiểm tra ñiều kiện bền chịu cắt cắt dầm………………………84 3.6.5 Kiểm tra ñiều kiện ñộ võng……………………………………… 85 3.7 SO SÁNH VỚI TIẾT DIỆN THIẾT KẾ THEO TCXDVN 338 : 2005 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………… 86 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN b, h, L Kích thước hình học cấu kiện beff Bề rộng hiệu Cw Hằng số vênh tiết diện D ðộ cứng trụ E Mô ñun ñàn hồi vật liệu f Ứng suất fy Giới hạn chảy vật liệu I Mô men quán tính i Bán kính quán tính J Mô men quán tính xoắn K ðộ cứng gối ñàn hồi kσ Hệ số oằn Ncr Lực tới hạn NcrF Lực tới hạn trường hợp nén dọc trục NcrFT Lực tới hạn trường hợp xoắn, uốn xoắn t Bề dày cấu kiện teff Bề dày hiệu α Hệ số không hoàn thiện σc,r Ứng suất tới hạn quy ñổi σcr Ứng suất tới hạn χ Hệ số giảm yếu ổn ñịnh γ0, γ1 Hệ số an toàn λ ðộ mảnh tỷ ñối µ Hệ số Poisson ψ Hệ số tỷ lệ ứng suất DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ðỒ THỊ Trang Bảng 1.1 Phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode Bảng 1.2 Phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode 10 Bảng 1.3 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc 11 Bảng 1.4 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn 13 Châu Âu Xác ñịnh bề rộng hiệu theo tiêu chuẩn Eurocode 36 Bảng 2.1b Xác ñịnh bề rộng hiệu theo tiêu chuẩn Eurocode 37 Bảng 2.1a Bảng 2.2 Hệ số không hoàn toàn α 43 Bảng 2.3 Dạng ñường cong ổn ñịnh tương ứng với loại tiết 44 diện Bảng 2.4 Các trục liên quan ñể xác ñịnh hệ số βM 45 Bảng 3.1 Tải trọng gió phương ngang nhà 49 Bảng 3.2 Tải trọng gió phương daọc nhà 49 Bảng 3.3 Bảng tổ hợp tải trọng 50 Bảng 3.4 Các trường hợp nội lực tính toán cột 62 Bảng 3.5 Kết tính toán cột 69 Bảng 3.6 Kết tính toán dầm 84 Bảng 3.7 Bảng so sánh tiết diện tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 338:2005 tiêu chuẩn Eurocode 86 Hình 1.1 Tiết diện ñơn hở 20 Hình 1.2 Tiết diện ghép hở 20 Hình 1.3 Tiết diện ghép kín 20 Hình 1.4 Tiết diện dùng cho cấu kiện chịu nén, kéo 21 Hình 1.5 Tiết diện dầm số cấu kiện chịu uốn khác 21 Hình 1.6 Các loại mỏng uốn nguội thông dụng làm sàn, mái 21 tường Hình 1.7 Nhà dân dụng (dự án Mountain House) 27 Hình 1.8 Nhà dân dụng (khu dân cư bất ñộng sản Petrolia) 27 Hình 1.9 Nhà công nghiệp (Tòa nhà bảo hiểm xây dựng Chatham, 28 Ontario) Hình 1.10 Nhà cao tầng (Nhà nghỉ Niagara, Ontario) 28 Hình 2.1 Tiết diện hiệu theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 34 Hình 2.2 ðặc trưng hình học tiết diện hiệu phần biên 38 Hình 2.3 Sơ ñồ tính tiết diện phần cánh 39 Hình 2.4 Tiết diện hiệu phần cánh 39 Hình 2.5 Mô hình xác ñịnh ñộ cứng lò xo ứng suất tới hạn σcr,s 40 Hình 2.6 Biểu ñồ ứng suất tới hạn quy ñổi (1) 40 Hình 2.7 Biểu ñồ ứng suất tới hạn quy ñổi (vòng lặp thứ n) 41 Hình 2.8 Tiết diện hiệu phần cánh xác ñịnh vòng lặp cuối 41 Hình 2.9 Tính toán ñặc trưng tiết diện hiệu 44 Hình 3.1 Sơ ñồ thiết kế khung thép 47 Hình 3.2 Sơ ñồ tải trọng gió 49 Hình 3.3 Tiết diện cột 51 Hình 3.4 Tiết diện tính toán cột 51 Hình 3.5 Sơ ñồ tính phần cánh 52 Hình 3.6 Xác ñịnh tiết diện hiệu 53 Hình 3.7 Tiết diện hiệu phần biên 54 Hình 3.8 Ứng suất gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện 54 Hình 3.9 Ứng suất tới hạn quy ñổi 55 Hình 3.10 Tiết diện tính toán vòng lặp 56 Hình 3.11 Tiết diện hiệu phần biên (vòng lặp 1) 57 Hình 3.12 Tiết diện tính toán vòng lặp 59 Hình 3.13 Tiết diện hiệu phần biên (vòng lặp 2) 59 Hình 3.14 Biểu ñồ phân bố ứng suất bụng chịu nén 60 Hình 3.15 Tiết diện hiệu cột chịu nén 61 Hình 3.16 Biểu ñồ phân bố ứng suất bụng chịu uốn 62 quanh trục y-y Hình 3.17 Tiết diện hiệu cột chịu uốn quanh trục y-y 63 Hình 3.18 Tiết diện tính toán cột chịu uốn quanh trục z-z 64 Hình 3.19 Biểu ñồ phân bố ứng suất cánh tiết diện chịu uốn 65 quanh trục z-z Hình 3.20 Tiết diện hiệu cột chịu uốn quanh trục z-z 66 Hình 3.21 Tiết diện dầm 70 Hình 3.22 Tiết diện tính toán dầm 71 Hình 3.23 Sơ ñồ tính phần cánh 72 Hình 3.24 Xác ñịnh tiết diện hiệu 73 Hình 3.25 Tiết diện hiệu phần biên 73 Hình 3.26 Ứng suất gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện 74 Hình 3.27 Ứng suất tới hạn quy ñổi 75 Hình 3.28 Tiết diện hiệu phần biên (vòng lặp 1) 76 Hình 3.29 Tiết diện tính toán vòng lặp 78 Hình 3.30 Tiết diện hiệu phần biên (vòng lặp 2) 78 Hình 3.31 Tiết diện hiệu dầm chịu nén 80 Hình 3.32 Tiết diện hiệu dầm chịu uốn quanh trục y-y 83 Hình 3.33 Sơ ñồ tính toán không gian 85 Hình 3.34 Tiết diện cột (a), dầm (b) theo TCVN 338 :2005 86 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÀNH MỎNG 1.1 MỞ ðẦU Kết cấu thành mỏng khác biệt so với kết cấu thông dụng ñiểm sau: - Sử dụng loại thép tạo hình nguội từ thép mỏng (từ 0,3 ñến mm) - Sử dụng loại tiết diện kết cấu thông thường tiết diện chữ Z, tiết diện chữ C, tiết diện kín (tiết diện vuông, tròn,…) - Sử dụng liên kết không dùng kết cấu thường Việc sử dụng thành mỏng tạo cách tiếp cận khác kết cấu thép giai ñoạn xây dựng Thiết kế, chế tạo, lắp dựng Chương I ñược trình bày chủ yếu dựa tài liệu giáo sư ðoàn ðịnh Kiến [9] số tài liệu liên quan Nội dung chương chủ yếu ñề cập ñến vấn ñề liên quan ñến kết cấu thành mỏng vật liệu, chế tạo, lắp dựng, ưu nhược ñiểm, phạm vi áp dụng, tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thành mỏng giới Việt Nam, từ ñó ñề mục tiêu nghiên cứu ñề tài 1.2 KHÁI NIỆM VỀ THANH THÀNH MỎNG Theo Vlasov [11], thành mỏng thẳng với kích thước theo ba chiều có bậc khác Nếu gọi l chiều dài thanh, h kích thước theo cạnh ñó tiết diện, t bề dày ñược xem thành mỏng có tỷ số sau: t/h ≤ 0,1; h/l ≤ 0,1 Tiết diện thành mỏng kín hở Khái niệm thành mỏng Vlasov dựa việc phân tích ứng suất có kể ñến xoắn kiềm chế hay không kể ñến xoắn kiềm chế Theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode [4] ñưa khái niệm thành mỏng thông qua việc phân loại tiết diện Việc phân loại ñó dựa sở ñộ ổn ñịnh cục bộ, hình dạng tiết diện thanh, trạng thái chịu lực tỉ số 75 σ c ,r = χ f y = 0,552.360 = 198,7( N / mm ) Hình 3.27.Ứng suất tới hạn quy ñổi Bước 5: Lặp lại bước cho ñến χn ≈ χn-1 χn < χn-1 Vòng lặp 1: Xác ñịnh tiết diện hiệu phần cánh ứng với ứng suất tới hạn σ com = σ c, r = 198,7( N / mm ) - Bề rộng hiệu cánh: Hệ số ñộ mảnh ứng suất σ com = σ c,r = 198,7( N / mm ) là: λ p = 1,052 bp σ com t E.k σ = 1,052 bp σ c,r t E.k σ λ p = 1,052 Do ñó: ρ = (1 − ([5],4.2(4)) 72,8 198,7 = 0,703 > 0,673 2,1.10^5.4 0,22 ) = 0,977 λp λp Bề rộng hiệu cánh: beff = ρ b p = 0,977.78,2 = 76,93(mm) ⇒ beff(1),1 = beff(1),2 = beff / = 38,22(mm) - Bề rộng hiệu sườn biên Hệ số oằn sườn biên kσ ñược xác ñịnh bước Do ñó hệ số ñộ mảnh sườn biên 76 λ p = 1,052 λ p = 1,052 cp cp f com = 1,052 E.k σ t t f c ,r E.k σ 34 191,58 0,22 = 0,794 > 0,673 Do ñó: ρ = (1 − ) = 0,911 2,1.10 0,5 λp λp Bề rộng hiệu sườn biên: (1) ceff = ρ c p = 0,911.29,1 = 26,50(mm) Tiết diện hiệu phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) thể hình vẽ: Hình 3.28.Tiết diện hiệu phần biên (vòng lặp 1) - Ar(1), Ir(1) : Lần lượt diện tích momen quán tính quanh trục a-a tiết diện hiệu phần biên (1) Ar(1) = (beff(1) + ceff ).t = (38,22 + 26,5).1,8 = 116,49(mm ) z g = 6,33(mm) I r(1) = 7758,3(mm ) - Ứng suất tới hạn σcr,r(1) phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện, dựa vào hệ số ñộ cứng lò xo K ñã xác ñịnh bước Ứng suất tới hạn bền gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện: σ cr(1),r = K E.I r1 (1) r A = 265,26( N / mm ) - Xác ñịnh ứng suất tới hạn quy ñổi σ c(1,r) = χ (1) f y / γ M dựa vào hệ số giảm yếu χ(1) ổn ñịnh vênh phần tiết diện 77 ðộ mảnh sườn biên: λr = fy σ (1) c ,r = 360 = 1,165 265,26 Ta có hệ số α phụ thuộc vào dạng ñường cong ổn ñịnh tương ứng theo bảng 6.1 ([5], 6.2.1(4)P) α=0,13 φ = 0,5(1 + α (λ − 0,2) + λ = 0,5(1 + 0,13(1,165 − 0,2) + 1,165 ) = 1,241 Hệ số giảm yếu χ ổn ñịnh vênh phần tiết diện χ (1) = φ + φ − λr 2 = 1,241 + 1,2412 − 1,165 = 0,599 Ứng suất tới hạn quy ñổi σ c(1,r) = χ (1) f y = 0,599.360 = 215,59( N / mm ) Vòng lặp 2: Xác ñịnh tiết diện hiệu phần cánh ứng với ứng suất tới hạn σ com = σ c(1, r) = 215,59( N / mm ) - Bề rộng hiệu cánh: Hệ số ñộ mảnh ứng suất σ com = σ c(1,r) = 215,59( N / mm ) là: λ p = 1,052 bp σ com t E.k σ Do ñó: ρ = (1 − = 1,052 bp σ c ,r t E.k σ = 0,732 > 0,673 ([5],4.2(4)) 0,22 ) = 0,955 λp λp Bề rộng hiệu cánh: beff( 2) = ρ b p = 0,955.78,2 = 74,71(mm) ⇒ beff( 2),1 = beff( ), = beff( 2) / = 37,36(mm) - Bề rộng hiệu sườn biên Hệ số oằn sườn biên kσ ñược xác ñịnh bước Do ñó hệ số ñộ mảnh sườn biên λ p = 1,052 cp σ com t E.k σ = 1,052 cp σ c,r t E.k σ = 1,052 29,1 215,59 = 0,827 > 0,673 1,8 2,1.10 5.0,43 78 Do ñó: ρ = (1 − 0,22 ) = 0,888 λp λp Bề rộng hiệu sườn biên: ( 2) ceff = ρ c p = 0,888.29,1 = 25,83(mm) Tiết diện hiệu phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) thể hình vẽ: Hình 3.29.Tiết diện tính toán vòng lặp - Ar(2), Ir(2) : Lần lượt diện tích momen quán tính quanh trục a-a tiết diện hiệu phần biên ( 2) Ar( 2) = (beff( ) + ceff ).t = (37,36 + 25,83).1,8 = 113,74(mm ) z g = 6,18(mm) I r( 2) = 7191,7(mm ) Hình 3.30.Tiết diện hiệu phần biên (vòng lặp 2) 79 - Ứng suất tới hạn σcr,r(2) phần biên (gồm tiết diện hiệu sườn biên phần cánh liền kề sườn biên) gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện, dựavào hệ số ñộ cứng lò xo K ñã xác ñịnh bước Ứng suất tới hạn bền gây ổn ñịnh vênh phần tiết diện: σ ( 2) cr , r = K E.I r( 2) Ar( ) = 261.57( N / mm ) - Xác ñịnh ứng suất tới hạn quy ñổi σ c(,2r) = χ ( 2) f y / γ M dựa vào hệ số giảm yếu χ(2) ổn ñịnh vênh phần tiết diện ðộ mảnh sườn biên: λr = fy σ ( 2) c ,r = 360 = 1,173 261,57 Ta có hệ số α phụ thuộc vào dạng ñường cong ổn ñịnh tương ứng theo bảng 6.1 ([5], 6.2.1(4)P) α=0,13 φ = 0,5(1 + α (λ − 0,2) + λ = 0,5(1 + 0,13(1,173 − 0,2) + 1,173 ) = 1,251 Hệ số giảm yếu χ ổn ñịnh vênh phần tiết diện χ ( 2) = φ + φ − λr 2 = 1,251 + 1,2512 − 1,173 = 0,593 Ứng suất tới hạn quy ñổi σ c ,r = χ f y = 0,593.360 = 213,4( N / mm ) Nhận xét: χ(2) < χ(1) χ(2) ≈ χ(1) ñó trình lặp dừng lại ñây Bước 6: Tính toán lại tiết diện hiệu với bề rộng hiệu ñã xác ñịnh vòng lặp thứ (beff,2, ceff,2) bề dày hiệu t eff = χ ( 2) t = 0,593.1,8 = 1,07(mm) b Bề rộng hiệu bụng Biểu ñồ phân bố ứng suất tiết diện chịu nén sau: Theo ([5], 4.2(4), Table 4.1) ta có ψ = ⇒ kσ = Do ñó hệ số ñộ mảnh bụng : 80 λ p = 1,052 hp σ com t E.k σ = 1,052 hp fy t E.k σ 198,2 360 = 2,398 > 0,673 1,8 2,1.10 5.4 0,22 Do ñó: ρ = (1 − ) = 0,379 λ p = 1,052 λp λp b Bề rộng hiệu bụng: heff = ρ h p = 0,379.198,2 = 75,07(mm) ⇒ heff ,1 = heff , = heff / = 37,53(mm) Hình 3.31 Tiết diện hiệu dầm chịu nén Diện tích hiệu tiết diện: Aeff = 4.(t eff (beff , r + ceff , ) + t.(beff ,1 + heff ,1 )) = 768,3(mm ) 81 z Geff = 100(mm) I y ,eff = 4.( + beff ,1 t 12 W y ,eff = t eff ceff +( I y ,eff z eff G 12 hp +( h p − ceff ) ceff t eff + 2 ) beff ,1 t + eff ,1 t.h 12 +( beff , t eff 12 h p − heff ,1 +( h p + t − t eff ) beff , t eff ) heff ,1 t ) = 6947677(mm ) = 69476,77(mm ) 3.6.3 Kiểm tra ñiều kiện dầm chịu nén – uốn κ y ( M y , Sd + ∆M y , Sd ) N Sd + ≤ ([5], 6.5.1(1)P) χ f yb Aeff / γ M f yb Weff , y ,com / γ M Với NSd, My,Sd, VSd : lực dọc, momen lực cắt tính toán ñược lấy từ kết phần mềm tính toán SAP 2000 Ta tính toán cho trường hợp nội lực nguy hiểm sau: Trường hợp Nsd (N) My,sd (N.mm) Vsd (N) TH1(Nmax, Mytư, Vtư) 6900,15 -4481854 10845 TH2(Ntư, Mymax, Vtư) 5014,5 8426440 13264,6 TH2(Ntư, Mytư, Vmax) 5864,5 7485829 15184,2 Aeff = 768,3 mm2 : Diện tích tiết diện hiệu trường hợp tiết diện dầm chịu nén ảnh hưởng lực dọc Weff,y,com : Momen kháng uốn theo phương y tiết diện hiệu trường hợp dầm chịu uốn quanh trục y-y Ta ñi xác ñịnh tiết diện hiệu cột chịu uốn quanh trục y-y - Tiết diện hiệu dầm chịu momen theo phương y-y hình 3.16 ñược xác ñịnh tương tự trường hợp chịu nén, khác việc xác ñịnh bề rộng hiệu bụng chịu uốn quanh trục y-y biểu ñồ phân bố ứng suất bụng khác chịu nén Biểu ñồ phân bố ứng suất chịu uốn quanh trục y-y dầm sau: Theo ([5], 4.2(4), Table 4.1) ta có ψ = -1 ⇒ kσ = 23,9 Do ñó hệ số ñộ mảnh bụng: 82 λ p = 1,052 hp t hp f com = 1,052 E.k σ t Do ñó: ρ = (1 − fy E.k σ = 1,052 198,2 360 = 0,981 > 0,673 2,1.10 5.23,9 0,22 ) = 0,791 λp λp Bề rộng hiệu bụng: heff = ρ hp −ψ = 0,791 198,2 = 78,36(mm) − (−1) ⇒ heff ,1 = 0,4.heff = 31,34(mm) heff , = 0,6.heff = 47,02(mm) Aeff,y : Diện tích hiệu tiết diện cột trường hợp cột chịu uốn quanh trục y-y Aeff,y = 1274,2 (mm2) ZG = 113,38 (mm) Ieff,y = 7702963 (mm4) Weff,y,com = 67941,08 (mm3) χ: Hệ số giảm ổn ñịnh theo phương trục y-y Xác ñịnh sau: χ= Với φ = 0,5(1 + α (λ − 0,2) + λ [ φ + φ2 −λ ] 0,5 - α : Hệ số không hoàn thiện (kể ñến dộ cong ban ñầu thanh, ứng suất dư), phụ thuộc hình dáng tiết diện Theo ([5], 6.2.1(4)P Table 6.1, Table 6.2) ñối với Mất ổn ñịnh theo phương y-y ta có hệ số α = 0,21 λ= λ [β A ]0,5 ; λ = l i λ1 - i : Bán kính quán tính iy = 79,44(mm) Chiều dài tính toán mặt phẳng khung lấy nhịp khung: l = L= 4m (vì nút ñỉnh khung xà chuyển vị, không ñủ khả nút tính ổn ñịnh xà ⇒ λy = ly iy = 4000 = 50,355 79,44 83 Hình 3.32 Tiết diện hiệu dầm chịu uốn quanh trục y-y λ1 = π E 2,1.10 =π = 75,88 ; β A = fy 360 ⇒ λy = λy [β A ]0,5 = 50,355 = 0,664 λ1 75,88 φ y = 0,5(1 + α (λ y − 0,2) + λ y = 0,5(1 + 0,21(0,664 − 0,2) + 0,664 = 0,769 χ= [ φy + φy − λy ] 0,5 = 0,864 ∆My, Sd : Momen tăng thêm di chuyển trục trọng tâm tiết diện hiệu ∆M y , Sd = N Sd e Ny = 6900,15.(13,38) = 92304,1( N mm) κ y = 1− µ y N Sd χ y f yb Aeff κ y ≤ 1,5 ; ([5], 6.5.1(2)P) 84 Với µ y = λ y (2.β M , y − 4) µ y ≤ 0,9 βM,y: Hệ số momen tương ñương ñối với ổn ñịnh ñối với trục y-y Xác ñịnh theo ([5], 6.5.1(4)P Table 6.3, Table 6.4) β M , y = 1,8 − 0,7ψ ψ = − 4481854 = −0,7143 ; ⇒ β M , y = 1,8 − 0,7ψ = 2,3 6274664 Do ñó : µ y = λ y (2.β M , y − 4) = 0,664.(2.2,3 − 4) = 0,398 < 0,9 Nên : κ y = − µ y N Sd χ y f yb Aeff = 1− 0,398.6900,15 = 0,993 0,864.360.1274,2 Thay vào ñiều kiện kiểm tra ñược: κ y ( M y , Sd + ∆M y , Sd ) N Sd + ≤1 χ f yb Aeff / γ M f yb Weff , y ,com / γ M ⇔ 6900,15 0,993.(4481854 + 92304,1) + = 0,281 < 0,864.360.768,3 / 1,1 360.7072963 / 1,1 Tính toán hoàn toàn tương tự cho trường hợp nội lực lại ta có kết sau : TH ∆My,sd ψ βM,y µy κy VT TH1 67079,5 0,951 1,134 -0,338 1,003 0,329[...]... 460 275 35 5 420 460 275 35 5 420 460 275 35 5 420 460 220 250 280 32 0 35 0 31 5 35 5 420 460 500 550 600 650 700 260 31 5 35 5 36 0 430 510 37 0 470 520 550 37 0 470 520 550 36 0 450 500 530 36 0 450 500 530 30 0 33 0 36 0 39 0 420 39 0 430 480 520 550 600 650 700 750 37 0 430 470 14 EN 10268 EN 10214 S 420 NC H240LA H280LA H320LA H360LA H400LA S220GD+ZA S250GD+ZA S280GD+ZA S320GD+ZA S350GD+ZA 420 240 280 32 0 36 0 400... Ontario) 29 1.7 MỤC TIÊU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài - Nghiên cứu lý thuyết tính toán cấu kiện thanh thành mỏng chịu nén, uốn ñồng thời theo tiêu chuẩn Eurocode - Nghiên cứu cách tính toán khung thép sử dụng cấu kiện thanh thành mỏng (cột, dầm) 1.7.2 Phạm vi nghiên cứu của ñề tài - Tính toán khung thép nhà kho sử dụng cấu kiện cột, dầm làm từ thanh thành mỏng tiết diện... 220 250 280 32 0 35 0 530 34 0 37 0 400 430 460 30 0 33 0 36 0 39 0 420 Bảng 1.4 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Châu Âu b Tiết diện tạo từ thép tấm mỏng Thép ñược cán nóng thành tấm rất mỏng dạng cuộn là phôi ñể tạo thành các cấu kiện thành mỏng Bằng các cách gia công nguội, có thể tạo từ tấm thép mỏng ra tiết diện hình bất kì Nhiều trường hợp hình thức và kích thước tiết diện thép hình... chuẩn AS11 63 AS 139 7 AS/NZS 36 78 Cấp thép Giới hạn chảy (fy) (N/mm2) Giới hạn chảy (fy) (N/mm2) C250 250 32 0 C350 35 0 430 C450 450 500 G250 250 32 0 G300 30 0 34 0 G350 35 0 430 G450 450 480 G500 500 520 G550 550 550 200 (t ≤ 8 mm) 200 30 0 250 (t ≤ 8 mm) 250 410 30 0 (t ≤ 8 mm) 30 0 430 35 0 (t ≤ 8 mm) 35 0 450 400 (t ≤ 8 mm) 400 480 Bảng 1 .3 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc Ba loại thép của... trượt : G≈8100 kN/cm2 Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 3 cũng quy ñịnh các loại thép dùng ñể chế tạo thanh thành mỏng Về cơ bản, các loại thép này tương ñương với các loại thép 13 trong tiêu chuẩn của Úc AS 4600:1996 Bảng sau liệt kê một số loại thép thông dụng theo tiêu chuẩn Châu Âu, ñược trích ra từ bảng 3. 1 tiêu chuẩn Eurocode 3 [4] Tên tiêu chuẩn EN10025 EN 101 13: part 2 EN 101 13: part 3 EN 10147 EN 10149:... 2 tiết diện chữ C theo tiêu chuẩn Eurocode 30 CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE Hiện nay trên thế giới tồn tại hai phương pháp chính ñể thiết kế cấu kiện thành mỏng: phương pháp ứng suất cho phép và phương pháp trạng thái giới hạn Phương pháp ứng suất cho phép (ASD – allowable stress design) ñược áp dụng ở Mĩ trong tiêu chuẩn AISI trước năm... Âu Eurocode Trong bộ Quy phạm châu Âu về kết cấu thép Eurocode 3 có chương 1 -3 là thiết kế cấu kiện thành mỏng mang tên “EN 19 93- 1 -3 Design of Steel 26 Structures: Cold – formed thin gauge members and sheeting” (thiết kế kết cấu thép: Cấu kiện và tấm thành mỏng tạo hình nguội) 1.5 ỨNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG VÀ CÁC QUY PHẠM THIẾT KẾ Ở VIỆT NAM Tại Việt Nam, những công trình dùng kết cấu thành mỏng. .. bảng tính toán sẵn  23 1 .3. 7 Phạm vi ứng dụng của kết cấu thanh thành mỏng Phạm vi ứng dụng có lợi của kết cấu thanh thành mỏng phụ thuộc vào các ñiều kiện cấu tạo (chế tạo, phòng gỉ, …), ñiều kiện chịu lực (tải trọng, tính năng vật liệu…), các chỉ tiêu kinh tế, ñiều kiện sử dụng và yêu cầu thẩm mỹ Phân biệt hai phạm vi sử dụng chính của thanh thành mỏng: - Nhóm 1: các bộ phận kết cấu chịu lực - Nhóm... tầng, cấu kiện thành mỏng ñược dùng kết hợp với cấu kiện cán nóng Khung chính chịu lực là cấu kiện cán nóng, dầm sàn và mặt sàn là cấu kiện thành mỏng Mặt sàn mái có thể ñược uốn cong tạo nên mái vòm Một lĩnh vực rất ñược phát triển của kết cấu thành mỏng là lĩnh vực làm nhà ở gia ñình thấp tầng ñang ñược xây dựng hàng loạt tại nhiều nước trên thế giới, làm hoàn toàn bằng cấu kiện thành mỏng: Cột, khung, ... vật liệu thanh (N/mm2) 235 : Giới hạn chảy của thép S 235 (N/mm2) Bảng 1.2 Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurocode 3 1 .3 CÁC VẤN ðỀ LIÊN QUAN ðẾN KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG 1 .3. 1 Vật liệu a Thép Thép dùng ñể chế tạo thanh thành mỏng có thể là loại thép cacbon thấp thông thường tương ứng với CT3(Nga), CT38, CT42 (Việt Nam) có giới hạn chảy 2200 ñến 2600 daN/cm2 Cũng có thể dùng thép hợp kim thấp như 09Mn2, ... VÍ DỤ THIẾT KẾ KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG Việc tính toán cấu kiện thành mỏng ñã ñược thực nhiều trước ñây, việc tính toán tổng thể kết cấu khung sử dụng cấu kiện thành mỏng chưa ñược... - Tính toán khung thép nhà kho sử dụng cấu kiện cột, dầm làm từ thành mỏng tiết diện ghép tiết diện chữ C theo tiêu chuẩn Eurocode 30 CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN... Mục tiêu nghiên cứu ñề tài - Nghiên cứu lý thuyết tính toán cấu kiện thành mỏng chịu nén, uốn ñồng thời theo tiêu chuẩn Eurocode - Nghiên cứu cách tính toán khung thép sử dụng cấu kiện thành mỏng