Công trình thép gỗ - Chương V: Cột liên hợp

CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§1. Đại cương về cột liên hợp1. Các tiết diện cột liên hợp điển hình1CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§1. Đại cương về cột liên hợp1. Các tiết diện cột liên hợp điển hình2CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§1. Đại cương về cột liên hợp1. Các tiết diện cột liên hợp điển hình3CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§1. Đại cương về cột liên hợpCác tiết diện cột liên hợp điển hìnhCó 2 phương phương tính toán:Phương pháp thứ nhất là phương pháp tổng quát, yêu cầu tính đến ảnh hưởng của sự làm việc phi tuyến và sự chế tạo không chính xác. Phương pháp này có thể áp dụng cho tiết diện không đối xứng và cột có tiết diện thay đổi. Phương pháp thứ hai sử dụng các đường cong uốn dọc Châu Âu của cột thép có kể đến sự chế tạo không chính xác. Chúng được giới hạn cho cột liên hợp có tiết diện không đổi và có hai trục đối xứng.Cả hai phương pháp trên đều dựa trên các giả thiết cơ bản sau:Tương tác giữa thép và bê tông là hoàn toàn cho đến khi cột bị phá hoại.Sự chế tạo không chính xác về hình học và kết cấu được kể đến trong tính toán.Tiết diện ngang luôn phẳng khi cột bị biến dạng.4CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§1. Đại cương về cột liên hợp2. Điều kiện ổn định cục bộ của tiết diện thépTiết diện được bọc bê tông hoàn toàn: chiều dày bê tông >= (40mm, 1/6b)Tiết diện không được bọc bê tông hoàn toàn, cột rỗng nhồi bê tông:Cột rỗng tròn (hình e và f):Cột rỗng hình chữ nhật (hình d):Cột tiết diện chữ I không bọc bê tông hoàn toàn (hình b):trong đó 5CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§2. Cột liên hợp chịu nén đúng tâm1. Tính toán theo điều kiện bềnTiết diện được bọc bê tông hoàn toàn (hình a):Tiết diện không được bọc bê tông hoàn toàn, cột rỗng nhồi bê tông:Cột rỗng nhồi bê tông:Cột tiết diện chữ I không bọc bê tông hoàn toàn: Diện tích cốt thép mềm chỉ kể đến trong tính toán nếu As ≥ 0,3% diện tích bê tông và không nên dùng vượt quá 4% diện tich bê tông.6CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§2. Cột liên hợp chịu nén đúng tâm1. Tính toán theo điều kiện bềnCác điều kiện áp dụng công thức xác định khả năng chịu nén của cột:Cột có tiết diện không đổi và có hai trục đối xứng;Tỉ lệ lượng thép: Độ mảnh qui đổi ≤ 2,0 ; Đối với tiết diện bọc bê tông hoàn toàn, chiều dầy lớp bê tông bọc không được nhỏ hơn các giá trị sau : + Trong hướng y : 40 mm ≤ cy ≤ 0,4b ; + Trong hướng z : 40 mm ≤ cz ≤ 0,4h.7CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§2. Cột liên hợp chịu nén đúng tâm2. Tính toán theo điều kiện ổn định tổng thểLực tới hạn Ncr với NG.Sd là phần dài hạn của NSdIa, Ic, Is - lần lượt là mômen quán tính của tiết diện lõi thép, bêtông và cốt thép thanh với trục trung hoà của tiết diện liên hợp;l - là chiều dài tính toán của cột tách ra từ kết cấu, với kết cấu khung nút cứng có thể bằng chiều dài hình học cột;8Đối với tải trọng ngắn hạnĐối với tải trọng dài hạntrong đó (EI)c là độ cứng của cột liên hợpCHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§2. Cột liên hợp chịu nén đúng tâm2. Tính toán theo điều kiện ổn định tổng thểLực tới hạn Ncr với NG.Sd là phần dài hạn của NSdĐộ mảnh quy đổi trong mặt phẳng uốn đang xét9Đối với tải trọng ngắn hạnĐối với tải trọng dài hạntrong đó (EI)c là độ cứng của cột liên hợpCHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§2. Cột liên hợp chịu nén đúng tâm2. Tính toán theo điều kiện ổn định tổng thểKhả năng chịu lực của cột liên hợp theo điều kiện ổn định:trong đó: = 0.21 với cột tiết diện rỗng nhồi bê tông = 0.34 với cột tiết diện chữ I bọc bê tông, uốn theo phương trục khỏe (trục y) = 0.49 với cột tiết diện chữ I bọc bê tông, uốn theo phương trục yếu (trục z) 10CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn1. Đường cong tương tác M-N 11CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn1. Đường cong tương tác M-N 12 = 0.85 với cột bọc bê tông  = 1 với cột rỗng nhồi bê tôngWpa , Wps , Wpc lần lượt là các mômen chống uốn dẻo của lõi thép, cốt thép thanh và bêtông tương ứng với điểm đang xét.CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn1. Đường cong tương tác M-N* Ảnh hưởng của sự phân bố mômenĐiều kiện cần kiểm tra cột liên hợp khi tách ra từ hệ kết cấu: với r là tỷ số mô men ở hai đầu cột (-1 r 1). Nếu có tải trọng ngang tác dụng lên cột thì lấy r =1,0;* Ảnh hưởng của sự làm việc phi tuyến được tính đến một cách đơn giản bằng cách nhân giá trị của mômen tính được theo phân tích tuyến tính với hệ số k:với  =0.66 + 0.44r 13vàCHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn2. Khả năng chịu lực của cột chịu nén uốn theo một phương 14NRd - khả năng chịu nén dọc trục tính toán của cột;Npl. Rd - khả năng chỉ chịu nén dọc trục tối đa của cột (theo điều kiện bền);MRd - khả năng chịu mômen tính toán của cột;Mpl.Rd - khả năng chỉ chịu mômen tối đa của cột; Npl.Rd - khả năng chỉ chịu lực nén dọc trục thực tế của cột khi kể đến các sai số hình học và độ mảnh,  là thông số thể hiện khả năng chịu uốn dọc của cột khi chỉ có lực nén dọc trục;CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn2. Khả năng chịu lực của cột chịu nén uốn theo một phương 15d = NSd / Npl.RdNSd - lực dọc tính toán. d - thông số thể hiện tác động dọc trục (khi có cả Mômen MRd );k: giá trị tương ứng của mômen do sai số hình học dưới tác dụng của Npl.Rdd: giá trị tương ứng của mômen dưới tác dụng của dNpl.Rd: giá trị tương ứng của mômen dưới tác dụng của NSdCHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn2. Khả năng chịu lực của cột chịu nén uốn theo một phương Giải thích đồ thị: Khi thanh chỉ chịu lực dọc, dựa theo đường cong Châu Âu tìm được lực tới hạn thực tế, tương ứng với giá trị . Với lực nén bằng hoặc lớn hơn Npl.Rd không thể tác dụng mômen lên cột liên hợp được nữa. Giá trị tuơng ứng của mômen uốn (k) là giá trị lớn nhất của mômen uốn bậc hai do sai số hình học gây nên dưới tác dụng của lực dọc Npl.Rd (thực chất đây là lượng mômen bị giảm đi do ảnh hưởng của sai số hình học). Sự giảm mômen này theo giả thiết tuân theo qui luật bậc nhất theo đường thẳng OB. Tuy nhiên do ảnh hưởng khác nhau của sự phân bố mômen nên lấy chung là giảm theo qui luật của đường thẳng nB. Như vậy với một mức d nào đó của lực dọc NSd ta sẽ có giá trị của mômen tính toán tương ứng là  Mpl.Rd.CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn2. Khả năng chịu lực của cột chịu nén uốn theo một phươngn thông số thể hiện giá trị của NSd ứng với khả năng chịu mômen lớn nhất của tiết diệntrong đó: r là thông số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố mômen đến khả năng Chịu lực dọc trục của cột 17Hệ số 0,9 kể đến các yếu tố sau: Đường cong bền M-N được xác định khi coi như tiết diện chảy dẻo hoàn toàn dưới tác dụng của N và M. Điều này không phù hợp hoàn toàn với thực tế;Mômen MSd được xác định khi coi như tiết diện không bị nứt, thực tế khi mômen đủ lớn cột sẽ xuất hiện vết nứt, ảnh hưởng đến độ cứng của nó.CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§3. Cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn3. Khả năng chịu lực của cột chịu nén uốn theo hai phương 18CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§4. Thiết kế liên kết1. Phân loại liên kết1.1. Phân loại theo độ cứng liên kếtLiên kết cứng: biến dạng của liên kết không ảnh hưởng đến sự phân bố nội lực và biến dạng tổng thể của kết cấuLiên kết nửa cứng: sự phân bố nội lực trong kết cấu phụ thuộc vào độ cứng của mối nối§Ó ®¬n gi¶n hãa vÊn ®Ò, cho phÐp ph©n lo¹i mèi nèi lµ cøng hay nöa cøng trªn c¬ së so s¸nh gi÷a mèi quan hÖ m«men - gãc xoay cña mèi nèi vµ mèi quan hÖ m«men - gãc xoay cña dÇm cã mèi nèi ®ã 19CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§4. Thiết kế liên kết1. Phân loại liên kết1.2. Phân loại theo phần tử liên kếtLiên kết dầm - dầm 20Cốt thép chống lại vết nứt do co ngót.Lực cắt truyền qua thép góc liên kết bụng dầmCốt thép chống lại vết nứt do co ngót.Lực cắt truyền qua bản thép liên kết cánh trên dầmMomen truyền qua cốt thép và lực ép các bản sườn đầu dầmLực cắt truyền qua bu lông liên kết bụng dầmCHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§4. Thiết kế liên kết1. Phân loại liên kết1.2. Phân loại theo phần tử liên kếtLiên kết dầm - cột 21Liên kết khớpLiên kết nửa cứngLiên kết nửa cứngLiên kết nửa cứngLiên kết cứngLiên kết cứngCHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§4. Thiết kế liên kết2. Thiết kế liên kết2.1. Nguyên tắc thiết kế:Khả năng chịu lực của cột lớn hơn của dầm, sự hình thành khớp dẻo xảy ra trên tiết diện dầm, bên cạnh liên kếtPhần tiết diện thép của dầm liên hợp được tính toán theo quá trình thi côngLiên kết khớp (đơn giản): chỉ chịu lực cắt, phần sàn bê tông và cốt thép không có tác dụng tiếp nhận lực cắtLiên kết nửa cứng, cứng: liên kết được xem là khớp trong quá trình thi công Trong quá trình sử dụng, cốt thép là phần chủ yếu làm tăng khả năng chịu mômen âm. 22CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§4. Thiết kế liên kết2. Thiết kế liên kết2.2. Trình tự thiết kếTrong quá trình thi công: thiết kế tiết diện dầm thép, thiết kế liên kết chịu lực cắt (xem là khớp) gây ra do các tác động công trường.Trong quá trình sử dụng: thiết kế dầm liên hợp, thiết kế liên kết nửa cứng hoặc cứng. Nếu lựa chọn sơ đồ liên kết khớp thì không phải thiết kế lại liên kết. 23CHƯƠNG V. CỘT LIÊN HỢP§4. Thiết kế liên kết2. Thiết kế liên kết2.3. Mối nối liên hợp đơn giản (bản sườn đầu dầm chịu momen âm)Fs+Rb Rf: toàn bộ cánh dưới và một phần bản bụng cao xw chịu nén 25CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§1. Giới thiệu chung1. Nguyên tắc lựa chọn sơ đồ kết cấu hợp lýChiều cao nhàĐặc điểm tải trọngKích thước hệ lưới cộtCác yêu cầu kiến trúc2. Độ cứng ngang cho hệ kết cấuKhi n 40, hệ kết cấu chịu ảnh hưởng của tải trọng ngang, trọng lượng kết cấu tăng nhanh hơn so với số tầng 26CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§1. Giới thiệu chung27Mối quan hệ giữa trọng lượng kết cấu với số tầngCHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng1. Hệ sườn chịu lực dạng khungTheo phương ngang: các dầm, cột được liên kết cứng với nhauTheo phương dọc: các khung ngang được nối với nhau bằng dầm dọc liên tục hoặc đơn giản. 28CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng1. Hệ sườn chịu lực dạng khungNhịp dầm theo hai phương L = 6 - 9mDầm làm việc tốt khi khung chịu tải trọng theo phương đứngCột có chiều dài tính toán lớn nên làm việc bất lợi khi chịu tải trọng ngangPhù hợp với công trình có n <= 20 29CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng2. Hệ giằng 30CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng2. Hệ giằngHệ dầm và cột liên kết khớp với nhau, theo 2 cách: - Dầm liên tục, cột bị tách theo từng tầng - Cột liên tụcHệ kết cấu được giữ ổn định nhờ hệ giằng đứng (khi cần có thể bố trí giằng theo cả 3 phương)Cột chủ yếu chịu tải trọng lêch tâm, chiều dài tính toán của cột nhỏ hơnChiều cao dầm tương đối lớn vì liên kết khớp với cột, phù hợp khi n = 30 31CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng3. Hệ khung - giằngCấu tạo giống hệ khung nhưng có kết hợp giằng đứngĐộ cứng ngang của khung được tăng lên rõ rệt, tải trọng ngang được phân vào khung và giằng theo tỷ lệ độ cứng 32CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng3. Hệ khung - giằng 33CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng4. Hệ khung dầm rỗng bố trí so leCấu tạo dàn tương ứng chiều cao một tầng nhà Hệ dàn được tựa lên hệ cánh dưới vàcánh trên của dànDàn có dạng dàn có cánh song song, các thanh bụng chịu tải trọng đứng vàđảm bảo sự ổn định ngang của khung Ưu điểm chủ đạo là giảm chiều cao và tăng diện tích tự do của sàn 34CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng4. Hệ khung dầm rỗng bố trí so le 35CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng5. Hệ giằng và hệ vành đai tầng 36CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng5. Hệ giằng và hệ vành đai tầngHệ kết cấu gồm các giằng đứng + các vành đaiquanh chu vi, nối các giằng đứngCác cột biên chịu lực lớn, phù hợp n = 50 - 70 37CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng5. Hệ giằng và hệ vành đai tầng 38CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng6. Hệ lõiLõi chịu toàn bộ tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng rồi truyền xuống móng 39CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng7. Hệ ống 40CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng7. Hệ ống 41CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng8. Hệ khung ống 42CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG NHÀ CAO TẦNG§2. Các hệ kết cấu của nhà cao tầng8. Hệ khung ống 43