1.1. Ưu điểm của kết cấu Thép:

- Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao

- Trọng lượng nhẹ. Hệ số c=/R dùng để đánh giá phẩm chất nhẹ của vật liệu.

Đối với Thép c = 3,7.10-4 m-1. Đối với gỗ c = 5,4.10-4 m-1, bêtông c = 2,4. 10-3 m-1

- Tính công nghiệp hoá cao

- Thi công nhanh: thuận tiện, cơ động trong vận chuyển, lắp dựng

- Có tính kín: không thấm nước, không thấm khí, nên thích hợp cho các công trình bể chứa chất

lỏng, khí...

1.2. Khuyết điểm của kết cấu Thép:

- Dễ bị ăn mòn: tốn chi phí bảo dưỡng → chọn loại sơn và phương pháp sơn phù hợp, hoặc mạ

hợp kim

- Chịu lửa kém: thép không cháy nhưng ở nhiệt độ 500 ÷ 600oC, thép chuyển sang dẻo, mất khả

năng chịu lực → tạo lớp bảo vệ bằng vật liệu khó cháy như bêtông, gốm, sơn chống cháy...

§2. PHẠM VI ỨNG DỤNG

- Khung nhà công nghiệp

- Nhà nhịp lớn: chủ yếu nhà nhịp lớn L ≥ 30÷ 40m (nhà triển lãm, nhà thi đấu...) mà kết cấu BTCT

không thích ứng

- Khung nhà nhiều tầng

- Cầu đường bộ, cầu đường sắt

- Kết cấu cột, tháp trụ: cột điện, cột ăngten, tháp truyền hình, tháp giàn khoan...

- Kết cấu bản: các loại bể chứa

- Kết cấu di động: cửa van, cửa cống, cần trục...3.1.Yêu cầu sử dụng: đây là yêu cầu cơ bản nhất đối với người thiết kế

§3. YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP

- Thoả mãn các yêu cầu chịu lực qui định bởi điều kiện sử dụng: kết cấu phải an toàn như đủ độ

bền, độ cứng và ổn định

- Kết cấu phải đảm bảo độ bền lâu thích đáng của công trình: bảo vệ kết cấu chống cháy, chống

gỉ, tiện bảo dưỡng và dễ kiểm tra...

- Thoả mãn các yêu cầu kiến trúc: thoả mãn dây chuyền công năng, đẹp, hài hoà, cân đối

3.2.Yêu cầu kinh tế:

- Tiết kiệm vật liệu: chọn giải pháp kết cấu hợp lý, dùng thép cường độ cao...

- Tiết kiệm thời gian thiết kế, chế tạo, vận chuyển, lắp dựng.

- Điển hình hoá kết cấu thép

CHƯƠNG 1:

NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA THÉP XÂY DỰNG

§1. THÉP XÂY DỰNG

1.1.Phân loại thép xây dựng:

a.Theo thành phần hoá học của thép:

- Thép cacbon, với %C < 1,7%, không có thành phần hợp kim khác. Chia ra:

* Thép cacbon thấp (%C < 0,22%)

* Thép cacbon vừa (0,22% ≤ %C ≤ 0,6%)

* Thép cacbon cao (0,6% < %C < 1,7%)

- Thép hợp kim, có thêm t/p HK khác như Cr, Ni, Mn...nhằm nâng cao chất lượng thép như

tăng độ bền, tăng tính chống gỉ. Thép HK thấp có hàm lượng HK < 2,5%, là loại thép được

dùng trong XD

b.Theo phương pháp luyện thép: Có 2 phương pháp luyện chính:

- Luyện bằng lò quay (lò Bessmer, lò Thomas): thời gian luyện nhanh, chất lượng k tốt

- Luyện bằng lò bằng (lò Martin): thời gian luyện lâu, thép chất lượng tốt

c.Theo mức độ khử oxy: Có 3 loại:

- Thép tĩnh: thép lỏng được khử oxy và tạp chất. Chất lượng cao nên dùng cho ctr chịu tt động

- Thép sôi: thép lỏng ra lò bọt khí chưa được khử hết đã nguội, thép chất lượng k tốt

- Thép nửa tĩnh: chất lượng và giá thành trung gian giữa 2 loại trên

1.3.Các mác thép dùng trong xây dựng:

a.Thép cacbon thấp cường độ thường: (giới hạn chảy fy ≤ 290 N/mm2).

- Thép dùng trong kết cấu thép thuộc nhóm C nên ở đầu mác thép có thêm kí hiệu C, ví dụ:

CCT34, CCT38, CCT42...

b.Thép cacbon cường độ khá cao: (310 ≤ fy ≤ 400 N/mm2).

- Là thép C thấp mang nhiệt luyện hoặc thép HK thấp

- Có 6 loại: 09Mn2, 14Mn2, 16Mn2Si, 09Mn2Si, 10Mn2Si1, 10CrSiNiCu

Ý nghĩa ký hiệu như sau: - đầu tiên là con số chỉ phần vạn của hàm lượng C

- tiếp theo là tên các t/p HK: mangan, silic, crôm, niken, đồng...

- Con số đứng sau chữ chỉ số phần trăm của chất đứng trước nó (nếu >

1%)

c.Thép cacbon cường độ cao: gồm các thép HK có nhiệt luyện, fy > 440 N/mm2

§2. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG

2.1.Sự làm việc chịu kéo của thép:

Là dạng làm việc cơ bản của thép, qua đó biết được các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép như:

ư/s giới hạn, biến dạng giới hạn, môđun đàn hồi.

a.Biểu đồ ứng suất-biến dạng khi kéo:

Biểu đồ gồm 4 giai đoạn:

* Đoạn OA: gđ tỉ lệ, tuân theo đl Hooke: σ = ε.E.

Ư/s tại A là giới hạn tỉ lệ σtl

- Giai đoạn 1 (gđ đàn hồi):

* Đoạn AA': đthẳng hơi cong. Ư/s tại A' là giới hạn

đhồi σđh. Thực tế σđh xấp xỉ σtl

- Giai đoạn 2 (gđ đàn - dẻo):

Đoạn A'B: đường cong. Thép k còn làm việc đàn

hồi nữa.

- Giai đoạn 3 (gđ chảy dẻo):

Đoạn BC: hầu như nằm ngang. Biến dạng tăng trong

khi ư/s k đổi (ε= 0,2% ÷ 2,5%). Ư/s tương ứng với

gđ chảy dẻo gọi là giới hạn chảy σc

- Giai đoạn 4 (gđ tự gia cường, củng cố):

Đoạn CD: cong thoải. Thép k chảy nữa và lại có thể

chịu được lực. Thép tự gia cường. Sau đó bdạng

tăng nhanh, mẫu bị đứt ứng với ưs tại điểm D gọi là

giới hạn bền σb

b.Các đặc trưng cơ học chủ yếu của thép:

Biểu đồ kéo của thép cho ta các đặc trưng cơ học

chủ yếu của thép. Đó là: gh tỉ lệ σtl

, gh chảy σc, gh

bền σb, bdạng khi đứt εb

- Quan trọng nhất là σc, đó là ưs lớn nhất có thể có

trong vật liệu, k được phép vượt qua (ứng với ε = 2,5%)

- Giới hạn bền σb, còn gọi là c.độ tức thời của thép, x/đ

vùng an toàn dự trữ giữa tr.thái làm việc và tr.thái phá

hoại

- Biến dạng kéo đứt εb đặc trưng cho độ dẻo và độ dai

của thép

2.2.Sự phá hoại giòn của thép:

- Khi thiết kế và chế tạo kết cấu thép cần tránh những

nguyên nhân làm cho thép bị phá hoại giòn

a.Hiện tượng cứng nguội:

- Đó là h.tg tăng tính giòn của thép sau khi bị b.dạng dẻo ở nhiệt độ thường1

- Sự cứng nguội xảy ra khi gia công nguội các cấu kiện: uốn nguội, cắt bằng máy cắt, đột lỗ.

Để tránh ht trên có những qui định riêng khi gia công nguội kc thép

b.Thép chịu tr.thái ưs phức tạp-sự tập trung ưs:

- Sự chảy của vật liệu chủ yếu là do

sự trượt dưới tác dụng của ưs tiếp

- Khi σ1

= σ2 sẽ có  = 0, sự chảy k

xuất hiện, sự phá hoại giòn là đứt giòn

c.Thép chịu tải trọng lặp:

d.Sự già hoá của thép:

- Thép càng để lâu càng cứng và kém dẻo hơn

§3. QUI CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG

Thép dùng trong xây dựng chủ yếu có 2 loại chủ yếu: thép hình, thép bản

3.1.Thép hình:

a.Thép góc: có 2 loại: thép đều cạnh và k đều cạnh

- Thép góc đều cạnh có 50 loại: nhỏ nhất L20x20x3 đến lớn nhất L250x250x35

- Thép góc đều cạnh có 72 loại: nhỏ nhất L30x20x3 đến lớn nhất L200x150x25

b.Thép chữ I:

- Có 23 loại: chiều cao 100 ÷ 600mm. Kí hiệu: ví dụ I30

c.Thép chữ [ :

- Có 22 loại: từ số hiệu 5 đến 40

(chiều cao 50 ÷ 400mm)

d.Các loại thép hình khác :

3.2.Thép tấm (thép bản): có các loại sau:

- Loại phổ thông: t = 4 ÷ 60mm, rộng 160 ÷ 1050mm, chiều dài 6 ÷ 12m

- Loại dày: t = 4 ÷ 160mm (môđun c.dày 0,5; 1 và 2mm), rộng 600 ÷ 3000mm, chiều dài 4 ÷ 8m

- Loại mỏng: t = 0,2 ÷ 4mm, rộng 600 ÷ 1400mm, chiều dài 1,2 ÷ 4m

§4. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU THÉP

4.1.Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn:

TTGH là trạng thái mà kết cấu thôi k sử dụng được nữa do mất khả năng chịu lực hay biến dạ

vượt quá giới hạn cho phép.

- Nhóm TTGH thứ nhất (về cường độ): mất khả năng chịu lực hoặc k còn sử dụng được nữa

- Nhóm TTGH thứ hai (về biến dạng): k còn sử dụng bình thường được nữa

* Đối với nhóm TTGH thứ nhất, đk an toàn về khả năng chịu lực có thể viết dưới dạng:

N ≤ S

Trong đó: N - nội lực trong cấu kiện đang xét, sinh ra do tải trọng bên ngoài tác dụng lên ck

S - khả năng giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được

c

i i q n c N P N n    Nội lực có thể viết dưới dạng:

Khả năng giới hạn có thể viết dưới dạng: /1,3 c t c

S Af hay S Af    

* Đối với nhóm TTGH thứ hai, đk giới hạn phải đảm bảo: Δ ≤ [Δ], với:

c

i c n i

P n      4.2.Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán:

- Đối với thép cacbon và thép cường độ khá cao, khi k cho phép làm việc quá gh chảy, cđ tc lấ

bằng trị số gh chảy fy = σc

- Đối với thép k có bd chảy (thép cường độ cao) và khi kc làm việc quá gh dẻo, cđ tc lấy bằng

số gh bền fu = σb

- Cđ tt f = fy/M và ft

= fu/M , M

= 1,05

4.3.Tải trọng và tác động:

a.Phân loại tải trọng:

- Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): t.trọng k thay đổi về giá trị, vị trí, phương chiều

- Tải trọng tạm thời (hoạt tải): t.trọng có thể thay đổi về giá trị, vị trí, phương chiều

Tải trọng tạm thời dài hạn, ngắn hạn, tải trọng đặc biệt

b.Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán:

- Tải trọng tiêu chuẩn: xác lập trên cơ sở xác suất thống kê, được cho trong TCVN 2737:1995

- Tải trọng tính toán: kể đến những thay đổi của tải trọng tiêu chuẩn do sai lệch ngẫu nhiên.

Đặc trưng bởi hệ số vượt tải Q

c.Tổ hợp tải trọng:

- Tổ hợp cơ bản: tĩnh tải + hoạt tải dài hạn + nc.hoạt tải ngắn hạn

- Tổ hợp đặc biệt: tĩnh tải + hoạt tải dài hạn + nc(hoạt tải ngắn hạn + 1 loại tải trọng đặc biệt)

nc

là hệ số tổ hợp tải trọng

nc = 1, khi chỉ có 1 loại hoạt tải ngắn hạn

nc = 0,9 khi có từ 2 loại hoạt tải ngắn hạn trở lên

nc = 0,8 khi tính tổ hợp đặc biệt

§5. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN

Điều kiện bền:

5.1.Cấu kiện chịu kéo đúng tâm:

. c

N f

A

  N: nội lực do tải trọng tính toán gây ra

An: diện tích thực (đã trừ đi các giảm yếu của tiết diện cấu kiện)

c: hệ số điều kiện làm việc của cấu kiện chịu kéo

5.2.Cấu kiện chịu uốn:

a.Trong giai đoạn đàn hồi:

.

.

.

.

c

v c

M f

W

V S

f

I t

 

 

 

 

M,V: mômen và lực cắt do tải trọng tính toán gây ra

Wn: mômen kháng uốn của tiết diện thực

I: mômen quán tính của tiết diện nguyên

S: mômen tĩnh (nguyên) của phần tiết diện trượt đ/v trục trung hoà

t: bề dày thành cấu kiện

b.Trong giai đoạn có biến dạng dẻo:

Mômen uốn giới hạn ứng với giai đoạn này là:

Wd = 2S: mômen chống uốn dẻo (Wd > W)

Đ/v tác dụng hình chữ nhật: Wd

= 1,5W, chữ I, Wd

= 1,12W

2 2

3 1,15 .

td c

f       

.

.

.

.

c

d

v c

M f

W

V S

f

I t

 

 

 

 

.

c

N f

A

 



 

Điều kiện bền: Tác dụng đồng thời của ưs pháp và ưs tiếp:

(khi kể đến bd dẻo cho phép tăng thêm 15%)

c.Tính theo THGH 2 (đk biến dạng):

Điều kiện: Δ ≤ [Δ]

5.3.Cấu kiện chịu nén đúng tâm:

a.Điều kiện bền:

.

c

N f

A

    Điều kiện:

b.Điều kiện ổn định:

φ: hệ số uốn dọc, tra bảng theo độ mảnh -  và cường

độ của thép

l

 

l: chiều dài tính toán của ck, i = : bk

quán tính của tiết diện ck.

I

A



2 c c c d M ydA S W       