Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5575 : 2012 về Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 5575 : 2012

KẾT CẤU THÉP - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Steel structures - Design standard

Lời nói đầu

TCVN 5575:2012 thay thế TCVN 5575:1991 .

TCVN 5575:2012 được chuyển đổi từ TCXDVN 338:2005 thành Tiêu chuẩn Quốc gia theo qui định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm b khoản 2 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ qui định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 5575:2012 do Viện Khoa học Công Nghệ Xây Dựng - Bộ xây dựng biên soạn, Bộ xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KẾT CẤU THÉP - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Steel structures - Design standard

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này dùng để thiết kế kết cấu thép các công trình xây dựng dân dụng, công nghệ. Tiêu chuẩn này không dùng để thiết kế các công trình giao thông, thủy lợi như các loại cầu, công trình trên đường, cửa van, đường ống, v.v…

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 197:2002, Kim loại. Phương pháp thử kéo.

TCVN 198:2008, Kim loại. Phương pháp thử uốn.

TCVN 312:2007, Kim loại. Phương pháp thử uốn va đập ở nhiệt độ thường.

TCVN 313:1985, Kim loại. Phương pháp thử xoắn.

TCVN 1691:1975, Mối hàn hồ quang điện bằng tay. Kiểu, kích thước cơ bản.

TCVN 1765:1975, Thép các bon kết cấu thông thường. Mác thép và yêu cầu kỹ thuật.

TCVN 1766:1975, Thép các bon kết cấu chất lượng tốt. Mác thép và yêu cầu kỹ thuật.

TCVN 1916:1995: Bu lông,vít, vít cấy và đai ốc. Yêu cầu kỹ thuật.

TCVN 2737:1995, Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 3104:1979, Thép kết cấu hợp kim thấp. Mác, yêu cầu kỹ thuật.

TCVN 3223:2000, Que hàn điện dùng cho thép các bon thấp và thép hợp kim thấp. Ký hiệu, kích thước và yêu cầu kỹ thuật chung.

TCVN 3909:2000, Que hàn điện dùng cho thép các bon thấp và thép hợp kim thấp. Phương pháp thử.

TCVN 5400:1991, Mối hàn. Yêu cầu chung về lấy mẫu để thử cơ tính.

TCVN 5401:1991, Mối hàn. Phương pháp thử uốn.

TCVN 5402:2010, Mối hàn. Phương pháp thử uốn va đập.

TCVN 5709:2009, Thép các bon cán nóng dùng làm kết cấu trong xây dựng. Yêu cầu kỹ thuật.

TCVN 6522:2008, Thép tấm kết cấu cán nóng.

3 Đơn vị đo và ký hiệu

3.1 Đơn vị đo

Tiêu chuẩn này sử dụng các đơn vị đo theo hệ SI, cụ thể là đơn vị dài: mét (m); đơn vị lực:niutơn (N); đơn vị ứng suất: pascan (Pa); đơn vị khối lượng: kilogam (kg); thời gian: giây (s).

3.2 Ký hiệu

a) Các đặc trưng hình học

A       diện tích tiết diện nguyên

A_ndiện tích tiết diện thực

A_fdiện tích tiết diện cánh

A_wdiện tích tiết diện bản bụng

A_bndiện tích tiết diện thực của buông

A_ddiện tích tiết diện thanh xiên.

b       chiều rộng

b_tchiều rộng cánh

b_ochiều rộng phần nhô ra của cánh

b_schiều rộng của sườn ngang

h       chiều cao của tiết diện

h_wchiều cao của bản bụng

h_fchiều cao của đường hàn gốc

h_tkkhoảng cách giữa trục của các cánh dầm

i        bán kính quán tính của tiết diện

i_x, i_ybán kính quán tính của tiết diện đối với các trục tương ứng x-x, y-y

i_minbán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện

I_fmômen quán tính của tiết diện nhánh

I_m, I_dmômen quán tính của thanh cánh và thanh xiên của giàn

I_bmômen quán tính tiết diện bản giằng

I_s, I_slmômen quán tính tiết diện sườn ngang và dọc

I_tmômen quán tính xoắn

I_trmômen quán tính xoắn của ray, dầm

I_x, I_ycác mômen quán tính của tiết diện nguyên đối với các trục tương ứng x-x và y-y

I_nx, I_nycác mômen quán tính của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x, y-y

L       chiều cao của thanh đứng, cột hoặc chiều dài nhịp dầm

l        chiều dài nhịp

l_­dchiều dài của thanh xiên

l_mchiều dài khoang các thanh cánh của giàn hoặc cột rỗng

l_o       chiều dài tính toán của cấu kiện chịu nén

l_x, l_ychiều dài tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng x-x, y-y

l_wchiều dài tính toán của đường hàn

S       mômen tĩnh

s       bước lỗ bu lông

t        chiều dày

t_f, t_wchiều dài của bản cánh và bản bụng

u       khoảng cách đường lỗ bu lông

W_nminmôđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán

W_x, W_y môđun chống uốn (mômen kháng) của tiết diện nguyên đối với trục tương ứng x-x, y-y

W_nx,min, W_ny,min môđun chống uốn (mômen kháng) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x, y-y

b) Ngoại lực và nội lực

F, P   ngoại lực tập trung

M      mômen uốn

M_x, M_y mômen uốn đối với trục tương ứng x-x, y-y

M_tmômen xoắn cục bộ

N       lực dọc

N_d      nội lực phụ

N_Mlực dọc trong nhánh do mômen gây ra

p       áp lực tính toán

V       lực cắt

V_tlực cắt qui ước tác dụng trong một mặt phẳng thanh (bản) giằng

V_slực cắt qui ước tác dụng trong thanh (bản) giằng của một nhánh

c) Cường độ và ứng suất

E       môđun đàn hồi

f_ycường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép

f_ucường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt

f        cường độ tính toán của thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy

f_tcường độ tính toán của thép theo sức bền kéo đứt

f_vcường độ tính toán chịu cắt của thép

f_ccường độ tính toán của thép khi ép mặt theo mặt phẳng tì đầu (có gia công phẳng)

f_cccường độ tính toán ép mặt cục bộ trong các khớp trụ (mặt cong) khi tiếp xúc chặt

f_thcường độ tính toán chịu kéo của sợi thép cường độ cao

f_ubcường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulông

f_tbcường độ tính toán chịu kéo của bulông

f_vbcường độ tính toán chịu cắt của bulông

f_cbcường độ tính toán chịu ép mặt của bulông

f_bacường độ tính toán chịu kéo của bulông neo

f_hbcường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao

f_cdcường độ tính toán chịu ép mặt theo đường kính con lăn

f_wcường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo giới hạn chảy

f_wucường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo sức bền kéo đứt

f_{w v}cường độ tính toán của mỗi mối hàn đối đầu chịu cắt

f_wfcường độ tính toán của đường hàn góc (chịu cắt qui ước) theo kim loại mối hàn

f_wscường độ tính toán của đường hàn góc (chịu cắt qui ước) theo kim loại ở biên nóng chảy

f_wuncường độ tiêu chuẩn của kim loại đường hàn theo sức bền kéo đứt

G       môđun trượt

s       ứng suất thấp

s_c      ứng suất pháp cục bộ

s_x, s_y  các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y

s_cr, s_c,cr các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn

t        ứng suất tiếp

t_crứng suất tiếp tới hạn

d) Kí hiệu các thông số

c₁, c_x,c_y các hệ số dùng để kiểm tra bền của dầm chịu uốn trong một mặt phẳng chính hoặc trong hai mặt phẳng chính khi có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo

e       độ lệch tâm của lực

m      độ lệch tâm tương đối

m_eđộ lệch tâm tương đối tính đổi

n, p, mcác thông số để xác định chiều dài tính toán của cột

n_asố lượng bulông trên một nữa liên kết

n_csố mũ

n_Qchu kỳ tải trọng

n_vsố lượng các mặt cắt tính toán;

b_f, b_s    các hệ số tính toán đường hàn góc theo kim loại đường hàn và ở biên nóng chảy của thép cơ bản

g_chệ số điều kiện làm việc của kết cấu.

g_bhệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông

g_Mhệ số độ tin cậy về cường độ

g_Qhệ số độ tin cậy về tải trọng

g_uhệ số độ tin cậy trong các tính toán theo sức bền tức thời

h       hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết hiện

l       độ mảnh của cấu kiện (l = l_o/i)

      độ mảnh qui ước (= l)

l_ođộ mảnh tương đương của thanh tiết diện rỗng

    độ mảnh tương đương qui ước của thanh tiết diện rỗng (= l)

_wđộ mảnh qui ước của bản bụng (_{w =} (h_w / t_w) )

l_x, l_yđộ mảnh tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương ứng x-x, y-y

m       hệ số chiều dài tính toán của cột

jhệ số uốn dọc

j_b            hệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định dạng uốn xoắn

j_e            hệ số giảm cường độ tính toán khi nén lệch tâm,nén uốn

y       hệ số xác định hệ số _b  khi tính toán ổn định của dầm (Phụ lục E)

4 Nguyên tắc chung

4.1 Các qui định chung

4.1.1 Khi thiết kế kết cấu thép của một số loại công trình chuyên dụng như kết cấu lò cao, công trình thủy công, công trình ngoài biển hoặc kết cấu thép có tính chất đặc biệt như kết cấu thành mỏng, kết cấu thép tạo hình nguội, kết cấu ứng lực trước, kết cấu không gian, v.v…, cần theo những yêu cầu riêng qui định trong các tiêu chuẩn chuyên ngành.

4.1.2 Kết cấu thép phải được thiết kế đạt yêu cầu chung qui định trong Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam là đảm bảo an toàn chịu lực và đảm bảo khả năng sử dụng bình thường trong suốt thời hạn sử dụng công trình.

4.1.3 Khi thiết kế kết cấu thép còn cần tuân thủ các tiêu chuẩn tương ứng về phòng chống cháy, về bảo vệ chống ăn mòn. Không được tăng bề dày của thép với mục đích bảo vệ chống ăn mòn hoặc nâng cao khả năng chống cháy của kết cấu.

4.1.4 Khi thiết kế kết cấu thép cần phải:

Tiết kiệm vật liệu thép;

Ưu tiên sử dụng các loại thép do Việt Nam sản xuất;

Lựa chọn sơ đồ kết cấu hợp lí, tiết diện cấu kiện hợp lí về mặt kinh tế - kĩ thuật;

Ưu tiên sử dụng công nghệ chế tạo tiên tiến như hàn tự động, hàn bán tự động, bulông cường độ cao;

Chú ý việc công nghiệp hóa cao quá trình sản xuất và dựng lắp, sử dụng những liên kết dựng lắp liên tiếp như liên kết mặt bích, liên kết bulông cường độ cao; cũng có thể dùng liên kết hàn để lắp nếu có căn cứ hợp lí;

Kết cấu phải có cấu tạo để dễ quan sát, làm sạch bụi, sơn, tránh tụ nước. Tiết diện hình ống phải được bịt kín hai đầu.

4.2 Các yêu cầu đối với thiết kế

4.2.1 Kết cấu thép phải được tính toán với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất, kể cả tải trọng theo thời gian và mọi yếu tố tác động khác. Việc xác định nội lực có thể thực hiện theo phương pháp phân tích đàn hồi hoặc phân tích dẻo.

Trong phương pháp đàn hồi, các cấu kiện thép được giả thiết là luôn đàn hồi dưới tác dụng của tải trọng tính toán, sơ đồ kết cấu là sơ đồ ban đầu không biến dạng.

Trong phương pháp phân tích dẻo, cho phép kể đến biến dạng không đàn hồi của thép trong một bộ phận hay toàn bộ kết cấu, nếu thỏa mãn các điều kiện sau:

Giới hạn chảy của thép không được lớn quá 450 MPa, có vùng chảy dẻo rõ rệt;

Kết cấu chỉ chịu tải trọng tác dụng tĩnh (không có tải trọng động lực hoặc va chạm hoặc tải trọng lặp gây mỏi);

Cấu kiện sử dụng thép cán nóng, có tiết diện đối xứng.

4.2.2 Các cấu kiện thép hình phải được chọn theo tiết diện nhỏ nhất thỏa mãn các yêu cầu của Tiêu chuẩn này. Tiết diện của cấu kiện tổ hợp được thiết lập theo tính toán sao cho ứng suất không lớn hơn 95% cường độ tính toán của vật liệu.

4.2.3 Trong các bản vẽ thiết kế kết cấu thép và văn bản đặt hàng vật liệu thép, phải ghi rõ mác và tiêu chuẩn tương ứng của thép làm kết cấu và thép làm liên kết, yêu cầu phải đảm bảo tính năng cơ học hay về thành phần hóa học hoặc cả hai, cũng như những yêu cầu riêng đối với vật liệu được qui định trong các tiêu chuẩn kĩ thuật Nhà nước hoặc của nước ngoài.

5 Cơ sở thiết kế kết cấu thép

5.1 Nguyên tắc thiết kế

5.1.1 Tiêu chuẩn này sử dụng phương pháp tính toán kết cấu thép theo trạng thái giới hạn. Kết cấu được thiết kế sao cho không vượt quá trạng thái giới hạn của nó.

5.1.2 Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vượt quá thì kết cấu không còn thỏa mãn các yêu cầu sử dụng hoặc khi dựng lắp được đề ra đối với nó khi thiết kế. Các trạng thái giới hạn gồm:

Các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực là các trạng thái mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực, sẽ bị phá hoại, sụp đổ hoặc hư hỏng làm nguy hại đến sự an toàn của con người, của công trình. Đó là các trường hợp:kết cấu không đủ độ bền (phá hoại bền), hoặc kết cấu bị mất ổn định, hoặc kết cấu bị phá hoại dòn, hoặc vật liệu kết cấu bị chảy.

Các trạng thái giới hạn về sử dụng là các trạng thái mà kết cấu không còn sử dụng bình thường được nữa do bị biến dạng quá lớn hoặc do hư hỏng cục bộ. Các trạng thái giới hạn này gồm: trạng thái giới hạn về độ võng và biến dạng làm ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường của thiết bị máy móc, của con người hoặc làm hỏng sự hoàn thiện của kết cấu, do đó hạn chế việc sử dụng công trình; sự rung động quá mức; sự han gỉ quá mức.

5.1.3 Khi tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn phải dùng các hệ số độ tin cậy sau:

Hệ số độ tin cậy về cường độ g_M (xem 6.1.4 và 6.2.2);

Hệ số độ tin cậy về tải trọng g_Q (xem 5.2.2);

Hệ số điều kiện làm việc g_C (xem 5.4.1 và 5.4.2);

Cường độ tính toán của vật liệu là cường độ tiêu chuẩn nhân với hệ số g_C và chia cho hệ số g_M;_; tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số g_Q.

5.2 Tải trọng

5.2.1 Tải trọng dùng trong thiết kế kết cấu thép được lấy theo TCVN 2737:1995 hoặc tiêu chuẩn thay thế tiêu chuẩn trên (nếu có).

5.2.2 Khi tính kết cấu theo các giới hạn về khả năng chịu lực thì dùng tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy về tải trọng g_Q (còn gọi là hệ số tăng tải hoặc hệ số an toàn về tải trọng ). Khi tính kết cấu theo các trạng thái giới hạn về sử dụng và tính toán về mỏi thì dùng trị số của tải trọng tiêu chuẩn.

5.2.3 Các trường hợp tải trọng đều được xét riêng rẽ và được tổ hợp để có tác dụng bất lợi nhất đối với kết cấu. Giá trị của tải trọng, các loại tổ hợp tải trọng, các hệ số tổ hợp, các hệ số độ tin cậy về tải trọng được lấy theo các điều của TCVN 2737:1995 .

5.2.4 Với kết cấu trực tiếp chịu tải trọng động, khi tính toán về cường độ và ổn định thì trị số tính toán của tải trọng phải nhân với hệ số động lực. Khi tính toán về mỏi và biến dạng thì không nhân với hệ số này. Hệ số động lực được xác định bằng lý thuyết tính toán kết cấu hoặc cho trong các Qui phạm riêng đối với loại kết cấu tương ứng.

5.2.5 Khi thiết kế cho giai đoạn sử dụng và dựng lắp kết cấu, nếu cần xét đến sự thay đổi nhiệt độ, có thể giả thiết sự thay đổi nhiệt độ ở các vùng phía Bắc là từ 5 ^oC đến 40 ^oC, ở các vùng phía Nam là từ 10 ^oC đến 40 ^oC. Sự phân chia hai vùng Bắc và Nam dựa theo Qui chuẩn Xây dựng Việt Nam, tập III, Phụ lục 2. Tuy nhiên, phạm vi biến động nhiệt độ có thể dựa theo số liệu khí hậu cụ thể của địa điểm xây dựng để xác định chính xác hơn.

5.3 Biến dạng cho phép của kết cấu

5.3.1 Biến dạn của kết cấu thép được xác định theo tải trọng tiêu chuẩn, không kể đến hệ số động lực và không xét sự giảm yếu tiết diện do các lỗ liên kết.

5.3.2 Độ võng của cấu kiện chịu uốn không được vượt quá trị số cho phép trong Bảng 1.

5.3.3 Chuyển vị ngang ở mức mép mái của nhà công nghiệp kiểu khung một tầng, không cầu trục, gây bởi tải trọng gió tiêu chuẩn được giới hạn như sau:

Khi tường bằng tấm tôn kim loại: H/100;

Khi tường là tấm vật liệu nhẹ khác: H/150;

Khi tường bằng gạch hoặc bê tông: H/240;

với H là chiều cao cột.

Nếu có những giải pháp cấu tạo để đảm bảo sự biến dạng dễ dàng của liên kết tường thì các chuyển vị giới hạn trên có thể tăng lên tương ứng.

5.3.4 Chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng (không thuộc loại nhà ở 3.3.3) không được vượt quá 1/300 chiều cao khung. Chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà nhiều tầng không được vượt quá 1/500 của tổng chiều cao khung. Chuyển vị tương đối tại mỗi tầng của nhà nhiều tầng không được vượt quá 1/300 chiều cao mỗi tầng.

5.3.5 Đối với cột nhà xưởng có cầu trục chế độ làm việc nặng và cột của cầu tải ngoài trời có cầu trục chế độ làm việc vừa và nặng thì chuyển vị gây bởi tải trọng nằm ngang của một cầu trục lớn nhất tại mức đỉnh dầm cầu trục không được vượt quá trị số cho phép ghi trong Bảng 2.

Bảng 1 - Độ võng cho phép của cấu kiện chịu uốn

Bảng 2 - Chuyển vị cho phép của cột đỡ cầu trục

5.4 Hệ số điều kiện làm việc g_C

5.4.1 Khi tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của các kết cấu thuộc những trường hợp nêu trong Bảng 3, cường độ tính toán của thép cho trong Bảng 5, 6 và của liên kết cho trong Bảng 7, 8, 10, 11, 12, B.5 (Phụ lục B) phải được nhân với hệ số điều kiện làm việc g_C. Mọi trường hợp khác không nêu trong bảng này và không được qui định trong các điều tương ứng thì đều lấy g_C = 1.

5.4.2 Giá trị của hệ số điều kiện làm việc g_Cđược cho trong Bảng 3.

Bảng 3 - Giá trị của hệ số điều kiện làm việc g_C

Bảng 3

6 Vật liệu của kết cấu và liên kết

6.1 Vật liệu thép dùng trong kết cấu

6.1.1 Vật liệu thép dùng trong kết cấu phải được lựa chọn thích hợp tùy theo tính chất quan trọng của công trình, điều kiện làm việc của kết cấu, đặc trưng của tải trọng và phương pháp liên kết, v.v…

Thép dùng làm kết cấu chịu lực cần chọn loại thép lò Mactanh hoặc lò quay thổi oxy, rót sôi hoặc nữa tĩnh và tĩnh, có mác tương đương với các mác thép CCT34, CCT38 (hay CCT38Mn), CCT42, theo TCVN 1765:1975 và các mác tương ứng của TCVN 5709:1993 các mác thép hợp kim thấp theo TCVN 3104:1979 . Thép phải được đảm bảo phù hợp với các tiêu chuẩn nêu trên về tính năng cơ học và cả về thành phần hóa học.

6.1.2 Không dùng thép sôi cho các kết cấu hàn làm việc trong điều kiện nặng hoặc trực tiếp chịu tải trọng động lực như dầm cầu trục chế độ nặng, dầm sát đặt máy, kết cấu hành lang băng tải, cột vượt của đường dây tải điện cao trên 60 mét, v.v…

6.1.3 Cường độ tính toán của vật liệu thép cán và thép ống đối với các trạng thái ứng suất khác nhau được tính theo các công thức của Bảng 4. Trong bảng này, f_y và f_u là cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép và cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt, được đảm bảo bởi tiêu chuẩn sản xuất thép và được lấy là cường độ tiêu chuẩn của thép; g_M là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mác thép.

6.1.4 Cường độ tiêu chuẩn f_y, f_u và cường độ tính toán f của thép cácbon và thép hợp kim thấp cho trong Bảng 5 và Bảng 6 (với các giá trị lấy tròn tới 5 MPa).

Đối với các loại thép không nêu tên trong Tiêu chuẩn này và các loại thép của nước ngoài được phép sử dụng trong Bảng 4, lấy f_y là cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy nhỏ nhất và  f_u là cường độ tiêu chuẩn theo sức bền kéo đứt nhỏ nhất được đảm bảo của thép. g_M là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,1 cho mọi mác thép.

Với các loại vật liệu kim loại khác như dây cáp, khối gang đúc, v.v…phải sử dụng các loại tiêu chuẩn riêng tương ứng.

Bảng 4 - Cường độ tính toán của thép cán và thép ống

Bảng 5 - Cường độ tiêu chuẩn f_y, f_u cường độ tính toán f của thép các bon

(TCVN 5709:1993)

Đơn vị tính bằng megapascan

Bảng 6 - Cường độ tiêu chuẩn f_y, f_u vàcường độ tính toán f của thép hợp kim thấp

Đơn vị tính bằng megapascan

6.2 Vật liệu thép dùng trong liên kết

6.2.1 Kim loại hàn dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu sau:

1. Que hàn khi hàn tay lấy theo TCVN 3223:1994. Kim loại que hàn phải có cường độ kéo đứt tức thời không nhỏ hơn trị số tương ứng của thép được hàn.

2. Dây hàn và thuốc hàn dùng trong hàn tự động và bán tự động phải phù hợp với mác thép được hàn. Trong mọi trường hợp, cường độ của mối hàn không được thấp hơn cường độ của que hàn tương ứng.

6.2.2 Cường độ tính toán của mối hàn trong các dạng liên kết và trạng thái làm việc khác nhau được tính theo các công thức trong Bảng 7.

Trong liên kết đối đầu hai loại thép khác nhau thì dùng trị số cường độ tiêu chuẩn nhỏ hơn.

Chiều dài tính toán của mối hàn góc của một số loại que hàn cho trong Bảng 8.

Bảng 7 - Cường độ tính toán của mối hàn

Bảng 8 - Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f_wunvà cường độ tính toán f_wf của kim loại hàn trong mối hàn góc

Đơn vị tính bằng megapascan

6.2.3 Bu lông phổ thông dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với các yêu cầu của TCVN 1916:1995 . Cấp độ bền của bulông chịu lực phải từ 4.6 trở lên. Bulông cường độ cao phải tuân theo các qui định riêng tương ứng. Cường độ tính toán của liên kết một bulông được xác định theo các công thức ở Bảng 9.

Trị số cường độ tính toán chịu cắt và kéo của bulông theo cấp độ bền của bulông cho trong Bảng 10. Cường độ tính toán chịu ép mặt của thép trong liên kết bulông cho trong Bảng 11.

Bảng 9 - Cường độ tính toán của liên kết một bulông

Bảng 10 - Cường độ tính toán chịu cắt và kéo của bulông

Đơn vị tính bằng megapascan

Bảng 11 - Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông f_cb

Đơn vị tính bằng megapascan

6.2.4 Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo f_ba được xác định theo công thức f_ba = 0,4 x f_ub.

Trị số cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo cho trong Bảng 12

Bảng 12 - Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo

Đơn vị tính bằng megapascan

6.2.5 Cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao trong liên kết truyền lực bằng ma sát được xác định theo công thức f_hb = 0,7 x f_ub. Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f_ubcủa thép làm bulông cường độ cao cho trong Bảng B.5, Phụ lục B.

6.2.6 Cường độ tính toán chịu kéo của sợi thép cường độ cao được xác định theo công thức f_th = 0,63 x f_u .

7 Tính toán các cấu kiện

7.1 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

7.1.1 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm tính toán về bền theo công thức

                                                   (1)

trong đó:

N là lực kéo đúng tâm tính toán;

A_n là diện tích tiết diện thực của cấu kiện.

7.2.1 Diện tích tiết diện thực bằng diện tích tiết diện nguyên trừ đi diện tích giảm yếu. Diện tích giảm yếu là diện tích bị mất đi do yêu cầu chế tạo. Đối với liên kết bulông (trừ bulông cường độ cao) khi các lỗ xếp thẳng hàng thì diện tích giảm yếu bằng tổng lớn nhất của diện tích các lỗ tại một tiết diện ngang bất kỳ vuông góc với chiều của ứng suất trong cấu kiện. Khi các lỗ xếp so le thì diện tích giảm yếu lấy trị số lớn hơn trong hai trị số sau (Hình 1a):

Giảm yếu do các lỗ xếp trên đường thẳng 1-5;

Tổng diện tích ngang của các lỗ nằm trên đường chữ chi 1 - 2 - 3 - 4 - 5 trừ đi lượng s²tl(4u) cho mỗi đoạn đường chéo giữa các lỗ;

trong đó:

s là bước lỗ so le, tức là khoảng cách song song với phương của lực giữa tâm của các lỗ trên hai đường liên tiếp nhau;

t là bề dày thanh thép có lỗ;

u là khoảng đường lỗ, là khoảng cách vuông góc với phương của lực giữa tâm các lỗ trên hai đường liên tiếp.

Đối với thép có lỗ trên hai cánh thì khoảng đường lỗ u là tổng các khoảng cách từ tâm lỗ đến sống thép góc, trừ đi bề dày cánh (Hình 1b).

Hình 1 - Cách xác định diện tích thực

7.2 Cấu kiện chịu uốn

7.2.1 Tính toán về bền

7.2.1.1 Cấu kiện bụng đặc chịu uốn trong một mặt phẳng chính được tính theo công thức:

                                                    (2)

trong đó:

M      là mômen uốn quanh trục tính toán;

W_n,min là môđun chống uốn nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán.

7.2.1.2 Độ bền chịu cắt của cấu kiện bụng đặc chịu uốn trong một mặt phẳng chính được tính theo công thức:

                                                 (3)

trong đó:

V là lực cắt trong mặt phẳng bản bụng của tiết diện tính toán;

S là mômen tĩnh đối với trục trung hòa của phần tiết diện nguyên ở bên trên vị trí tính ứng suất;

I là mômen quán tính của tiết diện nguyên;

t_w là bề dày bản bụng;

f_vlà cường độ tính toán chịu cắt của thép.

7.2.1.3 Khi trên cánh dầm có tải trọng tập trung tác dụng trong mặt phẳng bản bụng mà bên dưới không có sườn tăng cường, phải kiểm tra độ bền nén cục bộ của mép trên bản bụng theo công thức:

(4)

trong đó:

F là tải trọng tập trung;

l_z là độ dài phân bố qui đổi của tải trọng tập trung dọc theo mép trên của bản bụng  tại cao độ ứng với biên trên của chiều cao tính toán h_w của bản bụng:

l_z = b + 2h_y                                                                                                             (5)

với b là chiều dài phân bố lực của tải trọng tập trung theo chiều dài dầm; h_y là khoảng cách từ mặt trên của cánh dầm đến biên trên của chiều cao tính toán của bản bụng (Hình 2).

a) Dầm hàn; b) Dầm thép cán; c) Dầm bulông (đinh tán)

Hình 2 - Sơ đồ tính chiều dài phân bố tải trọng lên bụng dầm

Chiều cao tính toán h_w của bản bụng lấy như sau: với dầm thép cán là khoảng cách giữa các điểm bắt đầu uốn cong của bản bụng, chỗ tiếp giáp của bản bụng với cánh trên và cánh dưới (Hình 2b); với dầm hàn là chiều cao bản bụng (Hình 2a); với dầm đinh tán hay bulông là khoảng cách giữa các mép gần nhau nhất của các thép góc trên hai cánh (Hình 2c).

7.2.1.4 Tại cao độ ứng với biên trên của chiều cao tính toán của bản bụng dầm, khi đồng thời có ứng suất pháp, ứng suất tiếp và có thể có cả ứng suất cục bộ thì cần kiểm tra theo ứng suất tương đương:

                         (6)

trong đó s, t, s_c là các ứng suất pháp,ứng suất tiếp và ứng suất cục bộ vuông góc với trục dầm ở cùng một điểm tại cao độ ứng với biên trên của chiều cao tính toán của bản bụng; tvà s_c  tính theo công thức (3) và (4); còn s tính theo công thức sau:

                                                         (7)

trong đó:

s và s_c mang dấu dương nếu là kéo, dấu âm nếu là nén;

I_n là mômen quán tính của tiết diện thực của dầm;

y là khoảng cách từ biên trên của chiều cao tính toán của bản bụng đến trục trung hòa;

7.2.1.5 Cấu kiện đặc chịu uốn trong hai mặt phẳng chính được kiểm tra bền theo công thức:

                                            (8)

trong đó: x, y là khoảng cách từ điểm đang xét của tiết diện tới trục chính tương ứng.

Đồng thời với công thức (8) bản bụng dầm phải được kiểm tra bền theo các công thức (3) và (6).

7.2.1.6 Dầm đơn giản có tiết diện đặc, bằng thép có giới hạn chảy f_y ≤ 530 MPa, chịu tải trọng tĩnh, uốn trong các mặt phẳng chính, được phép tính toán có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo, công thức kiểm tra bền như sau:

Chịu uốn ở một trong các mặt phẳng chính và khi ứng suất tiếp t ≤ 0,9 f_v (trừ tiết diện ở gối):

                                  (9)

Chịu uốn trong hai mặt phẳng chính và khi ứng suất tiếp t ≤ 0,5 f_v (trừ đi tiết diện ở gối):

(10)

trong đó:

M_x, M_y là các giá trị tuyệt đối của mômen uốn;

c₁, c_x, c_ylấy theo Bảng C.1, Phụ lục C.

Tiết diện gối dầm (khi M = 0, M_x = 0; M_y= 0) được kiểm tra bền theo công thức:

                                              (11)

7.2.1.7 Đối với dầm có tiết diện thay đổi, chỉ được tính toán kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo cho một tiết diện có tổ hợp nội lực M và V lớn nhất.

7.2.1.8 Dầm liên tục và dầm ngàm, có tiết diện chữ I không đổi, chịu uốn trong mặt phẳng có độ cứng lớn nhất, chiều dài các nhịp lân cận khác nhau không quá 20, chịu tải trọng tĩnh, tính toán bền theo công thức (9) có kể đến sự phân bố lại mômen tại gối và nhịp. Giá trị tính toán của mômen uốn M được lấy như sau:

M = axM_max(12)

trong đó:

M_max là mômen uốn lớn nhất tại nhịp hoặc gối khi tính như dầm liên tục với giả thiết vật liệu làm việc đàn hồi;

a là hệ số phân bố lại mômen, tính theo công thức:

                                          (13)

với M_e­ là mômen uốn qui ước được lấy như sau:

a) Với những dầm liên tục có hai đầu mút là khớp, lấy trị số lớn hơn trong hai trị số sau:

                                       (14)

M_e = 0,5 M₂                                                                                                          (15)

trong đó:

M₁ là mômen uốn ở nhịp biên, được tính như dầm đơn giản một nhịp, kí hiệu max tức là lấy trị số lớn nhất có thể có của biểu thức đứng sau nó;

M₂ là mômen uốn lớn nhất trong nhịp trung gian được tính như dầm đơn giản một nhịp;

a là khoảng cách từ tiết diện có mômen M₁ đến gối biên;

l là chiều dài nhịp biên.

b) Trong dầm một nhịp và dầm liên tục có hai đầu mút liên kết ngàm thì M_e = 0,5M₃, với M₃ là giá trị lớn nhất trong các mômen tính được khi coi gối tựa là các khớp.

c) Dầm có một đầu liên kết ngàm, đầu kia liên kết khớp thì M_e được lấy theo công thức (14).

Giá trị của lực cắt V trong công thức (11) lấy lại tiết diện có M_max tác dụng, nếu M_max là mômen uốn ở nhịp thì kiểm tra tiết diện ở gối dầm.

7.2.1.9 Dầm liên tục và dầm ngàm thỏa mãn 7.2.1.8, chịu uốn trong hai mặt phẳng chính, có t ≤ 0,5 f_v được kiểm tra bền theo công thức (10) có kể đến sự phân bổ lại mômen theo các chỉ dẫn ở 7.2.1.8.

7.2.2 Tính toán về ổn định

7.2.2.1 Dầm tiết diện chữ I, chịu uốn trong mặt phẳng bản bụng được kiểm tra ổn định tổng thể theo công thức:

(16)

trong đó:

W_clà môđun chống uốn của tiết diện nguyên cho thớ biên của cánh chịu nén;

j_b là hệ số, xác định theo Phụ lục E

Khi xác định j_b, chiều dài tính toán l₀ của cánh chịu nén lấy như sau:

a) Trường hợp dầm đơn giản:

Là khoảng cách giữa các điểm cố kết của cánh chịu nén không cho chuyển vị ngang (các mắt của hệ giằng dọc, giằng ngang, các điểm liên kết của sàn cứng).

Bằng chiều dài nhịp dầm khi không có hệ giằng.

b) Trường hợp dầm côngxôn:

Bằng khoảng cách giữa các điểm liên kết của cánh chịu nén trong mặt phẳng ngang khi có các liên kết này ở đầu mút và trong nhịp côngxôn.

Bằng chiều dài côngxôn khi đầu mút cánh chịu nén không được liên kết chặt trong mặt phẳng ngang

7.2.2.2 Không cần kiểm tra ổn định của dầm khi:

a) Cánh chịu nén của dầm được liên kết chặt với sàn cứng (sàn bê tông cốt thép bằng bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê tông xốp; các sàn thép phẳng, thép hình, thép ống, v.v…).

b) Đối với dầm có tiết diện chữ I đối xứng và những dầm có cánh chịu nén mở rộng nhưng chiều rộng cánh chịu kéo không nhỏ hơn 0,75 chiều rộng cánh chịu nén, thì tỉ số giữa chiều dài tính toán l­₀ và chiều rộng cánh chịu nén b_fcủa dầm không lớn hơn giá trị tính theo các công thức của Bảng 13.

Bảng 13 - Giá trị lớn nhất l_o / b_f để không cần kiểm tra ổn định của dầm

7.3 Cấu kiện chịu nén đúng tâm

7.3.1 Tính toán về bền

Tính toán về bền của cấu kiện nén đúng tâm giống cấu kiện chịu nén đúng tâm, theo công thức (1), 7.1.1.

7.3.2 Tính toán về ổn định

7.3.2.1 Tính toán về ổn định của cấu kiện đặc chịu nén đúng tâm theo công thức:

                                                       (20)

trong đó:

A là diện tích tiết diện nguyên;

j là hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mãnh qui ước được tính theo các công thức:

Khi 0 < ≤ 2,5:(21)

Khi 2,5 < ≤ 4,5:                     (22)

Khi > 4,5:                                                                                          (23)

Giá trị số của hệ số j có thể lấy theo Bảng D.8, Phụ lục D.

7.3.2.2 Các cấu kiện chịu nén có bản bụng đặc, hở dạng P, có l_x < 3l_y(với l_x, l_y là độ mảnh tính toán theo các trục tương ứng x-x và y-y, xem Hình 3), được liên kết bằng các bản giằng hoặc thanh giằng cần được tính theo các chỉ dẫn ở 7.3.2.3 và 7.3.2.5.

Hình 3 -  Các cấu kiện có tiết diện dạng P

7.3.2.3 Các thanh rỗng tổ hợp từ các nhánh, được liên kết với nhau bằng các bản giằng hoặc thanh giằng, chịu nén đúng tâm thì hệ số uốn dọc j đối với trục ảo (trục vuông góc với mặt phẳng của bản giằng hoặc thanh giằng) được tính theo các công thức (21), (22), (23) hoặc tra theo Bảng D.8 Phụ lục D, trong đó thay  bằng độ mảnh tương đương quy ước  ( ). Giá trị của được tính theo các công thức ở Bảng 14.

Với những thanh tổ hợp liên kết bằng thanh giằng, ngoài việc kiểm tra ổn định của cả thanh còn phải kiểm tra ổn định của từng nhánh trong khoảng l_f  giữa các mắt.

Độ mảnh riêng của từng nhánh l₁, l₂, l₃ không được lớn hơn 40.

Khi dùng một tấm thay cho một mặt phẳng bản giằng (Hình 3) thì độ mảnh của nhánh tính theo bán kính quán tính của một nửa tiết diện đối xứng với trục vuông góc với mặt phẳng của bản giằng của phần tiết diện đó.

Đối với thanh tổ hợp liên kết bằng thanh giằng, độ mảnh riêng của các nhánh nằm giữa các mắt không được lớn hơn 80 và không vượt quá độ mảnh tương đương l_o của cả thanh.

7.3.2.4 Cấu kiện tổ hợp từ các thép góc, thép chữ [(như thanh dàn, v.v…) được ghép sát nhau hoặc qua các bản đệm được tính toán như thanh bụng đặc khi khoảng tự do của nhánh l_f giữa các bản đệm (lấy như 7.3.2.3) không vượt quá:

40 i, đối với cấu kiện chịu nén;

80 i, đối với cấu kiện chịu kéo.

trong đó i là bán kính quán tính của thép góc, thép chữ [đối với trục song song với mặt phẳng của bản đệm; khi tiết diện thanh dạng chữ thập (ghép từ hai thép góc) là bán kính quán tính nhỏ nhất của thép góc.

Trong phạm vi chiều dài thanh nén, cần đặt ít nhất hai bản đệm.

7.3.2.5 Bản giằng, thanh giằng của cấu kiện tổ hợp được tính theo lực cắt qui ước V_t không đổi theo chiều dài thanh. V_f được tính theo công thức:

V_f = 7,15. 10^-6(2330 - E / f) N / j(33)

trong đó:

N là lực nén tính toán trong thanh tổ hợp;

j là hệ số uốn dọc của thanh tổ hợp xác định theo l_o.

Lực cắt qui ước V_f được phân phối như sau:

Đối với tiết diện loại 1 và 2 (Bảng 14), mỗi mặt phẳng chứa bản (thanh) giằng vuông góc với trục tính toán một lực là 0,5 V_f;

Đối với tiết diện loại 3 (Bảng 14) mỗi mặt phẳng bản (thanh) giằng chịu một lực bằng 0,8 V_f.

7.3.2.6 Bản giằng và liên kết của nó với nhánh cột (Hình 5) được tính theo các nội lực sau:

Lực cắt trong bản:                                     T_b = V_s l / b                                                    (34)

Mômen uốn trong bản:                              M_b = V_s l / 2                                                   (35)

trong đó V_s là lực cắt qui ước tác dụng trong bản của một nhánh.

Bảng 14 - Công thức tính độ mảnh tương đương của cấu kiện rỗng

7.3.2.7 Thanh giằng được tính như hệ thanh bụng của dàn. Khi tính các thanh xiên giao nhau của hệ chữ thập, có thanh chống ngang (Hình 6) phải xét thêm nội lực phụ N_d trong thanh xiên do lực nén trong nhánh cột gây nên:

                                                 (36)

trong đó:

N_flà lực nén trong một nhánh;

A_flà diện tích tiết diện một nhánh;

A_dlà diện tích tiết diện một thanh xiên;

a là hệ số, xác định theo công thức:

a, b, l - Các kích thước, xác định theo Hình 6.

Hình 6 - Sơ đồ thanh giằng chữ thập

7.3.2.8 Các thanh dùng để giảm chiều dài tính toán của các cấu kiện chịu nén được tính theo lực cắt quy ước trong cấu kiện chịu nén, xác định theo công thức (33).

7.4 Cấu kiện chịu nén uốn, kéo uốn

7.4.1 Tính toán về bền

7.4.1.1 Không cần tính toán về bền của cấu kiện chịu nén lệch tâm, nén uốn đồng thời khi độ lệch tâm tương đối tính đổi m_e ≤ 20, tiết diện không bị  giảm yếu và giá trị của mômen uốn để tính toán về bền và ổn định là như nhau.

7.4.1.2 Tính toán về bền cấu kiện chịu nén lệch tâm, nén uốn, kéo lệch tâm, kéo uốn, làm bằng thép có giới hạn chảy f_y ≤ 530 MPa, không chịu trực tiếp tác dụng của tải trọng động, khi ≤ 0,5 f_v và N/(A_nf)>0,1 được thực hiện theo công thức:

          (37)

trong đó:

N, M_x, M_y là giá trị tuyệt đối tương ứng của lực dọc, mômen uốn của tổ hợp nội lực bất lợi nhất.

n_c, c_x, c_y là các hệ số, lấy theo Phụ lục C.

Nếu  thì chỉ được dùng công thức (37) khi thỏa mãn các yêu cầu ở 7.6.3.2.

Trong các trường hợp khác, tính toán về bền theo công thức:

                                   (38)

trong đó: x, y là các tọa độ của thớ khảo sát đối với các trục chính của tiết diện.

7.4.2 Tính toán về ổn định

7.4.2.1 Cấu kiện chịu nén lệch tâm, nén uốn phải được kiểm tra ổn định trong mặt phẳng tác dụng của mômen (dạng mất ổn định phẳng) và ngoài mặt phẳng tác dụng của mômen (dạng mất ổn định uốn xoắn).

7.4.2.2 Tính toán về ổn định cấu kiện chịu nén lệch tâm, nén uốn, có tiết diện không đổi trong mặt phẳng của mômen uốn trùng với mặt phẳng đối xứng được thực hiện theo công thức:

                                                      (39)

trong đó j_e được xác định như sau:

a) Đối với các thanh đặc lấy theo Bảng D.10, Phụ lục D phụ thuộc vào độ mảnh qui ước  và độ lệch tâm tương đối tính đổi m_e được xác định theo công thức:

m_e = hm                                                         (40)

trong đó:

h là hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện, lấy theo Bảng D.9, Phụ lục D;

là độ lệch tâm tương đối (e = M/N là độ lệch tâm; W_c là môđun chống uốn của thớ chịu nén lớn nhất).

b) Đối với thanh rỗng, khi các thanh giằng hoặc bản giằng nằm trong các mặt phẳng song song với các mặt phẳng uốn, lấy theo Bảng D.11, Phụ lục D, phụ thuộc độ mảnh tương đương qui ước (khi tính lấy theo Bảng 14) và độ lệch tâm tương đối m:

                                                       (41)

trong đó:

a là khoảng cách từ trục chính vuông góc với mặt phẳng uốn của tiết diện đến trọng tâm của nhánh chịu nén lớn nhất, nhưng không nhỏ hơn khoảng cách đến trục của bản bụng nhánh;

e= M/N là độ lệch tâm; giá trị của M và N lấy theo 7.4.2.3.

Độ lệch tâm tương đối m của thanh rỗng ba mặt, liên kết bằng thanh giằng hoặc bản giằng, chịu nén uốn, nén lệch tâm lấy theo 11.5.4.

7.4.2.3 Giá trị của lực dọc N và mômen uốn M ở trong cùng một tổ hợp tải trọng và khi đó M được lấy như sau:

a) Với cột tiết diện không đổi của hệ khung, là mômen lớn nhất trong chiều dài cột;

b) Với cột bậc, là mômen lớn nhất ở đoạn cột có tiết diện không đổi;

c) Với cột dạng công xôn, là mômen ở ngàm nhưng không nhỏ hơn mômen tại tiết diện cách ngàm một đoạn bằng 1/3 chiều dài cột;

d) Với thanh chịu nén hai đầu tựa khớp và tiết diện có một trục đối xứng trùng với mặt phẳng uốn, giá trị của M lấy theo Bảng 15;

Bảng 15 - Giá trị M

e) Với cánh trên chịu nén của giàn và của hệ lưới thanh không gian, chịu tải trọng tập trung không đúng mắt, là mômen lớn nhất trong khoảng 1/3 chiều dài khoang mắt khi tính cánh trên như dầm liên tục trên gối đàn hồi.

Với thanh chịu nén hai đầu tựa khớp và tiết diện có hai trục đối xứng, giá trị của độ lệch tâm tương đối tính đổi m_elấy theo Bảng D.12, Phụ lục D.

7.4.2.4 Tính toán về ổn định ngoài mặt phẳng uốn cấu kiện chịu nén lệch tâm có tiết diện không đổi, mômen uốn tác dụng trong mặt phẳng có độ cứng lớn nhất (I_x>I_Y) trùng với mặt phẳng đối xứng, được thực hiện theo công thức:

                                                    (42)

trong đó:

c là hệ số lấy theo 7.4.2.5;

j_y là hệ số lấy theo 7.3.2.1.

7.4.2.5 Hệ số c trong công thức (42) được tính như sau:

Khi độ lệch tâm tương đối m_x≤5:

                                                   (43)

trong đó các hệ số a và b được lấy theo Bảng 16.

Khi m_x³10:                                                                                           (44)

trong đó:

j_blà hệ số lấy theo 7.2.2.1 và Phụ lục E như trong dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên; đối với tiết diện kín thì j_b = 1,0.

Khi 5 < m_x < 10:                                                            (45)

trong đó:

C₅ tính theo các công thức (43) khi m_x = 5;

C₁₀ tính theo công thức (44) khi m_x = 10.

Khi xác định độ lệch tâm tương đối m_x, mômen tính toán M_x lấy như sau:

a) Với thanh hai đầu được giữ không cho chuyển vị trong phương vuông góc với mặt phẳng tác dụng của mômen, là mômen lớn nhất trong khoảng 1/3 chiều dài thanh (nhưng không nhỏ hơn 0,5 lần mômen lớn nhất trên cả chiều dài thanh);

b) Với thanh công xôn, là mômen ở ngàm (nhưng không nhỏ hơn mômen ở tiết diện cách ngàm một đoạn bằng 1/3 chiều dài thanh).

Khi độ mảnh thì hệ số c lấy như sau:

Với thanh tiết diện kín, c = 1;

Với thanh tiết diện chữ I, có hai trục đối xứng, c không vượt quá:

                  (46)

trong đó:

;    

b_i, t_ilà chiều rộng và chiều dày các bản (cánh, bụng) của tiết diện;

h là khoảng cách giữa trục hai cánh.

Với thanh tiết diện chữ I và chữ T có một trục đối xứng, hệ số c không vượt quá giá trị tính theo công thức D.9, Phụ lục D.

Bảng 16 - Hệ số a và b

7.4.2.6 Cấu kiện chịu nén lệch tâm, uốn trong mặt phẳng có độ cứng nhỏ nhất (I_y < I_x và e_y¹ 0), nếu l_x > l_y thì tính toán về ổn định theo công thức (39) và kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng có mômen tác dụng như thanh nén đúng tâm theo công thức.

                                                   (47)

trong đó:

j_x là hệ số lấy theo 7.3.2.1

Nếu l_x≤l_y thì kiểm tra ổn định ra ngoài mặt phẳng tác dụng của mômen là không cần thiết.

7.4.2.7 Đối với thanh rỗng chịu nén lệch tâm, có các thanh giằng nằm trong những mặt phẳng song song với mặt phẳng uốn, ngoài việc kiểm tra ổn định của cả thanh theo công thức (39) còn phải kiểm tra ổn định của từng nhánh riêng như thanh chịu nén đúng tâm theo công thức (20). Khi xác định lực dọc trong mỗi nhánh phải kể thêm lực nén N_Mdo mômen gây ra. Giá trị của N_M khi uốn trong mặt phẳng vuông góc với trục y-y (Bảng 14) như sau:

N_M = M/b đối với tiết diện loại 1 và 3;

N_M = M/2b đối với tiết diện loại 2;

Với tiết diện loại 3 khi uốn trong mặt phẳng vuông góc với trục x-x, N_M = 1,16M/b (b là khoảng cách giữa trục các nhánh).

Các nhánh của thanh rỗng chịu nén lệch tâm, có các bản giằng, được kiểm tra ổn định như cấu kiện chịu nén lệch tâm, khi đó phải kể thêm lực nén N_M do mômen và sự uốn cục bộ của nhánh do lực cắt thực tế hoặc qui ước (như cánh của giàn không thanh xiên, lực cắt qui ước lấy theo 7.4.2.10).

7.4.2.8 Ổn định của thanh bụng đặc, chịu nén uốn trong hai mặt phẳng chính, khi mặt phẳng có độ cứng lớn nhất (I_x > I_y) trùng với mặt phẳng đối xứng, được kiểm tra theo công thức:

                                                   (48)

trong đó:

;

ở đây lấy theo 7.4.2.2 nhưng thay các đại lượng m và ltương ứng bằng m_y và l_y;

c lấy theo 7.4.2.5.

Khi tính độ lệch tâm tương đối tính đổi m_ey = hm_y đối với các tiết diện chữ I có các cạnh không giống nhau, hệ số h được lấy như đối với tiết diện loại 8 Bảng D.9, Phụ lục D.

Nếu m_e < m_x  thì ngoài việc kiểm tra theo công thức (48) còn phải kiểm tra theo công thức (39) và (42) khi lấy e_y = 0.

Giá trị của độ lệch tâm tương đối tính như sau:

m_x = e_x (A / W_­x) và m_y = e_y (A / W_­y)

trong đó:

W_­xvàW_­y  là các mômen chống uốn của tiết diện đối với các thớ chịu nén lớn nhất đối với các trục x-x và y-y.

Nếu l_x>l_y  thì ngoài việc tính theo công thức (48) cần kiểm tra thêm công thức (39) với e_y = 0.

Trong trường hợp mặt phẳng có độ cứng lớn nhất (I_x > I_y) không trùng với mặt phẳng đối xứng thì giá trị của m_xđược tăng lên 25%.

7.4.2.9 Kiểm tra ổn định của thanh rỗng gồm hai nhánh bụng đặc, trục đối xứng y-y (Hình 7), các thanh giằng nằm trong hai mặt phẳng song song, chịu nén uốn trong hai mặt phẳng chính như sau:

a) Về ổn định của cả thanh trong mặt phẳng song song với mặt phẳng của các thanh giằng theo 7.4.2.2, lấy e_y = 0;

b) Về ổn định của các nhánh riêng, như cấu kiện chịu nén lệch tâm theo các công thức (39), (42). Khi đó lực dọc trong mỗi nhánh có kể thêm lực nén do M_x(xem 7.4.2.7), còn M_y phân phối cho các nhánh theo tỉ lệ độ cứng của chúng (nếu M_ynằm trong mặt phẳng của một trong các nhánh thì coi như nó truyền hoàn toàn lên nhánh đó). Khi kiểm tra theo công thức (39) thì độ mảnh của nhánh lấy thỏa mãn yêu cầu trong 7.5.2.5, khi kiểm tra theo công thức (42) thì độ mảnh của nhánh lấy ứng với khoảng cách lớn nhất giữa mắt các thanh giằng.

7.4.2.10 Bản giằng và thanh giằng trong thanh nén lệch tâm tính theo 7.3.2.6, 7.3.2.7. Lực cắt lấy bằng giá trị lớn hơn trong hai giá trị: lực cắt thực tế và lực cắt qui ước (tính theo 7.3.2.5).

Hình 7 - Tiết diện rỗng gồm hai nhánh bụng đặc

7.5 Chiều dài tính toán của các cấu kiện chịu nén và nén uốn

7.5.1 Thanh của giàn phẳng và hệ giằng

7.5.1.1 Chiều dài tính toán l_ocủa các thanh trong giàn phẳng và hệ giằng (trừ các thanh bụng chữ thập) lấy theo Bảng 17.

Bảng 17 - Chiều dài tính toán của các thanh trong giàn phẳng và hệ giằng

7.5.1.2 Nếu theo chiều dài thanh (cánh, bụng) có các lực nén N₁ và N₂ (N₁ > N₂) thì chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng giàn của thanh (Hình 8 c, d) là:

                                     (49)

Khi đó thanh được tính toán về ổn định theo lực N_1.

7.5.1.3 Chiều dài tính toán l₀của các thanh bụng chữ thập (Hình 8, e) lấy như sau:

Trong mặt phẳng giàn, bằng khoảng cách từ tâm của mắt giàn đến điểm giao nhau của chúng (l_o = l);

Ngoài mặt phẳng dàn, đối với các thanh chịu nén lấy theo Bảng 18, đối với các thanh chịu kéo lấy bằng chiều dài hình học của thanh (l_o = l₁).

7.5.1.4 Bán kính quán tính i của tiết diện thanh thép góc đơn lấy như sau:

Khi tính chiều dài tính toán của thanh bằng l hoặc 0,9l (l là khoảng cách giữa các mắt gần nhất), lấy giá trị nhỏ nhất, i = i_min;

Trong các trường hợp còn lại: lấy đối với trục của thép góc vuông góc hoặc song song với mặt phẳng giàn (i = i_xhoặc i = i_yphụ thuộc vào phương uốn dọc).

Hình 8 - Các sơ đồ thanh bụng giàn để xác định chiều dài tính toán các thanh

Bảng 18 - Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng giàn của thanh bụng chữ thập chịu nén

7.5.2 Cột

7.5.2.1 Chiều dài tính toán của cột có tiết diện không đổi hoặc các đoạn của cột bậc được tính theo công thức:

l_o = ml                                                             (50)

trong đó:

l là chiều dài của cột, từng đoạn của nó hoặc chiều cao của tầng;

m là hệ số chiều dài tính toán.

7.5.2.2 Hệ số chiều dài tính toánm của cột có tiết diện không đổi (đứng độc lập) phụ thuộc vào cách liên kết ở hai đầu cột và dạng tải trọng.

Đối với một số trường hợp liên kết và dạng tải trọng lấy theo Bảng D.1, Phụ lục D.

7.5.2.3 Hệ số chiều dài tính toánmcủa cột có tiết diện không đổi, trong mặt phẳng khung, khi xà ngang liên kết ngàm với cột được lấy như sau:

a) Với khung có chuyển vị ngang khi chịu tải (tại các nút khung không có liên kết chống chuyển vị ngang) và tải trọng tại các nút như nhau: lấy theo Bảng 19.

b) Với khung không có chuyển vị ngang khi chịu tải (các nút khung có liên kết chống chuyển vị ngang) và tải trọng tại các nút như nhau:

                           (55)

Trong công thức (55) p và n lấy như sau:

Với khung 1 tầng: ; ;

Với khung nhiều tầng:

+ Đối với tầng trên cùng: ; n = n₁ + n₂;

+ Đối với các tầng giữa: ; n = 0,5(n₁ + n₂);

+ Đối với tầng dưới cùng: ; n = 0,5(n₁ + n₂);

trong đó p₁, p₂, n₁, n₂ lấy theo Bảng 19.

c) Đối với cột có tiết diện không đổi của khung, khi một đầu của cột liên kết khớp với xà ngang còn đầu kia ngàm với móng thì trong công thức (52) của khung một tầng; (53), (54) của khung nhiều tầng; (55) của khung không có chuyển vị ngang, các giá trị của n và r lấy như sau:

Đầu trên của cột là khớp (dưới ngàm): n = 0, (I_b = 0); r = 50, (I_I = ¥);

Đầu trên của cột là ngàm (dưới khớp): n = 50, (I_b = ¥); r = 0, (I_I = 0);

Bảng 19 - Hệ số chiều dài tính toán m của cột có tiết diện không đổi

d) Đối với nhà một tầng, có chuyển vị ngang, khi tải trọng tại nút các cột không đều nhau, nhà có khối mái cứng hoặc có hệ giằng dọc nối đầu trên của tất cả các cột, thì hệ số chiều dài tính toán m_e của cột chịu tải lớn nhất tính như sau:

                                              (56)

trong đó:

mlà hệ số tính theo các công thức (51), (52), Bảng 19;

I_c, N_c là mômen quán tính và lực nén lớn nhất trong cột khảo sát;

,tương tứng là tổng lực nén và tổng mômen quán tính tiết diện của tất cả các cột ở khung khảo sát và của 4 khung lân cận (2 khung mỗi phía). Tất cả các lực N_iđều trong cùng một tổ hợp tải trọng với N_c.

Giá trị của m_etính theo công thức (56) không được nhỏ hơn 0,7.

CHÚ THÍCH: Khi tỉ số H/B > 6 (H là chiều cao của nhà nhiều tầng; B là chiều rộng của nhà), phải kiểm tra thêm ổn định tổng thể của khung như thanh tổ hợp, ngàm ở móng.

Đối với cột biên, hệ số mlấy như cột của khung một nhịp.

7.5.2.4 Hệ số chiều dài tính toán đối với các đoạn của cột bậc lấy theo Phụ lục D.

Khi xác định hệ số mcủa cột bậc trong khung nhà công nghiệp một tầng cho phép:

Không kể đến ảnh hưởng sự chịu tải và độ cứng của các cột lân cận;

Chỉ xác định chiều dài tính toán của cột đối với tổ hợp tải trọng cho lực nén lớn nhất trong các đoạn và giá trị mnhận được này sẽ dùng cho các tổ hợp tải trọng khác;

Đối với khung nhiều nhịp (từ hai trở lên), khi có khối mái cứng hoặc hệ giằng dọc nối đầu trên của các cột đảm bảo sự làm việc không gian của cả hệ khung thì chiều dài tính toán của cột khung được xác định như đối với một cột độc lập được liên kết cố định ở mức xà ngang;

Đối với cột một bậc, khi tỉ số l₂/l₁≤0,6 và N₁,N₂ > 3 thì giá trị của mlấy theo Bảng 20.

7.5.2.5 Chiều dài tính toán của cột theo hướng dọc nhà (ngoài mặt phẳng khung) bằng khoảng cách giữa các điểm liên kết không cho cột chuyển vị ra ngoài mặt phẳng khung ( gối tựa của cột, dầm cầu trục, giàn đỡ kèo, mắt liên kết với hệ giằng, với xà ngang, v.v…).

7.5.2.6 Chiều dài tính toán của thanh (đặc, rỗng) có tiết diện thay đổi có thể tham khảo Phụ lục D.3.

7.5.3 Kết cấu không gian rỗng

7.5.3.1 Khi xác định độ mảnh của các thanh thép góc đơn chịu nén hoặc không chịu lực trong kết cấu không gian rỗng, chiều dài tính toán l_o và bán kính quán tính I của các thanh lấy theo Bảng 21.

Bảng 20 - Hệ số chiều dài tính toán mcủa cột bậc

7.5.3.2 Khi xác định độ mảnh của thanh chịu kéo bằng thép và góc đơn, chiều dài tính toán và bán kính quán tính của chúng lấy như sau:

Với thanh cánh: theo Bảng 21;

Với thanh xiên:

+ Theo Hình 9 a, e: trong mặt phẳng giàn - l_dvà i_min;ngoài mặt phẳng giàn - L_d(khoảng cách giữa hai mắt liên kết với thanh cánh) và i_x(lấy với trục song song với mặt phẳng dàn);

+ Theo Hình 9 b, c, d: chiều dài l_dvà i_min.

Bảng 21 - Chiều dài tính toán l_o và bán kính quán tính i của các thanh

a, b, c - các mắt ở hai mặt tiếp giáp trùng nhau;

d, e - các mắt ở hai mặt tiếp giáp không trùng nhau.

Hình 9 - Sơ đồ kết cấu không gian rỗng, các thanh từ thép góc đơn

Bảng 22 - Chiều dài qui ước l_dccủa thanh xiên

Bảng 23 - Hệ số chiều dài tính toán của thanh xiên m_d

7.5.3.3 Chiều dài tính toán và bán kính quán tính của thanh thép ống và tiết diện ghép từ hai thép góc lấy theo 7.5.1.

7.5.4 Hệ mái lưới thanh không gian

Chiều dài tính toán của các thanh trong hệ mái lưới không gian lấy theo Bảng 24.

Bảng 24 - Chiều dài tính toán của các thanh trong hệ mái lưới không gian

7.5.5 Độ mảnh giới hạn của các thanh

7.5.5.1 Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén lấy theo Bảng 25

Bảng 25 - Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén

7.5.5.2 Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu kéo lấy theo Bảng 26.

Bảng 26 - Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu kéo

7.6 Ổn định cục bộ của các cấu kiện có tấm mỏng

7.6.1 Ổn định cục bộ của bản bụng dầm

7.6.1.1 Để đảm bảo ổn định cục bộ, bản bụng của dầm tổ hợp phải được tăng cường bằng các sườn cứng theo các qui định sau:

a. Nếu độ mảnh qui ước của bản bụng > 3,2 khi dầm chịu tải trọng tĩnh, hoặc > 2,2 khi dầm chịu tải trọng di động thì bản bụng phải được tăng cường bằng các sườn cứng ngang (Hình 10), trong đó , (h_wlà chiều cao tính toán của bản bụng dầm, xem 7.2.1.3, Hình 2; t_wlà chiều dày của bản bụng).

Khoảng cách giữa các sườn cứng ngang a ≤ 2h_w nếu > 3,2 và a ≤ 2,5h_w nếu ≤ 3,2.

Nếu chỉ tăng cường bản bụng bằng sườn cứng ngang thì kích thước của chúng lấy như sau: khi bố trí cặp sườn đối xứng, chiều rộng của sườn b_s³h_w­/30 + 40 mm;khi chỉ bố trí các sườn ở một bên của bản bụng b_s ³h_w­/24 + 50 mm. Chiều dài của sườn .

b. Tại gối tựa của dầm và tại những chỗ có tải trọng tĩnh tập trung lớn đặt ở cánh trên phải đặt các sườn tăng cường ngang. Sườn ở gối tựa (sườn đầu dầm) được tính toán theo 7.6.1.7.

c. Nếu độ mảnh của bản bụng > 5,5 thì ngoài sườn ngang còn phải tăng cường bản bụng bằng sườn tăng cường dọc (Hình 11). Sườn dọc được đặt cách mép chịu nén của bản bụng một đoạn h₁= (0,2 ¸ 0,3)h_w. Khi có sườn dọc thì kích thước các sườn lấy như sau:

Đối với sườn ngang: ; I_s là mômen quán tính của cặp sườn ngang đối với trục dọc của bản bụng;

Đối với sườn dọc: ; I_sl là mômen quán tính của sườn dọc đối với trục thẳng đứng của tiết diện dầm.

Khi chỉ bố sườn ngang và dọc ở một bên của bản bụng thì mômen quán tính của các sườn được tính đối với các trục tương ứng trên nhưng nằm ở mặt tiếp xúc của sườn với bản bụng.

7.6.1.2 Khi kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng dầm phải kể đến tất cả các thành phần của trạng thái ứng suất (s, t, s_c).

Các thành phần ứng suất được tính với giả thiết vật liệu làm việc đàn hồi theo tiết diện nguyên, không kể đến hệ j_b.

Ứng suất nén s (lấy dấu "+") ở biên của ô bản khảo sát và ứng suất tiếp trung bình t được tính theo các công thức:

                                                        (57)

                                                      (58)

trong đó: M,V là giá trị trung bình của mômen và lực cắt trong phạm vi của ô bản. Nếu chiều dài của ô nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao tính toán của nó (a ≤ h_w) thì M,V lấy tại tiết diện giữa ô; nếu a > h_wthì M và V lấy tại tiết diện giữa của phần ô bản có ứng suất lớn hơn và có chiều dài h_w; nếu trong phạm vi ô kiểm tra có M và V đổi dấu thì giá trị trung bình của chúng lấy trên phần ô có giá trị tuyệt đối của nội lực lớn.

Ứng suất cục bộ s_c trong bản bụng do tải trọng tập trung được tính theo công thức (4) và 10.5.6 (khi g₁ = 1,1).

Nếu trong ô có tải trọng tập trung đặt ở cánh chịu kéo thì kiểm tra do tác dụng đồng thời của hai thành phần ứng suất s và thoặc s_c và t.

7.6.1.3 Không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm khi:

≤ 3,5, trong trường hợp không có ứng suất cục bộ;

≤ 2,5, trong trường hợp có ứng suất cục bộ.

Khi đó chỉ cần đặt các sườn cứng ngang theo chỉ dẫn ở 7.6.1.1.

7.6.1.4 Kiểm tra ổn định của bản bụng dầm có tiết diện đối xứng, chỉ tăng cường bằng các sườn cứng ngang, khi ứng suất cục bộ s_c = 0, và độ mảnh qui ước  < 6 theo công thức:

                             (59)

trong đó:

                                                      (60)

                                    (61)

Trong công thức (60) hệ số c_cr lấy như sau:

Đối với dầm hàn, theo Bảng 27, phụ thuộc hệ số:

                                              (62)

trong đó:

b­_f, t_flà chiều rộng và chiều dày của cánh chịu nén;

blà hệ số, lấy theo Bảng 28.

Bảng 27 - Hệ số c_cr

Bảng 28 - Hệ số b

Đối với dầm bulông cường độ cao lấy c_cr = 35,2.

Trong công thức (61):

trong đó:

d là cạnh bé của ô bản (h_whoặc a);

m là tỉ số giữa cạnh lớn của ô bản chia cho cạnh nhỏ.

7.6.1.5 Kiểm tra ổn định của bản bụng dầm có tiết diện đối xứng, chỉ tăng cường bằng các sườn ngang (Hình 10a), khi ứng suất cục bộ s_c ¹ 0, theo công thức:

                        (63)

trong đó:

s, s_c, t được tính theo các công thức ở 7.6.1.2;

t_cr tính theo công thức (61);

                        (64)

với:

c­₁ là hệ số, đối với dầm hàn lấy theo Bảng 29 phụ thuộc vào giá trị của a/h_w và d (theo công thức (62); đối với dầm bulông cường độ cao lấy theo Bảng 30.

Nếu tải trọng đặt ở cánh chịu kéo (Hình 10 b) thì kiểm tra ổn định của bản bụng được thực hiện theo hai tổ hợp ứng suất:

s và t (cho biên chịu nén)

s_c và t, (cho biên chịu kéo), khi đó tính hệ số d theo công thức (62) thì b_f và t_f là chiều rộng và dày của cánh chịu kéo.

b) Khi a/h_w > 0,8 là tỉ số s_c/s lớn hơn các giá trị cho trong Bảng 31 thì:

                                                      (65)

trong đó:

c₂ là hệ số lấy trong Bảng 32;

s_c,cr­ là tính theo công thức (64), trong đó nếu a/h_w­ > 2 thì lấy a = 2h_w

Bảng 29 - Giá trị của c₁ đối với dầm hàn

Bảng 30 - Giá trị của c₁ đối với dầm bulông cường độ cao

Bảng 31 - Giá trị giới hạn của s­_c/s

Bảng 32 - Hệ số c₂

c) Khi a/h_w < 0,8 và tỉ số s_c/s không lớn hơn các giá trị cho trong Bảng 31 thì:

s_cr tính theo công thức (60);

s_c, _cr tính theo công thức (64) nhưng đặt a/2 thay cho a khi tính cũng như ở trong Bảng 30. Trong mọi trường hợp t_cr đều được tính theo kích thước thực của ô bản.

a) Tải trọng tập trung F đặt ở cánh chịu nén, (s_t - ứng suất kéo);

b) Tải trọng tập trung F đặt ở cánh chịu kéo.

CHÚ DẪN:

1. Sườn cứng ngang;

2. Sườn cứng dọc.

Hình 10 - Sơ đồ dầm được tăng cường bằng các sườn cứng ngang

CHÚ DẪN:

1. Sườn cứng ngang;

2. Sườn cứng dọc.

Hình 11 - Sơ đồ dầm được tăng cường bằng các sườn cứng dọc và ngang

7.6.1.6  Kiểm tra ổn định của bản bụng dầm có tiết diện không đối xứng (cánh chịu nén mở rộng) theo chỉ dẫn ở 7.6.1.4, 7.6.1.5 nhưng có kể đến các thay đổi sau: trong công thức (60), (65) và Bảng 32 giá trị của h_w lấy bằng hai lần khoảng cách từ trục trung hòa đến biên tính toán chịu nén của ô bản. Nếu a/h_w > 0,8 và s_c ¹ 0 thì cần kiểm tra cả hai trường hợp theo 7.6.1.5b và 7.6.1.5c không phụ thuộc vào giá trị của s_c/s.

7.6.1.7 Tại gối tựa, bản bụng của dầm tổ hợp phải được tăng cường bằng các sườn ngang (sườn đầu dầm). Sườn đầu dầm được tính theo uốn dọc ra ngoài mặt phẳng của bản bụng như một thanh đứng chịu phản lực gối. Tiết diện tính toán của thanh gồm tiết diện của sườn và phần bản bụng ở hai bên sườn, mỗi bên rộng bằng .

Chiều dài tính toán của thanh bằng chiều cao bản bụng. Tiết diện mút dưới của sườn gối (Hình 12) phải được bào nhẵn, tì sát hoặc hàn vào cánh dưới của dầm. Ứng suất tại tiết diện này do phản lực gối tựa trong trường hợp thứ nhất (Hình 12, a) không vượt quá cường độ tính toán của thép cán về ép mặt khi a ≤ 1,5t_s và về nén khi a > 1,5t_s; trong trường hợp thứ hai (Hình 12, b) không vượt quá cường độ ép mặt).

Khi hàn sườn gối với cánh dưới của dầm thì đường hàn được tính với phản lực gối tựa.

a) Sườn gối ở đầu mút dầm, mặt tựa được bào nhẵn;

b) Sườn gối ở gần đầu mút dầm, tì sát hoặc hàn vào cánh dưới.

Hình 12 - Sơ đồ đặt sườn cứng ở gối

7.6.2 Ổn định cục bộ của bản bụng cột

7.6.2.1 Cột chịu nén đúng tâm (m = 0), cột chịu nén lệch tâm và nén uốn (m > 0, tiết diện chữ I hoặc hình hộp, Hình 13) ngoài việc được kiểm tra ổn định theo các công thức (20), (39), (48) thì tỉ số giữa chiều cao tính toán và chiều dày của bản bụng h_w/t_w không được vượt quá trị số giới hạn [h_w/t_w] cho trong Bảng 33.

7.6.2.2 Đối với cột chịu nén lệch tâm và nén uốn, tiết diện chữ I hoặc hình hộp (Hình 13) mà điều kiện ổn định được kiểm tra theo công thức (42) thì giá trị giới hạn của h_w/t_w phụ thuộc vào giá trị của thông số a = (s - s₁)/s (với s là ứng suất nén lớn nhất tại biên của bản bụng, mang dấu "+", khi không kể đến các hệ số j_e, j_exy hoặc c_j; s₁ là ứng suất tại biên tương ứng của bản bụng), được lấy như sau:

Khi a≤0,5, lấy theo 7.6.2.1;

Khi a³ 1, tính theo công thức:

       (66)

trong đó:

, (với  là ứng suất tiếp trung bình trong tiết diện khảo sát).

Khi 0,5 < a < 1, nội suy tuyến tính giữa các giá trị được tính với a = 0,5 và a = 1.

Hình 13 - Sơ đồ cột chịu nén

lệch tâm có tiết diện chữ I và hình hộp

Bảng 33 - Giá trị giới hạn [h_w/t_w]

7.6.2.3 Đối với cột chịu nén lệch tâm, nén uốn có tiết diện khác chữ I hoặc hình hộp (trừ tiết diện chữ T), giá trị của [h_w/t_w] ở 7.6.2.2 được nhân với hệ số 0,75.

7.6.2.4 Đối với các cột chịu nén đúng tâm, nén uốn, nén lệch tâm tiết diện chữ T, có độ mảnh qui ước  từ 0,8 đến 4 và khi 1 ≤ b_f­/h_w ≤ 2 (với b_f là chiều rộng của cánh chữ T;h_w là chiều cao bản bụng chữ T). thì tỉ số h_w/t_w không được vượt quá giá trị tính theo công thức:

          (67)

Khi  < 0,8 hoặc  > 4 thì trong công thức (67) lấy tương ứng  = 0,8 hoặc  = 4.

Khi tiết diện của cấu kiện được chọn theo độ mảnh giới hạn thì giá trị giới hạn của h_w/t_w được nhân với hệ số hoặc ), nhưng không lớn hơn 1,25 h_w/t_w.

7.6.2.5 Với cột tiết diện chữ I, khi giá trị thực tế của h_w/t_w vượt quá trị giới hạn [h_w/t_w] qui định ở 7.6.2.1 (đối với cột chịu nén đúng tâm không lớn hơn 2 lần) thì:

a) Khi kiểm tra ổn định cột chịu nén đúng tâm theo công thức (20) diện tích tiết diện A chỉ gồm diện tích của hai cánh và hai phần bản bụng tiếp giáp với hai cánh, mỗi phần rộng 0,5t_w[h_w/t_w].

b) Khi kiểm tra ổn định của cột nén lệch tâm và nén uốn theo công thức (39), (48), diện tích tiết diện A chỉ gồm diện tích hai cánh và hai phần bản bụng tiếp giáp với hai cánh, mỗi phần rộng 0,85t_w[h_w/t_w].

Giá trị của [h_w/t_w] được lấy tương ứng theo Bảng 33.

7.6.2.6 Khi bản bụng của cột đặc có h_w/t_wthì phải gia cường bằng các sườn cứng ngang đặt cách nhau một khoảng từ 2,5h_w đến 3h_w. Trong trường hợp cột phải vận chuyển thì mỗi đoạn cột phải được gia cường không ít hơn 2 sườn. Kích thước của các sườn cứng ngang lấy theo 7.6.1.1.

7.6.3 Ổn định cục bộ của bản cánh dầm và cột

7.6.3.1 Chiều rộng tính toán b_o của bản cánh lấy như sau:

Trong cấu kiện hàn: bằng khoảng cách từ biên của bản bụng đến mép của bản cánh;

Trong các thép cán định hình: từ điểm bắt đầu uốn cong phía trong của cánh đến mép của bản cánh;

Trong các định hình cong: từ điểm cuối đoạn cong của bản bụng đến mép của bản cánh (Hình 14).

7.6.3.2 Trong dầm, tỉ số giữa chiều rộng tính toán và chiều dài của bản cánh b_c/t_f không được lớn hơn giá trị [b­_c/t_f] giới hạn cho ở Bảng 34.

Phần nhô a_o của mép viền định hình cong (Hình 14) không được nhỏ hơn 0,3b_­o khi không có bản giằng; không nhỏ hơn 0,2b_­o khi có bản giằng; chiều dày của mép viền không được nhỏ hơn 2a_o.

7.6.3.3 Đối với cột chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm, nén uốn có độ mảnh qui ước 0,8 ≤  ≤ 4, tỉ số [b­_ot_f] không được lớn hơn các giá trị xác định theo các công thức trong Bảng 35.

Khi  < 0,8 hoặc > 4 thì các công thức trong Bảng 35 lấy tương ứng với  = 0,8 hoặc = 4.

Hình 14 - Sơ đồ tiết diện ngang của định hình cong

Bảng 34 - Giá trị giới hạn [b­_c/t_f]

Bảng 35 - Giá trị giới hạn của [b­_o/t_f]

7.6.3.4 Đối với cột chịu nén đúng tâm có tiết diện hình hộp giá trị [b­_o/t_f] lấy theo Bảng 33 như đối với bản bụng của tiết diện hình hộp.

Đối với cột chịu nén lệch tâm, nén uốn có tiết diện hình hộp, giá trị của [b­_o/t_f] được lấy như sau:

Khi m ≤ 0,3: như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm;

Khi m ³ 1,0 và  ≤ 2 + 0,04m; [b­_o/t_f] =

Khi m ³ 1,0 và  > 2 + 0,04m; [b­_o/t_f] = .

Khi giá trị của độ lệch tâm tương đối 0,3 < m < 1 thì [b­_o/t_f] được nội suy tuyến tính theo các giá trị ứng với m = 0,3 và m = 1.

7.6.3.5 Khi tiết diện của cột chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm, nén uốn được chọn theo độ mảnh giới hạn và của dầm theo độ võng giới hạn thì giá trị của [b­_o/t_f] được nhân với hệ số nhưng không lớn hơn 1,25, trong đó j_m và s lấy như sau:

Đối với cột chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm và nén uốn: j_m là giá trị nhỏ nhất trong các giá trị của j_, j_e, j_exy, c_j dùng khi kiểm tra ổn định của cột; còn s = N/A.

Đối với cấu kiện chịu uốn: j_m = 1; còn s là giá trị lớn hơn trong hai giá trị tính theo vế trái của các công thức (8) và (16).

7.7 Kết cấu thép tấm

7.7.1 Tính toán về bền

7.7.1.1 Kiểm tra độ bền của kết cấu tấm vỏ tròn xoay theo trạng thái ứng suất phi mômen theo công thức:

                           (68)

trong đó:

s_x và s_y là các ứng suất pháp theo hai phương vuông góc với nhau;

t_xy là ứng suất tiếp.

Ngoài ra, các giá trị tuyệt đối của các ứng suất chính không được lớn hơn fg_c.

7.7.1.2 Các ứng suất trong vỏ mỏng tròn xoay tính theo lý thuyết phi mômen (Hình 15), chịu áp lực của chất lỏng, chất khí hoặc vật liệu hạt được xác định theo công thức:

                                                  (69)

                                               (70)

trong đó:

s₁ và s₂ là các ứng suất tương ứng theo phương kinh tuyến và phương vòng;

r₁ và r₂ là bán kính cong theo các phương chính của mặt trung bình của vỏ;

p là áp lực tính toán trên một đơn vị bề mặt của vỏ;

t là chiều dày của vỏ;

F là hình chiếu lên trục z-z của toàn bộ áp lực tính toán tác dụng lên phần vỏ abc (Hình 15);

r và b là bán kính và góc như trên Hình 15.

7.7.1.3 Vỏ mỏng kín, tròn xoay, chịu áp lực phân bố đều bên trong, khi tính theo trạng thái phi mômen các ứng suất được xác định theo những công thức:

Đối với vỏ trụ:  và                                                                                 (71)

Đối với vỏ cầu:                                                                                          (72)

Đối với vỏ nón: và                                                                   (73)

trong đó:

p là áp lực tính toán bên trong trên một đơn vị diện tích bề mặt vỏ;

r là bán kính mặt trung bình của vỏ (Hình 16);

b là góc giữa đường sinh của mặt nón và trục z-z của nó (Hình 16).

7.7.1.4 Ở những chỗ vỏ thay đổi hình dạng, thay đổi chiều dày, cũng như có tải trọng thay đổi phải kể đến ứng suất cục bộ (hiệu ứng biên).

7.7.2 Tính toán về ổn định

7.7.2.1 Vỏ trụ kín, chịu nén đều song song với đường sinh, được kiểm tra ổn định theo công thức:

                                                     (74)

trong đó:

s₁ là ứng suất tính toán trong vỏ;

s_cr1 là ứng suất tới hạn, lấy bằng giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị: yf hoặc cEt/r (ở đây r là bán kính của mặt trung bình của vỏ, t là chiều dài vỏ).

Giá trị của hệ số y khi 0 < r/t ≤ 300 được tính theo công thức:

                       (75)

Giá trị của hệ số c lấy theo Bảng 36.

Bảng 36 - Giá trị của hệ số c

Khi vỏ chịu nén lệch tâm song song với đường sinh, hoặc chịu uốn thuần túy trong mặt phẳng đường kính, nếu ứng suất tiếp ở chỗ mômen lớn nhất , thì giá trị của ứng suất s_cr1 được tăng lên bằng cách nhân với (1,1-0,1s^'₁/s₁), trong đó: s^'₁ là ứng suất nhỏ nhất (ứng suất  kéo được qui ước là âm).

7.7.2.2 Thép ống có độ mảnh qui ước và khi tỉ số:

                                              (76)

sẽ được tính theo cấu kiện chịu nén hoặc nén uốn. Ổn định tổng thể của chúng được kiểm tra theo các công thức ở 7 không phụ thuộc vào việc kiểm tra ổn định của thành ống. Đối với các loại ống không có đường hàn dọc, không cần kiểm tra ổn định của thành ống nếu tỉ số r/t không lớn quá một nửa giá trị tính theo công thức (76).

7.7.2.3 Vỏ trụ kín tròn xoay, chịu tác động của áp lực phân bố đều từ phía ngoài vuông góc với mặt vỏ, được tính toán về ổn định theo công thức:

                                                    (77)

trong đó:

s₂ = pr/t là ứng suất vòng tính toán trong vỏ;

s_cr2 là ứng suất tới hạn, xác định theo các công thức sau:

Khi 0,5 ≤ l/r ≤ 10:                                                                       (78)

Khi l/r ³ 20:                                                                                         (79)

Khi 10 ≤ l/r ≤ 20, giá trị của s_cr2 được nội suy tuyến tính theo các giá trị ứng với l/r = 10 và l/r = 20.

(ở đây l là chiều dài vỏ trụ).

Nếu vỏ được tăng cường bằng các sườn vòng có khoảng cách giữa các trục sườn là S ³ 0,5r, thì khi kiểm tra ổn định theo các công thức (77) đến (79), giá trị của l được thay bằng s. Khi đó để đảm bảo tính ổn định của vành, mômen quán tính của nó lấy theo trục song song với đường sinh không được nhỏ hơn giá trị psr³/3E. Diện tích tính toán gồm diện tích của sườn cộng thêm diện tích phần vỏ có chiều rộng về mỗi phía của sườn (tính từ trục sườn). Còn độ mảnh quy ước không được lớn hơn 6,5. Trường hợp sườn chỉ đặt ở một phía của vỏ thì mômen quán tính được lấy đối với trục trùng với mặt tiếp xúc của vỏ và sườn.

7.7.2.4 Vỏ trụ kín chịu tác dụng đồng thời của các tải trọng nêu ở 7.7.2.1 và 7.7.2.3 được kiểm tra ổn định theo công thức:

                                              (80)

trong đó:

s_cr1 được tính theo 7.7.2.1;

s_cr2 được tính theo 7.7.2.3;

7.7.2.5 Vỏ nón tròn xoay, có góc nghiêng , chịu lực nén dọc trục N (Hình 17), được kiểm tra về ổn định theo công thức:

N ≤ g_cN_cr                                                         (81)

trong đó:

N_cr là lực nén tới hạn, tính theo công thức:

                                   (82)

với:

t là chiều dày của vỏ;

s_cr1 là ứng suất tới hạn, tính theo 7.7.2.1 nhưng thay bán kính r bằng bán kính r_m:

                                             (83)

Hình 17 - Sơ đồ vỏ nón tròn xoay chịu lực nén dọc trục

7.7.2.6 Vỏ nón tròn xoay, chịu áp lực phân bố đều từ phía ngoài p vuông góc với mặt vỏ, được kiểm tra về ổn định theo công thức:

                                                    (84)

trong đó:

s₂ = pr_m/t là ứng suất tính toán trong vỏ;

s_cr2 là ứng suất tới hạn, tính theo công thức sau:

                            (85)

Với: h là chiều cao của vỏ nón (khoảng cách giữa hai đáy);

r_m là bán kính, tính theo công thức (83).

7.7.2.7 Vỏ nón tròn xoay, chịu tác dụng đồng thời của các tải trọng nêu ở điều 7.7.2.5 và 7.7.2.6 được kiểm tra về ổn định theo công thức

                                              (86)

trong đó các giá trị của N_cr và s_cr2 được tính theo các công thức (82) và (85).

7.7.2.8 Vỏ cầu (hoặc chỏm cầu) có tỉ số r/t ≤ 750, chịu áp lực phân bố đều từ phía ngoài vuông góc với mặt vỏ kiểm tra ổn định theo công thức:

                                                     (87)

trong đó:

s = pr/2t là ứng suất tính toán;

s_cr = 0,1Et/r là ứng suất tới hạn, lấy không lớn hơn f;

r là bán kính trung bình của vỏ.

7.7.2.9 Các yêu cầu bổ sung khi tính toán giàn thép ống tham khảo Phụ lục G

8 Tính toán liên kết

8.1 Liên kết hàn

8.1.1 Hàn đối đầu

8.1.1.1 Liên kết hàn đối đầu chịu kéo hoặc nén đúng tâm với lực dọc N được tính theo công thức:

                                                      (88)

trong đó:

t là chiều dày nhỏ nhất của các cấu kiện được liên kết;

l_w là chiều dài tính toán của đường hàn, bằng chiều dài thực (chiều dài hình học) trừ đi 2t, hoặc bằng chiều dài thực nếu hai đầu của đường hàn kéo dài quá giới hạn nối (khi hàn trên bản lót).

Không cần kiểm tra bền liên kết hàn đối đầu khi dùng loại que hàn theo Bảng B.1, Phụ lục B, khi các cấu kiện liên kết được hàn đầy và có kiểm tra chất lượng mối hàn bằng các phương pháp vật lý.

8.1.1.2 Liên kết hàn đối đầu được kiểm tra chất lượng bằng phương pháp vật lý, chịu tác dụng đồng thời của ứng suất pháp và tiếp, được kiểm tra bền theo công thức (6) trong đó thay s, s_c, t và f tương ứng bằng s_xw, s_yw, t_w và f_w (lần lượt là các ứng suất pháp theo hai phương vuông góc, ứng suất tiếp trong đường hàn và cường độ tính toán của đường hàn đối đầu).

8.1.2 Liên kết hàn góc

8.1.2.1 Liên kết hàn dùng đường hàn góc, chịu tác dụng của lực dọc và lực cắt được kiểm tra bền (cắt qui ước) theo hai tiết diện:

Theo kim loại đường hàn (tiết diện 1 trên Hình 18):

                                           (89)

Theo kim loại ở biên nóng chảy (tiết diện 2 trên Hình 18):

                                           (90)

trong đó:

l_w là chiều dài tính toán của đường hàn, bằng chiều dài thực của nó trừ đi 10 mm;

h_f là chiều cao của đường hàn góc;

b­_f và b­_s là các hệ số lấy như sau: khi các cấu kiện được hàn là thép có giới hạn chảy f_y ≤ 530 MPa, lấy theo Bảng 37; khi f_y > 530 MPa không phụ thuộc vào phương pháp hàn, vị trí đường hàn và đường kính que hàn lấy b_f = 0,7 và b_s = 1.

CHÚ DẪN:

1 - Tiết diện theo kim loại đường hàn

2 - Tiết diện theo kim loại ở biên nóng chảy

Hình 18 - Sơ đồ tiết diện tính toán của đường hàn góc

Bảng 37 - Hệ số b­_f và b­_s

8.1.2.2 Liên kết hàn dùng đường hàn góc chịu mômen:

Khi mômen tác dụng nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng bố trí đường hàn, độ bền của đường hàn được tính theo công thức:

+ Theo kim loại đường hàn:                                                                          (91)

+ Theo kim loại ở biên nóng chảy:                                                                (92)

trong đó:

W_f, W_s là mô đun chống uốn của tiết diện tính toán theo kim loại đường hàn và theo biên nóng chảy của thép cơ bản.

Khi mômen tác dụng nằm trong mặt phẳng bố trí đường hàn, độ bền của đường hàn được tính theo công thức:

+ Theo kim loại đường hàn:                                                     (93)

+ Theo kim loại ở biên nóng chảy:                                            (94)

trong đó:

I_xw, I_yw là các mômen quán tính của tiết diện tính toán theo kim loại đường hàn đối với các trục chính x-x, y-y của nó;

I_xs, I_ys là cũng như trên nhưng theo kim loại ở biên nóng chảy của thép cơ bản;

x, y là các tọa độ của những điểm xa nhất so với gốc tọa độ trọng tâm theo các trục chính x-x, y-y (Hình 19).

Hình 19 - Đường hàn góc chịu mômen tác dụng trong

mặt phẳng bố trí đường hàn

8.1.2.3 Đường hàn góc chịu đồng thời tác dụng của lực dọc, lực cắt và mômen được kiểm tra bền theo công thức:

và                                 (95)

trong đó:

t_wf và t_ws­ là các ứng suất trong tiết diện tính toán theo kim loại đường hàn và kim loại ở biên nóng chảy, bằng tổng hình học các ứng suất gây bởi lực dọc, lực cắt và mômen.

8.2 Liên kết bulông

8.2.1 Khi liên kết bulông chịu tác dụng của lực dọc N đi qua trọng tâm chịu kéo của liên kết thì lực phân phối lên các bulông coi như đều nhau.

8.2.2 Khả năng chịu lực tính toán của một bulông được tính như sau:

Chịu cắt:                                                 [N]_vb = f_vbg_bAn_v                                                  (96)

Chịu ép mặt:                                           [N]_cb = f_cbg_bdSt                                                  (97)

Chịu kéo:                                                  [N]_tb = f_tbA_bn                                                                                                        (98)

trong đó:

f_vb, f_cb, f_tb lần lượt là cường độ tính toán chịu cắt, chịu ép mặt và chịu kéo của bulông;

d là đường kính ngoài của bulông;

A = pd²/4 là diện tích tiết diện tính toán của thân bulông;

A_bn­ là diện tích tiết diện thực của thân bulông, lấy theo Bảng B.4, Phụ lục B;

St là tổng chiều dài nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía;

n_v là số lượng các mặt cắt tính toán;

g_b là hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông, lấy theo Bảng 38.

8.2.3 Số lượng bulông trong liên kết khi chịu lực dọc N được tính theo công thức:

                                                   (99)

trong đó:

[N]_min là giá trị nhỏ nhất trong các khả năng chịu lực của một bulông tính theo 8.2.2

Bảng 38 - Hệ số điều kiện làm việc g_b

8.2.4 Khi tác dụng của mômen gây trượt các cấu kiện được liên kết thì lực phân phối cho các bulông tỷ lệ với khoảng cách từ trọng tâm của liên kết đến bulông khảo sát.

8.2.5 Bulông chịu cắt và kéo đồng thời được kiểm tra chịu cắt và kéo riêng biệt.

Bulông chịu cắt do tác dụng đồng thời của lực dọc và mômen được kiểm tra theo hợp lực của các nội lực thành phần.

8.2.6 Khi các cấu kiện được liên kết với nhau qua cấu kiện trung gian, hoặc khi dùng bản nối ở một phía thì số lượng bulông phải tăng lên 10% so với tính toán.

8.3 Liên kết bulông cường độ cao

8.3.1 Liên kết bulông cường độ cao được tính toán với giả thiết là nội lực trong liên kết được truyền bằng ma sát nảy sinh trên mặt tiếp xúc của các cấu kiện được nối do lực xiết bulông.

8.3.2 Lực trượt tính toán mà mỗi mặt ma sát của những cấu kiện được liên kết có thể chịu được khi xiết một bulông cường độ cao được tính toán theo công thức:

                                           (100)

trong đó:

f_hb là cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao, lấy theo 6.2.5;

m là hệ số ma sát, lấy theo Bảng 39;

gb₂ là hệ số độ tin cậy, lấy theo Bảng 39;

A_bn là diện tích tiết diện thực của bulông, lấy theo Bảng B.4, Phụ lục B;

gb₁ là hệ số điều kiện làm việc của liên kết, phụ thuộc số lượng bulông chịu lực n_a trong liên kết, giá trị của gb₁ lấy như sau:

gb₁ = 0,8 nếu n_a <5;

gb₁ = 0,9 nếu 5 ≤ n_a < 10;

gb₁ = 1,0 nếu n_a³ 10.

Số lượng bulông cường độ cao n_a cần thiết để chịu lực dọc N được tính theo công thức:

                                                (101)

trong đó: n_f là số lượng ma sát của liên kết.

Lực kéo trong thân bulông xiêt êcu gây nên: P = f_hbA_bn.

8.3.3 Kiểm tra bền các bản thép được liên kết theo tiết diện giảm yếu bởi lỗ bulông được tiến hành khi coi như một nửa lực đi qua mỗi bulông đã được truyền bằng lực ma sát. Do đó diện tích của tiết diện giảm yếu được tính như sau:

Khi chịu tải trọng động: bằng diện tích thực A_n;

Khi chịu tải trọng tĩnh:bằng diện tích tiết diện nguyên A nếu A_n³ 0,85A;

                                    bằng diện tích qui ước A_c­ = 1,18A_n nếu A_­n­ nếu A_n < 0,85A.

Bảng 39 - Hệ số ma sát m và hệ số độ tin cậy g_b2

9 Tính toán kết cấu thép theo độ bền mỏi

9.1 Các kết cấu chịu trực tiếp tác dụng của tải trọng di động, tải trọng rung động hoặc các tải trọng khác, có số lượng chu kỳ tải trọng từ 10⁵ trở lên, thí dụ: dầm cầu trục, dầm sàn công tác, cầu đỡ tải, bun-ke, kết cấu đỡ động cơ, v.v… cần được tính toán theo điều kiện bền mỏi.

Các công trình cao như: ăng ten, ống khói, trụ, tháp, cầu trục khi kiểm tra cộng hưởng do tác dụng của tải trọng gió cần tính toán theo điều kiện bền mỏi.

Số lượng chu kỳ tải trọng n_Q lấy theo yêu cầu công nghệ khi sử dụng.

Tải trọng để tính toán về bền mỏi lấy theo các qui định của TCVN 2737:1995

Các loại kết cấu kiểm tra theo điều kiện bền mỏi phải được thiết kế cấu tạo sao cho ứng suất tập trung chúng không lớn.

9.2 Công thức kiểm tra theo điều kiện bền mỏi như sau:

                                                  (102)

trong đó:

f_f là cường độ tính toán về mỏi, lấy theo Bảng 40 phụ thuộc vào cường độ kéo đứt tức thời của thép và nhóm cấu kiện ở Bảng F.1, Phụ lục F;

a là hệ số, kể đến số lượng chu kỳ tải trọng n_Q và được tính theo công thức:

Khi n_Q < 3,9 x 10⁶:

Đối với các nhóm cấu kiện 1 và 2:

                  (103)

Đối với các nhóm cấu kiện 3 và 8:

                   (104)

Khi n_Q³ 3,9 x 10⁶, lấy a = 0,77;

g_f là hệ số, lấy theo Bảng 41, phụ thuộc vào trạng thái ứng suất và hệ số không đối xứng của ứng suất r = s_min/s_max, với s_max và s_min tương ứng là các ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất (tính theo trị tuyệt đối) trong cấu kiện, tính theo tiết diện giảm yếu, không kể đến các hệ số j, j_e, j_b. Khi các ứng suất khác dấu nhau, hệ số r mang dấu "-".

Khi kiểm tra theo công thức (102), tích số af_fg_f không được vượt quá giá trị f_u/g_M; g_M = 1,3.

9.3 Đối với các kết cấu chịu tác dụng trực tiếp tải trọng động có số lượng chu kỳ nhỏ hơn 10⁵ thì phải dùng các giải pháp cấu tạo sao cho ứng suất tập trung trong chúng là nhỏ và khi cần thiết vẫn phải kiểm tra về bền mỏi theo số lượng chu kỳ nhỏ.

Bảng 40 - Cường độ tính toán về mỏi f_f

Đơn vị tính bằng megapascan

Bảng 41 - Hệ số g_f

10 Các yêu cầu kỹ thuật và cấu tạo khác khi thiết kế cấu kiện cấu thép

10.1 Dầm

10.1.1 Trong dầm hàn tiết diện chữ I chỉ dùng bản cánh bằng một lớp thép tấm (trừ dầm cầu trục). Trong dầm bulông cường độ cao bản cánh có thể gồm nhiều tấm thép nhưng số lượng lớp thép tấm không lớn hơn 3. Khi đó diện tích các thép góc cánh không được nhỏ hơn 30% diện tích toàn bộ cánh.

10.1.2 Chiều rộng cánh dầm hàn nên thỏa mãn các điều kiện: b_f³ 180 mm và b_f ³ (1/10)h và phải thỏa mãn yêu cầu về ổn định cục bộ ở 7.6.3.2. Chiều dài bản cánh t_f ≤ 40 mm.

10.1.3 Các đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng cũng như liên kết các cấu kiện phụ vào dầm (ví dụ sườn cứng) là đường hàn liên tục.

10.1.4 Tại những chỗ cánh dầm có tải trọng tập trung (kể cả tải trọng của các tấm bê tông có sườn), bản bụng dầm thường được gia cường bằng các sườn cứng ngang.

10.1.5 Các sườn cứng ngang của dầm hàn được đặt cách đầu nối của bản bụng một khoảng không nhỏ hơn 10 lần chiều dày bản bụng, còn các đường hàn của sườn dọc với bản bụng nằm cách đầu nối này một đoạn là 40 mm.

10.1.6 Trong các dầm hàn tiết diện chữ I chịu tải trọng tĩnh, hoặc của các kết cấu phụ thường dùng sườn cứng ngang một bên (trừ sườn đầu dầm) bố trí cả ở một mặt của bản bụng. Nếu dùng đường hàn góc một phía để liên kết cánh và bụng dầm thì các sườn cứng ngang được bố trí ở phía đối diện các bản bụng.

10.1.7 Đối với các sườn gối, khi tính theo điều kiện ép mặt, mặt tì của đầu dưới sườn với cánh dầm (hoặc với gối kê) phải được bào nhẵn, tiếp xúc chặt. Khi dùng sườn gối hàn vào mút đầu dầm, độ nhô của sườn ra khỏi cánh dưới dầm lấy nhỏ hơn hoặc bằng 1,5t_s (t­_s - chiều dài của sườn gối).

10.1.8 Liên kết cánh của dầm tổ hợp:

10.1.8.1 Đường hàn và bulông cường độ cao liên kết bản bụng và bản cánh của dầm chữ I tổ hợp được tính toán theo Bảng 42.

Khi không có các sườn cứng để truyền các tải trọng tập trung lớn cố định, việc tính toán cánh trên được tiến hành như đối với tải trọng trung di động.

Khi đặt tải trọng tập trung cố định lên cánh dưới của dầm thì đường hàn và bulông cường độ cao dùng liên kết cánh này với bản bụng được tính theo các công thức từ (110) đến (112) của Bảng 42, không phụ thuộc vào sự có mặt của sườn cứng tại chỗ đặt tải trọng.

Đường hàn cánh được hàn thấu hết toàn bộ chiều dài của bản bụng coi như có độ bền bằng độ bền của bản bụng.

10.1.8.2 Trong dầm dùng liên kết bulông cường độ cao có bản cánh ghép nhiều tấm, liên kết của mỗi tấm ở sau điểm cắt lý thuyết của nó được tính với một nữa nội lực mà tiết diện của tấm có thể chịu được. Liên kết của mỗi tấm ở trên khoảng giữa điểm cắt thực tế của nó và điểm cắt đứt của tấm trước được tính với toàn bộ nội lực mà tiết diện của tấm có thể chịu được.

 Bảng 42 - Công thức tính liên kết trong dầm tổ hợp

10.2 Cột

10.2.1 Các đoạn của cột rỗng khi vận chuyển được gia cường bằng các vách cứng bố trí ở hai đầu mỗi đoạn. Trong cột rỗng các vách cứng ngang được bố trí cách nhau không quá 4 m theo chiều dài cột.

10.2.2 Khi các thanh bụng của cột rỗng được hàn trực tiếp vào nhánh cột, cho phép trục của các thanh bụng hội tụ tại mép ngoài của nhánh.

Khi các thanh bụng được nối với nhánh qua bản mã, các đường hàn góc tại liên kết chồng của bản mã với nhánh cột lấy theo tính toán và có thể bố trí gián đoạn. Khoảng cách gián đoạn giữa đầu mút của các đoạn được hàn không vượt quá 15 lần chiều dày bản mã.

10.2.3 Khi nối lắp ghép, các đầu mút cột được phay nhẵn, dùng đường hàn đối đầu, bản ghép với đường hàn góc hoặc với bulông. Khi dùng bản ghép, đường hàn đặt cách chỗ nối 30 mm về mỗi phía. Cho phép dùng mặt bích để truyền lực nén bằng tiếp xúc và truyền lực kéo bằng bulông.

10.2.4 Kích thước mặt bằng của bản đế chân cột được xác định theo điều kiện bền nén của vật liệu móng. Chiều dày của bản đế được tính theo điều kiện bền khi uốn (của các ô bản) do áp lực của mặt móng. Chiều dày của bản đế không được nhỏ hơn 10 mm và không lớn hơn 40 mm khi có sườn và dầm đế, không lớn hơn 60 mm khi không có sườn và dầm đế.

10.2.5 Bulông neo chân cột được tính theo lực nhổ ở chân cột. Cánh tay đòn của mômen chống nhổ bằng khoảng cách giữa trục bulông chịu kéo đến trọng tâm vùng ứng suất nén mặt dưới bản đế. Loại và kích thước bulông neo lấy theo Bảng 12. Với cột liên kết khớp, bu lông neo lấy theo cấu tạo từ hai đến bốn chiếc, đường kính không nhỏ hơn 16 mm.

10.2.6 Bulông neo không chịu lực cắt tại chân cột. Lực cắt này do lực ma sát giữa bản đế và bêtông móng chịu. Khi lực cắt lớn, nên đặt thêm các chốt chịu cắt riêng.

10.3 Giàn phẳng và hệ thanh không gian

10.3.1 Trục của các thanh giàn và hệ thanh không gian phải hội tụ tại tâm các nút (nằm trên trục các thanh cánh). Trong giàn hàn, trục thanh phải đi qua trọng tâm của tiết diện thanh (làm tròn đến 5 mm), trong giàn dùng liên kết bulông là trục của dãy bulông nằm gần sống thép góc nhất.

Cho phép không tính đến độ lệch trục của các cánh giàn khi thay đổi tiết diện nếu độ lệch đó không vượt quá 1,5% chiều cao của thanh cánh.

Khi có lệch tâm tại các nút thì việc tính toán các thanh giàn và hệ thanh không gian phải kể đến mômen uốn tương ứng.

Khi tải trọng đặt ngoài nút dàn, các thanh giàn phải được tính theo nén, uốn (chịu tác dụng đồng thời của lực dọc và mômen uốn).

10.3.2 Khi giàn mái có nhịp lớn hơn 36 m, nên làm độ vồng cấu tạo. Độ vồng cấu tạo lấy bằng độ võng của giàn do tĩnh tải và hoạt tải dài hạn gây ra. Đối với các loại mặt mái bằng (giàn có cánh song song), độ vồng cấu tạo của giàn lấy không phụ thuộc độ lớn của nhịp và bằng độ võng do tổng tải trọng tiêu chuẩn gây nên công với 1/200 nhịp)

10.3.3 Khi tính toán nội lực của giàn có các thanh là thép góc hoặc thép chữ T, nút liên kết các thanh được coi là khớp.

Với các thanh giàn có tiết diện chữ I, chữ H, hoặc thép ống chỉ được coi các nút là khớp khi tỉ số giữa chiều cao của tiết diện với chiều dài của thanh không lớn hơn 1/10. Nếu vượt quá tỉ số này, phải kể đến mômen phụ trong các thanh do độ cứng của các nút gây nên. Việc kể đến độ cứng của nút giàn khi tính có thể thực hiện theo các phương pháp gần đúng. Cho phép xác định lực dọc trong các thanh theo sơ đồ khớp.

10.3.4 Khoảng cách giữa đầu các thanh bụng và thanh cánh trong giàn có bản mã lấy không nhỏ hơn a (a = 6t - 20 mm) nhưng không lớn hơn 80 mm (t là chiều dày bản mã, tính bằng milimét (mm)). Khe hở giữa các đầu mút của các thanh nối ở cánh giàn có phủ các bản ghép không được nhỏ hơn 50 mm.

Đường hàn liên kết thanh bụng của giàn với bản mã được kéo dài thêm vào cạnh đầu thanh một đoạn 20 mm.

10.3.5 Tại các nút giàn có thanh cánh là thép chữ T, chữ I hoặc thép góc đơn, liên kết đối đầu bản mã với cánh bằng đường hàn thấu hết chiều dày bản mã.

10.3.6 Chiều dày bản mã giàn lấy theo nội lực của thanh lớn nhất (thường là thanh xiên ở gối) và không đổi cho các nút của cả dàn.

10.3.7 Đối với thanh giàn ghép từ hai thép góc, tại khe hở giữa hai thép góc đặt các tấm đệm hàn với các thép góc. Khoảng cách giữa tâm các tấm đệm không vượt quá 40i (đối với thanh nén) và 80i (đối với thanh kéo), i là bán kính quán tính của một thép góc lấy với trục trọng tâm song song với mặt phẳng dàn.

10.4 Hệ giằng

10.4.1 Trong mỗi khối nhiệt độ của nhà cần bố trí một hệ thống giằng riêng.

10.4.2 Hệ giằng đứng giữa các cột chính ở mức dầm cầu trục của cột hai nhánh được bố trí trong mặt phẳng của từng nhánh cột. Các nhánh của hệ giằng hai nhánh được liên kết với nhau bằng các thanh giằng hoặc bản giằng.

10.4.3 Hệ giằng ngang theo phương ngang nhà được bố trí ở mức cánh trên hoặc cánh dưới của giàn vì kèo tại các nhịp ở đầu mỗi khối nhiệt độ.

Khi khối nhiệt độ dài hơn 144m cần đặt thêm hệ giằng ngang trung gian. Những giàn vì kèo không nối trực tiếp với hệ giằng ngang cần được tăng cường trong mặt phẳng bố trí hệ giằng này bằng các thanh chống hoặc thanh kéo. Tại chỗ bố trí hệ giằng ngang đặt hệ giằng đứng giữa các dàn. Khi có khối mái cứng, tại mức cánh trên đặt hệ giằng tạm để định vị kết cấu và đảm bảo ổn định của chúng trong quá trình lắp ráp.

10.4.4 Hệ giằng dọc cánh dưới của các giàn vì kèo được bố trí dọc các dãy cột biên trong các trường hợp sau: nhà có cầu trục với chế độ làm việc nặng hoặc rất nặng; mái có giàn đỡ kèo; nhà một hoặc hai nhịp có cầu trục sức nâng 10 tấn trở lên và khi cao độ cánh dưới của giàn vì kèo lớn hơn 18 m không phụ thuộc vào sức nâng cầu trục.

Trong các nhà có ba nhịp trở lên, hệ giằng dọc cánh dưới còn được bố trí dọc các dãy cột giữa và không được cách nhau quá một nhịp đối với các nhà có cầu trục có chế độ làm việc nặng hoặc rất nặng, không được cách nhau quá hai nhịp đối với các nhà khác.

10.4.5 Cánh dưới của dầm và giàn cầu trục có nhịp lớn hơn 12 m phải được tăng cường bằng hệ giằng ngang.

10.4.6 Khi bố trí hệ giằng chéo chữ thập, việc tính toán chúng cho phép tiến hành theo sơ đồ qui ước với giả thiết thanh xiên chỉ chịu kéo (bỏ qua sự làm việc của các thanh xiên chịu nén).

Khi xác định nội lực trong các thanh của hệ giằng cho phép không kể đến lực nén trong các cánh dàn.

10.5 Dầm cầu trục

10.5.1 Kiểm tra độ bền của dầm cầu trục do tác dụng của tải trọng đứng và ngang theo các qui định ở 7.2.1.5.

10.5.2 Kiểm tra độ bền của bản bụng dầm cầu trục (trừ các dầm được tính toán theo bền mỏi với số chu kỳ của tải trọng từ 2x10⁶ trở lên) theo công thức (6), trong đó khi kiểm tra tiết diện gối dầm liên tục thay hệ số 1,15 bằng 1,3.

10.5.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm cầu trục theo qui định ở 7.2.2.1.

10.5.4 Kiểm tra ổn định của bản bụng và bản cánh của dầm cầu trục theo qui định ở 7.6.1 và 7.6.3.

10.5.5 Tính toán về bền mỏi của dầm cầu trục theo các qui định ở điều 9.

Đối với dầm cầu trục có số chu kỳ của tải trọng n_Q > 2X10⁶ bản bụng dầm phải được kiểm tra thêm về độ bền theo 10.5.6 và mỏi theo 10.5.7.

Tải trọng cầu trục dùng để kiểm tra dầm cầu trục theo bền và mỏi được lấy theo các qui định của tiêu chuẩn TCVN 2737:1995

Số chu kỳ tải trọng của dầm cầu trục là số lượt nâng tải trong thời gian phục vụ của cầu trục do các yêu cầu sản xuất.

10.5.6 Vùng chịu nén của bản bụng dầm cầu trục bằng thép có giới hạn chảy từ 400 MPa trở xuống phải thỏa mãn điều kiện:

                                                        (113)

≤ f                                                    (114)

≤ f                                                   (115)

                                        (116)

trong đó:

    (117)

b là hệ số bằng 1,15 khi tính toán dầm đơn giản; bằng 1,3 khi tính toán tiết diện tại gối của dầm liên tục;

M và V tương ứng là mômen uốn và lực cắt trong tiết diện của dầm do tải trọng tính toán;

P là áp lực tính toán của bánh xe cầu trục không kể đến hệ số động;

g₁ là hệ số tăng tải trọng tập trung thẳng đứng lên một bánh xe cầu trục lấy theo qui định của TCVN 2737:1995

là tổng

các mômen quán tính xoắn bản thân của ray và của cánh;

t_f và b_f là chiều dày và chiều rộng của cánh trên (chịu nén) của dầm;

I_tr là mômen quán tính xoắn của ray;

l_z là chiều dài chịu tải qui ước, được xác định theo công thức:

                                                (118)

trong đó:

c là hệ số, lấy bằng 3,25 đối với dầm hàn và dầm cán; bằng 4,5 đối với dầm bulông cường độ cao;

I_1t là tổng các mômen quán tính bản thân của cánh dầm và của ray cầu trục hoặc là mômen quán tính chung của ray và cánh khi hàn ray bằng đường hàn đảm bảo sự làm việc đồng thời của ray và cánh;

M_t - mômen xoắn cục bộ, được xác định theo công thức:

M_t = Pe + 0,75V_th_r

trong đó:

e là độ lệch tâm qui ước, lấy bằng 15 mm;

V_t­ là tải trọng ngang (lực xô) tính toán gây bởi sự nghiêng lệch của cầu trục và sự không song song của đường ray cầu trục lấy theo TCVN 2737:1995

h_r là chiều cao của ray cầu trục.

Trong tất cả các công thức từ (113) đến (117) ứng suất lấy dấu dương.

10.5.7 Kiểm tra độ bền mỏi vùng trên của bụng dầm cầu trục hàn được tiến hành theo công thức:

             (119)

trong đó:

f_f là cường độ tính toán về mỏi, với mọi mác thép lấy bằng: 75 MPa đối với vùng trên chịu nén của bản bụng (tiết diện tại nhịp dầm); 65 MPa đối với vùng trên chịu kéo của bản bụng (tại tiết diện gối của gối dầm liên tục).

Giá trị của các đại lượng trong công thức (119) được xác định theo 10.5.6.

Khi tính toán theo điều kiện về mỏi với số chu kỳ tải trọng n_Q³ 2X10⁶, đường hàn liên kết cánh trên với bản bụng phải hàn thấu hết chiều dày bản bụng.

10.5.8 Các mép tự do của cánh chịu kéo của dầm cầu chạy và các dầm sàn công tác chịu trực tiếp tại trọng di động phải được cán hoặc bào nhẵn.

10.5.9 Các kích thước của sườn cứng trong dầm cầu trục được lấy theo 7.6.1.1, khi đó chiều rộng phần nhô ra của sườn hai bên bản bụng không được nhỏ hơn 90 mm. Sườn cứng ngang hai bên không cần hàn với cánh dầm, nhưng phải bào nhẵn và tì sát với cánh trên dầm.

Trong các dầm cầu trục có chế độ làm việc nhẹ và trung bình cho phép dùng các sườn cứng ngang bố trí ở một bên bản bụng, hàn với bản bụng và cánh trên dầm, bố trí sườn theo 5.6.1.1.

10.5.10 Khi kiểm tra độ bền của các dầm cầu trục treo, phải kể đến các ứng suất pháp cục bộ do áp lực của bánh xe cầu trục theo hướng dọc và ngang trục dầm.

10.6 Liên kết

10.6.1 Liên kết hàn

10.6.1.1 Trong các kết cấu dùng liên kết hàn nên chọn phương pháp sản xuất cơ khí hóa cao khi hàn.

10.6.1.2 Mép bản thép tại chỗ hàn được gia công theo qui định ở tiêu chuẩn TCVN 1961:1975

10.6.1.3 Kích thước và hình dạng của đường hàn góc được qui định như sau:

a) Chiều cao của đường hàn góc h_f không được lớn hơn 1,2t_min (t_min là chiều dày nhỏ nhất của các cấu kiện được liên kết).

b) Chiều cao của đường hàn góc h_f lấy theo tính toán, nhưng không được nhỏ hơn hơn các giá trị cho trong Bảng 43.

c) Chiều dài tính toán của đường hàn góc không được nhỏ hơn 4h_f và không nhỏ hơn 40 mm.

d) Chiều dài tính toán của đường hàn góc bên không được lớn hơn 85 b_fh_f (b_f là hệ số lấy ở Bảng 37).

e) Kích thước các phần chồng nhau( trong liên kết chồng) không được nhỏ hơn 5 lần chiều dày nhỏ nhất của các cấu kiện được hàn.

f) Tỉ số kích thước hai cạnh góc vuông của đường hàn góc bằng 1:1; khi các cấu kiện được hàn có chiều dày khác nhau cho phép dùng đường hàn có hai cạnh không đều nhau, khi đó cạnh gắn với cấu kiện có chiều dày mỏng hơn lấy theo qui định ở điều 10.6.1.3.a, còn cạnh gắn với cấu kiện chiều dày lớn hơn theo điều 10.6.1.3.b.

g) Đối với các kết cấu chịu tải trọng động và tải trọng rung động dùng đường hàn góc thoải, tỉ lệ hai cạnh góc vuông của đường hàn là 1:1,5 (cạnh dài nằm theo hướng lực tác dụng) và được tính toán theo bền mỏi hoặc theo phá hoại giòn.

10.6.1.4 Liên kết hàn đối đầu các tấm thường là đường hàn thẳng, hàn thấu hết bề dày và dùng các bản lót. Trong điều kiện lắp ghép, cho phép hàn một phía có hàn đầy thêm ở đáy đường hàn và hàn vào bản thép lót được giữ lại.

10.6.1.5 Không được dùng liên kết hỗn hợp mà trong đó một phần lực được tiếp nhận bằng đường hàn, một phần bằng bulông.

10.6.1.6 Đường hàn gián đoạn chỉ dùng trong các liên kết phụ, nơi có nội lực nhỏ. Khi đó khoảng cách a_max­ giữa các đầu mút của hai đường hàn liên tiếp lấy như sau:

a_max ≤ 15 t_min, đối với cấu kiện chịu nén;

a_max­ ≤ 30 t_min, đối với cấu kiện chịu kéo;

trong đó t_min­ ­là chiều dày nhỏ nhất của các bản thép được liên kết.

10.6.1.7 Trong thiết kế cần chỉ rõ: phương pháp hàn, loại que hàn hoặc dây hàn, vị trí và thự tự hàn của các mối hàn.

10.6.2 Liên kết bulông.

10.6.2.1 Lỗ của các loại bulông được chế tạo theo các qui định kỹ thuật của tiêu chuẩn về bulông.

10.6.2.2 Bulông thô và bulông thường được dùng trong các kết cấu làm bằng thép có giới hạn chảy từ 380 MPa trở xuống.

10.6.2.3 Cho phép liên kết các cấu kiện vào nút liên kết bằng một bulông.

Bảng 43 - Chiều cao nhỏ nhất của đường hàn góc h_f­

10.6.2.4 Trong các liên kết bulông làm việc chịu cắt không được dùng các bulông mà trên chiều dài của phần không ren có các đoạn với đường kính khác nhau.

10.6.2.5 Dưới đai ốc (êcu) của các bulông phải đặt vòng đệm, riêng bulông cường độ cao đặt vòng đệm cả ở dưới mũ bulông. Khi dung sai giữa đường kính của lỗ và của thân bulông không vượt quá 3 mm cho phép đặt một vòng đệm dưới đai ốc.

10.6.2.6 Với các bulông làm việc chịu trượt (trừ bulông cường độ cao), phần có ren không ăn vào quá một nữa chiều dày của bản thép ngoài cùng (nằm dưới đai ốc) hoặc không quá 5 mm.

10.6.2.7 Các loại bulông (kể cả bulông cường độ cao) được bố trí theo các qui định ở Bảng 44.

Trong các liên kết không chịu lực hoặc chủ yếu do yêu cầu cấu tạo, các bulông thường được bố trí theo khoảng cách lớn nhất, trong các liên kết chịu lực bulông được bố trí theo khoảng cách nhỏ nhất.

Khi bố trí bulông kiểu so le nên lấy khoảng cách giữa tâm của chúng dọc theo phương của lực không nhỏ hơn a + 1,5d (a là khoảng cách giữa các hàng theo phương vuông góc với lực; d là đường kính lỗ bulông). Khi bố trí như vậy tiết diện thực của cấu kiện A_n kể đến giảm yếu chỉ do các lỗ bulông nằm theo phương vuông góc với phương của lực (không theo đường zích zắc).

10.6.2.8 Phải dùng bulông cường độ cao (hoặc liên kết hàn) cho liên kết dựng lắp các kết cấu chịu lực chính của nhà và công trình có dầm cầu trục (tính theo bền mỏi), các kết cấu ở dưới đường sắt.

Trong liên kết dựng lắp, bulông thô và bulông thường được dùng trong các trường hợp sau:

Để liên kết xà gồ, các cấu kiện của cửa mái, hệ giằng cánh trên của giàn (khi có hệ giằng cánh dưới hoặc mái cứng), hệ giằng đứng giữa các giàn và cửa mái, các cấu kiện của hệ sườn tường;

Bảng 44 - Qui định bố trí bulông

Để liên kết hệ giằng cánh dưới của các giàn khi có khối mái cứng (các tâm bêtông cốt thép, bêtông lưới thép, các tấm thép định hình, v.v…);

Để liên kết giàn vì kèo và giàn đỡ kèo với cột, giàn vì kèo với giàn đỡ kèo với điều kiện phản lực gối thẳng đứng truyền qua gối đỡ;

Để liên kết Để liên kết các dầm cầu trục đơn giản với nhau, liên kết cánh dưới của chúng với vai cột;

Để liên kết các dầm của sàn công tác không chịu tác dụng của tải trọng động;

Để liên kết các kết cấu phụ.

10.6.2.9 Khi dùng bulông cường độ cao, trong thiết kế phải ghi rõ phương pháp gia công bề mặt các bản thép

10.7 Các yêu cầu bổ sung khi thiết kế dầm có lỗ

10.7.1 Dầm có lỗ được thiết kế từ dầm chữ I cán, thường làm bằng thép có giới hạn chảy từ 530 MPa trở xuống.

Liên kết hàn của bản bụng cần dùng đường hàn đối đầu thấu hết chiều dày.

10.7.2 Độ bền của dầm khi chịu uốn trong mặt phẳng của bản bụng (Hình 20) được kiểm tra theo các công thức Bảng 45.

Bảng 45 - Các công thức để kiểm tra độ bền của tiết diện dầm (Hình 20)

Hình 20 - Sơ đồ một đoạn dầm có lỗ

10.7.3 Ổn định của dầm cần được kiểm tra theo các chỉ dẫn của 7.2.2.1, trong đó các đặc trưng hình học được tính đối với tiết diện có lỗ.

Không cần kiểm tra ổn định của dầm khi đã thoải mãn các yêu cầu của 7.2.2.2.

10.7.4 Tại các tiết diện gối nếu h_wt_w > 40 (t_w là chiều dày nhỏ nhất của bản bụng) thì cần gia cường bản bụng bằng các sườn cứng và phải kiểm tra theo các yêu cầu của 7.6.1.7, khi đó bên tiết diện gối cần lấy c ³ 250 mm (Hình 20)

10.7.5 Tại các tiết diện của dầm khi tỉ số h_wt_w > hoặc khi không thỏa mãn các yêu cầu trong các chỉ dẫn ở 7.2.1.3 thì phải đặt các sườn cứng theo yêu cầu của 7.6.1.1.

Chỉ được đặt tải trọng tập trung tại các tiết diện không có lỗ giảm yếu.

Chiều cao bản bụng của tiết diện chữ I chịu nén phải thoả mãn các yêu cầu của 7.6.2.4, trong công thức (67) dùng = 1,4.

10.7.6 Khi xác định độ võng của dầm có tỉ số l/h_w³ 12 (với l là nhịp của dầm) thì mômen quán tính của tiết diện dầm có lỗ phải được nhân với hệ số 0,95.

11 Các yêu cầu kỹ thuật và cấu tạo khác khi thiết kế nhà và công trình

11.1 Nhà công nghiệp

11.1.1 Biến dạng, độ võng và chuyển vị của kết cấu lấy theo qui định ở 5.3

11.1.2 Khoảng cách lớn nhất giữa các khe nhiệt độ của khung thép nhà một tầng lấy theo Bảng 46.

Khi vượt quá 5% so với các giá trị cho trong Bảng 46, cũng như khi tăng độ cứng của khung bằng tường hoặc các kết cấu khác phải tính đến tác dụng của nhiệt độ, biến dạng không đàn hồi của kết cấu.

Bảng 46 - Khoảng cách lớn nhất giữa các khe nhiệt độ của khung thép nhà và công trình một tầng

Đơn vị tính bằng mét

11.2 Nhà khung thấp tầng

11.2.1 Độ võng cho phép của các cấu kiện chịu uốn lấy theo 5.3.2.

11.2.2 Chuyển vị ngang của khung do thành phần tĩnh của tải trọng gió tiêu chuẩn (không kể đến biến dạng của móng và độ cứng của tường bao che, tường ngăn), không được vượt quá các giá trị ở 5.3.4.

11.2.3 Để phân phối lại mômen uốn trong các cấu kiện của khung, tại nút liên kết của dầm và cột cho phép dùng các bản ghép làm việc trong giai đoạn dẻo. Các bản ghép được làm bằng thép có giới hạn chảy f_y ≤ 345 MPa. Nội lực nhỏ nhất trong bản ghép (dùng để xác định khả năng chịu lực M_min của nút) được tính theo ứng suất s_min = f_y; và nội lực lớn nhất (để xác định M_max của nút) được tính theo ứng suất s_max = f_y + 100 MPa.

Các cạnh dọc của bản ghép phải được bào hoặc phay nhẵn.

11.3 Kết cấu thép tấm

11.3.1 Các sườn cứng ngang của vỏ phải có chu vi kín.

11.3.2 Tải trọng tập trung không được truyền trực tiếp lên vỏ mà phải thông qua các sườn cứng trung gian.

11.3.3 Để giảm ứng suất cục bộ, chỗ nối các vỏ có hình dạng khác nhau được làm trơn thoải.

11.3.4 Các đường hàn đối đầu được hàn hai phía hoặc hàn một phía có hàn đầy thêm ở mặt sau, hoặc hàn trên bản lót.

Trong thiết kế phải ghi rõ các điều cần thiết để đảm bảo tính đặc kín của liên kết theo yêu cầu sử dụng.

11.3.5 Trong kết cấu thép tấm thường dùng liên kết hàn đối đầu. Khi chiều dày các tấm t ≤ 5 mm, hoặc khi liên kết lắp ghép cho phép dùng liên kết chồng.

11.3.6 Khi cấu tạo kết cấu thép tấm nên chọn phương pháp sản xuất và lắp ghép công nghiệp bằng cách dùng:

Các tấm hoặc băng có kích thước lớn (có thể chế tạo sẵn thân và đáy vỏ ở dạng cuộn);

Hình khai triển, để khi cắt thép có ít phế liệu nhất;

Hàn tự động.

11.4 Kết cấu tháp, trụ

11.4.1 Khi thiết kế tháp trụ nên chú ý các điều sau:

Giảm sức cản khí động của công trình và các bộ phận riêng của nó;

Phân bố hợp lý nội lực trong các cấu kiện của kết cấu bằng các giải pháp cấu tạo hoặc dùng ứng suất trước;

Phối hợp chức năng chịu lực và chức năng công nghệ.

11.4.2 Các dây neo được làm bằng thép tròn mạ kẽm hoặc cáp bện. Trong môi trường có mức độ ăn mòn trung bình và cao dùng cáp mạ kẽm.

Mút của cáp thép ở cốc neo hoặc ống nối được giữ bằng cách rót hợp kim theo đúng kỹ thuật neo cáp.

11.4.3 Khi tính toán tháp, trụ lấy hệ số điều khiển làm việc theo 5, Bảng 47 và Bảng 49.

11.4.4 Độ lệch ngang tương đối của cột không được vượt quá các giá trị cho trong Bảng 48 (trừ các cột được thiết kế theo các yêu cầu kỹ thuật riêng).

11.4.5 Cho phép lấy giá trị tải trọng gió tác dụng vào thân trụ tại vị trí giữa các lớp dưới dây neo hoặc tác dụng vào dây neo ở vị trí 2/3 chiều cao dây neo và coi như các giá trị đó không đổi trên cả chiều dài đoạn thân hoặc dây neo.

11.4.6 Cho phép coi lực tập trung của các sự cách điện treo trên dây như lực phân bố đều có giá trị được lấy theo điều kiện mômen tương đương khi coi dây như dầm đơn giản.

11.4.7 Khi tính toán các cấu kiện nằm nghiêng (cáp neo, thanh chống xiên, v.v…) chỉ kể đến hình chiếu của các lực tác dụng lên phương vuông góc với trục của cấu kiện hoặc dây cung của nó.

11.4.8 Kiểm tra ổn định tổng thể của trụ theo các tổ hợp tải trọng sau:

Lực kéo lắp ráp của dây căng khi không có gió;

Tải trọng gió trong phương song song với mặt phẳng thẳng đứng chứa một trong các dây neo.

Khi kiểm tra ổn định tổng thể của trụ, lực tính toán trong thân phải nhỏ hơn lực tới hạn ít nhất 1,3 lần.

Bảng 47 - Hệ số điều kiện làm việc g_c

Bảng 48 - Độ lệch ngang tương đối

11.4.9 Trong thiết kế cần ghi rõ giá trị lực kéo lắp ráp của dây cáp neo trụ ở nhiệt độ không khí trung bình của năm tại nơi xây dựng.

11.4.10 Liên kết lắp ghép các cấu kiện của kết cấu được thiết kế bằng bulông thường khi nội lực nhỏ hơn hoặc bằng 197 kN (20 T) và bằng bulông cường độ cao khi tải trọng đổi dấu và nội lực lớn hơn.

Trong liên kết mặt bích nên dùng bu lông cường độ cao. Dùng đường hàn lắp ghép hoặc bulông tinh phải phù hợp với điều kiện thi công.

11.4.11 Các thanh xiên có độ mảnh lớn hơn 250 trong hệ thanh bụng chữ thập phải được liên kết với nhau tại các chỗ giao nhau.

11.4.12 Độ võng trong phương thẳng đứng và phương ngang của các thanh ngang của vách cứng và các cấu kiện của sàn công tác không được vượt quá 1/250 chiều dài của nhịp.

11.4.13 Trong kết cấu cột rỗng khoảng cách giữa các vách cứng không được lớn hơn 3 lần cạnh của tiết diện ngang trung bình của các đoạn cột và được đặt tại chỗ có tải trọng tập trung hoặc nơi gẫy góc của các thanh cánh.

11.4.14 Bulông neo liên kết các mặt bích của những thép ống được bố trí trên một đường tròn với đường kính nhỏ nhất có thể có, và khoảng cách giữa các bulông đều nhau.

11.4.15 Các thanh xiên của giàn tại một nút hội tụ ở điểm giao nhau giữa trục các thanh cánh và các thanh xiên. Ở chổ liên kết thanh xiên với mặt bích cho phép lệch tâm, nhưng độ lệch tâm không lớn hơn 1/3 kích thước tiết diện ngang của thanh cánh. Khi độ lệch tâm lớn hơn, việc tính toán các thanh phải kể đến mômen lệch tâm tại nút.

Trong các bản mã có xẻ rãnh để liên kết thanh xiên là thép tròn bằng đường hàn, ở đầu khe (sát mút của thép tròn) bản mã được khoan lỗ với đường kính lớn hơn đường kính thanh 1,2 lần (để giảm ứng suất tập trung).

11.4.16 Dây neo của trụ thân rỗng hội tụ tại điểm giao nhau của trục thanh cánh và các thanh ngang. Trục qui ước của dây neo là dây cung của nó.

Để tránh uốn cong, tại liên kết dây neo với thân được gia cường bằng các sườn cứng.

11.4.17 Các giá đỡ và thanh treo của sàn công tác được liên kết với các mắt chính của thân cột.

11.4.18 Thiết bị căng (tăng đơ) dùng để điều chỉnh chiều dài và giữ dây neo trụ phải được ghì với thiết bị neo bằng cáp mảnh, riêng chiều dài của cáp luồn vào ống lồng (dùng nối cáp) không được nhỏ hơn 20 lần đường kính cáp.

11.4.19 Để giảm dao động của dây, trên dây neo của trụ và dây dẫn treo liên tiếp các thiết bị giảm rung tần số thấp (từ 1 đến 2,5 Hz) và tần số cao (từ 4 đến 40 Hz) dạng lò xo. Thiết bị giảm rung tần số thấp được chọn theo tần số dao động chính của dây. Khoảng cách s từ chỗ đầu neo cáp đến điểm treo thiết bị giảm rung được xác định theo công thức sau:

                                                     (120)

trong đó:

d là đường kính dây, tính bằng milimét (mm);

m là khối lượng 1 m dài dây, tính bằng kilôgam (kg);

P là lực căng trước trong cáp treo hoặc dây dẫn, tính bằng niuton (N);

b là hệ số bằng 0,00041.

Thiết bị giảm rung tần số cao được đặt cao hơn thiết bị giảm rung tần số thấp một đoạn là s. Khi nhịp của cáp neo hoặc của dây dẫn vượt quá 300 m, bộ giảm rung được đặt không phụ thuộc vào tính toán.

14.4.20 Các công trình ăngten phải được sơn màu sắc phù hợp với qui định của ngành hàng không.

14.4.21 Các chi tiết cơ khí của cáp neo, lõi thép của sứ cách điện, cũng như các chi tiết kim loại khác phải được mạ kẽm.

11.5 Cột đường dây tải điện

11.5.1 Liên kết bulông thô, bulông thường và bulông tinh dùng trong cột có chiều cao từ 100 m trở xuống không cần tính toán theo bền mỏi, khi chiều cao cột lớn hơn 100 m, chúng phải được tính toán theo bền mỏi.

11.5.2 Khi thiết kế cột điện, lấy hệ số làm việc theo Bảng 3 và Bảng 49.

11.5.3 Khi xác định độ mảnh tương đương theo Bảng 14, độ mảnh lớn nhất của toàn thanh l được tính theo công thức:

Đối với thanh bốn mặt, có các cánh song song, hai đầu tựa khớp:

                                                      (121)

Đối với các thanh ba mặt đều, có các cánh song song, hai đầu tựa khớp:

                                                    (122)

Bảng 49 - Hệ số điều kiện làm việc g_c khi thiết kế cột điện

Đối với các cột đứng độc lập dạng tháp (Hình 9):

                                                  (123)

trong đó:

 là hệ số chiều dài tính toán;

L là chiều dài hình họ của thanh rỗng;

b là khoảng cách giữa trục của các cánh song song trên mặt hẹp nhất của thân cột;

h là chiều cao của cột đứng độc lập;

b_t và b_d là khoảng cách giữa trục các cánh của cột dạng tháp ứng với phía trên và dưới chân của mặt hẹp nhất.

11.5.4 Thanh rỗng có tiết diện không đổi theo chiều dài, chịu nén lệch tâm hoặc nén uốn, được kiểm tra ổn định theo các chỉ dẫn ở 7.4.

Độ lệch tâm tương đối m của thanh rỗng ba mặt đều và không đổi theo chiều dài, dùng thanh giằng hoặc bản giằng, được tính theo công thức:

Khi uốn trong mặt phẳng vuông góc với một trong các mặt của thân cột:

m = 3,48bM / (Nb)                                          (124)

Khi uốn trong mặt phẳng song song với một trong các mặt của thân cột: