Tiêu chuẩn XDVN TCXDVN338:2005

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM

TCXDVN 338 : 2005

Bạn đang xem: Tcvn 338 2005

KẾT CẤU THÉP

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Steel structures – Design standard

LỜI NÓI ĐẦU

TCXDVN 338 : 2005 thay thế cho TCVN 5575 : 1991.

TCXDVN 338 : 2005 “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế” được Bộ Xây Dựng ban hành theo quyết định số ……. …/2005/QĐ – BXD ngày … . tháng .… năm 2005.

1.1 Các quy định chung

1.1.1 Tiêu chuẩn này dùng để thiết kế kết cấu thép các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp. 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…

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 quy định trong các tiêu chuẩn chuyên ngành.

1.1.2 Kết cấu thép phải được thiết kế đạt yêu cầu chung quy 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.

1.1.3 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.

1.1.4 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, bu lông 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 dựng 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.

1.2 Các yêu cầu đối với thiết kế

1.2.1 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 thoả mãn các điều kiện sau:

– giới hạn chảy của thép không được lớn quá 450 N/mm2, 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.

1.2.2 Các cấu kiện thép hình phải được chọn theo tiết diện nhỏ nhất thoả 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.

1.2.3 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 về tính năng cơ học hay về thành phần hoá học hoặc cả hai, cũng như những yêu cầu riêng đối với vật liệu được quy định trong các tiêu chuẩn kĩ thuật Nhà nước hoặc của nước ngoài.

1.3 Các đơn vị đo và kí hiệu chính dùng trong tiêu chuẩn

1.3.1 Tiêu chuẩn này sử dụng đơn vị đo theo hệ SI, cụ thể là:

Đơn vị dài: mm; đơn vị lực: N; đơn vị ứng suất: N/mm2 (MPa); đơn vị khối lượng: kg.

1.3.2 Tiêu chuẩn này sử dụng các kí hiệu chính như sau:

a) Các đặc trưng hình học

A diện tích tiết diện nguyên

An diện tích tiết diện thực

Af diện tích tiết diện cánh

Aw diện tích tiết diện bản bụng

Abn diện tích tiết diện thực của bulông

Ad diện tích tiết diện thanh xiên

b chiều rộng

bf chiều rộng cánh

bo chiều rộng phần nhô ra của cánh

bs chiều rộng của sườn ngang

h chiều cao của tiết diện

hw chiều cao của bản bụng

hf chiều cao của đường hàn góc

hfk khoảng cách giữa trục của các cánh dầm

i bán kính quán tính của tiết diện

ix, iy bán kính quán tính của tiết diện đối với các trục tương ứng x-x, y-y

imin bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện

If mômen quán tính của tiết diện nhánh

Im, Id mômen quán tính của thanh cánh và thanh xiên của giàn

Ib mômen quán tính tiết diện bản giằng

Is, Isl mômen quán tính tiết diện sườn ngang và dọc

It mômen quán tính xoắn

Itr mômen quán tính xoắn của ray, dầm

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

Inx, Iny các mômen quán tính của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x-x và y-y

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

l chiều dài nhịp

ld chiều dài của thanh xiên

lm chiều dài khoang các thanh cánh của giàn hoặc cột rỗng

lo chiều dài tính toán của cấu kiên chịu nén

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

lw chiều dài tính toán của đường hàn

S mômen tĩnh

s bước lỗ bulông

t chiều dày

tf , tw chiều dày của bản cánh và bản bụng

u khoảng cách đường lỗ bu lông

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

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

Wnx,min , Wny,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

Mx , My mômen uốn đối với các trục tương ứng x-x, y-y

Mt mômen xoắn cục bộ

N lực dọc

Nd nội lực phụ

NM lực dọc trong nhánh do mômen gây ra

p áp lực tính toán

V lực cắt

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

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

c) Cường độ và ứng suất

E môđun đàn hồi

fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép

fu cường 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

ft cường độ tính toán của thép theo sức bền kéo đứt

fv cường độ tính toán chịu cắt của thép

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

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

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

fub cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulông

ftb cường độ tính toán chịu kéo của bulông

fvb cường độ tính toán chịu cắt của bulông

fcb cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông

fba cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo

fhb cường độ tính toán chịu kéo của bulông cường độ cao

fcd cường độ tính toán chịu ép mặt theo đường kính con lăn

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

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

fw v cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu cắt

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

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

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

G môđun trượt

s ứng suất pháp

sc ứng suất pháp cục bộ

sx, sy các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y

scr ,sc,cr các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn

t ứng suất tiếp

tcr ứng suất tiếp tới hạn.

d) Kí hiệu các thông số

c1, cx, cy 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

me độ lệch tâm tương đối tính đổi

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

na số lượng bulông trên một nửa liên kết

nc số mũ

nQ chu kỳ tải trọng

nv số lượng các mặt cắt tính toán;

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

gc hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

gb hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông

gM hệ số độ tin cậy về cường độ

gQ hệ số độ tin cậy về tải trọng

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

h hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện

l độ mảnh của cấu kiện (l = lo /i )

độ mảnh qui ước ()

lo độ mảnh tương đương của thanh tiết diện rỗng

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

độ mảnh qui ước của bản bụng ()

lx , ly độ 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

j hệ số uốn dọc

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

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

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

Trong tiêu chuẩn này được sử dụng đồng thời và có trích dẫn các tiêu chuẩn sau :

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

– 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 5709 : 1993. Thép các bon cán nóng dùng trong xây dựng. Yêu cầu kỹ thuật;

– TCVN 6522 : 1999. Thép tấm kết cấu cán nóng;

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

– TCVN 3223 : 1994. Que hàn điện dùng cho thép các bon và thép hợp kim thấp;

– TCVN 3909 : 1994. Que hàn điện dùng cho thép các bon và hợp kim thấp. Phương pháp thử;

– TCVN 1961 : 1975. Mối hàn hồ quang điện bằng tay;

– 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 : 1991. Mối hàn. Phương pháp thử uốn va đập;

– TCVN 5403 : 1991. Mối hàn. Phương pháp thử kéo;

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

– TCVN 4169 : 1985. Kim loại. Phương pháp thử mỏi nhiều chu trình và ít chu trình;

– TCVN 197 :1985. Kim loại. Phương pháp thử kéo;

– TCVN 198 :1985. Kim loại. Phương pháp thử uốn;

– TCVN 312 :1984. Kim loại. Phương pháp thử uốn va đập ở nhiệt độ thường;

– TCVN 313 :1985. Kim loại. Phương pháp thử xoắn;

– Quy chuẩn xây dựng Việt nam – 1997.

3 CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

3.1 Nguyên tắc thiết kế

3.1.1 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.

3.1.2 Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vượt quá thì kết cấu không còn thoả 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.

3.1.3 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 gM (xem điều 4.1.4 và 4.2.2);

– Hệ số độ tin cậy về tải trọng gQ ( xem điều 3.2.2);

– Hệ số điều kiện làm việc gC (xem điều 3.4.1 và 3.4.2);

Cường độ tính toán của vật liệu là cường độ tiêu chuẩn nhân với hệ số gC và chia cho hệ số gM; tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số gQ .

3.2 Tải trọng

3.2.1 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).

3.2.2 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 gQ (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.

3.2.3 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.

3.2.4 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.

3.2.5 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°C đến 40°C, ở các vùng phía Nam là từ 10°C đến 40°C. 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.

3.3 Biến dạng cho phép của kết cấu

3.3.1 Biến dạng 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.

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

3.3.3 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.

3.3.4 Chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng (không thuộc loại nhà ở điều 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.

3.3.5 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

3.4 Hệ số điều kiện làm việc gc

3.4.1 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 gc. Mọi trường hợp khác không nêu trong bảng này và không được quy định trong các điều tương ứng thì đều lấy gc = 1.

3.4.2 Giá trị của hệ số điều kiện làm việc gc được cho trong bảng 3.

Bảng 3 – Giá trị của hệ số điều kiện làm việc gC

Loại cấu kiện

gC

1. Dầm đặc và thanh chịu nén trong giàn của các sàn những phòng lớn ở các công trình như nhà hát, rạp chiếu bóng, câu lạc bộ, khán đài, các gian nhà hàng, kho sách, kho lưu trữ, v.v… khi trọng lượng sàn lớn hơn hoặc bằng tải trọng tạm thời

0,9

2. Cột của các công trình công cộng, cột đỡ tháp nước

0,95

3. Các thanh chịu nén chính của hệ thanh bụng dàn liên kết hàn ở mái và sàn nhà (trừ thanh tại gối tựa) có tiết diện chữ T tổ hợp từ thép góc (ví dụ: vì kèo và các dàn, v.v… ), khi độ mảnh l lớn hơn hoặc bằng 60

0,8

4. Dầm đặc khi tính toán về ổn định tổng thể khi jb < 1,0

0,95

5. Thanh căng, thanh kéo, thanh néo, thanh treo được làm từ thép cán

0,9

6. Các thanh của kết cấu hệ thanh ở mái và sàn :

a. Thanh chịu nén (trừ loại tiết diện ống kín) khi tính về ổn định

b. Thanh chịu kéo trong kết cấu hàn

0,95

0,95

7. Các thanh bụng chịu nén của kết cấu không gian rỗng gồm các thép góc đơn đều cạnh hoặc không đều cạnh (được liên kết theo cánh lớn):

a. Khi liên kết trực tiếp với thanh cánh trên theo một cạnh bằng đường hàn hoặc bằng hai bulông trở lên, dọc theo thanh thép góc :

– Thanh xiên theo hình 9 a

0,9

– Thanh ngang theo hình 9 b, c

0,9

– Thanh xiên theo hình 9 c, d, e

0,8

b. Khi liên kết trực tiếp với thanh cánh trên theo một cạnh bằng một bulông (ngoài mục 7 của bảng này) hoặc khi liên kết qua bản mã bằng liên kết bất kỳ

0,75

Tham Khảo: Tham khảo cách đóng trần tôn lạnh và hướng dẫn thi công trần tôn

8. Các thanh chịu nén là thép góc đơn được liên kết theo một cạnh (đối với thép góc không đều cạnh chỉ liên kết cạnh ngắn), trừ các trường hợp đã nêu ở mục 7 của bảng này, và các giàn phẳng chỉ gồm thép góc đơn

0,75

9. Các loại bể chứa chất lỏng

0,8

GHI CHÚ: 1. Các hệ số điều kiện làm việc gC < 1 không được lấy đồng thời.

2. Các hệ số điều kiện làm việcgC trong các mục 3, 4, 6a, 7 và 8 cũng như các mục 5 và 6b (trừ liên kết hàn đối đầu) sẽ không được xét đến khi tính toán liên kết của các cấu kiện đó.

4 VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU VÀ LIÊN KẾT

4.1 Vật liệu thép dùng trong kết cấu

4.1.1 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 ôxy, rót sôi hoặc nửa 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 hoá học.

4.1.2 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 sàn đặt máy, kết cấu hành lang băng tải, cột vượt của đường dây tải điện cao trên 60 mét, v.v…

4.1.3 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, fy và fu là ứng suất chảy và ứng suất bền kéo đứt của thép, được đảm bảo bởi tiêu chuẩn sản xuất thép và được lấy là cường độ tiêu chuẩn của thép; gM là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mác thép.

4.1.4 Cường độ tiêu chuẩn fy , fu 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 N/mm2).

Đối với các loại thép không nêu tên trong Tiêu chuẩn này và các loại thép của nước ngoài được phép sử dụng theo bảng 4, lấy fy là ứng suất chảy nhỏ nhất và fu là ứng suất kéo đứt nhỏ nhất được đảm bảo của thép. gM 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 tiêu chuẩn riêng tương ứng.

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

Bảng 5 – Cường độ tiêu chuẩn fy , fu và cường độ tính toán f của thép các bon (TCVN 5709 : 1993)

Đơn vị tính : N/mm2

Mác thép

Cường độ tiêu chuẩn fy và cường độ tính toán f của thép với độ dày t (mm)

Cường độ kéo đứt

tiêu chuẩn fu

không phụ thuộc bề dày

t (mm)

t £ 20

20 < t £ 40

40 < t £ 100

fy

f

fy

f

fy

f

CCT34

CCT38

CCT42

220

240

260

210

230

245

210

230

250

200

220

240

200

220

240

190

210

230

340

380

420

Bảng 6 – Cường độ tiêu chuẩn fy , fu và cường độ tính toán f của thép hợp kim thấp

Đơn vị tính : N/mm2

Mác thép

Độ dày, mm

t £ 20

20 < t £ 30

30 < t £ 60

fu

fy

f

fu

fy

f

fu

fy

f

09Mn2

450

310

295

450

300

285

–

–

–

14Mn2

460

340

325

460

330

315

–

–

–

16MnSi

490

320

305

480

300

285

470

290

275

09Mn2Si

480

330

315

470

310

295

460

290

275

10Mn2Si1

510

360

345

500

350

335

480

340

325

10CrSiNiCu

540

400 *

360

540

400 *

360

520

400 *

360

GHI CHÚ: * Hệ số gM đối với trường hợp này là 1,1; bề dày tối đa là 40 mm.

4.2 Vật liệu thép dùng trong liên kết

4.2.1 Kim loại hàn dùng chokết 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.

4.2.2 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.

Cường độ 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

Dạng liên kết

Trạng thái làm việc

Ký hiệu

Cường độ tính toán

Hàn đối đầu

Nén, kéo và uốn khi kiểm tra chất lượng đường hàn bằng các phương pháp vật lý

Theo giới hạn chảy

fw

fw = f

Theo sức bền kéo đứt

fwu

fwu= ft

Kéo và uốn

fw

fw = 0,85 f

Trượt

fwv

fwv = fv

Hàn góc

Cắt (qui ước)

Theo kim loại mối hàn

fwf

fwf =0,55 fwun / gM

Theo kim loại ở biên nóng chảy

fws

fws = 0,45 fu

GHI CHÚ: 1. f và fv là cường độ tính toán chịu kéo và cắt của thép được hàn; fu và fwun là ứng suất kéo đứt tức thời theo tiêu chuẩn sản phẩm (cường độ kéo đứt tiêu chuẩn) của thép được hàn và của kim loại hàn.

2. Hệ số độ tin cậy về cường độ của mối hàn gM lấy bằng 1,25 khi fwun £ 490 N/mm2 và bằng 1,35 khi fwu n 590 N/mm2.

Bảng 8 – Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun và cường độ tính toán fw f của kim loại hàn trong mối hàn góc

Đơn vị tính : N/mm2

Loại que hàn theo TCVN 3223 : 1994

Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun

Cường độ tính toán fwf

N42, N42 – 6B

410

180

N46, N46 – 6B

450

200

N50, N50 – 6B

490

215

4.2.3 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 quy 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

Trạng thái làm việc

Ký hiệu

Cường độ chịu cắt và kéo của bulông ứng với cấp độ bền

Cường độ chịu ép mặt của cấu kiện thép có giới hạn chảy dưới 440 N/mm2

4.6; 5.6; 6.6

4.8; 5.8

8.8; 10.9

Cắt

fvb

fvb = 0,38 fub

fvb = 0,4 fub

fvb = 0,4 fub

–

Kéo

ftb

ftb = 0,42 fub

ftb = 0,4 fub

ftb = 0,5 fub

–

Ép mặt :

a. Bulông tinh

fcb

–

–

–

b. Bulông thô và bulông thường

–

–

–

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

Đơn vị tính: N/mm2

Tìm hiểu thêm: Báo giá vách ngăn phòng ngủ

Trạng thái làm việc

Ký hiệu

Cấp độ bền

4.6

4.8

5.6

5.8

6.6

8.8

10.9

Cắt

fvb

150

160

190

200

230

320

400

Kéo

ftb

170

160

210

200

250

400

500

Bảng 11 – Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông fcb

Đơn vị tính: N/mm2

Giới hạn bền kéo đứt của thép cấu kiện được liên kết

Giá trị fcb

Bulông tinh

Bulông thô và thường

340

380

400

420

440

450

480

500

520

540

435

515

560

600

650

675

745

795

850

905

395

465

505

540

585

605

670

710

760

805

4.2.4 Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo fba được xác định theo công thức fba = 0,4 fub.

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 :N/mm2

Đường kính bulông, mm

Làm từ thép mác

CT38

16MnSi

09Mn2Si

1232

3360

6180

81140

150

150

150

150

192

190

185

185

190

185

180

165

4.2.5 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 fhb = 0,7fub . Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fub của thép làm bulông cường độ cao cho trong bảng B.5, phụ lục B.

4.2.6 Cường độ tính toán chịu kéo của sợi thép cường độ cao được xác định theo công thức fth= 0,63 fu .

5 TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN

5.1 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

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

(5.1)

trong đó: N – lực kéo đúng tâm tính toán; An – diện tích tiết diện thực của cấu kiện.

5.1.2 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 1, a):

– 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 s­2t/(4u) cho mỗi đoạn đường chéo giữa các lỗ;

trong đó:

s – 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 – bề dày thanh thép có lỗ;

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

Đối với thép góc 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 1, b).

a) b)

Hình 1 – Cách xác định diện tích thực

5.2 Cấu kiện chịu uốn

5.2.1 Tính toán về bền

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

(5.2)

trong đó:

M – mômen uốn quanh trục tính toán;

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

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

(5.3)

trong đó:

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

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

I – mômen quán tính của tiết diện nguyên;

tw – bề dày bản bụng;

fv – cường độ tính toán chịu cắt của thép.

5.2.1.3 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:

(5.4)

trong đó:

F – tải trọng tập trung;

lz – 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 hw của bản bụng:

lz = b + 2hy (5.5)

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

a) b) c)

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

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

Chiều cao tính toán hw 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 2, b); với dầm hàn là chiều cao bản bụng (Hình 2, a); với dầm đinh tán hay bulông là khoảng cách giữa các mép gần nhau nhất của các thép góc trên hai cánh (Hình 2, c).

5.2.1.4 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 :

(5.6)

trong đó: s, t, sc 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; t và sc tính theo các công thức (5.3) và (5.4); còn s tính theo công thức sau:

(5.7)

trong đó:

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

In – mômen quán tính của tiết diện thực của dầm;

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

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

(5.8)

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

Đồng thời với công thức (5.8) bản bụng dầm phải được kiểm tra bền theo các công thức (5.3) và (5.6).

5.2.1.6 Dầm đơn giản có tiết diện đặc, bằng thép có giới hạn chảy fy £ 530 N/mm2, 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 fv (trừ tiết diện ở gối):

(5.9)

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

(5.10)

trong đó:

Mx, My – các giá trị tuyệt đối của mômen uốn;

c1, cx, cy – lấy theo bảng C.1, phụ lục C.

Tiết diện gối dầm (khi M = 0; Mx = 0; My = 0) được kiểm tra bền theo công thức:

(5.11)

5.2.1.7 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.

5.2.1.8 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 (5.9) 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 = aMmax (5.12)

trong đó:

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

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

(5.13)

với Me 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:

(5.14)

Me = 0,5 M2 (5.15)

trong đó:

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

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

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

l – chiều dài nhịp biên.

b) Trong dầm một nhịp và dầm liên tục có hai đầu mút liên kết ngàm thì Me = 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 Me được lấy theo công thức (5.14).

Giá trị của lực cắt V trong công thức (5.11) lấy tại tiết diện có Mmax tác dụng, nếu Mmax là mômen uốn ở nhịp thì kiểm tra tiết diện ở gối dầm.

5.2.1.9 Dầm liên tục và dầm ngàm thoả mãn điều 5.2.1.8, chịu uốn trong hai mặt phẳng chính, có t£ 0,5 fv được kiểm tra bền theo công thức (5.10) có kể đến sự phân bố lại mômen theo các chỉ dẫn ở điều 5.2.1.8.

5.2.2 Tính toán về ổn định

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

(5.16)

trong đó:

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

jb – hệ số, xác định theo phụ lục E.

Khi xác định jb , chiều dài tính toán lo 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.

5.2.2.2 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 lo và chiều rộng cánh chịu nén bf của dầm không lớn hơn giá trị tính theo các công thức của bảng 13.

Bảng 13 – Giá trị lớn nhất lo / bf để không cần kiểm tra ổn định của dầm

5.3 Cấu kiện chịu nén đúng tâm

5.3.1 Tính toán về bền

Tính toán về bền của cấu kiện chịu nén đúng tâm giống cấu kiện chịu kéo đúng tâm, theo công thức (5.1), điều 5.1.1.

5.3.2 Tính toán về ổn định

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

(5.20)

trong đó:

A – diện tích tiết diện nguyên;

j – hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh qui ước = l được tính theo các công thức:

Khi 0 < £ 2,5: j = 1 – (5.21)

Khi 2,5 < £ 4,5: j = (5.22)

Khi > 4,5: j = (5.23)

Giá trị số của hệ số j có thể lấy theo bảng D.8, phụ lục D.

5.3.2.2 Các cấu kiện chịu nén có bản bụng đặc, hở dạng P, có lx< 3ly (với lx, lylà 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 điều 5.3.2.3 và 5.3.2.5.

Hình 3 – Các cấu kiện có tiết diện dạng P

5.3.2.3 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 (5.21), (5.22), (5.23) hoặc tra bảng D.8 phụ lục D, trong đó thay bằng độ mảnh tương đương quy ướco (o= lo). Giá trị của lo 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 lf giữa các mắt.

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

Khi dùng một tấm đặc 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 đối 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 lo của cả thanh.

5.3.2.4 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 lf giữa các bản đệm (lấy như điều 5.3.2.3) 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 của thanh nén, cần đặt ít nhất hai bản đệm.

Tìm hiểu thêm: Bê tông phước yên đà nẵng