Giáo trình Kết cấu thép 1 - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội | Thông tin, tài liệu chính, tiêu chuẩn

Giáo trình Kết cấu thép 1 của Đại học Kiến trúc Hà Nội cung cấp kiến thức chuyên sâu về nguyên lý thiết kế, tính toán và cấu tạo các cấu kiện thép. Tài liệu

• Trường học: Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
• Chuyên ngành: Kết cấu thép
• Đề tài: Kết cấu thép 1
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình kết cấu thép 1

Giáo trình kết cấu thép 1 là học phần cơ sở quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng. Môn học cung cấp kiến thức nền tảng về vật liệu thép, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán các cấu kiện cơ bản. Thời lượng môn học gồm 4 tín chỉ, trong đó 3 tín chỉ lý thuyết và 1 tín chỉ tự học. Sinh viên cần nghiên cứu giáo trình, tham dự đầy đủ các buổi lên lớp và hoàn thành bài tập. Tài liệu học tập chính bao gồm sách giáo trình của tác giả Phạm Văn Hội và các tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 338:2005. Đánh giá kết quả học phần gồm 20% điểm quá trình và 80% điểm thi kết thúc. Giáo trình này đặt nền móng vững chắc cho việc học các môn chuyên sâu về kết cấu thép nâng cao và thiết kế công trình.

1.1. Khái niệm và định nghĩa kết cấu thép

Kết cấu thép là kết cấu của công trình xây dựng được chế tạo từ thép hoặc kim loại khác. Thép xây dựng là hợp kim đen của sắt (Fe) và cácbon (C), ngoài ra còn có các chất phụ gia nhằm tăng tính năng cơ lý. Thép xây dựng được phân loại thành thép cácbon thấp (CT3, CT4), thép cácbon trung bình và thép hợp kim. Mỗi loại thép có đặc tính chịu lực và ứng dụng riêng biệt trong xây dựng công trình.

1.2. Ưu nhược điểm của kết cấu thép

Kết cấu thép sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội. Khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao là lợi thế hàng đầu. Trọng lượng nhẹ giúp giảm tải trọng nền móng. Tính công nghiệp hóa cao cho phép sản xuất hàng loạt tại nhà máy. Tuy nhiên, kết cấu thép cũng tồn tại nhược điểm như bị xâm thực do tác động của môi trường. Khả năng chịu lửa kém, ở nhiệt độ 500-600 độ C thép chuyển sang trạng thái dẻo, mất khả năng chịu lực.

II. Phân tích vật liệu và sự làm việc của thép

Thép xây dựng là vật liệu có biểu đồ ứng suất biến dạng đặc trưng, thể hiện rõ qua các giai đoạn làm việc. Khi chịu tải trọng kéo, thép trải qua giai đoạn đàn hồi tuyến tính OA tuân theo định luật Húc, tiếp theo là vùng đàn hồi phi tuyến AA'. Giai đoạn chảy dẻo BC là thềm chảy nằm ngang, biến dạng tăng trong khi lực không đổi. Sau đó là giai đoạn củng cố CD, lực tăng kèm biến dạng lớn dẫn đến phá hủy. Giới hạn chảy fy là đại lượng quan trọng nhất trong tính toán kết cấu thép, được xác định bằng ứng suất tại điểm bắt đầu chảy dẻo. Đối với thép cường độ cao không có thềm chảy rõ ràng, giới hạn chảy quy ước lấy bằng ứng suất khi biến dạng dư đạt 0,2%. Hiểu rõ cơ chế làm việc của thép là cơ sở để áp dụng chính xác các phương pháp tính toán thiết kế.

2.1. Phân loại thép xây dựng và quy cách thép cán

Thép xây dựng được phân loại dựa trên hàm lượng cácbon và thành phần hợp kim. Thép cácbon thấp CT3 có giới hạn chảy 240 MPa, thường dùng cho kết cấu thông dụng. Thép CT4 có cường độ cao hơn, giới hạn chảy đạt 275 MPa. Thép hợp kim thấp như 16Mn2NV có giới hạn chảy trên 440 MPa, giới hạn bền trên 590 MPa, được dùng cho công trình yêu cầu cường độ cao. Quy cách thép cán bao gồm thép hình I, H, U, L và thép tấm theo tiêu chuẩn.

2.2. Các giai đoạn làm việc của thép chịu kéo

Biểu đồ ứng suất biến dạng của thép chịu kéo gồm năm giai đoạn chính. Giai đoạn đàn hồi OA cho phép thép hồi phục hoàn toàn khi bỏ tải. Giai đoạn đàn hồi dẻo A'B đánh dấu sự xuất hiện biến dạng dư. Thềm chảy BC là đặc trưng của thép cácbon thấp, biến dạng tăng lớn mà lực không đổi. Giai đoạn củng cố CD thép bị thắt cổ chai rồi đứt. Mối quan hệ giữa giới hạn chảy fy và giới hạn bền fu là cơ sở để xác định tính dẻo của vật liệu.

III. Phương pháp tính toán kết cấu thép theo giáo trình

Phương pháp tính toán kết cấu thép dựa trên trạng thái giới hạn, bao gồm trạng thái giới hạn承载能力và trạng thái giới hạn sử dụng. Tải trọng tính toán được xác định qua các tổ hợp tải trọng. Tổ hợp tải trọng bình thường bao gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời ngắn hạn. Tổ hợp đặc biệt bổ sung thêm tải trọng đặc biệt. Cường độ tính toán được xác định bằng cường độ tiêu chuẩn chia cho hệ số an toàn. Các công thức kiểm tra bền và ổn định được áp dụng cho từng loại cấu kiện. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm kiểm tra bằng điều kiện sigma nhỏ hơn f. Cấu kiện chịu nén cần kiểm tra cả bền và ổn định, trong đó hệ số uốn dọc phi được tra bảng theo độ mảnh lambda. Phương pháp tính toán này đảm bảo kết cấu hoạt động an toàn và kinh tế trong suốt thời gian sử dụng.

3.1. Tổ hợp tải trọng và cường độ tính toán

Tải trọng tác dụng lên kết cấu thép được phân loại thành tải trọng thường xuyên, tạm thời và đặc biệt. Tổ hợp tải trọng bình thường THCB1 được tính theo công thức q bằng tổng tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời ngắn hạn. Tổ hợp THCB2 áp dụng hệ số giảm 0.9 cho tổng các tải trọng tạm thời. Tổ hợp đặc biệt THĐB bao gồm tải trọng đặc biệt với hệ số giảm 0.5 cho các tải trọng khác. Cường độ tính toán f lấy từ bảng tra theo loại thép.

3.2. Kiểm tra bền và ổn định cấu kiện cơ bản

Cấu kiện chịu kéo đúng tâm được kiểm tra bền bằng điều kiện N chia tiết diện An nhỏ hơn f. Cấu kiện chịu uốn kiểm tra bền với mômen uốn lớn nhất Mmax chia Wn nhỏ hơn f. Cấu kiện chịu nén đúng tâm cần kiểm tra cả bền và ổn định, trong đó điều kiện ổn định là N chia tích phi với A nhỏ hơn f. Cấu kiện chịu nén lệch tâm sử dụng công thức kết hợp ứng suất pháp và ứng suất uốn, xét riêng trong và ngoài mặt phẳng uốn.

IV. Phạm vi ứng dụng và yêu cầu thiết kế thép

Kết cấu thép được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại công trình xây dựng. Nhà công nghiệp sử dụng khung thép cho khả năng vượt nhịp lớn và lắp ráp nhanh. Công trình nhịp lớn trên 30-40 mét áp dụng kết cấu thép là tối ưu. Khi nhịp vượt quá 100 mét, kết cấu thép là giải pháp duy nhất khả thi. Cầu đường bộ và đường sắt sử dụng thép cho trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Kết cấu tháp cao như cột điện, ăng ten vô tuyến cần tính cơ động trong lắp ráp. Bể chứa dầu, khí sử dụng thép cho độ kín cần thiết. Cần trục, cửa van, gương ăng ten parabol thuộc loại kết cấu di động. Thiết kế kết cấu thép phải đảm bảo các yêu cầu về độ bền, độ cứng, độ ổn định, độ bền lâu và tính thẩm mỹ. Yêu cầu kinh tế đòi hỏi tiết kiệm vật liệu, tính công nghệ trong chế tạo và tốc độ lắp ráp nhanh chóng.

4.1. Ứng dụng thực tế trong các loại công trình

Nhà công nghiệp là ứng dụng phổ biến nhất của kết cấu thép, tận dụng khả năng vượt nhịp lớn và lắp ráp nhanh. Nhà nhịp lớn trên 30 mét như nhà thi đấu, nhà triển lãm sử dụng khung thép hiệu quả. Khung nhà nhiều tầng áp dụng thép giúp giảm trọng lượng móng. Cầu đường bộ và đường sắt sử dụng dầm thép cho nhịp lớn. Kết cấu tháp cao như cột điện, tháp viễn thông cần thép cho tính cơ động. Bể chứa dầu khí đòi hỏi độ kín mà thép đáp ứng tốt.

4.2. Yêu cầu kỹ thuật và kinh tế trong thiết kế

Yêu cầu sử dụng đối với kết cấu thép bao gồm độ bền, độ cứng và độ ổn định trong suốt thời gian khai thác. Độ bền lâu đảm bảo kết cấu hoạt động lâu dài dưới tác động của môi trường. Tính thẩm mỹ được quan tâm đặc biệt với công trình công cộng. Về mặt kinh tế, thiết kế phải tiết kiệm vật liệu thép có giá thành cao. Tính công nghệ trong chế tạo giúp giảm chi phí sản xuất. Tốc độ lắp ráp nhanh rút ngắn tiến độ thi công, giảm chi phí nhân công.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình Kết cấu thép 1 do Bộ môn Kết cấu thép, gỗ thuộc Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội biên soạn, là tài liệu giảng dạy cốt lõi cho học phần cùng tên trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật Xây dựng và Kiến trúc. Học phần có tổng thời lượng 4 tín chỉ, bao gồm 3 tín chỉ lý thuyết và 1 tín chỉ tự học, đồng thời gắn liền với học phần thực hành Đồ án kết cấu thép 1 (thời lượng 1 tín chỉ). Về vị trí đào tạo, môn học đóng vai trò chuyển tiếp từ các môn cơ sở ngành sang giai đoạn tính toán, thiết kế công trình chuyên sâu.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho người học hệ thống kiến thức về bản chất cơ lý của vật liệu thép xây dựng, các quy cách thép hình, thép tấm và phương pháp tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn. Kết thúc học phần, sinh viên có khả năng xác định tải trọng, lập tổ hợp tải trọng và thực hiện kiểm toán khả năng chịu lực, độ ổn định của các cấu kiện thép cơ bản gồm cấu kiện chịu kéo, nén đúng tâm, chịu uốn và nén lệch tâm.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo trình tự logic chặt chẽ: bắt đầu từ đại cương về ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật; tiếp nối bằng cơ sở vật liệu học kim loại, sự làm việc của thép dưới tải trọng; và kết thúc bằng các công thức giải tích kiểm tra cấu kiện theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Giáo trình được xây dựng trên cơ sở chuẩn hóa theo tài liệu chính Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản của tác giả Phạm Văn Hội (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006) và tiêu chuẩn thiết kế quốc gia TCXDVN 338:2005.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua các chủ đề kỹ thuật trọng tâm:

1. Chương mở đầu - Đại cương về kết cấu thép: Định nghĩa kết cấu thép trong công trình xây dựng; phân tích ưu điểm (khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao, trọng lượng nhẹ, tính công nghiệp hóa và tính cơ động trong lắp dựng) và nhược điểm (dễ bị xâm thực, chịu lửa kém khi chuyển sang dẻo ở nhiệt độ 500–600°C); phân loại phạm vi ứng dụng (nhà công nghiệp, nhà nhịp lớn $L > 30\text{–}40\text{ m}$ hoặc $L > 100\text{ m}$, khung nhà nhiều tầng, cầu đường bộ, tháp ăng ten, kết cấu bản bể chứa dầu/khí, kết cấu di động); xác lập yêu cầu sử dụng (độ bền, độ cứng, độ ổn định, độ bền lâu, thẩm mỹ) và yêu cầu kinh tế.
2. Vật liệu và sự làm việc của thép xây dựng: Phân loại thép carbon thấp ($C < 0,22%$) và thép hợp kim thấp ($< 2,5%$ nguyên tố hợp kim); công nghệ luyện thép (lò quay Besmer, Thomas, lò bằng Martin) và mức độ khử oxy (thép sôi s, thép tĩnh, thép nửa tĩnh n); cấu trúc vi mô gồm hạt pherit chiếm 99% khối lượng, màng xementit ($\text{Fe}_3\text{C}$), màng peclit; vai trò của các nguyên tố $\text{Mn}, \text{Si}, \text{P}, \text{S}, \text{Cu}, \text{Ni}, \text{Cr}, \text{Ti}, \text{O}, \text{N}$; phân nhóm số hiệu thép (thép thường CCT34, CCT38, CCT42; thép cường độ khá cao 09Mn2, 14Mn2, 16Mn2Si; thép cường độ cao 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV).
3. Sự làm việc chịu tải trọng và quy cách thép cán: Phân tích biểu đồ ứng suất – biến dạng ($\sigma - \varepsilon$) qua các giai đoạn đàn hồi, tỷ lệ, đàn hồi dẻo, chảy dẻo (thềm chảy) và củng cố; quy ước giới hạn chảy $\sigma_{0,2}$ đối với thép cường độ cao; mô đun đàn hồi $E = 2,1 \times 10^5\text{ MPa}$; cơ chế phá hoại giòn (biến cứng nguội, tập trung ứng suất, mỏi); quy cách thép hình cán nóng (thép góc đều cánh/lệch cánh, thép hình chữ I chiều cao 100–600 mm, thép chữ C từ C5–C40), thép tấm và thép hình dập nguội chiều dày 2–16 mm (thép Z, C).
4. Phương pháp tính toán và kiểm tra cấu kiện: Phương pháp tính theo hai trạng thái giới hạn (TTGH 1: $N \le S$; TTGH 2: $\Delta \le [\Delta]$); phân loại tải trọng, xác định hệ số độ tin cậy tải trọng và thiết lập tổ hợp tải trọng (THCB 1, THCB 2, THĐB); công thức kiểm tra bền và ổn định đối với cấu kiện chịu kéo đúng tâm ($\sigma = N / A_n \le f \cdot \gamma_c$), cấu kiện chịu uốn ($M_{\max} / W_n \le f \cdot \gamma_c$), cấu kiện chịu nén đúng tâm ($\sigma = N / (\varphi \cdot A) \le f \cdot \gamma_c$ với hệ số uốn dọc $\varphi$), cấu kiện chịu nén/kéo lệch tâm ($m_e > 20$, kiểm tra ổn định trong và ngoài mặt phẳng uốn).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Cơ sở vật liệu học kim loại: Mối quan hệ giữa thành phần hóa học, cấu trúc mạng tinh thể (ferit, xementit, peclit) và đặc trưng cơ học của thép dưới tải trọng kéo/nén.
• Lý thuyết trạng thái giới hạn: Hệ thống điều kiện biên phân định khả năng chịu lực tới hạn (TTGH 1) và khả năng sử dụng bình thường của công trình (TTGH 2).
• Khung tiêu chuẩn kỹ thuật: Các quy định tính toán cường độ tiêu chuẩn ($f_n$), cường độ tính toán ($f$), hệ số điều kiện làm việc ($\gamma_c$) theo TCXDVN 338:2005 và quy chuẩn tải trọng theo TCVN 2737-1995.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Tra cứu quy cách thép hình cán, thép dập; tính toán đặc trưng hình học tiết diện thực ($A_n, W_n$); tra bảng xác định hệ số uốn dọc $\varphi(\lambda, f)$.
• Kỹ năng phân tích: Nhận diện các dạng phá hoại cơ học (chảy dẻo, phá hoại giòn do tập trung ứng suất hoặc mỏi); xác định trường hợp tổ hợp tải trọng bất lợi nhất.
• Năng lực thực hành: Tính toán thiết kế và kiểm toán an toàn chịu lực cho dầm thép, cột thép, thanh dàn chịu lực trong kết cấu xây dựng dân dụng và công nghiệp.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Phương pháp tiếp cận sư phạm của giáo trình kết hợp giữa việc truyền đạt cơ sở lý thuyết giải tích và hướng dẫn ứng dụng thực tế thông qua các đồ án môn học. Với thời lượng 3 tín chỉ lý thuyết và 1 tín chỉ tự học, học phần yêu cầu sinh viên phát triển phương pháp học tập chủ động, gắn kết chặt chẽ giữa việc tiếp thu trên lớp và nghiên cứu tài liệu kỹ thuật tại nhà.

Chương trình học phân bổ các dạng bài tập tính toán cụ thể cho từng loại cấu kiện: xác định khả năng chịu lực của tiết diện dầm chữ I, kiểm tra ổn định tổng thể của cột thép chữ C hoặc thép tổ hợp chịu nén lệch tâm. Các tình huống tính toán được xây dựng dựa trên các sơ đồ kết cấu thực tế như hệ thống dầm sàn thép, khung nhà công nghiệp và kết cấu nhịp lớn.

Hệ thống đánh giá kết quả học phần được quy định cụ thể theo tỷ lệ:

• Điểm quá trình (20%): Đánh giá thông qua mức độ tham dự lớp học, ý thức chuẩn bị bài giảng, thảo luận chuyên môn và kết quả hoàn thành các bài tập giao về nhà.
• Điểm thi kết thúc học phần (80%): Thực hiện bằng hình thức thi viết tập trung chung toàn khóa, kiểm tra toàn diện năng lực hiểu biết lý thuyết và kỹ năng tính toán cấu kiện kết cấu thép.

Về phương pháp tự học, sinh viên được yêu cầu nghiên cứu kỹ tài liệu bài giảng trước khi lên lớp dưới sự hướng dẫn của giảng viên, chuẩn bị các câu hỏi chuyên môn, đồng thời chủ động sưu tầm các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế và tài liệu tham khảo liên quan để hoàn thành song song học phần Đồ án kết cấu thép 1.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Giáo trình thể hiện tính kế thừa và chuẩn hóa học thuật rõ nét khi phát triển dựa trên nền tảng của Giáo trình kết cấu thép (Trường Đại học Xây dựng, 1980) và được cập nhật hệ thống hóa theo tài liệu Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản của Phạm Văn Hội (2006).

Nội dung giáo trình tích hợp hoàn toàn theo tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 338:2005 - Kết cấu thép. Tiêu chuẩn thiết kế và tiêu chuẩn tải trọng TCVN 2737-1995. Việc chuyển đổi hoàn toàn sang phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn (xác định qua hai nhóm trạng thái giới hạn chịu lực và biến dạng) giúp sinh viên tiếp cận trực tiếp với quy trình thiết kế kỹ thuật hiện đại, loại bỏ các phương pháp ứng suất cho phép cũ.

Giáo trình cập nhật chi tiết hệ thống phân loại mác thép theo tiêu chuẩn Việt Nam, bao gồm thép carbon thấp cường độ thường (CCT34, CCT38, CCT42 theo các mức độ khử oxy s, n), thép hợp kim thấp cường độ khá cao (09Mn2, 14Mn2, 16Mn2Si) và thép hợp kim xử lý nhiệt cường độ cao (16Mn2NV, 12Mn2SiMoV). Đồng thời, tài liệu bổ sung quy cách các loại thép hình dập nguội thành mỏng (tiết diện Z, C chiều dày 2–16 mm), phản ánh đúng xu hướng sử dụng vật liệu nhẹ và giải pháp thi công công nghiệp hóa trong ngành xây dựng hiện đại.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Giáo trình Kết cấu thép 1 được biên soạn phục vụ trực tiếp cho các nhóm đối tượng học thuật và chuyên môn:

• Sinh viên đại học: Sinh viên các chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Kiến trúc công trình tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và các cơ sở đào tạo khối kỹ thuật xây dựng.
• Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu và Vật liệu xây dựng. Sinh viên cần nắm vững các khái niệm về biểu đồ nội lực ($N, M, Q$), ứng suất, biến dạng, định luật Hooke và các đặc trưng hình học của tiết diện phẳng.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng giáo trình làm khung đề cương chuẩn để triển khai bài giảng lý thuyết, biên soạn bài tập, thiết lập ngân hàng câu hỏi thi kết thúc học phần và hướng dẫn sinh viên thực hiện Đồ án kết cấu thép 1.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu phục vụ mục đích tra cứu lý thuyết tính toán cấu kiện cơ bản, quy cách thép cán/thép dập và các bảng tra cứu hệ số kỹ thuật phục vụ công tác thiết kế kết cấu công trình.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Giáo trình phù hợp cho sinh viên đại học ngành Kỹ thuật Xây dựng và Kiến trúc đang học phần kết cấu kim loại, cùng các kỹ sư cần tài liệu tra cứu phương pháp kiểm toán cấu kiện thép cơ bản.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này?
Người học cần có kiến thức vững chắc về Sức bền vật liệu (tính toán ứng suất, biến dạng, mô men kháng uốn $W$, diện tích tiết diện $A$), Cơ học kết cấu (xác định tổ hợp nội lực) và Vật liệu xây dựng (tính chất cơ lý kim loại).

3. Điểm khác biệt của giáo trình với các tài liệu khác là gì?
Giáo trình phân loại chi tiết các mác thép xây dựng theo tiêu chuẩn Việt Nam (CCT38, 09Mn2, 16Mn2NV), hệ thống hóa phương pháp kiểm toán bền và ổn định cấu kiện theo tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005, đồng thời gắn kết trực tiếp với học phần Đồ án kết cấu thép 1.

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức trong giáo trình?
Sinh viên cần đọc trước bài giảng lý thuyết, ghi nhớ bản chất biểu đồ kéo thép $\sigma - \varepsilon$, nắm rõ điều kiện kiểm tra bền ($\sigma \le f \cdot \gamma_c$) và ổn định ($\sigma \le \varphi \cdot f \cdot \gamma_c$), kết hợp giải bài tập tính toán tiết diện cấu kiện.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?
Tài liệu tham khảo chính gồm sách Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản (Phạm Văn Hội, 2006), sách chuyên khảo Thiết kế hệ dầm sàn thép (Đoàn Tuyết Ngọc, 2008), Giáo trình kết cấu thép (Đại học Xây dựng, 1980) và tiêu chuẩn TCXDVN 338:2005.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Kết cấu thép 1 của Bộ môn Kết cấu thép, gỗ - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cung cấp khung kiến thức chuẩn mực về cơ sở vật liệu thép xây dựng và phương pháp tính toán cấu kiện kim loại cơ bản theo trạng thái giới hạn. Nội dung tài liệu đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật quy định trong TCXDVN 338:2005 và TCVN 2737-1995.

Lộ trình học tập khuyến nghị cho sinh viên bao gồm: nắm vững cơ tính vật liệu và biểu đồ biến dạng của thép $\to$ thành thạo phương pháp xác định tải trọng và tổ hợp tải trọng $\to$ áp dụng công thức kiểm toán khả năng chịu lực, ổn định cho cấu kiện chịu kéo, nén, uốn, nén lệch tâm $\to$ vận dụng hoàn thành Đồ án kết cấu thép 1 và làm nền tảng cho các học phần thiết kế kết cấu công trình nâng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU - ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP KHÁI NIỆM  Kết cấu thép là kết cấu của công trình xây dựng bằng thép hoặc bằng kim loại khác. ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP I. Ưu điểm - Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao. - Trọng lượng nhẹ.

- Có tính công nghiệp hóa cao. - Có tính cơ động trong vận chuyển lắp ráp. Nhược điểm - Bị xâm thực. - Chịu lửa kém: ở T =500  600°C thép chuyển sang dẻo.

PHẠM VI ỨNG DỤNG Kết cấu thép phù hợp với công trình lớn, cần có trọng lượng nhẹ, độ kín. Sử dụng tốt trong các loại công trình sau : - Nhà công nghiệp - Nhà nhịp lớn: L > 30  40m. L > 100m: Kết cấu thép là duy nhất áp dụng được. - Khung nhà nhiều tầng.

- Cầu đường bộ, đường sắt. - Kết cấu tháp cao: cột điện, ăng ten vô tuyến. - Kết cấu bản: Bể chứa dầu, bể chứa khí. - Các loại kết cấu di dộng: Cần trục, cửa van,gương ăng ten parabol.

PHẠM VI ỨNG DỤNG Nhà công nghiệp Nhà nhịp lớn Bể chứa § 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG Tháp thép Nhà cao tầng § 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG Cầu thép § 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG Kết cấu cầu di động § 3.

YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP I. Yêu cầu về sử dụng. Đảm bảo độ bền, độ cứng, độ ổn định, độ bền lâu và thẩm mỹ. Yêu cầu về kinh tế: (Giá thành thấp) Tiết kiệm vật liệu, tính công nghệ khi chế tạo, lắp ráp nhanh.

VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP § 1. THÉP XÂY DỰNG § 1. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG § 1. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG § 1.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP § 1. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN § 1. THÉP XÂY DỰNG I. PHÂN LOẠI THÉP XÂY DỰNG Khái niệm: Thép là hợp kim đen của sắt (Fe) và cácbon (C), ngoài ra còn có một số chất đưa vào với mục đích tăng tính năng cho thép hoặc một số tạp chất không tách được trong quá trình luyện quặng.

Một số hình ảnh lò luyện thép § 1. THÉP XÂY DỰNG Cán thép sợi § 1. THÉP XÂY DỰNG Cán thép § 1. THÉP XÂY DỰNG Cán nóng thép hình § 1.

THÉP XÂY DỰNG Phân loại: 1. Phân loại thép thành phần hóa học: 2 loại • Thép Cácbon: (Fe + C) (% C < 1,7%), ko có hợp kim khác. Thép Cácbon thấp %C <0,22% mềm, dẻo, dễ hàn dùng trong xây dựng. Thép Cácbon vừa và cao dùng trong các ngành công nghiệp khác.

• Thép hợp kim: (Fe + C) + kim loại khác (Cr, Ni, Mn .) Thép hợp kim thấp (% kim loại khác < 2,5%) được dùng trong xây dựng. Thép hợp kim vừa và cao: Không được dùng trong kết cấu xây dựng. Theo phương pháp luyện thép: Lò quay (Besmer, Thomas), Lò bằng (Martin) Lò quay cải tiến. Phân loại theo mức độ khử ôxy: Thép sôi, Thép tĩnh, Thép nửa tĩnh.

Xây lò bằng gạch chịu lửa § 1. THÉP XÂY DỰNG II. CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA THÉP 1. Cấu trúc: thép có cấu trúc tinh thể, bao gồm: - Hạt pherit: (Fe) có tính dẻo, mềm chiếm 99% trong lượng thép.

- Màng xementit: (Fe3C) có tính chất cứng và giòn. - Màng peclit: do xementit hỗn hợp với ferit tạo thành. Thành phần hoá học: gồm có Fe và C. Ngoài ra còn có các chất đưa thêm vào hoặc tạp chất chưa tách hết.

- Mn: làm tăng cường độ, tăng độ dai. - Si: làm tăng cường độ thép, giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn. - P: làm giảm tính dẻo và độ dai của thép. - S: Làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao, dễ bị nứt khi hàn và rèn.

- Đối với thép hợp kim, đưa thêm vào các nguyên tố kim loại như Cu, Ni, Cr, Ti. tăng tính năng cơ học, tăng độ bền chống gỉ của thép. - Ôxy, Nitơ làm thép bị giòn, giảm cường độ § 1. THÉP XÂY DỰNG III.

SỐ HIỆU THÉP XÂY DỰNG Theo cường độ có 3 loại: 1. Thép các bon thấp cường độ thường - Thép cácbon thấp, giới hạn chảy không quá 360 MPa. - Số hiệu thường dùng: CCT34, CCT34s, CCT34n CCT38, CCT38s, CCT38n, CCT38nMn CCT42, CCT42s, CCT42n - Ý nghĩa kí hiệu: C - nhóm thép, A, B, C; Nhóm A: Đảm bảo tính chất cơ học. Nhóm B: Đảm bảo thành phân hóa học.

Nhóm C: Đảm bảo tính chất cơ học và thành phần hóa học. CT - thép các bon thấp; 34,38,42 - độ bền kéo đứt (giới hạn bền), daN/mm2; s - Phương pháp khử ôxy: thép sôi, n - thép nửa tĩnh (thép tĩnh không ghi); § 1. THÉP XÂY DỰNG § 1. THÉP XÂY DỰNG 2.

Cường độ khá cao: Thép các bon thấp qua nhiệt luyện hoặc thép hợp kim thấp, giới hạn chảy không quá 400 MPa, giới hạn bền 450-540 MPa. - Số hiệu thường dùng: 09Mn2,14Mn2,16Mn2Si, 09Mn2Si, 10Mn2Si1, 10CrSiNiCu. - Ý nghĩa kí hiệu: Hai chữ số đầu chỉ phần vạn hàm lượng cácbon. Các chữ cái chỉ tên hợp kim có trong thép.

Các chữ số đứng sau tên hợp kim chỉ % hàm lượng hợp kim (nếu hàm lượng  1%). Cường độ cao: Thép hợp kim thấp qua nhiệt luyện, giới hạn chảy trên 440 MPa, giới hạn bền trên 590 MPa. - Số hiệu thường dùng: 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV. - Ý nghĩa kí hiệu: N - nitơ, Mo - môlípđen, V - vanađi § 1.

SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG Thí nghiệm kéo thép § 1. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG 1. SỰ LÀM VIỆC CHỊU KÉO Dạng làm việc cơ bản, đặc trưng cho sự chịu lực của thép dưới tác dụng của tải trọng. Biểu đồ ứng suất – biến dạng - Kéo các mẫu thép CCT38 mềm có kích thước tiêu chuẩn bằng tải trọng tĩnh tăng dần.

Vẽ đồ thị quan hệ  - . SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG OA' - Giai đoạn đàn hồi: Bỏ lực, mẫu thép trở lại hình dạng ban đầu. OA - Giai đoạn tỉ lệ: biểu đồ là đoạn thẳng,  -  có quan hệ tỉ lệ, tuân theo định luật Húc. AA' - đồ thị hơi cong đi, không còn quan hệ tỉ lệ, nhưng thép vẫn làm việc đàn hồi.

A'B - Giai đoạn đàn hồi dẻo: Biểu đồ là đường cong rõ rệt, thép không còn làm việc đàn hồi. BC - Giai đoạn chảy dẻo: Là đoạn thẳng nằm ngang. Biến dạng tăng khi P không đổi. đoạn BC gọi là thềm chảy.

CD - Giai đoạn củng cố: Biểu đồ là đường cong thoải. Lực tăng, biến dạng tăng nhanh. Mẫu thép bị thắt lại, tiết diện thu nhỏ và bị kéo đứt tại D. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG - Thềm chảy chỉ có ở thép các bon thấp.

Biểu đồ kéo của thép các bon cao hoặc thép cường độ cao không có thềm chảy. Sau giai đoạn đàn hồi thép chuyển ngay sang giai đoạn củng cố. Vì vậy, giới hạn chảy là quy ước và lấy bằng ứng suất khi biến dạng dư đạt giá trị 0,2%. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG , Các, đặc trưng cơ học chủ yếu: được Tiêu chuẩn quy định đối với từng mác thép, bao gồm tl ,c ,b ,0.

Trong đó quan trọng nhất là c. Thép các bon thấp có E = 2,1. Sự làm việc chịu nén Tương tự như chịu kéo, có cùng tl ,c và E. Trong giai đoạn củng cố không xác định được giới hạn bền ở thép cácbon thấp (mẫu thép bị phình to ra và vẫn tiếp tục chịu được tải trọng).

Trong giai đoạn làm việc đàn hồi hoặc đàn hồi dẻo, các đặc trưng cơ học tính toán của thép chịu nén lấy giống chịu kéo. Sự phá hoại giòn Phá hoại giòn: sự phá hoại với biến dạng nhỏ kèm theo những vết nứt, xảy ra đột ngột khi kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi. Một số nguyên nhân gây phá hoại giòn: Sự biến cứng nguội. Sự tập trung ứng suất.

Sự mỏi của thép. SỰ LÀM VIỆC CỦA THÉP CHỊU TẢI TRỌNG , , § 1. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG 1. Thép hình Thép góc - Dùng làm thanh chịu lực như thanh chống, thanh dàn hoặc dùng làm cấu kiện liên kết các kết cấu khác.

- Có hai loại : đều cánh và lệch cánh. - Kí hiệu : Ví dụ : Thép đều cánh L 50x50x5, thép lệch cánh L 63x40x4. Thép chữ I - Dùng làm dầm, làm cột. - Có tất cả 23 loại chiều cao từ 100 – 600 mm.

- Kí hiệu : Ví dụ : I 30 Chiều dài l = 4 – 13 m. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG § 1. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG § 1. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG § 1.

QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG Thép chữ C - Dùng làm tiết diện cột, dầm chịu uốn xiên, thanh dàn trong dàn cầu. - Có tất cả 22 loại tiết diện từ C5 đến C40 - Kí hiệu : Ví dụ : C22 Chiều dài l = 4 – 13 m. Trường hợp dài hơn phải nối. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG § 1.

QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG 2. Thép tấm Thép tấm được dùng rộng rãi vì tính vạn năng có thể tạo ra các tiết diện bất kỳ theo yêu cầu thiết kế. Thường có 3 loại : Thép tấm phổ thông Thép tấm mỏng Thép tấm dày. QUY CÁCH THÉP CÁN DÙNG TRONG XÂY DỰNG 3.

Thép hình dập nguội Được cấu tạo từ những tấm thép mỏng (2 – 16 mm) mang dập nguội. Thép hình dập nguội có vành mỏng nên nhẹ hơn nhiều so với thép hình tuy nhiên tại chỗ gẫy khúc thường có hiện tượng tập trung ứng suất và phá hoại dòn. Thép Z và C dập nguội § 1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP 1.

Phương pháp tính kết cấu theo trạng thái giới hạn Mục đích: đảm bảo cho kết cấu không bị vượt quá trạng thái giới hạn khiến cho chúng không sử dụng được nữa với chi phí thấp nhất. Trạng thái giới hạn : là trạng thái mà kết cấu thôi không thoả mãn các yêu cầu đề ra đối với công trình khi sử dụng và xây lắp. Chia ra 2 nhóm TTGH: -TTGH1 : mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng được nữa. điều kiện : N  S N: nội lực trong cấu kiện đang xét ( tính N với tải trọng tính toán).

S : nội lực giới hạn mà cấu kiện có thể chịu được. -TTGH2 : không còn sử dụng bình thường được. điều kiện :   [] :biến dạng hay chuyển vị của kết cấu dưới tác dụng của các tải trọng tiêu chuẩn trong những tổ hợp bất lợi nhất. []:biến dạng lớn nhất cho phép có thể sử dụng bình thường được qui định trong tiêu chuẩn hay trong nhiệm vụ thiết kế.