Giáo trình Kết cấu thép - Cấu kiện cơ bản | Phạm Văn Hội (chủ biên) - NXB Khoa học và Kỹ thuật

• Tác giả: Phạm Văn Hội
• Trường học: Trường Đại học Xây dựng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Kết cấu thép - Cấu kiện cơ bản
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình KCT 1 Kết cấu thép Cấu kiện cơ bản

Giáo trình KCT 1 Kết cấu thép Cấu kiện cơ bản là tài liệu học tập quan trọng do Bộ môn Công trình thép - gỗ Trường Đại học Xây dựng biên soạn. Cuốn sách được xuất bản bởi Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, nằm trong bộ sách chính thức về kết cấu thép. Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng về kết cấu thép, bao gồm các cấu kiện cơ bản như dầm, cột, dàn và các loại liên kết. Nội dung được xây dựng theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 338:2005 về yêu cầu thiết kế kết cấu thép. Tài liệu hướng dẫn người học cách tính toán, cấu tạo và sử dụng vật liệu thép một cách khoa học. Giáo trình này phục vụ cho việc đào tạo kỹ sư xây dựng, giúp nắm vững nguyên lý thiết kế các công trình bằng thép. Bộ sách gồm hai tập: tập một về cấu kiện cơ bản và tập hai về công trình dân dụng và công nghiệp.

1.1. Thông tin tác giả và xuất bản

Giáo trình KCT 1 được biên soạn bởi nhóm tác giả uy tín trong lĩnh vực kết cấu thép. PGS.TS. Phạm Văn Hội giữ vai trò chủ biên, viết chương mở đầu, chương 1 và chương 2. PGS.TS. Nguyễn Quang Viên viết chương 3. Giảng viên chính Phạm Văn Tư viết chương 4. Giảng viên Lưu Văn Tường viết chương 5. ThS. Hoàng Văn Quang đọc và sửa chữa toàn bộ nội dung. Cuốn sách được xuất bản năm 2005 bởi Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, đánh dấu 50 năm đào tạo và 40 năm thành lập trường Đại học Xây dựng.

1.2. Vai trò của giáo trình trong đào tạo

Giáo trình KCT 1 đóng vai trò thiết yếu trong chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng tại Việt Nam. Tài liệu cung cấp nền tảng kiến thức cơ bản về kết cấu thép, giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các cấu kiện chịu lực. Giáo trình phục vụ cho nhiều đối tượng: sinh viên đại học, cán bộ kỹ thuật xây dựng và các kỹ sư hành nghề. Nội dung sách được xây dựng theo hướng thực tiễn, gắn liền với tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Đây là tài liệu tham khảo không thể thiếu cho việc thiết kế các công trình thép từ đơn giản đến phức tạp.

II. Phân tích nội dung và cấu trúc giáo trình KCT 1

Giáo trình KCT 1 được cấu trúc logic theo trình tự từ cơ bản đến nâng cao. Chương mở đầu giới thiệu tổng quan về kết cấu thép và ứng dụng trong các lĩnh vực xây dựng. Các chương tiếp theo trình bày chi tiết về thép và các tính chất cơ học cơ bản, bao gồm giới hạn bền, độ dẻo và tính chất đàn hồi. Nội dung phần tính toán tiết diện chịu lực được trình bày cụ thể cho các trường hợp chịu cắt, chịu uốn và chịu lực dọc. Giáo trình cũng giới thiệu các ký hiệu chính sử dụng trong sách như diện tích tiết diện nguyên, tiết diện thực, tiết diện bản cánh và bản bụng. Phần tính toán liên kết bao gồm bulông, đinh tán và mối hàn với các công thức và bảng tra cứu chi tiết. Nội dung về cột và tính ổn định được phân tích kỹ lưỡng, đặc biệt là cột rỗng bản giằng với ưu điểm tiết kiệm vật liệu và tăng độ cứng.

2.1. Nội dung các chương chính

Giáo trình KCT 1 bao gồm năm chương chính được biên soạn công phu. Chương 1 và 2 do PGS.TS. Phạm Văn Hội phụ trách, trình bày về vật liệu thép và tính toán tiết diện chịu lực cơ bản. Chương 3 của PGS.TS. Nguyễn Quang Viên tập trung vào tính toán tiết diện chịu lực dọc và lực ngang kết hợp. Chương 4 do Giảng viên chính Phạm Văn Tư biên soạn, đề cập đến tính toán cột và tính ổn định. Chương 5 của Giảng viên Lưu Văn Tường trình bày về tính toán các loại liên kết trong kết cấu thép như bulông, đinh tán và mối hàn.

2.2. Hệ thống ký hiệu và quy ước

Giáo trình sử dụng hệ thống ký hiệu thống nhất theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép. Các ký hiệu chính bao gồm: diện tích tiết diện nguyên A, diện tích tiết diện thực A_mtt, diện tích tiết diện bản cánh A_c và diện tích bản bụng A_w. Đường kính tính toán bulông và đinh tán được ký hiệu là d_v. Cường độ tính toán của thép được xác định theo các mác thép CT3, CT344, CT3B, CT42, CT52 và thép hợp kim 09Mn2. Bảng tra cứu cường độ tính toán cho phép xác định ứng suất cắt, ép mặt và uốn của từng loại thép.

III. Phương pháp tính toán cấu kiện thép trong giáo trình

Giáo trình KCT 1 trình bày phương pháp tính toán dựa trên trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai. Tính toán tiết diện chịu cắt và uốn sử dụng nguyên lý xác định ứng suất trong tiết diện thép dưới tác dụng của lực cắt và momen uốn. Phương pháp tính toán cột rỗng bản giằng được trình bày chi tiết với công thức xác định độ mảnh tương đương. Giáo trình giới thiệu cách tính độ cứng của cột theo hai phương, trong đó cột rỗng có ưu điểm vượt trội về khả năng chịu lực. Phần tính toán liên kết bulông và đinh tán bao gồm hai nhóm: nhóm B với lỗ khoan theo khuôn mẫu và nhóm C với lỗ đột hoặc khoan không khuôn. Cường độ tính toán của đinh tán nhóm B cao hơn nhóm C do chất lượng lỗ tốt hơn. Phương pháp tính toán mối hàn góc dựa trên diện tích tính toán theo kim loại đường hàn và kim loại ở biên nóng chảy.

3.1. Tính toán tiết diện chịu lực

Phương pháp tính toán tiết diện chịu lực trong giáo trình dựa trên nguyên lý cơ học kết cấu. Tiết diện chịu cắt được tính toán bằng công thức xác định ứng suất cắt phân bố trên tiết diện thép. Tiết diện chịu uốn được kiểm tra theo điều kiện ứng suất uốn không vượt quá cường độ cho phép. Giáo trình cung cấp các bảng tra cứu hệ số giảm trừ và hệ số an toàn cho từng loại tải trọng. Việc tính toán kết hợp lực dọc và lực ngang sử dụng phương pháp tương tác nội lực. Các ví dụ minh họa được trình bày cụ thể giúp người học áp dụng vào thực tế thiết kế.

3.2. Tính toán liên kết và cột thép

Phần tính toán liên kết trong giáo trình bao gồm ba loại chính: bulông thường, bulông cường độ cao và đinh tán. Bulông và đinh tán được kiểm tra cường độ cắt và ép mặt trên tiết diện liên kết. Đường kính đinh tán nhỏ hơn đường kính lỗ 1,5mm, thường dùng các đường kính 17, 19, 21, 23, 25 và 28,5mm. Tính toán cột rỗng bản giằng sử dụng công thức xác định độ mảnh tương đương lambda_v dựa vào tỉ số độ cứng đơn vị của nhánh cột và bản giằng. Góc trượt gamma do lực cắt được xác định theo sơ đồ tính toán biến dạng cột.

IV. Ứng dụng thực tế và giá trị của giáo trình KCT 1

Giáo trình KCT 1 có giá trị ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn xây dựng tại Việt Nam. Kiến thức về kết cấu thép từ giáo trình được áp dụng thiết kế nhà công nghiệp, nhà nhịp lớn, kết cấu thép tấm và nhà cao tầng. Giáo trình cũng phục vụ thiết kế tháp, trụ và kết cấu ứng suất trước. Nội dung theo tiêu chuẩn TCVN 338:2005 đảm bảo tính pháp lý và khoa học cho các công trình thép. Việc hiểu rõ nguyên lý cấu kiện cơ bản giúp kỹ sư tối ưu hóa thiết kế, tiết kiệm vật liệu và đảm bảo an toàn công trình. Giáo trình là cầu nối giữa lý thuyết và thực hành, trang bị cho người học khả năng phân tích và giải quyết vấn đề trong thiết kế kết cấu thép. Sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng Việt Nam càng khẳng định tầm quan trọng của giáo trình này.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế công trình

Kiến thức từ giáo trình KCT 1 được ứng dụng trực tiếp trong thiết kế nhiều loại công trình thép. Nhà công nghiệp với khung thép chịu tải trọng lớn đòi hỏi tính toán dầm, cột và dàn chính xác. Nhà nhịp lớn như nhà thi đấu, nhà triển lãm sử dụng kết cấu dàn thép có nhịp vượt nhịp lớn. Kết cấu thép tấm được áp dụng trong silo, bể chứa và ống dẫn. Nhà cao tầng sử dụng khung thép giúp giảm trọng lượng bản thân và tăng khả năng chịu động đất. Thiết kế tháp viễn thông, trụ điện và cầu thép đều cần kiến thức nền tảng từ giáo trình này.

4.2. Giá trị học thuật và đào tạo

Giáo trình KCT 1 có giá trị học thuật cao trong hệ thống đào tạo kỹ sư xây dựng Việt Nam. Tài liệu được biên soạn bởi đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm từ Trường Đại học Xây dựng và các trường đại học liên quan. Nội dung giáo trình được đóng góp ý kiến từ nhiều chuyên gia, đồng nghiệp và sinh viên qua nhiều lần xuất bản. Giáo trình tạo nền tảng vững chắc cho việc học tập các môn nâng cao về kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp. Đây là tài liệu tham khảo quan trọng cho việc thi lấy chứng chỉ hành nghề thiết kế kết cấu tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

t cau thép Cau kién co ban Phạm Văn Hội (chủ biên) Nguyễn Quang Viên Phạm Văn Tư Lưu Văn Tường te NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VẢ KỸ THUẬT Pgs, Ts. PHAM VAN HỘI (chủ biên) TU Pgs, Ts. NGUYEN QUANG VIEN - Ths. PHAM VAN Ks. LUU VĂN TƯỜNG TÀI HIỆU THAM KHẨ0 P. THỊ ẾT KẾ XÂY DỰNG KẾT CẤU THÉP CẤU KIÊN CƠ BẢN TT) ¬. a LL/ NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT HÀ NỘI ~ 2006 XÂY DỰNG fo} 50 NAM DAO TAO (1956 - 2006) 40 NAM THANH LAP (1966 - 2006) Loi noi đầu = Kết cấu thép là loại kết cấu được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh uực của ngành xây dụng: dân dụng, công nghiệp, câu, thủy công, thêm lục địa,. Trong những năm gần đây ở Việt Nam, cùng uới sự lớn mạnh của nên kinh tế nói chung uà của ngành xây dụng nói riêng, kết cấu thép cùng phát triển rộng rãi, đu dạng, phong phú hơn. Kiến thức uê bết cấu thép là cần thiết cho mọi bỹ sử, cán bộ kỹ thuật xây dụng. "KẾT CẤU THÉP _ Cấu biện cơ bản" là tập một trong bộ sách chinh vé kết cấu thép do Bộ môn công trình thép - gỗ của Trường đợi học xây dung biên soạn. Tập hai có tên là "KẾT CẤU THÉP ~ Công trình dân dụng uà công nghiệp". Tùi liệu này bao gồm các kiến thức cơ bản nhốt uê kết cấu thép, nhằm giúp cho người học có thể thiết kế được cúc cấu biện chính bằng thép như: dẫm, cột, dàn, cũng như biết cách sử dụng uậi liệu thép uè cách cấu tạo, tính toán các loại liên hết trong kết cấu thép. Tộp bai của bộ sách dành cho uiệc thiết kế các công trình bằng thép như: nhà công nhiệp, nhà nhịp lớn, hết cấu thép tấm, nhà cao tầng, tháp, trụ, bết cấu ứng suất trước. Cuốn "KẾT CẤU THÉP - Cấu hiện cơ bản" xuất bản lần này là sự bế tục uù phát triển của các cuốn sách do Bộ môn Công trình thép — gỗ đã biên soạn trước đây. Nội dung của sách được sửa chữa, bổ sung cho phù hợp uới tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép mới ban hành" TOXDVN 338:2005. Kết cấu thép — TYêu chuốn thiết bế". Việc biên soạn được phân công như sau: —Pgs, Ts. Pham Văn Hội chủ biên, uiết chương mở đầu, chương 1 uà chương 2, —Pgs, Ts. Nguyễn Quang Viên, uiết chương 3. — Giang uiên chính, The. Phạm Văn Tư uiết chương 4. _— Giảng uiên, Ks. Lưu Văn Tường uiết chương 5. - Giảng uiên, Ths. Hoàng Văn Quang đọc uà sửa chữa. Chúng tôi xin chân thành cảm on Gs, Ts. Dodn Định Kiến, các bạn đồng nghiệp, các sinh uiên ở Trường đại học Xây dựng va các trường dai hoc Kiến trúc, Thủy lợi, Giao thông, đã góp nhiều ý kiến để sửa chữa uà bổ sung uào lần xuất bản này. Chúng tôi cảm on Nhà xuất bản Khoa hoc va Ky thuật đã góp sức cho cuốn sách sớm ra mat ban doc. Chúng tôi mong tiếp tục nhận được ý hiến đóng góp phê bình sách của bạn đọc. KET CAU tHép — CAu KIEN CO BAN CÁC KÍ HIỆU CHÍNH SU DUNG TRONG SACH 8) Các đặc trung hinh hoe diện tích tiết diện nguyên o> >> > dD DDD diện tích tiết diện thực điện tích tiết diện bản cánh ges diện tích tiết diện bản bụng, diện tích tính toán của đường hàn diện tích tính toán cửa đường hàn góc theo kim loại đường hàn (tiết diện 1—1) diện tích tính toán của đường hàn góc theo kim loại ở biên nóng chảy (tiết diện 2—2) diện tích tiết điện thực của bulông erg diện tích tiết điện thanh xiên chiều rộng chiều rộng bản cảnh rr ES chiều rộng phần nhô ra của bản cánh chiều rộng của sườn ngang chiếu cao của tiết điện chiều cao của bản bựng chiều cao của đường hàn góc khoảng cách giữa trục của các cánh dầm bán kính quán tính của tiết diện bán kính quán tính tiết điện đối với các trục tương ứng x~x, y-y bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện mmômen quán tính của tiết diện nhánh mémen quan tính của liết diện thanh cánh và thanh xiên của dàn mômen quán tính tiết điện bản giằng mômen quán tính tiết điện sườn ngang và đọc mômen quán tính xoắn mômen quán tính xoắn của ray, dầm các mômen quán Tĩnh của tiết diện nguyên đối với các trục tương ứng x—x và y—y các mômen quán tính của tiết diện thực đối với các trục tương ứng x—x và y—y chiều cao của thanh đứng, cội hoặc chiều dài nhịp dầm chiều dài nhịp chiều dài của thanh xiên chiều dài khoang các thanh cánh của dàn hoặc cột rồng chiều dài tính toán của cấu kiên chịu nén chiều dài tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc với các trục tương Ứng X—X, Y—Y chiều dài tính toán cửa đường hàn mômen tinh bước lỗ bulông chiều dày Chương mở đầu. ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP. tty chiều dây của bản cảnh và bản bụng u khoảng cách đường lỗ bulông Womin madun chéng udn (momen kháng) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với trục tính toán W, W, _ môđun đống uốn(mômen kháng) của tiết điện nguyên đối với trục tương ứng x~x, V-y Wz, W2„„ môđun chống uốn (momen khang) nhỏ nhất của tiết diện thực đối với các trục tương ứng X—X, Y-Y W, môđun chống uốn (mômen kháng) của bản bụng, của đường han Was mômen kháng của đường hàn góc theo kim loại đường hản (tiết diện 1—1) Wye momen kháng của đường hàn góc theo kim loại ở biên nóng chảy (tiết điện 22) b) Ngoại lực và nội it F,P ngoại lực tập trưng M mômen uốn M.M, mômen uốn đối với các trục tương Ứng X-X, y~Y M, mômen xoắn cục bộ N lực dọc Ne nội lực phụ Ny luc doc trong nhanh do mémen gay ra p áp lực tính toán V lực cắt V, lực cắt quy ước tác dung trong một mặt phẳng thanh (bản) giằng V, lực cất quy ước tác dụng trong thanh (bản) giằng của một nhánh c) Cường độ và ứng suất E médun đàn hồi fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép f, cường độ tiêu chuẩn của thép theo sức bền kéo đứt f cường độ tính toãn cửa thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy f, cường độ tính toán của thép theo sức bền kéo đứt f, cường độ tính toän chịu cắt của thép f, cường độ tính toán của thép khi ép mặt theo mặt phẳng tì đầu (có gia công phẳng) fe cường độ tính toán ép mặt cục bộ trong các khớp trụ (mặt cong) khi iiếp xúc chặt fi, cường độ tính toán chịu kéo của sợi thép cường độ cao fy cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulông f, cường độ tính toán chịu kéo của bulông he cudng 46 tinh toan chiu cat cla bulông fs cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông ly cường độ tính toân chịu kéo của bulông neo tho cudng dé tinh toan chiu kéo cia buléng cường độ cao ha cường độ tính toán chịu ép mặt theo đường kính con lăn F, cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo giới hạn chảy fe cường độ tính toán của mối hàn đối đầu khi chịu nén fa cường độ tính toán của mối hàn đối đầu khi chịu kéo cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo sức bên kéo đứt =n & KẾT CẤU THÉP ~ CẤU KIỆN CƠ BẢN fey cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu cắt het cường độ tính toán của đường hàn góc (chịu cắt quy ước) theo kim loại mối hàn has cường độ tính toán của đường hàn góc (chịu cất quy udc) theo kim loại ở biên nóng chảy Foun cường độ tiêu chuẩn của kim loại đường hàn theo sức bền kéo đứt G médun trugt ơ ứng suất pháp Ø, ứng suất pháp cục bộ Op Ø, các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng X~x, ÿ—y Ø,„ơ,„. các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn + ứng suất tiếp Ty ứng suất tiếp tới hạn a) Kt hiéu cde thing so €„ c„ c„ _ 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, độ lệch tâm tương đối tính đổi np, các thông số để xác định chiều dài tính toán của cột nạ số lượng bulông trên một nữa liên kết Ne số mũ hạ chu ky tai trong ny số lượng các mặt cắt tính toán; 8.8 các hệ số để tính toán đường hàn góc theo kim loại đường hàn và ở biên nóng chảy của thép cơ bản % hệ số điều kiện làm việc của kết cấu % hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông I hệ số độ tin cậy về cường độ Yo hệ số độ tin cậy về tải trọng % hệ số độ tín cậy trong các tính toán theo sức bền tức thời hệ số ảnh hưởng hình dạng của tiết diện mảnh của cấu kiện (2 = |, A) % độ mảnh quy ước(A =AVf1E) A, độ mảnh tương đương của thanh tiết diện rỗng Xe độ mảnh tương đương quy ước của thanh tiết dién rng (Xo =2,VF/E) dw độ mảnh quy ước của bản bụng (A, =(h, /t, WFIE) Ay Ay độ mảnh tính toán của cấu kiện đối với các trục tương ting x—x, y-y hệ số chiều dai tính toán của cột hệ số uốn dọc ® hệ số giảm cường độ tính toán khi mất ổn định đạng uốn xoắn % hệ số giảm cường độ tính toán khi nén lệch tâm, nén uốn hệ số để xác định hệ số øy khi tính toán ổn định của dầm Chương mở đầu ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP Khái niệm "Kết cấu thép" (KCT) trong sách này dùng để chỉ những kết cấu chịu lực của các công trình xây dựng làm bằng thép hoặc kim loại khác nói chung. Đó là loại kết cấu công trình quan trọng trong nền xây dựng hiện đại, đặc biệt đối với xây dựng công nghiệp. Kết cấu thép được tạo nên bởi những cấu kiện khác nhau: các thanh, các tấm; chúng liên kết với nhau tạo nên những kết cấu và công trình đáp ứng nhiệm vụ sử dụng. ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP Kết cấu thép có những tru điểm sau khiến nó được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng. Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao. Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn do vật liệu thép có cường độ lớn, lớn nhất trong các vật liệu xây dựng. Độ tin cậy cao là do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hếi và dẻo của vật liệu thép gần sát nhất với các giả thiết tính toán. Trọng lượng nhẹ.