MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................1
3. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................1
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................1
5. Phƣơng pháp nghiên cứu......................................................................................1
6. Cơ sở khoa học .....................................................................................................1
7. Kết quả đạt đƣợc ..................................................................................................1
8. Cấu trúc của luận văn: ..........................................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÀNH MỎNG ......................................3
1.1. TỔNG QUAN ..........................................................................................................3
1.1.1. Kháỉ niệm về thanh thành mỏng ....................................................................3
1.1.2. Phạm vi ứng dụng của kết cấu thanh thành mỏng .........................................6
1.1.3. Ƣu, khuyết điểm của kết cấu thanh thành mỏng ............................................7
1.1.4. Các dạng cấu kiện tạo hình nguội ..................................................................8
1.1.5. Một số đặc điểm đặc biệt của thanh thành mỏng .........................................10
1.2. VẬT LIỆU ..............................................................................................................10
1.2.1. Thép..............................................................................................................10
1.2.2. Tiết diện tạo từ thép tấm mỏng ....................................................................13
1.2.3. Vấn đề phòng gỉ ...........................................................................................14
1.3. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THANH THÀNH MỎNG. ..........................................16
1.4. QUY PHẠM THIẾT KẾ KẾT CẤU THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI .......18
1.5. CÁC KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM ...............19
1.6. MỘT SÓ HÌNH ẢNH VỀ VIỆC ÚNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH
MỎNG ...........................................................................................................................19
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN
THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE ................................................22
2.1. ĐẠI CƢƠNG ..........................................................................................................22
2.1.1. Phƣơng pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn .............................................22
2.1.2. Một số định nghĩa khi tính toán cấu kiện thành mỏng .................................23
2.2. CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG.........24
2.2.1. Các dạng mất ổn định...................................................................................24
2.2.2. Mất ổn định cục bộ, bề rộng hiệu quả ..........................................................26
2.2.3. Tính tiết diện hiệu quả .................................................................................29
2.3. KIỂM TRA TIẾT DIỆN THEO ĐIỀU KIỆN BỀN ...............................................34
2.3.1. Tiết diện chịu kéo .........................................................................................34
2.3.2. Tiết diện chịu nén .........................................................................................34
2.3.3. Tiết diện chịu uốn.........................................................................................35
2.3.4. Tiết diện chịu nén – uốn đồng thời ..............................................................36
2.3.5. Tiết diện chịu kéo - uốn đồng thời ...............................................................36
2.3.6. Tiết diện chịu cắt ..........................................................................................37
2.3.7. Tiết diện chịu đồng thời lực dọc, lực cắt và momen uốn .............................37
2.4. KIỂM TRA CẤU KIỆN THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH. .....................................38
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG
.......................................................................................................................................44
3.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA CÔNG TRÌNH ................................................................44
3.1.1. Vật liệu .........................................................................................................45
3.1.2. Tải trọng tính toán ........................................................................................45
3.3. KẾT QUẢ NỘI LỰC .............................................................................................48
3.4. TÍNH TIẾT DIỆN HIỆU QUẢ CỦA KHUNG THÉP ..........................................48
3.4.1. Xác định các đặc trƣng hình học của tiết diện 2C300x100x30x2 ...............49
3.4.2. Kiểm tra tiết diện theo điều kiện bền ...........................................................64
3.4.3. Kiểm tra cấu kiện theo điều kiện mất ổn định. ............................................66
3.4.4. Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của tiết diện giảm yếu tơi độ cứng và khả năng
chịu lực của khung .................................................................................................69
KẾT LUẬN ...................................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................73
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ T ILUẬN VĂN T HẠC SĨ (BẢN SAO).
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN
TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH
Tên đề tài: ẢN
ƢỞNG CỦ T
Y ĐỔI ĐỘ CỨNG KẾT CẤU DO MẤT ỔN
ĐỊNH CỤC BỘ ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA KHUNG THÉP NHẸ DÙNG
THANHTHÀNH MỎNG KHI TÍNH TOÁN THEO EUROCODE3
Học viên: NGUYỄN HOÀNG DUY
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08, Khóa 33, Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt: Hiện nay kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội đƣợc sử dụng nhiều
do sử dụng vật liệu cƣờng độ cao, trọng lƣợng thép ít, thi công nhanh, dễ dàng không
cần máy móc thiết bị thi công lớn, tiết kiệm vật liệu móng. Bản chất là thanh thành
mỏng khi tính nội lực và chuyển vị thƣờng tính theo tiết diện ban đầu. Thực chất có
thể một phần tiết diện đã bị mất ổn định cục bộ nên độ cứng của khung giảm đi, vì vậy
chuyển vị khung sẽ tăng lên và quy luật phân bố nội lực cũng thay đổi.
Nội dung của luận văn là tính nội lực, chuyển vị theo tiết diện ban đầu, xét khả
năng mất ổn định cục bộ của cánh hay bụng tiết diện, tính tiết diện hiệu quả của cấu
kiện dầm, cột rồi tính lại nội lực và chuyển vị để so sánh.
Từ khóa – thép thành mỏng tạo hình nguội; mất ổn định cục bộ; tiết diện hiệu quả;
nội lực và chuyển vị.
effects of changes stiffness structure tobe local unstability to transposition of light
steel frame use bar thin wall when calculate according to the Eurocode 3
Summary: At present, the structural cold-formed thin-walled steel are widely
used due to the use of high-strength materials, low steel weight, quick and easy
construction without the need for large-scale construction machinery and foundation
material savings. Is essentially a thin bar when calculating the internal forces and
displacements are often calculated at the initial section. Substance may partially cross
section has destabilized local stiffness of the frame should be reduced so the frame
will increase displacement and internal force distribution law also changes.
The content of the thesis is the internal force displacement under section initially
consider the potential loss of local buckling of the side or abdomen section to calculate
the effectiveness of structural columns and beams and recalculated internal forces and
displacements to comparison compare.
Key words - Cold-formed thin-walled steel; local buckling; Effective cross
section; Internal force and to transpose.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
b, h, L
beff
Cw
E
fy, fyb
I
i
J,IT
K
k
Ncr
Ncr,T
Ncr,TF
t
teff
α
𝛘
,
̅
𝛹
,
Kích thƣớc hình học của cấu kiện
Bề rộng hiệu quả
Hằng số vênh của tiết diện
Mô đun đàn hồi của vật liệu
Ứng suất
Giới hạn chảy của vật liệu
Momen quán tính
Bán kính quán tính
Momen quán tính xoắn
Độ cứng của gối đàn hồi
Hệ số oằn của tấm
Lực tới hạn
Lực tới hạn đàn hồi trƣờng hợp nén dọc trục
Lực tới hạn đàn hồi trƣờng hợp xoắn, uốn xoắn
Bề dày cấu kiện
Bề dày hiệu quả của cấu kiện
Hệ số không hoàn thiện
Ứng suất tới hạn quy đổi
Ứng suất tới hạn quy đổi
Hệ số giảm yếu do mất ổn định
Hệ số an toàn
Độ mảnh tỷ đối của thanh
Hệ số poisson
Hệ số tỷ lệ ứng suất
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
2.1.
2.2.
Tên bảng
Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
Thép dùng làm két câu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn
Úc
Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn
Châu Ầu
Xác định bê rộng hiệu quả theo tiêu chuân Eurocode 3
Xác định bê rộng hiệu quả theo tiêu chuân Eurocode 3
Trang
5
6
11
12
28
29
37
38
2.6.
Bảng tra ứng suất oằn cắt fbv
Hệ số không hoàn thiện
Dạng đƣờng cong mất ổn định tƣơng ứng với các loại
tiết diện
Bảng tra hệ số C1 và C3 khi tính mất ổn định oằn –
xoắn.
2.7.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
Bảng tra hệ số C1, C2 và C3 cho dầm có tải trọng uốn
Hệ số thay đổi áp lực theo độ cao k
Hệ số khí động c
Tải trọng tác dụng lên khung
Tổ hợp tải trọng
Kết quả nội lực cột
Kết quả nội lực dầm
Bảng đặc trƣng hình học của tiết diện
Bảng tổng hợp chuyển vị
43
47
47
47
47
48
48
69
70
2.3.
2.4.
2.5.
39
42
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
Tên hình
hiệu
1.1. Kích thƣớc của thanh thành mỏng.
Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của các loại thanh theo cách
1.2.
phân loại của tiêu chuẩn châu âu Eurocode 3.
1.3. Tiết diện đơn hở
1.4. Tiết diện ghép hở
1.5. Tiết diện ghép kín
1.6. Tiết diện dùng cho cấu kiện chịu nén, kéo
1.7. Tiết diện dầm và một số cấu kiện chịu uốn khác
1.8. Các loại tấm mỏng uốn nguội thông dụng là sàn, mái và tƣờng
1.9. Máy gâp mép.
1.10. Máy ép khuôn.
1.11. Máy cán trục lăn
1.12. Nhà dân dụng.
1.13. Hệ dàn mái thép nhẹ
1.14. Nhà công nghiệp
2.1. Tiết diện và tiết diện hiệu quả của tiết diện chữ C
2.2. Mất ổn định của dầm tiết diện chữ C.
2.3. Tiềt diện hiệu quả theo tiêu chuân Châu Âu Eurocode 3.
2.5. Sơ đồ tính tiết diện phần cảnh.
2.6. Mô hình xác định độ cứng lò xo và ứng suât tới hạn
2.7. Biểu đồ ứng suất tới hạn quy đổi
2.8. Biểu đồ ứng suất tới hạn quy đổi (vòng lặp thứ n)
2.9. Tiết diện hiệu quả của phần cánh xảc định ở vòng lặp cuối
2.10. Tiết diện không có sƣờn tăng cứng
2.12. Tính toán các đặc trƣng của tiết diện hiệu quả
3.1. Mặt bằng nhà
3.2. Sơ đồ khung thép trục.
3.3. Sơ đồ tải trọng gió
3.4. Tiết diện 2C300x100x30x2
3.5. Tiết diện tính toán 2C300x100x30x2
3.6. Sơ đồ tính phần cánh.
3.7. Bề rộng hiệu quả của bản cánh
3.8. Tiết diện hiệu quả của phần biên
3.9. Ứng suất gây mất ổn định vênh một phần tiết diện
Trang
4
4
8
9
9
9
9
10
16
17
17
20
20
21
24
25
26
31
32
33
33
34
37
39
44
45
46
48
49
50
50
51
52
Số
hiệu
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
3.17.
3.18.
Tên hình
Ứng suất tới hạn quy đổi
Tiết diện tính toán vòng lặp 1
Tiết diện hiệu quả của phần biên (vòng lặp 1)
Tiết diện tính toán vòng lặp 2
Biểu đồ phân bố ứng suất trên bản bụng khi chịu nén.
Tiết diện hiệu quả của cấu kiện chịu nén.
Tiết diện hiệu quả của cấu kiện chịu uốn.
Biểu đồ so sánh chuyển vị tại đỉnh cột
Biểu đồ so sánh độ võng của dầm
Trang
53
53
54
56
57
58
64
71
71
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội đƣợc sử dụng nhiều do sử dụng
vật liệu cƣờng độ cao, trọng lƣợng thép ít, thi công nhanh, dễ dàng không cần máy
móc thiết bị thi công lớn, tiết kiệm vật liệu móng. Bản chất là thanh thành mỏng khi
tính nội lực và chuyển vị thƣờng tính theo tiết diện ban đầu. Thực chất có thể một
phần tiết diện đã bị mất ổn định cục bộ nên độ cứng của khung giảm đi, vì vậy chuyển
vị khung sẽ tăng lên và quy luật phân bố nội lực cũng thay đổi.
2. Mục đích nghiên cứu
Tính toán tiết diện hiệu quả khung nhà công nghiệp không cầu trục một tầng một
nhịp có cấu kiện thanh thành mỏng tiết diện 2C dƣới tác dụng của các tải trọng cơ bản
là tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Tính nội lực , chuyển vị theo tiết diện ban đầu.
- Xét khả năng mất ổn định cục bộ của cánh hay bụng tiết diện, tính lại độ cứng
của cấu kiện dầm, cột rồi tính lại nội lực và chuyển vị.
- So sánh kết quả tính đƣợc.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Khung nhà công nghiệp không cầu trục một tầng một nhịp dùng thép thành mỏng
tạo hình dập nguội.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết tính toán cấu kiện thành mỏng theo Eurocode 3, sử dụng
phƣơng pháp tiết diện hiệu quả để so sánh lại sự phân bố nội lực, chuyển vị so với tiết
diện ban đầu.
6. Cơ sở khoa học
Dùng tiêu chuẩn Eurocode 3 tính toán cấu kiện thành mỏng.
7.
ết quả đạt đƣợc
- Khi kể đến ảnh hƣởng của độ cứng, lấy nội lực để tính cấu kiện thì khả năng
chịu lực không thay đổi nhiều so với ban đầu. Do đó trong khi tính toán có thể bỏ qua
ảnh hƣởng của thay đổi độ cứng.
- Khi kể đến sự thay đổi độ cứng của cấu kiện do tiết diện bị giảm yếu có ảnh
hƣởng tới chuyển vị đỉnh cột, võng của dầm trong khung.
- Bài toán có thể mở rộng hơn khi kể đến hiện tƣợng P-Delta (tăng nội lực khi độ
2
võng tăng gây ra momen phụ).
8. Cấu trúc của luận văn:
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn gồm có các chƣơng
nhƣ sau:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÀNH MỎNG
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU
KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH
MỎNG
3
C ƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÀNH MỎNG
1.1. TỔNG QUAN
Thuật ngữ ―kết cấu thép thành mỏng, tạo hình nguội‖( Thin-wall/ Cold- formed
Steel Structure, từ đây viết tắt là CFS) để chỉ các kết cấu thép có trọng lƣợng nhẹ, tiết
diện mỏng, độ mảnh lớn (thin-wall), đƣợc chế tạo từ những băng (tấm) thép cán nóng,
cƣờng độ cao bằng phƣơng pháp gia công nguội (cold-formed). Do đó, phƣơng pháp
tính toán, thiết kế, thi công đòi hỏi những yêu cầu đặc trƣng hoàn toàn khác với kết
cấu thép thông thƣờng.
Kết cấu thanh thành mỏng khác biệt so với kết cấu thông dụng ở những điểm sau:
- Sử dụng các loại thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép rất mỏng (từ 0,3
đến 4 mm).
- Sử dụng các loại tiết diện không có trong kết cấu thông thƣờng nhƣ tiết diện
chữ Z, tiết diện chữ C, tiết diện kín (tiết diện vuông, tròn,...).
- Sử dụng các liên kết không dùng trong kết cấu thƣờng.
Việc sử dụng thanh thành mỏng tạo ra một cách tiếp cận khác của kết cấu thép
trong mọi giai đoạn xây dựng: ― thiết kế, chế tạo, lắp dựng‖. Nội dung của chƣơng này
chủ yếu đề cập đến những vấn đề cơ bản liên quan đến kết cấu thanh thành mỏng nhƣ
vật liệu, chế tạo, lắp dựng, ƣu nhƣợc điểm, phạm vi áp dụng, tình hình sử dụng, tiêu
chuẩn thiết kế kết cấu thành mỏng ở trên thế giới và ở Việt Nam.
1.1.1. Kháỉ niệm về thanh thành mỏng
Khái niệm về kết cấu thép nhẹ bao gồm các hệ thống kết cấu xây dựng bằng thép
có trọng lƣợng nhẹ hơn kết cấu thép thông dụng.Đó là giải pháp kết cấu mới trong lĩnh
vực vật liệu và công nghệ ban đầu đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực cơ khí, hàng
không, ô tô, nay mang áp dụng vào kết cấu xây dựng khiến có thể tạo nên kết cấu mới
trọng lƣợng giảm nhẹ.
Theo Vlasov[l 1], thanh thành mỏng là thanh thẳng với kích thƣớc theo ba chiều
có bậc khác nhau. Nếu gọi 1 là chiều dài thanh, h là kích thƣớc theo một cạnh nào đó
của tiết diện, t là bề dày của thành (Hình 1.1) thì thanh đƣợc xem là thanh thành mỏng
khi có các tỉ số nhƣ sau: t/h < 0,1; h/1 < 0,1. Tiết diện của thanh thành mỏng có thể hở
hoặc kín.
4
Hình 1.1. Kích thước của thanh thành mỏng.
Khái niệm thanh thành mỏng của Vlasov dựa trên việc phân tích ứng suất trong
thanh có kể đến xoắn kiềm chế hay không kể đến xoắn kiềm chế. Tiêu chuẩn Châu Âu
Eurocode 3 cũng đƣa ra khái niệm thanh thành mỏng thông qua việc phân loại tiết diện
thanh. Việc phân loại đó dựa trên cơ sở độ ổn định cục bộ, hình dạng tiết diện thanh,
trạng thái chịu lực của thanh và tỉ số giữa các kích thƣớc của tiết diện. Theo đó, ngƣời
ta chia thành 4 loại tiết diện thanh: tiết diện đặc, tiết diện nửa đặc, tiết diện mảnh và
tiết diện rất mảnh (tiết diện thành mỏng).
- Thanh có tiết diện đặc: là thanh có khả năng hình thành khớp dẻo, trong đó khớp
dẻo có thể quay tự do.
- Thanh có tiết diện nửa đặc: là thanh có khả năng hình thành khớp dẻo, nhƣng góc
quay của khớp dẻo bị giới hạn do bị phá hoại vì sự mất ổn định cục bộ.
- Thanh có tiết diện mảnh: là thanh ngay khi vật liệu bắt đầu bị chảy dẻo thanh bị
phá hoại do sự mất ổn định cục bộ.
- Thanh có tiết diện rất mảnh (thanh thành mỏng): là thanh bị phá hoại do sự mất
ổn định cục bộ khi vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Hình 1.2. Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của các loại thanh theo
cách phân loại của tiêu chuẩn châu âu Eurocode 3.
Bảng 1.1 trích ra từ bảng 5-2 tiêu chuẩn Eurocode 3 [4] giới thiệu một số loại
5
thanh thông dụng theo tiêu chuẩn Eurocode 3.Ở đây, những thanh không thuộc 3 loại
(Thanh đặc; Thanh nửa đặc; Thanh mảnh) trong bảng là thanh thành mỏng.
Bảng 1.1. Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
Trục
uốn
Trục
uốn
Loại thanh
Cấu kiện chịu Cấu kiện chịu Cấu kiện vừa chịu uốn vừa chịu
uốn
nén
nén
Biểu đồ ứng
suất (Quy
ƣớc ứng suất
nén là dƣơng)
c
c
1
t
≤ 72
c
t
≤ 72
Khi α > 0,5: ≤
t
c
Khi α ≤ 0,5: ≤
c
c
2
t
≤ 83
c
t
≤ 83
t
Khi α > 0,5: ≤
t
c
Khi α ≤ 0,5: ≤
t
Biểu đồ ứng
suất (Quy
ƣớc ứng suất
nén là dƣơng)
c
3
c
t
≤ 124
c
t
Khi 𝜓 > -1: ≤
≤ 42
t
c
Khi 𝜓 ≤-1: ≤62 (1- 𝜓)√(- )
t
=√
235
1,00
355
0,81
420
0,75
460
0,71
6
Bảng 1.2. Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
Thép cán nóng
Loại thanh
Cấu kiện chịu nén
Thép tổ hợp
Cấu kiện chịu uốn và nén
Mép trong nén
Mép trong kéo
Biểu đồ ứng suất (Quy
ƣớc ứng suất nén là
dƣơng)
c
1
2
c
t
t
c
≤9
t
c
≤ 10
t
c
≤
t
c
≤
t
≤
≤
√
√
Biểu đồ ứng suất (Quy
ƣớc ứng suất nén là
dƣơng)
3
=√
c / t ≤ 14
235
1,00
* 𝜓 ≤ -1 áp dụng khi một trong hai ứng suất nén
275
0,92
≤
c / t ≤ 21 √
: Hệ số uốn dọc
355
420
0,81
0,75
hoặc ứng suất kéo:
460
0,71
>
/E
: giới hạn chảy của vật liệu thanh (N/mm2)
235: Giới hạn chảy của thép S235 (N/mm2)
1.1.2. Phạm vi ứng dụng của kết cấu thanh thành mỏng
Phạm vi ứng dụng có lợi của kết cấu thanh thành mỏng phụ thuộc vào các điều
kiện cấu tạo (chế tạo, phòng gỉ, ...), điều kiện chịu lực (tải trọng, tính năng vật liệu...),
các chỉ tiêu kinh tế, điều kiện sử dụng và yêu cầu thẩm mỹ.
Phân biệt hai phạm vi sử dụng chính của thanh thành mỏng:
- Nhóm 1: các bộ phận kết cấu chịu lực.
- Nhóm 2: các chỉ tiết và bộ phận kiến trúc.
Nhóm 1: gồm các kết cấu chịu lực làm hoàn toàn bằng thanh thành mỏng hoặc
thanh thành mỏng kết hợp với vật liệu khác nhƣ thép cán nóng, bê tông, gỗ. Kết cấu
thanh thành mỏng đƣợc áp dụng trong các loại dàn mái nhà, các cấu kiện thứ yếu làm
kết cấu bao che nhƣ xà gồ, dầm tƣờng, xà gồ rỗng nhịp tới 12m, khung nhà dân dụng
và công nghiệp, dàn mái không gian, vỏ mỏng.
7
Nhóm 2: gồm các bộ phận và chi tiết khuôn cửa, cánh cửa các loại, cổng, các cấu
kiện của tƣờng bao che, vách ngăn di động, cầu thang, cửa trời, và các kết cấu tƣơng
tự. Các cấu kiện nhóm này đƣợc áp dụng trong các nhà dấn dụng, nhà kho, nhà xƣởng,
chuồng trại, nhà triển lãm, các công trình tháo lắp....
Sử dụng thanh thành mỏng đƣơng nhiên giảm nhẹ trọng lƣợng kết cấu, tiết kiệm
vật liệu nhƣng không hẳn có ý nghĩa là kinh tế hơn. Không thể lấy tiêu chí tiết kiệm
vật liệu làm tiêu chí duy nhất. Tiết diện thanh thép uốn nguội đắt hơn thép cán nhiều
(có thể tới 30%) do phải dùng thép tấm mỏng cán nóng và gia công uốn nguội. Để sử
dụng hợp lý thép uốn nguội, cần xem xét các yếu tố nhƣ sau:
1. Việc sản xuất các thanh thành mỏng đƣợc thực hiện với số lƣợng lớn, đƣợc
dùng lặp lại cho nhiều kết cấu. Dùng loại tiết diện đƣợc sản xuất với số lƣợng lớn rẻ
hơn nhiều so với loại tiết diện đƣợc làm riêng lẻ số lƣợng ít.
2. Giảm trọng lƣợng kết cấu thƣờng làm tăng giá thành chế tạo. Giảm giá thành
chế tạo bằng cách dùng dây chuyền và thiết bị hiện đại, cơ giới hóa cao.
3. Kết cấu thép nhẹ đƣợc lắp ráp nhanh và dễ dàng. Các cấu kiện điển hình có thể
đƣợc vận chuyển và lƣu kho ở dạng rất gọn, tiện cho bốc xếp và lắp dựng.
Các hãng sản xuất thanh thành mỏng hiện nay đều cố gắng tiêu chuẩn hóa và
điển hình hóa cao độ các loại tiết diện. Một tiết diện thanh thành mỏng có thể đƣợc áp
dụng cho nhiều loại nhà có công dụng khác nhau và sơ đồ kết cấu khác nhau. Tất
nhiên là tiêu chuẩn hóa cao sẽ dẫn dén làm tăng lƣợng thép, vì có những trƣờng hợp
vật liệu chƣa làm việc hết khả năng, nhung không có nghĩa là bất lợi về kinh tế. Việc
tiêu chuẩn hóa các cấu kiện nhẹ sẽ cho phép giảm sự đa dạng của tiết diện, nên tăng số
lƣợng sản xuất hàng loạt; nghiên cứu những nút liên kết thống nhất, giảm công chế tạo
và lắp dựng.
1.1.3. Ƣu, khuyết điểm của kết cấu thanh thành mỏng
a. ưu điểm
- Giảm lƣợng thép từ 25-50%, về lý thuyết có thể giảm nhiều hơn nữa nhƣng sẽ
kèm theo khó khăn tốn kém về chế tạo và không còn kinh tế nữa.
- Lắp dựng nhanh, ví dụ giảm thời gian chế tạo máy và lắp ráp đến 30% đối
với mái nhà, đối với các cấu kiện có các thanh và nút thống nhất hóa nhƣ dàn mái
không gian thì thời gian còn giảm nhiều hơn nữa.
- Hình dạng tiết diện đƣợc chọn lựa đa dạng theo yêu cầu.
- Đặc trƣng chịu lực của tiết diện là có lợi, do sự phân bố vật liệu hợp lý, nhất là
khi dùng tiết diện kín.
- Dùng tiết diện kín tạo vẻ đẹp kết cấu, bớt che lấp diện tích kính lấy ánh sáng.
b. Khuyết điểm
- Giá thành thép uốn nguội cao hơn thép cán nóng.
- Chi phí phòng gỉ cao hơn, vì bề mặt của tiết diện thép lớn hơn nên cần nhiều
diện tích phủ bảo vệ.
8
- Việc vận chuyển, bốc xếp, lắp dựng tuy nhanh chóng nhƣng đòi hỏi những biện
pháp và phƣơng tiện riêng vì cấu kiện dễ bị hƣ hại.
- Việc thiết kế khó khăn vì sự làm việc phức tạp của cấu kiện. Tiết diện cấu kiện
đƣợc chọn lựa tự do nên không có bảng tính toán sẵn.
1.1.4. Các dạng cấu kiện tạo hình nguội
Các dạng tiết diện thành mỏng hết sức phong phú, đa dạng: Bằng cách tạo hình
nguội, có thể tạo từ tấm thép mỏng tiết diện hình bất kỳ. Tùy theo chu tuyến của tiết
diện, có hai loại:
Tiết diện hở nhƣ chữ c, chữ z, chữ L, chữ u.
Tiết diện kín nhƣ ống, hộp(Chữ nhật, vuông, tròn, ô van,..).
Hàn các tiết diện đơn với nhau có thể tạo nên tiết diện phức hợp. Bề dày của tiết
diện là không đổi, trừ một số chỗ có bề dày gấp đôi do gập bản thép lại. Cấu kiện dạng
thanh dùng làm kết cấu chịu lực chính nhƣ cột, khung hoặc cấu kiện phụ nhƣ xà gồ,
dầm tƣờng. Các thanh riêng lẻ có thể ghép với nhau tạo nên kết cấu rỗng nhƣ dàn. cấu
kiện dạng tấm dùng để làm tấm sàn, panel mái hay panel tƣờng. Kích thƣớc các tiết
diện uốn nguội đƣợc tiêu chuẩn hóa tại một số nƣớc sử dụng loại kết cấu này.
Nhiều doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép nhƣ Jamin Steel, Bluescope Lysaght,
Vinapipe, BHP... đã dần dần chuyển giao công nghệ từ nƣớc ngoài và sản xuất có hiệu
quả các dạng kết cấu thép thành mỏng.
Hình 1.3 đến 1.8 thể hiện loại cấu kiện kết cấu và cấu kiện dạng tấm đƣợc làm từ
thanh thành mỏng.
Hình 1.3. Tiết diện đơn hở
9
Hình 1.4. Tiết diện ghép hở
Hình 1.5. Tiết diện ghép kín
Hình 1.6.Tiết diện dùng cho cấu kiện chịu nén, kéo
Hình 1.7. Tiết diện dầm và một số cấu kiện chịu uốn khác
10
Hình 1.8. Các loại tấm mỏng uốn nguội thông dụng là sàn, mái và tường
1.1.5. Một số đặc điểm đặc biệt của thanh thành mỏng
a. Sự cứng nguội
Khi bị gia công nguội, thép có hiện tƣợng cứng nguội: tăng giới hạn chảy, tăng
giới hạn bền, giảm độ dãn.Khi uốn nguội, thép bị làm cứng nguội nhiều lần, cả ứng
suất chảy và ứng suất bền đều tăng cao. Sự tăng cƣờng độ này diễn ra không đều trên
tiết diện, tùy thuộc vào dụng cụ uốn nguội.Khi dùng máy cán, biến dạng trên toàn bộ
tiết diện, dù không đều; khi dùng máy gập, chỉ có ở các góc là là thay đổi nhiều nhất.
b. ứng suất dư
Khi bị gia công nguội, thép bị biến dạng. Chính sự biến dạng đó làm cho trong
thép tồn tại ứng suất, gọi là ứng suất dƣ. ứng suất dƣ luôn tự cân bằng trên toàn tiết
diện.
1.2. VẬT LIỆU
1.2.1. Thép
Thép dùng để chế tạo thanh thành mỏng có thể là loại thép cacbon thấp thông
thƣờng tƣơng ứng với CT3(Nga), CT38, CT42 (Việt Nam) có giới hạn chảy 2200 đến
2600 daN/cm2. Cũng có thể dùng thép hợp kim thấp nhƣ 09Mn2,14Mn có giới hạn
chảy 3400 đến 3900 daN/cm2. Các thép này có độ dãn dài 22 - 26% có thể dùng đƣợc
thử nghiêm uốn gập nguội. Tuy nhiên, thép dạng cuộn để chế tạo kết cấu thành mỏng
ở Việt Nam chƣa sản xuất đƣợc nên phải nhập ngoại hoàn toàn và mang só hiệu thép
của nƣớc sản xuất. Thông dụng nhất là loại thép cacbon ASTM A 570 cấp 50 hoặc
thép hợp kim thấp A607 hayA792, đều có giới hạn chảy 3450 daN/cm2.
Ba loại thép của bảng G450, G500, G550 (Bảng 1.3) (con số chỉ giới hạn chảy
11
của thép N/mm2 ) là loại đặc biệt có cƣờng độ cao. G450 dùng cho cấu kiện có bề dày
1,5 mm. G500 dùng cho cấu kiện có bề dày >1 mm nhƣng <1,5 mm còn G550 dùng
cho cấu kiện có bề dày < 1 mm. Dùng thép có cƣờng độ cao không phải lúc nào cũng
tiết kiệm vì kích thƣớc cấu kiện thành mỏng thƣờng bị giới hạn bởi điều kiện ổn định,
không tận dụng đƣợc cƣờng độ cao. Theo AS4600:1996 thép có các số liệu khác nhau
nhƣ sau:
Mô đun đàn hồi: E=2,1.104 kN/cm2.
Mô đun đàn hồi trƣợt: G = 8100 kN/cm2.[3]
Bảng 1.3. Thép dùng làm két câu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc[3]
Tên tiêu chuẩn
AS1163
AS1397
AS/NZS 3678
Cấp thép
Giới hạn chảy (fy)
Giói hạn bền (fu)
C250
(N/mm2)
250
(N/mm2)
320
C35O
350
430
C450
450
500
G250
250
320
G300
300
340
G350
350
430
G450
450
480
G500
500
520
G550
550
550
200 (t < 8 mm)
200
300
250 (t < 8 mm)
250
410
300 (t < 8 mm)
300
430
350 (t < 8 mm)
350
450
400(t<8mm)
400
480
12
Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 3 cũng quy định các loại thép dùng để chế tạo
thanh thành mỏng, về cơ bản, các loại thép này tƣơng đƣơng với các loại thép trong
tiêu chuẩn của úc AS 4600:1996. Bảng 1.4 liệt kê một số loại thép thông dụng theo
tiêu chuẩn Châu Ầu, đƣợc trích ra từ bảng 3.1 tiêu chuẩn Eurocode 3 [8]
là giá trị tiêu chuẩn giới hạn chảy của vật liệu.
là giới hạn bền kéo đứt của vật liệu
Bảng 1.4. Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Châu Ầu[8]
Tên tiêu chuẩn
EN10025: part 2
EN 10113: part 2
EN 10113: part 4
EN 10326
EN 10149: Part 2
Cấp thép
S235
S275
S355
s 275 N
s 355 N
S 420N
S460N
s 275 NL
s 355 NL
S 420NL
S460NL
S275M
s 355 M
S420M
S460M
s 275 ML
s 355 ML
s 420 ML
s 460 ML
S220GD+Z
S250GD+Z
S280GD+Z
S320GD+Z
S350GD+Z
S315MC
s 355 MC
s 420 MC
s 460 MC
s 500 MC
s 550 MC
s 600 MC
s 650 MC
Giới hạn chảy (fyb)
(N/mm2)
235
275
355
275
355
420
460
275
355
420
460
275
355
420
460
275
355
420
460
220
250
280
320
350
315
355
420
460
500
550
600
650
Giới hạn bền (fu) (N/
mm2)
360
430
510
370
470
520
550
370
470
520
550
360
450
500
530
360
450
500
530
300
330
360
390
420
390
430
480
520
550
600
650
700
13
EN 10149: Part 3
EN
10268
EN 10326
s 700 MC
S260NC
s 315 NC
s 355 NC
700
260
315
355
750
370
430
470
S420NC
420
530
H240LA
H280LA
H320LA
H360LA
H400LA
S220GD+ZA
S250GD+ZA
S280GD+ZA
S320GD+ZA
S350GD+ZA
240
280
320
360
400
220
250
280
320
350
340
370
400
430
460
300
330
360
390
420
1.2.2. Tiết diện tạo từ thép tấm mỏng
Các sản phẩm thép thành mỏng rất đa dạng từ những cấu kiện rời rạc nhƣ xà gồ,
dầm tƣờng, dầm sàn, kết cấu bao che (vách ngăn, tấm tƣờng, tấm mái) cho đến các kết
cấu hoàn chỉnh nhƣ khung nhà 1 tầng, khung nhà công nghiệp, nhà công cộng... Thép
đƣợc cán nóng thành tấm rất mỏng dạng cuộn là phôi để tạo thành các cấu kiện thành
mỏng. Bằng các cách gia công nguội, có thể tạo từ tấm thép mỏng ra tiết diện hình bất
kì. Nhiều trƣờng hợp hình thức và kích thƣớc tiết diện thép hình uốn nguội đƣợc chọn
riêng lẻ cho phù hợp với nhiệm vụ của từng công trình. Khi tự chọn và thiết kế hình
thức tiết diện cần xét các điều sau:
- Khả năng chế tạo đƣợc thép hình bằng thiết bị hiện có của nhà sản xuất.
- Điều kiện sử dụng công trình.
- Khả năng chế tạo kết cấu bằng thép hiện có của nhà sản xuất.
- Sự chịu lực của các thanh thép hình và liên kết của chúng.
Đặc trƣng và công suất của các máy gia công sẽ quyết định bề rộng và bề
dày của thấm thép phôi, chiều dài tối đa của sản phẩm, bán kính uốn, bề dài tối thiểu
của đoạn thẳng, của tiết diện.
- Đối với tiết diện kín thì phải có điều chỉnh tùy theo đƣờng lối và công nghệ chế
tạo. Khi thiết kế hình dạng tiết diện cán nguội, cần lƣu ý các yêu cầu sau:
- Góc uốn phải có bán kính r = 1,2 đến 1,5 lần bề dày bản thép.
- Chú ý vấn đề an toàn phòng gỉ.
+ về hình dạng, nên dùng tiết diện hở, vì dễ tiếp cận vào phía trong để lau chùi,
sơn. Tránh tạo hình máng, dễ tích bụi ẩm. Nếu bắt buộc làm thì cần tạo độ dốc, hoặc
có lỗ thoát.
+ về bề dày tối thiểu để phòng gỉ tham khảo các trị số sau: 1,5 mm đối với kết
- Xem thêm -
.PDF 
90 
6 
66 
