VỀ LIÊN KẾT CHÂN CỘT THÉP
VỀ LIÊN KẾT CHÂN CỘT THÉP
Kinh nghiệm chia sẻ
1-Tóm tắt:
Trong các giáo trình và tài liệu về thiết kế kết cấu thép theo Tiêu chuẩn Việt Nam, hầu như không bao giờ đề cập đến hình thức liên kết chân cột thép hoặc diễn giải quá mơ hồ về cấu tạo liên kết này. Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến các kỹ sư thiết kế kết cấu thép không chỉ trong việc phân tích nội lực trong khung mà còn ảnh hưởng đến việc tính toán kết cấu khung thép.
Điều này thực sự khác biệt so với các sách chuyên môn hoặc tài liệu kỹ thuật của các nước tiên tiến trên thế giới. Trong các tài liệu nước ngoài, ngay cả trong tiêu chuẩn, luôn có đề cập hoặc hướng dẫn rõ ràng về các cách chọn liên kết ngàm hay khớp đối với chân cột thép.
Bài viết này nhằm giới thiệu cách chọn hình thức liên kết giữa chân cột thép và gối đỡ bên dưới (móng, bệ móng, thường bằng bê tông cốt thép) mà không đi sâu vào lý thuyết khoa học giải thích về mặt lý luận và thực tiễn bản chất của loại liên kết khá đặc biệt này.
2- Sơ đồ liên kết dùng trong mô hình phân tích kết cấu:
Trong việc phân tích trên mô hình khung thép, 2 loại liên kết chân cột thường được dùng là
• Liên kết ngàm,
• Liên kết khớp
Hai loại liên kết này trong mô hình phân tích, được ngầm định là ngàm tuyệt đối (không xuất hiện góc xoay tại liên kết, hay α = 0) hoặc khớp tuyệt đối (không xuất hiện momen tại liên kết, hay M = 0).
Trong thực tiễn, qua thí nghiệm, các nhà khoa học xác định rằng, trong kết cấu thép, hầu như không thể xảy ra trường hợp ngàm tuyệt đối hay khớp tuyệt đối. Tuy nhiên khi phân tích mô hình kết cấu theo sơ đồ đàn hồi tuyến tính, các giả thiết khớp hay ngàm trong mô hình tính toán cho kết quả thích hợp và tin cậy cho công tác tính kết cấu. Do vậy, nội dung của bài viết này nhấn mạnh về quan điểm liên kết chân cột thép trong mô hình phân tích kết cấu.
Trong thực tế, về mặt cấu tạo chi tiết, liên kết ngàm hay khớp không thực sự hoàn toàn khác nhau. Điều này có ý nghĩa rất rõ rệt, đôi khi cùng cấu tạo dạng liên kết chân cột (tương tự nhau về bản đế, bu lông & số lượng bu lông, chi tiết mối hàn..), liên kết chân cột thép trong mô hình này có thể xem là ngàm, nhưng trong mô hình khác, dạng liên kết này phải được xem là khớp.
Bản chất của liên kết chân (khớp hay ngàm) phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
2.1. Chi tiết cấu tạo của liên kết
Bằng việc hình thành cấu tạo liên kết theo yêu cầu bắt buộc do kỹ sư thiết kế quyết định, liên kết chân cột thép chỉ có thể là ngàm tuyệt đối hay khớp tuyệt đối
|
Liên kết chân cột ngàm |
Liên kết chân cột khớp |
2.2. Độ cứng của liên kết (hay độ cứng của các bộ phận tạo thành liên kết)
Khi các tiết diện bộ phận liên kết có độ cứng chống xoay rất nhỏ so với độ cứng của tiết diện cột, liên kết không có khả năng truyền momen từ cột xuống móng. Chân cột trong mô hình là liên kết khớp.
2.3. Độ cứng của các phần tử của khung kết cấu
Các phần tử của khung có độ cứng chống chuyển vị dọc trục rất lớn so với độ cứng chống chuyển vị xoay hay cắt dẫn đến momen trong cột rất bé. Điều này thực tế sẽ không thể xuất hiện momen kháng tại liên kết chân cột.
2.4. Sơ đồ chịu lực của khung
Khi khung chịu lực hầu như chỉ tại các nút khung, ứng xử nội lực trong khung giống như dàn sẽ dẫn đến liên kết chân cột làm việc như liên kết khớp. Trường hợp khác, khi nội lực trong khung do tải trọng ngoài tác dụng làm cho chân cột xuất hiện lực kéo đủ lớn làm triệt tiêu khả năng xuất hiện momen trong liên kết.
2.5. Mô hình làm việc của khung kết cấu.
Khi khung kết cấu làm việc như khung giằng (braced frames), momen xuất hiện trong liên kế rất bé có thể bỏ qua. Do vậy việc chọn liên kết khớp cho chân cột phù hợp hơn.
2.6. Sơ đồ kết cấu theo các trạng thái giới hạn
Đối vối các khung thép có chiều cao lớn như trụ điện cao thế, tháp truyền hình… khi phân tích kết cấu theo trạng thái giới hạn về cường độ (sơ đồ khung đàn hồi), liên kết chân cột thép có thể là ngàm (điều kiện làm việc bất lợi nhất). Tuy nhiên, khi tính theo trạng thái giới hạn về ổn định (sơ đồ khung tuyệt đối cứng), cần phải kiểm tra liên kết làm việc ở trạng thái bất lợi nhất là liên kết khớp.
2.7. Liên kết chân cột thép và móng đơn bê tông cốt thép
Đối với các móng đơn và nông, do khả năng chống xoay của đế móng kém, liên kết chân cột thép vào móng là liên kết khớp
2.8. Đãm bảo điều kiện làm việc và ổn định của khung kết cấu
Liên kết được chọn phải phù hợp với việc phân tích. Đối với kết cấu như trụ đèn, cột cờ, khung nhà 1 cột… liên kết ngàm là bắt buộc để bảo đãm việc phân tích và tính toán kết cấu cũng như trong thực tế
3- Chọn liên kết chân cột thép khi thiết kế công trình công nghiệp:
Qua phân tích, kỹ sư thiết kế nên áp dụng mô hình liên kết phù hợp như sau;
3.1. Nhà công nghiệp 1 hay nhiều nhịp, ít tầng: chân cột liên kết khớp
3.2. Nhà thấp tầng, khung giằng: liên kết chân cột khớp
3.3. Nhà nhiều tầng, nhiều nhịp: chân cột liên kết ngàm (kiểm tra điều kiện chân cột không xuất hiện lực kéo)
3.4. Nhà xe 1 cột, mái dạng dầm hẫng: chân cột liên kết ngàm
3.5 Trụ đèn chiếu sáng, trụ cổng: chân cột liên kết ngàm
4- Kết luận:
Chọn mô hình liên kết chân cột thép thích hợp nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế về khả năng làm việc thực của kết cấu, điều kiện thi công công trình cũng như đơn giản quá trình thiết kế mà vẫn đãm bảo chính xác và độ an toàn tin cậy cho công trình.
Trong trường hợp có sự nghi ngờ về liên kết được chọn trong mô hình, kỹ sư thiết kế nên phân tích và kiểm tra nội lực, chuyển vị trong kết cấu nhằm đãm bão liên kết chân cột thép sẽ làm việc như dự kiến.
Nhằm phục vụ cho công tác thiết kế liên kết chân cột thép, CdfDesign đã xây dựng các chương trình VN1041-SteelColBasePlate.xlsm (áp dụng TCVN 5574:2012) và BS1041-SteelColBasePlate.xlsm (theo BS 8110-1,2&3:1997) để hỗ trợ các kỹ sư thuận tiện và nâng cao năng suất làm việc trong công tác tính toán kết cấu.
Tài liệu tham khảo
Xin trân trọng các ý kiến đóng góp.
TP HCM, ngày 28/06/2016
Th.s Ks. Lê Hoan Cường
Phần mềm liên quan: Liên kết chân cột thép theo TCVN, Liên kết chân cột thép theo BS
Bài viết liên quan: Quy trình tính Liên kết chân cột thép
Trở về- XEM XÉT CÁC QUI TRÌNH TÍNH CỐT THÉP CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP
- SAI LẦM TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT. P.2
- SAI LẦM TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT. P.3
- KINH NGHIỆM THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN
- MÓNG CỌC & ĐÀI CỨNG ? ĐÀI MỀM ?
- KHE PHÂN CÁCH TRONG KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG
- DÀNH CHO NGƯỜI BẮT ĐẦU NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN
- THIẾT KẾ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP & BÊ TÔNG CỐT THÉP
- NHỮNG SAI LẦM CẦN TRÁNH TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
- SO SÁNH KẾT CẤU SÀN 1 PHƯƠNG BẰNG BTCT & BTDUL CĂNG SAU
