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

                A_n                             diện tích tiết diện thực

                A_f                              diện tích tiết diện cánh

                A_w                             diện tích tiết diện bản bụng

A_bn                                diện tích tiết diện thực của bulông

                A_d                             diện tích tiết diện thanh xiên

                b                   chiều rộng

                b_f                              chiều rộng cánh

                b_o                  chiều rộng phần nhô ra của cánh

                b_s                  chiều rộng của sườn ngang

                h                               chiều cao của tiết diện                                        

                h_w                 chiều cao của bản bụng

                h_f                  chiều cao của đường hàn góc                          

                h_fk                 khoảng cách giữa trục của các cánh dầm

                i                    bán kính quán tính của tiết diện

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

                i_min                 bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện

                I_f                                      mômen quán tính của tiết diện nhánh

                I_m, I_d              mômen quán tính của thanh cánh và thanh xiên của giàn

                I_b                   mômen quán tính tiết diện bản giằng

                I_s, I_sl              mômen quán tính tiết diện sườn ngang và dọc

                I_t                   mômen quán tính xoắn

                I_tr                  mômen quán tính xoắn của ray, dầm

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

                I_nx, I_ny             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

                l_d                   chiều dài của thanh xiên

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

                l_o                   chiều dài tính toán của cấu kiên chịu nén

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

                l_w                  chiều dài tính toán của đường hàn

                S                  mômen tĩnh

                s                   bước lỗ bulông

                t                    chiều dày

                t_f , t_w              chiều dày của bản cánh và bản bụng

                u                               khoảng cách đường lỗ bu lông

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

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

           W_nx,min , W_ny,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

                M_x , M_y           mômen uốn đối với các trục tương ứng x-x, y-y

                M_t                                         mômen xoắn cục bộ

                N                              lực dọc

                N_d                             nội lực phụ

                N_M                 lực dọc trong nhánh do mômen gây ra

                p                   áp lực tính toán

                V                  lực cắt

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

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

              c) Cường độ và ứng suất

                E                              môđun đàn hồi

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

                f_u                   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

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

                f_v                   cường độ tính toán chịu cắt của thép

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

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

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

                f_ub                                   cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của bulông

                f_tb                  cường độ tính toán chịu kéo của bulông

                f_vb                  cường độ tính toán chịu cắt của bulông

                f_cb                 cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông       

                f_ba                  cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo

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

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

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

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

                f_{w v}                 cường độ tính toán của mối hàn đối đầu chịu cắt

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

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

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

                G                  môđun trượt

                s                   ứng suất pháp

                s_c                  ứng suất pháp cục bộ

                s_x, s_y             các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y

                s_cr ,s_c,cr          các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn

                t                   ứng suất tiếp

                t_cr                 ứng suất tiếp tới hạn.

                d) Kí hiệu các thông số

                 c₁, c_x, c_y       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_e                độ lệch tâm tương đối tính đổi

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

                 n_a                 số lượng bulông trên một nửa liên kết

                 n_c                 số mũ

                 n_Q                chu kỳ tải trọng

                 n_v                 số lượng các mặt cắt tính toán;

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

                 g_c                 hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

                 g_b                 hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông

                 g_M                 hệ số độ tin cậy về cường độ

                 g_Q                 hệ số độ tin cậy về tải trọng

                 g_u                 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 = l_o /i )             

                                 độ mảnh qui ước ()

                 l_o                 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 ()

                 l_x , l_y           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

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

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

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

2. TIÊU CHUẨN TRÍCH DẪN

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

1.4          Nguyên tắc thiết kế

1.4.1          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.

1.4.2          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 g_M (xem điều 4.1.4 và 4.2.2);

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

–             Hệ số điều kiện làm việc g_C (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 g_C và chia cho hệ số g_M; tải trọng tính toán là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số g_Q .

1.5          Tải trọng

1.5.1          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).

1.5.2          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 g_Q (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.

1.5.3          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.

1.5.4          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.

1.5.5          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.

1.6          Biến dạng cho phép của kết cấu

1.6.1          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.

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

1.6.3          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.

1.6.4          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.

1.6.5          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

1.7          Hệ số điều kiện làm việc g_c

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

1.7.2          Giá trị của hệ số điều kiện làm việc g_c được cho trong bảng 3.

Bảng 3 - Giá trị của hệ số điều kiện làm việc g_C

4. VẬT LIỆU CỦA KẾT CẤU VÀ LIÊN KẾT

1.8          Vật liệu thép dùng trong kết cấu

1.8.1          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.

1.8.2          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…

1.8.3          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, f_y và f_u 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; g_M là hệ số độ tin cậy về vật liệu, lấy bằng 1,05 cho mọi mác thép.

1.8.4          Cường độ tiêu chuẩn f_y , f_u 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 f_y là ứng suất chảy nhỏ nhất và f_u là ứng suất kéo đứt nhỏ nhất được đảm bảo của thép. g_M 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 f_y , f_u và cường độ tính toán f của thép các bon
(TCVN 5709 : 1993)

 Đơn vị tính : N/mm²

Bảng 6 - Cường độ tiêu chuẩn f_y , f_u và cường độ tính toán f của thép hợp kim thấp

 Đơn vị tính : N/mm²  

1.9          Vật liệu thép dùng trong liên kết

1.9.1          Kim loại hàn dùng cho kết 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.

1.9.2          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

Bảng 8 – Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn f_wun và cường độ tính toán f_{w f}
của kim loại hàn trong mối hàn góc

Đơn vị tính : N/mm²                                                                                   

1.9.3          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

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

Đơn vị tính: N/mm²

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

Đơn vị tính: N/mm²

1.9.4          Cường độ tính toán chịu kéo của bulông neo f_ba được xác định theo công thức f_ba = 0,4 f_ub.

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

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

1.9.6          Cường độ tính toán chịu kéo của sợi thép cường độ cao được xác định theo công thức           f_th = 0,63 f_u .

5. TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN

2.1 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm

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

                                                                                                                               (5.1)           

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

1.9.8          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

2.2 Cấu kiện chịu uốn 

1.9.9          Tính toán về bền

1.9.9.1      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;

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

1.9.9.2      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;

t_w  – bề dày bản bụng;

f_v – cường độ tính toán chịu cắt của thép.

1.9.9.3      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;

l_z –  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 h_w của bản bụng:

                                                                             l_z =  b + 2h_y                                                        (5.5)

với b là chiều dài phân bố lực của tải trọng tập trung theo chiều dài dầm; h_y 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 h_w 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).

1.9.9.4      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, s_c 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 s_c tính theo các công thức (5.3) và (5.4); còn s tính theo công thức sau:   

                                                                                                                                      (5.7)

trong đó:         

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

              I_n –  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;

1.9.9.5      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).

1.9.9.6      Dầm đơn giản có tiết diện đặc, bằng thép có giới hạn chảy f_y £ 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 f_v  (trừ tiết diện ở gối):

                                                                                                                             (5.9)           

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

                                                                                                     (5.10)

trong đó:   

              M_x, M_y  –  các giá trị tuyệt đối của mômen uốn;

              c₁, c_x, c_y –  lấy theo bảng C.1, phụ lục C.

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

                                                                                                                          (5.11)

1.9.9.7      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.

1.9.9.8      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 = aM_max                                                       (5.12)

trong đó:

M_max –   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 M_e 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)

                                                                             M_e = 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 M_e = 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 M_e được lấy theo công thức (5.14).

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

1.9.9.9      Dầm liên tục và dầm ngàm thoả mãn điều 5.2.1.8, chịu uốn trong hai mặt phẳng chính, có t £ 0,5 f_v  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.

1.9.10       Tính toán về ổn định

1.9.10.1    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: 

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

              j_b   – hệ số, xác định theo phụ lục E.

Khi xác định j_b , chiều dài tính toán l_o 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.

1.9.10.2    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 l_o và chiều rộng cánh chịu nén b_f  của dầm không lớn hơn giá trị tính theo các công thức của bảng 13.

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

2.2 Cấu kiện chịu nén đúng tâm

1.9.11       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.

1.9.12       Tính toán về ổn định

1.9.12.1    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.     

1.9.12.2    Các cấu kiện chịu nén có bản bụng đặc, hở dạng P, có l_x< 3l_y (với l_x, l_y là 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.