6.5.2. Chân cột

6.5.2. Chân cột

a. Cấu tạo

Cấu tạo chân cột phải đảm bảo: truyền tải đều từ cột lên móng, phù hợp sơ đồ tính, thuận tiện cho lắp dựng. Tùy theo các bố trí liên kết bu lông, hàn mà có chân cột liên kết khớp, ‘ngàm’ với móng (‘ngàm’ ở đây mang tính chất tương đối để chọn mô hình tính cho phù hợp, thực chất là liên kết cứng, vì còn phụ thuộc cấu tạo liên kết).
Chân cột thông dụng gồm: chỉ có bản đế (hình 6.29) là loại đơn giản nhất: dùng chân cột khớp với móng; Cấu tạo chân cột ngàm với móng (hình 6.30) thường có thêm dầm đế, sườn đế. Thân cột, dầm đế và sườn tì trực tiếp vào bản đế, cần gia công mặt tiếp xúc phẳng để đảm bảo truyền lực đều.

Hình 6.29. Cấu tạo chân cột liên kết khớp : 1-bu lôngmóng ; 2,3- sườn đế ; 4- bản đế ; 5- chốt chống cắt

Trường hợp liên kết cột ngàm với móng có lực kéo trong bulông neo không lớn, có thể cấu tạo cho bulông neo liên kết trực tiếp vào bản đế của chân cột. Lúc này bản đế cần có chiều dày tbd lớn, các bulông neo được đặt sát với các bản cánh, bản bụng cột chỉ để khe hở đủ để bắt bulông.

Với cột rỗng có khoảng cách nhánh lớn, chân cột thường cấu tạo riêng rẽ - bản đế phân cách cho mỗi nhánh như cấu tạo chân cột đặc.

Chiều dày bản đế theo yêu cầu cấu tạo:
- tbđ >= 20 mm ;
- tbđ <= 40 mm - khi có sườn và dầm đế;
- tbđ <= 60 mm - khi chỉ có bản đế.

b. Tính toán chân cột đặc.: Việc tính toán bao gồm:

- xác định kích thước bản đế, dầm đế, các sườn;
- liên kết chúng với nhau, với cột;
- liên kết chân cột với móng.

Nội lực để tính chân cột là cặp nội lực nguy hiểm nhất ở tiết diện chân cột (trong bảng tổ hợp nội lực cột).
Chân cột liên kết khớp với móng, dùng trong trường hợp cột nhẹ, cấu tạo lực truyền qua các đường hàn liên kết thân cột với bản đế. Diện tích bản đế Abd xác định theo điều kiện ứng suất dưới bản đế do nội lực chân cột gây ra nhỏ hơn cường độ về nén cục bộ của bêtông móng.

Trong đó: các hệ số xác định như trong công thức (6.78) và theo tiêu chuân thiết kế kết cấu bêtông và bêtông cốt thép TCVN 5574:2012.
Chiều dày bản đế xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế dưới tải trọng chính là ứng suất phản lực của bê tông móng lên bản đế, coi là phân bố đều (xem tiếp phần chân cột liên kết ngàm). Chiều dày nên chọn không nhỏ hơn 12mm.

Chân cột liên kết ngàm với móng, dùng khi tải trọng lên cột khá lớn hoặc do yêu cầu độ cứng của nhà. Dầm đế và sườn trong cột có tác dụng: phân phối nội lực đều xuống bản đế, làm gối đỡ cho bản đế chịu uốn do phản lực, tăng độ cứng chống uốn cho bản đế và toàn chân cột dẫn tới giảm chiều dày bản đế.
Kích thước bản đế chân cột đặc Abd =B.L chịu nén lệch tâm được xác định từ điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng tương tự như mục a.
Chiều rộng B và chiều dài của bản đế thường cấu tạo trước theo các kích thước của tiết diện cột B = b + 2tdd + 2c1 ; L= h + 2c2 .
Chiều dài bản đế thường không nên chọn vượt quá 30cm so với chiều cao tiết diện để kích thước cổ móng không quá lớn.

Chiều dày bản đế tbd được xác định từ điều kiện chịu uốn của bản đế dưới tác dụng của ứng suất phản lực trong bê tông móng (chú ý: ứng suất phản lực trong các ô bản đế không đều do bố trí khoảng cách giữa dầm, sườn đế, vì vậy để thiên về an toàn lấy giá trị mômen lớn nhất trong ô bản đang xét):

Trong đó :

M max - giá trị mômen lớn nhất trong các ô bản đế.

Thân cột, dầm đế và sường chia bản đế thành những ô bản có các điều kiện biên khác nhau (hình 6.31,a). Mômen uốn lớn nhất của mỗi ô bản này tính cho dải rộng một đơn vị dài là:

Trong đó:

di - nhịp tính toán của ô bản thứ i;
ði - ứng suất phản lực của bê tông móng trong ô bản thứ i, xác định theo (6.79) hoặc (6.80)
b - hệ số tra bảng, phụ thuộc vào tỉ số giữa các cạnh và loại ô bản(bảng 6.9)

Bảng 6.9. Hệ số b để xác định mômen lớn nhất của bản kê bốn cạnh

Bố trí B và L, khoảng cách dầm, sườn đế sao cho giá trị mômen trong các ô bản ít chênh lệch, sẽ có tbd hợp lý.
Tính toán dầm đế: Tính như dầm đơn giản có mút thừa chịu tải trọng phân bố đều
qd = ðd (d là bề rộng của diện truyền phản lực vào dầm đế, xem hình 6.31,a. Chiều cao dầm đế ( hdd ) được xác định từ điều kiện chịu lực của các đường hàn góc liên kết với cột. Xem như lực dọc N của cột phân đều cho các đường hàn liên kết các dầm đế với thân cột.

Tính toán sườn đế: như congxon, ngàm tại vị trí liên kết hàn với cột hoặc dầm đế, chịu tải trọng phân bố đều qs = s (s là bề rộng của diện truyền phản lực vào sườn, xem hình 6.31,a,c).

Chiều cao sườn hs được xác định từ điều kiện chịu mômen và lực cắt Vs = qsls của các đường hàn góc liên kết với cột. Xem như lực dọc N của cột phân đều cho các đường hàn liên kết các dầm đế với thân cột.
+ Với chân cột đặc và chân cột rỗng có bản đế và dầm đế liền, chịu nén lệch tâm (tổ hợp nguy hiểm M, N), kích thước bản đế cũng được xác định bởi điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông móng:

+ Với chân cột đặc và chân cột rỗng có bản đế phân cách cấu tạo chân riêng rẽ cho từng nhánh: chân của mỗi nhánh được tính toán như chân cột nén đúng tâm với lực nén lớn nhất của nhánh tại chân cột.
c. Liên kết chân cột vào móng: Chân cột liên kết vào móng phổ biến nhất bằng bulong neo. Chân cột khớp: Bulong neo bắt trực tiếp vào bản đế (hình 6.29). Bulong neo đặt theo cấu tạo, 2 hoặc 4 cái, đường kính 18 : 25mm . Lỗ bulong trên bản đế có đường kính bằng 1.5 : 2 lần đường kính bulong neo. Lỗ được phủ kín bằng bản thép đệm ecu dày 16  20 mm và khoét lỗ rộng hơn đường kính bulong 3mm. Sau khi xiết chặt ecu, hàn miếng đệm với bản đế. Trong trường hợp lực cắt lớn để tránh sử dụng bu lông đường kính lớn hoặc số lượng bu lông nhiều có thể sử dụng giải pháp chốt chống cắt – thép hình cỡ nhỏ hàn dưới đáy bản đế (thép số 5, hình 6.29b).
Chân cột ngàm: Bulong neo bắt chặt vào các chi tiết đỡ trên các dầm đế hoặc sườn (hình 6.30). Dùng ít nhất 4 bulông neo, đường kính 20 : 36 mm cho chân cột nén đúng tâm và chân cột nén lệch tâm không có tổ hợp nội lực (M, N) gây kéo cho bulong neo. Với tổ hợp gây kéo thì bulong tính theo lực kéo lớn nhất, thường chọn lớn hơn 24mm. Tổ hợp Mmax và Nmin sẽ gây ra ứng suất kéo lớn nhất giữa bản đế và móng sẽ gây ra nội lực kéo lớn nhất cho các bulong neo. Giả thiết các bulong neo tiếp thu toàn bộ vùng kéo của biểu đồ ứng suất dưới đế cột (hình 6.30,c).

Tổng diện tích yêu cầu của bulong neo chịu kéo xác định theo công thức:

Đối với các cột rỗng có cấu tạo chân riêng rẽ cho từng nhánh, lực kéo của các bulong neo chính là lực kéo lơn nhất của nhánh tại tiết diện chân cột:

Trong đó:

ho - khoảng cách trọng tâm hai nhánh cột;

y - khoảng cách từ trọng tâm toàn tiết diện cột đến trọng tâm nhánh tính bulong neo.

Các đường hàn liên kết cột vào bản đế được tính toán trên quan niệm coi mômen và lực dọc do các đường hản ở bản cánh chịu, còn lực cắt do các đường hàn ở bản bụng chịu. Cặp nội lực để tính toán đường hàn thường chính là cặp đã dùng để tính toán bu lông neo. Lực kéo trong bản cánh cột do mômen và lực dọc phân vào:

Chiều cao của đường hàn liên kết cánh vào bản đế tính với lực Nk, đường hàn liên kết bản bụng vào bản đế tính với lực cắt V lớn nhất tại chân cột.

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 6:
- Các loại tiết diện cột đặc chịu nén đúng tâm ? Ưu nhược điểm của từng loại ?
- Trình tự thiết kế cột đặc (tiết diện thép định hình và thép tổ hợp) chịu nén
đúng tâm ?
- Cách thiết kế cột đặc chịu nén lệch tâm ?
- Các loại tiết diện cột rỗng chịu nén đúng tâm ? Khái niệm trục ảo ? Cách cấu tạo tiết diện, ưu nhược điểm của từng loại?
- Sự làm việc của cột rỗng đối với trục thực, trục ảo ?
- Sự khác nhau giữa cột rỗng thanh giằng, bản giằng ?
- Tác dụng của bản giằng, thanh giằng trong thiết kế cột rỗng ?
- Cách thiết kế cột rỗng chịu nén đúng tâm ?
- Cách thiết kế cột rỗng chịu nén lệch tâm ?
- Cấu tạo và tính toán liên kết giữa cột với dầm, cột với móng ?