đồ án thép 1

đồ án thép 1

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KẾT CẤU THÉP I

Mã đề : 4132

Danh sách các thành viên trong nhóm:

1 Nguyễn Quốc Tuấn 51K1XD 1051060322 Nhóm trưởng

2 Nguyễn Quốc Tuấn 51K1XD 1051060279

3 Nguyễn Danh Tuấn 51K1XD 1051060178

4 Hoàng Nghĩa Tuấn 51K2XD 1051060361

I NỘI DUNG, YÊU CẦU

Thiết kế sàn công tác bằng thép, bao gồm 2 nhịp, 3 bước, với hệ dầm phức tạp: (2L x 3B)

Theo trình tự sau:

1 Trên cơ sở số liệu đã cho, thành lập sơ đồ kết cấu, lập mặt bằng lưới cột, dầm.

Chọn chiều dày bản sàn thép, tương ứng độ võng cho phép của bản sàn [] =

- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.

3 Tính toán, thiết kế dầm phụ, theo các nội dung:

- Chọn sơ đồ tính toán

- Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.

- Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán.

- Chọn tiết diện dầm (chọn thép định hình cán nóng)

- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.

4 Tính toán, thiết kế dầm chính, theo các nội dung:

- Chọn sơ đồ tính toán

- Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.

- Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán.

- Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn từ ba bản thép.

- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.

- Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề rộng bản cánh 1 lần, đối xứng)

- Tính toán liên kết cánh với bụng dầm.

- Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của dầm.

- Thiết kế cấu tạo và tính toán các chi tiết khác của dầm và hệ dầm:

+ Liên kết gối dầm dầm chính với cột

+ Liên kết dầm phụ với dầm chính

+ Nối dầm chính (nếu cần)

5 Trình bày số liệu và các tính toán trong quyển thuyết minh kèm theo.

II SỐ LIỆU THIẾT KẾ

- Nhịp dầm chính (nhịp cột): L (m) = 18(m)

Hệ số vượt tải: của tĩnh tải g  1 05; của hoạt tải  p 1.2

- Chiều cao lớn nhất cho phép: hmax= 1,2m

- Liên kết hàn điện bằng tay, que hàn N42, N46 hoặc tương đương.

- Độ võng cho phép: của dầm phụ [/L] = 1/250; của dầm chính [/L] = 1/400.

SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TẦNG 1 NHÀ CÔNG NGHIỆP 2 TẦNG

PHẦN II: QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN

I SƠ ĐỒ KẾT CẤU:

Hệ dầm đề ra là hệ dầm thép phức tạp, gồm ba hệ thống dầm đặt vuông góc vớinhau và song song với hai cạnh của ô sàn: Dầm chính đặt song song với cạnh dài

của ô bản và kê lên cột Dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn của ô bản Dầm sànđặt song song với cạnh dài của ô bản và chịu tải trọng từ sàn truyền xuống Sơ đồ

kết cấu như hình vẽ :

B

23

II TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BẢN SÀN THÉP :

1 15

s

tc s

2 Tính toán và kiểm tra bản sàn

Cắt một dải bản rộng 1cm theo chiều cạnh ngắn của nhịp sàn Do được hàn với dầm bằng các đường hàn góc, dưới tác dụng của tải trọng, sàn bị ngăn cản biếndạng, tại gối tựa sẽ phát sinh ra lực kéo H và mômen âm Lực kéo và mômen này làm giảm mômen nhịp và độ võng cho bản Thông thường, mômen âm khá bé, trong tính toán thiên bề an toàn, bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm, chỉ xét ảnh hưởng của lực kéo H Sơ đồ tính toán bản là dầm có hai gối cố định chịu tải trọng tính toán phân bố đều qtt được thể hiện như hình vẽ:

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN CỦA SÀN THÉP

 Xác định tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng trên bản sàn:

tc s x

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện kiểm tra độ võng

 Kiểm tra điều kiện bền của bản sàn:

- Lực kéo tác dụng tải gối tựa bản là:

6 1

3 Tính toán và kiểm tra liên kết giữa sàn với dầm sàn

 Chiều cao đường hàn

Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực kéo H Hàn sàn vớidầm sàn bằng phương pháp hàn tay, que hàn N42 Chiều cao của đường hàn đó xácđịnh theo công thức:  

c w

H h





min

Trong đó:  f wmin  minf f wf; sf ws

f , s hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn Khi hàn tay f =0.7; s =1

fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng chảy

Vậy theo yêu cầu cấu tạo lấy hf = 6(mm)

 Kiểm tra tiết diện đường hàn:

Chiều dài mỗi đường hàn góc để liên kết bản với dầm sàn :

Dầm sàn được coi là dầm đơn giản nhiều nhịp khoảng cách giữa các nhịp dầm là:

lds = b = 3,0 m Nội lực do tải trọng gây ra ở nhịp đầu tiên là lớn nhất nên ta sẽ lấy nội lực ở nhịp đầu để tính toán Tải trọng tác dụng lên dầm sàn là tải từ sàn truyền

và là tải phân bố đều (hình vẽ)

DIỆN CHỊU TẢI VÀ SƠ ĐỒ TÍNH CỦA DẦM SÀN

Tải trọng từ sàn truyền vào dầm sàn là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

3 max

1

153000

68, 47( ) 1,12 0,95 2100

3 Kiểm tra tiết diện dầm sàn:

Kiểm tra tiết diện dầm sàn theo điều kiện độ bền(có kể đến trọng lượng bảnthân dầm):

- Tải trọng tác dụng lên dầm sàn có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:

Tải trọng tiêu chuẩn:

 Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:

max max

1

c x

t I

S V



 max

Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền và độ võng

Do dầm sàn liên kết trực tiếp với sàn nên thỏa mãn điều kện ổn định tổng thể

IV TÍNH TOÁN DẦM PHỤ

Chọn dầm phụ là thép định hình cán nóng tiết diện chữ I

1 Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên dầm phụ:

 Sơ đồ tính toán dầm phụ:

- Dầm phụ được đặt lên trên dầm chính, sơ đồ kết cấu là dầm đơn giản Tải trọng

tác dụng lên dầm chính bao gồm: Trọng lượng bản sàn, dầm sàn, dầm phụ và hoạt tải

- Lực từ dầm sàn truyền lên dầm phụ là lực tập trung, do các dầm phụ đặt gần

nhau (l <1m) nên có thể xem tải trọng tác dụng lên dầm phụ là phân bố đều Tải trọng tập trung được thay thế bằng tải trọng tương đương phân bố

Diện chịu tải do dầm sàn và sàn truyền vào dầm phụ là:

DIỆN CHỊU TẢI VÀ SƠ ĐỒ TÍNH CỦA DẦM PHỤ

 Tải trọng từ sàn và dầm sàn truyền vào dầm phụ là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

1 2 2 4 15,737 300 2 0,156 300 50

47,13( / ) 500

(với n1,n2 là số lượng dầm phụ và sàn ngoài )

- Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:

Tra bảng thép cán sẵn và thử dần ta chọn được thép dầm là thép I40 có các đặc

TIẾT DIỆN DẦM PHỤ

3 Kiểm tra tiết diện dầm phụ:

Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền (có kể đến trọng lượng bảnthân dầm):

Tải trọng tác dụng lên dầm phụ có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

2 max

t I

S V



 max max

Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền và độ võng

 Kiểm tra bản bụng dầm phụ chịu ứng suất cục bộ:

l t

P

c z w

f f

f f

  1.12 vật liệu làm việc trong giai đoạn dẻo

h f h t f là khoảng cách trọng tâm hai cách nén  h f  40 1,3 38, 7(   cm)

1 Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên dầm chính:

Dầm chính được đặt lên trên cột, sơ đồ kết cấu là dầm đơn giản Tải trọng tác dụng lên dầm chính bao gồm: Trọng lượng bản sàn, dầm sàn, dầm phụ và hoạt tải

l 9

5q 12 l 5q

Lực từ dầm phụ truyền lên dầm chính là lực tập trung:

- Tải trọng tiêu chuẩn do dầm phụ truyền vào dầm chính là:

q

2 Thiết kế tiết diện dầm:

a Chọn chiều cao tiết diện dầm:

 Chiều cao tiết diện dầm phải đảm bảo các yêu cầu về sự dụng và kinh tế

kt d

d

h h

h h h

Trong đó:

* h min – Chiều cao nhỏ nhất của tiết diện dầm đảm bảo cho dầm có đủ độ cứng trong quá trình sử dụng, không võng quá độ võng cho phép

Với dầm đơn giản chịu tải phân bố đều h min được xác định theo công thức sau:

 Thành lập công thức xác định h min (dùng cơ kết cấu II):

Với dầm đơn giản chịu tải trọng tập trung, độ võng lớn nhất tại vị trí giữa dầm là:

EI - độ cứng chống uốn của tiết diện dầm

Ta chọn moomen tính toán tại vị trí lớn nhất ở giữa dầm để xác đinh:

dc

q q

*Chiều cao h kt của dầm tính theo công thức:

w

yc x kt

t

W k

Đối với dầm hàn chọn hệ số cấu tạo k 1 15

Mômen kháng uốn cần thiết là:

max 38097000 19096, 24( 3)

1 2100

yc x

1

yc x kt

Chiều dày bản bụng dầm t w được chọn từ việc xác định chiều cao dầm, t w

càng nhỏ thì dầm càng nhẹ Tuy nhiên t w cần đảm bảo điều kiện chịu lực cắt lớn nhất Giả thiết chiều dày cánh dầm t f 2 cm( )

f

Kích thước cánh dầm phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo sau:

d Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ:

 Các đặc trưng tiết diện dầm:

Diện tích tiết diện dầm:A A wA f  146 1 2 60 2 386(      cm2 )

Mômen quán tính và mômen kháng uốn của tiết diện với trục trung hoà x –x

2 1462 148 3

f w

h h

S S S  t b  t       cm

 Kiểm tra điều kiện cường độ:

- Trọng lượng bản thân dầm chính quy về lực tập trung là:

 Điều kiện bền của dầm theo mômen tại tiết diện giữa dầm là:

 Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

 Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất:

w x

t I

S V



 max max

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt

 Không cần kiểm tra võng vì:

h d  150(cm) hmin  3, 4(cm)

e Tính toán và kiểm tra liên kết giữa dầm phụ với dầm chính:

 Tính toán liên kết hàn:

Trong đó:  f wmin  minf f wf; sf ws

f , s hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn Khi hàn tay f =0.7; s =1

fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng chảy

Chọn l bg  146(cm) kết hợp với sườn gia cường

Vậy tiết diện bản ghép làA bg l bgt bg  146 1(  cm2 )

A bg   2 l bgt bg  292(cm2 ) A 146 1 146(   cm2 )

 Kiểm tra liên kết hàn:

Chiều dài mỗi đường hàn góc để liên kết bản với dầm chính:

Vậy liên kết giữa bản thép nối với dầm chính đảm bảo diều kiện cường độ.

 Tính toán và kiểm tra liên kết bu lông giữa dầm phụ với bản thép nối:

+ f vb– Cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bulông f vb  1600(daN cm/ 2 )

+b– Là hệ số diều kiện làm việc b 0.9

+A– Diện tích của tiết diện ngang bulông A 5,7(cm2 ) đối với bulông có

+ f cb– Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông f cb  3950(daN cm/ 2 )

+b– Là hệ số diều kiện làm việc b 0.9

+d – Đường kính thân bulông d  2,7(cm)

+tmin– Tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía

V



+ l max :Khoảng cách giữa trọng tâm hai hàng bulông ngoài cùng

+ l i2 :Tổng bình phương khoảng cách giữa trọng tâm hai hàng bulông đốixứng qua trọng tâm nhóm

+ m:Số bulông của một dãy

- Công thức kiểm tra khả năng chịu lực của một bulông:

N bl  7514,3(daN)  N minb c  8208 0.95 7797,6(   daN)

Vậy liên kết bu lông đảm bảo chịu lực

LIÊN KẾT DẦM PHỤ VỚI BẢN GHÉP

Kiểm tra tiết diện giảm yếu

Công thức kiểm tra:

1

n

N f

A  

Trong đó  1 là hệ số điều kiện  b1 0.9với n=2

Chọn đường kính của lỗ bulông là d'  d 0.2 2.2 0.2 2.4(    cm)

Chiều cao lớn nhất cho phép h max  150(cm)

Ta có chiều cao dầm chính là h max  150(cm), chiều cao dầm phụ h dp  40(cm), chiều dày sàn h s  0.8(cm) Ta chọn phương pháp liên kết phức tạp (liên kết thấp) trong

đó bản sàn gác lên dầm sàn, dầm sàn gác lên dầm phụ, dầm phụ liên kết với dầm chính bởi bản thép nối Chiều cao liên kết là:

4 Thay đổi tiết diện dầm:

 Nguyên nhân giảm:

Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lượng dầm khi thiết kế dầm ta thay đổi tiết diện dầm ở phần dầm có mômen uốn bé Chọn cách thay đổi bề rộng bản cánh vì bản cánh chủ yếu chịu mômen uốn trong dầm

 Nguyên tắc giảm:

- Thay đổi kích thước bản cánh vì bản cánh chủ yếu chịu mô men uốn trong dầm.

- Chỉ thay đổi bề rộng cánh không thay đổi bề dày cánh vì giảm chiều dầy dẫn đến

độ mảnh lớn dễ mất ổn định cục bộ cho cánh nguy hiểm

* Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn:

- Nội lực tại vị trí thay đổi tiết diện: (dùng cơ kết cấu I để tính moomen và lực cắt

tại vi trí giảm tiết diện dầm)

- Diện tích thực của cánh dầm đã thay đổi: A ct  t f b'f   2 30 60(  cm2 )

- Xác định vị trí bắt đầu thay đổi tiết diện:

THAY ĐỔI TIẾT DIỆN BẢN CÁNH

 Kiểm tra độ bền của tiết diện dầm đã thay đổi:

- Các đặc trưng tiết diện dầm:

- Kiểm tra điều kiện cường độ:

 Điều kiện bền của dầm theo mômen là:

2 1

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

 Điều kiện bền của dầm theo lực cắt là:

V S

1 1 max

1 max

42330 7104,5

328,13( ) 916504,67 1

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt

- Kiểm tra theo ứng suất tương đương:

* Tại vị trí tiết diện thay đổi cách gối tựa 3 m không trùng vị trí đặt dầm phụ nên

b t

b t

b b

l

f

f f

f f

f f

  1 vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi

h f h t f là khoảng cách trọng tâm hai cách nén  h f  150 2 148(   cm)

t f  2(cm); 60 30 15

2

f f

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

Do liên kết hệ dầm là liên kết thấp nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

Bụng dầm chịu tác dụng của   , hoặc   

Bụng dầm tiết diện mỏng có thể mất ổn định do ứng suất pháp giữa dầm, do riêng ứng suất tiếp ở đầu dầm hoặc do cả hai ứng suất   , ở vị trí gần gối tựa

 Kiểm tra bản bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất tiếp:

Những vùng ở gần gối tựa lực cắt lớn, bản bụng dầm có thể bị méo đi do tác dụng của ứng suất tiếp

Công thức kiểm tra:

 w     w 

Ở đây dầm chịu tải trọng tĩnh nên  w   3.2

- Độ mảnh quy ước của bản bụng dầm:

Các sườn được hàn vào bụng và cánh dầm bằng đường hàn theo cấu tạo

BỐ TRÍ SƯỜN GIA CƯỜNG

 Kiểm tra bản bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất pháp:

 Kiểm tra ổn định dầm dưới tác dụng của ứng suất pháp và tiếp đồng thời:

Kiểm tra cho từng ô:

Xét trường hợp không có lực tập trung tác dụng ở cánh nén dầm ( c  0)

và độ mảnh quy đổi của bản bụng thoả mản điều kiện  w 4,62 6 

§IÓM KIÓM TRA §IÓM KIÓM TRA §IÓM KIÓM TRA

1400 1400

5q 2

3q 2

q 2

q 2

ql 4

M =92ql

5q 2 l

q q

q q

8500 1400

VỊ TRÍ KIỂM TRA CÁC Ô BỤNG DẦM CHÍNH

 Ô bụng 1và 2: Theo điều kiện an toàn ta chỉ cần kiểm tra ô bụng 2(có cùng

lực cắt nhưng momen ô bụng 2 lớn hơn)

Công thức kiểm tra:

c

cr cr

W h

- Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra:

 Ô bụng 3và 4: Theo điều kiện an toàn ta chỉ cần kiểm tra ô bụng 4(có cùng

lực cắt nhưng momen ô bụng 4 lớn hơn)

Công thức kiểm tra:

c

cr cr

- Xét tỷ số :

w

150 1.03 1 146

- Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra:

2 4

Bản bụng ở Ô3 và Ô4 đảm bảo ổn định.

 Ô bụng 5và 6: Theo điều kiện an toàn ta chỉ cần kiểm tra ô bụng 4(có cùng

lực cắt nhưng momen ô bụng 4 lớn hơn)

Công thức kiểm tra:

c

cr cr

+ Độ mảnh quy ước của ô bản bụng: 0 6

4,62

w w

Bản bụng ở Ô5 và Ô6 đảm bảo ổn định

c Kiểm tra điều kiện bền của dầm theo ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm phụ:

VS h



+ V – lực cắt lớn nhất trong dầm chính V Vmax  45087.5(daN)

 Chọn kích thước tiết diện sườn đầu dầm:

Chọn sườn đầu dầm có chiều rộng bằng chiều rộng cánh dầm, cấu tạo sườn gối như hình vẽ, ta có:

Sườn đầu dầm chịu phản lực tại gối tựa: V Vmax  45087.5(daN)

b

E f

Như vậy sườn đầu dầm có tiết diện b t s s 20 1(  cm2 )

 Kiểm tra sườn gối dầm đã chọn:

- Không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản thép sườn gối, và đã chọn tiết

- Kiểm tra điều kiện ép mặt tại mút dưới sườn

Xác định cường độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép CCT34, theo cường độ bền f tính được : 3400 3238( / 2)

1.05

u c m

4

4 s

2.1 10 E

z

h i

Tra bảng II.1 phụ lục, tương ứng với   8.87; có hệ số uốn dọc   0.988

Kiểm tra điều kiện bền về ổn định:

- Nội lực tại điểm nối dầm

408581.3

x x

toán bản ghép chịu mômen:

Chiều dài cần thiết bản ghép

l bg lw   2 0.5 36.05 1 37.05(    cm) chọn l bg  110(cm)

Vậy tiết diện bản ghép là: l bgb bgt bg  110 20 1  cm

b Tính mối nối bản cánh kéo:

Dùng đường hàn đối đầu xiên góc để nối bản cánh (sử dụng đường hàn xiên góc

- Mối nối bản cánh nén dùng bản ghép và dùng đường đối đầu

Phần mômen phân cho bản cánh:

b bn b f  2 2 20 2 2 16(      cm).Trừ mỗi bên 2cm để bố trí đường hàn góc cạnh

Chọn chiều dày của bản ghép t bn  1(cm)

Chiều cao đường hàn:

Ta có :