Thiết kế hệ dầm thép

Kiểm tra sàn ỉ.2.1.Kiểm tra độ võng - Trong cấu tạo bản sàn thép được hàn với các dầm.. Khi tải trọng tác dụng lên sàn thì bản chịu uốn và bị biến dạng nhưng các đường hàn liên kết bản s

s =

THUY T MINH TÍNH TOÁN Ế

-03 £ũ

so -l TỈNH TOÁN CHON KÍCH THƯỚC 5AN ÃẢN

ì ì Chon kích thước bản sàn

Xác định kích thước bản sàn có thể theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định gần đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất và chiều dày ôs của sàn

L=^ iị+m.)

s,15 l nA

0qte)

Trong đó:

+ — - Tỷ số cần tìm giữa nhip sàn và chiều dày sàn

+ n0 - Độ võng tương đối nghịch đảo của sàn

= 150 + E,- Môđun đàn hồi của thép sàn

2,06.10'

\-ju 2 = 2,26.101-0,32 4 (KN/cm2)

p - Hệ số Poatsong, với thép BCT3 có p = 0,3

4.150 15

1 + 72.2.26.10 Với tải trọng tiêu chuẩn q t = 23 (KN/m2) , tra bảng (3.1-Sách KCT) chọn = 12 mm

=> ls = 95,90.ỗs = 95,9.1,2= 115,08 (cm)

Chọn ls= 100 (cm)

1.2 Kiểm tra sàn ỉ.2.1.Kiểm tra độ võng

- Trong cấu tạo bản sàn thép được hàn với các dầm Khi tải trọng tác dụng lên sàn thì bản chịu uốn và bị biến dạng nhưng các đường hàn liên kết bản sàn với dầm giữ không cho bản sàn biến dạng tự do và ngăn cản biến dạng xoay tại các gối Vì vậy , tại các gối tạ sẽ phát sinh lực kéo H và mômen âm , để thiên về

an toàn trong tính toán ta bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm tại gối mà chỉ xét

đến lực kéo H

Cắt một dải bản rộng b =1 (cm) , so đồ tính toán bản là một dầm có hai gối tựa không chuyển vị thẳng , chịu tải trọng tính toán phân bố đều q

Với tấm sàn dày 1,0 (cm) có trọng lượng 0,785 (KN/m2) , do đó thép tấm sàn dày 1,2 (cm) có trọng lượng là :

gtc = 1,2.0,785 = 0,942 (KN/m2) Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên tấm sàn :

qtc = (ptc + gtc)b = (23 + 0,942) 10-2 = 23,942.10'4 (KN/cm)

Trong đó:

+ f0 - Độ võng ở giữa nhịp của bản do riêng tải trọng qtc gây ra

5 q“J A s

fo =

384'£,7

Js - mômen quán tính dải bản rộng 1 cm và dầy 1,2 cm

1

= 0,144 (cm4)

5 23,942.10~ 4 100 4 _ 0

+ Hệ số a - Tỷ số giữa lực kéo H và lực giới hạn ơle được xác định theo phương trình:

3f2

a(l + ct) 2 =

—y-n2 _ 3.0,95 8 2 _ 1

=> a(l + a)2 = , = 1,912

1,2 2

Bằng cách thử dần ta xác định được a = 0,679 Vậy , độ võng của sàn:

f =f„—— =0,958 —' - =0,571 (cm)

s

= 0,00667

Suy ra : - = 5:ỂZ1 = 0,00571 <

Như vậy : Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép

7.2.2 Kiểm tra cường độ sàn

- Lực kéo H tác dụng trong dải bản rộng 1 (cm) tính theo công thức:

í1 \

1,2.1 = 3,56 (KN) vl50y

- Mômen lớn nhất ở giữa nhịp sàn:

M,„„ = Ỉ*L-H.f = 28-59-10"< l00: -3,56.0,571 = 1,542 (KNcm)

8 8

- ứng suất lớn nhất trong sàn:

H M

ơ = — +max Ạ \\7 < ỵ.R

Trong đó :

A , Ws - Diện tích và mô men chống uốn của tiết diện dải sàn rộng lem

3,56 1,542 _2x ^ r, _ oo c /T^M/ _2>

cr„„„ =1.1,2 1= 4,038 (KN/cm ) .1,2 < /R = 22,5 (KN/cm )

Kết luận : Sàn đảm bảo chịu lực

- Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực H chiều cao của đường hàn đó xác định theo công thức :

** =

H

p h * h g-r

3,56 0,7.18.1 = 0,28 (cm) = 2,8(mm)

Theo yêu cầu cấu tạo ta chọn hh = 6 mm

Sơ đồ mạng hàn bố trí như hình vẽ (trang sau)

7

)

2 TỈNÍÌ TOÁN THIẾT KỂ DẦM eSẢN

2.1.Sơ đồ tính toán dầm sàn

Sơ đồ tính toán dầm phụ là dầm đơn giản nhịp 12 = 6 m chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều từ sàn truyền vào Chia dầm chính thành 10 khoảng bằng nhau

và bằng a =100 cm = 1 (m)

2.2.Tải trong

Tải trọng tác dụng lên dầm sàn là tải trọng tiêu chuẩn ptc và trọng lượng của sàn thép

- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm sàn :

qtc = (ptc + gtc) a = ( 23 + 0,942 ) 1 = 23,942 ( KN/m )

- Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm sàn :

q„ = (ptc np +gtc ng) a = (23.1,2 + 0,942.1,05) 1 = 28,59 ( KN/m ) 2.3

Xác đinh nôi lưc tính toán.

Nội lực tính toán lớn nhất trong dầm sàn :

8-6 = 128,66(KNm)

q„= 28,59 KN/m

ị -^

2.4.Chon kích thước tiết diên dầm

Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm (có kể đến biến dạng dẻo):

ct CrR./

( Lấy c, = 1,12 )

Tra bảng thép cán sẵn , chọn thép 133 có các đặc trưng hình học như sau = 597 (cm3)

sx = 339 (cm3)

Jx = 9840 (cm4)

g = 422 (N/m) = 0,422 (KN/m)

h = 33 (cm)

s = 0,7 (cm)

b = 14 (cm)

140

2.5 Kiểm tra lai tiết diên

Ta kiểm tra bền có kể đến trọng lượng bản thân dầm:

miỂ ĩ KỉẾwỆ (DẦM mÉ<p

(Đồ ÁN%£ r ữưÉ<P 1

- Nội lực tính toán lớn nhất thực tế :

M _ r =128,66+ 0,422,6 =130,56 (KNm)

Q =85,77+ 0,422,6 =87,04 (KN)

Úng suất pháp lớn nhất:

= 4,28 (KN/cm2)

J 0, 9840.0,7

Kiểm tra võng theo công thức:

„ ,3

tc'

384 x EJ

Tính tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm:

f 5 (23.942 +0,422)10- 2 600 3 _ 0,0034 <

384 2,06.10 4 9840

Kết luận: Dầm sàn chọn đạt yêu cầu cả về cường độ và độ võng Không cần

kiểm tra ổn định tổng thể vì cánh nén của dầm được hàn vào tấm sàn nên không thể chuyển dịch được theo phương ngang được

3 TÍN11 TOÁN THIẾT KỂ DẦM CĨ1ÍNĨ1

3.1 Sơđồ tính toán của dầm chính

Dầm chính là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải trọng coi như phân bố đều Sơ đồ tính toán như sau :

3.2.Xác đinh tải trong tác dung

Theo cách bố trí dầm có 10 dầm sàn đặt lên dầm chính

- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm chính:

q t c = (23,942 + 0,422).6 = 146,18 (KN/m)

BfiỂ ĩ KỉỂwỆ (DẦM mÉ<p

min =

min 384 2,06.10 4 17420

(Đồ ÁN%£ ( HH Ỉ É<P 1

3.3.Xác đinh nôi lưc tính toán

Ọ

1 2 9

q tt = 174,20 KN/m

10 m

3.4.Thiết kế tiết diên dầm 3.4.1 Chọn chiều cao tiết diện

Chiều cao của dầm đảm bảo điều kiện:

h < h, < h

min d max

h d *h kl ±20%

Trong đó :

-Chiều cao : /zmax < 1,6 - h ds - h s = 1,6 - 0,33 - 0,012 = l,258(m)

- Chiều cao h^ mjn có thể tính gần đúng theo công thức:_ 2 Ịe

384 E 'Lf \ q „

, 5 23.1000.400.14618 „ ono , ,

=> h = — 1 — , — -= 78,08 (cm)

- Chiều cao hkt của dầm tính theo công thức:

\w

(Đồ ÁN%£ ữưÉ<P 1 ưKỉéĩ^KỂm (DẦM mÉ<p

Trong đó :

+ k-Hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện dầm , đối với dầm tổ hợp hàn

lấy k = 1,15-5-1,20 -> Chọn k = 1,15

+ 5b - Bề rộng bụng dầm chính

Sơ bộ chọn ôb= 10 (mm) + Wyc - Mô men kháng uốn yêu cầu (không kể đến biến dạng dẻo của

dầm)

Dựa vào hmin và hkt, sơ bộ chọn chiều cao hd =104 (cm)

3.4.2 Kiểm tra lại chiều dày bụng ổ h

Kiểm tra chiều dày bản bụng theo khả năng chịu cắt:

h d ổ b 104.1,2

T = 10,47 (KN/cm2) < Rc = 13,5 (KN/cm2)

=> Bản bụng đủ khả năng chịu lực cắt

3.4.3 Chọn kích thước bản cánh dầm

Trong đó:

+ J yc - Mô men quán tính yêu cầu với trục x-x

+ J h - Mô men quán tính của bản bụng đối với trục x-x

w h

+ hc - Khoảng cách trọng tâm 2 tiết diện cách dầm

hc = 104-2= 102 (cm)

(Đồ ÁN%£ ữưÉ<P 1 THỉéĩ^KỂm (DẦM mÉ<p

=> A 2-(492304,2 8 - l Q0000) = 75j4|(cm2)

Chọn kích thước bản cánh dầm

Kích thước cánh dầm phải thoã mãn điều kiện sau :

b c < 30<ỹ c

A = 29,935

Wf'H—

b c >18 ( 677 ?)

b c < 29,93ổ c

b = ( 20 , 8 - 52)6777

Chọn bề rộng cánh : b c = 38 (cm)

Bề dày cánh : ổ = — = 75,41 = 1,98 (cm)

Thông thường bề dày cánh dầm tổ hợp lấy từ 1,2 - 2,4(677?) và lớn hơn

5 b = 1,0(677?) —> Chọn ổ = 2(677?).

10

380

3.5 Kiểm tra bền cho dầm

- Trọng lượng bản thân dầm:

h d 104

1 X

- Mô men tổng cộng lớn nhất của dầm:

M maxr = 2177,50+ 2,24 'g10 =2205,50 (KNm)

- Lực cắt tổng cộng lớn nhất:

2 24 10

Q w =871 + LL-—— = 882,20 (KN)

- Mô men quán tính thực của tiết diện dầm:

- ứng suất lớn nhất trong dầm (không xét đến biến dạng dẻo):

ơ

max

Vì ơ ax lớn hơn R 0,65% <5% nên có thể chấp nhận được.

=> Dầm chính đạt yêu cầu về cường độ

- Không cần kiểm tra võng vì đã có: h d = 104 (cm) > h min = 78,08 (cm).

X = ị\

_

(4 + 00 = (1,67 + 2) (cm)

Chọn X = 1,7 m

- Nội lực tại vị trí thay đổi tiết diện :

q x(l,-x) 176,44.1,7(10-1,7) „ AAno

M = ——— -= - Li -— = 1244,78 (KNm)

Với : q = q +g d = 174,20 + 2,24 = 176,44 (KN/m)

- Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện:

h 104

wct = = 124478 = 6367.16 (cm3)

X R k r 19,55.1 Trong đó : Vì dầm chịu kéo , kiểm tra chất lường đường hàn bằng phương pháp thông thường nên :

R Ị J =0,85R = 0,85.23 = 19,55 (KN/cm2)

- Mô men quán tính cần thiết cho tiết diện :

T ct W x - h d 63 67,16.104 4x

_ —X —u _ -= 331092,32 (cm 4 )

- Diện tích cần thiết cho cánh dầm thay đổi

A ct =2 ( J x ~ J b ) = 2(331092,32-100000) = 42 73 2

d

- Bề rộng cánh dầm cần thiết:

i C t

42,73 21,36 (cm)

Bề rộns cánh phải thoả mãn điều kiện :

b' >—h d

=10,4(67/7)

c 10

< b > — = \ 9{cm)

b > 18(cm)

Chọn b = 22 cm - Thoã mãn điều kiện trên Diện tích cánh dầm tương ứng :

A'= 22.2 = 44 (cm2)

Mô men quán tính và kháng uốn của tiết diện đã thay đổi:

j' =J U +2b' .ổ

j' 2

=^^ = ———— = 6324,77 (cnr)

X h, 104

d

3.6.2 Kiểm tra tiết diện dầm tại chỗ thay đổi tiết diện dầm

c c c 2 2

ờ s =19,68 > Rị= 19,55 (KN/cm2)

Vì ơ x lớn hon R 0,66% <5% nên có thể chấp nhận được

Kiểm tra theo ứng suất tương đương:

ơ,d = x/ỡĩ +3.TỈ < R

Trong đó:

u ơ '.^ = 19,68.—= 18,92 (KN/cnr) x 1 An

Ọ s'

X c LÃ Với

Ọx - Lực cắt tại vị trí tiết diện thay đổi

Qx = 582,25 (KN)

s' - Mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà của tiết diện dầm

_ 582,25.2244

'A

Suy ra

ơ td = ^/ơj +3.xf = A /l8,92 2 -4-3.3,31 2 = 19,77 (KN/cm 2 )

ơ td =19,77 (KN/cm 2 ) < R = 23 (KN/cm 2 )

Kết luận : Tiết diện thay đổi đủ khả năng chịu lực

Tính liên kết cánh dầm với bung dầm

Dùng phương pháp hàn tay tại công trường , ta có :p„ = 0,7; fi‘ = 18(KN/cm2)

=> (pRg)min = PhRg = 0,7.18 = 12,6 (KN/cm2)

- Theo sơ đồ bố trí dầm thì tiết diện đầu dầm có Qmax, không có dầm phụ (tức

không có lực tập trung) do đó chiều cao đường hàn liên kết cánh dầm với bụng dầm được tính theo công thức:

(Đồ ÁN%£ HH É<P 1 THỉéĩ^KỂm (DẦM mÉ<p

max _

2J (J3R )

Trong đó:

+ Qmax - Lực cắt lớn nhất ở đầu dầm chính ( kể đến trọng lượng dầm )

Qmax = 882,20 (KN/cm2) + Sc - Mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà của tiết diện dầm

+ Jx - Mômen quán tính của dầm

Jx = 495352,0 (cm4)

K ^

- Do cách đầu dầm 0,5 (m) có 1 dầm sàn đặt trên cánh dầm chính nên phải

kiểm tra kích thước đường hàn tại vị trí này

+ Tải trọng tập trung do dầm sàn là P:

p = 2 ổi = 2.87,04 = 174,08 (KN)

Trong đó : ỔỈL ■ Lực cắt lớn nhất của dầm sàn ( có xét đến tải trọng bản thân) + Lực cắt của dầm chính tại tiết diện này là:

—.882,20 = 793,98 (KN)

Q = —.Q* =

2.ym g \ mn V

'Ỡ

5 v

V J

Trong đó:

+ z - Chiều dài chịu tải quy ước của bản bụng dầm chính

z = bds + 2ÔC = 14 + 2.2 =18 (cm)

+ Các ký hiệu khác như phần trước

1 lf 793,98.3876 Y

V

(Đồ ÁN%£ ữưÉ<P 1 rniềĩKỉẾĩHỆ (DẦM mÉ<p

* Cả hai tiết diện này đều có chiều cao đường hàn nhỏ do đó ta lấy chiều cao đường hàn theo cấu tạo:

Tra bảng (2.2 - Sách KCT): hh = 7 (mm)

3.8.Kiểm tra ổn đinh dầm

Bản sàn là thép, khoảng cách các sườn là a = lm, kích thước chiều cao dầm sàn nhỏ do đó ta dùng liên kết chồng Dầm phụ đặt trên cánh nén của dầm chính Liên kết giữa dầm sàn và dầm chính bằng liên kết hàn hoặc bu lông tuỳ theo điều kiện thi công

3.8.1 Kiểm tra ổn định tổng thể dầm

Khoảng cách giữa các dầm sàn là a = lm, bề rộng cánh dầm chính bc = 38 cm

Xét tỷ số : — = — = 2,63

b c 38

Điều kiện ổn định là:

Trong đó: ô = 1 khi dầm làm việc trong giai đoạn đàn hồi

Thay số, ta có :

23

Kết luận: Dầm đảm bảo ổn định tổng thể

3.8.2 Kiểm tra ổn định cục bộ cho dầm

3.8.2.1 ốn định cánh dầm chịu nén

Khi cánh làm việc trong giai đoạn đàn hồi thì điều kiện ổn định cánh nén của

dầm:

L = ĩỉzỉâ = v <0 sJĨ = oJ?w°L

s c 2.2,0 M R V 23

3.8.2.2.Ôn định bán bụng dầm

- Trước hết kiểm tra giá trị độ mảnh qui ước:

ơ cb =4~-rY

Ỏ h z

ỡ ữcb

100

ơ 0 c kp —2

Do à b = 3,34 > [2 J = 3,2 nên dầm mất ổn định do ứng suất tiếp nên ta đặt các cặp sườn trung gian để gia cường với khoảng cách a = 2m ( Điều kiện : a < 2hb = 2.100 = 200 crn)

Do trong ô bản bụng có tiết diện chịu ứng suất cục bộ mà không có sườn nên

ta cần kiểm tra bản bụng ở tiết diện này

- Kiểm tra theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ:

ôb = 1,0 (cm)

z = 18 (cm)

ơ cb = = 8,06(KN/cm 2 ) < yR = 23 (KN/cm 2 )

1,2.1 o

3.8.3 Kiểm tra các ô bản bụng

Bố trí các ô bản theo cách bố trí dầm dầm sàn , thể hiện trên hình vẽ:

E

õ

- Xác định các giá trị nội lực ở giữa các ô bản : + Tại 01: Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm khoảng 0,5m (tại vị trí

có dầm phụ đặt lên)

Các giá trị nội lực tại tiết diện này:

M, = ( I ‘ r X { l ' ~ x ) - l76 ’ 44 '°’ 5 ' (10 '°’ 5) = 419,05(KNm)

Q, =í 7//-4 ~ x )=17644 (-^-0,5) = 79398 (KN)

Trong đó:

q lt - Tải trọng phân bố tính toán trên dầm chính (ké đến trọng lượng bản thân dầm)

q„ = 176,44 (KN/m) (Tính ở phần trước) + Tại Ô2: Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm 2,5 (m)

Các giá trị nội lực tại tiết diện này :

Q; = 9,,-ở-x) = 176,44.(y- 2,5) = 441,10 (KN)

Trong đó:

M h ữ

ơ = —.^<ơ 0

b z Rỵ

Q

KS h

1 + Rc

Còn ô0 và ô0cb xác định theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, phụ thuộc vào khoảng cách các sườn và tỷ số

- Xét ổn định cho ÔI:

Khoảng cách giữa các sườn trong ô là 1,5 m

+ ơ M K41905 100

w' x 'h d 6324,77'104

+ ơ cb = 8,06 (KN/cm 2 ) (Đã tính ở phần trước)

l

ị + ) ọạẦn

Trong đó:

p - Tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản

_ 1 5 0 _ t _

n —

d R h h R ỎAE SAE

d - Cạnh ngắn ô bản

1 +

Ta có : t = (3

Tra bảng (3.8-Sách KCT) và nội suy :

= 1,5 > 0,8

0,81

Và ^

1,26 >

ơ 6,37

= 2,78

Ả b R

- Sách KCT) với t = 0,81 và nội suy :

=30,075.-3?-= 89,50 (KN/cm 2 )

ckp= 30,075

* ơ 0cb được tính theo công thức :

_ C 2 R

Tra bảng (3.9 - Sách KCT) với — = 1,5 và nôi suy : c2= 57,4

170,82 (KN/cm 2 )

Thay vào công thức kiểm tra ổn định , ta có :

8,06

Kết luận: Ô 1 đảm bảo ổn định

- Xét ổn định cho Ô 2:

Khoảng cách giữa các sườn trong Ô 2 là 2 m

+ ơ = ^Ạ = I^.Ị^ = 16 , 7 0(KN/cm 2 )

wx hd9526,0 104

+ r = -Ri- = 3,67 (KN/cm2)

h„.sb100.1,2

1 + ^T"

l V )

R.

(KN/cm2) Trong đó:

p - Tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản

200 „

ụ. = ——

= 2

100

- Độ mảnh quy ước của bản bụng

0,76) 13,5

+ Tính cr0 , ơ ữch :

vA J 0,8. 1,2

30 30

Tra bảng (3.8 - Sách KCT) và nội suy :

■yr / 9 Ị S 3 200 o

Xét tỉ số : — = —— = 2 >0,8

= 0,691

Và ^

= 0,48 <

ơ ơ

= 0,691 Suy ra :

* cr0 được tính theo công thức :

^ R

ơ 0 - C kp -2

Ả b

Tra bảng (3.5 - Sách KCT) với t = 1,41 và nội suy

=> ơ () = 32,22.^- = 95,89 (KN/cm 2 )

2,78 2

Tra bảng (3.7 - Sách KCT) với —— = 200 = 1 , t =

2h 2.100

c, = 18,96

23

2 S b \ R 2 1,2 y 2 , 0 6 10 4

18,96.23 /T/).T, 2\

2,78

ocb 2,782

16,70 8,06 V ( 3,67 ^V 2 1,4 l y

= 0,36 < 1 95,89 56,43

Kết luận: Ô 2 đảm bảo ổn định

3.9.Tính toán các chỉ tiết khác của dầm

3.9.1 Sườn trung gian

Bố trí cặp sườn đối xứng , cấu tạo sườn như sau :

Chọn : bs = 80 (mm) = 8 (cm)

1,41 và nội suy :

\ E ] Ị 2,06.10

Chọn : ôs = 6 (mm)

Chiêu cao : hs = hb = 1000 (mm)

40

CHI TIẾT SƯỜN TRUNG GIAN

3.9.2.Sườn đầu dầm

3.9.2.1 Chọn kích thước tiết diện sườn đầu dầm

- Diện tích tiết diện sườn đầu dầm chọn theo điều kiện phải đủ chịu ứng suất ép mặt đầu sườn do toàn bộ lực cắt ở đầu dầm chính:

A >

Q ma:

Trong đó :

Qmax - Lực cắt ở đầu dầm chính Qmax = 882,20 (KN)

Rem- Cường độ tính toán của thép chịu ép mặt tì đầu

Rem = 35,5 (KN/cm2)

y = 1: Hệ số điều kiện làm việc

882,20 _ 0_/ 2\

Chọn kích thước sườn đầu dầm : 220 X12 (mm)

- Kiểm tra kích thước sườn đầu dầm :