Thiết kế mạng dầm thép bao gồm sàn thép đặt lên hệ dầm phụ và dầm chính, chịu tải trọng p (KNm2) nhịp dầm chính là l, nhịp dầm phụ là b

Tính kiểm tra sàn: Hình 1: sơ đồ tính toán bản sàn Cắt một dải bản có bề rộng bằng 1m theo phương cạnh ngắn, dưới t ngắn của nhịp sàn.. Do được hàn với dầm, bằng tác dụng của tải trọng,

Thuyết minh Đồ án

-o0o -Đề bài:

Thiết kế mạng dầm Thép bao gồm: sàn Thép đặt lên hệ dầm phụ và dầm chính, chịu tải trọng

P (KN/m2) Nhịp dầm chính là L, nhịp dầm phụ là B

-Yêu cầu: +Dầm phụ chọn là Thép định hình chữ I

+Dầm chính là dầm tổ hợp hàn

-Cho biết: +Vật liệu chọn là Thép CCT38s,

+Phương pháp hàn: Hàn tay, que hàn N42, fwf =180 N mm/ 2

+Trọng lượng riêng của Thép: ρthep =7,85 T m/ 3

+Độ võng cho phép:

S

1

∆

  =

 

  ; B

1 250 dp

∆

 

 

  = ;

L

1 400 dc

∆

 

 

  = +Hệ số vượt tải: - Tĩnh tải: γg =1, 05

- Hoạt tải: γP =1, 2

Số liệu tính toán:

.

I Tính toán chọn kích thước bản sàn

1 Chọn kích thước bản sàn:

Bản sàn trên hệ dầm chọn là bản sàn Thép

Bản sàn Thép được liên kết với dầm bằng các đường hàn góc Sơ đồ tính của bản là dầm siêu tĩnh bậc một Chiều dày (Tra bảng kinh nghiệm 2-2) và nhịp của bản sàn được chọn theo điều kiện độ bền và độ cứng như sau:

- Sơ bộ chọn chiều dày bản sàn theo tải trọng tác dụng: Bảng 2-2 GT HD ĐA trang 7:

Tải trọng tác dụng: p = 18,4 KN/m2 ≤ 20KN/m2 , L=10,5m nên chọn chiều dày bản sàn Thép là:

ts = (8 ÷ 10)mm Vậy chọn ts = 10 mm = 1 cm = 0,01 m

Tỉ số giữa nhịp lớn nhất l và chiều dày t của bản sàn được xác định gần đúng theo công thức:

4 tc

1

Trong đó: 0

l

n = =150

 ∆

 

− υ −

5

5

2

Với: E - môđun biến dạng đàn hồi của thép :E = 2,1.106 daN/cm2 = 2,1.105 N/mm2

υ - Hệ số Poátxong :υ =0,3 với thép

tc

q : là tải trọng tiêu chuẩn.qtc =15,8 10-3

N/mm2

Thay các số liệu trên vào công thức ta có:

−

×

5 s

s

=>ls = 123,06.ts = 111,32.10 = 111,32 mm

Ta nên chọn lssao cho nhịp của dầm L=10,5 m chia

hết cho nhịp bản sàn ls

Khi đó nhịp lớn nhất của bản sàn bằng: ls=1050 mm

= 1,05 m

2 Tính kiểm tra sàn: Hình 1: sơ đồ tính toán bản sàn

Cắt một dải bản có bề rộng bằng 1m theo phương cạnh ngắn, dưới t ngắn của nhịp sàn Do

được hàn với dầm, bằng tác dụng của tải trọng, sàn bị ngăn cản biến dạng, tại gối tựa sẽ phát

sinh ra lực kéo H (hiệu ứng màng) và mômen âm Bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm, sơ đồ tính

nội lực của sàn được thể hiện trên hình vẽ:

Như một dầm đơn giản kê lên hai gối tựa, tuy nhiên nó là hệ siêu tĩnh bậc 1:

Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân của sàn:

qstc = (ptc + ts.ρ)1 = (18,4 + 0,01.78,5).1 = 19,18 KN/m

qstt = (ptc.γQl + ts.ρ γ. Qd)1 = (18,4.1,2 + 0,01.78,5.1,05).1 =22,9 KN/m

Độ võng của bản sàn có sơ đồ là dầm đơn giản, do tải trọng tiêu chuẩn gây ra:∆0

4

1 x

q l

5 s s 5 19,18.1,05

Trong đó: = l.t3s =1,05.0,013 = −8

4 Xác định hệ số ỏ qua phương trình Ơle trong Cơ Kết Cấu:

α + α =( ) ∆ ÷÷=  ÷ =

 

→α =

2 2

2 s

0, 015

1, 29

Độ võng của sàn:

V

M

qtt= 19,78 kN/m

∆ = ∆ = =

+ α +

o

1 0, 015

0, 0065

Mômen lớn nhất ở giữa nhịp của bản sàn:

+ α +

max 0

Trong đó: = tt 2s s = 2 =

0

q l 22,9.1, 05

Lực kéo H tại gối tựa:

5

3.14 1

a Kiểm tra độ bền của sàn:

Bản sàn được coi như một cấu kiện đồng thời chịu kéo và chịu uốn, vì vậy độ bền của bản được kiểm tra theo điều kiện:

σ = + max ≤ γ

c x

M H

.f

Trong đó: γc- hệ số điều kiện làm việc γ =c 1

f - giới hạn chảy tính toán của thép

A - diện tích của tiết diện dải bản rộng 1m :As =105.ts =100.1=105 cm2

= 2s = 2 =

x

l.t 105.1

3

ứng suất lớn nhất trong bản sàn:

6

max

318, 44 1,37.10

x

M H

Vậy kích thước sơ bộ bản sàn thoả mãn điều kiện về độ bền

b Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ võng (biến dạng):

∆ = = ≤ ∆ = =

 

s s

Như vậy bản sàn thoả mãn điều kiện về độ võng cho phép

c Chiều cao đường hàn:

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

f

w min c

H h

.f

=

Trong đó: βf fwf = 0,7.180 = 126 N/mm2

βsfws = 1.0,45.380 = 171 N/mm2

(Khi chịu lực đường hàn góc có thể bị phá hoại tại 2 mặt cắt trên)

f

β ; βslà hệ số chiều sâu nóng chảy của que hàn và Thép được hàn

(β.fw)min =min( f ;  f ) 126 N/mmβf wf βs ws = 2 Thay số vào ta có: hf =318, 44 =2,53(mm)

126 Lấy h thoả mãn: f  ≤ = =

 ≥



f f

h 1,2t 1,2.10 12mm

Chọn chiều cao đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ bằng hf =5mm theo yêu cầu cấu tạo

II Tính toán thiết kế dầm phụ

Dầm phụ chọn là Thép định hình cán nóng tiết diện chữ I Dầm phụ được bắt Bulông vào cột và dầm chính hoặc đặt lên tường

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

a Sơ đồ kết cấu

Sơ đồ tính toán dầm phụ là dầm đơn giản nhịp B = 4,1 m kê lên 2 gối tựa chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều từ sàn truyền xuống

Hình 2:Mặt bằng truyền tải vào dầm phụ

1050 1050 1050 1050 1050 1050 10500

1050 1050

525

Cột

Dầm phụ được coi là dầm đơn giản kê lên 2 gối tựa

Hình 3: Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực dầm phụ

b.Tải trọng tác dụng:

Tải trọng vào do bản sàn truyền dầm phụ (kể cả trọng lượng bản sàn có trọng lượng riêng

γ =78, 5 kN/m3 ):

qdptc = (ptc + tsρ)ls = (18,4 + 0,01.78,5).1 =19,18 KN /m

qdptt = (ptc γp+ tsργg)ls = (18,4.1,2 + 0,01.78,5.1,05).1 = 22,9 KN/m

Xác định nội lực tính toán:

dp max

q B 22,9.4,1

Lực cắt lớn nhất tại gối tựa: = = =

tt dp max

q B 22,9.4,1

 Chọn kích thước tiết diện dầm:

Mômen kháng uốn của dầm phụ có kể đến sự biên dạng

dẻo trong tiết diện:

2 max 48,12.10

186,8 1,12 1,12.23.1

x

c

M

W

f γ

Tra bảng chọn thép N0I22 có các đặc trưng hình học:

=

x

W 232 cm3

=

tc

g 0, 24 kN/m Hình 4: Tiết diện I20a

tt

V

q =22,9kN/m

110

5,4 I22

x

S 131 cm3

=

x

I 2550 cm4

=

h 22 cm

=

w

t 5, 4 cm

=

b 11, 0 cm

 Kiểm tra lại tiết diện đã chọn:

Kiểm tra bền có kể đến trọng lượng bản thân dầm:

γ

= d bt 2 = 2 =

bt

g B 1, 05.24.4,1

γ

bt

.g B 1, 05.0,24.4,1

a Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền:

ứng suất pháp lớn nhất:

2 max

48,12.10 52,95.10

bt

c x

W

ứng suất tiếp lớn nhất:

γ

2 max bt x

x w

y

m

(V V ).S (46,9.10 0,52.10 ).131.10

=4,51N/mm

1.05

b Kiểm tra võng theo công thức:

∆ = + ≤ ∆ =

 

tc tc 3

x

Ta có:

 

7 x

Kết luận: Dầm đã chọn đạt yêu cầu cả về cường độ và độ võng

c Kiểm tra độ ổn định tổng thể:

Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm phụ vì phía trên dầm phụ có bản sàn Thép được hàn chặt với cánh dầm phụ, tạo thành độ ổn định chắc chắn rồi

III.Tính toán thiết kế dầm chính.

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

a Sơ đồ kết cấu

Dầm chính được đặt lên trên cột hoặc gối lên tường, sơ đồ kết cấu là dầm đơn giản kê lên 2 gối tựa Tải trọng tác dụng lên dầm chính bao gồm: Trọng lượng bản sàn, dầm phụ và hoạt tải

Sơ đồ tính toán dầm chính là dầm đơn giản chịu tác dụng của tải trọng do dầm phụ truyền xuống coi như phân bố đều

Hình 5: Sơ đồ tính toán Dầm chính

b Tải trọng tác dụng:

Lực tập trung do phản lực của dầm phụ truyền xuống

tc = tc+ tc =( + ) =

dp dp dp

V (q g )B 19,18 0,24 4,1 79,62 kN

tt = tt + γ tt =( + ) =

dp dp Qd dp

V (q g ).B 22,9 0,24.1, 05 4,1 94,92 kN

Vì các dầm phụ đặt cách nhau 1,05 m nên có thể xem tải trọng tác dụng lên dầm chính là phân

bố đều:

tc =

dc

q 75,82 kN/m

tt =

dc

q 90, 4 kN/m

c Xác định nội lực tính toán:

Mômen lớn nhất ở giữa dầm chính: = tt 2 = × 2 =

dc max

q L 90, 4 10,5

Lực cắt lớn nhất tại gối tựaKN : = tt = × =

dc max

q L 90, 4 10,5

2 Thiết kế tiết diện dầm:

a Chọn chiều cao dầm:

Chiều cao h của dầm phải thoả mãn các điều kiện:d

≤ ≤



 ≈



min d max

d kt

Chiều cao tối thiểu của dầm được xác định theo công thức:

 

∆

 

min

tb

M

V

q = 90,4 kN/mtt

10500

trong đó: n - hệ số vượt tải trung bìnhtb

= tt = =

tb tc

q 90, 4

  =

 ∆

 

L

400 đối với dầm chính

Chiều cao kinh tế h của dầm chính tính theo công thức:kt

γ

kt

Trong đó : Hệ số cấu tạo k 1,15 ( trường hợp dầm tổ hợp hàn )=

Với h h= min, sử dụng công thức thực nghiệm để xác định chiều dày bản bụng của Dầm :

= + min = + =

w

1245,82.10

Ta chọn chiều cao dầm là: hd =90 cm

Sơ bộ chọn tf = 2cm =>hw =hd− =4 90 4 86 cm− =

107,5 0.8

w w w

h t

b Kiểm tra chiều dày bản bung của dầm chính:

0,8 cm > max = =

w v

0,61

3 Chọn kích thước bản cánh dầm:

Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức:

3 max

2

2 2

2

1245,82.10 90 0,8.86 2

A b t

cm

γ

×

Giả thiết chiều dày cánh tf = 20 (mm)

Chiều rộng bf chọn thoả mãn các điều kiện:

4 2,1.10

23

1 1

(18 45)( )

2 5 1

10

E

f











Chọn tf = 2 (cm) ⇒ bf =30 (cm)

4 Thay đổi tiết diện theo chiều dài

Kích thước của tiết diện dầm đã chọn trên đây là giá trị lớn nhất của mômen uốn trong dầm

Theo đề bài thì nhịp dầm chính L 10,5 m, do đó để tiết kiệm thép và giảm trọng lượng dầm, ta =

giảm kích thước tiết diện dầm ở phần dầm có mômen uốn bé, cụ thể là bằng cách giảm bề rộng cánh dầm

Vì sơ đồ tính toán của dầm chính là dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều nên vị trí thay đổi

tiết diện cách gối tựa một đoạn x= L =10,5 =2

Chọn vị trí giảm tiết diện cánh cách gối tựa một khoảng x 2 m=

Mômen uốn tại vị trí thay đổi tiết diện:

tt x

q x L x 90, 4.2 10,5 2

Diện tích tiết diện bản cánh cần thiết tại vị trí thay đổi tiết diện:

fk

b 15cm;t 2cm

Hình 6: Thay đổi tiết diện Dầm chính

Diện tích thực của cánh dầm đã thu nhỏ: A 'f =b ' tf f =15.2 30 cm= 2

5 Kiểm tra tiết diện dầm

 Kiểm tra theo ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp:

Mômen do trọng lượng bản thân dầm:

= γ ρ +

tt

bt Qd w w f f

1, 05.78,5 0, 008.0,86 2.0,3.0, 02 1,56(KN / m)

= ttbt 2 = 2 =

bt

g L 1,56.10,5

Lực cắt do trọng lượng bản thân dầm :

bt = tt = =

g L 1,56.10,5

Mômen quán tính thực của tiết diện dầm:

4

Mômen kháng uốn thực của dầm:

x d

2.I 2.274723,7

3

ứng suất pháp lớn nhất trong dầm:

x

206,87

2 < γ =c.f 230 N/mm2

 Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa

+

τ = max bt 'x ≤ γ

v c '

x w

f

I t

x f f

4

'

3523,64 90

x x

d

I

h

x w

(V V )S (472,92 8,19).2059, 6.10

78,11N / mm

Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh:

(0,008.0,86 2.0,02.0,3).78,5.1,05 1,56

tt

dc

' ( ) 1,56.2.(10,5 2)

10,53

tt dc bt

g x L x

'

612,54.10 10,53.10

175,65 180

x

x

 Kiểm tra theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ:

σ =c ≤ γc

w z

P

.f

t l

max bt

P 2(V V ) 2(44,5 0,6) 90,2kN tw=0,8 cm

z dp f

Ta có: σ =c 90,2.103 =75,16

2 < f γc = 230N/mm2

 Kiểm tra ứng suất tương đương nơi thay đổi tiết diện dầm

' =

bt

M 10,53 kN.m

x

(M M ) (612,54 10,53).10 860

x w

(V V )S (337,8.10 5,85.10 ).2059,6.10

55,79

2

trong đó:

=  − ÷=  − ÷=

=  − ÷=  − ÷=

tt bt

tt

x dc

σ = σ + σ − σ σ + τ =2 2 2 2+ 2− + 2 = 2

td 1 c 1 c 3 1 167,84 80,53 167,84.80,53 3.55,79 239,8 N/mm

σ =td 239,8 N/mm2 <1,15f =241,5 N/mmγc 2

6 Kiểm tra ổn định của dầm:

a Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm:

Điều kiện để đảm bảo ổn định tổng thể của dầm:

0,41 0,0032 0,73 0,016

trong đó: l - khoảng cách giữa các dầm phụ o l0 =105 cm

f

b - bề rộng cánh nén bf =30 cm Thay số ta được:

6

f

3,5 18,83

do đó dầm đảm bảo ổn định tổng thể

b Kiểm tra ổn định cục bộ cánh nén:

Khi chọn tiết diện bản cánh đã chọn để đảm bảo về ổn định cục bộ

c Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng dầm:

 Độ mảnh quy ước của bản bụng dầm:

6

3,56 0,8 2,1.10

w w w

Ta thấy λ =w 3,56> λ =  w 3,2 ( áp dụng cho dầm không có tải trọng động tác dụng), tức

là bản bụng không đủ ổn định dưới tác dụng của ứng suất tiếp, ta cần phải gia cường bản bụng bằng các cặp sườn đứng ở hai bên bụng cách nhau một khoảng

≤ w = =

a 2h 2.86 172 cm→chọn a 150 cm 1,5 m= =

Chọn bố trí 6 sườn đứng

1620

Bề rộng và chiều dày các ô sườn:

= w + = + =

s

4

23

2,1.10

f

e

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

Kiểm tra ứng suất trong các ô

 Kiểm tra ô bụng 1:

Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm khoảng w

1

86

h

x = −a = − = cm Các giá trị nội lực tính được:

1

q.x l x (90,08+1,56).1,07 10,5 1, 07

x

I ' 2 158563,7.10 2

σ =c

w z P

t l =80,53 N/mm2

τ = 1 = 3 = 2

w w

V 383, 05.10

55,68N/mm

Ứng suất giới hạn σcr :

1,74 0,8 0,86

w

a

σ ] = 0,64 < 0,8 => tính σcrtheo (4-23) và tính σc cr, theo (4-25)

3

86 0,8

cr

b t

h t

2 2

2

3,97

cr cr

w

C f

N mm

σ

λ

ứng suất cục bộ giới hạn σc cr, :

4

3,1

a

w

150

0,87

2. w 2.86

a

h = = và δ = 4,36 => C1=19,185 (Theo bảng 4.2)

2 1

19,185.230

356,13 / 3,52

c cr

a

C f

N mm

σ

λ

ứng suất tiếp tới hạnτcr:

4

3,55 0,8 2,1.10

ow

w

1,5

1,74 0,86

w

a

h

0

1,74 3,55

v cr

w

f

τ

2

,

0,87 1

c

Ô bụng 1 đảm bảo ổn định

 Kiểm tra ô bụng 2:

Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm khoảng x2 = + =x1 a 107 150 257+ = cm

Các giá trị nội lực tính được:

1

q.x l x (90,08+1,56).2,57 10,5 2,57

( )

x

h

I ' 2 274723,7.10 2

w w

V 245,59.10

35,69 N/mm

Ứng suất giới hạn σcr :

1,74 0,8 0,86

w

a

σ ] = 0,55 < 0,8 => tính σcrtheo (4-23) và tính σc cr, theo (4-25)

3

86 0,8

cr

b t

h t

2 2

2

3,97

cr cr

w

C f

N mm

σ

λ

ứng suất tiếp tới hạnτcr:

,

0,65 1

c

Ô bụng 2 đảm bảo ổn định

 Kiểm tra ô bụng 3:

Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm khoảng x2 = + =x1 a 257 150 407+ = cm

Các giá trị nội lực tính được:

1

q.x l x (90,08+1,56).4,07 10,5 4, 07

x

h

I ' 2 274723,7.10 2

w w

V 108,13.10

15,72 N/mm

Ứng suất giới hạn σcr :

1,74 0,8 0,86

w

a

σ ] = 0,43 < 0,8 => tính σcrtheo (4-23) và tính σc cr, theo (4-25)

96 0,8

cr

b t

h t

2 2

2

3,97

cr cr

w

C f

N mm

σ

λ

ứng suất tiếp tới hạnτcr:

,

0,648 1

c

Ô bụng 3 đảm bảo ổn định

7 Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm:

2 0,7.180 126 /

2 1.0,45.380 171 /

( β fW)min = ( βf Wff ; βS WSf ) 126 / = N mm2=12,6 kN/cm2

Tại vị trí đầu dầm: V = Vmax = 472,92 KN

' max

w min

0,24

x f

c

Chọn hf theo điều kiện cấu tạo hf=7 mm hàn suốt chiều dài

dầm

8 Tính mối nối dầm:

Nối dầm tại nơi thay đổi tiết diện của bản cánh thì thuận tiện cho việc di chuyển, lắp ghép Điểm nối là x= 2 m

Bản cánh nối bằng đường hàn đối đầu, bản bụng nối bằng bản ghép và dùng đường hàn góc

Nội lực tại mối nối:

M1= ( ) (90,08 1,56).2.(10,5 2)

qx l x

kN

V1 = ( 2 ) (90,08 1,56).(10,5 2.2)

297,83

kN

Mối nối coi như chịu toàn bộ lực cắt và phần mômen của bản bụng

2

.778,93.10

b

I

I

Trong đó: Iw = 73728 cm4; I = 158563,7 cm4

Chọn bản ghép có tiết diện (96x1)cm; bề rộng 10 cm

Kiểm tra tiết diện bản ghộp: 2.Abg=2.76.1 > Acb=86.1cm

Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực

Do vậy có momen lệch tâm Me

Me =297,83.5 =1489,15 kNcm

Chọn chiều cao đường hàn hf = 8 mm

hf > hmin = 5 mm

0 90 0

100

hf < 1,2t = 1,2.0,8 =9,6 mm

15

0

,8

0 6

f

h

=

−

=

Af = 2.(76 -1).1 = 120 cm2

Kiểm tra ứng suất trong đường hàn

125,28

td

σ td=125,28 N/mm 2< (bfw)min = 126 N/mm2

8 Tính sườn đầu dầm.

Sườn đầu dầm chịu phản lực gối tựa V = 472,92 8,19 481,11 kN.+ =

Dùng phương án sườn đặt ở đầu dầm, dầm đặt phía trên gối khớp với cột Bề rộng của sườn đầu dầm chọn bằng bề rộng của bản cánh bs= b’f = 15 cm

Tiết diện của sườn đầu dầm đảm bảo về điều kiện ép mặt

481,11

0,88 15.36,19.1

tt s

s c c

V

Trong đó: fc= fu/1,05 = 380/1,05=36,19 kN/cm2

Chọn sườn có kích thước bsxts= 15x 1,5 cm

Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ:

4 0,5 / 0,5 2,1.10 / 23 15,11

s

s

b

20 1

1,5 − = 2 4, 6 6 < 15,11 mm

Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể:

4

23

E

f

2 1,5.15 12,57 35,07

3

422,55

w

s

b t

422,55

3,47 35,07

s s

I

A

24,78 3,47

w s

h i

3

max

2

481,11.10

V

A

ϕ