A Đề bài: Thiết kế hệ dầm sàn có chiều dài L, chiều rộng B bao gồm sàn thép có hoặc không có dầm sàn, dầm phụ, dầm chính chịu tải hoạt trọng phân bố đều trên mặt bằng sàn thép, , KN/..
Trang 1A Đề bài:
Thiết kế hệ dầm sàn có chiều dài L, chiều rộng B bao gồm sàn thép (có hoặc không có dầm sàn), dầm phụ, dầm chính chịu tải hoạt trọng phân bố đều trên mặt bằng sàn thép, , (KN/ ) Hệ dầm sàn được đở các cột thép được bố trí theo chu vi của hệ sàn Nhịp dầm chính được lựa chọn không chọn không nhỏ hơn 12m Các số liệu tính toán được cho ở bảng sau:
Vật liệu thép, bu lông, que hàn, và phương pháp liên kết tự chọn (cả hai liên kết phải được sử dụng trong hệ dầm sàn)
- Bản sàn bằng thép tấm hoặc các tấm gratings
- Độ võng cho phép:
+ Đối với dầm phụ [ /l] : 1/250
+ Đối với dầm chính [ /l] : 1/400
+ Đối với sàn thép [ /l] : 1/150 - Hệ số vượt tải: hoạt tải = 1,2 ; tĩnh tải =1,05
Nội dung tính toán bao gồm:
1 Tính toán thiết kế bản sàn thép hoặc tấm gratings
2 Tính toán thiết kế dầm phụ, và dầm sàn (dầm tiết diện chữ I định hình hoặc tổ hợp hàn hoặc bu lông)
3 Tính toán thiết kế dầm chính (dầm tiết diện chữ I tổ hợp hàn hoặc bu lông) Có thể thay đổi tiết diện dầm
4 Thiết kế các mối nối của dầm và giữa các dầm
5 Thể hiện bản vẽ bao gồm:
- Mặt bằng bố trí cấu kiện, bố trí bản sàn…
- Chi tiết các cấu kiện dầm điển hình
Trang 2- Chi tiết các mối nối điển hình
- Thống kê vật liệu có tổng kết trọng lượng trên 1m2 sàn
Trang 3B Tính Toán
Từ các dữ kiện của đề ta giả thiết hệ dầm sàn có cấu tạo gồm bản sàn tựa lên các dầm phụ, dầm chính đở dầm phụ và truyền lực xuống các cột
THIẾT KẾ HỆ DẦM SÀN THÉP
I CÁC SỐ LIỆU CHUNG
1 Số liệu thiết kế
NHỊP DẦM PHỤ NHỊP DẦM CHÍNH HOẠT TẢI TIÊU CHUẨN
- Hệ số vượt tải của tĩnh tải: n = g 1.05
- Hệ số vượt tải hoạt tải: n = p 1.2
2 Tải trọng tác dụng lên sàn
- Tĩnh tải- trọng lượng bản thân
- Hoạt tải- tải trọng tạm thời
3 Các đặc trưng của vật liệu
- Thép sàn: dùng thép bản BCT3
- Que hàn: N42 có
Cường độ chịu kéo tính toán: 2
f = kN cm (Khi kiểm tra bằng phương pháp thông thường)
Cường độ chịu cắt tính toán: 2
nóng chảy của thép cơ bản)
- Mô dun đàn hồi : E=2.1 10´ 4kN cm/ 2
- Giá trị chuyển vị tương đối cho phép:
Dầm chính: [D/l]=1/ 400
Dầm phụ: [D/l]=1/ 250
Sàn : [D/l]=1/150
- Thép dầm: CT34 có:
Cường độ chịu kéo tính toán: 2
t
Cường độ chịu cắt tính toán: 2
v
- Trọng lượng riêng thép: 3
78.5kN m/
g =
II THIẾT KẾ BẢN SÀN LOẠI DẦM
1 Xác định chiều dày bản sàn (h s) và nhịp sàn (l s)
Trang 4- Căn cứ hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn p = 38,3kN m/ , ta chọn trước chiều
dày sàn h s =12mm
- Tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên sàn
78.5 0.012 38,3 39.242 /
s
q =g +p = g´ h +p = ´ + = kN m
- Tổng tải trọng tính toán lên sàn:
- Xác định tỷ số s
s
l
h : Theo công thức gần đúng của A.L.Teloian:
4 1
c
Trong đó:
o
l
= ê ú =
ê ú D
ë û
2.1 10
2.31 10 /
E
v
´
-73, 286 12 73.286 890
® = ´ = ´ = → Chọn l s = 1000mm= 1m
31
a
d?m chính
c?t d?m ph? gi? a
d?m ph? biên
Trang 5Cắt dải bản theo phương cạnh ngắn rộng 1cm
2.Kiểm tra độ võng của bản
a
é ù
D= = <ê úD =
ê ú Trong đó:
1
0.015 1.5
384 384 2.31 10 0.01 0.012
c
s s o
q l
E I
1.2
o
s
h
- Kiểm tra độ bền của bản
max W
M H F
2
´
Trong đó:
2.31 10 1.2 0.72
s
E h D
a
´
Trang 6 max 46.95 0.01 1 3.725 0.00615 0.0357
s s
q l
Vậy kích thước bản thỏa điều kiện độ võng và độ bền III THIẾT KẾ DẦM PHỤ( THÉP ĐỊNH HÌNH)
1 Chọn tiết diện dầm
a Sơ đồ tính
- Dầm đơn giản, nhận dầm chính làm gối tựa
b Tải trọng tác dụng lên dầm phụ
- Tải trọng do sàn truyền vào và trọng lượng bản thân dầm, tác dụng dưới dạng phân
bố đều
Dầm phụ biên:
Tải trọng tiêu chuẩn: 1.01 1.01 39.242 1 19.82 /
a
Tải trọng tính toán:
1
a
Dầm phụ giữa:
Tải trọng tiêu chuẩn:
Tải trọng tính toán:
c Nội lực trong dầm phụ
- Dùng phương pháp cơ học kết cấu xác định nội lực trong dầm
Ldp=10.5m
Trang 72 2 max
10.5
dp tt dp
l
max
10.5 47.42 247.853
dp tt dp
l
d Chọn tiết diên dầm phụ
- Sử dụng thép chữ I
- Mô men chống uốn cần thiết: max 653.6 100 3
24 1.2
yc
c
M
cm
´
Tra bảng:
Wx =2560cm >Wyc =2267cm
- Các đặc trưng hình học:
60
dp
h = cm; trọng lượng bản thân 1.08kN m/
- Tính lại tải trọng tác dụng lên dầm phụ
Tải trọng tiêu chuẩn:
Hoạt tải tác dụng lên sàn: 38.3 1 38.3´ = kN m/ Trọng lượng bản thân sàn: 0.942 1 0.942´ = kN m/ Trọng lượng bản thân dầm: 1.08kN m/
38.3 0.942 1.08 40.322 /
c dp
Tải trọng tính toán:
Trang 8Hoạt tải tác dụng lên sàn: 1.2 38.3 1 45.96´ ´ = kN m/ Trọng lượng bản thân sàn: 1.05 0.942 1 0.989´ ´ = kN m/ Trọng lượng bản thân dầm: 1.05 1.08 1.134´ = kN m/ 45.96 0.989 1.134 48.083 /
tt dp
2.Kiểm tra bền cho dầm
max
10.5
dp tt dp
l
max
10.5 48.083 252.435
dp tt dp
l
- Kiểm tra bền chịu uốn tại giữa nhịp:
2 max
max
642.64 100
M
- Kiểm tra bền chịu cắt tại gối:
2 max
max
252.435 1491
76806 1.2
x
x
e Kiểm tra độ võng của dầm hình
4
c
dp dp
q l
ê ú
f Kiểm tra ổn định tổng thể cho dầm
- Có bản sản sàn thép liên kết vào cánh trên của dầm nên không cần kiểm tra ổn định tổng thể cho dầm
IV THIẾT KẾ DẦM CHÍNH (DẦM TỔ HỢP HÀN)
1 Chọn tiết diện dầm chính
a Sơ đồ tính
- Quan niệm dầm đơn giản gối lên cột
b Tải trọng tác dụng lên dầm chính
- Do phản lực đầu gối tựa của dầm phụ (một bên dầm)
Trang 910.5 40.032 210.168
dp
dp
l
10.5 48.083 252.435
dp
tt tt
dp
l
Ta quy ra tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm chính
15.5 210.168
210.168 / 15.5
c c
dc
dc
nP
l
´
15.5 252.435
252.435 / 15.5
tt tt
dc
dc
nP
l
´
c Nội lực của dầm chính
- Tại vị trí giữa dầm:
max
15.5 252.435 7567
tt dc dc
l
- Tại vị trí gần gối tựa:
max
15.5
tt dc dc
l
d Chọn tiết diện dầm chính (dùng dầm chữ I tổ hợp hàn)
- Sơ bộ chiều cao tiết diện:
24
M
f
- Chiều cao nhỏ nhất của tiết diện dầm:
tb
f
é ù
ë û
15.5 P P/2
Trang 10- Tính sơ bộ chiều dày bụng dầm
max w
1.82
Q
- Chiều cao kinh tế của dầm chính:
w
1.8
yc kt
t
Chọn h dc =150cm
- Xác định kích thước cánh dầm
Diện tích tiết diện cánh :
2
3W 3 31530
157
yc f
dc
h
´
´ Chọn bề rộng cánhb f = 65cm
Chiều dày bản cánh
2.4
f
- Tính các đặc trưng hình học của tiết diện:
2 2.4 65 1.8 145.46 574
Momen quán tính đối với trục x:
x
Momen chống uốn đối với trục x:
3
150
x x dc
I
cm h
´
Momen tĩnh của 1 cánh đối với trục x:
2 65 0.5 145.46 2 9584
f
Momen tĩnh của 1 nửa tiết diện đối với trục x:
3
x
- Trọng lượng 1 m dầm:
4
Trang 11- Tính tại nội lực của dầm:
Tại vị trí giữa dầm: ( )
2 max
15.5 252.435 4.506 6716.7
8
Tại vị trí gần gối tựa: max ( )
15.5
2
Tại vị trí cách gối tựa 1 đoạn 3.9
4
dc
l
m
1
1
2
max
2
Q
e Kiểm tra bền cho tiết diện
- Tại vị trí giữa dầm:
2 max
max
671670
M
max
w
1687 14344
2071863 1.8
x
x
- Tại vị trí cách gối tựa 3.9m:
18
650
Trang 122 w
1 1
493410 145.2
h M
kN cm h
1
w
843.5 9584
2.2 /
2071863 1.8
f
x
Q S
kN cm
I t
1 3 1 17.3 3 2.2 17.7 / 1.15 24.15 /
Vậy các điều kiện bền đều thỏa
f Kiểm tra điều kiện độ võng
- Chọn h dc = 150cm>hmin = 112cm không cần kiểm tra điều kiện độ võng
g Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể
- Dầm chính được bản sàn thép liên kết vào cánh trên chịu nén nên không cần kiểm
tra ổn định tổng thể (liên kết bằng mặt)
h Kiểm tra bụng dầm chịu ứng suất cục bộ
cb s
f
- Do có dầm phụ liên kết vào bụng dầm chính, truyền phản lực lên dầm chính nên ta phải kiểm tra bụng dầm chính chịu ứng suất cục bộ
- Chọn kiểu liên kết hàn bản gối vào bụng dầm chính và bắt bu-long bản gối này với bụng dầm phụ
2 252.435
1.2 9
cb s
´
2 h 2 1.8 1.8 1.8 9
Z = h +t +h = + + = cm
Trong đó:
h - h là chiều cao đường hàn, chọn sơ bộ bằng
h
h = cmÎ h ¸ h = ¸ t = ¸ mm (liên kết hình chữ T)
h -1 chiều dày bản gối, chọn h1 = 1.8cm
Trang 13i Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
- Bản cánh: 314 15.7 0.5 16
20
o
f
→ Thỏa ổn định cục bộ
- Bản bụng (gần gối tựa):
Độ mảnh quy ước của bản bụng:
w
4 w
2.6
f
´ <é ùê úl f =3.2
→ Không cần đặt sườn ngang để gia cường bụng dầm
j Kiểm tra điều kiện bền tại vị trí lực tập trung
P
Dam phu
Dam chinh
Trang 141 1 3 1 17.3 25.2 17.3 25.2 3 2.2 22.6 1.15 24.15 /
Thỏa )
V THIẾT KẾ LIÊN KẾT
1 Liên kết nối dầm chính (liên kết hàn đối đầu)
- Dầm chính dài 15.5 m cần thực hiện nối dầm
- Dự định nối tại vị trí cách gối tựa 3.9m có Q= 843.5kN M; = 4934.5kN m.
- Dùng liên kết hàn đối đầu, điều kiện kiểm tra thông thường
- Các đặc trưng hình học của tiết diện hàn đối đầu:
Wh = Wx = 27624cm
Diện tích đường hàn: 2
574
h
- Kiểm tra độ bền đường hàn đối đầu:
2 493450
h
h
M
kN cm
2 843.5
574
h
h
Q
kN cm A
w
3 17.9 3 1.5 18.07 1.15 20.7 /
Trang 152 Liên kết dầm phụ với dầm chính (liên kết bu-lông)
- Bu-lông cấp độ bền 5.6 có:
Cường độ chịu cắt tính toán : f vb =19kN cm/ 2
Cường độ chịu kéo tính toán : f tb =21kN cm/ 2
Cường độ chịu ép mặt tính toán : f cb =40kN cm/ 2
Đường kính bu-lông: d =3.0cm
- Hệ số điều kiện làm việc của bu-lông :g = b 0.9
- Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu: g =1
- Chọn 8 bu-lông và bản thép bố trí như hình vẽ:
Trang 16- Nội lực tại vị trí gối tựa:
- Mô men lệch tâm:
M lt = ´ =Q e 252.435 9.7 ´ = 2448.6kN cm.
- Tính khả năng chịu lực của 1 bu-lông (bu-lông làm việc chịu cắt và ép mặt)
Khả năng chịu cắt 1 bu-lông:
[ ]N vbl = f vb´ g b´ A b´ g = ´19 0.9 7.06 1 121´ ´ = kN
Khả năng chịu ép mặt 1 bu-lông:
[ ] min cb b 3.0 1 40 0.9 108
cb
N =då d ´ f ´ g = ´ ´ ´ = kN
[ ]min [ ] 97.2
- Lực tác dụng lên 1 bu-lông:
Do lực cắt: 252.435 31.6
8
Q
Q
n
Do mô men lệch tâm:
max
2448.6 27
41
lt M
i
å
- Hợp lực do Qvà M lt tác dụng lên 1 bu-lông:
[ ]
min
Dam phu
Ban thep 380x220x10
Trang 173 Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm chính
- Chiều cao của đường hàn:
max wf
1687 9584
0.238
2 0.7 18 2701863 2
f f
b
→ Để chống gỉ chọn h f = 4mm
18