Chuong 3 dầm thép đại học xây dựng

Hệ dầm thép 8 DÇm chÝnh DÇm phô DÇm phô L Gồm các cột và 2 hệ dầm đặt vuông góc với nhau để cùng chịu lực: - Hệ dầm phụ tựa trên hệ dầm chính; nhịp dầm phụ là B.. Hệ dầm thép 10 Liên kt

Trang 1

CHƯƠNG 3:

DẦM THÉP

§

§3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM THÉP

§

§3.2 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM THÉP

§

§3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH

§

§3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP

§

§3.5 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP

§

§3.6 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA DẦM THÉP

§3.7 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CỦA DẦM THÉP

2

3

a) Theo s đ kt cu

- Dầm đơn giản: có 1 nhịp

- Dầm liên tục: có nhiều nhịp bằng nhau hoặc không bằng nhau

- Dầm có mút thừa

- Dầm congxon

b) Theo công dng

- Dầm sàn

- Dầm cầu

- Dầm cầu chạy

- Dầm cửa van

§

1 Phân loại dầm

2 Hệ dầm thép

4

c) Theo cu to tit din (1/3)

t f > t wđể đưa vật liệu ra xa trọng tâm; h > b ; Wx>> Wy Thích hợp để làm dầm chịu uốn phẳng Mx

Nếu hI= h[thì b[> bI

=> dầm thép tiết diện chữ [ chịu uốn quanh trục y-y tốt hơn dầm thép chữ I

Thuờng được sử dụng cho dầm chịu uốn xiên Mx và

My(xà gồ mái nhà);

hoặc làm dầm tường, dầm sàn khi vượt nhịp bé và chịu tải trọng nhỏ

y

NĐ: Số hiệu tiết diện và kích thước tiết diện bị hạn chế

t w

t f

§

a) Theo s đ kt cu b) Theo công dng

Trang 2

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

Chế tạo đơn giản, không tốn vật liệu

cho các chi tiết phụ => được sử dụng

phổ biến

D m t hp liên kt hàn (d m hàn):

liên kết bản bụng và bản cánh dầm

bằng hàn

tw

t f

t f Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

§

6

C¸nh dÇm B¶n phñ c¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

§inh t¸n hoÆc bu l«ng

ThÐp gãc c¸nh dÇm

B¶n bông dÇm x

y

- Chế tạo phức tạp và tốn vật liệu để làm các chi tiết phụ (thép góc bản cánh, bulông)

D m t hp liên kt bulông (d m bulông):

liên kết bản bụng và bản cánh dầm bằng bulông Bản cánh gồm 2 phần:

bản đậy và thép góc bản cánh

D m t hp liên kt đinh tán (d m

đinh tán):

liên kết bản bụng và bản cánh dầm bằng đinh tán

- Nhưng chịu tải trọng động tốt hơn dầm hàn

- Thích hợp để làm dầm vượt nhịp lớn và chịu tải trọng lớn

§

7

DÇm sµn

Chỉ gồm các dầm đặt song song

với nhau theo phương cạnh ngắn

để chịu lực

Bản sàn làm việc như bản kê hai

cạnh (l > 2b)

Độ cứng và khả năng chịu lực của

hệ kết cấu dầm sàn không lớn

Thích hợp cho sàn vượt nhịp l

không lớnvà chịu tải trọng bé

Bề rộng b phù hợp cho kết cấu bản sàn:

Đối với bản sàn thép mỏng thì b = 0,8 ~ 1,2 m

Tường đỡ

§

8

DÇm chÝnh DÇm phô

DÇm phô

L

Gồm các cột và 2 hệ dầm đặt vuông góc với nhau để cùng chịu lực:

- Hệ dầm phụ tựa trên hệ dầm chính; nhịp dầm phụ là B

- Hệ dầm chính tựa trên các cột

Nhịp dầm chính là L;

b) H d m ph thông

Cột

Thích hợp cho sàn vượt nhịp L tương đối lớn và chịu tải trọng q lớn :

q 3000 daN/cm2; L x B 36 m x 12 m ≤ ≤

§

Trang 3

Gồm 2 hệ dầm phụ đặt vuông góc

với nhau :

Dầm sàn đặt kê lên dầm phụvà

dầm phụ liên kết thấp với dầm

chính

- Nhịp của dầm sàn là l;

- Nhịp của dầm phụ là B;

- Nhịp của dầm chính là L

Thích hợp cho sàn chịu tải trọng

rất lớn(q 3000 daN/cm2)

Cấu tạo liên kết dầm giao với dầm khá phức tạp, tốn công chế tạo

Có 3 cách liên kết giữa các dầm với nhau: liên kết chồng, liên kết bằng mặt;

liên kết thấp

DÇm chÝnh

DÇm phô

DÇm sµn

L

≤

c) H d m phc tp

Cột

b) H d m ph thông

§

10

Liên kt chng:

Liên kết chồng có cấu tạo đơn giản, thuận tiện

để lắp ghép; nhưng làm

tăng chiều cao kiến trúc của hệ dầm;

=> ít được sử dụng; chỉ nên dùng đối với sàn có kích thước nhỏ và chịu tải trọng nhỏ

Bản sàn chỉ được gối lên

2 cạnh(gối lên 2 dầm phụ) nên độ cứng và khả năng chịu lực không cao;

Dầm chính

Dầm phụ

d) Các loi liên kt d m vi nhau (1/3)

h = hdc + hdp

c) H d m phc tp b) H d m ph thông

§

11

Liên kt chng

Liên kt bng mt:

Mặt trên của dầm chính

và dầm phụ đều nằm

cùng một cao độ, nên

chiều cao của dầm chính

chính là chiều cao của

hệ dầm

Bản sàn được kê bốn cạnh(gối lên cả dầm phụ và dầm chính) nên độ cứng

và khả năng chịu lực đều tăng => hay được sử dụng

Liên kết bằng mặt có cấu

tạo phức tạp, tốn các chi

tiết liên kết;

h = hdc

Dầm chính

Dầm phụ

=> Hệ dầm phổ thông với liên kết bằng mặt hay được sử dụng

Dầm phụ

§

12

Liên kt chng Liên kt bng mt

Liên kt thp:

Dầm sàn (đặt chồng) liên kết chồng với dầm phụ;

Dầm phụ được đặt thấp hơn dầm chính, sao cho mặt trên của dầm sàn có cùng cao độ với dầm chính

Bản sàn chỉ được kê 2 cạnh(gối lên dầm sàn và dầm chính) nên có độ cứng của hệ dầm sàn và khả năng chịu lực thấp

Liên kết thấp có cấu tạo rất phức tạp, tốn các chi tiết liên kết, nhưng chiều cao của dầm chính chính

là chiều cao của hệ dầm h = hdc

Dầm chính

Dầm phụ

Dầm sàn

§

Trang 4

là khoảng cách giữa các

gối tựa, hay khoảng vượt

của dầm;

L có giá trị theo môđun, là

những con số chẵn

0 :

là khoảng cách gần nhất

giữa hai gối tựa;

h

o

L

l

L

c) Chiu dài ch to ca d m L 1 :

trong đó là sai số chế tạo, hay khe hở cần thiết cho việc lắp

dựng; thường = 5 ~ 10 mm

∆

−

= L

L1

§

1 Chiều dài dầm, nhịp dầm thép

2 Chiều cao của tiết diện dầm h

14

d) Nhp tính toán ca d m l :

Nhịp tính toán của dầm được xác định phụ thuộc vàocách tựa dầm lên gối

vàloại vật liệu của gối tựa

(là thép, bê tông hay gạch)

h

o

L

l

L

- Nếu gối tựa là cột bê tông cốt thép; hoặc tường xây gạch có dầm bao bê

tông cốt thép; hoặc bản thép phủ đỉnh cột thép: lấy l = L o + (L1- Lo) / 2

Khi dầm gối trực tiếp lên:

- Nếu gối tựa là tường xây

gạch: lấy l = L1= L -∆

Trong trường hợp này, thuờng nhịp tính toán là số lẻ và l < L , nên để dễ tính toán và thiên về an toàn: thường lấy l = L

§

15

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

tw tf

tf Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

Tiết diện dầm cần phải đảm bảo:

-Yêu cầu chịu lực(TTGH 1)

-Yêu cầu về độ võng(TTGH 2)

-Yêu cầu về kinh tế(trọng lượng của

dầm là bé nhất)

=> Tuy nhiên, cần xác địnhchiều cao hợp lý

của dầm hkt(chiều cao kinh tế) để đảm bảo

trọng lượng của dầm là bé nhất

Tăng chiều cao h sẽ rất hiệu quả để

tăng khả năng chịu uốn và giảm độ

võng của dầm

§

16

hmax: là chiều cao lớn nhất của dầm để thoả mãn được yêu cầu về không gian

sử dụng và yêu cầu về mỹ quan (qui định theo kiến trúc)

hmin: là chiều cao nhỏ nhất của dầm

để thoả mãn được điều kiện về độ võng (TTGH 2)

hkt : là chiều cao kinh tế của dầm để đảm bảo dầm có trọng lượng bé nhất (Gd = Min)

max min h h

kt

h

h ≈

Điều kiện bắt buộc

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

tw tf

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

§

Trang 5

a) Xác đnh chiu cao h min

- Chiều cao hmin của dầm được xác

định dựa theo điều kiện về độ võng

g c , p c: là TT tiêu chuẩn và HT tiêu chuẩn tác

dụng phân bố đều trên chiều dài dầm

8 2 max

l p g

g

cγ + γ

=

f h M M

=

/ 2I

max x

max

h

f I l p

p c g

8

2

=

γ

⋅

=

⋅

⋅ +

=

∆

tb tb

x p

c g c

E h

l f I

E

l l p g

γ γ

γ

24

5 1 8

48

max

l

c c

p

g ,

( + ) ≤[ ]∆

=

∆

EI

l p

g c c

4 max

384

5

§

18

⋅

=

⋅

⋅ +

=

∆

tb tb

x p

c g c

E h

l f I

E

l l p g

γ γ

γ

24

5 1 8

48

max







 ∆

⋅

=

l E

l f h

tb

γ 24

5

min

p c g c

c c

p g

γ γ

+

=

1

Hệ số vượt tải trung bình được xác định bởi:

§

l

c c

p

g ,

19

Chiều cao hkt của dầm được xác định khi trọng

lượng dầm là bé nhất

Trng lưng d m trên 1 m dài :

: là trọng lượng của bản bụng dầm trên 1 m dài;

: là trọng lượng của 1 cánh dầm trên 1 m dài;

A w , A f : là diện tích tiết diện bản bụng và 1 bản cánh dầm

: là hệ số xét đến các chi tiết cấu tạo của bụng và của cánh dầm

: là trọng lượng riêng của vật liệu thép làm dầm (7850 daN/cm3)

ρ

ψw

w

w A

g =

ρ

ψf

f

f A

g =

f

wψ

ρ

f w

b) Xác đnh chiu cao kinh t h kt

f

b

w

t

t f

y

Tìm cách xây dựng phương trình xác định trọng lượng dầm gdtheo biến số là

chiều cao h

§

20

Coi bản cánh chịu mô men Mmaxvà phần tham gia của bản bụng chỉ kể đến bằng hệ số C

fk

x f

h M C

A N

f

=

σ

f A h M C

f fk

x

⋅

=

⋅ ,max

fk

x f

h f

M C A

⋅

x

=

= W

max , max σ

Thay Afvà Mx,maxvào biểu thức xác định ở trên, ta có:

ρ ψ ρ

fk

x w

w w d

h

W C t

h

d g

là hàm của

h w , t w : là chiều cao và bề dầy bản bụng dầm.

f

hay

w

fk h h

§

f

b

w

t

t f

y

Trang 6

Vì chưa biết h nên ta coi hw= hfk= h (thông thường tfnhỏ, khoảng 2 ~ 3 cm)

Khảo sát hàm số trên ta có: ⋅ψ ⋅ρ−2 ⋅2W ⋅ψf ⋅ρ=0

x w

w

h

C t

w x w

f

kt

t W C

ψ

2

w f

C k

ψ ψ

⋅

= 2

w

x

kt

t

W

k

ρ ψ ρ

fk

x w

w

d

h

W C t

h

với

- Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,2~1,15 ;

- Để xác định được hktta cần phải chọn trước tw:

(tw= 8~12 mm khi nhịp l = 9~15 m)

w

fk h h

§

22

Chiều cao tiết diện dầm h

có thể chọn lân cận của hkt

vì đều cho trọng lượng dầm gần với gmin

O

d

h

min

g

hkt

d

g

gw 2gf

§

23

DẦM THÉP HÌNH

24

Trọng lượng bản thân của dầm gdvẫn chưa biết nên ban đầu giả thiết sơ bộ trọng lượng dầmđể tính Mmax;

Yêu cầu: Xác định hình dạng và kích thước tiết diện dầm ?

Cách tiến hành:

-Chọn sơ bộ tiết diện dầm theo 1 yêu cầu chính chịu Mmax;

- Tiếp theo tính toán kiểm tra lại tiết diện đã chọnđể thoả mãn chịu các yêu cầu khác: như chịu Vmax, chịu đồng thời M + V;

l

c p c

n

Vmax

Mmax

- Vật liệu thép sử dụng: f, E;

- Sơ đồ kết cấu: dầm đơn giản, nhịp tính

toán l;

- Tải trọng tác dụng: Phân bố đều q = TT tính

toán + HT tính toán

§

1 Chọn sơ bộ tiết diện dầm

2 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

Thông số đầu vào:

Trang 7

Chọn hình dạng tiết diện của dầm: chọn dạng tiết diện chữ I

Sử dụng bảng thép định hình tiết diện chữ I để tìm số hiệu

thép có Wxđảm bảo điều kiện trên

Xác định mômen kháng uốn yêu cầu theo điều

kiện bền chịu Mmax:

c x

x

f M

γ

W

max

,

max

c

x x f

M

γ

⋅

≥ , max

W

Các thông số cần tra bảng để cho bước sau:

- Các đặc trưng hình học của tiết diện được chọn: Ix, Wx, Sx, tw

- Trọng lượng trên 1 m dài (gd)

y

§

26

2.1 Kiểm tra bền (TTGH 1)

• Theo điều kiện bền chịu uốn tại tiết diện có Mmaxvà V = 0 ;

• Theo điều kiện bền chịu cắt tại tiết diện có Vmaxvà M = 0 ;

• Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn và cắt tại tiết diện có

M và V cùng lớn ;

• Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ của bản bụng dầm;

• Theo điều kiện bền chịu đồng thời ứng suất do uốn, cắt và cục bộ.

2.2 Kiểm tra độ võng của dầm (TTGH 2) 2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm.

§

27

2.1 Kiểm tra bền (1/2)

a) Theo điu kin bn chu M max , V max

c nx

x

f

M

γ

W

max , max

M x,max , V max : nội lực do tải trọng tính toán gây ra, bao gồm cả gd

W nx : mô men kháng uốn của tiết diện thực đối với trục x-x (tiết diện đã

trừ đi các giảm yếunhư do khoét lỗ)

S x : mô men tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x

l

Vmax

Mmax

§

c v w x

t I

S V

γ

max

28

F b

f

t

tf

hy

hw

Bản bụng dầm không có sườn

cứng gia cường

c z w

l t

F

γ

Dầm chính

Dầm phụ

§

c) Theo điu kin chu chu đng thi ng sut pháp, ng sut tip,

ng sut cc b:

c c

c

1 2

2

≤ +

⋅

− +

=

2.1 Kiểm tra bền (2/2)

Trang 8

2.2 Kiểm tra độ võng của dầm

Nếu đã chọn chiều cao dầm h > h minthì có thể không cần kiểm tra theo điều

kiện độ võng này Chú ý khi xác định hmin thì gần đúng đã lấy hw= hfk= h

Công thức kiểm tra độ võng của dầm :

: là độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng

tiêu chuẩngây ra; và

: là độ võng tương đối cho phép của dầm, được quy định trong tiêu

chuẩn thiết kế

max

∆







∆

≤

∆

l l

max

§

2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

x b

W

M

γ

ϕ ⋅ ≤ ⋅

b

ϕ : là hệ số ổn định tổng thể của dầm; ϕb≤1

và phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- độ cứng ngoài mặt phẳng Iy / Ix;

- độ cứng chống xoắn It / Iy ;

- chiều cao tiết diện dầm và chiều dài nhịp tính toán h/l0 ;

- vật liệu sử dụng E/f

x

∆

∆ y x x

y

F F l

θ

Dầm mất ổn định tổng thể

2.2 Kiểm tra độ võng của dầm

§

2.1 Kiểm tra bền

31

Hệ số được xác định theo hệ số

f

E l

h I

I

o x

y

2











=ψ

ϕ

b

ϕ

Nếu lấyϕ1≤0,85 ϕ =b ϕ1 1

Nếu > 0,85 lấy

: hệ số được tra bảng 3.3 trang 122, xét đến số lượng các điểm cố

kết trên cánh nén của dầm, dạng tải trọng tác dụng, vị trí tác dụng của tải

trọng ở cánh trên hay cánh dưới của dầm và phụ thuộc vào hệ số

Với thép hình dạng chữ I thì :

ψ

α

2

54

,

1    

=

h

l

I

y

t

α

I t : mô men quán tính khi xoắn của tiết diện dầm;

I y : mô men quán tính của tiết diện dầm được kiểm tra đối với trục y-y (trục ngoài mặt phẳng uốn);

l o : chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm của cánh nén

Nếu điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể không thoả mãn => cần tăng bề rộng

b hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng l o

2.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm 2.2 Kiểm tra độ võng của dầm

§

DẦM THÉP TỔ HỢP

Trang 9

Khi vượt nhịp lớn (l > 12 m), chịu tải trọng lớn (q > 20 kN/m) => dầm thép

định hình không đáp ứng được (số hiệu thép bị hạn chế)

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

t w

t f

t f Bản cánh trên

Bản cánh dưới Bản bụng

Ký hiệu các kích thước tiết diện

hw h

⇒ Cần có giải pháp dầm thép tổ hợp

chữ I với hình dạng và kích thước tiết

diện đa dạng

§

1 Chọn chiều cao tiết diện dầm h

2 Chọn bề dầy của bản bụng dầm t w

3 Chọn các kích thước của bản cánh dầm b f , t f

Tiết diện dầm cần phải đảm bảo:

1 Yêu cầu chịu lực(TTGH 1)

2 Yêu cầu về độ võng(TTGH 2)

3 Yêu cầu về kinh tế(trọng lượng

của dầm là bé nhất)

max min h h

kt

h

- Điều kiện bắt buộc:

- Điều kiện nên đảm bảo:

34

l

c c

p

g ,







 ∆

⋅

=

l E

l f h

tb

γ 24

5

min

p c g c

c c

p g

γ γ

+

= 1

w f

C k

ψ

⋅

w

x kt

t

W k

với

Trường hợp dầm đơn giản chịu tải trọng

phân bố đều (gc , pc : là TT tiêu chuẩn và

HT tiêu chuẩn)

Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,2 ~ 1,15

Để xác định được hkt, cần phải chọn trước tw:

tw = 8 ~ 12 mm khi nhịp l = 9 ~ 15 m

§

35

a) Theo điều kiện bản bụng dầm

chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax

b) Theo điều kiện ổn định cục bộ

c) Theo công thức kinh nghiệm và

theo cấu tạo

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

tw

Bản cánh trên

§

36

max

c v w w

f h

V t

γ

⋅

2 3

Sx : là mômen tĩnh của một nửa tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

Ix : là mômen quán tính của tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

fv : là cường độ chịu cắt tính toán của thép làm dầm;

Vmax : là lực cắt lớn nhất trong dầm do tải trọng tính toán gây ra

Lấy h w ≈ h

c v w w w w w

w w

w x

x

f t h V t

h t

h t V t I S V

γ

⋅

=

⋅

≈

3

2 max max

max

2 3

12 8

§

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

tw

Bản cánh trên

hw h

Trang 10

b) Theo điu kin n đnh cc b

Dầm không sườn có bề dầy bản bụng lớn, nhưng lại

không tốn thép để làm sườn và không tốn công để tạo

sườn, thuận tiện cho tự động hoá trong chế tạo

=> có thể hạ thấp được chi phí chế tạo và dựng lắp

f

E

t

h

w

5

,

5

≤

E

f h

w

5 , 5

≥

Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm

khi không sử dụng sườn gia cường:

max

§

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

c) Theo công thc kinh nghim cu to

1000

3

Khi chiều cao dầm h vào khoảng từ 1 ÷ 2 m và chịu tải trọng thông thường:

twcần phải đảm bảo các yêu cầu về qui cách của thép bản và bề dày tối thiểu để đảm bảo chống gỉ

38

a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn nhất , Mmax

b) Theo điều kiện ổn định cục bộ

c) Theo các yêu cầu cấu tạo

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y y

bf tf

§

39

a) Theo điu kin bn chu M max

c x

f W

M

γ











⋅

⋅ +

⋅

≈ +

⋅

=

4 2

12 2 2

2

2 3

fk f f w w fx

wx x

x

h t b h t h I I

h

I

W







−

⋅

≥

⋅

12 2

max 2

w w c fk

f

h t h f

M h

t

b

γ







−

⋅

≥

⋅

12

h

f

M

t

c

f

γ

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

tw

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

bf tf

I wx và I fxlà mô mem quán tính của bản bụng

và bản cánh đối với trục x-x

(h w = h fk = h)

§

b) Theo điu kin

E t

bf

≤

40

c) Theo các yêu c u cu to

C¸nh dÇm

B¶n bông dÇm

y

t w

Bản cánh trên

Bản cánh dưới

Bản bụng

hw h

b f

t f

- Chọn t f > t w

- Dầm thông thường: t f= 12 ÷ 24 mm

- Không nên chọn t f> 30 mm

- Chọn b f≤30 t fđể ứng suất phân bố được đều trên bề rộng của bản cánh chịu kéo và

để đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ cho bản cánh chịu nén

- Cần phải đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể của dầm, đồng thời để dễ liên kết dầm với các cấu kiện khác:

b f = (1/2 ÷ 1/5) h

b f≥180 mm

b f≥1/10 h

§

b) Theo điu kin n đnh cc b

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	1,68 MB