đồ-án-thép-1

5 Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên Cả nhóm6 Tính toán thiết kế dầm phụ Cả nhómChọn sơ đồ tính toán Cả nhómXác định tải trọng tác dụng lên dầm.. Cả nhómTính toán liên kết sà

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KẾT CẤU THÉP I

Nội dung: Thiết kế sàn 1 tầng nhà công nhiệp bằng thép

Giáo viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Trọng Hà

1 Xây dựng kế hoạch thực hiện đồ án Cả nhóm

2 Họp nhóm thông qua kế hoạch và phân công công

bền

5 Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên Cả nhóm

6

Tính toán thiết kế dầm phụ Cả nhómChọn sơ đồ tính toán Cả nhómXác định tải trọng tác dụng lên dầm Cả nhóm

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

toán

Cả nhóm

Chọn tiết diện dầm Cả nhómKiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều

kiện biến dạng

Cả nhómTính toán liên kết sàn với dầm phụ Cả nhóm

7

Tính toán thiết kế dầm chính

Cả nhóm

Chọn sơ đồ tính toánXác định tải trọng tác dụng lên dầm

Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính

toánChọn tiết diện dầmKiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều

kiện biến dạngThay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề

rộng bản cánh 1 lần, đối xứng)Tính toán liên kết cánh với bụng dầmKiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định

cục bộ của dầmTính toán liên kết dầm phụ với dầm chính

8 Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên Cả nhóm

PHẦN II: NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ

2.1Nội dung, yêu cầu

Thiết kế sàn tầng 1 nhà công nghiệp bằng thép, bao gồm 2 nhịp, với hệ dầm phức tạp:

Theo trình tự sau:

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

2.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.

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

Hệ số vượt tải: của tĩnh tải g 1,05; của hoạt tải p 1, 2

- Chiều cao lớn nhất cho phép: hmax= 1,5m

- 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

Hình 2.1: Sơ đồ mặt bằng tầng 1 nhà công nghiệp 2 tầng

PHẦN III: QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN3.1Sơ đồ kết cấu

Hệ dầm đề ra là hệ dầm thép phức tạp, gồm ba hệ thống dầm đặt vuông góc với nhau 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 sàn đặt song song với cạnh dài của ô bản và chịu tải trọng từ sàn truyền xuống Sơ đồ kết cấu như hình vẽ :

1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 500 500

Xác định chiều dày bản sàn theo công thức gần đúng giá trị giữa nhịp lớn nhất

ls và chiều dày của bản sàn ts :

s

ls

Chọn t s 9(mm).

3.3.1Tính 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 ngăncản biến dạng, 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:

 Kiểm tra độ võng của bản sàn:

- Độ võng ở giữa nhịp bản do tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:

3.2.2.2.Kiểm tra độ võng của bản sàn

- Tính  (tỷ số giữa lực kéo H và lực tới hạn Euler Ncr ) Giải phương trình:

Vậy bản sàn đảm bảo về điều kiện độ võng

3.2.2.3.Kiểm tra điều kiện bền của bản sàn:

- Lực kéo tác dụng tải gối tựa bản là:

6 1

1 1,2 2,26 10 0,9 267,39( )

  max  1008,21(daN cm/ 2)  c f   1 2100 2100(  daN cm/ 2)

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện về cường độ.

3.2.3 Tính toán và kiểm tra liên kết giữa sàn với cánh dầm.

3.2.3.1.Chiều cao đường hàn

Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực kéo H Hàn sàn với dầm sàn bằng phương pháp hàn tay, que hàn N42 là đường hàn góc

Chiều cao của đường hàn đó xác định theo công thức:  w c

f

f

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

3.2.3.2.Kiểm tra tiết diện đường hàn:

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

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

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

- Lực từ sàn truyền lên dầm phụ là phân bố đều.

Diện chịu tải do sàn truyền vào dầm phụ là :

2

q5000

HÌNH 3.5 :DIỆN CHỊU TẢI VÀ SƠ ĐỒ TÍNH CỦA DẦM PHỤ

 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm phụ là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

1

65,96.10

280, 442 1,12.2100.1

Tra bảng thép cán sẵn và thử dần ta chọn được thép dầm là thép I24 có các đặc trưng hình học:

HÌNH 3.6 :TIẾT DIỆN DẦM PHỤ I24

3.5Kiểm tra tiết diện dầm phụ

*Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền (có kể đến trọng lượngbản thân dầm):

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

- Tải trọng tiêu chuẩn:

Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:

3.4.Tính toán dầm chính (Dầm tổ hợp).

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

Dầm chính là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải trọng tập trung dodầm phụ, bản sàn và hoạt tải truyền xuống

Vì khoảng cách giữa các dầm phụ đặt cách đều nhau với khoảng cách a=1m

và số lượng lớn hơn 5 dầm nên tải trọng tập trung ta quy về phân bố đều

14000

HÌNH 3.8 :DIỆN CHỊU TẢI CỦA DẦM CHÍNH

Lực từ dầm phụ truyền lên dầm chính là lực tập trung quy về phân bố đều:

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

*

2 / 2 2 17,901 500 / 2

89,505( / ) 100

3.4.2 Thiết kế tiết diện dầm:

3.4.2.1 Chọn chiều cao tiết diện dầm:

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

max min

kt d

d

h h

h h h

tt dc

tb tc dc

p p

+ Chiều cao hmin  84(cm)

+ Chiều cao hmax  1,5m 150(cm)

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

yc x kt

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

Mômen kháng uốn cần thiết là:

3 max 26210100

13867,8( ) 0,9 2100

yc x

Vậy chọn chiều cao dầm là: h 110(cm)

3.4.2.2Kiểm tra lại chiều dày bản bụng dầm:

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

tw càng nhỏ thì dầm càng nhẹ Tuy nhiên tw cần đảm bảo điều kiện chịu lực cắtlớn nhất Giả thiết chiều dày cánh dầm t f 2,5(cm)

w w

3.4.2.3 Chọn kích thước bản cánh dầm bf, tf

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

3 3

2 max

Vì mômen uốn để tính ra tiết diện yêu cầu trên chưa kể đến trọng lượng

bản thân dầm, nếu kể đến thì tiết diện dầm tính được sẽ lớn hơn Vì vậy chọn chiều rộng cánh dầm là b f 55(cm)

3.4.2.4 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 105 0,7 2 50 2,5 323, 2(     cm2)

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

x x

h h

S S S  t b  t       cm

 Kiểm tra điều kiện cường độ:

- Trọng lượng bản thân dầm chính quy về lực phân bố đều là:

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

Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:



2 max

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

 Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất:

x f t

I

S V



 max max

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

 Không cần kiểm tra điều kiện độ võng vì:

f min

1,2t 8,4(mm) h

Chiều cao đường hàn liên kết giữa bản thép nối vào dầm chính chịu lực cắt H

w f  wmin c

H l

 

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 105(cm) kết hợp với sườn gia cường.

Vậy tiết diện bản ghép làA bg l bgt bg 105 0,7 73,5(  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 điều kiện cường độ

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

Chọn số lượng bu lông n 2 với đường kính d=20 mm Cấp độ bền 5,6

 Kiểm tra bulông chịu mômen lệch tâm M do lực cắt V gây ra:

Trong đó e  4 1 1/ 2 5,5( cm)là khoảng cách lệch tâm

- Khả năng chịu cắt của một bulông là:

+b– Là hệ số diều kiện làm việc b 0,9

+A– Diện tích của tiết diện ngang bulông A3,14(cm2) đối với bulông có2,0( )

+ f cb– Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông f cb 4650(daN cm/ 2)

+b– Là hệ số diều kiện làm việc b 0,9

+d – Đường kính thân bulông d 2,0(cm)

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

dp blV

+ n 2 : Số bulông của liên kết

Do mô men lệch tâm:

ax 2

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

+ l i2:Tổng bình phương khoảng cách giữa trọng tâm hai hàngbulông đối xứng qua trọng tâm nhóm

+ m:Số bulông ngoài cùng của một dãy

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

N bl  N blV2 N blM2  N minb c

245 245

Hình 3.10: Liên kết dầm phụ với bản ghép.

Kiểm tra tiết diện giảm yếu

Công thức kiểm tra:

n 1

N f

A  

Trong đó  1 là hệ số điều kiện  b1 0,9 với n=2

Chọn đường kính của lỗ bulông là d'  d 0, 2 2,0 0, 2 2, 2(   cm)

Diện tích thực của tiết diện tại vi trí giảm yếu:

Vậy tiết diện giảm yếu đảm bảo điều kiện cường độ.

3.4.5 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:

- Không thay đổi kích thước bản bụng vì bản bụng chủ yếu chịu lực cắt.

- 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:

L x

ct f f

2 2 18( )

c f

Hình 3.11 :Tiết diện dầm chính sau khi giảm

- Diện tích thực của cánh dầm đã thay đổi: A ct  t f b'f 2,5 30 75(  cm2)

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

1 5

chọn b500(mm) 50( cm) điểm bắt đầu giảm bề rộng cánh cách gối tựa 1đoạn : 280 50 330(  cm)

Hình 3.12: Thay đổi tiết diện bản cánh.

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

-Các đặc trưng tiết diện dầm:

Diện tích tiết diện dầm: A x1 Aw A f  105 0,7 2 2,5 30 223,5(      cm2)

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

- Kiểm tra điều kiện cường độ:

 Điều kiện bền của dầm theo mômen là:

x

c x

 Điều kiện bền của dầm theo lực cắt là:

1

46048 4995,94

657( ) 1218 0,9 1096,2( ) 500285,5 0,7

-Kiểm tra theo ứng suất tương đương:

* Tại vị trí tiết diện thay đổi cách gối tựa 2,8m không trùng vị trí đặt dầm phụ nên không có ứng suất cục bộ: cb =0

- Mô men tĩnh của cánh tiết diện đối với trục trung hoà:

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

- Điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ cánh chịu nén của dầm ở chỗ có ứng suất pháp lớn nhất ở giữa nhịp:

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

Bụng dầm tiết diện mỏng có thể mất ổn định do ứng suất pháp giữadầm, do riêng ứng suất tiếp ở đầu dầm hoặc do cả hai ứng suất  , ở vị trígần 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 tácdụng 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:

Bố trí kết hợp với bản thép thành sườn gia cường:

Khoảng cách các sườn a  2 hw   2 105 210(  cm); chọn a=100cm

Chiều cao sườn: h s 105(cm),chiều rộng sườn b s 9(cm)

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

Hình 3.14: Bố trí sườn gia cường.

Kiểm tra: độ mảnh quy ước của ô bản :

  đối với tải trọng tĩnh

Kết luận:Bản bụng dầm đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ do ứng suất tiếp

 Nên bụng dầm không bị phá hoại bởi 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 ( σ c=0 )

và độ mảnh quy đổi của bản bụng thoả mản điều kiện  w 3,64 6

Q5 Q4

Q3 Q2

Q1

X7 1000

M1

1000 1000

500

Hình 3.15: Vị trí kiểm tra các ô bụng dầm chính.

 Ô bụng 1:

Công thức kiểm tra: √ (σ σ cr)2+(τ τ cr)2≤γ c

Ta có: a 50(cm) h  w  105(cm)Ta lấy M V, tại tiết diện giữa ô

Tiết diện cần kiểm tra cách điểm A x1 25(cm) Các giá trị nội lực:

1

1884437,5 105

197,5(daN/cm ) 9108,47 110

0

0.76 10.3 (1 ) v

a h

ứng suất pháp tới hạn C cr xác định như sau:

2

2100 35,5 3318,11(daN/cm ) 4,74

cr cr

w

f C

Kết luận: Bản bụng ở ô 1 đảm bảo ổn định dưới tác dụng đồng thời của ứng

suất pháp và ứng suất tiếp

Ô bụng 2: Công thức kiểm tra: √ (σ σ cr)2+(τ τ cr)2≤γ c

Ta có: a 100(cm) h  w  105(cm)Ta lấy M V, tại tiết diện giữa ô

Tiết diện cần kiểm tra cách điểm A x2 100(cm) Các giá trị nội lực:

2

7126600 105

746,85(daN/cm ) 9108,47 110

0

0.76 10.3 (1 ) v

+ Độ mảnh quy ước của ô bản bụng: ow w 6

a h

cr cr

w

f C

Kết luận: Bản bụng ở ô 2 đảm bảo ổn định dưới tác dụng đồng thời của ứng

suất pháp và ứng suất tiếp

Ô bụng 3: Công thức kiểm tra: √ (σ σ cr)2+(τ τ cr)2≤γ c

Ta có: a 100(cm) h  w  105(cm)Ta lấy M V, tại tiết diện giữa ô

Tiết diện cần kiểm tra cách điểm A x3 200(cm) Các giá trị nội lực:

13156800 105

1378,8(daN/cm ) 9108,47 110

0

0.76 10.3 (1 ) v

a h

cr cr

w

f C



- Kiểm tra ổn định bản bụng dầm theo công thức:

Kết luận: Bản bụng ở ô 3 đảm bảo ổn định dưới tác dụng đồng thời của ứng

suất pháp và ứng suất tiếp

Ô bụng 4: Công thức kiểm tra: √ (σ σ cr)2+(τ τ cr)2≤γ c

Ta có: a 100(cm) h  w  105(cm)Ta lấy M V, tại tiết diện giữa ô

Tiết diện cần kiểm tra cách điểm A x3 300(cm) Các giá trị nội lực:

3

18090600 105

1895,85(daN/cm ) 9108,47 110

0

0.76 10.3 (1 ) v

w

100 0,95 105

a h

cr cr

w

f C

Kết luận: Bản bụng ở ô 4 đảm bảo ổn định dưới tác dụng đồng thời của ứng

suất pháp và ứng suất tiếp

Ô bụng 5: Công thức kiểm tra: √ (σ σ cr)2+(τ τ cr)2≤γ c

Ta có: a 100(cm) h  w  105(cm)Ta lấy M V, tại tiết diện giữa ô

Tiết diện cần kiểm tra cách điểm A x3 400(cm) Các giá trị nội lực:

2 3

3

21928000 105

2298(daN/cm ) 9108,47 110

0

0.76 10.3 (1 ) v

a h

cr cr

w

f C

2289 448,73

0,79 0,9 3318,11 1136,18 c

Kết luận: Bản bụng ở ô 5 đảm bảo ổn định dưới tác dụng đồng thời của ứng

suất pháp và ứng suất tiếp

Ô bụng 6: Công thức kiểm tra: √ (σ σ cr)2+(τ τ cr)2≤γ c

Ta có: a 100(cm) h  w  105(cm)Ta lấy M V, tại tiết diện giữa ô

Tiết diện cần kiểm tra cách điểm A x3 500(cm) Các giá trị nội lực:

3

24669000 105

2585,25(daN/cm ) 9108,47 110

0

0.76 10.3 (1 ) v

a h

   

+ f v 1218(daN cm/ 2)