Đồ án thép 1 - Đại học vinh

Đồ án thép 1

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: Th.S Hồ Viết Chương

II Mục tiêu của nhóm.

- Trên tinh thần tự giác cao, các thành viên làm việc hết mình để hiểu rõ hơn về kỹthuật thi công bê tông cốt thép toàn khối, phục vụ cho công việc của người kỹ sư sau này

- Phấn đấu mỗi thành viên đạt điểm cao

- Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm

- Phát huy tinh thần đoàn kết, học hỏi lẫn nhau, giúp nhau cùng tiến bộ

- Nếu thành viên nào vắng một buổi họp nhóm không có lý do chính đáng sẽ bị trừ0,5 điểm, nếu vắng 2 buổi trừ 1 điểm, vắng 3 buổi trở lên trừ 2 điểm

- Thành viên nào không hoàn thành công việc sẽ tự chịu trách nhiệm và sẽ bị trừ điểm tùy theo mức độ công việc

- Thành viên nào không làm việc thì tất nhiên không có điểm đồ án

PHẦN II: NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ I.NỘI DUNG, YÊU CẦU

Thiết kế sàn công tác bằng thép, bao gồm 2 nhịp, với hệ dầm đơn giản.

Theo trình tự sau:

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

Chọn chiều dày bản sàn thép, tương ứng độ võng cho phép của bản sàn [] =

2 Tính toán, thiết kế dầm sàn, 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 (chọn thép định hình cán nóng)

- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.

3 Tính toán, thiết kế dầm phụ, 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 (chọn thép định hình cán nóng)

- 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

+ Liên kết dầm phụ với dầm chính

5 Trình bày số liệu và các tính toán trong quyển thuyết minh kèm theo.

II SỐ LIỆU THIẾT KẾ

- Hệ số vượt tải: của tĩnh tải ; của hoạt tải γ p=1,2

- Cột tổ hợp hàn có thiết diện chữ H kích thước bề rộng bản cánh bf = 400mm, chiều dày bản cánh tf = 25mm; chiều cao tiết diện cột h =

600mm, chiều dày bản bụng cột tw = 1,5mm

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

- Liên kết hàn điện bằng tay, que hàn N42, N46 hoặc tương đương.

- Độ võng cho phép:của bản sàn [/L] = 1/150, của dầm phụ [/L] = 1/250; của

PHẦN III: QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN

I SƠ ĐỒ KẾT CẤU:

Hệ dầm đề ra là hệ dầm thép phổ thông, gồm hai hệ thống dầm đặt vuông góc với nhau và song song với hai cạnh của ô sàn Các dầm đặt song song với cạnh lớn

và tựa lên cột được gọi là dầm chính.Các dầm đặt song song với cạnh bé của ô sàn

và tựa lên dầm chính và truyền tải trọng lên dầm chính được gọi là dầm phụ

Xác định nhịp sàn ls của bản sàn theo công thức gần đúng giá trị giữa nhịp lớn nhất

ls và chiều dày của bản sàn:

Chọn ls = 100 cm

2.Tính 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 ngăn cản biếndạng, 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:

q =1,6 t/m2

100

1000

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN CỦA SÀN THÉP

*Xác định tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng trên bản sàn:

 Kiểm tra độ võng của bản sàn:

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

Với

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

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

- Kiểm tra độ võng của bản sàn theo công thức:

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện kiểm tra độ võng

 Kiểm tra điều kiện bền của bản sàn:

- Lực kéo tác dụng tải gối tựa bản là:

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện về cường độ

3 Tính toán và kiểm tra liên kết giữa sàn với dầm sàn

 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 Chiều cao của đường hàn

đó xác định theo công thức:

+ Trong đó:

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

+ Với thép CCT38

+ Dùng que hàn N42 có

- Ngoài ra còn phải thoả mãn yêu cầu cấu tạo:

Vậy theo yêu cầu cấu tạo lấy hf = 5(mm)

III.TÍNH TOÁN DẦM PHỤ

Chọn mạng dầm sàn phổ thông như hình vẽ:

- Lực cắt lớn nhất tại gối tựa:

2 Chọn kích thước tiết diện dầm phụ:

- Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm có kể đến biến dạng dọc:

- Tra bảng thép cán sẵn chọn thép I24; (Bảng I.6 tr 292 SGK ) có các đặc trưng

hình học:

SX =163 cm3 IX = 3460 cm4 d = 0,56 cm

g = 27,3 kg

3 Kiểm tra tiết diện dầm phụ

 Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền (có kể đến trọng lượng bảnthân dầm):

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

- Tải trọng tiêu chuẩn:

 Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ võng (có kể đến trọng lượng bảnthân dầm):

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

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

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

- Lực từ dầm phụ tryền lên dầm chính là lực tập trung ,do các dầm phụ đặt gần

lên dầm chính là phân bố đều Tải trọng tập trung được thay thế bằng tải trọng tương đương phân bố

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

(daN/cm)

- Tải trọng tính toán do dầm phụ truyền vào dầm chính là :

- Lực cắt lớn nhất tại hai đầu nhịp dầm:

(daN)

2.Thiết kế tiết diện dầm:

a Chọn chiều cao tiết diện dầm.

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

Trong đó: : Chiều cao nhỏ nhất của tiết diện dầm đảm bảo cho dầm có

đủ độ cứng trong quá trình sử dụng,hông võng quá độ võng cho phép

công thức sau:

Chiều cao đảm bảo điều kiện độ võng:

Chiều cao Chiều cao hkt của dầm tính theo công thức:

Với h  hmin sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định chiều dày bản bụng dầm:

Để tính hkt sơ bộ chọn

- Đối với dầm hàn chọn hệ số cấu tạo

- Mômen kháng uốn cần thiết là:

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

càng nhỏ thì dầm càng nhẹ.Tuy nhiên twcần đảm bảo điều kiện chịu lực cắt lớn nhất Giả thiết chiều dày cánh dầm

c Chọn kích thước bản cánh dầm b f , t f

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

Chiều dày bản cánh đã chọn

TIẾT DIỆN DẦM CHÍNH

d Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ:

 Các đặc trưng tiết diện dầm:

- Diện tích tiết diện dầm:

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

- Lực cắt lớn nhất tại hai đầu nhịp dầm là

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

- Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất

σmax=Mmax

¿

W x ≤f γ c

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

- Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất

τmax=Vmax

¿ .S x

I x .t w ≤f v γ c

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

3 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 momen uốn trongdầm

- Chỉ thay đổi bề rộng cánh không thay đổi bề dày cánh vì giảm chiều dày dẫnđến độ mảnh lớn dễ mất ổn định cục bộ cho cánh nguy hiểm

- Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn

Nội lực tại vị trí thay đổi tiết diện: (dùng cơ kết cấu I để tính momen và lực cắt tại vi trí giảm tiết diện dầm)

- Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện

- Môn men quán tính cần thiết cho tiết diện thay đổi

- Diện tích cần thiết cho cánh dầm thay đổi:

Trong đó:

Chọn thoả mãn các điều kiện

Vậy chọn

- Diện tích thực của cánh dầm đã thay đổi

- Xác định vị trí bắt đầu thay đổi tiết diện

với

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

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

 Kiểm tra điều kiện cường độ:

- Kiểm tra vị trí chịu tác dụng của lực :

- Mômen tĩnh của cánh tiết diện đối với trục trung hòa :

- Ứng suất tiếp tại thớ biên bụng dầm :

- Ứng suất pháp tại thớ biên bụng dầm : -

=0,9 Là hệ số điều kiện làm việc của bulông,

A=3,14 ( ) Là diện tích mặt cắt thân bulông.

=1 Là số lượng mặt cắt tính toán thân bulông

+ Khả năng chịu ép mặt của một bulông là :

70 70

40 40

(Trong đó m=1 là số bulông trên một dãy biên )

+Lực tác dụng của mômen lên một dãy biên là :

5.Kiểm tra ổn định cục bộ, tính sườn gia cường

- Cánh và bụng dầm tổ hợp là những bản thép mỏng chịu ứng suất nén, ứng suấtpháp, ứng suất tiếp.Dưới tác dụng của các ứng suất đó cánh và bụng dầm có thể bịvênh một phần gọi là mất ổn định cục bộ

- Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh

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

- Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng :

+ Bụng dầm tiết diện mỏng có thể mất ổn định do ứng suất pháp giữa dầm, doriêng ứng suất tiếp ở đầu dầm hoặc do cả hai ứng suất ở vị trí gần 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:

Ở đây dầm chịu tải trọng tĩnh nên [λ w]=3,2

+ Độ mảnh quy ước của bản bụng dầm

CẤU TẠO SƯỜN GIA CƯỜNG

 Liên kết giữa sườn gia cường và dầm phụ cũng dùng liên kết bulông d=20

(mm),loại 4,8 (Không phải kiểm tra giống bản ghép )

Vậy đường hàn liên kết sườn gia cường với bản bụng đủ chịu lựuc cắt

+ Kiểm tra tại vị trí lực tập trung trong dầm phụ kê lên dầm chính

vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi

h fklà khoảng cách trọng tâm hai cánh,

- Khả năng chịu cắt của một bulông là [N]vb =f vb γ b A.n v

Trong đó : – Cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bulông 4.8 có

f vb=1600(daN /cm 2) + – Là hệ số diều kiện làm việc của liên kết bulông + – Diện tích của tiết diện ngang bulông A=3,14(cm 2) đối với

bulông có d=2 (cm) + – Số lượng mặt cắt tính toán bulông

- Khả năng chịu ép mặt của một bulông là [N]cb =f cb γ b d ( ∑t)min

+ Trong đó :

: Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông

( ∑t)min : Tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía

+ Khoảng cách giữa trọng tâm hai hàng bulông ngoài cùng

+ Tổng bình phương khoảng cách giữa trọng tâm hai hàng bulông đốixứng qua trọng tâm nhóm

+ Số bulông của một dãy

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

N bl=√N V2+N2M≤[N]minb γ c

Ta có:

Vậy liên kết bu lông đảm bảo chịu lực.

 Kiểm tra bản bụng dầm khi đã bổ sung sườn gia cường:

Vì:

Sườn đảm bảo ổn định khi chịu ứng suât tiếp với d=min(a;h)=100 cm

 Kiểm tra bản bụng dầm chịu ứng suât pháp

Bản bụng dầm đảm bảo ổn định khi chịu ưng suất pháp không cần gia cường sườn dọc

 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 )

Vì a≤h w nên ta lấy M và V tại vị trí như sau:

VỊ TRÍ KIỂM TRA CÁC Ô BỤNG DẦM CHÍNH

 Ô bụng 1:

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

2 Điểm kiểm tra cách đầu dầm Các giá trị nội lực

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

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

Vậy bản bụng ở ô 1 đảm bảo ổn định.

 Ô bụng 2:

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

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

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

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

Vậy bản bụng ở ô 2 đảm bảo ổn định.

 Ô bụng 3:

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

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

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

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

Vậy bản bụng ở ô 3 đảm bảo ổn định.

 Ô bụng 4:

 Ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra

 Ứng suất tiếp tại tiết diện kiểm tra

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

để tính.

- Chiều cao cần thiết của đường hàn được xác định theo công thức:

Trong đó:

+ V lực cắt lớn nhất trong dầm chính

+ Sf mômen tĩnh của một cánh dầm lấy với trục trung hoà

+ Ix mômen quán tính của tiết diện dầm

 Tính sườn đầu dầm

- Ở đầu các dầm tổ hợp phản lực gối có giá trị lớn, cần có thêm sườn gối để cùng với bản bụng dầm chịu và truyền phản lực đến gối tựa.Dùng giải pháp sườn gối đặt tại đầu dầm, dầm gối lên đỉnh cột thép

- Chọn kích thước tiết diện sườn đầu dầm :

- Chọn sườn đầu dầm có chiều rộng bằng chiều rộng cánh dầm, cấu tạo sườn gối như hình vẽ, ta có:

+ Sườn đầu dầm chịu phản lực tại gối tựa

+ Bề rộng của sườn đầu dầm chọn bằng bề rộng của bản cánh

+ Từ điều kiện ổn định cục bộ của bản thép làm sườn

b os

t s ≤0.5×√E

chiều cao sườn

=> Chọn

Như vậy sườn đầu dầm có tiết diện

Kiểm tra sườn đầu dầm đã chọn:

- Không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản thép sườn gối vì đã chọn

tiết diện theo điều kiện này

Kiểm tra điều kiện ép mặt tại mút dưới sườn

- Xác định cường độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép CCT38, theo cường độ bền f

tính được

- Diện tích ép mặt tại mút sườn gối (cần được bào phẳng, gọt nhẵn)

- Kiểm tra điều kiện ép mặt

- Kiểm tra điều kiện bền có xét đến ổn định ngoài mặt phẳng dầm của sườn đầu

- Độ mảnh của thanh quy ước

- Kiểm tra điều kiện bền về ổn định

Sườn gối dầm đã chọn đảm bảo điều kiện bền về ổn định

8.Tính mối nối dầm

- Nối tại nơi thay đổi tiết diện để thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp ghép, tránh

nối bụng dầm tại điểm có nội lực lớn, trùng mối nối bản cánh và có lực tập trung tachia dầm chính thành 3 đoạn Mối nối cách đầu dầm 1 khoảng

- Nội lực tại điểm nối dầm

- Chiều dài đường hàn bản bụng

- Khả năng chịu lực cắt của đường hàn

tính toán bản ghép chịu mômen

- Ta thấy

Vậy đường hàn đủ khả năng chịu lực tại mối nối bản bụng nên ta không cần phảitính toán bản ghép

b Tính mối nối bản cánh kéo và bản cánh nén

- Vì độ bền chịu nén của đường hàn đối đầu không nhỏ hơn của thép làm dầm nên

đường hàn nối bản cánh nén có thể dùng đường hàn thẳng góc và được nối trên một tiết diện