Thiết kế mạng dầm thép
bé x©y dùng tr-êng ®¹i häc kiÕn tróc hµ néi khoa x©y dùng Gv h-íng dÉn : ts ®oµn tuyÕt ngäc Sv thùc hiÖn : bïi lª huy Líp : 99X6 - hµ néi 2003 - Đề bài Thiết kế mạng dầm sàn công tác bằng thép với các số liệu tính toán kèm theo cho trong bảng d-ới đây : l 1 (m) l 2 (m) P tc (KN/m 2 ) Hệ số v-ợt tải n p Chiều cao kết cấu sàn h s (m) Hệ số v-ợt tải n g E (KN/cm 2 ) 10 6,0 23 1,2 1,6 1,05 2,0610 4 - Vật liệu thép dầm phụ sàn và bản sàn là : BCT3 k2 có R=22,5 KN/cm 2 - Vật liệu thép dầm chính là thép BCT3 c5 có R = 23 KN/cm 2 . - Hệ số điều kiện làm việc = 1. - Độ võng giới hạn : + Đối với sàn thép : 150 1 : l f + Đối với dầm sàn : 250 1 : l f + Đối với dầm chính : 400 1 : l f - Hàn bằng ph-ơng pháp hàn tay với que hàn 42 có : R h g = 18 KN/cm 2 ; R t g = 16,5 KN/cm 2 h = 0,7 ; t = 1. đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 1 thuyết minh tính toán 1.Tính toán chọn kích th-ớc bản sàn 1.1.Chọn kích th-ớc bản sàn Xác định kích th-ớc bản sàn có thể theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định gần đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất và chiều dày s của sàn. tco o s s qn E nl 4 1 72 1 15 4 Trong đó: + s s l - Tỷ số cần tìm giữa nhịp sàn và chiều dày sàn. + n 0 - Độ võng t-ơng đối nghịch đảo của sàn n o = f l = 150 + E 1 - Môđun đàn hồi của thép sàn 2 4 2 1 3,01 10.06,2 1 E E = 2,26.10 4 (KN/cm 2 ) - Hệ số Poatsong, với thép BCT3 có = 0,3. 44 4 10.23.150 10.26,2.72 1 15 150.4 s s l = 95,90 Với tải trọng tiêu chuẩn tc q = 23 (KN/m 2 ) , tra bảng (3.1-Sách KCT) chọn S = 12 mm. l S = 95,90. s = 95,9.1,2 = 115,08 (cm). Chọn l s =100 (cm). 1.2. Kiểm tra sàn 1.2.1.Kiểm tra độ võng - Trong cấu tạo bản sàn thép đ-ợc hàn với các dầm . Khi tải trọng tác dụng lên sàn thì bản chịu uốn và bị biến dạng nh-ng các đ-ờng hàn liên kết bản sàn với dầm giữ không cho bản sàn biến dạng tự do và ngăn cản biến dạng xoay tại các gối . Vì vậy , tại các gối tạ sẽ phát sinh lực kéo H và mômen âm , để thiên về đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 2 an toàn trong tính toán ta bỏ qua ảnh h-ởng của mômen âm tại gối mà chỉ xét đến lực kéo H. Cắt một dải bản rộng b =1 (cm) , sơ đồ tính toán bản là một dầm có hai gối tựa không chuyển vị thẳng , chịu tải trọng tính toán phân bố đều q. Với tấm sàn dày 1,0 (cm) có trọng l-ợng 0,785 (KN/m 2 ) , do đó thép tấm sàn dày1,2 (cm) có trọng l-ợng là : g tc = 1,2.0,785 = 0,942 (KN/m 2 ) Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên tấm sàn : q tc = (p tc + g tc )b = (23 + 0,942).10 -2 = 23,942.10 -4 (KN/cm) q tt = (p tc .n p + g tc .n g )b = (23.1,2 + 0,942.1,05)10 -2 = 28,59.10 -4 (KN/cm) - Độ võng của sàn do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H tác dụng : 1 1 ff o Trong đó: + f 0 - Độ võng ở giữa nhịp của bản do riêng tải trọng q tc gây ra . s s tc o JE lq f 1 4 . . 384 5 J S - mômen quán tính dải bản rộng 1 cm và dầy 1,2 cm . J S = 12 2,1.1 3 = 0,144 (cm 4 ) 144,0.10.26,2 100.10.942,23 . 384 5 4 44 o f = 0,958 (cm) + Hệ số - Tỷ số giữa lực kéo H và lực giới hạn ơle đ-ợc xác định theo ph-ơng trình: (1 + ) 2 = 2 s 2 o f3 (1 + ) 2 = 2 2 2,1 958,0.3 = 1,912 Bằng cách thử dần ta xác định đ-ợc = 0,679 Vậy , độ võng của sàn: f = f 0 1 1 =0,958 679,01 1 = 0,571 (cm). đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 3 Suy ra : s l f = 100 571,0 = 0,00571 < l f = 150 1 = 0,00667. Nh- vậy : Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép. 1.2.2. Kiểm tra c-ờng độ sàn - Lực kéo H tác dụng trong dải bản rộng 1 (cm) tính theo công thức: b. E 2 l f 4 2 nH s 1 56,3.1,2.1 4 .2,26.10 150 1 4 3,14 1,2.H 2 2 (KN) - Mômen lớn nhất ở giữa nhịp sàn: M max = 571,0.56,3 8 100.10.59,28 . 8 . 24 2 fH lq s tt = 1,542 (KNcm). - ứng suất lớn nhất trong sàn: R. s W max M A H max Trong đó : A , W s - Diện tích và mô men chống uốn của tiết diện dải sàn rộng 1cm. 2 max 2,1.1 542,1 2,1.1 56,3 = 4,038 (KN/cm 2 ) < R = 22,5 (KN/cm 2 ) Kết luận : Sàn đảm bảo chịu lực. - Đ-ờng hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu đ-ợc lực H chiều cao của đ-ờng hàn đó xác định theo công thức : )(8,2)(28,0 1.18.7,0 56,3 mmcm g h R h H h h Theo yêu cầu cấu tạo ta chọn h h = 6 mm . Sơ đồ mạng hàn bố trí nh- hình vẽ (trang sau). đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 4 A cột B dầm phụ dầm chính 1 m 6 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 0,5 m0,5 m 10 m 1 2 2.Tính toán thiết kế dầm sàn 2.1. Sơ đồ tính toán dầm sàn Sơ đồ tính toán dầm phụ là dầm đơn giản nhịp l 2 = 6 m chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều từ sàn truyền vào. Chia dầm chính thành 10 khoảng bằng nhau và bằng a =100 cm = 1 (m). 2.2.Tải trọng Tải trọng tác dụng lên dầm sàn là tải trọng tiêu chuẩn p tc và trọng l-ợng của sàn thép. - Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm sàn : q tc = (p tc + g tc ) . a = ( 23 + 0,942 ) .1 = 23,942 ( KN/m ) - Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm sàn : q tt = (p tc . n p + g tc . n g ) . a = (23.1,2 + 0,942.1,05) .1 = 28,59 ( KN/m ) 2.3 Xác định nội lực tính toán. Nội lực tính toán lớn nhất trong dầm sàn : (KNm)66,128 8 6 . 28,59 8 2 2 l . q max M 2 tt (KN)77,85 2 6 . 28,59 2 2 l . q max Q tt đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 5 q = 28,59 KN/m M = 128,66 KNm Q = 85,77 KN 6 m M Q tt 2.4.Chọn kích th-ớc tiết diện dầm Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm (có kể đến biến dạng dẻo): 56,510 11,12.22,5. 12866 .R. 1 C max M ct W (cm 2 ) ( Lấy C 1 = 1,12 ) Tra bảng thép cán sẵn , chọn thép I33 có các đặc tr-ng hình học nh- sau : W X = 597 (cm 3 ) g = 422 (N/m) = 0,422 (KN/m) S X = 339 (cm 3 ) h = 33 (cm) J X = 9840 (cm 4 ) = 0,7 (cm) b = 14 (cm) 330 140 7 2.5. Kiểm tra lại tiết diện Ta kiểm tra bền có kể đến trọng l-ợng bản thân dầm: đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 6 - Nội lực tính toán lớn nhất thực tế : 56,130 8 2 0,422.6 128,66 max M (KNm) 04,87 2 0,422.6 77,85 max Q (KN) - ứng suất pháp lớn nhất : 53,19 1,12.597 13056 1,12.W max M max (KN/cm 2 ) max = 19,53 < R. = 22,5 (KN/cm 2 ) - ứng suất tiếp lớn nhất : 28,4 9840.0,7 87,04.339 b . x J x .S max Q max (KN/cm 2 ) 28,4 max (KN/cm 2 ) < R c = 12,5 (KN/cm 2 ) - Kiểm tra võng theo công thức: l f x EJ 3 .l tc q 384 5 l f Tính tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm: 0,004 250 1 l f 0,0034 .9840 4 2,06.10 3 .600 2- 0,422)10(23,942 384 5 l f Kết luận: Dầm sàn chọn đạt yêu cầu cả về c-ờng độ và độ võng. Không cần kiểm tra ổn định tổng thể vì cánh nén của dầm đ-ợc hàn vào tấm sàn nên không thể chuyển dịch đ-ợc theo ph-ơng ngang đ-ợc . 3.Tính toán thiết kế dầm chính 3.1.Sơ đồ tính toán của dầm chính Dầm chính là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải trọng coi nh- phân bố đều. Sơ đồ tính toán nh- sau : 3.2.Xác định tải trọng tác dụng Theo cách bố trí dầm có 10 dầm sàn đặt lên dầm chính. - Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm chính: 18,1466).422,0942,23( tc q (KN/m) - Tải trọng tính toán phân bố đều lên dầm chính: 20,1746).05,1.422,059,28( tt q (KN/m) đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 7 3.3. Xác định nội lực tính toán 50,2177 8 2 174,20.10 8 2 1 .l tt q max M (KNm) 0,871 2 174,20.10 2 1 .l tt q max Q (KN) q = 174,20 KN/m M = 2177,50 KNm Q = 871,0 KN 10 m M Q tt 3.4. Thiết kế tiết diện dầm 3.4.1. Chọn chiều cao tiết diện Chiều cao của dầm đảm bảo điều kiện: 0 0 maxmin 20 ktd d hh hhh Trong đó : - Chiều cao : )(258,1012,033,06,16,1 max mhhh sds - Chiều cao h min có thể tính gần đúng theo công thức: tt tc q q f l E lR h . . 384 5 1 min 08,78 17420.10.06,2 14618.400.1000.23 . 384 5 4 min h (cm) - Chiều cao h kt của dầm tính theo công thức: h kt = k b yc W đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 8 Trong đó : + k-Hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện dầm , đối với dầm tổ hợp hàn lấy 20,115,1 k Chọn k = 1,15. + b Bề rộng bụng dầm chính Sơ bộ chọn b = 10 (mm) + W yc - Mô men kháng uốn yêu cầu (không kể đến biến dạng dẻo của dầm) 39,9467 23.1 217750 R max M yc W (cm 3 ) 15,102 0,1 39,9467 15,1 kt h (cm) Dựa vào h min và h kt , sơ bộ chọn chiều cao h d =104 (cm) 3.4.2.Kiểm tra lại chiều dày bụng b Kiểm tra chiều dày bản bụng theo khả năng chịu cắt : 47,10 2,1.104 871 .5,1 . .5,1 max bd h Q (KN/cm 2 ) 47,10 (KN/cm 2 ) < R c = 13,5 (KN/cm 2 ) Bản bụng đủ khả năng chịu lực cắt. 3.4.3.Chọn kích th-ớc bản cánh dầm - Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức: 2 2).( . c byc ccc h JJ bA Trong đó: + yc J - Mô men quán tính yêu cầu với trục x-x. ) 4 cm(28,492304 2 49467,39.10 2 d .h yc W yc J + b J - Mô men quán tính của bản bụng đối với trục x-x. ) 4 (cm100000 12 3 1,0.100 12 3 . b b J b h + h c Khoảng cách trọng tâm 2 tiết diện cách dầm h c = 104 2 = 102 (cm) [...]... KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép * Cả hai tiết diện này đều có chiều cao đ-ờng hàn nhỏ do đó ta lấy chiều cao đ-ờng hàn theo cấu tạo: Tra bảng (2.2 Sách KCT) : hh = 7 (mm) 3.8.Kiểm tra ổn định dầm Bản sàn là thép, khoảng cách các s-ờn là a = 1m, kích th-ớc chiều cao dầm sàn nhỏ do đó ta dùng liên kết chồng Dầm phụ đặt trên cánh nén của dầm chính Liên kết giữa dầm sàn và dầm. .. Theo sơ đồ bố trí dầm thì tiết diện đầu dầm có Qmax, không có dầm phụ ( tức không có lực tập trung) do đó chiều cao đ-ờng hàn liên kết cánh dầm với bụng dầm đ-ợc tính theo công thức: sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 12 đồ án KC Thép 1 hh - Thiết kế hệ dầm thép Q Sc max 2 J x ( R ) g min Trong đó: + Qmax - Lực cắt lớn nhất ở đầu dầm chính ( kể đến trọng l-ợng dầm ) Qmax = 882,20... - Thiết kế hệ dầm thép 20 đồ án KC Thép 1 - Đ-ờng hàn cao 6 mm 20 150 250 1060 1000 Đ-ờng hàn cao 7 mm 220 CHI TIếT NốI SƯờN ĐầU DầM VớI DầM CHíNH 3.9.4 Tính nối bản bụng dầm (Thực tế có thể nối hay không tuỳ theo chiều dài thực tế vật liệu đang có song trong phạm vi đồ án ta vẫn tính nối) Bản bụng dầm nối tại vị trí cách gối dầm một đoạn 3 (m) , chỉ cần tính nối ở một đầu dầm là đủ.Ta... 20 S-ờn đầu dầm có cấu tạo nh- hình vẽ : 220 220 CHI TIếT SƯờN ĐầU DầM 3.9.2.2.Kiểm tra ổn định tổng thể cho s-ờn đầu dầm Coi s-ờn và một phần bản bụng của dầm cùng làm việc nh- một thanh quy -ớc chịu nén đúng tâm b s z C1 - Chiều rộng phần bản bụng tham ghi làm việc cùng s-ờn đầu dầm: sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 21 đồ án KC Thép 1 C1 0,65. b - Thiết kế hệ dầm thép E 2,06.10... z Q hb b 0 0 10,31 0,76 Rc 2 0b 2 Còn 0 và 0cb xác định theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, phụ thuộc vào khoảng cách các s-ờn và tỷ số 0 0 cb - Xét ổn định cho Ô1: Khoảng cách giữa các s-ờn trong ô là 1,5 m sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 16 đồ án KC Thép 1 - + - Thiết kế hệ dầm thép M 1 h0 41905 100 6,37 (KN/cm2) ' Wx hd 6324,77 104 + cb 8,06 (KN/cm2) (Đã... dày cánh dầm tổ hợp lấy từ 1,2 2,4(cm) và lớn hơn b 1,0(cm) Chọn c 2(cm) 380 1040 1000 10 20 1020 20 Ta thấy , giá trị bc và c đã thoã mãn điều kiện trên 3.5 Kiểm tra bền cho dầm - Trọng l-ợng bản thân dầm: g 1,05.78,5.(2.0,38.0,02 + 1.0,01) = 2,24 (KN/m) d sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 9 đồ án KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép - Mô men tổng cộng lớn nhất của dầm: M... bản theo cách bố trí dầm dầm sàn , thể hiện trên hình vẽ: 1,04 m P P P ô1 0,5 m P P ô2 1m 1m 1m 1m 419,05 KNm 1654,13 KNm 793,98 KN 441,10 KN - Xác định các giá trị nội lực ở giữa các ô bản : + Tại Ô1: Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm khoảng 0,5m (tại vị trí có dầm phụ đặt lên) sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 15 đồ án KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép Các giá trị nội lực... 176,44 (KN/m) M - Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện: sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 10 đồ án KC Thép 1 W ct x - Thiết kế hệ dầm thép M x 124478 6367,16 (cm3) R k 19,55.1 h Trong đó : Vì dầm chịu kéo , kiểm tra chất l-ờng đ-ờng hàn bằng ph-ơng pháp thông th-ờng nên : R k 0,85R 0,85.23 19,55 (KN/cm2) h - Mô men quán tính cần thiết cho tiết diện : J ct x W ct h x... (0,73 0,016 ) 18,84 2,0 2,0 102 23 Kết luận: Dầm đảm bảo ổn định tổng thể 3.8.2 Kiểm tra ổn định cục bộ cho dầm 3.8.2.1.ổn định cánh dầm chịu nén Khi cánh làm việc trong giai đoạn đàn hồi thì điều kiện ổn định cánh nén của dầm: bo c 0,5 E R 38 1,2 E 2,06.10 4 9,2 0,5 0,5 14,96 c 2.2,0 R 23 bo Kết luận: Bản cánh dầm đảm bảo ổn định 3.8.2.2.ổn định bản bụng dầm - Tr-ớc hết kiểm tra giá trị độ... Dầm chính đạt yêu cầu về c-ờng độ - Không cần kiểm tra võng vì đã có: hd = 104 (cm) > hmin = 78,08 (cm) 3.6.Thay đổi tiết diện dầm 3.6.1.Xác định kích th-ớc tiết diện thay đổi Để tiết kiệm thép , giảm nhẹ trọng l-ợng dầm khi thiết kế dầm ta thay đổi tiết diện dầm ở phần dầm có mômen uốn bé Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn: 1 1 1 1 x l1 10 (1,67 2) (cm) 6 5 6 5 Chọn x = 1,7 . định dầm Bản sàn là thép, khoảng cách các s-ờn là a = 1m, kích th-ớc chiều cao dầm sàn nhỏ do đó ta dùng liên kết chồng. Dầm phụ đặt trên cánh nén của dầm chính. Liên kết giữa dầm sàn và dầm. chuẩn thiết kế kết cấu thép, phụ thuộc vào khoảng cách các s-ờn và tỷ số cb0 0 - Xét ổn định cho Ô1: Khoảng cách giữa các s-ờn trong ô là 1,5 m . đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép. chọn h h = 6 mm . Sơ đồ mạng hàn bố trí nh- hình vẽ (trang sau). đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 4 A cột B dầm phụ dầm chính 1 m 6 m 1 m 1 m