Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ võng - Độ võng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra: với - mômen quán tính dải bản rộng 1cm - Hệ số là tỷ số giữa lực kéo và lực tới hạn Euler được xác địn
NỘI DUNG TÍNH TOÁN VÀ CHỌN VẬT LIỆU
Nội dung tính toán
1.1.1 Tính toán bản sàn thép
- Chọn chiều dày thép làm bản sàn , nhịp bản sàn
- Sơ đồ tính toán bản sàn.
- Kiểm tra bản sàn theo điều kiện cường độ và độ võng.
1.1.2 Tính toán thiết kế dầm phụ
- Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng, nội lực M, V.
- Kiểm tra lại tiết diện dầm theo điều kiện cường độ độ võng và ổn định.
1.1.3 Tính toán thiết kế dầm chính
- Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng, nội lực M, V.
- Kiểm tra lại tiết diện dầm theo điều kiện cường độ và độ võng.
- Thay đổi tiết diện dầm.
- Kiểm tra ổn định cục bộ và tổng thể.
- Cấu tạo các chi tiết khác (sườn đầu dầm, liên kết cánh dầm và bụng dầm, tỉnh nối dầm).
Chọn vật liệu
- Thép cơ bản CCT38 có:
Bảng 1 2: Các thông số kỹ thuật
Thép daN/cm 2 daN/cm 2 daN/cm 2 daN/cm 2 daN/cm 2 daN/cm 2
+ Trọng lương riêng của thép:
+ Cường độ tiêu chuẩn chịu kéo, nén, uốn:
+ Cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn:
Que hàn daN/cm 2 daN/cm 2
+ Cường độ tính toán theo kim loại mối hàn:
+ Cường độ tính toán theo kim loại ở biên nóng chảy:
THIẾT KẾ BẢN SÀN
Xác định chiều dày bản sàn
- Với tải trọng tiêu chuẩn từ bảng quan hệ giữa tải trọng tác dụng trên sàn và chiều dày của bản sàn thép, chọn sơ bộ (Bảng 2 1)
Bảng 2 1: Bảng quan hệ giữa tải trọng tác dụng trên sàn và chiều dày của bản sàn thép
Tải trọng tác dụng, Chiều dày bản sàn thép
- Xác định nhịp bản sàn l theo biểu thức gần đúng sau: trong đó:
+ - tỷ số cần tìm giữa nhịp sàn và chiều dày sàn;
Sơ đồ tính toán bản sàn
Cắt 1 dải bản bề rộng 1cm theo phương cạnh ngắn của nhịp sàn Do sàn được hàn với dầm bằng đường hàn thẳng góc, dưới tác dụng của tải trọng sàn bị ngăn cản biến dạng, tại gối tựa sẽ phát sinh ra lực kéo H và mômen âm Bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm ta có sơ đồ tính của bản coi như 1 dầm đơn giản chịu lực phân bố (Hình 2 1) Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân sàn: p tc " kN/m 2
Hình 2 1 Sơ đồ tính bản sàn
Kiểm tra bản sàn
2.3.1 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ võng
- Độ võng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra: với - mômen quán tính dải bản rộng 1cm
- Hệ số là tỷ số giữa lực kéo và lực tới hạn Euler được xác định theo phương trình sau:
- Độ võng lớn nhất của bản sàn:
- Kiểm tra độ võng lớn nhất của sàn:
Kết luận: Bản sàn đảm bảo điều kiện về độ võng cho phép.
2.3.2 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ bền
- Lực kéo tác dụng trong bản tính theo công thức:
- Xác định momen uốn lớn nhất :
- Momen kháng uốn của dải bản rộng 1cm:
- Diện tích tiết diện của dải bản rộng 1cm:
- Ứng suất lớn nhất trong sàn:
Vậy bản sàn thỏa điều kiện bền.
2.3.3 Kiểm tra đường hàn liên kết giữa bản sàn và dầm
- Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm chịu lực kéo H.
- Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm phụ:
- Tính toán chiều cao đường hàn liên kết giữa bản sàn và dầm phụ:
- Theo yêu cầu chiều cao đường hàn nhỏ nhất liên kết bản sàn với dầm phụ phải thỏa mãn điều kiện: Chọn
THIẾT KẾ DẦM PHỤ
Sơ đồ tính toán
- Dầm phụ được coi là dầm đơn giản có hai đầu là hai gối tựa Tải trọng tác dụng lên dầm phụ là tải từ sàn truyền vào dưới dạng phân bố đều (Hình 3 1) q t(kN/m)
Hình 3 1: Sơ đồ tính dầm phụ
Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm phụ
- Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm phụ
- Momen lớn nhất M max ở giữa dầm
- Lực cắt lớn nhất V max tại gối tựa
Chọn kích thước tiết diện dầm phụ
- Momen kháng uốn của dầm phụ:
- Từ tra bảng thép cán (Bảng I.6 phụ lục I) chọn thép hình chữ I27a (Hình 3 2) có momen kháng uốn
Hình 3 2: Thép định hình I27a Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật thép I27a
Thép W x I x S x t w d g cm 3 cm 4 cm 2 cm 3 mm kg/m
Kiểm tra tiết diện dầm phụ
3.4.1 Kiểm tra dầm phụ theo điều kiện bền
- Tải trọng tính toán và tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm phụ kể cả trọng lượng bản thân dầm
- Mômen và lực cắt lớn nhất có kể đến trọng lượng bản thân dầm
- Kiểm tra ứng suất pháp
- Kiểm tra ứng suất tiếp
Vậy dầm đảm bảo yêu cầu về cường độ.
3.4.2 Kiểm tra dầm phụ theo điều kiện độ võng
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng vào dầm phụ kể đến trọng lượng bản thân dầm
Vậy dầm đảm bảo điều kiện về độ võng.
Kiểm tra điều kiện ổn định của dầm phụ
3.5.1 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
- Do tiết diện dầm phụ là 1 thép hình cán nóng bản bụng và bản cánh cùng là một hệ thống nhất nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ.
3.5.2 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể
- Do cánh trên của dầm phụ (cánh nén) có bản sàn được hàn chặt vào ngăn không cho dầm chuyển vị võng ra khỏi mặt phẳng vì vậy không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.
THIẾT KẾ DẦM CHÍNH
Tải trọng tác dụng lên dầm
Hình 4 1 Sơ đồ tính dầm chính
- Lực tâp trung do tải trọng dầm phụ đặt lên dầm chính
Vì các dầm phụ đặt cách nhau 1m nên tải trọng do dầm phụ truyền lên dầm chính là phân bố đều.
- Mômen và lực cắt lớn nhất ở dầm chính
Chọn tiết diện dầm
- Chiều cao dầm đảm bảo điều kiện: trong đó: xác định phụ thuộc vào kiến trúc.
- Chiều cao được xác định theo công thức tính toán độ võng của dầm Có thể tính gần đúng theo công thức khi đưa các tải tập trung về phân bố đều:
- Chiều dày nhỏ nhất của bản bụng được xác định theo bản bụng chịu lực cắt lớn nhất
- Khi dầm đảm bảo ổn định không dùng sườn để gia cường:
+ Từ hai điều hiện trên, chọn
- Chiều cao kinh tế tính theo công thức:
+ Chọn sơ bộ hệ số k = 1,2;
- Dựa vào và chọn sơ bộ chiều cao
Kiểm tra chiều dày bản bụng dầm (t w )
Bản bụng đủ khả năng chịu lực cắt.
Tính bản cánh dầm
- Diện tích bản cánh dầm xác định theo công thức:
Với là khoảng cách trọng tâm giữa 2 cánh dầm
Thỏa mãn các điều kiện sau:
Hình 4.2 Tiết diện dầm chính
4.5 Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài
- Để tiết kiệm vật liệu và giảm tải trọng bản thân dầm, khi thiết kế nên giảm kích thước tiết diện của dầm đã chọn ở tiết diện dầm có momen bé cụ thể là giảm bề rộng cánh (giữ nguyên
Tại vị trí thay đổi hai cánh dầm được nối bằng đường hàn đối đầu, phương pháp kiểm tra thông thường.
- Momen tại vị trí thay đổi tiết diện:
- Xác định momen kháng uốn sau khi thay đổi tiết diện, khi mối nối cánh kéo dùng đường hàn đối đầu thẳng góc và phương pháp kiếm tra thông thường:
- Xác định mômen quán tính của tiết diện sau khi đã thay đổi: và từ công thức:
- Kiểm tra phải thỏa mãn các điều kiện cấu tạo sau:
+ Để dầm liên kết với các dầm phụ bên trên dễ dàng
+ Để các đặt trưng chịu lực của tiết diện trước và sau khi đổi không bị chênh nhau quá nhiều: Thỏa mãn
+ Để không làm giảm nhiều và khả năng chống oằn bên của dầm:
Thỏa mãn Kết luận: Thay đổi tiết diện giảm bề rộng cánh dầm hợp lý
Hình 4 3 Tiết diện dầm chính sau khi thay đổi tiết diện
4.6 Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ
4.6.1 Xác định các đặc trưng hình học
4.6.2 Kiểm tra điều kiện bền chịu uốn
- Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính (có kể đến trọng lượng bản thân dầm):
- Mômen lớn nhất tại vị trí nguy hiểm dầm chính do gây ra
Thỏa mãn điều kiện Kết luận: Vậy dầm chịu được ứng suất chính, kích thước chọn hợp lý.
4.6.3 Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt
- Lực cắt lớn nhất tại vị trí nguy hiểm dầm chính do gây ra:
Kết luận: Vậy dầm chịu được ứng suất tiếp, kích thước chọn hợp lý.
4.6.4 Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh
- Mômen tại ví trí do gây ra:
- Mômen của bản cánh tại vị trí do gây ra:
- Lực dọc trong đường hàn đối đầu:
- Ta có công thức kiểm tra ứng suất cho cánh chịu kéo:
4.6.5 Kiểm tra ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ
- Tại mỗi vị trí dầm chính có 2 dầm phụ gối lên 2 bên dầm chính nên:
+ Chiều dài truyền tải trọng nén bụng dầm:
4.6.6 Kiểm tra ứng suất tương đương tại nơi thay đổi tiết diện dầm
- Tại nơi thay đổi tiết diện dầm có lực tập trung nên kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức: td 1 2 c 2 c 1 3 1 2 1,15 f c
+ Lực cắt tại ví trí do gây ra:
4.6.7 Kiểm tra độ võng cho dầm
Xác định tải trọng tiêu chuẩn với
Kiểm tra điều kiện ổn định cho dầm
4.7.1 Kiếm tra điều kiện ổn định tổng thể
- Khi dầm có một trong các điều kiện sau đây thì không cần kiểm tra ổn định tổng thể: + Có bản sàn bê tông cốt thép hoặc bản sàn thép đủ cứng liên kết chắc chắn với nén của dầm.
+ Khi tỷ số thỏa mãn biểu thức sau:
Kết luận: Vậy dầm đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể.
4.7.2 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ a) Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản cánh
- Không cần kiểm tra cục bộ cho bản cánh vì trong quá trình chọn đã thỏa mãn điều kiện: b) Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản bụng
- Do đó, bản bụng cần phải đặt thêm các sườn ngang gia cường và kiểm tra ổn định.
- Khoảng cách lớn nhất của các sườn ngang:
- Khi được gia cường sườn, độ ổn định của bụng dầm được tăng lên Kiểm tra lại độ ổn định như sau: trong đó
- Khoảng cách lớn nhất của các sườn ngang:
- Bề rộng và chiều dày sườn:
- Chiều cao sườn bằng chiều cao bụng dầm.
- Chiều cao đường hàn liên kết sườn với cánh hoặc bụng dầm:
- Chọn chiều cao đường hàn
Hình 4 4 Sườn gia cường trong dầm b) Kiểm tra ứng suất trong các ô
Hình 4 5 Bố trí sườn gia cường trong dầm
- Khi lực tập trung tác dụng ở cánh nén dầm và độ mảnh quy đổi của bản bụng
, thì kiểm tra ổn định theo công thức:
- Điểm kiểm tra tại vị trí đặt dầm phụ cách đầu dầm:
- Tính ứng suất giới hạn :
Với hệ số tra ở bảng 3.7.
- Tính ứng suất cục bộ giới hạn trong đó:
- Ứng suất tiếp tới hạn : trong đó:
Kết luận: Ổ bụng 1 đảm bảo ổn định.
- Khi lực tập trung tác dụng ở cánh nén dầm và độ mảnh quy đổi của bản bụng
, thì kiểm tra ổn định theo công thức:
- Điểm kiểm tra tại vị trí đặt dầm phụ cách đầu dầm:
- Tính ứng suất giới hạn
Với hệ số tra ở bảng 3.4.
- Tính ứng suất cục bộ giới hạn trong đó: hệ số tra bảng 3.6.
- Tính ứng suất tiếp tới hạn : trong đó:
Kết luận: Ổ bụng 2 đảm bảo ổn định.
Tính toán liên kết giữa cánh và bụng dầm
- Trong dầm tổ hợp hàn, mỗi bản cánh liên kết với bản bụng bằng các đường hàn góc, nằm ở góc tạo thành nữa bản cánh với bản bụng.;
- Khi chịu uốn, bản cánh có xu hướng trượt tương đối so với bản bụng Gọi là lực trượt trên 1 đơn vị chiều dài dầm, ta có: trong đó:
Vậy chọn chiều cao đường hàn
Tính toán mối nối dầm bản bụng
- Nội lực tại ví trí do gây ra:
Chọn bản ghép có diện tích tiết diện bề rộng
Hình 4 6 Mặt cắt mối nối đầm
- Kiểm tra tiết diện bản ghép:
- Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực, do vậy có mômen lệch tâm
Chọn chiều cao đường hàn:
- Kiểm tra ứng suất trong đường hàn:
Trong đó, có 2 đường hàn góc:
(Hàn không có bản lót: ).
Tính toán sườn đầu dầm
- Sườn đầu dầm chịu phản lực gối tựa:
- Bề rộng sườn đầu dầm chọn bằng bề rộng bản cánh:
- Tiết diện của sườn đầu dầm đảm bảo về điều kiện ép mặt:
- Chọn sườn có kích thước:
Kết luận: tiết diện sườn đầu dầm đảm bảo thỏa điều kiện ép mặt.
4.10.1 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ
4.10.2 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể
Hình 4 7 Mặt cắt sườn đầu dầm
Với tra bảng II.1 phụ lục II
Tính toán cột thép chịu nén đúng tâm
Cột chịu nén đúng tâm thép CCT34, hệ số điều kiện làm việc độ mảnh cho phép Chọn hệ số uốn dọc
- Xác định chiều dài tính toán của cột theo x, y:
- Diện tích cần thiết tiết diện cột:
+ Vì tại vị trí cột giao với dầm chính có 2 giá trị phản lực liên kết Tại vị trí này, cả 2 bản cánh đều chịu nén theo phương ngang nên và chỉ còn giá trị phản lực
- Xác định kích thước tiết diện bản cánh và bản bụng:
Hình 4.8 Mặt cắt cột thép
- Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:
- Bán kính quán tính của cột theo trục x và y:
- Độ mảnh của cột theo x và y:
- Kiểm tra độ mảnh của cột:
- Kiểm tra ổn định tổng thể:
- Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:
Ta thấy, : thỏa mãn điều kiện.