BÀI tập lớn kết cấu THÉP 1 hệ dầm THÉP PHỔ THÔNG

Sơ đồ kết cấu: Hệ dầm đề ra là hệ dầm thép phổ thông, gồm hai hệ thống dầm đặt vuông gócvới nhau và song song với hai cạnh của ô sàn: Dầm chính đặt song song với cạnhdài của ô bản và kê

nhiÖm vô thiÕt kÕ bµi tËp lín m«n häc kÕt cÊu thÐp

PhÇn I: NhiÖm vô vµ sè liÖu thiÕt kÕ

I Néi dung, yªu cÇu

ThiÕt kÕ hÖ dÇm sµn b»ng thÐp, bao gåm 3 nhÞp, 3 bíc ( 3L x 3B), theo tr×nh

4 TÝnh to¸n, thiÕt kÕ dÇm chÝnh, theo c¸c néi dung:

xøng)

+ Liªn kÕt dÇm phô víi dÇm chÝnh

+ Nèi dÇm chÝnh (nÕu cÇn)

5 Tr×nh bµy sè liÖu vµ c¸c tÝnh to¸n trong quyÓn thuyÕt minh kÌm theo

II Sè liÖu thiÕt kÕ

HÖ sè vît t¶i: cña tÜnh t¶i g  1 , 05; cña ho¹t t¶i p  1 , 2

1/400.

2

-Phần II: 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 gócvới nhau và song song với hai cạnh của ô sàn: Dầm chính đặt song song với cạnhdài của ô bản và kê lên cột Dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn của ô, vàtruyền tải trọng từ sàn lên dầm Sơ đồ kết cấu nh hình vẽ

II Tính toán kích thớc bản sàn thép :

1 Chọn kích thớc bản sàn:

E n

t

l

4 0

1

1 15 4

) / ( 10 26 2 3 0 1

10 06 2 1

2 6

2

6 2

10 26 2 72 1 15

1000 45

2 Tính toán và kiểm tra bản sàn

Cắt một dải bản rộng 1cm theo chiều cạnh ngắn của nhịp sàn Do đợc hàn vớidầm bằng các đờng hàn góc, dới 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 thờng, mômen âm khá bé,trong tính toán thiên bề an toàn, bỏ qua ảnh hởng của mômen âm, chỉ xét ảnh h-ởng của lực kéo H Sơ đồ tính toán bản là dầm có hai gối cố định chịu tải trọng

 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:

) ( 108 0 12

2 1 1 10 26 2

100 269 0 384

5 384

5

3 6

4 1

4

I E

l q

x s c

108 0 3 3

1

2 2

0 2

1 108

0 1

-  0 66 ( )

150

1 100 150

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện kiểm tra độ võng

 Kiểm tra điều kiện bền của bàn sàn:

- Lực kéo tác dụng tải gối tựa bản là:

) ( 88 356 2 1 10 26 2 150

1 4 2 1 4

6 2

2 1

2 2

daN t

E l

H  Q              



- Mômen lớn nhất ở giữa nhịp bản là:

) ( 45 381 023 0 1

1 8

100 313 0 1

2100 )

/ ( 78 1886 6

2 1 1

45 381 2

1 1

88

Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện cờng độ

 Chiều cao đờng hàn liên kết giữa sàn và dầm chịu lực kéo H

H h





min

Trong đó:  f wmin  minf f wf; sf ws

min

cm f

H h

c w

5

) (

4 14 2

1 ) (

4

m in

mi n

mm h

mm t

mm h

f f

III Tính toán dầm phụ

Chọn dầm phụ là thép định hình cán nóng tiết diện chữ I

 Sơ đồ tính toán dầm phụ:

dầm phụ là tải từ sàn truyền và là tải phân bố đều

y y

 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm phụ là:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

420 3 31 8

420 3 31 2

.

V

tt dp









2 Chọn tiết diện dầm phụ:

Mô men chống uốn cần thiết cho dầm theo yêu cầu độ bền (có kể đến biếndạng dẻo)

) ( 4 293 2100 1

12 1

690165 12

1

3

f

M W

- Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền(có kể đến trọng lợng bảnthân dầm):

Tải trọng tiêu chuẩn:

)/(215.27315.09

420 631 31 8

2 2

420 631 31 2

f W

M



* max max

371

* max

x f t I

S V

) / ( 464 6 0 5010

S V

w X

E

B q

tc dp

Ta có:

004 0 250

1 0025

0 5010 10

06 2

420 215 27 384

Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền và độ võng

IV Tính toán dầm chính

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

Dầm chính đợc đặt lên trên cột, sơ đồ kết cấu là dầm đơn giản Tải trọng tácdụng lên dầm chính bao gồm: Trọng lợng bản sàn, dầm phụ và hoạt tải

Lực từ dầm phụ truyền lên dầm chính là lực tập trung, do các dầm phụ đặt gầnnhau nên có thể xem tải trọng tác dụnglên dầm chính là phân bố đều Tải trọngtập trung đựoc thay thế bằng tải trọng tơng đơng phân bố đều:

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

    114.3( / )

1000

420 315 0 9 26 10

cm daN L

B g q

(

cm daN L

B g q

2 1000 85 32 1 8

q

max

M

2 tt



) ( 66425 2

1000 85 32 1 2

-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 sự dụng và kinh tế

20

kt d

d

h h

h h h

Trong đó:

cứng trong quá trình sử dụng, không võng quá độ võng cho phép

tb

n

L l E

85 132

q q n

 80 2 ( )

16 1

1000 400

10 06 2

2300 24

w

yc kt

t

W k

3

§èi víi dÇm hµn chän hÖ sè cÊu t¹o k= 1.15

M«men kh¸ng uèn cÇn thiÕt lµ:

) ( 7220 1

.

t

W k

b. Chän chiÒu dµy b¶n bông dÇm:

VËy chiÒu dµy cÇn thiÕt cña bông dÇm lµ:

) ( 74 0 1 1340 100

66425 2

3 2

cm f

h

V

t

c v w

2300 5

5

96 5

.

E

f h

) ( 36 61 98

2 12

96 9 0 2

100 1 2300

16606250

2 12

2

2 2

3

2

3 max

cm h

h t h f

M t

b

A

w

w w c

f f

10 10

10 0 10

) (

60 30

) (

18

) 50 20

( 5

2

) (

8 5 59 2

23 00

10

0 6

cm h

b

cm t

b

cm b

cm h

b

cm t

f E b

f

f f

f

f f

Vì mômen uốn để tính ra tiết diện yêu cầu trên cha kể đến trọng lợng bản thân

dầm, nếu kể đến thì tiết diện dầm tính đợc sẽ lớn hơn Vì vậy chọn chiều rộng

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

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

) ( 412147 4

98 2 36 12

2 36 2

2 12

4 2

3 3

2 3

3

cm

h t b t b h

t I

cm h

I

) ( 4565 2

98 2 36 8

96 9 0 2 8

2 2

2

cm

h t b

h t S

S

f f

w w f w

Trọng lợng bản thân dầm chính là:

) / ( 81 1 10 85 7 4

1000 75

134 8

*

2 2

1000 75

134 2

2300 )

/ ( 2043 8243

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

Điều kiện bền của dầm theo mômen tại tiết diện giữa dầm là:iều kiện bền của dầm theo lực cắt tại tiết diện hai đầu dầm là:

) / ( 1330 1

1330 )

/ ( 2 829 9 0 412147

S V

c v w

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

* Kiểm tra điều kiện bền của dầm theo ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm phụ:

c z

bảo điều kiện bền do ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm phụ

* Không cần kiểm tra võng vì đã có:

h d = 100 (cm) > h min = 80.2(cm)

3 Liên kết dầm phụ với dầm chính:

sàn gác lên dầm phu và dầm phụ gác lên dầm chính, Chiều cao liên kết là:

Dùng đờng hàn góc ở hai bên mép cánh Cấu tạo liên kết nh hình vẽ

12

-4 Thay đổi tiết diện dầm:

Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lợng dầm khi thiết kế dầm ta thay đổi tiếtdiện dầm ở phần dầm có mômen uốn bé Chọn cách thay đổi bề rộng bản cánh vìbản cánh chủ yếu chịu mômen uốn trong dầm

Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn:

5

1 6

1 5

1 6

)1701000(17075.1342

)(1

2

1000 75 134

2300 85

0

9506613 85

.

0

3 1

f

M W

100 4863 2

4 1

I x  x    

) ( 8 36 98

66355 243150

2

2 2

h

I I

A

f

w x

Với: 66355 ( )

12

96 9 0 12

18

) (

18 2

) (

10 10

cm b

b

cm h

b

f

c f

d f

- Diện tích thực của cánh dầm đã thay đổi: Act = tf.bf’ = 2 x20 = 40 (cm2)

- Các đặc trng tiết diện dầm:

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

) ( 258462 4

98 2 20 12

2 20 2

' 2 12

4 2

3 3

2 3

3 1

cm

h t b t b h

t I

cm h

I

) ( 2997 2

98 2 20 8

96 9 0 2

' 8

2 2

2

cm

h t b

h t S

S

w f w

- Kiểm tra điều kiện cờng độ:

 Điều kiện bền của dầm theo mômen là:

) / ( 2300 1

2300 )

/ ( 1839 5169

Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen

Điều kiện bền của dầm theo lực cắt là:

14

-) / ( 1330 1

1330 )

/ ( 573 9

0 258462

2997 5

c v w

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

* Tại vị trí tiết diện thay đổi cách gối tựa 1.7 m không trùng vị trí đặt dầm phụ

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

) ( 1960 2

98 20 2 2

0 258462

1960 5

' 1

t I

S V

w x

96 5169

M

d

w x

1 

Có: tđ  1882 (daN/cm2 )  1 15  2300  2645 (daN/cm2 )

Vậy tiết diện thay đổi đủ khả năng chịu lực

b t

b t

b b

l

f

f f

f f

10 06 2 98

36 2

36 016 0 73 0 2

36 0032 0 41 0 1 778

b Kiểm tra ổn định cục bộ:

* Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

Khi chọn tiết diện bản cánh đã chọn để đảm bảo điều kiện cờng độ

* Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

- Kiểm tra theo ứng suất pháp:

Điều kiện đảm bảo ổn định của bản bụng dầm:

6 164 2300

10 06 2 5 5 5

5 67 106 9

h

w

w

Vậy bản bụng dầm đảm bảo ổn định bền theo ứng suất pháp

- Kiểm tra theo ứng suất pháp:

+ Độ mảnh quy ớc của bản bụng dầm:

- Độ mảnh quy ớc của bản bụng dầm:

56 3 10 06 2

2300 9

0

h

w

w w



-Do w  3 , 72 >  ow ] = 2,5 nên sau khi gia cờng bản bụng phải kiểm tra ổn định

(nh hình vẽ trên)

- Kiểm tra ô bản bụng 1:

ổn định theo công thức:

95 0

2 2

c c cr

)2

96 8243

) / ( 496 9 0 96

3 447

8 0 875 1 96

f c



Trong đó:

29 3 9 0

2 96

36 8

f

t

t h

 6195 7 ( / )

56 3

2300 14

a cr c

f c



34 3 10 06 2

2300 9

0 2

.

3

2300 701

ow

v cr

2300 9

0

1330 53

0

76 0 1 3

0 4 4005

496 8

4061

3 447 7 6195

2

2 2

Vậy ô bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ

định theo công thức:

95 0

2 2

c c cr

)2

-) / ( 1812 100

96 8243

3

.

447

8 0 875 1 96

180

w

cr cr

f c



Trong đó:

29 3 9 0

2 96

36 8

f

t

t h

2300 14

a cr c

f c



34 3 10 06 2

2300 9

0 2

.

3

2300 701

ow

v cr

2300 9

0

1330 267

0

76 0 1 3

0 12604

22 215 8

4061

3 447 7 6195

2 2

Vậy ô bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ.

Kiểm tra ổn định tơng tự cho ô bản 3 ta cũng có kết luận ô bản bụng đảm bảo

điều kiện ổn định.

6 Thiết kế cấu tạo và tính toán các chi tiết của dầm:

a. Tính liên kết giữa cánh dầm và bụng dầm:

Trong dầm tổ hợp hàn, mỗi bản cánh đợc liên kết với bản bụng bằng các đờnghàn góc, nằm ở góc tạo thành giữa bản cánh với bản bụng Khi dầm chịu uốn bản

có xu hớng trợt tơng đối so với bản bụng, đờng hàn liên kết cánh với bản bụngdầm phải chịu đợc lực trợt đó, không cho chúng trợt tơng đối với nhau Để đơn

Vì trên cánh dầm hàn có tác dụng cục bộ của lực tập trung F, mà tại đó dầmkhông có sờn gia cờng, nên đờng hàn liên kết cánh và bụng phải chịu thêm phầnứng suất cục bộ do lực tập trung gây ra Chiều cao cần thiết của đờng hàn đợc

 w c

z x

f f

f

l F I VS h

2

/ /

Trong đó:

+ S f – mômen tĩnh của một cánh dầm lấy với trục trung hoà

) ( 3528 2

98 2 36 2

3

cm

h t

b

S f  f f  f    

+ I x – mômen quán tính của tiết diện dầm (đã tính ở các phần trớc)

I x = 412147(cm4)

+ F, l z - Giá trị và chiều dài phân bố của lực tập trung (đã tính ở phần kiểm tra

1260 2

5 16 / 6642 412147

/ 3528 67375 2

/

min

2 2

cm f

l F I

VS

h

c w

z x

b. Tính sờn đầu dầm:

ở đầu các dầm tổ hợp phản lực gối có giá trị lớn, cần có thêm sờn gối để cùngvới bản bụng dầm chịu và truyền phản lực đến gối tựa Dùng giải pháp sờn gối

đặt tại đầu dầm, dầm gối lên đỉnh cột thép

* Chọn kích thớc tiết diện sờn gối:

20

-Chọn sờn đầu dầm có chiều rộng bằng chiều rộng cánh dầm, cấu tạo sờn gối

nh hình vẽ, ta có:

Bề rộng của sờn đầu dầm chọn bằng bề rộng của bản cánh:

chi tiết nối dầm chính với cột

Tấm gỗ chèn dày 2 cm

* Kiểm tra sờn gối dầm đã chọn:

- Không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản thép sờn gối, và đã chọn tiếtdiện theo điều kiện này

Xác định cờng độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép CCT38, theo cờng độ bền futính đợc : fc = fu/M = 3800/1.05 =3619(daN/cm2)

Diện tích ép mặt tại mút sờn gối (cần đợc bào phẳng, gọt nhẵn)

) ( 76 15 2300

10 06 2 65 0 9 0 65

A w  w      

Xác định các đặc trng hình học của tiết diện quy ớc tham gia chịu nén:

A = A s +A w1 = 20 + 15.76 =35.76(cm 2 )

6 4

4

4 s

2.06 10 E

Tra bảng II.1 phụ lục, tơng ứng với  = 22.2 ; có hệ số uốn dọc  = 0.957

đ-ờng hàn đối đầu thẳng góc để nối bản cánh đủ khả năng chịu lực

b. Tính mối nối bản bụng:

Bản bụng nối bằng bản ghép và dùng đờng hàn góc

Mối nối coi nh chịu toàn bộ lực cắt và phần mômen của bản bụng:

) ( 2440635 9506613

258462

66355

M I

-) ( 222338 5

5 44467

3 2

2

cm

l h

Kiểm tra ứng suất trong đờng hàn:

) / ( 874 119

22908 3372

2 1 2

cm daN A

V W

M

f x wf

/ (

min 2

cm daN f