tài liệu đồ án thép 1 cho sinh viên kiến trúc xây dựng

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP SỐ Đề bài: Thiết kế hệ dầm sàn thép với số liệu tính tốn bảng: B (m) L(m) ptc(KN/m2) Loại dầm Sàn Vật liệu 10,5 22,2 Hàn Thép CCT38s Vật liệu thép số hiệu CCT38s, có cường độ tính tốn: 2 v f=2300 daN/cm ; f = 1330 daN/cm ; fu= 3800 daN/cm Độ võng giới hạn cho phép: sàn [ ∆ ∆ / ls ]=1/150; dầm phụ ∆ [ /B]=1/250; dầm [ /L]=1/400 Hệ số vượt tải: tĩnh tải γg =1,05; hoạt tải γP =1,2 E = 2,1.105 ( N / mm ) Khi tính tốn coi chiều dày không lớn 20mm Loại que hàn N42, tính tốn coi hàn tay hết, kiểm tra mắt thường Kích thước xe chuyên chở lớn nhà máy có 9m Chiều dài thép tối đa nhà máy có 8m I.CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ DẦM SÀN: Chọn cách bố trí phổ thơng, dầm phụ đặt dầm trực tiếp đỡ sàn: L B ls A-A A A II.TÍNH BẢN SÀN: 1.Chọn kích thước sàn: Kích thước sàn xác định gần giá trị tỷ số nhịp lớn s chiều dày t sàn: ls ts Trong đó: = ls ts 4n0 72 E (1 + tc1 ) 15 n0 q tỷ số cần tìm nhịp sàn chiều dày sàn ∆ n0 = [l/ ] = 150 E = E 2,1.105 = − ν − 0,32 = 2,307.105 (N/mm2 ) tc Với tải trọng tiêu chuấn q =22,2 (kN/m ) Tra bảng 2.2 => chọn tS = 11 mm ⇒ ls 4.150 72.2,307.105 = (1 + ) = 99,12 ts 15 1504.0, 0222 ls l s = = 99,12 ts 11  ls = 1090,32 mm Chọn ls = 1050mm Trên ô sàn bố trí 11 dầm phụ Kiểm tra sàn Xét cho dải sàn 1m có sơ đồ tính sau: q H H f Tải trọng tác dụng sàn có kể đến trọng lượng thân sàn:  tải trọng tiêu chuẩn: qstc = ( p tc + t s ρ ).1 = (22, + 0, 011.78,5).1 = 23,064(kN/ m)  tải trọng tính tốn: qstt = ( p tc γ p + ts ρ γ g ).1 = (22, 2.1, + 0,011.78,5.1,05).1 = 27,55(kN/ m) a) Kiểm tra độ võng sàn: ∆ 1+α ∆ Độ võng tải trọng tiêu chuẩn lực kéo H tác dụng: = Trong đó: ∆0 độ võng nhịp có sơ độ làm việc dầm đơn tc s giản q gây ∆0 = qstc ls 23, 064.1, 054.12 = = 0,0143( m) 384 E1.I x 384 2,307.108.0,0113 với Ix =  1.ts3 1.0, 0113 = 12 12 Hệ số α xác định qua phương trình Ơle: ∆ 02 0, 01432 α (1 + α ) = = = 5, 07 ts 0, 0112 Bằng cách thử dần ta tính α =1,124 ⇒ Độ võng sàn: ∆ = ∆0 0,0143 = = 0, 00673(m) + α + 1,124 ∆ ∆ 0, 00673 = = 0, 00641 ≤   = = 0, 00666 ls 1, 05  ls  150 ⇒ Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép b) Kiểm tra cường độ sàn: Kiểm tra sàn theo diều kiện cường độ: σ = H M max + ≤ f γ c As Ws s s A - diện tích tiết diện sàn rộng 1m: A =100ts=100.1,1=110 cm2 s W - mômen kháng uốn tiết diện dải sàn rộng m 100.ts2 100.1,12 Ws = = = 20,17(cm3 ) 6  Lực kéo H tác dụng tính theo cơng thức: π2 H =γp  ∆  3,142   E1.ts = 1,  ls    150  2,307.10 11.1 = 333, 61( N ) Mômen lớn nhịp sàn: qstt ls2 27,55.1,052 M0 = = = 3,797( kN m) 8 ⇒ M max = M Vậy 1 = 3, 797 = 1, 788( kN m) 1+ α + 1,124 ứng suất lớn sàn: H M max 333,61 1,788.106 σ= + = + = 88,68 N / mm2 ≤ f γ c = 230 N / mm2 As Ws 11000 20,17.10 Kết luận: Sàn đảm bảo khả chịu lực c)Tính liên kết hàn: Đường hàn liên kết sàn với dầm phụ phảI chịu lực H Chiều cao đường hàn xác định theo công thức: hf ≥ H ( β f w ) γ c Với thép CCT38s dùng que hàn N42 có: wf ws u Tra bảng 2.4: f =180 (N/ mm ); f =0,45.f = 0,45.380=171(N/ mm ) Dùng phương pháp hàn tay nên βf =0,7; βs =1.( tra bảng 2.6) β f f wf = 0, 7.180 = 126( N / mm ) β s f ws = 1.0, 45.380 = 171( N / mm ) ( β f w ) = min( β f f wf ; β s f ws ) = 126( N / mm ) Thay số vào ta có: hf ≥ Lấy H 333,61 = = 2,65(mm) ( β f w )min γ c 126 hf thoả mãn:  h f ≤ 1,2t s = 1,2.1,1 = 13,2mm   h f ≥ 5mm f Ta lấy chiều cao đường hàn liên kết sàn với dầm phụ h =5mm thoả mãn yêu cầu cấu tạo Sơ đồ mạng dầm bố trí hình vẽ D C II T ÍNH TỐN DẦM PHỤ: Sơ đồ tính tốn dầm phụ Sơ đồ tính tốn dầm phụ dầm đơn giản nhịp l = m chịu tác dụng tải trọng phân bố từ sàn truyền vào: tt M =130,19kN.m max max V =86,79kN 6m q =28,93kN/m Tải trọng tc Tải trọng tác dụng lên dầm phụ tải trọng p trọng lượng sàn thép Tải trọng tiêu chuẩn: tc qdp = ( ptc + t s ρ ).1s = (22, + 0, 011.78,5).1, 05 = 24, 217(kN/ m) Tải trọng tính tốn: qdptt = ( ptc γ p + ts ρ γ g ).l s = (22, 2.1, + 0, 011.78,5.1, 05).1,05 = 28, 93(kN/ m) Xác định nội lực tính tốn  Momen lớn dầm: qdptt B Mmax=  = 28,93.62 = 130,19(kN.m) Lực cắt lớn gối tựa: qdptt B Vmax= = 28,93.6 = 86,79 (KN) 4.Chọn kích thước tiết diện dầm Mơ men kháng uốn cần thiết cho dầm có xét đến biến dạng dẻo: M max 130,19.10 Wx ≥ = = 505,396cm3 1,12 f γ c 1,12.23 Tra bảng thép cán sẵn, chọn thép chữ I N33 có đặc trưng hình học: f WX = 597 cm3; g = 42,2 kg/m; b = 140 mm SX = 339 cm3 JX = 9840 cm4; d=7,0 mm h = 330 cm; t = 1,12 cm 330 7,0 11,2 140 Kiểm tra lại tiết diện Momen lực cắt trọng lượng thân dầm: M bt = Vbt = gbt γ g l gbt γ g l = 42, 2.1, 05.62 = = 199, 4kg m = 199, kN.cm 42, 2.1,05.6 = 132,93kg ≈ 1,329kN 5.1 Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền: - Kiểm tra ứng suất pháp: M max + M bt 130,19.106 + 199,4.104 σ max = = = 197,69 N / mm2 ≤ f γ c = 230 N / mm 1,12.WX 1,12.597.10 => Dầm chọn đảm bảo điều kiện bền uốn -Kiểm tra ứng suất tiếp: fy (Vmax + Vbt ) S x (86,79.103 + 1,329.103 ).339.103 240 τ= = = 43,37 N / mm ≤ f γ = 0,58 = 0,58 .1 = 133 v c I x tw 9840.104.7 γM 1,05 => Dầm cho thoả mãn điều kiện chịu cắt 5.2.Kiểm tra võng dầm: ∆ (qtc + gtc )l3 (24,217.10− + 0,422.10− ).6003 = = l 384 E I x 384 2,1.104.9840 ∆  = 0,00335 ≤   = 0,004  l  dp Kết luận: Dầm chọn đạt yêu cầu cường độ độ võng 5.3.Kiểm tra ổn định tổng thể: Không cần kiểm tra ổn định tổng thể phía dầm phụ có sàn thép hàn chặt với cánh dầm III.TÍNH TỐN DẦM CHÍNH: Sơ đồ tính tốn dầm chính: dầm đơn giản chịu tác dụng tải trọng coi phân bố 13m V = 925,26kN max max M =2428,81kN.m tt q =176,24kN/m 2.Tính tải trọng tác dụng Theo cách bố trí dầm có 10 dầm phụ đặt lên dầm Lực tập trung phản lực dầm phụ đặt lên dầm : tc tc 2.Vdptc = ( qdp + g dp ).l = (24, 217 + 0, 422).6 = 147,834(kN ) tt tt 2.Vdptt = ( qdp + g dp ).l = (28,93 + 0, 422.1, 05).6 = 176, 24( kN ) Vì dầm phụ đặt cách 1,05m nên tải trọng dầm phụ truyền xuống dầm phân bố tc qdc = 147,834( kN / m) tt qdc = 176, 24(kN/ m) Xác định nội lực tính tốn qdctt L2 176, 24.10,52 M max = = = 2428,81( kN m) 8 qdctt L 176, 24.10,5 Vmax = = = 925, 26(kN ) 2 Thiết kế tiết diện dầm a Chọn chiều cao hd theo điều kiện: hmin ≤ hd ≤ hmax  hd ≈ hkt (Trong hmax khơng hạn chế) 10  Chiều cao hmin tính gần theo công thức: hmin = với tc q dc = tt γ tb q dc  tw 7+ =  f L 23   L = 400.0,84.10, 5.102 = 80,5(cm) 24 E  ∆  γ tb 24 2,1.10 = 147,834 176, 24 = 0,84 w d Xác định t theo công thức kinh nghiệm sau:( Khi h từ đến m) 3hmin 3.80,5 = 7+ = 7, 42(mm) 1000 1000 , chọn tw = (cm) Chiều cao hkt dầm tính theo cơng thức: M max 2428,81.102 hkt = k = 1,15 = 118, 2( cm) f tw 23.1 Hệ số k = 1,15- tổ hợp dầm hàn Ta có tỉ số: hkt 118, tw = =118,2 Dựa vào hmin hkt sơ chọn chiều cao hd = 120 cm  Kiểm tra lại chiều dày bụng: d Sơ chọn tf =2 cm; hw = h - 4= 120 – = 116(cm) tw = 1cm ≥ 1, Vmax 925, 26 = 1, hw f v 116.13, = 0,899cm Thoả mãn b) Chọn kích thước cánh dầm  Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức gần sau: 11  M max hd tw hw3   242881 120 1.1163  Af = b f t f =  − − = 72, 33(cm) ÷ =  ÷ f γ 12 h 23.1 12 118  c   fk  Chọn bf tf phải thoả mãn điều kiện:  +, bf ≥ 18 cm +,bf = +, t f ≥ bf +, tf 1 ( ÷ ) d h =(24 - 60)cm w 1cm= t t f ≤ cm ≤ 30 f f Từ điều kiện trên, ta chọn kích thước tiết diện cánh: b x t = 40 x cm x x c) Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài: Điểm để thay đổi kích thước cánh dầm cách gối tựa: x = L/6 =1,75(m) 12 Mx = q.x.(L − x) 176, 24.1, 75(10,5 − 1, 75) = = 1349,34(kN m) 2 Diện tích tiết diện cánh cần thiết vị trí thay đổi:  M x hd t w hw3   134934 120 1.1163  A = b t f =  − − = 40,8(cm) ÷ =  ÷ f 12 h 0,85.23 12 118   wt  fk  ' f ' f Chọn: bf’ = 22(cm) 5.Kiểm tra tiết diện dầm: Momen trọng lượng thân dầm: 13 M bt = γ g ρ (tw hw + 2b f t f ) L2 (0,01.1,16 + 2.0, 4.0,02)10,52 = 1,05.78,5 = 31,35kN m Momen quán tính thực tiết diện dầm: h 2fk 1.1163 tw hw3 1182 Ix = + bf t f = + 40.2 = 687035cm 12 12 Momen kháng uốn thực dầm là: Wx = 2.I x 2.687035 = = 11450,58cm3 hd 120  Kiểm tra ứng suất pháp tiết diện nhịp: M max + M bt 2428,81.106 + 31,35.106 σ max = = = 214,85 N / m m2 ≤ f γ c = 230 N / m m2 Wx 11450,58.10  Kiểm tra ứng suất tiếp gối tựa: τ= (Vmax + Vbt )S'x ≤ f vγ c I x' tw Lực cắt trọng lượng thân dầm: Vbt = γ g ρ (t w h w + 2b f t f ) S'x = b'f t f I'x L 10,5 = 1,05.78,5(0,01.1,16 + 2.0, 4.0,02) = 11,94kN 2 hfk A w h w 118 1.116 116 + = 22.2 + = 4278cm3 2 2 hfk t w h3w 1.1163 1182 ' = + 2bf t f = + 2.22.2 = 436403cm 12 12 Wx' 2.I x' 2.436403 = = = 7273,38cm3 hd 120 14 (Vmax + Vbt )S'x (925, 26 + 11,94).103.4278.103 ⇒τ = = = 91,87 N / mm ≤ f vγ c = 133N / mm ' I xtw 436430.10 10  Kiểm tra ứng suất pháp đường hàn đối đầu nối cánh: M bt' = γ g ρ (tw hw + 2b f t f ).x(L− x) = 1,05.78,5 (0,01.1,16 + 2.0, 4.0,02).1, 75.(10,5 − 1,75) = 17, 42kN m M x + M bt' 1349,34.106 + 17, 42.106 ⇒σ = = = 187,9 N / m m ≤ f wt γ c = 0,85 f = 200 N / m m ' Wx 7273,38.10 ' x Kiểm tra ứng suất cục nơi đặt dầm phụ: σc = Điều kiện kiểm tra : Trong : P ≤ γ f t w lz c dp P = 2(Vmax + Vbtdp ) = 2(86,79 + 1,329) = 176,24 kN lz = bdp + 2t f = 14 + 2.2 = 18cm 176, 24.103 σc = = 97,91N / mm < f γ c = 230 N / mm 10.180 Ta có: Thỏa mãn Kiểm tra ứng suất tương đương nơi thay đổi tiết diện dầm: (M x + M'bt ) (1349,34 +17,42).106.1160 =181,65 σ1 = h = w 7273,38.103.1200 Wx' h N/mm (V +V )S' (616,84 + 7,963).103.4278.103 τ1 = x ' bt x = = 61,24 436430.104.10 Ix t w N/mm Trong : L Vbt = gdctt    10,5 − x ÷ = 2,275   − 1,75 ÷ = 7,963kN 2      10,5  tt  L Vx = q dc  − x ÷ = 176,24  − 1,75 ÷ = 616,84 kN 2    15 σtd = σ12 + 3τ21 = 181,652 + 3.61,242 σ td = 210,35N / mm ≤ 1,15fγ c = 264,5N / mm Thỏa mãn 6.Kiểm tra ổn định dầm: 6.1 Kiểm tra ổn định tổng thể: Kiểm tra tỷ số l0/bf:  b lo ≤ 0,41 + 0,0032 f bf  tf   b +  0,73 − 0,016 f  tf   b  ÷ f  ÷ h fk    E f 105  40  40  40  2,1.104 ≤ 0,41 + 0,0032 +  0,73 − 0,016 ÷  40   118  23  2,625 ≤ 18,52 l0 – khoảng cách dầm phụ, 1,05 m  Dầm đảm bảo ổn định tổng thể 6.2 Kiểm tra ổn định cục bộ:  Kiểm tra ổn định cục cách: Điều kiện ổn định cánh nén dầm chỗ có ứng suất lớn nhịp Khi cánh làm việc đàn hồi: b0 b f − tw 40 − = = = 9,75 tf 2.t f 2.2 b0 E ≤ 0,5 tf f < 0,5 2,1.105 230 = 15,11 16  Bản cánh dầm đảm bảo ổn định  Kiểm tra ổn định cục bụng: λw = hw f 116 23 = = 3,84 >  λ w  = 3, tw E 2,1.104 Bản bụng phải đặt sườn ngang kiểm tra ổn định Khoảng cách lớn sườn ngang: a