THIẾT KẾ HỆ DẦM SÀN THÉP

TRƯỜN G ĐẠI HỌ C KIẾN TRÚ C HÀ NỘI T S Đ O À N TUYẾT N G Ọ C THIẾT KẾ DẦM SÀN THÉP (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY D ựN G HÀ N Ộ I - LỜI NÓI ĐẦU Đ ề phục vụ cho nhu cầu học tập thiết k ế m ạng d ầ m sàn thép công trình xây dựng nhà dân dụng công nghiệp, năm 1986 trường Đ ại học Kiến trúc Hà Nội xuất sách hướng dẫn Thiết kê hệ dầm sàn thép H iện nay, với p h t triển ngành xây dựng theo xu hướng đổi hội nhập với p h t triển quốc tế, nước ta quy p h m tiêu chuẩn kết cấu thép có thay đổi Quy ph ạm TCXDVN 5575 : 1991 K ết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kê thay th ế TCXDVN 338 : 2005 K ết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế Cập nhật thay đôi nhằm đ ả m bảo phù hợp với thực tế xây dựng hệ dầm sàn thép nhà cao tầng, sách hướng dẫn Thiết k ế hệ dầm sàn thép viết lại với nội dun g đổi đầy đủ hơn, sử dụng quy phạm ban hành Cuốn sách giúp cho rác kĩ sư, sinh viên ngành xây dựng hiểu rõ cấu tạo tính toán hệ dầm sàn thép hệ dầm sàn liên hợp Tác giả mong nhận góp ý độc giả bạn nghiệp Tác giả CÁC KÝ HIỆU CHÍNH s DỤNG TRONG SÁCH A C ác đặc trư n g hình học A diện tích tiết diện nguyên A, diện tích tiết diện cánh Aw diện tích tiết diện bụng chiều cao tiết diện dầm chiều cao nhỏ dầm ^max chiểu cao lớn dầm 'kl chiều cao kinh tế dầm chiều cao tiết diện bụng fk khoảng cách trục cánh dầm chiều cao đường hàn góc chiểu dày sàn tvv chiều dày bụng dầm chiều dày cánh dầm chiểu rộng bàn cánh dẩm chiều rộng phần hảng cánh chiều rộng sườn đứng mômen qưán tính tiết diện dầm trục x-x w, mômen chống uốn tiết diện dầm trục x-x s* mô men tĩnh cúa nửa tiết diện dầm trục x-x L chiều dài nhịp dầm L, chiều dài chịu tải quy ước khoảng cách sườn độ võng cho phép B Ngoại lực nội lực qtải trọng phân bố p Mx lực tập trung mômen uốn trục x-x c V lực cắt g tải trọng thân Cường độ ứng suất E m ôđun đàn hồi fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy thép f cường độ tính toán thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy fv cường độ tính toán chịu cắt thép fc cường độ tính toán thép ép mặt theo mặt phẳng tì đầu (có gia công phẳng) fw cường độ tính toán mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo giới hạn chảy fw( cường độ tính toán mối hàn đối đầu chịu kéo fwf cường độ tính toán đường hàn góc (chịu cắt quy ưóe) theo kim loại mối hàn fws cường độ tính toán đường hàn góc (chịu cắt quy ước) theo kim loại biên nóng chảy ứng suất pháp ơc ứng suất pháp cục c r; c cr ứng suất pháp tới hạn ứng suất cục tới hạn X ứng suất tiếp Tcr ứng suất tiếp tới hạn D K í hiệu thông sô Yc hệ số điều kiện làm việc kết cấu Yq hệ số độ tin cậy hoạt tải Yg hệ số độ tin cậy tĩnh tải cp hệ số tính ổn định sườn đầu dầm (pb hệ số giảm khả nãng chịu lực dầm xét đến điều kiện ổn định tổng thể Pf, Ị3S hộ số để tính toán đường hàn góc theo kim loại đường hàn biên nóng chảy thép C hương I KHÁI NIỆM CHƯNG VỀ HỆ DẦM SÀN THÉP - HỆ DẦM SÀN LIÊN HỢP Dầm cấu kiện kết cấu xây dựng, sử dụng rộng rãi kết cáu sàn nhà công nghiệp, dân dụng; kết cấu dầm mái nhà, dầm cầu, dầm cầu trục Tuỳ theo nhịp tải trọng tác dụng, dầm thép hình dầm thép tổ hợp (hàn, bu lông đinh tán), tiết diện đối xứng không Theo sơ đồ kết cấu dầm dám đom giản, liên tục dầm consơn Tuỳ theo kích thước nhà, có nhiều cách bố trí mạng lưới dầm đỡ sàn Trong thực tế thường dùng ba mạng lưới dầm: Hệ dầm đơn giản, hệ dầm phổ thông, hộ dầm phức tạp Bản sàn đặt hệ dầm sàn thép bê tông cốt thép (hệ dầm sà-1 liên hợp) Chiéu dày, bước nhịp hệ sàn tuỳ thuộc vào tải trọng tác dụng a) b) c) Hỉnh 1.1 Hệ mạng dầm a) Hệ dầm đơn giản; b) Hệ dầm phổ thông; c) Hệ dầm phức tạp Hệ dầm đơn giản (hình 1-la) dùng cho sàn nhà có tải trọng nhỏ K ết cấu gồm joại dầm (dầm sàn), bố trí song song với phương cạnh ngắn sàn Hệ dầm phổ thông (hình 1-lb) dùng tải trọng nhịp dầm không Kết cấu gồm hai hệ thống dầm đặt vuông góc với Dầm song song với phương cạnh dài sàn, tựa lên cột tường, dầm phụ đặt vuông góc với dầm Hộ dầm phức tạp (hình 1-lc) dùng tải trọng lớr) Kết cấu gồm hệ thống dầm: Dầm chính, dầm phụ dầm sàn Các dầm hệ liên kết phương án: Liên kết chồng, liên kết mặt liên kết thấp Liên kết chồng bố trí cấu tạo đơn giản, nhiên chiều cao kiến trúc lớn, tính ổn định thấp Liên kết m ật giảm chiều cao nhà, tăng độ ổn định, nhiên lắp đặt phức tạp Liên kết thấp có ưu điểm liên kết mật dùng hệ dầm phức tạp Chương II TÍNH TOÁN BẢN SÀN 2.1 CHỌN C H IỂU DÀY BẢN SÀN Bản sàn đặt hệ dầm bê tông cốt thép thép 2.1.1 Bản sàn bê tông cốt thép Nhịp sàn bê tông cốt thép thường chọn từ (2 h-3,5) m Chiều dày nhịp sàn xác định phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên sàn Thường chọn theo bảng 2-1 Bảng 2.1 Chiều dày sàn bê tông cốt thép tải trọng Chiếu dày t sàn bê tông cốt thép p (kN/m2), ram Nhịp tính toán (m) -2 -2 5 -3 30 + 35 1,5 + 2,0 100 120 120 140 2,0 4- 2,5 120 120 140 160 2,5 + 3,5 140 140 160 180 Bản sàn bê tông cốt thép liên kết vào dầm thép chốt thép, chốt hàn với dầm thép Khoảng cách đường kính chốt xác định theo lực cắt (điều kiện chống trượt) 2.1.2 Bản sàn thép Bản sàn thép liên kết với dầm đường hàn góc Sơ đồ tính sàn dầm siêu tĩnh bậc Chiều dày nhịp sàn chọn theo điều kiện độ bền độ cứng Sơ chọn chiều dày sàn theo tải trọng tác dụng (bảng 2-2) Bảng 2-2 Chiều dày sàn thép tải trọng Tải trọng tác dụng, p (kN/m2) Chiều dày sàn thép, ts (mm) < 10 -8 p ( p f v ) m in V c hf >1 12, 6.1 , \ 923,424.5056,5 + 8,185 559914 h, > 0,464cm 43 đó: pfwf = 0,7.18 = 12,60 kN/crn2; pfws = 1.0,45.34,50 = 15,52 kN/cm2; (Pfw)min = 12,60 kN/cm2 Chọn hf theo điều kiện cấu tạo hf = mm hàn suốt chiều dài dầm 5.4.9 T ính mối nối dầm Nối dầm nơi thay đổi tiết diện cánh để thuận tiện cho việc di chuyển, lắp ghép Bản cánh nối đường hàn đối đầu, bụng nối ghép dùng đường hàn góc Nội lực mối nối: M ị = 1539,04 kN.m V, = ,6 kN Mối nối coi chịu toàn lực cắt phần mô men bụng: Mh = Ì b I m = ^ 153904 = 45820,41kN.cm 559914 đó: Iw = 166698 cm4; = 559914 cm Chọn ghép có tiết diện (116 X l)cm ; bề rộng 10 cm 10 10 Kiểm tra tiết diện ghép: 2A bg = 2.116.1 > A w = 126.1 Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực Do có mô men lệch tâm Me: Me = 615,616.5 = 3078,08kNcm Chọn chiều cao đường hàn: hf = lOmm; hf > h = 5mm; hf < l ,2 t = 1,2.1 = 12mm 44 w f = 2(116 - l)2l/6 = 4408,33cm ; Af = 2(116 —1)1 = 230cm Kiểm tra ứng suất đường hàn: M w, \2 + 'V N2 f 45820,41.104 + ,0 104 15,6 103 Af 4408,33.10 30.102 (d = 114,1 lN /m m < (pfw) = 126N/mm \2 5.4.10 Tính sườn đầu dầm Sườn đầu dầm chiu phản ỉực gối tựa: V = 908,484 + 14,94 = 923,424 kN Dùng phương án sườn đặt đầu dầm, dầm đặt phía gối khớp với cột Bề rộng sườn đầu dầm chọn bề rộng cánh: bs = b'f= 24 cm Tiết diện sườn đầu dầm đảm bảo điều kiện ép mặt: V 923 424 t =— = - Z f ± Z fZ - = 1,188 cm bsftyc 24.32,380.1 đó: f = —íy—= 32,380 kN/cm c 1,05 Chọn sưòfn gối có kích thước bsts = (24x1,2)cm 10 ft r n r m * '■rrnTTT LLLLLLM-kLLLim rTTTTTTTTTTTTTTTTT 20 li 12 45 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ: — < 0,5 ( 24- l ì = ,5 < ,5 2,-1:l° 1,2.2 V 21 = 15,8 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể: qu ,6 tlJ y = , = , 5 c m: A = A s + A qu =1,2.24 + 20,55 = 49,35 cm: b ^ + ,: y Ẽ ? ^ + ^ l l g V L = a i3 cm 12 ÍT is = s VA 12 1383,113 12 12 _ = 296cm V 49,35 X = ILe = _ i ^ L = ,79 ->q> = ,956 L 5,296 V 4? 103 = 195i 73N/mm < fyc = 210N/mm: = JLmM = Z ±±Z fZ i^ỉ (pA 0,956.49,35.102 46 PHỤ LỤC Bảng I T hép cacbon TCVN 1765 :1975 Giới hạn chảy fy, N/mm2, Độ dãn dài A, %, cho độ dày t, mm cho độ dày t, mm Độ bền Mác thép kéo fu, N/mm2 40 Không nhỏ — 23 22 20 - — 35 34 32 320 * 420 - - 34 33 31 CT34S 330 4- 420 220 210 200 33 32 30 CT34n, CT34 340 -r 440 230 220 210 32 31 29 CT38S 370+470 240 230 220 27 26 24 CT38n, CT38 380 + 250 240 230 26 25 23 CT38nMn 380 -i- 500 250 240 230 26 25 23 CT42S -5 260 250 240 25 24 22 CT42n, CT42 420 * 540 270 260 250 24 23 21 CT51n, CT51 510 -ỉ- 640 290 280 270 20 19 17 CT52nMn 460 + 600 290 280 270 20 19 17 >610 320 310 300 15 14 12 CTóln CT61 — 20 < t < 40 Bảng II Cường độ tiêu chuẩn fy , fu cường độ tính toán f thép cácbon (TCVN 570 : 1993) Đơn vị tính: N/mm2 Mác thép Cường độ tiêu chuẩn fy cường độ tính toán f thép với độ dày t (mm) t < 20 20 < t < 40 40 < t < 100 Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fu không phụ thuộc bể dày t (mm) fy f fy f fy f CCT34 220 210 210 200 200 190 340 CCT38 240 230 230 220 220 210 380 CCT42 260 245 250 240 240 230 420 48 Bảng III Cường độ tiêu chuẩn fy , fu cường độ tính toán f thép hợp kim thấp Đơn vị tính: N/mm2 Độ dày, mm Mác thép 30 < t < 60 20 < t < 30 t < 20 fu f fu fy f f fy 450 310 295 450 300 285 - 14Mn2 460 340 325 460 330 315 - lóMnSi 490 320 305 480 300 285 470 290 275 09Mn2Si 480 330 315 470 310 295 460 290 275 10Mn2Sil 510 360 345 500 350 335 480 340 325 lOCrSiNiCu 540 360 540 400 * 360 520 400* 360 4^ o o 1* L 09Mn2 - - Ghi chủ: * Hệ sô' yMđối với trường hợp 1,1; bề dày tối đa 40 mm Bảng IV Cường độ tính toán thép cán thép ống Trạng thái làm việc Cường độ Ký hiệu tính toán Kéo, nén, uốn f f Trượt fv f v = , f y /Y m Ép mặt lên đầu mút (khi tì sát) fc f« = f /Ym Ép mặt khớp trụ tiếp xúc chặt L fcc = 0,5 fu/yM Ép mặt theo đường kính lãn fcd fcd = 0,025 fu/yM = fy /Y m Bảng V Quy cách thép cán nóng (TCVN 2059 :1977) Bể dầy (mm) Bể rộng (mm) 200 ; 210 ; 220 ; 240 ; 250 ; 260 ; 280 ; 300 ; 320 ; 340 ; 360 ; ; ; ; ;10 ; 11; 12 ; 14 ; 16 ;18 ; 20 380 ; 400 ; 420 ; 450 ; 480 ; 500 ; 530 ; 560 ; 600 ; 63 0; 650 ; 670 ; 700 ; 750 ; 800 ; 850 ; 900 ; 950 ;1000 ;1050 200 ; 210 ; 220 ; 240 ; 250 ; 260 ; 280 ; 300 ; 320 ; 340 ; 360 ; 6; 25 ; 28 ; 30 ; 32 ; 36; 380 ; 400 ; 420 ; 450 ; 480 ; 500 ; 530 ; 560 ; 600 ; 63 0; 650 ; 40 ; 45 ; 50 ; 55 ; 60 670 ; 700 ; 750 ; 800 ; 850 ; 900 ; 950 ;1000 ;1050 49 Bảng VI Cường độ tính toán thép cán chịu ép mạt tì đầu, ép mặt cục khớp trụ, ép theo đường kính lăn Đơn vị tính: N/mm2 Cường độ tính toán Giới Ép mặt han Ép theo đường kính bền Tì đầu Cục khớp trụ N/mm2 (có gia công (giữa thớt cong với trục hình ưụ) phảng mặt) tiếp xúc chặt 360 327 164 365 332 166 370 336 168 380 346 173 390 355 178 400 364 182 10 430 391 196 10 440 400 200 10 450 409 205 10 460 418 209 10 470 427 214 11 480 436 218 11 490 445 223 11 500 455 ■ 228 11 510 464 232 12 520 473 237 12 530 473 237 12 540 482 241 12 570 504 252 13 590 522 261 13 635 578 289 14 lăn (trong kết cấu có độ di động hạn chế) Ghi chú: Giá trị cường độ tính toán lấy theo công thức bảng IV, với Ym = 1, 50 Bảng VII Quy cách thép cán nóng theo GOST 19903-74* Bé dày(ram): 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,63; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,9; 1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 18; 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 3,8; 3,9; 4,0; 4,5; 5; 5,6; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 12,5; 13; 13,5; 14; 14,5; 15; 15,5; 16; 16,5; 17; 17,5; 18; 18,5; 19; 19,5; 20; 20,5; 21; 21,5; 22; 22,5; 23; 23,5; 24; 24,5; 25; 25,5; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 58; 60; 62; 65; 68; 70; 72; 75; 78; 80; 82; 85; 87; 90; 92; 95; 100; 105; 110; 115; 120; 125; 130; 135; 140; 145; 150; 155; 160 Bề rộng(mm); 500; 510; 600; 650; 670; 700; 710; 750; 800; 850; 900; 950; 1000; 1100; 1250; 1400; 1420; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900; 2000; 2100; 2200; 2300; 2400;2500: 2600; 2700; 2800; 2900; 3000; 3200; 3400; 3600; 3800 Bé dày, IĨ1ĨĨ1 0,4-0,6 0,63-0,75 0,8-0,9 500-750; 1000; 1250 500-800; 1000; 1250 3ề rộng, mm 500-750; 1000 1,2-1,4 1,5-2,8 3-5,6 600-1000; 600-1250 600-1500 600-1800 1250 (tiếp theo) Bề dày, mm 6-7,5 8-10,5 11-12,5 13-25,5 26-40 42-160 Bé rộng, ram 700-2000 700-2500 1000-2500 1000-2800 1250-3600 1250-3800 Bẳng VIII Các đác trưng vật lý thép Các đặc trưng vật lý Giá trị Khối lượng riêng p, kg/mí: - Thép cán khối đúc thép 7850 - Khối đúc gang 7200 Hệ số dãn dài nhiệt a°, c 0,12.104 Môđun đàn hồi E, N/mm2 - Thép cán khối đúc thép 2,1.10* - Khối đúc gang 0.85.106 - Bó sợi thép song song 2,0.10Ã - Cáp thép xoắn cáp thép xoắn có lớp bọc 1,7.106 l Môđun trượt thép khối đúc gang G, N/mm2 Hệ số nờ ngang (hệ số Poát xông) 0,81.106 0,3 ĩlìi chú; Giá trị môđun đàn hổi cáp thép cho bảng ứng với lực kéo không bé 60% lực kéo đứt sợi cáp 51 Bảng IX Thép cán chữ I TCVN 1655 : 1975 Các ký hiệu: h : chiều cao b : bề rộng dầm d : chiều dầy bụng t : bề rộng trung bình cánh r : bán kính góc uốn tròn r : bán kính góc tròn mép I : Mô men quán tính w : Mô men chống uốn s : Mô men tĩnh nửa tiết diện rxy: bán kính quán tính — Kích thước, mm b 55 64 73 81 90 100 100 110 110 120 115 125 125 135 135 145 140 145 155 160 170 180 190 d 4,5 4,8 4,9 5,0 t 7,2 7,3 7,5 7,8 5,1 5,1 5,2 5,2 5,4 5,4 5,6 8,1 8,3 5,6 6,0 6,0 6,5 6,5 7,0 7,5 8,3 9.0 10,0 11,0 12,0 8,4 8,6 8,7 8,9 9,5 9,8 9,8 10,2 10,2 10.7 11,2 12,3 13,0 14,2 15,2 16,5 17,8 R 7,0 7,5 8,0 8.5 9,0 9,0 9,5 9,5 10,0 10,0 10,5 10,5 11,0 11.0 12,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 20,0 r 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 3,5 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 Diện tích Khối lượng 1m mặt cắt ngang, cm2 chiéu dài, kg 12,0 14,7 17,4 20,2 23,4 25,4 26,8 28,9 30,6 32,8 34,8 37,5 40,2 43,2 46,5 5,0 5,0 49,9 53,8 6,0 6,0 7,0 61,9 72,6 84,7 7,0 7,0 8,0 100,0 118,0 138,0 9,46 11.50 13,70 15,90 18,40 19,90 21,00 22,70 24,00 25,80 27,30 29,40 31,50 33,90 36,50 39,20 42,20 48,60 57 00 66,50 78,50 92,60 108,00 Đại lượng tra cứu cho trục Ix, cm4 198 350 572 873 1290 1430 1840 2030 2550 2790 3460 3800 5010 5500 7080 7780 9840 13380 19062 27696 39727 55962 76806 X - ,< Wx, cm3 39,7 58,4 81,7 109,0 143,0 159,0 184,0 203,0 232,0 254,0 289,0 317,0 371,0 407,0 472,0 518,0 597,0 743,0 953,0 1231,0 1589,0 2035,0 2560,0 Khối lượng 1m chiéu dái tính theo kích thước danh nghĩa với khối lượng riêng thép 7,85 g/cm3 Bán kính lươn R r dân bảng VIII hình vẽ không kiểm tra mà iàm số liệu cho thiết kế lô hỉnh ix^cm 4,06 4,88 5,73 6,57 7,42 7,51 8,28 8,37 9,13 9,22 9,97 10,10 11,20 Sx, cm3 23,0 33,7 46,8 62,3 81,4 89,8 104,0 114,0 11,30 12,30 12,50 13,50 229,0 268,0 14,70 16,20 423,0 545,0 18,10 19,90 708,0 919,0 1181,0 1491,0 21,80 23,60 131,0 143,0 163,0 178,0 210,0 292,0 339,0 ly, cm4 17,9 27,9 41,9 58,6 82,6 114,0 115,0 155,0 157,0 206,0 198,0 260,0 260,0 337,0 337,0 436,0 419,0 516,0 667,0 808,0 1043,0 1356,0 1725,0 Y -Y Wy, cm3 6,49 8,72 11,50 14,50 18,40 22,80 23,10 28,20 28,60 34,30 34,50 41,60 41,50 50,00 49,90 60.10 59,90 71,10 86,10 101,00 123,00 151,00 182,00 Cổng thức tính Tập trung Cánh Cánh Cánh Cánh Vị/ = 1,6 + 0,08a VỊ/ = 3,15 + 0,04a - 2,7.10'5a Phân bố Vị/ = 3,8 + 0,08a Vị/ = 5,35 + 0,04a - 2,7.10‘5a Bất k ỳ Bất k ỳ Vị/ = Tập trung Bất k ỳ Vị/ = ,7 \ựị Cánh VỊ/ = ,1 Vị/Ị V*/ = ,1 X /, Cánh V|/ = ,6 Vị/ẵ C ánh ên lị/ = ,1 V |/| Vị/ = l , v |/ j Cánh ụ = ,3 V ị VỊ/ = , Vị/, Tạp trung 1/4 nhịp Một Phân bố G hu hú: Trị s ố xựị a Cánh chất tải lấy bàng \ụ 40