THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP SỐ I THIẾT KẾ MẠNG DẦM SÀN BẰNG THÉP, ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC

Tính toán bản sàn thép: - Chọn kích thước bản sàn: bề dày t s , nhịp l s - Kiểm tra bản sàn theo điều kiện cường độ và biến dạng - Tính toán đường hàn liên kết bản sàn với dầm đỡ 2.. Tí

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN

KẾT CẤU THÉP SỐ I

THIẾT KẾ MẠNG DẦM SÀN BẰNG THÉP

****    ****

Sinh viên TH : Trần Văn Toàn

Mã SV : 1151070048

Lớp : 11XN

Mã đề : 70

- Loại que hàn N42, hàn bằng tay, kiểm tra bằng mắt thường; có: fwf = 18 (kN/cm2)

- Hệ số vượt tải của tĩnh tải: g = 1,05 ; của hoạt tải: p = 1,2

- Độ võng cho phép của bản sàn: [/l]bs = 1/150 ; của dầm phụ: [/l]dp = 1/250 ;

của dầm chính: [/l]dc = 1/400

- Kích thước xe chuyên chở lớn nhất nhà máy đang có là 9 m.

- Chiều dài bản thép nhà máy đang có tối đa là 8 m.

* Nội dung tính toán bao gồm:

1 Tính toán bản sàn thép:

- Chọn kích thước bản sàn: bề dày (t s ) , nhịp (l s)

- Kiểm tra bản sàn theo điều kiện cường độ và biến dạng

- Tính toán đường hàn liên kết bản sàn với dầm đỡ

2 Tính toán thiết kế dầm phụ (dầm tiết diện chữ I định hình):

- Sơ đồ và tải trọng tính toán

- Xác định nội lực tính toán

- Chọn kích thước tiết diện dầm

- Kiểm tra lại tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ và biến dạng

3 Tính toán thiết kế dầm chính (dầm tiết diện chữ I tổ hợp hàn):

- Sơ đồ và tải trọng tính toán

- Xác định nội lực tính toán

- Chọn kích thước tiết diện dầm

- Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài và kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

- Tính toán đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng dầm

- Thiết kế sườn đầu dầm

- Thiết kế mối nối dầm

- Tính liên kết dầm phụ với dầm chính (nếu cần)

B THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

I Tính toán bản sàn.

1 Chọn kích thước bản sàn.

Xác định kích thước bản sàn có thể theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định biểu

thức gần đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất (l) và chiều dày (t) của bản sàn:

(Môđun đàn hồi: E = 21.103 kN/cm2 ; hệ số Possion:  = 0,3)

- Với tải trọng tiêu chuẩn: ptc = 22,4 (kN/m2) = 2,24.10-3 (kN/cm2) ;

hf

Hình 1: Sơ đồ tính toán bản sàn thép

Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân sàn:

- Tải trọng tiêu chuẩn:

q (p t ).1 (2, 24.10 1,2.7,85.10 ).1 2,334.10 (kN / cm) 

2.1 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ võng:

Độ võng () của bản sàn do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H tác dụng:

 

 

0

1.1Trong đó: - 0 là độ võng ở giữa nhịp bản do riêng tải trọng tiêu chuẩn gây ra:

1

q l5

384 E Với Ix là mômen quán tính của dải bản rộng 1cm:

4 (cm )

s x

 Bản sàn thỏa mãn điều kiện độ võng cho phép.

2.2 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ bền:

f.

AVới: As _Diện tích tiết diện ngang của bản sàn: As = 1.ts = 1.1,2 = 1,2 (cm2)

Ws _Mômen kháng uốn của tiết diện sàn: W    (cm ) 3

s s

 Bản sàn thỏa mãn điều kiện độ bền.

2.3 Tính toán liên kết hàn bản sàn vào cánh dầm phụ:

Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực H Chiều cao đường hàn được xác định theo công thức:

( f ) Với thép CCT38, dùng que hàn N42 có:

fwf = 18 (kN/cm2) ; fws = 0,45.fu = 17,1 (kN/cm2)Dùng phương pháp hàn tay nên: f = 0,7; s = 1

(.fw)min = min (f.fwf ; s.fws ) = min (0,7.18 ; 1.17,1) = 12,6 (kN/cm2)

575575 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 575575

Hình 2: Mặt bằng kết cấu mạng dầm sàn thép

II Tính toán thiết kế dầm phụ

q B 0,32.600V

4 Chọn kích thước tiết diện dầm phụ

Mômen kháng uốn yêu cầu của tiết diện dầm có kể đến sự làm việc trong giai đoạn biến dạng dẻo của thép được xác định theo công thức:

3 ax

Hình 4: Mặt cắt ngang tiết diện dầm phụ

5 Kiểm tra lại tiết diện dầm đã chọn (có kể đến trọng lượng bản thân dầm)

5.1 Kiểm tra điều kiện bền:

* m m

 Tiết diện dầm đã chọn thỏa mãn điều kiện độ bền cắt.

5.2 Kiểm tra điều kiện biến dạng:

 Tiết diện dầm đã chọn thỏa mãn điều kiện độ võng.

5.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm vì phía trên dầm phụ có bản sàn théphàn chặt với cánh dầm

III Tính toán thiết kế dầm chính

2 Sơ đồ tính toán của dầm chính

Là sơ đồ đơn giản, chịu tác dụng của tải trọng coi như là phân bố đều:

q L 1,693.1150V

4 Thiết kế tiết diện dầm

4.1 Chọn chiều cao tiết diện dầm hd:

Chiều cao dầm đảm bảo điều kiện:

kt

h

- hmax là chiều cao lớn nhất có thể của dầm, được quy định trong nhiệm vụ thiết kế

- hmin là chiều cao dầm nhỏ nhất, có thể tính gần đúng từ công thức tính toán độ võng của dầm:

- hkt là chiều cao của tiết diện dầm tương ứng với lượng thép làm dầm ít nhất:

 Dựa vào hmin và hkt ,chọn chiều cao dầm: h d = 124 (cm).

4.2 Kiểm tra lại chiều dày bản bụng dầm tw:

- Giả thiết chiều dày cánh dầm: tf = 2,0 (cm)  hw = hd – 2.tf = 120 (cm)

- Cường độ chịu cắt của thép: fv = 0,58.fy/M = 0,58.24/1,05 = 13,25 (kN/cm2)

 Chọn bản bụng tw = 1(cm) thỏa mãn điều kiện chịu lực cắt.

4.3 Xác định kích thước tiết diện bản cánh dầm:

- Diện tích tiết diện bản cánh dầm được xác định gần đúng theo công thức sau:

- Với chiều dày bản cánh đã chọn tf = 2 (cm)  bf = 82/2 = 41 (cm)

- Do khi tính toán sơ bộ chưa kể đến trọng lượng bản thân dầm, vì vậy chọn tiết

diện cánh dầm: t f = 2 (cm) ; b f = 44 (cm) thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo sau:

y

x

y 440

Hình 6: Mặt cắt ngang tiết diện dầm chính

* Tính các đặc trưng hình học mặt cắt ngang tiết diện dầm chính:

- Diện tích tiết diện : A = 1.120+2.2.44 = 296 (cm2)

4.4 Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài:

- Để tiết kiệm thép và giảm trọng lượng bản thân dầm, khi thiết kế nên giảm kích thước của tiết diện dầm đã chọn ở phần dầm có mômen bé, cụ thể là giảm bề rộng cánh dầm (giữ nguyên chiều dày) Điểm để thay đổi kích thước bản cánh dầm cáchgối tựa 1 khoảng x = (L/6L/5) = (192230) cm; chọn x = 200 (cm) Tại chỗ thay đổi sẽ nối hai phần cánh dầm bằng đường hàn đối đầu thẳng góc

- Tính mômen do tải trọng tại vị trí thay đổi tiết diện:

(kN.cm)

tt dc x

- Diện tích tiết diện bản cánh dầm cần thiết tại vị trí thay đổi:

w w x

Hình 7: Thay đổi tiết diện cánh dầm chính

4.5 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ:

4.5.1 Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp dầm:

- Mômen do trọng lượng bản thân dầm tại giữa nhịp:

(kN.cm)

dc bt

c

W (kN/cm ) f = 23 (kN/cm )

bt x

12886, 422,03

 Thỏa mãn điều kiện độ bền uốn.

- Mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm tại vị trí gối tựa:

w

v c

I' (kN/cm ) f = 13,25 (kN/cm )

bt x x

9,25

 Thỏa mãn điều kiện độ bền cắt.

4.5.3 Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh:

- Mômen kháng uốn của tiết diện dầm sau khi thay đổi:

w c

W' (kN/cm ) f = 19,55 (kN/cm )

bt x

t

'

8564,819,05

 Thỏa mãn điều kiện cường độ tại vị trí đường hàn đối đầu.

4.5.4 Kiểm tra ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ:

 Thỏa mãn điều kiện ứng suất cục bộ.

4.5.5 Kiểm tra ứng suất tương đương tại nơi thay đổi tiết diện dầm:

2 w

1

x

(kN/cm )W

1

x w

(kN/cm )I

 Thỏa mãn điều kiện ứng suất tương đương.

4.6 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện biến dạng:

Khi thiết kế ta đã chọn chiều cao dầm hd = 124 (cm) lớn hơn rất nhiều so với chiều cao nhỏ nhất của dầm hmin = 89,6 (cm) Vì vậy không cần kiểm tra độ võng của dầm, điều kiện này chắc chắn đã được thỏa mãn

4.7 Kiểm tra ổn định của dầm:

 Bản bụng phải đặt các sườn ngang gia cường và kiểm tra ổn định.

- Khoảng cách giữa 2 sườn ngang: a  2.hw = 2.1200 = 2400 (mm)

Hình 8: Bố trí sườn ngang gia cường trong dầm

* Kiểm tra ứng suất trong các ô bụng:

Ứng suất tiếp tới hạn cr:

Điểm kiểm tra cách đầu dầm: x2 = 342,5 (cm); có các giá trị nội lực:

Ứng suất tiếp tới hạn cr:

Điểm kiểm tra cách đầu dầm: x3 = 515 (cm); có các giá trị nội lực:

Ứng suất tiếp tới hạn cr:

- Chiều cao đường hàn liên kết cánh và bụng dầm được tính theo công thức sau:

- tmax = max (tw ; tf) = max (10 ; 20) = 20 (mm)  hf,min = 7 (mm)

 Chọn h f = 7 (mm) hàn suốt chiều dài dầm ( 1,2.t min = 12mm).

10

Hình 9: Chi tiết bản ghép và mối nối dầm

* Kiểm tra tiết diện bản ghép: 2.Abg = 2.110.1 = 220 > Aw = 120.1 = 120 (cm)

- Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực, do vậy có mômen lệch tâm:

Me = V.e = 644,03.5 = 3220,15 (kN.cm)

- tmax = max (tw ; tbg) = max (10 ; 10) = 10 (mm)  hf,min = 5 (mm)

 Chọn chiều cao đường hàn: h f = 10 mm ( 1,2.t min = 1,2.10=12 mm).

2 f

1.(110 1)

6

2 f

Dùng phương án sườn đặt ở đầu dầm, dầm đặt phía trên gối khớp với cột

- Bề rộng của sườn đầu dầm chọn bằng bề rộng của bản cánh: bs = b’f = 26 (cm)

- Tiết diện của sườn đầu dầm đảm bảo về điều kiện chịu ép mặt:

 Chọn sườn gối đầu dầm có kích thước: (bsts) = (261,2) cm

* Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ:

s

 Thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ.

* Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể:

-   w    (cm )3

4

s s s

f = 23 (kN/cm ).50,54

 Thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể.

* Tính liên kết sườn đầu dầm vào bụng dầm

Hình 10: Chi tiết sườn đầu dầm, liên kết dầm - cột