Hướng dẫn bài tập lớn kết cấu thép 1

Tài liệu tham khảo BÀI TẬP LỚN [1] Kết cấu thép – Đỗ Đào Hải (chủ biên) – NXB ĐH Quốc gia TpHCM -2009 KẾT CẤU THÉP [2] Kết cấu thép – Phần cấu kiện - Phạm Văn Hội (chủ biên) - NXB KHKT – 2006 [3] TCXDVN 338:2005 - Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế NXB Xây dựng - 2009 TS ĐỖ ĐẠI THẮNG [4] TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế - NXB Xây dựng Bộ mơn Cơng trình, Khoa KT Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM E-mail: dodaithang@yahoo.com Thiết kế hệ dầm sàn thép Hệ dầm phổ thông Cột Số liệu: Gồm cột hệ dầm đặt vng góc với để chịu lực: ℓ (m): nhịp sàn B (m): nhịp dầm phụ n: số dầm phụ L(m): nhịp dầm L= ℓ x n pc (KN/m2): hoạt tải tiêu chuẩn Vật liệu: - Thép f = 21 KN/cm2 E = 2.1x10 KN/cm2 γ =7850 kg/m3 - Que hàn E42, hàn tay, kiểm tra PP thơng thường DÇm phô B Đề - Hệ dầm phụ tựa hệ dầm chính; nhịp dầm phụ B - Hệ dầm tựa cột Nhịp dầm L; Yêu cầu: Thiết kế - Bản sàn thép - Dầm phụ thép định hình - Dầm thép tổ hợp - Mối nối sàn dầm phụ, mối nối dầm phụ dầm Hình thức trình bày khổ A4 : Thuyết minh (viết tay) Bản vẽ (vẽ tay) DÇm chÝnh b b b b L Thích hợp cho sàn vượt nhịp L tương đối lớn chịu tải trọng q lớn : q ≤ 30kN/m2; L x B ≤ 36 m x 12 m Liên kết mặt: Liên kết dầm với h = hdc Liên kết mặt: Mặt dầm dầm phụ nằm cao độ, nên chiều cao dầm chiều cao hệ dầm Dầm phụ Dầm Liên kết thấp: Liên kết mặt có cấu tạo phức tạp, tốn chi tiết liên kết; Dầm phụ Bản sàn kê bốn cạnh (gối lên dầm phụ dầm chính) nên độ cứng khả chịu lực tăng => hay sử dụng => Hệ dầm phổ thông với liên kết mặt hay sử dụng Thiết kế sàn thép b) Sơ đồ tính a) Tải trọng Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính tóan q tc = g c + p c q tt = γ g g c + γ p pc γg=1.1; γp=1.2 Bản sàn thép tính đơn Cắt dải rộng 1cm theo phuơng cạnh ngắn Sàn làm vịệc dầm đơn giản có gối tựa dầm phụ chịu tải trọng phân bố Chiều dày sàn δ: chọn sơ bộ, theo họat tải tiêu chuẩn nhịp sàn Họat tải tiêu chuẩn (kN/m2) Bề dày sàn (t, mm) 10 6-8 20 8-10 30 10-12 >30 12-14 Sơ đồ tính tóan sàn thép c) Xác định kich thước sàn thép c) Xác định kich thước sàn thép Cách 2: dùng bảng tra Phụ thuộc vào tải trọng q độ võng cho phép [Δ/ℓ] Để tính ℓ phải chọn bề dày δ trước sau tính ℓ theo cách: cách tính theo cơng thức gần cách tra bảng Cách 1: tính theo công thức gần A δ E1 = E 1− μ ⎡f⎤ n0 = ⎢ ⎥ ⎣A⎦ = 4n0 ⎛ 72 E1 ⎞ ⎜1 + ⎟ 15 ⎜⎝ n04 q tc ⎟⎠ μ=0.3 Độ võng tương đối cho phép sàn d) Kiểm tra độ võng Δ = Δ0 1+ α f) Kiểm tra đường hàn Δ Δ0 ⎡Δ⎤ = ⋅ ≤ A A + α ⎢⎣ A ⎥⎦ qcA4 3f Δ0 = ⋅ α (1 + α )2 = 20 384 E1I δ Đuờng hàn góc có chiều dài đơn vị (1 cm) Chiều cao hf phải đủ chịu lực lực kéo H e) Kiểm tra độ bền hf = Cấu kiện chịu uốn kéo đồng thời, tiết diện δ x 1cm σ= H M max + ≤ f ⋅γ c F W Lực kéo H gối tựa π2 Dα H = γq A2 Moment uốn max nhịp M max = H= 10 H (βf )min γ c (βf )min = min[(β f , f wf ); (β s , f ws )] Eδ3 D= 12 π2 EI x α A2 q tt A − Hf 11 12 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 2.1 Chọn sơ tiết diện dầm Chọn sơ tiết diện dầm theo yêu cầu để chịu Mmax Mmax 13 14 2.1 Chọn sơ tiết diện dầm Xác định mômen kháng uốn yêu cầu theo điều kiện bền chịu Mmax: y Dầm làm việc giai đọan đàn hồi: σ max = M x ,max Wx ≤ f ⋅γc Wx ≥ M x ,max f ⋅γ c x x γc=0.9 hệ số làm việc i Dầm làm việc giai đọan dẻo: Wx ≥ M x ,max y 1.15 f ⋅ γ c hệ số 1.15 xét đến phát triển biến dạng dẻo Chọn hình dạng tiết diện dầm: chọn dạng tiết diện chữ I Sử dụng bảng thép định hình tiết diện chữ I để tìm số hiệu thép có Wx đảm bảo điều kiện Các thông số cần tra bảng bước sau: - Các đặc trưng hình học tiết diện chọn: Ix, Wx, Sx, tw - Trọng lượng m dài (gd) 15 16 2.2 Kiểm tra tiết diện dầm chọn a) Kiểm tra bền (TTGH 1) • Theo điều kiện bền chịu uốn tiết diện có Mmax Q = 0; • Theo điều kiện bền chịu cắt tiết diện có Qmax M = 0; • Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn cắt tiết diện có M Q lớn; b) Kiểm tra độ võng dầm (TTGH 2) c) Kiểm tra ổn định tổng thể dầm 17 18 2.2 Kiểm tra tiết diện dầm 2.2 Kiểm tra tiết diện dầm a) Kiểm tra bền: a) Kiểm tra bền: • Theo điều kiện bền chịu mô men uốn Mmax: σ max = M x ,max Wnx ≤ f ⋅γc • Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax: l Qmax τmax (tại tiết diện dầm) M max σ= ≤ f γc 1.15Wth Mmax (tại tiết diện sát gối dầm) Qmax Mmax (kể đến trạng thái phát triển dẻo) Qmax: lực cắt lớn tiết diện sát gối dầm tải trọng tính tốn gây Mx,max : mô men uốn lớn tiết diện dầm tải trọng tính tốn gây ra, bao gồm trọng lượng thân dầm gd Wnx Q S = max x ≤ f v γ c Ix t w l : mô men kháng uốn tiết diện thực kiểm tra trục x-x (tiết diện trừ giảm yếu khoét lỗ) 19 Sx : mô men tĩnh nửa tiết diện trục x-x (tiết diện chữ I); Trường hợp tổng quát, Sx mô men tĩnh phần tiết diện nguyên bên thớ cần tính ứng suất cắt lớn trục trung hoà x-x fv: cường độ chịu cắt thép 20 2.2 Kiểm tra tiết diện dầm i a) Kiểm tra bền • Theo điều kiện chịu chịu đồng thời ứng suất pháp, ứng suất tiếp i σ td = σ + 3τ ≤ 1,15 f γ c 2 σ= Mx ⋅y I nx τ= Q ⋅ Sx Ix ⋅ t w Hệ số 1.15 kể đến phát triển biến dạng dẻo b) Kiểm tra độ võng dầm Công thức kiểm tra độ võng dầm : Δ max ⎡ Δ ⎤ ≤⎢ ⎥ l ⎣l ⎦ Δmax: độ võng lớn dầm tác dụng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn gây ra; [Δ/l]: độ võng tương đối cho phép dầm, quy định tiêu chuẩn thiết kế 21 22 Tải FULL (14 trang): bit.ly/3nDep3O Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 2.2 Kiểm tra tiết diện dầm THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP c) Kiểm tra ổn định Kiểm tra ổn định bao gồm: - Kiểm tra ổn định cục (local buckling) - Kiểm tra ổn định tổng thể (global buckling – lateral tortional buckling) Đối với thép định hình, ổn định cục ln thỏa => cần kiểm tra ổn định tổng thể Khi dầm thỏa mãn điều kiện sau không cần kiểm tra ổn định tổng thể - Khi sàn đặt trực tiềp lên cánh chịu nén dầm - Dầm bọc BTCT - Khoảng cách điểm cố định cánh chịu nén l0 thỏa mãn điều kiện bảng sau 23 24 Tiết diện dầm cần phải đảm bảo: tf Yêu cầu chu lc (TTGH 1) y C ánh dầm Bn cỏnh - Điều kiện bắt buộc: Yêu cầu vừng (TTGH 2) bng BBn ản bụng dầm Yêu cầu kinh tế (trọng lượng dầm bé nhất) h hw Tăng chiều cao h hiệu để tăng khả chịu uốn giảm độ võng dầm x x tw y C Bản cỏnh di ánhdầm - Chiu cao dm h - B dày bụng tw - Kích thước dầm tf x bf 25 3.1 Chọn chiều cao tiết diện dầm h g c , pc Trường hợp dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố gc : TT tiêu chuẩn pc : HT tiêu chuẩn h = 24 f ⋅l ⎡Δ⎤ E ⋅ γ tb ⋅ ⎢ ⎥ ⎣l ⎦ ii Wx hkt = k tw iii với k= với ψw hmax : chiều cao lớn dầm để thoả mãn yêu cầu không gian sử dụng yêu cầu mỹ quan (qui định theo kiến trúc) tf γ tb = g c + pc g cγ g + p cγ p bụng BBn ản bụng dầm h hw x x tw tf y C Bn cỏnh di ánhdầm hkt : chiu cao kinh tế dầm để đảm bảo dầm có trọng lng nht (Gd = Min) 26 y C ánhdầm Bản cánh a) Theo điều kiện bụng dầm chịu lực cắt lớn nhất, Qmax M Wx ≥ max f γ c Dầm tổ hợp hàn k = 1,15 ~ 1,20 Để xác định hkt, cần phải chọn trước tw tw = ~ 12 mm nhịp ℓ = ~ 15 m y C ¸nh dÇm Bản cánh 3.2 Chọn bề dầy bụng dầm tw ℓ 2C ⋅ψ f h ≈ hkt hmin : chiều cao nhỏ dầm để thoả mãn điều kiện độ võng (TTGH 2) Thiết kế tiết diện dầm bao gồm xác định: i hmin ≤ h ≤ hmax - Điều kiện nên đảm bảo: tf => Tuy nhiên, cần xác định chiều cao hợp lý dầm hkt (chiều cao kinh tế) để đảm bảo trọng lượng dầm bé 3.1 Chọn chiều cao tiết diện dầm h bụng BBản ¶nbơng dÇm x b) Theo điều kiện ổn định cục 27 c) Theo công thức kinh nghiệm theo cấu to x tw y C Bn cỏnh di ánhdầm 28 3.2 Chọn bề dầy bụng dầm tw 3.2 Chọn bề dầy bụng dầm tw a) Theo điều kiện bụng dầm chịu lực cắt lớn nhất, Vmax: i τmax t h2 Qmax ⋅ w w Q S = Qmax ≤ f γ = max x ≈ v c t w h3w Ix t w hw ⋅ tw ⋅ tw 12 Qmax tw ≥ ⋅ h ⋅ fv ⋅ γc b) Theo điều kiện ổn định cục : y CBn ánhdầm cỏnh trờn i hw E 3.2 tw f bng BBn ảnbụng dầm x x hw h tw Ly hw h y CBn ánhdầm cỏnh trờn iu kiện ổn định cục bụng dầm không sử dụng sườn gia cường: ii tw ≥ hw 3.2 bng BBn ảnbụng dầm x x : lc ct lớn dầm tải trọng tính tốn gây : mômen tĩnh nửa tiết diện bụng dầm trục x-x; ℓx : mômen quán tính tiết diện bụng dầm trục x-x; fv : cường độ chịu cắt tính tốn thép làm dầm; 29 3.2 Chọn bề dầy bụng dầm tw c) Theo công thức kinh nghiệm i y CBn ánhdầm cỏnh trờn Khi chiu cao dm h vào khoảng từ ÷ m chịu tải trọng thông thường: 3h tw = + 1000 y C Bn cỏnh di ánhdầm Dm khụng sn cú b dầy bụng lớn, lại không tốn thép để làm sườn không tốn công để tạo sườn, thuận tiện cho việc tự động hoá chế tạo => hạ thấp tổng chi phí chế tạo dựng lắp x x hw h tw d) Yêu cầu cấu tạo ii Việc chọn tw cần phải đảm bảo yêu cầu qui cách thép bề dày tối thiểu để đảm bảo chống gỉ 30 3.3 Chọn kích thước cánh dm bf, tf bng BBn ảnbụng dầm (mm) h tw f E y C Bn cỏnh di ánhdầm Qmax Sx hw a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn , Mmax b) Theo điều kiện ổn định cc b tf y C Bn cỏnh trờn ánhdầm BBn ¶nbơng dÇm bụng x x y C Bản cánh ¸nhdÇm c) Theo yêu cầu cấu tạo tf y C Bn cỏnh di ánhdầm bf 31 32 3042005 ... tiêu chuẩn (kN/m2) Bề dày sàn (t, mm) 10 6-8 20 8 -10 30 10 -12 >30 12 -14 Sơ đồ tính tóan sàn thép c) Xác định kich thước sàn thép c) Xác định kich thước sàn thép Cách 2: dùng bảng tra Phụ thuộc... kết mặt: Liên kết dầm với h = hdc Liên kết mặt: Mặt dầm dầm phụ nằm cao độ, nên chiều cao dầm chiều cao hệ dầm Dầm phụ Dầm Liên kết thấp: Liên kết mặt có cấu tạo phức tạp, tốn chi tiết liên kết; ... tra bảng Cách 1: tính theo cơng thức gần A δ E1 = E 1? ?? μ ⎡f⎤ n0 = ⎢ ⎥ ⎣A⎦ = 4n0 ⎛ 72 E1 ⎞ ? ?1 + ⎟ 15 ⎜⎝ n04 q tc ⎟⎠ μ=0.3 Độ võng tương đối cho phép sàn d) Kiểm tra độ võng Δ = Δ0 1+ α f) Kiểm