bài giảng kết cấu thép Chương 3 Dầm thép

Chương 3
DẦM THÉP
3.1.ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM
3.1.1.Phân Loại Dầm

Dầm là một loại cấu kiện cơ bản, chòu uốn là chủ
yếu;

Dầm có cấu tạo đơn giản;

Dầm dùng làm dầm đỡ sàn công tác, dầm cầu
chạy, dầm đỡ mái, dầm cầu, …v.v

Chia dầm làm hai loại: dầm hình, dầm tổ hợp;
1
a.Dầm hình

Là dầm được làm từ một thép hình, tiết diện
chữ Ι, chữ [, chữ Z;

Dầm chữ Ι có tiết diện đối xứng theo cả hai
trục, có Wx khá lớn nên thường sử dụng cho
những dầm chòu uốn phẳng như làm dầm sàn
nhà, dầm đỡ sàn công tác, …v.v
2
Hình 3.1. Tiết diện dầm hình

Dầm hình chữ [, có tiết diện không đối xứng
theo phương trục y-y;
•
Khi dầm chòu uốn phẳng → hiện tượng xoắn;

•
Khi dầm chòu uốn xiên → hợp lý;
•
Dùng làm xà gồ mái, dầm tường,…v.v
b.Dầm tổ hợp

Là tiết diện được tạo thành từ các thép bản,
thép hình;

Dầm tổ hợp hàn – boulone – đinh tán;
3
4
Hỡnh 3.2. Tieỏt dieọn dam toồ hụùp
3.1.2. Hệ Dầm Thép
a.Hệ dầm đơn giản

Là hệ chỉ có một hệ thống các dầm bố trí song
song với cạnh ngắn của ô sàn;

Bản sàn làm việc như bản kê hai cạnh;
5
Hình 3.3. Hệ dầm đơn giản
b.Heä daàm phoå thoâng
6
Hình 3.4. Heä daàm phoå thoâng

Là hệ gồm hai hệ thống dầm đặt vuông góc với nhau
và song song với hai cạnh của ô bản;

Bản sàn làm việc như bản kê bốn cạnh;


Dùng hệ dầm phổ thông khi (L x B ≤ 36 x 12m) hoặc
khi sàn chòu tải trọng q ≤ 3000daN/m2;
c.Hệ dầm phức tạp

Dùng khi sàn chòu tải trọng q > 3000daN/m2;

Các dầm trong hệ dầm được liên kết với nhau bằng
ba cách:
•
Liên kết chồng
•
Liên kết bằng mặt
•
Liên kết thấp
7
8
Hỡnh 3.5. Heọ dam phửực taùp

Liên kết chồng

Làm tăng chiều cao kiến trúc của hệ sàn;

Bản sàn chỉ được gối lên hai cạnh nên độ cứng và khả
năng chòu lực của sàn không cao;
9
Hình 3.6. Liên kết chồng

Liên kết bằng mặt


Giảm chiều cao kiến trúc của hệ sàn hoặc có thể
tăng được chiều cao của dầm;

Bản sàn chỉ được gối lên bốn cạnh nên độ cứng và
khả năng chòu lực của sàn cao;
10
Hình 3.7. Liên kết bằng mặt

Liên kết thấp

Bản sàn chỉ được gối lên hai cạnh nên độ cứng và khả
năng chòu lực của sàn không cao;
11
Hình 3.8. Liên kết thấp
3.1.3. Cấu Tạo Và Tính Toán Bản Sàn Thép

Khoảng cách các dầm và chiều dày bản sàn
thép → EJ, khả năng chòu lực của bản sàn;

Tính toán bản sàn thép
•
Xác đònh chiều dày thép bản làm bản sàn t;
•
Nhòp bản sàn l;
•
Tính toán thiết kế các dầm đỡ bản sàn;
•
Thống kê vật liệu cho bản sàn, hệ dầm;
12


Biểu thức gần đúng giữa l, t:
(3.1)
Trong đó:
n0 = [l/∆];
= 0.3, hệ số Poisson của thép;
13
Bảng 3.1. Quan hệ giữa tải trọng tác dụng lên
sàn và chiều dày bản sàn thép








+=
c
qn
E
n
t
l
4
0
10
72
1
15
4

2
1
1
ν−
=
E
E

Sụ ủo tớnh toaựn baỷn saứn theựp
14
Hỡnh 3.9. Sụ ủo tớnh toaựn baỷn saứn theựp
•
Moment lớn nhất ở giữa nhòp bản được xác đònh theo
công thức:
(3.2)
Trong đó:
l: nhòp tính toán của bản;
∆: độ võng ở giữa nhòp bản do tải trọng tiêu chuẩn qc
và lực kéo H gây ra;
(3.3)
∆0: độ võng ở giữa nhòp bản do tải trọng tiêu chuẩn qc
gây ra;
15
α
+
=∆−=
1
1
8
0

2
max
MH
ql
M
α
+
∆=∆
1
1
0
(3.4)
α: tỷ số giữa lực kéo H và lực tới hạn Ơle Ncr, xác
đònh theo phương trình sau:
(3.5)
H: lực kéo tác dụng tại gối tựa bản;
(3.6)
(3.7)
γQ: hệ số độ tin cậy của tải trọng;
16
x
c
IE
lq
1
4
0
384
5
=∆

( )
2
0
2
31






∆
=α+α
t
tE
l
H
l
EI
H
Q
x
1
2
2
2
2
4







∆
=
=
π
γ
απ
•
Kiểm tra độ võng và độ bền của cấu kiện chòu
kéo – uốn đồng thời:
(3.8)
Trong đó:
A, Wx: diện tích, moment kháng uốn đối với trục x-
x của dải bản dày t, rộng một đơn vò (1m);
[∆]: độ võng giới hạn cho phép;
f: cường độ tính toán chòu kéo của thép;
•
Đường hàn góc có chiều dài một đơn vò, chiều
cao hf phải đủ chòu lực kéo H:
17
[ ]
∆≤∆γ≤+=σ
; f
W
M
A
H

c
x
max
(3.9)
(βf)min = min[(βf, fwf); (βs, fws)]
βf, βs, fwf , fws : các hệ số và cường độ tính toán của
đường hàn góc;
3.2.CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM
3.2.1. Chiều Dài Dầm, Nhòp Dầm

Khoảng cách đònh vò L giữa hai gối tựa → nhòp danh
nghóa;

L0: khoảng thông thủy;

L1: chiều dài chế tạo, L1 = L - ∆
18
( )
c
f
f
H
h
γβ
min
≥
19
Hình 3.10. Kích thöôùc chính cuûa daàm
∆: sai số chế tạo, ∆ = (5 ÷ 10)mm;
l: nhòp tính toán, l = L;

3.2.2. Chiều Cao Của Tiết Diện Dầm

Chiều cao tiết diện dầm, h:
hmin ≤ h ≤ hmax ; h ≅ hkt (µmin)
hmin: chiều cao đảm bảo cho dầm đủ cứng trong
suốt quá trình sử dụng;
hmax: chiều cao cho phép đủ để bố trí hệ dầm và
bản sàn;

Xác đònh chiều cao hmin
•
Độ võng lớn nhất tại giữa dầm
20
(3.10)
Trong đó:
gc, pc: tónh tải và hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng trên
một đơn vò chiều dài dầm;
l: nhòp dầm;
EI: độ cứng chống uốn của tiết diện dầm;
•
Moment uốn
M = (gcγg + pcγp)l2/8 (3.11)
→
(3.12)
21
( )
EI
lpg
cc
384

5
4
+
=∆
( )
)(48
5
2
p
c
g
c
cc
pgEI
pgMl
γγ
+
+
=∆
•
Quan hệ M = fW, I = Wh/2
→ (3.13)
γtb: hệ số vượt tải trung bình;
•
Cho ∆ = [∆]
Từ (3.13) → (3.14)

Xác đònh chiều cao kinh tế, hkt
(3.15)
22

tb
Eh
fl
γ
24
5
2
=∆
p
c
g
c
cc
tb
pg
pg
γγγ
+
+
=
1






∆
=
l

E
fl
h
tb
γ
24
5
min
w
kt
t
W
kh
=
Trong đó:
k: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo tiết diện dầm;
k = 1.15 ÷ 1.2 → dầm tổ hợp hàn;
k = 1.2 ÷ 1.25 → dầm tổ hợp boulone (đinh tán);
tw: chiều dày bản bụng dầm;
•
Xét ảnh hưởng của chiều cao dầm, hw và
chiều dày bản bụng dầm, tw (3.16)
λw = hw/tw: độ mảnh của bản bụng dầm;
23
Bảng 3.2. Tỷ số chiều cao và chiều dày bản
bụng sàn thép
3
2
3 W
h

w
kt
λ
=
3.3. THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH
3.3.1. Chọn Tiết Diện Dầm

Moment kháng uốn yêu cầu
(3.17)

Khi kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo của
thép → cho phép tăng khả năng chòu M
(3.18)
Các điều kiện áp dụng khi sử dụng hệ số c1
•
Tải trọng tónh
24
c
x
yc
x
f
M
W
γ
max
=
c
x
yc

x
fc
M
W
γ
1
max
=
3.3. THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH
3.3.1. Chọn Tiết Diện Dầm
•
Thép làm dầm có fy ≤ 53kN/cm2
•
Tiết diện không đổi
•
Điều kiện ổn đònh tổng thể được đảm bảo
•
Ứng suất tiếp, τ ≤ 0.9f

Chọn Wx ≥ Wxyc
25