thiết kế kết cấu

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa: Cơ khí Tiểu luận môn học
1.Yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu:
Kết cấu làm việc phải đảm bảo yêu cầu khi được đảm bảo:
-Độ bền -Kết cấu gọn nhẹ nhất
-Độ ổn định
⇒
-Lắp đặt đơn giản nhất và nhanh
nhất
-Độ cứng vững -Giá thành hạ
Trong tính toán bền và thiết kế kết cấu hàn người ta thường áp dụng 3 phương
pháp tính toán:
-Phương pháp tính toán theo tải trọng phá huỷ.
-Phương pháp tính toán theo ứng suất cho phép.
-Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn.
1.1.Phương pháp tính toán theo tải trọng phá huỷ:
-Xác định tải trọng nhỏ nhất làm cho kết cấu bị phá huỷ từ đó so sánh tải
trọng này với tải trọng dự kiến ,thiết kế mà kết cấu sẽ phải chịu khi làm việc.
-Thể hiện bằng công thức:
P
max
≤

[P]=
n
P
th
Trong đó:
P
max
:Tải trọng lớn nhất tác động lên công trình.

[P] :tải trọng cho phép
P
th
:Tải trọng phá huỷ
N : Hệ số an toàn về bền (>1-chọn theo tiêu chuẩn của từng loại,dạng kết cấu)
1.2.Phương pháp tính toán theo ứng suất cho phép.
-Phương pháp tính toán :Ứng suất sing ra trong kết cấu phải nhỏ hơn các giới
hạn chịu lực của vật liệu (ứng suất nguy hiểm)
-Thể hiện bằng công thức:

σ
≤
[
σ
]=
n
0
σ
Trong đó:
[
σ
] :Ứng suất cho phép
σ
0
:Ứng suất nguy hiểm
Đối với vật liệu dẻo lấy
σ
0
= giới hạn chảy
Đối với vật liệu giòn lấy

σ
0
= giới hạn bền
N : Hệ số an toàn
Khi lấy hệ số an toàn phải căn cứ vào :
-Tính chất của vật liệu sử dụng chế tạo vật liệu.
-Điều kiện làm việc và phương pháp tính toán ,yêu cầu về mức độ tính toán.
-Tính chất quan trọng của kết cấu và yêu cầu tuổi thọ.
-Tính chất của tải trọng tác động (Tĩnh hay Động) và mức độ phản ánh chính
xác.
1.3.Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn.
Trạng thái mà kết cấu không còn thảo mãn các yêu cầu sử dụng :
Sinh Viên: Nguyễn Quốc Tuấn
Lớp : HK6LC Page 1
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa: Cơ khí Tiểu luận môn học
-Mất khả năng chống lại tác dụng của ngoại lực.
-Biến dạng quá mức cho phép.
-Phá huỷ cục bộ.
-Mất ổn định cục bộ quá mức cho phép.
Có hai nhóm trạng thái giới hạn :
-Nhóm 1 :Thiết lập với mục đích tận dụng khả chịu tải (bền ,ổn
định,mỏi…),nhóm này thường được áp dụng cho tính toán cho hầu hết các
loại kết cấu.
-Nhóm 2 : Nhóm trạng thái gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường hoặc
làm giảm tuổi thọ hay tạo ra các rung động không cho phép.
Qua các phương pháp tính toán trên ta thấy xuất hiện khái niệm hệ số an
toàn,vậy hệ số an toàn là gì?
Hệ số an toàn đó là một thông số mà người chế tạo cho vào để đảm bảo an
toàn cho kết cấu khi sử dụng.Đó có thể là phần bù vào cho kết cấu để kết cấu

có thể làm việc bình thường,đảm bảo yêu cầu khi sử dụng.
Hệ số an toàn đặc biệt quan trọng vì nếu trong các kết cấu nhỏ thì có khả năng
nó không thể hiện nhiều vai trò của mình nhưng với các kết cấu lớn,các kết
cấu quan trọng thì việc chọn hệ số an toàn không phù hợp có thể dẫn đến
giảm tuổi thọ của kết cấu,giảm khả năng làm việc của kết cấu.Khi đó người ta
sẽ phải chi phí sửa chữa và làm tăng chi phí cho kết cấu.
Với các kết cấu giàn khoan ngoài biển do chịu tác động thường xuyên của tải
trọng đó là sự tác động của nước biển thì nó sẽ làm giảm tuổi thọ của kết cấu
nếu ta không chọn đúng hệ số an toàn,chưa kể đến ảnh hưởng của sự ăn mòn
hoá hóc do nước biển có chứa muối.Khi đó có thể làm giảm tuổi thọ của giàn
khoan,làm tăng chi phí hoặc thậm chí phải làm mới hoàn toàn hệ thống giàn
khoan.
Với các kết cấu lớn khác như các kết cấu dầm ,giàn trong các cầu lớn thì việc
chọn hệ số an toàn không đúng có thể làm cho cầu không thể chịu tải trọng do
các phương tiên tham gia giao thong gây ra,khi đó nó có thể làm cho cầu bị
hỏng như nứt hoặc có thể nghiêm trọng hơn đó là làm hỏng cầu.Khi đó sẽ mất
rất nhiều chi phí để sửa chữa và làm mới,gây tốn kém cho nền king tế quốc
dân.Ngoài ra nó thể thể gây nguy hiểm tới tính mạng của mọi người.
Các xác định hệ số an toàn phụ thuộc vào vật liệu,tính chất làm việc của kết
cấu,và hình dạng của kết cấu cũng như tính chất quan trọng của kết cấu.
Những yêu cầu cơ bản đối với kết cấu thép
1.Yêu cầu sử dụng
- Thoả mãn những yêu cầu chịu lực quy định bởi điều kiện sử dụng: kết cấu
phải an toàn đủ độ bền, độ cứng vững và ổn định
- Thoả mãn yêu cầu kiến trúc thoả mãn dây chuyền công năng ,hình thức gọn
đẹp hài hoà,thoả mãn yêu cầu thông gió chiếu sáng...
Sinh Viên: Nguyễn Quốc Tuấn
Lớp : HK6LC Page 2
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa: Cơ khí Tiểu luận môn học

- Đảm bảo độ bền lâu của công trình: bảo vệ kết cấu chống gỉ,chống
cháy,thuận tiện khi bảo dưỡng, đảm bảo niên hạn sử dụng...
2,Yêu cầu kinh tế
- Tiết kiệm thép: Giá thành vật liệu thép cao nên cần cân nhắc giải pháp
kết cấu cần thiết mới sử dụng vật liệu thép.Chọn hình thức kết cấu hợp
lí,dùng phương pháp tính thích hợp.
- Tiết kiệm thời gian thiết kế ,công chế tạo,vận chuyển lắp đặt: lắp ráp
nhanh chóng,thuận tiện các mối nối ở hiện trường đơn giản...góp phần
hạ giá thành
3,Yêu cầu điển hình hoá kết cấu thép
- Theo nhiều mức độ: Điển hình hoá cấu kiện (xà gồ ,dầm ,giàn..) điển
hình hoá kết cấu( khung nhà cột điện,bể chứa,nhịp cầu)
- Mục đích : Tránh thiết kế lặp lại,chọn được nhiều dạng kết cấu tối ưu
về vật liệu và giá thành.Chế tạo lớn số cấu kiện ,sử dụng được thiết bị
chuyên dùng,tăng năng suất,giảm thời gian chế tạo.Sử dụng thiết bị
dựng lắp chuyên dùng,tiện lợi ,nhanh chóng=> hoàn thiện quá trình
dựng lắp.
Sinh Viên: Nguyễn Quốc Tuấn
Lớp : HK6LC Page 3
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa: Cơ khí Tiểu luận môn học
Phần 2.Dầm thép
Dầm là kết cấu chịu uốn có bản bụng đặc,là kết cấu cơ bản trong kết cấu
xây dựng. Được dùng làm sàn nhà dân dụng và công nghiệp, dầm cầu kết cấu
chịu lực của cửa van ,dầm cầu chạy.
I.Các loại dầm.
1.Theo cấu tạo
a,Dầm định hình
+, I: được dùng trong uốn phẳng: dầm
sàn dầm cầu.

+, U: Tiết diện không đối xứng, được
dùng trong uốn xiên như xà gồ,dầm
xườn tường.có một má phẳng nên dễ
liên kết với kết cấu khác.
Đặc điểm: - Tiết kiệm công chế tạo
- Liên kết đơn giản
- Kích thước hạn chế
Sinh Viên: Nguyễn Quốc Tuấn
Lớp : HK6LC Page 4
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa: Cơ khí Tiểu luận môn học
- Tốn thép do δ
b
lớn hơn yêu cầu thiết kế để khắc phục dùng
dầm dập từ thép bản mỏng
b,Dầm tổ hợp
Dầm tổ hợp hàn: gồm 3 bản thép ghép lại bằng đường hàn góc.Hai bản nằm
ngang : hai cánh dầm; bản đứng: bản bụng.
So với dầm đinh tán , ít tốn vật liệu và nhẹ hơn,chi phí cấu tạo ít hơn=> được
dùng phổ biến.
Dầm tổ hợp đinh tán : Gồm một bản thép đặt đứng làm bản bụng,hai cánh
dầm,mỗi cánh gồm hai thép góc chữ L và có thể thêm một hoặc hai bản thép
nằm ngang gọi là bản đậy.
Vì phải khoét lỗ nên tốn công chế tạo và tốn vật liệu,nhưng chịu lực tốt.
Được dùng khi dầm chịu tải trọng động và tải trọng lớn như: Dầm cầu
chạy,dầm cầu.
- Đặc điểm:- kích thước lớn ,tiết kiệm thép,tốn công chế tạo.
c,Kết luận
Nên dùng dầm định hình nếu về kết cấu cho phép,và đảm bảo cường độ, độ
cứng ổn định.

Dùng dầm tổ hợp khi không thể dùng dầm hình như khi tải trọng lớn và
nhịp dầm lớn.
2.Theo sơ đồ kết cấu
Dầm đơn giản:Tốn vật liệu ,chế tạo và dựng lắp đơn giản,chịu lực chính
xác,không ảnh hưởng do nhiệt,hay lún lệch. Được dùng nhiều trong xây
dựng.
Sinh Viên: Nguyễn Quốc Tuấn
Lớp : HK6LC Page 5