đồ án kết cấu thép 1

A Đề bài:
Thiết kế hệ dầm sàn có chiều dài L, chiều rộng B bao gồm sàn thép (có hoặc không có dầm sàn),
dầm phụ, dầm chính chịu tải hoạt trọng phân bố đều trên mặt bằng sàn thép,

, (KN/

). Hệ

dầm sàn được đở các cột thép được bố trí theo chu vi của hệ sàn. Nhịp dầm chính được lựa chọn
không chọn không nhỏ hơn 12m. Các số liệu tính toán được cho ở bảng sau:
L(m)

B

(KN/

31

10.5

38,3

)

Vật liệu thép, bu lông, que hàn, và phương pháp liên kết tự chọn (cả hai liên kết phải được sử
dụng trong hệ dầm sàn).
- Bản sàn bằng thép tấm hoặc các tấm gratings.
- Độ võng cho phép:
+ Đối với dầm phụ [ /l] : 1/250
+ Đối với dầm chính [ /l] : 1/400
+ Đối với sàn thép [ /l] : 1/150 - Hệ số vượt tải: hoạt tải = 1,2 ; tĩnh tải =1,05

Nội dung tính toán bao gồm:
1. Tính toán thiết kế bản sàn thép hoặc tấm gratings.
2. Tính toán thiết kế dầm phụ, và dầm sàn (dầm tiết diện chữ I định hình hoặc tổ hợp hàn hoặc bu
lông).
3. Tính toán thiết kế dầm chính (dầm tiết diện chữ I tổ hợp hàn hoặc bu lông). Có thể thay đổi tiết
diện dầm.
4. Thiết kế các mối nối của dầm và giữa các dầm
5. Thể hiện bản vẽ bao gồm:
- Mặt bằng bố trí cấu kiện, bố trí bản sàn…
- Chi tiết các cấu kiện dầm điển hình.
1


- Chi tiết các mối nối điển hình.
- Thống kê vật liệu có tổng kết trọng lượng trên 1m2 sàn.

2


B. Tính Toán
Từ các dữ kiện của đề ta giả thiết hệ dầm sàn có cấu tạo gồm bản sàn tựa lên các dầm phụ, dầm
chính đở dầm phụ và truyền lực xuống các cột.
THIẾT KẾ HỆ DẦM SÀN THÉP
I.
1.

CÁC SỐ LIỆU CHUNG
Số liệu thiết kế
NHỊP DẦM PHỤ

NHỊP DẦM CHÍNH

HOẠT TẢI TIÊU CHUẨN

10,5 m

15.5 m

38,3 kN/m2

-

Hệ số vượt tải của tĩnh tải: ng = 1.05

-

Hệ số vượt tải hoạt tải: n p = 1.2

2.
3.
-

Tải trọng tác dụng lên sàn
Tĩnh tải- trọng lượng bản thân
Hoạt tải- tải trọng tạm thời
Các đặc trưng của vật liệu
Thép sàn: dùng thép bản BCT 3
Que hàn: N42 có
 Cường độ chịu kéo tính toán: f wf = 18kN / cm2 (Khi kiểm tra bằng phương
pháp thông thường)

 Cường độ chịu cắt tính toán: f wv = 15kN / cm2 ( Tính theo kim loại ở biên

-

nóng chảy của thép cơ bản)
Mô dun đàn hồi : E = 2.1´ 104 kN / cm2
Giá trị chuyển vị tương đối cho phép:
 Dầm chính: [ D/ l] = 1/ 400
 Dầm phụ: [ D/ l] = 1/ 250
 Sàn : [ D/ l] = 1/150

-

Thép dầm: CT34 có:
 Cường độ chịu kéo tính toán: ft = 0.85 f = 18kN / cm2
 Cường độ chịu cắt tính toán: fv = 0.58 f = 12kN / cm2

II.
1.

Trọng lượng riêng thép: g = 78.5kN / m3
THIẾT KẾ BẢN SÀN LOẠI DẦM
Xác định chiều dày bản sàn ( hs ) và nhịp sàn ( ls )
3


Cn c hot ti tiờu chun tỏc dng lờn sn pc = 38,3kN / m2 , ta chn trc chiu
dy sn hs = 12mm
-

Tng ti trng tiờu chun tỏc dng lờn sn

q = g c + pc = (g hs ) + pc = 78.5 0.012 + 38,3 = 39.242kN / m2
c

-

Tng ti trng tớnh toỏn lờn sn:

q = g tt + ptt = g c ng + pc n p = ( 0.942 1.05) +( 38.3 1.2) = 46,95kN / m2

(

tt

) (

ls
:
hs

Xỏc nh t s

-

)

Theo cụng thc gn ỳng ca A.L.Teloian:
ử
ls 4no ổ

ỗ1 + 72 4 E1 c ữ = 4 150
=
hs 15 ỗố
no q ữ
15
ứ

ổ
ử
2.31 104
ỗ1 + 72
ữ = 73, 286
ỗ
1504 39, 48 10- 4 ữ
ố
ứ

Trong ú:


ộl ự
no = ờ s ỳ = 150
ờở Dỳ
ỷ



E1 =

E

2.1 104
=
= 2.31 104 kN / cm2
1 - v 2 1 - 0.32

đ ls = hs 73, 286 = 12 73.286 = 890mm Chn ls = 1000mm = 1m
c?t
d?m chớnh

d?m ph? gi?a

a

10.5

d?m ph? biờn

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

15.5

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

15.5
31

4


Cắt dải bản theo phương cạnh ngắn rộng 1cm
2.Kiểm tra độ võng của bản
1

1
= 1.5´
= 0.72cm
1 +a
1 +1.08
é Dù 1
D 0.644
1
=
=
< ê ú=
ls
100 155.27 êëls ú
û 150

D= Do

Trong đó:

-



5 qsc ´ ls 4
5´ (39.242´ 0.01) ´ 14 ´ 12
Do =
´
=
= 0.015m = 1.5cm
384 E1 ´ I 384´ 2.31´ 108 ´ 0.01´ 0.0123



a (1 +a ) =

2

3Do 2 3´ 12
=
= 4.688 ® a = 1.08
hs 2
1.22

Kiểm tra độ bền của bản
H M max
+
F
W
2.132
0.0357 ´ 6
=
+
= 35616kN / m2 < f ´ g c = 21´ 104 ´ 1 = 210000kN / m2
2
0.012´ 0.01 0.01´ 0.012

s =

Trong đó:


H = 10n

E1 ´ hs 3 ´ a
Da
2.31´ 104 ´ 1.23 ´ 0.72
=
10
n
=
10
´
1.15
´
= 2.132kN
ls2
15.5ls2
15.5´ 1002
5




M max =

qstt ´ ls2
46.95´ 0.01´ 12
- H´ f =
- 3.725´ 0.00615 = 0.0357kN .m
8

8

Vậy kích thước bản thỏa điều kiện độ võng và độ bền
III.

THIẾT KẾ DẦM PHỤ( THÉP ĐỊNH HÌNH)
1. Chọn tiết diện dầm
a. Sơ đồ tính
- Dầm đơn giản, nhận dầm chính làm gối tựa

Ldp=10.5m
b. Tải trọng tác dụng lên dầm phụ
- Tải trọng do sàn truyền vào và trọng lượng bản thân dầm, tác dụng dưới dạng phân
bố đều.
 Dầm phụ biên:
æ

Tải trọng tiêu chuẩn: qdpc = 1.01´ çç qsc ´
è

aö
÷
÷ = 1.01´
2ø

æ
1ö
çç 39.242´ ÷
÷ = 19.82kN / m
2ø

è

Tải trọng tính toán:
æ
aö
tt
qdp
= 1.01´ çç qstt ´ ÷
÷ = 1.01´
2ø
è

æ
1ö
çç 46.95´ ÷
÷ = 23.71kN / m
2ø
è

 Dầm phụ giữa:
Tải trọng tiêu chuẩn:
c
qdp
= 1.01´ qsc ´ a = 1.01´ ( 39.242´ 1) = 39.634kN / m

(

)

Tải trọng tính toán:

tt
qdp
= 1.01´ qstt ´ a = 1.01´ ( 46.95´ 1) = 47.42kN / m

(

)

c. Nội lực trong dầm phụ
- Dùng phương pháp cơ học kết cấu xác định nội lực trong dầm

6


M max

2
ldp

10.52
=q ´
= 47.42´
= 653.6kN .m
8
8
tt
dp

ldp

tt
Qmax = qdp
´

2

= 47.42´

10.5
= 247.853kN
2

d. Chọn tiết diên dầm phụ
- Sử dụng thép chữ I
-

Mô men chống uốn cần thiết: Wyc =

M max 653.6´ 100
=
= 2267cm3
f ´ gc
24´ 1.2

Tra bảng:
Chọn tiết diện I 60 có Wx = 2560cm3 > Wyc = 2267cm3
Các đặc trưng hình học:
hdp = 60cm ; trọng lượng bản thân 1.08kN / m

-

I x = 76806cm4 ; Wx = 2560cm3
F = 138cm2 ; S x = 1491cm3

-

Tính lại tải trọng tác dụng lên dầm phụ
 Tải trọng tiêu chuẩn:
Hoạt tải tác dụng lên sàn: 38.3´ 1 = 38.3kN / m
Trọng lượng bản thân sàn: 0.942´ 1 = 0.942kN / m
Trọng lượng bản thân dầm: 1.08kN / m
c
qdp
= 38.3 + 0.942 +1.08 = 40.322kN / m

 Tải trọng tính toán:
7


Hoạt tải tác dụng lên sàn: 1.2´ 38.3´ 1 = 45.96kN / m
Trọng lượng bản thân sàn: 1.05´ 0.942´ 1 = 0.989kN / m
Trọng lượng bản thân dầm: 1.05´ 1.08 = 1.134kN / m
tt
qdp
= 45.96 + 0.989 +1.134 = 48.083kN / m

2.Kiểm tra bền cho dầm
M max

tt

Qmax = qdp
´

-

t

ldp
2

= 48.083´

10.5
= 252.435kN
2

Kiểm tra bền chịu uốn tại giữa nhịp:

s max =

-

2
ldp

10.52
=q ´
= 48.083´
= 642.64kN .m
8

8
tt
dp

M max 642.64´ 100
=
= 25.07 < f ´ g c = 1.2´ 21 = 25.2kN / cm2
Wth
2560

Kiểm tra bền chịu cắt tại gối:
max

=

Qmax ´ S x 252.435´ 1491
=
= 4.076 < f v ´ g c = 12kN / cm2
Ix ´ d
76806´ 1.2

e. Kiểm tra độ võng của dầm hình
c
3
é Dù 1
D
5 qdp ´ ldp
5´ 0.40322´ 10503
=
´

=
= 0.0037 < ê ú =
= 0.004 ( Thỏa)
4
êë l ú
ldp 384
EI x
384´ 2.1´ 10 ´ 76806
û 250

f. Kiểm tra ổn định tổng thể cho dầm
- Có bản sản sàn thép liên kết vào cánh trên của dầm nên không cần kiểm tra ổn định
tổng thể cho dầm.

IV.

THIẾT KẾ DẦM CHÍNH (DẦM TỔ HỢP HÀN)
1.
Chọn tiết diện dầm chính
a. Sơ đồ tính
- Quan niệm dầm đơn giản gối lên cột
b. Tải trọng tác dụng lên dầm chính
- Do phản lực đầu gối tựa của dầm phụ (một bên dầm)

8


P

P/2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0.5

15.5
c
P c = qdp
´

ldp
2
ldp

tt
Ptt = qdp
´

2

= 40.032´

10.5
= 210.168kN
2

= 48.083´

10.5
= 252.435kN
2

Ta quy ra tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm chính
nP c 15.5´ 210.168
q =
=
= 210.168kN / m
ldc
15.5
c
dc

nPtt 15.5´ 252.435
q =
=
= 252.435kN / m
ldc
15.5
tt
dc

c. Nội lực của dầm chính
- Tại vị trí giữa dầm:
M max

-

ldc2
15.52
=q ´
= 252.435´
= 7567kN .m

8
8
tt
dc

Tại vị trí gần gối tựa:

tt
Qmax = qdc
´

ldc
15.5
= 252.435´
= 1653kN
2
2

d. Chọn tiết diện dầm chính (dùng dầm chữ I tổ hợp hàn)
- Sơ bộ chiều cao tiết diện:
hdc = 5.5 3 Wyc = 5.5 3

-

M max
756700
= 5.5 3
= 161cm
f
24

Chiều cao nhỏ nhất của tiết diện dầm:

hmin =

5 f éldc ù ldc
5
21
1550
´ ´ ê ú´
= ´
´ 400´
= 112cm
4
24 E êë D ú
1.15
û ntb 24 2.1´ 10
9


tw ³

-

Tính sơ bộ chiều dày bụng dầm
3 Qmax
3 1653
´
= ´
= 1.82cm → Chọn tw = 1.8cm

2 hdc ´ f c 2 112´ 12

Chiều cao kinh tế của dầm chính:

hkt = k

Wyc

= 1.15

tw

31530
= 152cm
1.8

Chọn hdc = 150cm
- Xác định kích thước cánh dầm
Diện tích tiết diện cánh :
Af =

3Wyc
4hdc

=

3´ 31530
= 157cm2
4´ 150

Chọn bề rộng cánh b f = 65cm
Chiều dày bản cánh
t f = 2.4cm

-

Tính các đặc trưng hình học của tiết diện:
 Diện tích tiết diện: A = ( 2´ 2.4´ 65) +(1.8´ 145.46) = 574cm2
 Momen quán tính đối với trục x:
Ix =

1
1
´ 65´ 1503 - ´ 31.6´ 145.463 = 2071863cm4
12
6

 Momen chống uốn đối với trục x:
Wx =

2 I x 2´ 2071863
=
= 27624cm3
hdc
150

 Momen tĩnh của 1 cánh đối với trục x:
S f = ( 2´ 65) ´ 0.5(145.46 + 2) = 9584cm3

 Momen tĩnh của 1 nửa tiết diện đối với trục x:

S x = 9584 +

-

145.46
145.46
´ 1.8´
= 14344cm3
2
4

Trọng lượng 1 m dầm:

g ´ A = 78.5´ 574´ 10- 4 = 4.506kN / m

10


24

650

X

1500

X

24

18

-

Tính tại nội lực của dầm:
15.52
= 6716.7kN .m
8
15.5
 Tại vị trí gần gối tựa: Qmax = ( 252.435 + 4.503) ´
= 1687kN
2
l
 Tại vị trí cách gối tựa 1 đoạn dc = 3.9m :
4
1
M1 = ´ (1687 +843.5) ´ 3.9 = 4934.5kN .m
2
Q
Q1 = max = 843.5kN
2

 Tại vị trí giữa dầm: M max = ( 252.435 + 4.506) ´

e. Kiểm tra bền cho tiết diện
- Tại vị trí giữa dầm:
s max =

M max 671670
=

= 20 < f ´ g c = 25.2kN / cm2
Wx
27624
=

-

Tại vị trí gần gối tựa: t

-

Tại vị trí cách gối tựa 3.9m:

max

Qmax ´ S x 1687 ´ 14344
=
= 6.5 < f v ´ g c = 12kN / cm2
I x ´ tw
2071863´ 1.8

11


s1 =

t1=

M1 hw 493410 145.2
´

=
´
= 17.3kN / cm2
Wx hdc
27624 150

Q1 ´ S f
I x ´ tw

=

843.5´ 9584
= 2.2kN / cm2
2071863´ 1.8

s td = s 12 + 3´ t 12 = 17.32 + 3´ 2.22 = 17.7kN / cm2 < 1.15 f ´ g c = 24.15kN / cm2

Vậy các điều kiện bền đều thỏa
f. Kiểm tra điều kiện độ võng
- Chọn hdc = 150cm > hmin = 112cm không cần kiểm tra điều kiện độ võng.
g. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể
- Dầm chính được bản sàn thép liên kết vào cánh trên chịu nén nên không cần kiểm
tra ổn định tổng thể (liên kết bằng mặt)
h. Kiểm tra bụng dầm chịu ứng suất cục bộ
s cb =

P
P
=
£ f ´ gc

Acb hs Z

- Do có dầm phụ liên kết vào bụng dầm chính, truyền phản lực lên dầm chính nên ta
phải kiểm tra bụng dầm chính chịu ứng suất cục bộ.
- Chọn kiểu liên kết hàn bản gối vào bụng dầm chính và bắt bu-long bản gối này với
bụng dầm phụ.
s cb =

P
P
252.435
=
=
= 23.1 < f ´ g c = 25.2kN / cm2
Acb hs Z
1.2´ 9

Z = 2 ( hh + tw ) + h1 = 2 (1.8 +1.8) +1.8 = 9cm

Trong đó:
 hh - là chiều cao đường hàn, chọn sơ bộ bằng
hh = 1.8cm Î [ hmin ¸ hmax ] = [ 6 ¸ 1.2t] = [ 6 ¸ 16.8] mm (liên kết hình chữ T)



h1 - chiều dày bản gối, chọn h1 = 1.8cm

12

Dam phu
P

Dam chinh

i. Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
-

Bản cánh:

bo 314
E
=
= 15.7 < 0.5
= 16
tf
20
f

→ Thỏa ổn định cục bộ
- Bản bụng (gần gối tựa):
Độ mảnh quy ước của bản bụng:
lf =

hw
´
tw

f 146
=

´
E 1.8

21
= 2.6 < éëêl f ù
ú = 3.2
û
21´ 104

→ Không cần đặt sườn ngang để gia cường bụng dầm.
j. Kiểm tra điều kiện bền tại vị trí lực tập trung
13


s td = s 12 +s cb2 - s cb ´ s 1 + 3t 12 = 17.32 + 25.22 - 17.3´ 25.2 + 3´ 2.22 = 22.6 < 1.15 f = 24.15kN / cm2 (

V.

Thỏa )
THIẾT KẾ LIÊN KẾT
1. Liên kết nối dầm chính (liên kết hàn đối đầu)
- Dầm chính dài 15.5 m cần thực hiện nối dầm
- Dự định nối tại vị trí cách gối tựa 3.9m có Q = 843.5kN ; M = 4934.5kN.m
- Dùng liên kết hàn đối đầu, điều kiện kiểm tra thông thường
- Các đặc trưng hình học của tiết diện hàn đối đầu:
 Momen kháng uốn : Wh = Wx = 27624cm3
 Diện tích đường hàn: Ah = A = 574cm2
-

Kiểm tra độ bền đường hàn đối đầu:

sh =

M 493450
=
= 17.9kN / cm2
Wh
27624

th=

Q 843.5
=
= 1.5kN / cm2
Ah
574

s td = s h 2 + 3t

2
h

= 17.92 + 3´ 1.52 = 18.07 < 1.15 f wt ´ g c = 20.7kN / cm2

14


2. Liên kết dầm phụ với dầm chính (liên kết bu-lông)
-

Bu-lông cấp độ bền 5.6 có:
 Cường độ chịu cắt tính toán :

fvb = 19kN / cm2

 Cường độ chịu kéo tính toán :

ftb = 21kN / cm2

 Cường độ chịu ép mặt tính toán :

fcb = 40kN / cm2

d = 3.0cm
 Đường kính bu-lông:

-

Hệ số điều kiện làm việc của bu-lông : g b = 0.9

-

Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu: g = 1

-

Chọn 8 bu-lông và bản thép bố trí như hình vẽ:

15

1500

Dam phu

Ban thep 380x220x10

-

Nội lực tại vị trí gối tựa:

M = 0; Q = 252.435kN

-

Mô men lệch tâm:
M lt = Q´ e = 252.435´ 9.7 = 2448.6kN .cm

-

Tính khả năng chịu lực của 1 bu-lông (bu-lông làm việc chịu cắt và ép mặt)

Khả năng chịu cắt 1 bu-lông:

[ N]


vbl

= fvb ´ g b ´ Ab ´ g = 19´ 0.9´ 7.06´ 1 = 121kN

Khả năng chịu ép mặt 1 bu-lông:

[ N] = då d ´
® [ N]
= [ N]
min

cb

min bl

-

fcb ´ g b = 3.0´ 1´ 40´ 0.9 = 108kN

vbl

= 97.2kN

Lực tác dụng lên 1 bu-lông:
Q 252.435
=
= 31.6kN
n
8
M ´l
2448.6´ 27
Do mô men lệch tâm: N M = lt max
=

= 41kN
2
må l i
2´ 92 + 272

 Do lực cắt: NQ =

-

(

)

Hợp lực do Q và M lt tác dụng lên 1 bu-lông:

Nb = NQ2 + N M2 = 97.22 + 412 = 105.5 < [ N ] min bl ´ g = 108kN

16


100 40
100
40 100
18

50

120

50

18
3. Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm chính
-

Chiều cao của đường hàn: h f ³

Qmax ´ S f
2 b f ´ f wf ´ I x

(

)

=

1687 ´ 9584
= 0.238cm
2 ( 0.7 ´ 18) ´ 2701863

→ Để chống gỉ chọn h f = 4mm

17