Thuyết minh Đồ án kết cấu thép I
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (546.3 KB, 51 trang )
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU THÉP I
Nội dung: Thiết kế sàn 1 tầng nhà công nhiệp bằng thép.
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Hữu Cường
Ngày nhận đồ án: 25/04/2016
Thời gian làm đồ án: từ 28/04/2016 đến ngày 28/05/2016
Nhóm thực hiện: Nhóm 120
Mã đề : 2111
PHẦN I: QUY TRÌNH NHÓM
1.1 Danh sách các thành viên trong nhóm:
ST
T
1
2
3
4
Họ và tên
Lớp
MSSV
Ghi chú
Vũ Trung Sơn
Lê Tuấn Tài
Nguyễn Văn Tài
54K1-GT
54K2-GT
54K3-GT
135D5802050024
135D580205
135D580205
Trần Duy Tài
54K1-GT
135D580205
2.2 Kế hoạch thực hiện đồ án:
TT
1
2
3
4
Nội dung công việc
Xây dựng kế hoạch thực hiện đồ án
Họp nhóm thông qua kế hoạch và phân công công
việc
Lập sơ đồ kết cấu, lập mặt bằng lưới cột lưới dầm
Tính toán thiết kế sàn thép
Lập sơ đồ tính toán sàn thép
Xác định tải trọng tác dụng lên sàn
Xác định nội lực tính toán
Chọn tiết diện sàn
Kiểm tra sàn theo điều kiện đồ võng và điều kiện
bền
5
Người làm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Tính toán thiết kế dầm sàn
Chọn sơ đồ tính toán
Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
6
7
Vẽ biểu đồ nội lực M, V. Xác định nội lực tính
toán.
Chọn tiết diện dầm
Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo
điều kiện biến dạng.
Tính toán liên kết sàn với dầm sàn
Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên
Tính toán thiết kế dầm phụ
Chọn sơ đồ tính toán
Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.
Vẽ biểu đồ nội lực M,V.Xác định nội lực tính
toán.
Chọn tiết diện dầm
Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều
kiện biến dạng.
Tính toán liên kết dầm sàn với dầm phụ
Tính toán thiết kế dầm chính
Chọn sơ đồ tính toán
Xác định tải trọng tác dụng lên dầm
8
Vẽ biểu đồ nội lực M, V. Xác định nội lực tính
toán
Chọn tiết diện dầm
Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều
kiện biến dạng
Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề
rộng bản cánh 1 lần, đối xứng)
Tính toán liên kết cánh với bụng dầm
Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định
cục bộ của dầm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Cả nhóm
Tính toán liên kết dầm phụ với dầm chính
Cả nhóm
9
Họp nhóm kiểm tra phần việc của các thành viên
10
Tổng hợp thuyết minh
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
Cả nhóm
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
11
Tổng hợp bản vẽ
Cả nhóm
PHẦN II: NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ
2.1 NỘI DUNG, YÊU CẦU
Thiết kế sàn tầng 1 nhà công nghiệp bằng thép, bao gồm 2 nhịp, với hệ dầm phức
tạp:
Theo trình tự sau:
1. Trên cơ sở số liệu đã cho, thành lập sơ đồ kết cấu, lập mặt bằng lưới cột, dầm.
2.Chọn chiều dày bản sàn thép, tương ứng độ võng cho phép của bản sàn [∆] =
L
150
3.Tính toán, thiết kế dầm sàn,dầm phụ theo các nội dung:
- Chọn sơ đồ tính toán
- Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.
- Vẽ biểu đồ nội lực M, V. Xác định nội lực tính toán.
- Chọn tiết diện dầm (chọn thép định hình cán nóng)
- Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.
4. Tính toán, thiết kế dầm chính, theo các nội dung:
-
Chọn sơ đồ tính toán
Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.
Vẽ biểu đồ nội lực M, V. Xác định nội lực tính toán.
Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn từ ba bản thép.
Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng.
Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề rộng bản cánh 1 lần, đối xứng)
Tính toán liên kết cánh với bụng dầm.
Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của dầm.
Thiết kế cấu tạo và tính toán các chi tiết khác của dầm và hệ dầm:
+ Liên kết gối dầm dầm chính với cột.
+ Liên kết dầm phụ với dầm chính.
+ Nối dầm chính (nếu cần)
5.Trình bày số liệu và các tính toán trong quyển thuyết minh kèm theo.
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
2.2 SỐ LIỆU THIẾT KẾ
-
Nhịp dầm chính (nhịp cột): L (m) = 16,5(m)=3100.5+500.2(m)
Nhịp dầm phụ (bước cột):
B (m) = 4(m)
Nhịp dầm sàn (bước dầm phụ): a (m) = L/5= 3100 (m)
Nhịp sàn (bước dầm sàn):
b (m) = 0,8(m)
Hoạt tải tiêu chuẩn lên sàn: pc = 1,6 (T/m2) = 0,16(daN/cm2)
- Vật liệu thép :
Thép làm sàn, dầm phụ CCT34 có f = 2100 kG/cm2
×
fv=0.58 f =1218(daN/cm2)
γ g = 1, 05
γ p = 1, 2
Hệ số vượt tải: của tĩnh tải
; của hoạt tải
- Chiều cao lớn nhất cho phép: hmax= 1,3m.
- Liên kết hàn điện bằng tay, que hàn N42, N46 hoặc tương đương.
- Độ võng cho phép: của dầm phụ [∆/L] = 1/250; của dầm chính
[∆/L]= 1/400.
HÖ DÇM SµN TÇNG 1
16500
A
16500
B DÇM SµN
DÇM CHÝNH
DÇM PHô
C
SµN thÐp
800
800
800
4000
800
800
3
500 3100
A
3100
3100
3100
3100 500500 3100
B
3100
3100
3100
2
3100 500
C
SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TẦNG 1 NHÀ CÔNG NGHIỆP 2 TẦNG
PHẦN III: QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN
3.1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU:
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
Hệ dầm đề ra là hệ dầm thép phức tạp, gồm ba hệ thống dầm đặt vuông góc với
nhau và song song với hai cạnh của ô sàn: Dầm chính đặt song song với cạnh dài
của ô bản và kê lên cột. Dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn của ô bản. Dầm sàn
đặt song song với cạnh dài của ô bản và chịu tải trọng từ sàn truyền xuống. Sơ đồ
kết cấu như hình vẽ :
Hình 2: Sơ đồ mặt bằng kết cấu tầng 1
3.2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BẢN SÀN THÉP.
3.2.1 Tính kích thước bản sàn:
Xác định chiều dày của ts bản sàn theo công thức gần đúng giá trị giữa nhịp lớn
nhất ls và chiều dày của bản sàn:
Trong đó:
E1 =
⇒
n0 = [ l / ∆ ] = 150
ls 4n0 72 E1
=
1 +
÷
t s 15 n04 p tc
- nghịch đảo của độ võng tương đối cho phép
E
2,1 ×10
=
= 2,31× 106 (daN / cm 2 )
2
2
1− v
1 − 0,3
6
ls 4 ×150 72 × 2,31×106
=
1 +
÷ = 122
ts
15
1504 × 0,16
ts =
ls
800
=
= 6, 6mm
122 122
⇒
Chọn ts =8 mm
3.2.2 Tính toán và kiểm tra bản sàn
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
Cắt một dải bản rộng 1cm theo chiều cạnh ngắn của nhịp sàn. Do được hàn
với dầm bằng các đường hàn góc, dưới tác dụng của tải trọng, sàn bị ngăn cản biến
dạng, tại gối tựa sẽ phát sinh ra lực kéo H và mômen âm. Lực kéo và mômen này
làm giảm mômen nhịp và độ võng cho bản. Thông thường, mômen âm khá bé,
trong tính toán thiên bề an toàn, bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm, chỉ xét ảnh
hưởng của lực kéo H. Sơ đồ tính toán bản là dầm có hai gối cố định chịu tải trọng
tính toán phân bố đều qtt. được thể hiện như hình vẽ:
Hình 3: Sơ đồ tính sàn thép.
3.2.1.1.Xác định tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng trên bản sàn:
- Trọng lượng bản thân tấm sàn là:
g tc = t s × γ thép = 0,8 × 7,85 × 10−3 = 6, 28 ×10 −3 ( daN / cm 2 )
- Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên tấm sàn :
q tc = qstc + g stc = 0,16 + 6, 28 ×10−3 = 0,16628( daN / cm 2 )
q tt = q tc × n p + g tc × ng = 0,16 × 1, 2 + 6, 28 × 10 −3 × 1, 05 = 0,1986( daN / cm 2 )
- Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên 1cm sàn:
qs tc = q tc ×1 = 0,16628 ×1 = 0,16628( daN / cm 2 )
qs tt = q tt × 1 = 0,1986 × 1 = 0,1986( daN / cm)
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
3.2.1.2.Kiểm tra độ võng của bản sàn:
IX =
bh3 1× 0,83
=
= 0, 043(cm 4 )
12
12
Với
- Độ võng ở giữa nhịp bản do tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:
5 q tc ls4
5 × 0,16628 × 804
=
= 0,89(cm)
384 E1 I x 384 × 2,31×106 × 0, 043
∆0 =
- Tính α (tỷ số giữa lực kéo H và lực tới hạn Euler Ncr ). Giải phương trình:
2
0,89 2
∆
α (1 + α ) = 3 0 ÷ = 3 × (
) = 3,84 ⇒ α = 0,97
0,8
t
2
- Độ võng ở giữa nhịp bản do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H gây ra là:
∆ = ∆0
1
1
= 0,89 ×
= 0, 45(cm)
1+ α
1 + 0,97
- Kiểm tra độ võng của bản sàn theo công thức:
∆ = 0, 45 ≤ [ ∆ ] = ls ×
1
1
= 80 ×
= 0,53(cm)
150
150
Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện kiểm tra độ võng.
3.2.1.3.Kiểm tra điều kiện bền của bản sàn:
- Lực kéo tác dụng tải gối tựa bản là :
H = γQ
π2
4
2
2
π2 1
∆
E
t
=
1,
2
×
×
× 2,31×106 × 0,8 = 243, 2( daN )
l 1
4 150
- Mômen lớn nhất ở giữa nhịp bản là:
M max
1
0,1986 × 80 2
1
= M0
=
×
= 80, 6( daN .cm)
1+ α
8
1 + 0,97
⇒ Kiểm tra điều kiện của bản sàn theo công thức:
σ=
H M max 243, 2 80, 6
+
=
+
× 6 = 1059, 6( daN / cm 2 )
A WX
1× 0,8 1× 0.82
⇒ σ max = 1059, 6( daN / cm 2 ) < f .γ c = 0.95 × 2100 = 1995(daN / cm 2 )
Vậy bản sàn đảm bảo điều kiện về cường độ.
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
3.2.2. Tính toán và kiểm tra liên kết giữa sàn với dầm sàn
3.2.2.1.Chiều cao đường hàn
Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực kéo H. Hàn sàn với
dầm sàn bằng phương pháp hàn tay, que hàn N42 là đường hàn góc. Chiều cao của
hf =
đường hàn đó xác định theo công thức:
H
( β × f w ) min × γ c
( β × f w ) min = min ( β f × f wf ; β s × f ws )
Trong đó:
βf , βs hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn. Khi hàn tay βf =0.7; βs =1
fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng
chảy.
Với thép CCT34
f ws = 0.45 × f u = 0, 45 × 3450 = 1530(daN / cm2 )
Dùng que hàn N42 có
Vậy :
⇒ hf =
f wf = 1800 (daN / cm 2 )
( β × f w ) min = β f × f wf
H
( β × f w ) min × γ c
=
.
= 0, 7 × 1800 = 1260(daN / cm 2 )
243, 2
= 0, 2(cm)
1260 × 0,95
Chiều cao đường hàn hf phải thoả mãn yều cầu cấu tạo:
2(mm)
h f = ≤ 1, 2t min = 0,96(mm)
≥ h
f min = 5(mm)
Vậy theo yêu cầu cấu tạo lấy hf = 5(mm)
3.2.2.2.Kiểm tra tiết diện đường hàn:
Chiều dài mỗi đường hàn góc để liên kết bản với dầm sàn :
lw = b − 1 = 310 − 1 = 309(cm)
- Kiểm tra tiết diện 1(theo vật liệu đường hàn):
H
≤ γ c × f wf
β f × h f × ∑ lw
H
243, 2
=
= 2, 25(daN / cm 2 ) ≤ γ c × f wf = 0,95 × 1800 = 1710( daN / cm 2 )
β f × h f × ∑ lw 0, 7 × 0,5 × 309
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
- Kiểm tra tiết diện 2(theo vật liệu của thép cơ bản theo biên nóng chảy):
H
≤ γ c × f ws
β s × h f × ∑ lw
H
243, 2
=
= 1,57(daN / cm 2 ) ≤ γ c × f ws = 0,95 × 1530 = 1453(daN / cm 2 )
β s × h f × ∑ lw 1× 0.5 × 309
Vậy liên kết giữa sàn với dầm sàn đảm bảo điều kiện cường độ.
3.3.TÍNH TOÁN DẦM SÀN
Chọn dầm sàn là thép định hình cán nóng tiết diện chữ I
3.3.1.Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên dầm sàn:
3.3.1.1.Sơ đồ tính toán dầm sàn:
Dầm sàn được coi là dầm đơn giản nhiều nhịp khoảng cách giữa các nhịp dầm là:
lds = a = 2,25 m. Để thiên về an toàn,ta tính dầm sàn theo dầm đơn giản. Tải trọng
tác dụng lên dầm sàn là tải từ sàn truyền và là tải phân bố đều. (hình
3100
3100
3100
Hình 4:Diện chịu tải và sơ đồ tính dầm sàn.
Tải trọng từ sàn truyền vào dầm sàn là:
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
-Tải trọng tiêu chuẩn:
qdstc = qstc × ls = 0,16628 × 80 = 13,302(daN / cm)
-Tải trọng tính toán:
qdstt = qstt × ls = 0,1986 × 80 = 15,888(daN / cm)
Chọn nội lực lớn nhất trong các dầm để tính toán :
-Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
M max =
qdstt × a 2 15,888 × 3092
=
= 137909(daN .cm)
11
11
-Lực cắt lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
Vmax = 0, 6 × qdstt × a = 0, 6 ×15,888 × 309 = 2945, 6( daN )
3.3.1.2. Chọn tiết diện dầm sàn
Từ điều kiện bền chịu uốn, tính mômen kháng uốn theo biểu thức:
Wxyc =
M max
137909
=
= 61, 72(cm3 )
γ c c1 f 1,12 × 0,95 × 2100
Trong đó hệ số
c1 = 1,12; γ c = 0,95
đối với dầm hình.
Momen chống uốn của dầm sàn có kể đến sự phát triển biến dạng dẻo trong tiết
diện:Vì Mmaxds chưa tính tải trọng bản thân dầm sàn nên chọn thép có độ chống uốn
lớn hơn so với Wxyc. Do đó, chọn thép định hình I12 có các thông số và có hình vẽ
sau :Tiết diện thép I14
Wx = 81,7 (cm3); gdsc = 0,137 (kG/cm);
b = 7,3 (cm);
tf = 0,75 (cm);
Sx = 46,8 (cm3);
Ix = 572 (cm4);
h = 14 (cm);
tw = 0,49 (cm);
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
7,5
140
4,9
73
Hình 5: Tiết diện dầm sàn I.14
3.3.1.3.Kiểm tra tiết diện dầm sàn:
•
Kiểm tra tiết diện dầm sàn theo điều kiện độ bền(có kể đến trọng lượng bản thân
dầm):
Tải trọng tác dụng lên dầm sàn có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:
-Tải trọng tiêu chuẩn:
qdstc = qdstc + g ds = 13,32 + 0,137 = 13, 46(daN / cm)
.
-Tải trọng tính toán:
qdstt • = qdstt + γ g × g ds = 15,888 + 1, 05 × 0,137 = 16, 03( daN / cm)
.
-Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
M max
qdstt × a 2 15,888 × 3092
=
=
= 137909(daN .cm)
11
11
.
-Lực cắt lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
Vmax = 0, 6 × qdstt × a = 0, 6 × 15,888 × 309 = 2945, 6( daN )
σ max =
- Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:
σ ds max =
.
M max
≤ f ×γ c
1,12 × Wx
M max
137909
=
=1507,1kg/cm 2 < f.γ c =1995(kG/cm 2 )
ds
1,12.W x 1,12.81,7
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất
V .S
2945, 6 × 46,8
τ = max x =
= 491,8(kG /cm 2 ) < f v .γ c =1218 × 0,95=1157(kG/cm 2 )
I xtw
572 × 0, 49
Kiểm tra tiết diện dầm chịu đồng thời ứng suất pháp và ứng suất tiếp :
σ td = σ 2 + 3τ 2 ≤ 1,15 f × γ c
σ td = 1507,12 + 3 × 491,82 = 1731, 2daN / cm2 ≤ 1,15 × 0,95 × 2100 = 2294,3daN / cm2
•
Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ võng (có kể đến trọng lượng bản thân
dầm):
Ta có:
∆
5 qdstc × l 3 ∆
1
=
×
≤ =
l 384 E × I x l 250
∆
5
13, 46 × 3093
1
∆
=
×
= 0, 0011 < =
= 0.004
6
l 384 2,1× 10 × 572
l 250
Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền và độ võng
Do dầm sàn liên kết trực tiếp với sàn nên thỏa mãn điều kện ổn định tổng thể.
3.3.1.4. Kiểm tra độ ổn định của dầm sàn
a. Kiểm tra độ ổn định tổng thể dầm sàn
Không cần kiểm tra độ ổn định tổng thể của dầm sàn vì phía trên dầm sàn
có liên kết hàn chặt giữa sàn và dầm sàn như hình vẽ
hf =4
Hình 7. Chi tiết liên kết sàn và dầm sàn
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
b. Kiểm tra độ ổn định cục bộ dầm sàn
Vì trên sàn thép không chịu tải trọng tập trung, chỉ chịu tải phân bố nên
không cần kiểm tra ổn định cục bộ cho dầm sàn
3.3.1.5. Tính toán liên kết mối nối dầm sàn (chọn hàn tay dạng chữ V)
Nhận xét: Vì thép định hình thường có
chiều dài 6 m nên phải nối thép. Nếu tại vị
trí có nội lực lớn nhất mà thỏa mãn điều kiện
về mối nối dầm thì khi ta nối tại 1 vị trí bất
kỳ trên dầm cũng sẽ thỏa mãn điều kiện. Do
đó ta kiểm tra mối nối theo nội lực nguy
hiểm nhất. Ta thấy nội lực tại gối nhịp ở ví trí
x = 4,5 có nội lực lớn nhất (m) (tính cả mút
thừa) có:
Qmaxds =2945,6(kG);
Mmaxds = 137909(kG.cm)
– Các đặc trưng hình học của dầm sàn:
Momen kháng uốn Wx = 81,7 (cm3);
Diện tích tiết diện F = 17,4 (cm2)
– Kiểm tra độ bền của đường hàn đối đầu tại vị trí x
ds
M max
137909
σ = ds =
= 1688(kG / cm2 )
Wx
81, 7
τ=
ds
Qmax
2945, 6
=
= 169,3(kG / cm 2 )
F
17, 4
→ σ td = σ 2 + 3.τ 2 = 16882 + 3.169, 32 = 1713, 3( kG / cm 2 )
⇒ σ td < 1,15.γ . f = 1,15.0,9.1800 = 1863(kG/ cm 2 )
Kết luận: Vậy, chọn thép định hình chữ I14 làm dầm sàn
3.4.TÍNH TOÁN DẦM PHỤ
Chọn dầm phụ là thép định hình cán nóng tiết diện chữ I
3.4.1.Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên dầm phụ:
• Sơ đồ tính toán dầm phụ:
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
-Dầm phụ được đặt lên trên dầm chính, sơ đồ kết cấu là dầm đơn giản. Tải trọng
tác dụng lên dầm chính bao gồm: Trọng lượng bản sàn, dầm sàn, dầm phụ và hoạt
tải.
-Lực từ dầm sàn truyền lên dầm phụ là lực tập trung, do các dầm phụ đặt gần nhau
(l =1m) nên có thể xem tải trọng tác dụng lên dầm phụ là phân bố đều. Tải trọng
tập trung được thay thế bằng tải trọng tương đương phân bố.
Diện chịu tải do dầm sàn và sàn truyền vào dầm phụ là:
4000
Hình 6:Diện chịu tải và sơ đồ tính dầm phụ
Tải trọng từ sàn và dầm sàn truyền vào dầm phụ là
- Tải trọng tiêu chuẩn:
tc
qdp
=
n1 × qdstc• × b 3 ×13, 46 × 309
=
= 31,19(daN / cm)
B
400
- Tải trọng tính toán:
tt
qdp
=
n1 × qdstt • × b 3 ×16, 03 × 309
=
= 37,1( daN / cm)
B
400
(với
n1
là số lượng dầm sàn ).
-Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
M max =
tt
qdp
× B2
8
37,1× 4002
=
= 742000(daN .cm)
8
-Lực cắt lớn nhất tại hai đầu nhịp dầm là:
Vmax
tt
qdP
× B 37,1× 400
=
=
= 7420( daN )
2
2
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
3.4.2.Chọn tiết diện dầm phụ:
Mô men chống uốn cần thiết cho dầm theo yêu cầu độ bền (có kể đến biến
dạng dẻo):
Wxyc =
( Hệ số
M max
742000
=
= 332,1(cm3 )
C1γ c f 1,12 × 0,95 × 2100
c1 = 1.12 γ c = 0.95
,
đối với dầm hình )
Tra bảng thép cán sẵn và thử dần ta chọn được thép dầm là thép I27 có các đặc
trưng hình học:
Wx = 371(cm3 ); g = 31,5(kg / m) = 0,315(daN / cm); b f = 12,5(cm)
S x = 210(cm3 ); I x = 5010(cm 4 ); hd = 27(cm); t w = 6(mm)
9,8
270
6,0
125
Hình 7: Tiết diện dầm phụ I.27
1. Kiểm tra tiết diện dầm phụ:
•
Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền (có kể đến trọng lượng bản thân
dầm):
Tải trọng tác dụng lên dầm phụ có kể đến trọng lượng bản thân dầm là:
-Tải trọng tiêu chuẩn:
tc
tc
qdp
= qdp
+ g dp = 31,19 + 0,315 = 31,505(daN / cm)
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
-Tải trọng tính toán:
tt
tt
qdp
= qdp
+ γ g × g dp = 37,1 + 1, 05 × 0,315 = 37, 4(daN / cm)
-Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
tt
qdp
× B2
M max =
8
37, 4 × 4002
=
= 748000(daN .cm)
8
-Lực cắt lớn nhất tại hai đầu nhịp dầm là:
Vmax =
tt
qdp
×B
2
=
37, 4 × 400
= 7480(daN )
2
Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:
σ max =
M max
≤ f ×γc
C1Wx
σ max =
M max
748000
=
= 1800(daN / cm 2 )
C1Wx 1,12 × 371
⇒ σ max = 1800(daN / cm 2 ) < γ c f = 2100 × 0,95 = 1995(daN / cm 2 )
Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất:
τ max =
τ max =
Vmax S x
≤ fv × γ c
I xt w
Vmax S x 7480 × 210
=
= 522, 6(daN )
I x tw
5010 × 0, 6
⇒ τ max = 522, 6( daN ) < f vγ c = 1218 × 0,95 = 1157( daN )
•
Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ võng (có kể đến trọng lượng bản thân
dầm):
tc
3
∆
5 qdp × B
1
∆
=
×
≤ =
l 384 E × I x
l 250
Ta có:
∆
5
31,505 × 4003
1
∆
=
×
= 0, 0025 < =
= 0.004
6
l 384 2,1×10 × 5010
l 250
Vậy tiết diện dầm đã chọn đảm bảo yêu cầu về độ bền và độ võng
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
• Kiểm tra bản bụng dầm phụ chịu ứng suất cục bộ:
P
σc =
≤ γc × f
tw × lz
73
P/2
P/2
9,8
45°
92,6
6
Hình 8: Sơ đồ tải trọng cục bộ của dầm phụ.
Trong đó:
P = qdstt × b = 15,888 × 309 = 4909, 4( daN )
lz = b f + 2hy = b + 2(t f + r ) = 12,5 + 2 × (0,98 + 1,1) = 16, 66(cm)
σc =
4909, 4
= 491(daN / cm 2 ) ≤ γ c × f = 0.95 × 2100 = 1995(daN / cm 2 )
0, 6 ×16, 66
Vậy bản bụng dầm đảm bảo điều kiện bền do ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm
sàn.
• Kiểm tra ổn định tổng thể:
Khoảng cách giữa các dầm sàn là
là
l0 = ls = 0,8m = 80cm.
Bề rộng cánh dầm phụ
bc = b f = 12,5cm
bf
bf
l0
≤ δ × 0.41+ 0.0032 × + 0.73 − 0.016 ×
bf
t f
tf
δ = 1.12
bf
×
h
f
E
×
f
vật liệu làm việc trong giai đoạn dẻo
hf = h − t f
là khoảng cách trọng tâm hai cách nén
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
⇒ h f = 27 − 0,98 = 26, 02(cm)
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
bf
t f = 0,98(cm) t f
=
bf
12,5
= 12,8 < 15
0,98
;
=> ta dùng
tf
= 15
để tính toán.
l0
80
12,5
2.1×106
=
= 6, 4 ≤ 1,12 × 0, 41 + 0, 0032 ×15 + ( 0, 73 − 0, 016 ×15 ) ×
×
= 24,6
b f 12,5
26, 02
2100
Vậy dầm đảm bảo ổn định tổng thể.
3.5.TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH (DẦM TỔ HỢP).
Chọn mác thép dầm chính CCT42 có f = 2450 kG/cm2
×
fv=0.58 f =1421(daN/cm2)
3.5.1.Sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên dầm chính:
Dầm chính được đặt lên trên cột, sơ đồ kết cấu là dầm đơn giản. Tải trọng tác
dụng lên dầm chính bao gồm: Trọng lượng bản sàn, dầm sàn, dầm phụ và hoạt tải.
4000
4
4000
3
2
500 3100
A
3100
q
3100
16500
3100
3100 500
B
1650
3q
36ql/55
3q
Hình 9: Diện chịu tải và sơ đồ tính dầm chính.
Lực từ dầm phụ truyền lên dầm chính là lực tập trung:
- Tải trọng tiêu chuẩn do dầm phụ truyền vào dầm chính là:
tc
tc
pdc
= qdp
× B = 31,505 × 400 = 12602(daN )
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
- Tải trọng tính toán do dầm phụ truyền vào dầm chính là:
tt
tt
pdc
= qdp
× B = 37,1× 400 = 14840( daN )
Theo cơ học kết cấu thì ta có thể xác định nội lực trong dầm như sau :
- Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
M max = 1080 × pdctt = 1080 × 14840 = 1602, 72 × 104 (daN .cm)
- Lực cắt lớn nhất tại hai đầu nhịp dầm là:
Vmax = 3 × 14840 = 44520(daN )
2. Thiết kế tiết diện dầm:
a. Chọn chiều cao tiết diện dầm:
• Chiều cao tiết diện dầm phải đảm bảo các yêu cầu về sự dụng và kinh tế.
hmin ≤ hd
0
hd ≈ hkt ± 20 0
Để tính hkt sơ bộ chọn
tw = 10( mm)
Đối với dầm hàn chọn hệ số cấu tạo
Mômen kháng uốn cần thiết là:
Wxyc =
k = 1,15
M max 1602,72 ×10 4
=
= 6886, 02(cm3 )
γc f
0,95 × 2450
(chọn thép dầm chính CCT42 )
⇒ hkt = k ×
Wxyc
6886, 02
= 1,15 ×
= 100(cm)
tw
1
h = 100(cm)
b.
Vậy nên chọn chiều cao dầm là:
.
Chọn chiều dày bản bụng dầm:
Chiều dày bản bụng dầm tw được chọn từ việc xác định chiều cao dầm, tw
càng nhỏ thì dầm càng nhẹ. Tuy nhiên tw cần đảm bảo điều kiện chịu lực cắt lớn
nhất. Giả thiết chiều dày cánh dầm
t f = 2,5(cm)
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
⇒ hw = h − 2t f = 100 − 2 × 2,5 = 95(cm)
⇒ h f = h − t f = 100 − 2, 5 = 97,5( cm)
Vậy chiều dày cần thiết của bụng dầm là:
Vmax
3
3
44520
⇒ tw = ×
= ×
= 0,52(cm)
2 hw × f v × γ c 2 95 × 1421× 0,95
Chọn chiều dày bản bụng thoả mãn điều kiện ổn định bản mỏng:
⇒ tw ≥
hw
f
95
2450
×
=
×
= 0,59(cm)
5,5
E 5,5
2,1×106
Vậy chọn chiều dày bản bụng
tw = 10(mm) = 1(cm)
c. Chọn kích thước bản cánh dầm bf, tf
-Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức:
M
h t × h3 2 1602, 72 ×10 4 100 0, 6 × 953
2
Af = b f × t f = max × − w w ÷× 2 =
×
−
= 63, 42(cm 2 )
÷×
2
f
×
γ
2
12
h
2450
×
0,95
2
12
97,5
c
f
t f = 2,5(cm)
bf =
63, 42
= 25,37(cm)
2,5
Chiều dày bản cánh đã chọn
⇒
Kích thước cánh dầm phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo sau:
b f
b f
b f
b f
b
f
E
2.1 ×106
≤
× tf =
× 2,5 = 73, 2(cm)
f
2450
1 1
= ÷ ÷× h = (20 ÷ 50)cm
2 5
≥ 18(cm)
≤ 30 × t f = 75(cm)
≥
h 140
=
= 10(cm)
10 10
Vì mômen uốn để tính ra tiết diện yêu cầu trên chưa kể đến trọng lượng bản thân
dầm, nếu kể đến thì tiết diện dầm tính được sẽ lớn hơn. Vì vậy chọn chiều rộng
b f = 50(cm)
cánh dầm là
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
1000
975
950
10
25
500
Hình 10: Tiết diện dầm chính.
d. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cường độ:
•
Các đặc trưng tiết diện dầm:
A = Aw + A f = 95 × 0.6 + 2 × 50 × 2,5 = 307(cm 2 )
Diện tích tiết diện dầm:
Mômen quán tính và mômen kháng uốn của tiết diện với trục trung hoà x –x
Ix = Iw + I f =
b × t 3 b × t × h 2fk
t w × hw3
+ 2× f f + f f
12
12
4
÷
÷
50 × 2,53 50 × 2,5 × 97,52
1× 953
4
=
+ 2×
+
÷ = 665718, 75(cm )
12
4
12
⇒W =
2 × I x 2 × 665718, 75
=
= 13314,38(cm3 )
h
100
hf
hw2
952
97,5
S x = S w + S f = t w × + b f × t f × = 1×
+ 50 × 2,5 ×
= 7221,88(cm3 )
8
2
8
2
•
Kiểm tra điều kiện cường độ:
Trọng lượng bản thân dầm chính quy về lực tập trung là:
g dc = γ thép × A × b = 7,85 × 10−3 × 307 × 310 = 747(daN )
-Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm chính lên kể cả trọng lượng bản thân dầm:
tc•
tc
qdc
= pdc
+ g dc = 12602 + 747 = 13349(daN )
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
- Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm chính lên kể cả trọng lượng bản thân dầm:
tt •
qdc
= pdctt + γ g × g dc = 14840 + 1, 05 × 747 = 15624(daN )
- Mômen lớn nhất tại giữa nhịp dầm là:
•
M max
= qdctt • × 1080 = 15624 × 1080 = 16873920( daN .cm)
- Lực cắt lớn nhất tại hai đầu nhịp dầm là:
•
Vmax
= 3 × 15624 = 46872(daN )
⇒ Điều kiện bền của dầm theo mômen tại tiết diện giữa dầm là:
Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất:
σ max
•
M max
=
≤ f ×γc
Wx
σ max =
•
M max
16873920
=
= 1276,3(daN / cm 2 )
Wx
13314,38
⇒ σ max = 1267,3( daN / cm 2 ) ≤ γ c f = 2450 × 0,95 = 2327,5( daN / cm 2 )
Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen
Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất:
τ max =
τ max
•
Vmax
Sx
≤ fv × γ c
I xtw
•
Vmax
S x 46872 × 7221,88
=
=
= 847, 4( daN )
I xtw
665718, 75 × 0.6
⇒ τ max = 847, 4( daN ) < f vγ c = 1421× 0,95 = 1349,95(daN )
Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt.
kiểm tra võng vì:
∆ = 0.033m
dùng phần mềm sap 2000 kiểm tra được
nên
∆ 0.033
1
∆
=
= 0.002 < =
= 0.0025
L 16,5
l 400
•
e. Tính toán và kiểm tra liên kết giữa dầm phụ với dầm chính:
Tính toán liên kết hàn:
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
Chọn chiều dày của bản ghép bằng chiều dày bụng dầm chính có
Ta có :
t1 = 1(cm)
≤ 1, 2t min = 7, 2(mm)
hf =
≥ h f min = 5(mm)
h f = 6(mm)
Chọn
Chiều cao đường hàn liên kết giữa bản thép nối vào dầm chính chịu lực cắt H.
∑ lw =
H
h f × ( β × f w ) min × γ c
( β × f w ) min = min ( β f × f wf ; β s × f ws )
Trong đó:
βf , βs hệ số chiều sâu nóng chảy của đường hàn. Khi hàn tay βf =0.7; βs =1
fwf ; fws – cường độ tính toán của thép đường hàn và thép cơ bản trên biên nóng
chảy.
Với thép CCT42:
f ws = 0, 45 × f u = 0, 45 × 4200 = 1890(daN / cm 2 )
Dùng que hàn N42 có
( β × f w ) min
Trong đó:
f wf = 1800 (daN / cm 2 )
= β f × f wf = 0.7 × 1800 = 1260(daN / cm 2 )
dp •
H = Vmax
= 7480( daN )
∑ lw =
H
7480
=
= 10, 4(cm)
h f × ( β × f w ) min × γ c 0, 6 × 1260 × 0,95
∑ lw = 2 × lw ⇒ lw =
∑ lw 10, 4
=
= 5, 2(cm)
2
2
Mà
- Chiều dài tối thiểu của bản ghép là:
⇒ lbg = lw + 1 = 5, 2 + 1 = 6, 2(cm)
Chọn
lbg = 95(cm)
kết hợp với sườn gia cường.
Vậy tiết diện bản ghép là
Abg = lbg × tbg = 95 × 1(cm 2 )
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
Abg = lbg × tbg = 95(cm 2 ) > A
•
Kiểm tra liên kết hàn:
Chiều dài mỗi đường hàn góc để liên kết bản với dầm chính:
lw = lbg − 1 = 95 − 1 = 94(cm)
Kiểm tra tiết diện 1(theo vật liệu đường hàn):
H
≤ γ c × f wf
β f × h f × ∑ lw
H
7480
=
= 94,8(daN / cm 2 ) ≤ γ c × f wf = 0,95 × 1800 = 1710( daN / cm 2 )
β f × h f × ∑ lw 0, 7 × 0, 6 × 2 × 94
Kiểm tra tiết diện 2(theo vật liệu của thép cơ bản theo biên nóng chảy):
H
≤ γ c × f ws
β s × h f × ∑ lw
H
7480
=
= 66,3(daN / cm 2 ) ≤ γ c × f ws = 0,95 × 1890 = 1795,5(daN / cm 2 )
β s × h f × ∑ lw 1× 0, 6 × 2 × 94
Vậy liên kết giữa bản thép nối với dầm chính đảm bảo điều kiện cường độ.
•
Tính toán và kiểm tra liên kết bu lông giữa dầm phụ với bản thép nối:
Chọn
n=4
với đường kính d=20 mm..Bố trí như sau:
Kiểm tra bulông chịu mômen M và lực cắt V:
dp •
Vmax
= 7480(daN )
dp •
M = N × e = Vmax
× e = 7480 × 5,5 = 41140(daN .cm)
e = 4,5 + 1 = 5,5(cm)
Trong đó
- Khả năng chịu cắt của một bulông là:
[ N ] vb =
f vb × γ b × A × nv
Trong đó :
+
f vb
γb
– Cường độ tính toán chịu cắt của vật liệu bulông
+ – Là hệ số diều kiện làm việc
f vb = 1600( daN / cm2 )
γ b = 0,9
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP I
A
+ – Diện tích của tiết diện ngang bulông
A = 3,14(cm 2 )
d = 2(cm)
nv
+ – Số lượng mặt cắt tính toán bulông
đối với bulông có
nv = 1
⇒ [ N ] vb = f vb × γ b × A × nv = 1600 × 0,9 × 3,14 ×1 = 4522( daN )
- Khả năng chịu ép mặt của một bulông là:
[ N ] cb =
f cb × γ b × d × (∑ t ) min
Trong đó :
+
f cb
– Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông
γb
γ b = 0,9
d
d = 2(cm)
+ – Là hệ số diều kiện làm việc
+
– Đường kính thân bulông
+
∑ tmin
f cb = 3950(daN / cm 2 )
– Tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trượt về một phía
∑ tmin = 0,9(cm)
⇒ [ N ] cb = f cb × γ b × d × (∑ t ) min = 3950 × 0,9 × 2 × 0,9 = 6399( daN )
[ N ] min b = min([ N ] vb ; [ N ] cb ) = [ N ] vb = 4522(daN )
;
γ c = 0.9
là hệ số làm việc của bulông.
Lực tác dụng lên một bulông
- Do lực cắt:
N blV =
dp •
Vmax
7480
=
= 1870(daN )
n
4
Trong đó:
n=4
+
: Số bulông của nhóm.
Do mô men lệch tâm:
NblM =
M × lmax
41140 × 24
=
= 385, 7(daN )
2
m × ∑ li
4 × (82 + 242 )
GVHD: TH.S NGHUYỄN HỮU CƯỜNG
NHÓM SVTH: 120
