đồ án thép 1 ĐH kiến trúc TPHCM

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

MỤC LỤC

.......................................................................................................................................16
2.1. KIỂM TRA ĐIỀU BỀN....................................................................................16
2.2. KIỂM TRA ĐỘ VÕNG.....................................................................................17
2.3. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ.................................................................17
2.4. KIỂM TRA BẢN DỤNG CHỊU ỨNG SUẤT CỤC BỘ.................................18
3. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ........................................................18
4. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỤC BỘ SAU KHI ĐẶT SƯỜN ĐỨNG..........................19
5. TÍNH LIÊN KẾT GIỮA CÁNH VÀ BỤNG DẦM.................................................22
6. ĐỔI TIẾT DIỆN DẦM.............................................................................................22
6.1. THÂY ĐỔI TIẾT DIỆN ...................................................................................22
6.2. KIỂM TRA LẠI TIẾT DIỆN ĐÃ THAY ĐỔI.................................................23
IV. THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM, GIỮA CÁC DẦM........................................................25
1. THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM.......................................................................................25
2. TÍNH SƯỜN ĐẦU DẦM..........................................................................................26

2.1. CHỌN KÍCH THƯỚC SƯỜN GỐI...................................................................26
2.2.KIỂM TRA SƯỜN ĐẦU ĐÃ CHỌN..................................................................27
2.3. TÍNH LIÊN KẾT SƯỜN ĐẦU DẦM VỚI BỤNG DẦM.................................28
3. THIẾT KẾ LIÊN KẾT GIỮA DẦM CHÍNH VÀ DẦM PHỤ.................................28.

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

1

Trang 1

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

THUYẾT MINH
BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP I
ĐỀ BÀI:
Thiết kế hệ dầm sàn bằng thép có chiều dài L, chiều rộng B bao gồm sàn thép + (có
hoặc không có dầm sàn) + dầm phụ + dầm chính chịu tải trọng hoạt tải phân bố đều trên
mặt bằng sàn thép, PC (KN/m2). với các số liệu tính toán kèm theo cho trong bảng:
L(m)
17

B(m)
5.5

2

pc ( kN / m )
28.23

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
2
E= 2,1.106 kg/cm2 ρ = 7850(daN / m )

Thép sử dụng:
- Bản sàn bằng thép tấm ( thép CCT38).
- Dầm phụ sử dụng thép hình I ( thép CCT38).
- Dầm chính sử dụng dầm tổ hợp liên kết hàn, tiết diện chữ I ( thép
CCT34)
- Với loại thép CCT34 có:
+

f = 2100(kg / cm 2 ) :cường độ tính toán chịu kéo ,nén ,uốn

+

f v = 0.58 × f = 1215(daN / cm 2 ) :cường độ chịu cắt

- Với loại thép CCT38 có
+

f = 2300(daN / cm 2 ) :cường độ tính toán chịu kéo ,nén ,uốn

+

f v = 0.58 × f = 1325(daN/ cm 2 ) :cường độ chịu cắt

- Que hàn N42, hàn tay. Hệ số điều kiện làm việc γc = 1

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

2

Trang 2


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

THIẾT KẾ SÀN THÉP.

I.

2
Căn cứ vào hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn p c = 28.23kN / m , tra bảng (3.1) chọn

trước chiều dày sàn t = 12mm.
1. Tải trọng tác dụng lên sàn.

Tải trọng tác dụng lên sàn có dạng phân bố đều, chia ra làm hai loại:
-

Tải trọng thường xuyên( tĩnh tải): là tải trọng lượng bản thân của tấm sàn thép:
+ Tải trọng thường xuyên tiêu chuẩn:
g c = ρ × t = 7850 × 0.012 = 94.2(daN / m 2 )
+ Tải trọng thường xuyên tính toán:
g h = ρ × t × γ g = 7850 × 0.012 ×1.1 = 103.62( daN / m 2 )
Với:
ρ = 7850(daN / m 2 ) : trọng lượng đơn vị của thép.
γ g = 1.1 : hệ số độ tin cậy đối với vật liệu thép ( theo tiêu chuẩn “ tải trọng và
tác động “ TCVN 2737-1995)
t : chiều dày bản sàn được chon sơ bộ theo nhịp l của sàn và theo hoạt tải tác

-

dụng lên sàn.( tra bảng 3.1, sách Trần Thị Thôn trang 176).
Tải trọng tạm thời( hoạt tải).
c
2
Theo đề bài cho ta có: p = 2823( daN / m )
Tổng tải trọng tiêu chuẩn lên sàn:
qsc = g c + p c = (γ T × t ) + p c = (7850 × 0.012) + 2823 = 2917.2 daN / m 2
Tổng tải trọng tính toàn lên sàn:

qstt = g tt + p tt = ( g tc × γ g ) + ( p tc × γ p )
= 1.05 × 7850 × 0.012 + 2823 × 1.2 = 3486.51daN / m 2
2. Sơ đồ tính của bản sàn thép.

Bản sàn thép được xét như ô bản đơn. Bản sàn thép được cắt ra, một dải 1cm
theo phương cạnh ngắn, và tính như một dầm đơn giản có hai gối tựa là hai dầm phụ
chịu tải trọng phân bố đều.

qs = q × 1m(daN/ m)

Như hình vẽ.

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

3

Trang 3

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

3. Xác định kích thước của bản sàn ghép.
- Xác định tỷ số l/t:

Theo công thức gần đúng của A.L.Teloian:
l 4no 
72 E1  4 × 150 
72 × 2,31 ×106 
=
1 +
÷=
1 +
÷ = 85.3
t 15  no4 × q c 
15  1504 × 0.29172 

Trong đó:

no = [ l / ∆ ] = 150

;

E1 =

E
2,1× 106

=
= 2,31× 106 daN / cm2
2
2
1 −ν
1 − 0,3

Nếu lấy t = 12 mm.
l = 85 × t = 85 ×1.2 = 102cm , chọn l = 100cm = 1m
4. Nội lực và biến dạng bản sàn thép ( tính cho dải bản rộng 1cm).

s

-

Độ võng của bản do tải trọng tiêu chuẩn qc và lực kéo H gây ra:
1
1
∆ = ∆o
= 0.723 ×
= 0.52cm
1+ α
1 + 0.405
Với:
s
Độ võng ở giữa bản do riêng tải trọng tiêu chuẩn qc gây ra:
qc × l 4
5
5 0.29329 × 100 4 × 12
∆o =

× s
=
×
= 0.723cm
384 Eq × I x 384
2,31× 106 × 1.23
x

3

I = t /12 : Moomen quán tính của tiết diện dải bản rộng 1 cm.
SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

4

Trang 4


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

α : được định từ công thức

α (1 + α ) 2 =

3∆ o2 3 × 0.7232
=
= 0.8
t2

1.22
tìm được α = 0.405

t - bề dày cánh.
-

Lực kéo tác dụng tại gối tựa bản:
H = γ tb × 10

Dα
2,31× 106 1.23
=
1.15
×
10
×
×
× 0.405 = 246.02daN
l2
1002
12

Với:

E ×t
1.2
D=
= 2,31× 10 ×
= 528220
12

12
: độ cứng trụ của dải bản rộng 1 cm.
3

3

6

1

Lấy γ tb = 1.15 : hệ số vượt tải trung bình
-

Momen chống uốn của tiết diện bản rộng 1cm.
l2
1002
= q × − H × ∆ = 0.350299 ×
− (246.02 × 0.52) = 309.94 daN .cm
8
8
tt
s

M max

tt
với: qs = qtt × 1 = 0.350299( daN / cm) : tổng tải trọng tính toán trên lên 1cm rộng

bản.
5. Kiểm tra độ võng và độ bền của bản.

- Kiểm tra độ võng của bản:

∆ 0.52
13
1
∆ 
=
=
< =
l 100 2500  l  150
-

Kiểm tra độ bền của bản:
σ=

H M max 246.02  309.94 
2
2
+
=
+
÷ = 1123.56daN / cm < f × γ c = 2300daN / cm
A Wx
1.4
 0.327 

Với:
Momen chống uốn của tiết diện bản rộng 1cm.
Wx =

1×1.42
= 0.327cm 2
6

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

5

Trang 5


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Diện tích dải rộng 1cm
A = 1.4 ×1 = 1.4cm 2

Vậy kích thước bản thỏa điều kiện độ võng và độ bền.
6. Tính đường hàn liên kết bản sàn với dầm.

Kiểm tra đường hàn liên kết bản sàn với dầm:
Chiều cao đường hàn:
hf =

Với

H
246.02
=

= 0.195cm
B f × f wt × γ c 0.7 ×1800 ×1

B f = 0.7 f wt = 1800(daN / cm 2 )
,

vậy chọn đường hàn h f = 0.7cm

THIẾT KẾ DẦM PHỤ (SỬ DỤNG DẦM ĐỊNH HÌNH).
Sử dụng thép CCT38.
1. Chọn tiết diện dầm định hình.
1.1 . Sơ đồ tính.
Dầm phụ chọn sơ đồ dầm đơn giản như hình vẽ:

II.

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

6

Trang 6


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

1.2 . Tải trọng.

Dầm phụ nhận tải trọng do sàn truyền qua cộng thêm, trọng lượng bản thân dầm

phụ, tác dụng dạng tải phân bố đều:
-

Trọng lượng sàn thép
g sc = γ T × t s = 7850 × 0.012 = 94.2daN / m 2

-

Tải trọng tiêu chuẩn:
q c = 1, 01( g sc + psc ) × l = 1, 01( 94.2 + 2823) × 1 = 2946.37daN / m

-

Tải trọng tính toán:
q tt = 1, 01( g sc × ng + psc × n p ) × l = 1, 01( 94.2 × 1.05 + 2823 × 1.2 ) × 1 = 3521.37daN / m

trong đó:
qcs
qstt
l

- tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên sàn.
- tổng tải trọng tính toán tác dụng lên sàn.
- bước dầm phụ.

1.01: hệ số xét đến trọng lượng bản thân dầm phụ.
SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

7

Trang 7


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

1.3 . Nội lực tính toán.

l2
5.52
= 3521.37 ×
= 13315.19daN .m
8
8
l
5.5
= qtt × = 3521.37 ×
= 9683.76daN
2
2

M max = qtt ×
Vmax

1.4 . Chọn tiết diện dầm phụ.
- Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm:

Wxyc =

M max
1337816
=
= 505.79cm3
1,15γ c × f 1,15 × 1 × 2300

Tra bảng qui cách thép hình, chọn dầm có tiết diện I 33 có các đặc trưng
hình học như sau:
h = 33cm, trọng lượng bản thân 42.2 daN / m

I x = 9840cm 4 , Wx = 597cm3

t w = 0.7cm,
S x = 339cm3 ,

t f = 1.12cm
b = 14cm

1.5 . Tính lại nội lực.( có kể đến trọng lượng bản thân của dầm và sàn).
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm:
2
+ Hoạt tải sàn: 2823daN / m ×1 = 2823daN / m

+ Trọng lượng sàn thép: 94.2 daN / m ×1 = 94.2daN / m
+ Trọng lượng bản thân dầm: 42.2daN / m
2

c
Cộng: q = 2959.4daN / m

-

Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm:

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

8

Trang 8


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

+ Hoạt tải sàn: 1.2 × 2823daN / m ×1 = 3387.6daN / m
2
+ Trọng lượng sàn thép: 1.05 × 94.2daN / m ×1 = 98.91daN / m
+Trọng lượng bản thân dầm: 1.05 × 42.2daN / m = 44.31daN / m
2

tt
Cộng: q = 3526.82daN / m

2. Kiểm tra điều kiện bền, độ võng.
2.1 . Kiểm tra điều kiện bền chịu uốn có Mmax.

M max

l2

5.52
= qtt × = 3526.82 ×
= 13413.25daN .m
8
8

σ max =

M max
13413.25
=
= 1953.71daN / cm 2
1,15Wnx 1,15 × 597

σ = 1953.71daN / cm 2 < f × γ c = 2300daN / cm 2

Wnx : momen chống uốn thực đối với truc x-x.
Dầm đảm bảo điều kiện chịu uốn.
2.2 . Kiểm tra điều kiện chịu cắt có Vmax.

l
5.5
= 3526.82 ×
= 9755.08daN
2
2
V ×S
9755.08 × 339
= max x =
= 479.68daN / cm 2

I x × tw
9840 × 0.7
= 479.68daN / cm 2 < f × γ c = 1325daN / cm 2

Vmax = qtt ×

τ max
τ max

Trong đó:

x

s - moomen tĩnh lấy với trục trung hòa x-x.
Ix-momen quán tính của tiết diện lấy với trục x-x.
w

t – bề dày bụng.
Dầm đảm bảo điều kiện chịu cắt

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

9

Trang 9


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1
II.3.

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Kiểm tra độ võng của dầm.
∆
5 qc × l 3
5
29.594 × 5503
=
×
=
×
= 3.11× 10−3
6
l 384 EI x
384 2,1 ×10 × 9840

∆
1
∆
= 3.11 × 10−3 <   =
= 4 × 10−3
l
 l  250
Dầm đảm bảo diều kiện độ võng.
II.4. Kiểm tra ổn định tổng thể cho dầm:
Có bản sàn thép liên kết vào cánh trên của dầm phụ, nên không kiểm tra ổn
định tổng thể cho dầm.

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

10

Trang 10


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1
III.
1.

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

THIẾT KẾ DẦM CHÍNH ( SỬ DỤNG DẦM TỔ HỢP HÀN).
Sử dụng thép CCT34
Chọn tiết diện dầm

1.1.Sở đồ tính.
Chọn hình thức liên kết khớp, có thể tách dầm chính ra giải riêng theo sơ đồ:

1.2. Tải trọng tác dụng lên dầm chính.
Tải trọng tác dụng lên dầm chính gồm: phản lực liên kết gối tựa do dầm phụ
truyền xuống và trọng lượng bản thân dầm.

Do phản lực gối tựa của dầm phụ( ở một bên dầm)
ldp

5.5
= 8138.35( daN )
2
2
l

5.5
tt
P tt = qdp
× dp = 3526.82 ×
= 9698.75( daN )
2
2
P c = qdpc ×

Với :

c
tt
qdp
, qdp

= 2959.4 ×

tải trọng phân bố tiêu chuẩn, tải trọng phân bố tính toán lên

dầm phụ.
Do số phản lực gối tựa do dầm phụ n > 5 nên có thể qui ra tải phân bố đều.
SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

11

Trang 11


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

n × P c 17 × 8138.35
=
= 8138.35(daN / m)
L
17
n × P tt 17 × 9698.75
q tt =
=
= 9698.75( daN / m)
L
17
qc =

Với: n – số dầm phụ liên kết vào mỗi bên dầm chính.
1.3.Nội lực dầm chính.

-

-

Tại vị trí giữa dầm:
L2
172
tt
M max = q × = 96.9875 ×
= 3503.4(kN.m)
8

8
Tại vị trí gần gối tựa
L
17
Vmax = q tt × = 96.9875 × = 824.33( kN )
2
2

1.4.Chọn tiết diện dầm chính.
-

Chọn chiều cao tiết diện dầm:
+ Chiều cao nhỏ nhất của tiết diện dầm:
5 f l  L
5
2100
1700
hmin =
× × ×
=
×
× 400 ×
= 123.18(cm)
6
24 E  ∆  γ tb 24 2.1× 10
1.15
+ Chiều cao dầm tính sơ bộ.
M max
3503.4 ×10 4
yc

3
3
h = 5,5 Wx = 5,5 3
= 5,5
= 140.8(cm)
f
2100
M
w xyc = max
f : momen chông uốn yều cầu của tiết diện.

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

12

Trang 12


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

+ Tính sơ bộ chiều dày bụng dầm:
tw = 7 +

3× h
3 × 12318
= 7+
= 12.09mm
1000

1000

(theo thực nghiệm khi h= 1-2m)
Chọn t w = 1.3 cm.
+ Chiều cao kinh tế của dầm, ứng với trọng lượng bé nhất.
hkt = k ×

Wxyc
M max
3503.4 × 104
=k×
= 1.15 ×
= 130.65cm
tw
tw × f
1.3 × 2100

Với: k- hệ số phụ thuộc vào cấu tạo chi tiết dầm
K = 1.15 ÷ 1.2: đối với dầm hàn.
Cuối cùng chọn: h=140cm > hmin=123.18 (cm).
-

Xác định kích thước cách dầm:
3 W yc 3 M
3 3503.4 ×104
Af = × x = × max = ×
= 89.89(cm 2 )
4
h
4 f × h 4 2100 ×140

Để dẩm bảo điều kiện tổng thể của dầm đồng thời dễ liên kết dầm với dầm trên

thì bề rộng cách thường chon:

b f = (1 / 2 ÷ 1 / 5) h = (70 ÷ 28)(cm)
Vậy chọn:Chiều dày cách:

t f = 2cm

Chiều rộng cách :

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

b f = 50cm .

13

Trang 13


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

-

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện.
+ Tính diện tích tiết diện dầm:
A = 2 Af + AW = 2(t f × b f ) + tw × hw = 2(50 × 2) + (136 × 1.3) = 376.8cm 2

Sf

momen tĩnh của bản cánh lấy đối với trục trung hòa x- x:
S f = Aw ×

hf
2

= t f × bf ×

hf
2

= 2 × 50 ×

138
= 6900cm3
2

S x - momen tĩnh của 1/2 tiết diện lấy đối với trục trung hòa x-x:
1 t × h2
1.3 ×136 2
S x = S f + S w = S f + × w w = 6900 +
= 9905.6cm3
2
4
8
I x - momen quán tính của tiết diện lấy đối có trục x-x:

I x = 2I f + I w =

2
2

 b f × t 3f
 hf  
 h f   tw × hw3
= 2  I 0 + Af ×  ÷  + I w = 2 
+ bf × t f ×  ÷  +
12

 2  
 12
 2  
2
3
 50 × 23
 138   1.3 × 136
= 2
+ 50 × 2 × 
+
= 1224774.4cm 4
÷
12
 2  
 12

Wx - momen chống uốn của tiết diện dầm lấy đối với trục x-x.

Wx =

I x 2 I x 2 × 1224774.4
=
=
= 17496.77cm3
h
h
140
2

Trọng lượng 1m dầm.
γ T × A = 7850 × 0.0378 = 296.73daN / m .
-

Tính nội lực của dầm kể cả trọng lượng bản thân dầm:
+ Tại vị trí giữa dầm:

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

14

Trang 14


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

M max = (96.98 + 2.96) ×

17 2

= 3610.33(kN.m)
8

+ Tại vị trí gần gói tựa:
Vmax = (96.98 + 2.96) ×

17
= 849.49kN
2

+ Tại vị trí cách gối tựa một đoạn L1 = L/4=17/4=4.25m.
M1 = q ×

V1 = q ×

L
L2
17
4.252
× L1 − q × 1 = 100.51× × 4.25 − 100.51×
= 2723.19 kNm
2
2
2
2

L
17
− q × L1 = 100.51× − 100.51 × 4.25 = 427.16 kN
2

2

Kiểm tra tiết diện dầm tổ hợp hàn.

2.

2.1. Kiểm tra điều kiện bền.
-

Điều kiện bền chịu uốn.
σ=

M max 3610.33 × 104
=
= 2063.42daN / cm 2
Wx
17496.77

σ = 2063.42daN / cm 2 < f γ c = 2100daN / cm 2

Đảm bảo điều kiện chịu uốn.
-

Điều kiện bền chịu cắt:

τ=

V max ×S x 84949 × 9905.6
=
= 528.49daN / cm 2

I x × tw
1224774.4 ×1.3

τ = 528.49daN / cm 2 < f v × γ c = 1215daN / cm 2
-

Đảm bảo điều kiện chịu uốn
Kiểm tra ứng suất tương đương:
σ td = σ 12 + 3τ 12 = 1534.16 2 + 3 ×185.112 = 1567.3daN / cm 2

τ td = 1567.3daN / cm 2 < f × γ c = 2100daN / cm2

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

15

Trang 15


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Với:
σ1 = σ ×

hf
h

=

M 1 h f 2723.19 × 104 138
× =
×
= 1534.16daN / cm 2
Wx h
17496.77
140
: ứng suất

pháp tại chỗ tiếp giáp cánh và bụng dầm.
τ1 =

V1 × S f
I x × tw

=

42716 × 6900
= 1851.14daN / cm2
122477.4 × 1.3
: ứng suất tiếp tại chỗ tiếp

giáp cánh và bụng dầm.
M1, V1 - momen và lực cắt tại vị trí L/4/
Sf – momen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hòa.
Vậy các điều kiện trên đều thỏa.
2.2. Kiểm tra độ võng.
Ta có : h =140 cm > hmin= 134,92 cm nên không cần kiểm tra độ võng.
2.3. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể.

Dầm chính được bản sàn thép liên kết vào cánh trên chịu nén của dầm nên
không cần kiểm tra ổn định tổng thể.
2.4.Kiểm tra bản bụng dầm chịu ứng suất cục bộ.
Do có dầm phụ liên kết vào dầm chính và truyền phản lực lên dầm chính, ta kiểm
tra bụng dầm chính ứng suất cục bộ . Ta chọn kiểu liên kết hàn bản gối (1) vào bụng
dầm chính và bắt bulong bản (1) với dầm phụ.(tính toán ở phần tính liên kết).
σc =

F
F
=
≤ f ×γ c
Acb tw × lz

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

16

Trang 16


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Trong đó: F- phản lực do dầm phụ truyền vào dầm chính
tw: bề dày bản bụng cánh chính.

t 1 bề dày bản (gối). sơ bộ chọn h h f = 0.7cm, t1 = 0.8cm
lz = 2(h f + tw ) + t1 = 2(0.7 + 1.3) + 0.8 = 4.8cm

σc =

F
F
9698.75
=
=
= 1563.3daN / cm 2 ≤ f × γ c = 2100 × 1 = 2100( daN / cm 2 )
Acb t w × lz 4.8 × 1.3

Vậy dầm đảm bảo nén cục bộ
3.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ.
- Bản cánh:
b0 23.8
E
2.1× 106
=
= 11.9 < 0.5
= 0.5 ×
= 15.08
tf
2
f
2100
-

⇒ Đảm bảo ổn định cục bộ.
Bản bụng:

.

+ Vùng bản bụng gần gối tựa:
Độ mảnh quy ước của bản bụng:

λw =

hw
tw

f 136
2100
=
= 3.31
E 1.3 2.1 ×106

λ w = 3.31 > λ  = 3.2

: bản bụng sẽ mất ổn định cục bộ do ứng suất tiếp.

Cần đặt sườn đứng, dặt cách nhau:
a ≤ 2 × hw = 2 × 136 = 272. Chọn a = 2450mm
-

Kích thước sườn đứng:
+ Chiều rộng sườn:

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

17

Trang 17


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

bs ≥

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

hw
1360
+ 40 =
+ 40 = 85.33mm
30
30

+ Chiều dày sườn:
t s ≥ 2bs

f
E

= 2 × 85.33

2100
= 5.39mm
2.1× 106

Vậy chọn bs = 90mm ; ts = 8mm

4.Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ sau khi đặt sườn đứng.

-

kiểm tra bản bụng ô (1)
λ w = 3.31 < λw  = 3.5

: Bản bụng bảo đảm ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng

suất tiếp.
-

Kiểm tra bản bụng ô (4), (3)
λ w = 3.31 < λw  = 5.5

: Bản bụng bảo đảm ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng

suất pháp.
Vậy diều kiên ôn định cục bộ của bản bụng tại hai ô trên là đảm bảo.
-

Kiểm tra ô (2) kiểm tra lại ô bản bụng chịu tác dụng đồng thời của ứng suất

-

tiếp , va ứng suất pháp,
Khi a ≥ hw thì giá trị momen M và V tại giữa ô hình vuông cạnh là h 0 kể từ phía
nội lực lớn.

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

18

Trang 18


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Vì có lực tập trung do phản lực của dầm phụ truyền vào dầm chính, ta dung công
thức kiểm tra:
 σ
σ
+ c

 σ cr σ c ,cr

2

2

 τ 
+
< γc
÷
÷ τ ÷
cr





Trong đó: với a = 245cm> hw =136cm, lấy giá trị M, V tại giữa ô hình vuông là h 0 kể từ
phía nội lực lớn, như hình vẽ:

-

Các giá trị nội lực tính được là:

Vị trí lấy M:
L1 = a + (a − hw ) +
M1 =

hw
136
= 245 + ( 245 − 136 ) +
= 422(cm)
2
2

q × x1
97.551× 4.22
× ( L − x1 ) =
× (17 − 4.22) = 2630.54( kNm)
2
2

Vị trí lấy V:
L2 = a +

hw
136
= 245 +
= 313(cm)
2
2

L

 17

V2 = q  − x1 ÷ = 97.551 − 3.13 ÷ = 523.84kN
2

 2


SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

19

Trang 19


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

M 2 hw 2630.54 × 104 136
×

=
×
= 1460.48daN / cm 2
w
h
17496.77
140
2
V
523.84 × 10
τ=
=
= 296.28daN / cm 2
hw × tw
136 × 1.3

σ=

-

ứng suất pháp tới hạn của bản bụng dầm;
σ cr = Ccr

f

λ2

Với: Ccr (lấy theo Bảng 3-6/trang 206, sách Trần Thị Thôn) phụ thuộc vào hệ
số δ ,
β = ∞ - trường hợp dầm liên kết liên tục với bản sàn.

3

b t 
δ =β f  f ÷ =∞
hw  t w 

Nên lấy Ccr = 35.5
σ cr = Ccr

-

f

= 35.5

λ
Vậy:
ứng suất tới hạn của bụng dầm:
2

2100
= 6804.4(daN / cm 2 )
3.312

 0.76  f
 0.76  1215
τ cr = 10.3 1 + 2 ÷ v2 = 10.3  1 + 2 ÷
= 1410.17( daN / cm 2 )
2
µ

λ
1.8
3.31



 0
a 250
µ=
=
= 1.8
h
136
w
Với

λ0 =

d
tw

f 136
2100
=
= 3.31
E 1.3 2.1×106

(với d= cạch bé của ô bản bụng bằng hw )
σ c =1563.3(daN/cm2): ứng suất cục bộ do có dầm phụ liên kết vào dầm
-

chính.
Ứng suất cục bộ tới hạn:
σ c ,cr =

C1 f 68.2 × 2100
=
= 4045.47(daN / cm 2 )
2
2
λa
(5.95)

a
= 1.8
C
h
Với: 1 = 68.2 tra bảng 3.8/trang 207sách Trần Thị Thôn theo w
và
3
b t 
δ =β f  f ÷ =∞
hw  t w 
β = ∞ - trường hợp dầm liên kết liên tục với bản sàn.
λa =

a
tw

f 245

2100
=
= 5.95
E 1.3 2.1×106

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

20

Trang 20


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Vậy:
 σ
σ
+ c

 σ cr σ c ,cr

2

2

2
2
 τ 

 1460.48 1563.3   296.28 
+
= 
+
÷
÷ +
÷ = 0.64 < γ c = 1
÷ τ ÷
 6804.4 4045.47   1410.17 
  cr 

Vậy bản bụng đảm bảo ổn định cục bộ dưới tác dụng đồng thời của ứng suất và
ứng suất tiếp.
5.Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm.
Chiều cao đường hàn
hf ≥

Vmax × S f
2 × ( β × f v ) min × I x

=

824.33 × 6900
= 0.19cm
2 × (0.7 × 1800) × 1224774.4

Để chống gỉ chọn chiều cao đường hàn liên kết giữa cánh và bụng dầm

h f = 7 mm

6. Đổi tiết diện dầm hàn.
Để tiết kiệm thép, giảm trọng lượng dầm ta thay đổi tiết diện dầm theo cách giảm
bề rộng cách:
6.1 Thay đổi tiết diện .
x=

-

L 17
= = 2.8m
6 6
để giảm bề rộng cách

Chọn vị trí cánh gối tựa một đoạn
Giá trị nội lực tại vị trí x=2.8m
q tt × x1
97.551 × 2.8
M1 =
× ( L − x1 ) =
× (17 − 2.8) = 1980.29( kNm)
2
2

-

L

 17

V1 = q tt  − x1 ÷ = 97.551 − 2.8 ÷ = 556.04 kN

2

 2

Momen chống uốn cần thiết với vị trí x
M 1980.29 × 10 4
Wyc1 = 1 =
= 9429.95cm3
f
2100

-

Momen quán tính cần thiết của tiết diện mới:
I1 = Wyc1 ×

h
140
= 9429.95 ×
= 660096.67cm 4
2
2

-

Momen quán tính cần thiết của bản cánh:
I f = I1 − I w = 660096.67 − 272507.73 = 387588.94cm 4

-

Diện tích cần thiết của bản cánh:
A1 =

2I f
h

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

2

=

2 × 387588.94
= 39.55cm2
2
140
21

Trang 21


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

-

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Chiều rộng bản cánh:
bf 1 =

A1 39.55
=
= 19.77cm
tf
2

Giảm bề rộng cách cần theo các yêu cầu cấu tạo sau:
b1 ≥ 180mm

b1 ≥

,

bf
2

b1 ≥

,

h
10

Theo điều kiện cấu tạo chọn: b1 = 30cm
6.2.Kiểm tra lại tiết diện đã thay đổi( tiết diên 1-1)
- Các đặc trưng hình hoc của tiết diện mới:
I x - momen quán tính của tiết diện lấy đối có trục x-x:
2
2



 hf  
 h f   tw × hw3
I x1 = I f + I w = 2  A f ×  ÷  + I w = 2  b f × t f ×  ÷  +
12

 2  

 2  
2
3

 138   1.3 × 136
= 2 30 × 2 × 
= 873827.73cm 4
÷ +
12
 2  


Wx - momen chống uốn của tiết diện dầm lấy đối với trục x-x.
Wx =

Sf1

I x1 2 I x1 2 × 843827
=
=
= 12054.68cm3
h

h
140
2

momen tĩnh của bản cánh lấy đối với trục trung hòa:
h
h
138
S f 1 = Aw × f = t f × b f × f = 2 × 30 ×
= 4140cm 3
2
2
2

S x1 - momen tĩnh của 1/2 tiết diện lấy đối với trục trung hòa:
1 t w × hw2
1.3 ×1362
S x1 = S f + S w = S f + ×
= 4140 +
= 7145.6cm3
2
4
8
- Kiểm tra ứng suất pháp:

σ max1 =
-

Kiểm tra ứng suất tiếp:

τ max1 =
-

M 1 1980.29 × 104
=
= 1583.64(daN / cm 2 ) < f × γ c = 2100(daN / cm 2 )
Wx1
12504.68

S x1 × V1 7145.6 × 55604
=
= 362.19(daN / cm 2 ) < f v × γ c = 1215(daN / cm 2 )
I x1 × tw
843827 × 1.3

Kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp giáp giữa cách và bụng dầm:

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

22

Trang 22


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

σ td = σ 12 + 3τ 12 = 1538.39 2 + 3 × 209.852
= 1580.75(daN / cm 2 ) < f γ c = 2100(daN / cm 2 )

hb
136
= 1583.64
= 1538.39( daN / cm 2 )
h
140
55604 × 4140
=
= 209.85(daN / cm 2 )
843827 ×1.3

σ 1 = σ max1 ×

Với :
V ×S
τ1 = 1 f 1
I x1×tw

Vậy các điều kiện bền trên đều thỏa.
Kiểm tra độ bền của đường hàn đối đầu nối bản cánh(tại vị trí x) momen do

-

mối nối cánh chịu:
M f1 =

If
I x1

× M 1 = 1980.29 × 10 4 ×

571320
= 13407716.07( daN / cm )
843827

Phân M c1 ra cặp ngẫu lực.

-

N1 =
-

M f1
h

=

13407716.07
= 95769.4(daN )
140

Kiểm tra ứng suất trong đường hàn nối cách:

σw =

N1
N1
N1
95769.4

=
=
=
= 1596.16(daN / cm 2 ) < f wt × γ c = 1800(daN / cm 2 )
Aw t w × lw t f × b f 1
2 × 30

IV.THIẾT KẾ CÁC MỐI NỐI.
1. Nối dầm
Nối dầm để thuận tiện cho việc di chuyển, lắp ghép
Khoảng cách x =4000mm so với đầu dầm.
Bản cánh nối bằng đường hàn đối đầu, bản bụng nối bằng bản ghép và cánh dùng
đường hàn góc.
q tt × x1
97.551 × 4
M1 =
× ( L − x1 ) =
× (17 − 4) = 2536.3( kN .m)
2
2
L

 17

V1 = q tt  − x1 ÷ = 97.551 − 4 ÷ = 438.975kN
2

 2


SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

23

Trang 23


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

-

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

Mối nối coi như chịu toàn bộ lực cắt và phần mômen của bản bụng tại vị trí
Mb.
M b = M 1×

Ib
272507.73
= 253630 ×
= 56431.73kN .cm
Id
1224774.4

1.3 × 1363
= 272507.73
12
Với
cm4
2


 b f × t 3f
 hf  
I x = 2  I 0 + Af ×  ÷  + I w = 2 
+ bf × t f

 2  
 12
Iw =

2
 h f   t w × hw3
× ÷  +
12
 2  

2
3
 50 × 23
 138   1.3 × 136
= 2
+ 50 × 2 × 
= 1224774.4cm 4
÷ +
12
 2  
 12

Chọn bản ghép nối bản bụng
Với

∑A

bg

≥A

Abg : tổng diện tích tiết diện các bản ghép.
A: diện tích cấu kiện cơ bản.

+ Chọn bản ghép có tiết diện 126x1.3
+ Bề dài bản ghép chọn: 15cm
+ Kiểm tra tiết diện bản ghép: 2x126x1.3 > 1.3x136
+ chọn chiều cao đương hàn góc: hf = 8mm.
-

Đường hàn chịu momen và lực cắt phải kiểm tra theo ứng suất tương đương.

σ td = σ 2b + τ 2b = 1719.82 2 + 278.712 = 1741.45daN / cm 2
σ td = 1741.45daN / cm 2 < f wf = 1800daN / cm 2
Liên kết đủ bền
Với:

σb =

Mb
6 × 5643173
=
= 1719.82(daN / cm 2 )
2

Wwf 2 × 0.7 × 0.9 × (126 − 1)

τb =

V
43897.5
=
= 278.71( daN / cm 2 )
Awf 2 × 0.7 × 0.9 × (126 − 1)

2.Tính sườn đầu dầm.
2.1. Chọn kích thước tiết diện sườn gối.
Chọn sườn gối có chiều rộng bằng chiều rộng cánh dầm:
SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

24

Trang 24


BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

b0 s =

(b f − tw )
2

=

GVHD: PHÙNG NGỌC DŨNG

(30 − 1.3)
= 14.35cm
2

Bề dày sườn đầu dầm:
ts ≥

b0 s
E
0.5
f

=

14.05
2.1× 106
0.5
2100

= 0.9cm
vậy chọn ts = 1cm

Như vậy sườn đầu dầm có tiết diện 14.35x1
2.2.Kiểm tra sườn đầu dầm đã chọn.
Không cần kiểm tra ổn định cục bộ bản thép sườn gối, vì đã chọn theo điều kiện này.
- Kiểm tra điều kiện ép mặt tại dưới sườn.
Xác định cương độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép
fc =

f u 3400
=
= 3238.09daN / cm 2
γ M 1.05

Diện tích ép mặt tại sườn mút sườn gối (cần được bào phẳng, gọt nhẵn)
Asd = bs × ts = 14.35 × 1 = 14.35cm 2
-

Kiểm tra điều kiện bền có xét đến ổn định ngoài mặt phẳng dầm có sườn gối.
+ diện tích bản dụng cùng tham gia chịu lực với sườn đầu dầm:

c1 = 0.65tw

E
2.1× 106
= 0.65 ×1.3 ×
= 26.72cm
f
2100

A1 = t w × c1 = 1.3 × 26.72 = 34.74cm 2
+ Xác định các đặc trưng hình học.
A = As + A1 = 14.35 + 34.74 = 49.09cm 2
Iz =

1 × 303
1.33
+ 34.74 ×
= 2256.36cm 4

12
12

Ix
2256.36
=
= 45.96cm
A
49.09
Độ mảnh của thanh quy ước:
h
136
λz = w =
= 2.96
iz
45.96
i z=

SVTH: LÊ VIÊT VĨNH

25

Trang 25