Giáo trình kết cấu thép ĐHXD 3 4 thietke damtohop

§3.4 THIẾT KẾ
DẦM THÉP TỔ HỢP
Bài giảng 11/2009
TS. Đinh Văn Thuật
BM Cơng trình Thép
ĐHXD Hà Nội
E-mail:


§3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
Khi vượt nhịp lớn (l > 12 m), chịu tải trọng lớn (q > 20 kN/m) => dầm thép
định hình khơng đáp ứng được. (số hiệu thép bị hạn chế).

 Cần có giải pháp dầm thép tổ hợp
chữ I với hình dạng và kích thước tiết
diện đa dạng.
Dầm thép tổ hợp tiết diện dạng chữ
I đối xứng theo cả hai phương
được sử dụng phổ biến.

tf

Bản cánh trên

Bản bụng
h

hw
tw

Dầm thép tổ hợp hàn sử dụng các

đường hàn để liên kết bản bụng và
bản cánh với nhau.

tf
Bản cánh dưới
Ký hiệu các kích thước tiết diện


§3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
Tiết diện dầm cần phải đảm bảo:

tf

1. Yêu cầu chịu lực (TTGH 1)

Bản cánh trên

2. Yêu cầu về độ võng (TTGH 2)
Bản bụng

3. Yêu cầu về kinh tế (trọng lượng
của dầm là bé nhất)
h
Tăng chiều cao h sẽ rất hiệu quả để
tăng khả năng chịu uốn và giảm độ
võng của dầm.

hw
tw
tf

Bản cánh dưới

=> Tuy nhiên, cần xác định chiều cao hợp lý của dầm hkt (chiều
cao kinh tế) để đảm bảo trọng lượng của dầm là bé nhất.


§ 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
1. Chọn chiều cao tiết diện dầm h
- Điều kiện bắt buộc:

hmin h hmax
- Điều kiện nên đảm bảo:

h hkt

hmax : là chiều cao lớn nhất của dầm
để thoả mãn được yêu cầu về không
gian sử dụng và yêu cầu về mỹ quan
(qui định theo kiến trúc).
hmin : là chiều cao nhỏ nhất của dầm
để thoả mãn được điều kiện về độ
võng (TTGH 2).

tf

Bản cánh trên

Bản bụng
h

hw
tw
tf
Bản cánh dưới

hkt : là chiều cao kinh tế của dầm để
đảm bảo dầm có trọng lượng bé nhất
(Gd = Min).


§ 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP

g c , pc

1. Chọn chiều cao tiết diện dầm h
Trường hợp dầm đơn giản chịu tải trọng
phân bố đều (gc , pc : là TT tiêu chuẩn và
HT tiêu chuẩn)

l
c

với

với

k

c

1
g p
 c
tb g  g  p c  p

2C  f

w

Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,2 ~ 1,15
Để xác định được hkt, cần phải chọn trước tw:
tw = 8 ~ 12 mm khi nhịp l = 9 ~ 15 m.


§ 3.4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP

2. Chọn bề dầy của
bản bụng dầm tw
a) Theo điều kiện bản bụng dầm
chịu được lực cắt lớn nhất,
Vmax

b) Theo điều kiện ổn định cục bộ

c) Theo công thức kinh nghiệm
và theo cấu tạo

Bản cánh trên

Bản bụng

tw

Bản cánh dưới


2. Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw
a) Theo điều kiện bản bụng dầm chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax :

 max

t w hw2
Vmax 
Vmax S x
3 Vmax
8



 f v c
3
I x tw
2 hw t w
t w hw
t w
12

Bản cánh trên

Bản bụng

hw

Lấy hw

 h.

Vmax : là lực cắt lớn nhất trong dầm do tải trọng
tính tốn gây ra.

h

tw

Bản cánh dưới

Sx

: là mômen tĩnh của một nửa tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

Ix

: là mômen quán tính của tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

fv

: là cường độ chịu cắt tính tốn của thép làm dầm;


2. Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw
b) Theo điều kiện ổn định cục bộ :

Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm
khi không sử dụng sườn gia cường:

Bản cánh trên

Bản bụng
hw

h

tw

Bản cánh dưới
Dầm khơng sườn có bề dầy bản bụng lớn, nhưng lại
không tốn thép để làm sườn và không tốn công để tạo
sườn, thuận tiện cho việc tự động hố trong chế tạo
=> có thể hạ thấp được tổng chi phí chế tạo và dựng lắp.


2. Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw
c) Theo công thức kinh nghiệm va cau tao:
Bản cánh trên
Khi chiều cao dầm h vào khoảng từ 1 ÷ 2 m
và chịu tải trọng thông thường:
Bản bụng
hw

(mm)

h

tw

Việc chọn tw cần phải đảm bảo các yêu cầu về
qui cách của thép bản và bề dày tối thiểu để
đảm bảo chống gỉ.

Bản cánh dưới


3. Chọn các kích thước của
bản cánh dầm bf, tf
a) Theo điều kiện bền chịu mô
men uốn lớn nhất , Mmax

Bản cánh trên

tf

Bản bụng

b) Theo điều kiện ổn định cục bộ
tf

c) Theo các yêu cầu cấu tạo
Bản cánh dưới
bf


3. Chọn các kích thước bản cánh của dầm bf, tf

a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn nhất Mmax:

h 2fk 
Ix
2
2  t w hw3
Wx 
  I wx  I fx   
 2b f t f  
h2 h
h  12
4 
Iwx và Ifx là mơ mem qn tính của bản bụng
và bản cánh đối với trục x-x.

Bản cánh trên

M max

 f c
Wx

Bản bụng
hw

h

tw
Lấy gần đúng hw = hfk = h.

tf
bf

Bản cánh dưới


3. Chọn các kích thước bản cánh của dầm bf, tf
b) Theo điều kiện ổn định cục bộ :
Bản cánh trên

Bản bụng
hw

h

tw
tf
bf

Bản cánh dưới


3. Chọn các kích thước bản cánh của dầm bf, tf
c) Theo các yêu cầu cấu tạo :
- Chọn tf > tw

Bản cánh trên

- Dầm thông thường: tf = 12 ÷ 24 mm.
- Không nên chọn tf > 30 mm.

Bản bụng

- Chọn bf ≤ 30 tf để ứng suất phân bố được
đều trên bề rộng của bản cánh chịu kéo và
để đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ cho
bản cánh chịu nén.
- Cần phải đảm bảo điều kiện ổn định tổng
thể của dầm, đồng thời để dễ liên kết dầm
với các cấu kiện khác:
bf = (1/2 ÷ 1/5) h
bf ≥ 180 mm
bf ≥ 1/10 h

hw

h

tw
tf
bf

Bản cánh dưới


4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn
4.1 Kiểm tra bền (TTGH 1)
• Theo điều kiện bền chịu uốn tại tiết diện có Mmax và V = 0;
• Theo điều kiện bền chịu cắt tại tiết diện có Vmax và M = 0;
• Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn và cắt tại tiết diện có

M và V cùng lớn;
• Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ của bản bụng dầm;
• Theo điều kiện bền chịu đồng thời ứng suất do uốn, cắt và
cục bộ’
4.2 Kiểm tra độ võng của dầm (TTGH 2)
4.3 Kiểm tra ổn định của dầm tổ hợp:
• Kiểm tra ổn định tổng thể
• Kiểm tra ổn định cục bộ của các bản thép làm dầm


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.
4.1 Kiểm tra bền:
a) Theo điều kiện bền chịu Mmax, V = 0:

l
Vmax

(tại tiết
diện giữa
dầm)
Mmax
3
2
3


b

t

h
Ix
2  t w hw
f
f
fk
Wnx 
 
2
 2b f t f  
h 2 h  12
12
4 

Mx,max: là mô men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa dầm do tải trọng tính
tốn gây ra, bao gồm cả trọng lượng bản thân của dầm gd.
Wnx
: là mô men kháng uốn của tiết diện thực được kiểm tra đối với trục
x-x (tiết diện đã trừ đi các giảm yếu như do khoét lỗ).


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 2/7)

4.1 Kiểm tra bền:
b) Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax, M=0:

l

Vmax

(tại tiết diện sát gối dầm)

Mmax

Sx = tf x bf x hfk/2 cong tw x hw/2 x hw/4
Vmax : là lực cắt lớn nhất tại tiết diện sát gối dầm do tải trọng tính tốn
gây ra.
Sx
: là mơ men tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x (đối với tiết
diện chữ i);


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 2/7)

4.1 Kiểm tra bền:

l

c) Theo điều kiện bền chịu đồng thời M và V:
V

M x h0
1 

Wx h

S cx b f t f  h fk / 2 

V S cx
1 
I x tw

M

2

h0
: là chiều cao tính tốn của bản bụng dầm; h0 = hw
đối với dầm tổ hợp hàn;
Scx

: là mô men tĩnh của 1 cánh dầm đối với trục x-x.


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

Dầm
phụ

F

4.1 Kiểm tra bền:

b

lzz
Bản bụng dầm khơng có sườn
cứng gia cường.

hw

hy

tf

tf
tw

hy

e) Theo điều kiện chịu ứng suất
cục bộ (do tải trọng tập trung F)

Dầm chính

F
: là tổng lực tác dụng cục bộ (từ dầm
phụ kê lên cánh trên) truyền xuống bản bụng
dầm thông qua bản cánh trên.
lz
: là chiều dài tính tốn của diện tích
bản bụng chịu tải trọng cục bộ F.
+ đối với dầm tổ hợp hàn: lz = b + 2 tf ; b là chiều dài thực tế truyền tải trọng
F xuống cánh trên của dầm; tf là bề dầy bản cánh trên của dầm.

+ đối với dầm đinh tán hoặc bulông: lz = b + 2 hy


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 4/7)

4.1 Kiểm tra bền:
f) Theo điều kiện chịu
đồng thời ứng suất
pháp, ứng suất tiếp, ứng
suất cục bộ:

Mx, V và F
kiểm tra.

Mx

y
I nx

F
c 
tw lz

V S x

I x t w

: là mô men, lực cắt và lực tập trung tính tốn tại tiết diện

Các ứng suất pháp và tiếp được lấy ở cùng một điểm ứng với thớ trên của
chiều cao tính tốn của bản bụng dầm.
Sx
: là mô men tĩnh của phần bên trên của điểm được kiểm tra (của
phần bản cánh và một phần bản bụng lấy hết góc chuyển tiếp giữa bản
bụng và bản cánh).
y

: là khoảng cách từ điểm tính tốn đến trục trung hoà x-x.

Giá trị của



và

 c lấy dấu dương nếu là kéo, lấy dấu âm nếu là nén.


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 5/7)

4.2 Kiểm tra độ võng của dầm
Nếu đã chọn chiều cao dầm h > hmin thì có thể khơng cần kiểm tra theo
điều kiện độ võng này. Chú ý khi xác định hmin thì gần đúng đã lấy hw =
hfk = h.

Công thức kiểm tra độ võng của dầm :

 max : là độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng
tiêu chuẩn gây ra; và

  / l

: là độ võng tương đối cho phép của dầm, được quy định trong tiêu
chuẩn thiết kế.


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 6/7)

4.3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm
Công thức kiểm tra ổn định tổng thể của dầm:

 b: là hệ số ổn định tổng thể của dầm;  b

1

và phụ thuộc vào các yếu tố sau:
l

- độ cứng ngoài mặt phẳng Iy / Ix;
y

- độ cứng chống xoắn It / Iy ;
- chiều cao tiết diện dầm và chiều dài
nhịp tính tốn h/l0 ;
- vật liệu sử dụng E/f.

y

x

x

F

F

y

x



Xác định hệ số ổn định tổng thể của dầm:  b ?
Nếu  1 0,85 lấy
Nếu

1

> 0,85 lấy

 b  1 và;

 b 0,68  0,21 1



: là hệ số được tra bảng, xét đến số lượng các điểm cố kết trên cánh
nén của dầm, dạng tải trọng tác dụng, vị trí tác dụng của tải trọng ở cánh
trên hay cánh dưới của dầm và phụ thuộc vào hệsố
. Với thép hình dạng
chữ I thì :
It
: là mơ men qn tính khi xoắn của tiết diện
dầm;
Iy
: là mơ men quán tính của tiết diện dầm
được kiểm tra đối với trục y-y (trục ngồi mặt phẳng
uốn);
lo
: là chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng dầm
của cánh nén.
Nếu điều kiện kiểm tra ổn định tổng thể không thoả mãn => cần tăng bề rộng
b hay giảm chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng lo.


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 6/7)

4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của dầm

a) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh nén:

b) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất tiếp:

Dầm chịu tải trọng tĩnh

Dầm chịu tải trọng động


§ 3.3 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP
4. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn.

(tiếp 6/7)

4.4 Kiểm tra ổn định cục bộ của dầm
c) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất pháp :

c) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất pháp
và ứng suất tiếp :