Hướng dẫn bài tập lớn kết cấu thép 1

Tài liệu tham khảo

BÀI TẬP LỚN

[1] Kết cấu thép – Đỗ Đào Hải (chủ biên) – NXB ĐH Quốc
gia TpHCM -2009

KẾT CẤU THÉP 1

[2] Kết cấu thép – Phần cấu kiện cơ bản - Phạm Văn Hội
(chủ biên) - NXB KHKT – 2006
[3] TCXDVN 338:2005 - Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế NXB Xây dựng - 2009

TS. ĐỖ ĐẠI THẮNG

[4] TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động Tiêu chuẩn thiết
kế - NXB Xây dựng

Bộ mơn Cơng trình, Khoa KT Xây dựng,
Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM
E-mail:
1

Thiết kế hệ dầm sàn thép

Hệ dầm phổ thông
Cột

Số liệu:

Gồm các cột và 2 hệ dầm đặt

vng góc với nhau để cùng chịu
lực:

ℓ (m): nhịp bản sàn
B (m): nhịp dầm phụ
n:
số dầm phụ
L(m): nhịp dầm chính L= ℓ x n
pc (KN/m2): hoạt tải tiêu chuẩn

Vật liệu:
-

Thép f = 21
KN/cm2
4
E = 2.1x10 KN/cm2
γ =7850
kg/m3

- Que hàn E42, hàn tay, kiểm
tra bằng PP thơng thường

DÇm phơ

B

Đề bài

2

- Hệ dầm phụ tựa trên hệ dầm
chính; nhịp dầm phụ là B.
- Hệ dầm chính tựa trên các cột.
Nhịp dầm chính là L;

Yêu cầu: Thiết kế
- Bản sàn thép tấm
- Dầm phụ bằng thép định hình
- Dầm chính bằng thép tổ hợp
- Mối nối sàn và dầm phụ, mối nối dầm
phụ và dầm chính.

Hình thức trình bày khổ A4 : Thuyết minh (viết tay)
Bản vẽ (vẽ tay)

DÇm chÝnh
b

3

b

b

b

L

Thích hợp cho sàn vượt nhịp L tương đối lớn và chịu tải trọng q lớn :

q ≤ 30kN/m2; L x B ≤ 36 m x 12 m.
4

1


Liên kết bằng mặt:
Liên kết dầm với nhau
h = hdc

Liên kết bằng mặt:
Mặt trên của dầm chính
và dầm phụ đều nằm
cùng một cao độ, nên
chiều cao của dầm chính
chính là chiều cao của
hệ dầm.

Dầm
phụ

Dầm
chính
Liên kết thấp:

Liên kết bằng mặt có cấu
tạo phức tạp, tốn các chi
tiết liên kết;

Dầm

phụ

Bản sàn được kê bốn cạnh (gối lên cả dầm phụ và dầm chính) nên độ cứng
và khả năng chịu lực đều tăng. => hay được sử dụng.
=> Hệ dầm phổ thông với liên kết bằng mặt hay được sử dụng.

5

6

1. Thiết kế sàn thép
b) Sơ đồ tính

a) Tải trọng
Tải trọng tiêu chuẩn
Tải trọng tính tóan

q tc = g c + p c
q tt = γ g g c + γ p pc

γg=1.1; γp=1.2

Bản sàn thép được tính như ơ bản đơn.
Cắt 1 dải rộng 1cm theo phuơng cạnh ngắn.
Sàn làm vịệc như 1 dầm đơn giản có 2 gối tựa là 2 dầm
phụ chịu tải trọng phân bố đều.

Chiều dày bản sàn δ: chọn sơ bộ, căn cứ theo họat tải tiêu chuẩn
và nhịp sàn
Họat tải tiêu chuẩn (kN/m2)

Bề dày sàn (t, mm)

10

6-8

20

8-10

30

10-12

>30

12-14

7

Sơ đồ tính tóan bản sàn thép

8

2


c) Xác định kich thước bản sàn thép

c) Xác định kich thước bản sàn thép

Cách 2: dùng bảng tra
Phụ thuộc vào tải trọng q và độ võng cho phép [Δ/ℓ]

Để tính ℓ thì đầu tiên phải chọn bề dày bản δ trước sau
đó tính ℓ theo 2 cách: cách tính theo cơng thức gần đúng
và cách tra bảng
Cách 1: tính theo công thức gần đúng
A

δ
E1 =

E
1− μ 2

⎡f⎤
n0 = ⎢ ⎥
⎣A⎦

=

4n0 ⎛ 72 E1 ⎞
⎜1 +
⎟
15 ⎜⎝ n04 q tc ⎟⎠

μ=0.3
Độ võng tương đối cho phép của bản sàn

9

d) Kiểm tra độ võng

Δ = Δ0

1
1+ α

f) Kiểm tra đường hàn

Δ Δ0 1
⎡Δ⎤
=
⋅
≤
A
A 1 + α ⎢⎣ A ⎥⎦
5 qcA4
3f 2
Δ0 =
⋅
α (1 + α )2 = 20
384 E1I
δ

Đuờng hàn góc có chiều dài 1 đơn vị (1 cm)
Chiều cao hf phải đủ chịu lực lực kéo H

e) Kiểm tra độ bền

hf =

Cấu kiện chịu uốn kéo đồng thời, tiết diện δ x 1cm

σ=

H M max
+
≤ f ⋅γ c
F
W

Lực kéo H tại gối tựa bản

π2 Dα
H = γq
A2

hoặc
Moment uốn max ở giữa nhịp

M max =

H=

10

H

(βf )min γ c

(βf )min = min[(β f , f wf ); (β s , f ws )]

Eδ3
D= 1
12

π2 EI x
α
A2

q tt A 2
− Hf
8

11

12

3


2. THIẾT KẾ
DẦM THÉP HÌNH

2.1 Chọn sơ bộ tiết diện dầm
Chọn sơ bộ tiết diện dầm theo yêu cầu
chính để chịu Mmax

Mmax

13

14

2.1 Chọn sơ bộ tiết diện dầm
Xác định mômen kháng uốn yêu cầu theo điều kiện bền chịu Mmax:

y

Dầm làm việc giai đọan đàn hồi:

σ max =

M x ,max
Wx

≤ f ⋅γc

Wx ≥

M x ,max
f ⋅γ c

x

x

γc=0.9 hệ số làm việc

i Dầm làm việc giai đọan dẻo:

Wx ≥

M x ,max

y

1.15 f ⋅ γ c

hệ số 1.15 xét đến sự phát triển biến dạng dẻo
Chọn hình dạng tiết diện của dầm: chọn dạng tiết diện chữ I.
Sử dụng bảng thép định hình tiết diện chữ I để tìm số hiệu
thép có Wx đảm bảo điều kiện trên.
Các thông số cần tra bảng để cho bước sau:
- Các đặc trưng hình học của tiết diện được chọn: Ix, Wx, Sx, tw.
- Trọng lượng trên 1 m dài (gd).

15

16

4


2.2 Kiểm tra tiết diện dầm chọn
a) Kiểm tra bền (TTGH 1)
• Theo điều kiện bền chịu uốn tại tiết diện có Mmax và Q = 0;
• Theo điều kiện bền chịu cắt tại tiết diện có Qmax và M = 0;
• Theo điều kiện bền chịu đồng thời uốn và cắt tại tiết diện có

M và Q cùng lớn;
b) Kiểm tra độ võng của dầm (TTGH 2)
c) Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

17

18

2.2 Kiểm tra tiết diện dầm

2.2 Kiểm tra tiết diện dầm

a) Kiểm tra bền:

a) Kiểm tra bền:

• Theo điều kiện bền chịu mơ men uốn Mmax:

σ max =

M x ,max
Wnx

≤ f ⋅γc

• Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax:

l
Qmax

τmax

(tại tiết diện giữa dầm)

M max
σ=
≤ f γc
1.15Wth

Mmax

(tại tiết diện sát gối dầm)

Qmax

Mmax

(kể đến trạng thái phát triển dẻo)
Qmax: lực cắt lớn nhất tại tiết diện sát gối dầm do tải trọng tính tốn gây ra.

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

Q S
= max x ≤ f v γ c
Ix t w

l

: 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).
19

Sx : mô men tĩnh của một nửa tiết diện đối với trục x-x (tiết diện chữ I);
Trường hợp tổng quát, Sx là mô men tĩnh của phần tiết diện nguyên bên
trên thớ cần tính ứng suất cắt lớn nhất đối với trục trung hoà x-x.
fv:

cường độ chịu cắt của thép
20

5


2.2 Kiểm tra tiết diện dầm

i

a) Kiểm tra bền
• Theo điều kiện chịu chịu đồng thời ứng suất pháp, ứng suất tiếp
i

σ td = σ + 3τ ≤ 1,15 f γ c
2

2
1

σ=

Mx
⋅y
I nx

τ=

Q ⋅ Sx
Ix ⋅ t w

Hệ số 1.15 kể đến sự phát triển biến dạng dẻo
b) Kiểm tra độ võng của dầm
Công thức kiểm tra độ võng của dầm :

Δ max ⎡ Δ ⎤
≤⎢ ⎥
l
⎣l ⎦

Δmax: là độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng
tiêu chuẩn gây ra; và
[Δ/l]: là độ võng tương đối cho phép của dầm, được quy định trong tiêu
chuẩn thiết kế.
21

22

Tải bản FULL (14 trang): bit.ly/3nDep3O
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net
2.2 Kiểm tra tiết diện dầm

3. THIẾT KẾ
DẦM THÉP TỔ HỢP

c) Kiểm tra ổn định
Kiểm tra ổn định bao gồm:
- Kiểm tra ổn định cục bộ (local buckling)
- Kiểm tra ổn định tổng thể (global buckling – lateral tortional buckling)
Đối với thép định hình, ổn định cục bộ ln thỏa
=> chỉ cần kiểm tra ổn định tổng thể.
Khi dầm thỏa mãn 1 trong các điều kiện sau thì khơng cần kiểm tra ổn
định tổng thể
- Khi bản sàn đặt trực tiềp lên cánh chịu nén của dầm
- Dầm được bọc BTCT
- Khoảng cách giữa 2 điểm cố định của cánh chịu nén l0 thỏa mãn
điều kiện ở bảng sau
23

24

6


Tiết diện dầm cần phải đảm bảo:

tf

1. Yêu cầu chịu lc (TTGH 1)

y C

ánh dầm
Bn
cỏnh trờn

- iu kin bt buc:

2. Yờu cu v vừng (TTGH 2)
bng
BBn
ản bụng
dầm

3. Yờu cu về kinh tế (trọng lượng
của dầm là bé nhất)
h

hw

Tăng chiều cao h sẽ rất hiệu quả để
tăng khả năng chịu un v gim
vừng ca dm.

x

x
tw

y C
Bn
cỏnh di

ánhdầm

- Chiu cao dầm h
- Bề dày bản bụng tw
- Kích thước dầm tf x bf

25

3.1 Chọn chiều cao tiết diện dầm h

g c , pc

Trường hợp dầm đơn giản chịu tải trọng
phân bố đều
gc : TT tiêu chuẩn
pc : HT tiêu chuẩn

h min =

5
24

f ⋅l
⎡Δ⎤
E ⋅ γ tb ⋅ ⎢ ⎥
⎣l ⎦

ii

Wx

hkt = k
tw
iii

với

k=

với

ψw

hmax : 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).

tf

1

γ tb

=

g c + pc
g c g + p c p

bng
BBn

ản bụng
dầm
h

hw

x

x
tw

tf

y C
Bn
cỏnh di
ánhdầm

hkt : chiu cao kinh t ca dm m
bo dm cú trng lng bộ nht
(Gd = Min).

26

y C
ánhdầm
Bn
cỏnh trờn

a) Theo điều kiện bản bụng dầm

chịu được lực cắt lớn nhất,
Qmax

M
Wx ≥ max
f .γ c

Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,15 ~ 1,20
Để xác định được hkt, cần phải chọn trước tw
tw = 8 ~ 12 mm khi nhịp = 9 ~ 15 m.

y C
ánh dầm
Bn
cỏnh trờn

3.2 Chn bề dầy của
bản bụng dầm tw

ℓ

2C ⋅ψ f

h ≈ hkt

hmin : chiều cao nhỏ nhất của dầm để
thoả mãn được điều kiện về độ
võng (TTGH 2).

Thiết kế tiết diện dầm bao gồm xác định:

i

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

tf

=> 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.

3.1 Chọn chiều cao tit din dm h

bng
BBn
ảnbụng
dầm

x

b) Theo iu kin n nh cc bộ

27

c) Theo công thức kinh nghiệm
và theo cấu tạo

x
tw

y C
Bản
cánh di
ánhdầm
28

7


3.2 Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw

3.2 Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw

a) Theo điều kiện bản bụng dầm chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax:
i

τmax

t h2
Qmax ⋅ w w
Q S
8 = 3 Qmax ≤ f γ
= max x ≈
v c
t w h3w
Ix t w
2 hw ⋅ tw
⋅ tw
12

3 Qmax
tw ≥ ⋅
2 h ⋅ fv ⋅ c

b) Theo iu kin n nh cc b :

y CBn
ánhdầm
cỏnh trờn

i

hw
E
3.2
tw
f

bng
BBn
ảnbụng
dầm

x

x

hw

h

tw

Ly hw h

y CBn
ánhdầm
cỏnh trờn

iu kin n nh cục bộ của bản bụng dầm
khi không sử dụng sườn gia cng:

ii

tw

hw
3.2

bng
BBn
ảnbụng
dầm

x

x

: lc ct ln nht trong dm do tải trọng tính tốn gây ra.

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

ℓx

: mơmen qn tính của tiết diện bản bụng dầm đối với trục x-x;

fv

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

29

3.2 Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw
c) Theo cụng thc kinh nghim
i

y CBn
ánhdầm
cỏnh trờn

Khi chiu cao dầm h vào khoảng từ 1 ÷ 2 m
và chịu ti trng thụng thng:

3h
tw = 7 +
1000

y C
Bn
cỏnh di

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

x

x

hw

h

tw
d) Yêu cầu về cấu tạo
ii
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 g.

30

3.3 Chn cỏc kớch thc ca
bn cỏnh dm bf, tf

bng
BBn
ảnbụng
dầm

(mm)

h

tw

f
E

y C
Bn
cỏnh di
ánhdầm
Qmax
Sx

hw

a) Theo iu kin bn chu mụ
men un ln nhất , Mmax
b) Theo điều kiện ổn định cục bộ

tf

y C
Bn
cỏnh trờn
ánhdầm

BBn

ảnbụng
dầm
bng
x

x

y C
Bn
cỏnh di
ánhdầm

c) Theo yờu cu cu to

tf

y C
Bn
cỏnh di
ánhdầm
bf

31

32

3042005
8