đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm
thép
Đề bài
Thiết kế mạng dầm sàn công tác bằng thép với các số liệu tính toán kèm
theo cho trong bảng dới đây :
l
1
(m
) l
2
(m)
P
tc
(KN/m
2
)
Hệ số
vợt tải
n
p
Chiều cao
kết cấu sàn
h
s
(m)
Hệ số vợt
tải n
g
E

1
:






l
f

+ Đối với dầm chính :
400
1
:






l
f

- Hàn bằng phơng pháp hàn tay với que hàn 42 có :
R
h
g
= 18 KN/cm
2



+=
tco
o
s
s
qn
E
nl
4
1
72
1
15
4


Trong đó:
+
s
s
l

- Tỷ số cần tìm giữa nhịp sàn và chiều dày sàn.
+ n
0
-

Độ võng tơng đối nghịch đảo của sàn

E
= 2,26.10
4
(KN/cm
2
)
à - Hệ số Poatsong, với thép BCT3 có à = 0,3.











+=
44
4
10.23.150
10.26,2.72
1
15
150.4
s
s
l


) , do đó thép tấm sàn
dày1,2 (cm) có trọng lợng là :
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
2
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
g
tc
= 1,2.0,785 = 0,942 (KN/m
2
)
Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên tấm sàn :
q
tc
= (p
tc
+ g
tc
)b = (23 + 0,942).10
-2
= 23,942.10
-4
(KN/cm)
q
tt
= (p
tc
.n
p

f
1
4
.
.
384
5
=

J
S
- mômen quán tính dải bản rộng 1 cm và dầy 1,2 cm .
J
S
=
12
2,1.1
3
= 0,144 (cm
4
)



144,0.10.26,2
100.10.942,23
.
384
5
4

0
+1
1
=0,958
679,01
1
+
= 0,571 (cm).
Suy ra :
s
l
f
=
100
571,0
= 0,00571 <






l
f
=
150
1
= 0,00667.
Nh vậy : Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép.
1.2.2. Kiểm tra cờng độ sàn

1
4
3,14
1,2.H
2
2
==








(KN)
- Mômen lớn nhất ở giữa nhịp sàn:
M
max
=
571,0.56,3
8
100.10.59,28
.
8
.
24
2
=


+=

= 4,038 (KN/cm
2
) <

R = 22,5 (KN/cm
2
)
Kết luận : Sàn đảm bảo chịu lực.
- Đờng hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu đợc lực H chiều cao của đ-
ờng hàn đó xác định theo công thức :

)(8,2)(28,0
1.18.7,0
56,3

mmcm
g
h
R
h
H
h
h
====

Theo yêu cầu cấu tạo ta chọn h
h
= 6 mm .

và trọng lợng của sàn
thép.
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm sàn :
q
tc
= (p
tc
+ g
tc
) . a = ( 23 + 0,942 ) .1 = 23,942 ( KN/m )
- Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm sàn :
q
tt
= (p
tc
. n
p
+

g
tc
. n
g
) . a = (23.1,2 + 0,942.1,05) .1 = 28,59 ( KN/m )
2.3 Xác định nội lực tính toán.
Nội lực tính toán lớn nhất trong dầm sàn :

(KNm)66,128
8
6 . 28,59

M
Q
tt
2.4.Chọn kích th ớc tiết diện dầm
Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm (có kể đến biến dạng dẻo):

56,510
11,12.22,5.
12866
.R.
1
C
max
M
ct
W ===

(cm
2
)
( Lấy C
1
= 1,12 )
Tra bảng thép cán sẵn , chọn thép I33 có các đặc trng hình học nh sau :
W
X
= 597 (cm
3
) g = 422 (N/m) = 0,422 (KN/m)
S

M =+=
(KNm)
04,87
2
0,422.6
77,85
max
Q =+=
(KN)
- ứng suất pháp lớn nhất :
53,19
1,12.597
13056
1,12.W
max
M
max
===
(KN/cm
2
)

max
= 19,53 < R.

= 22,5 (KN/cm
2
)
- ứng suất tiếp lớn nhất :
28,4



ì=
l
f
x
EJ
3
.l
tc
q
384
5
l
fTính tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm:
0,004
250
1
l
f
0,0034
.9840
4
2,06.10
3
.600
2-

- Tải trọng tính toán phân bố đều lên dầm chính:
20,1746).05,1.422,059,28( =+=
tt
q
(KN/m)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
7
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
3.3. Xác định nội lực tính toán

50,2177
8
2
174,20.10
8
2
1
.l
tt
q
max
M ===
(KNm)

0,871
2
174,20.10
2

hh
hhh
Trong đó :
- Chiều cao :
)(258,1012,033,06,16,1
max
mhhh
sds
==
- Chiều cao h
min
có thể tính gần đúng theo công thức:

tt
tc
q
q
f
l
E
lR
h
.
.
384
5
1
min



đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
Trong đó :
+ k-Hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện dầm , đối với dầm tổ hợp hàn
lấy
20,115,1 ữ=k


Chọn k = 1,15.
+
b
Bề rộng bụng dầm chính
Sơ bộ chọn
b
= 10 (mm)
+ W
yc
- Mô men kháng uốn yêu cầu (không kể đến biến dạng dẻo của
dầm)

39,9467
23.1
217750
R
max
M
yc
W ===


.
.5,1
max
===
bd
h
Q


(KN/cm
2
)
47,10=

(KN/cm
2
) < R
c
= 13,5 (KN/cm
2
)

Bản bụng đủ khả năng chịu lực cắt.
3.4.3.Chọn kích thớc bản cánh dầm
- Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức:

2
2).(
.
c


)
4
(cm100000
12
3
1,0.100
12
3
.
b
b
J ===
b
h

+ h
c
Khoảng cách trọng tâm 2 tiết diện cách dầm
h
c
= 104 2 = 102 (cm)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
9
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép




ữ=ữ=

)(18
93,29.
23
10.06,2
.
4,10
10
1
)528,20()
2
1
5
1
(
30
4
cmb
R
E
b
cmhb
cmhb
b
C
cccC
dC
dC
CC

(cm)
Thông thờng bề dày cánh dầm tổ hợp lấy từ
)(4,22,1 cmữ
và lớn hơn

)(0,1 cm
b
=


Chọn
)(2 cm
c
=

.
Ta thấy , giá trị b
c
và
c

đã thoã mãn điều kiện trên .

2
0
1
0
0
0
2

max
M =+=
(KNm)
- Lực cắt tổng cộng lớn nhất:

20,882
2
2,24.10
871
max
Q =+=
(KN)
- Mô men quán tính thực của tiết diện dầm:

0,495352
2
2
102
2.38.2.
12
3
1,2.100
th
x
J =






max
M
max
===

(KN/cm
2
)

15,23
max
=

(KN/cm
2
) > R = 23 (KN/cm
2
)
Vì
max

lớn hơn R
0
0
0
0
565,0 <
nên có thể chấp nhận đợc.









ữ= lx
(cm)
Chọn x = 1,7 m.
- Nội lực tại vị trí thay đổi tiết diện :

( )
( )
78,1244
2
1,7-107,1.44,176
2
xl'.x
tt
q
x
M
1
==

=
(KNm)

25,582)7,1
2

16,6367
19,55.1
124478
.
k
h
R
x
M
ct
x
W ===

(cm
3
)
Trong đó : Vì dầm chịu kéo , kiểm tra chất lờng đờng hàn bằng phơng
pháp thông thờng nên :

19,550,85.230,85R
k
h
R ===
(KN/cm
2
)
- Mô men quán tính cần thiết cho tiết diện :
32,331092
2
46367,16.10








=
(cm
2
)
- Bề rộng cánh dầm cần thiết:
36,21
2
42,73
'
c
b ===
c
ct
x
A

(cm)
Bề rộng cánh phải thoả mãn điều kiện :






= 22 cm - Thoã mãn điều kiện trên
Diện tích cánh dầm tơng ứng :
'
c
A
= 22.2 = 44 (cm
2
)
- Mô men quán tính và kháng uốn của tiết diện đã thay đổi :

328888
2
2
102
2.2.22100000
2
2
c
h
.
c
.
'
c
2b
b
J
'
x
J =

'
x
W ===
(cm
3
)
3.6.2. Kiểm tra tiết diện dầm tại chỗ thay đổi tiết diện dầm
- Kiểm tra theo ứng suất pháp:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
12
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

68,19
6324,77
124478
'
x
W
x
M
'
x
===
(KN/cm
2
)

'

92,18
104
100
.68,19
h
h
'.
d
b
x1
===
(KN/cm
2
)
+
b
'
x
'
cx
1
.J
.SQ


=
Với :
Q
x
Lực cắt tại vị trí tiết diện thay đổi

2,1.328888
4582,25.224
'.J
.SQ

bx
cx
1
===

(KN/cm
2
)
Suy ra :

77,193.3,3192,183.
222
11td
=+=+=
(KN/cm
2
)

19,77
td
=
(KN/cm
2
) < R = 23 (KN/cm
2

g
h
= 0,7.18 = 12,6 (KN/cm
2
)
- Theo sơ đồ bố trí dầm thì tiết diện đầu dầm có Q
max
, không có dầm phụ ( tức
không có lực tập trung) do đó chiều cao đờng hàn liên kết cánh dầm với bụng
dầm đợc tính theo công thức:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
13
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

min
)(2
.
max
g
RJ
ScQ
h
x
h


Trong đó:
+ Q

- Mômen quán tính của dầm
J
x
= 495352,0 (cm
4
)

27,0
6,12.495352.2
3876.20,882
=
h
h
(cm)
- Do cách đầu dầm 0,5 (m) có 1 dầm sàn đặt trên cánh dầm chính nên phải
kiểm tra kích thớc đờng hàn tại vị trí này.
+ Tải trọng tập trung do dầm sàn là P:
P = 2.
ds
Q
max
= 2.87,04 = 174,08 (KN).
Trong đó :
ds
Q
max
- Lực cắt lớn nhất của dầm sàn ( có xét đến tải trọng bản thân)






z
P
J
QS
R
h
x
c
g
h

Trong đó:
+ z Chiều dài chịu tải quy ớc của bản bụng dầm chính
z = b
ds
+ 2
C
= 14 + 2.2 = 18 (cm).
+ Các ký hiệu khác nh phần trớc .



46,0
18
08,174

Tra bảng (2.2 Sách KCT) : h
h
= 7 (mm)
3.8.Kiểm tra ổn định dầm
Bản sàn là thép, khoảng cách các sờn là a = 1m, kích thớc chiều cao dầm sàn
nhỏ do đó ta dùng liên kết chồng. Dầm phụ đặt trên cánh nén của dầm chính.
Liên kết giữa dầm sàn và dầm chính bằng liên kết hàn hoặc bu lông tuỳ theo điều
kiện thi công.
3.8.1.Kiểm tra ổn định tổng thể dầm
Khoảng cách giữa các dầm sàn là a = 1m, bề rộng cánh dầm chính b
C
= 38 cm.
Xét tỷ số :
63,2
38
100
==
c
b
a

Điều kiện ổn định là:
R
E
h
bbb
b
a
c
c







++<
Kết luận: Dầm đảm bảo ổn định tổng thể.
3.8.2. Kiểm tra ổn định cục bộ cho dầm
3.8.2.1.ổn định cánh dầm chịu nén
Khi cánh làm việc trong giai đoạn đàn hồi thì điều kiện ổn định cánh nén của
dầm:

R
E
b
c
o
5,0

96,14
23
10.06,2
5,05,02,9
0,2.2
2,138
4
==<=

=

[ ]
2,334,3 =>=
bb

nên dầm mất ổn định do ứng suất tiếp nên ta đặt các
cặp sờn trung gian để gia cờng với khoảng cách a = 2m ( Điều kiện : a

2h
b
=
2.100 = 200 cm) .
Do trong ô bản bụng có tiết diện chịu ứng suất cục bộ mà không có sờn nên ta
cần kiểm tra bản bụng ở tiết diện này.
- Kiểm tra theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ:




R
z
P
b
cb
=
Trong đó: P = 174,08 (KN).

b
= 1,0 (cm).
z = 18 (cm).


- Xác định các giá trị nội lực ở giữa các ô bản :
+ Tại Ô1: Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm khoảng 0,5m (tại vị trí
có dầm phụ đặt lên).
Các giá trị nội lực tại tiết diện này:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
16
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

05,419
2
0,5) (10176,44.0,5
2
)(.
M
1
'
1
==

=
xlxq
tt
(KNm)
98,793)5,0
2
10
.(44,176)
2

)(.
M
1
'
2
==

=
xlxq
tt
(KNm)

10,441)5,2
2
10
.(44,176)
2
.(Q
1
'
2
=== x
l
q
tt
(KN)
- Tại các tiết diện cần kiểm tra đều có lực tập trung là P = 174,08 (KN) , mặt
khác : 2,5 <
b



cb
cb
Trong đó:
2
0
2
0
0
0
0
76,0
13,10
.
b
bb
b
cb
d
Rc
h
Q
R
z
P
h
h
W
M



- Xét ổn định cho Ô1:
Khoảng cách giữa các sờn trong ô là 1,5 m .
+
37,6
104
100
.
77,6324
41905
.
0
'
1
===
d
x
h
h
W
M

(KN/cm
2
)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
17
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

c
R

à









+=
(KN/cm
2
)
Trong đó:
à - Tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản

5,1
100
150
==
à

b0

- Độ mảnh quy ớc của ô bản bụng









+=

(KN/cm
2
)
+ Tính
0

,
cb0

:
Ta có :
81,0
1,2
2
.
100
22
0,8.
h
b
t







cb

Xét tỉ số :
1,5
100
150
h
a
o
==
> 0,8
Và
26,1
6,37
8,06


cb
==
>
402,0=




30,075.
2
o
==
(KN/cm
2
)
*
cb0

đợc tính theo công thức :
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
18
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

2
a
2
ocb

.RC
=
Tra bảng (3.9 - Sách KCT) với
1,5
h
a
o
=




+






+
Kết luận: Ô 1 đảm bảo ổn định .
- Xét ổn định cho Ô 2:
Khoảng cách giữa các sờn trong Ô 2 là 2 m
+
70,16
104
100
.
0,9526
165413
.
2
===
d
b
x
h
h
W

2
0
76,0
13,10
b
c
R

à









+=
(KN/cm
2
)
Trong đó:
à - Tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản

2
100
200
==
à


(KN/cm
2
)
+ Tính
0

,
cb0

:
Ta có :
41,1
1,2
2
.
100
38
0,8.
h
b
t
3
3
b
c
b
c
=


19
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
Xét tỉ số :
2
100
200
h
a
o
==
> 0,8
Và
48,0
16,70
8,06


cb
==
<
691,0=








(KN/cm
2
)
*
cb0

đợc tính theo công thức :

2
a
1
ocb

.RC
=
Tra bảng (3.7 - Sách KCT) với
1
2.100
200
2h
a
o
==
, t = 1,41 và nội suy :
C
1
= 18,96

78,2
2,06.10

3,67
56,43
8,06
95,89
16,70
22
<=






+






+
Kết luận: Ô 2 đảm bảo ổn định .
3.9.Tính toán các chi tiết khác của dầm
3.9.1. Sờn trung gian
Bố trí cặp sờn đối xứng , cấu tạo sờn nh sau :
- Chiều rộng : b
S

30
b

= 6 (mm).
- Chiêu cao : h
s
= h
b
= 1000 (mm)

3800
172
2
0
1
0
0
0
2
0
1
0
4
0
6
1
0
0
0
80
40
6
0

= 1: Hệ số điều kiện làm việc.



24,85
1.35,5
882,20
A
s
=
(cm
2
)
Chọn kích thớc sờn đầu dầm :
12220
ì
(mm)
- Kiểm tra kích thớc sờn đầu dầm :
Chiều rộng tính toán của sờn :
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
21
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

4,10
2
2,122
2
'

b
ss

(cm) = 7 (mm)
và
12=
bs

(mm)

Chọn
12=
s

(mm) là hợp lý .
Khi đó :
=
s
A
22.1,2 = 26,4 (cm
2
) > 24,85 (cm
2
)
Sờn đầu dầm có cấu tạo nh hình vẽ :

220
12
2
0


C
1s

b
- Chiều rộng phần bản bụng tham ghi làm việc cùng sờn đầu dầm:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
22
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

34,23
23
10.06,2
2,1.65,0.65,0
4
1
===
R
E
C
b

(cm)
- Diện tích tiết diện thanh quy ớc :

=+=
bqus
AAA

57,22
4,43
100
r
h

z
b
z
===
Tra bảng (II.1 - Phụ lục II) với R = 23 (KN/cm
2
) ,
57,22
z
=
và nội suy :
Hệ số uốn dọc = 0,955
- ứng suất lớn nhất trong sờn đầu dầm :
98,16
10,955.54,4
882,20
.A
Q

max
===

(KN/cm
2

- Phần đầu và phần cuối đờng hàn kể đến chất lợng
đờng hàn không tốt.



35,0
99.6,12.2
20,882
==
h
h
(cm)
Chiều cao đờng hàn nhỏ, lấy h
h
theo cấu tạo h
h
= 6 (mm).
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
23
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

2
0
1
0
0
0
2

)(.
1
'
=

=
xlxq
tt
(KNm).
Q
nối
=
88,3523
2
10
.44,176
2
1
'
=






=




A
b
Chọn bản ghép có tiết diện 96x1,0 (cm) dài 10cm ốp hai bên bản bụng.
A
bgh
= 2.1,0.96 = 192 (cm
2
) A
b
= 1,2.100 = 120 (cm
2
)
Dùng đờng hàn góc có h
h
= 10 mm.
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
24
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

2
0
1
0
0
0
2
0
1


h
ghhtdh
R+=
22
3

Trong đó:
+
2
hh
b
h
b
h
.l.h
3.M
W
M
==
với l
h
= 96 2.0,5 = 95 (cm)



76,17
0,7.1.95
3.37400



96,1765,217,76
22
td
=+=
(KN/cm
2
)

96,17
td
=
(KN/cm
2
) < R = 18 (KN/cm
2
)
Kết luận : Đờng hàn nối đảm bảo chịu lực.
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
25