đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm
thép
thuyết minh tính toán

1.Tính toán chọn kích th ớc bản sàn
1.1.Chọn kích th ớc bản sàn
Xác định kích thớc bản sàn có thể theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định gần
đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất và chiều dày
s
của sàn.








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

1
-

Môđun đàn hồi của thép sàn

2
4
2
1
3,01
10.06,2
1
=

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







s
= 95,9.1,2 = 115,08 (cm).
Chọn l
s
=100 (cm).
1 . 2. Kiểm tra sàn
1.2.1.Kiểm tra độ võng
- Trong cấu tạo bản sàn thép đợc hàn với các dầm . Khi tải trọng tác dụng lên
sàn thì bản chịu uốn và bị biến dạng nhng các đờng hàn liên kết bản sàn với dầm
giữ không cho bản sàn biến dạng tự do và ngăn cản biến dạng xoay tại các gối .
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
1
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
Vì vậy , tại các gối tạ sẽ phát sinh lực kéo H và mômen âm , để thiên về an toàn
trong tính toán ta bỏ qua ảnh hởng của mômen âm tại gối mà chỉ xét đến lực kéo
H.
Cắt một dải bản rộng b =1 (cm) , sơ đồ tính toán bản là một dầm có hai gối
tựa không chuyển vị thẳng , chịu tải trọng tính toán phân bố đều q.
Với tấm sàn dày 1,0 (cm) có trọng lợng 0,785 (KN/m
2
) , do đó thép tấm sàn
dày1,2 (cm) có trọng lợng là :
g
tc
= 1,2.0,785 = 0,942 (KN/m
2
)
Tải trọng tiêu chuẩn và tính toán tác dụng lên tấm sàn :

1
1
ff
o
Trong đó:
+ f
0
- Độ võng ở giữa nhịp của bản do riêng tải trọng q
tc
gây ra .

s
s
tc
o
JE
lq
f
1
4
.
.
384
5
=

J
S
- mômen quán tính dải bản rộng 1 cm và dầy 1,2 cm .
J

o
f3

(1 + )
2
=
2
2
2,1
958,0.3
= 1,912
Bằng cách thử dần ta xác định đợc = 0,679
Vậy , độ võng của sàn:
f = f
0
+1
1
=0,958
679,01
1
+
= 0,571 (cm).
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
2
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép


nH
s
1






=


56,3.1,2.1
4
.2,26.10
150
1
4
3,14
1,2.H
2
2
==







H
max

+=
Trong đó :
A , W
s
- Diện tích và mô men chống uốn của tiết diện dải sàn rộng 1cm.



2
max
2,1.1
542,1
2,1.1
56,3
+=

= 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 :



m
1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m
0,5 m0,5 m
10 m
1
2
2 .Tính toán thiết kế dầm sàn
2.1. Sơ đồ tính toán dầm sàn
Sơ đồ tính toán dầm phụ là dầm đơn giản nhịp l
2
= 6 m chịu tác dụng của tải
trọng phân bố đều từ sàn truyền vào. Chia dầm chính thành 10 khoảng bằng nhau
và bằng a =100 cm = 1 (m).
2.2.Tải trọng
Tải trọng tác dụng lên dầm sàn là tải trọng tiêu chuẩn p
tc
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

2
2
l . q
max
Q
tt
===
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
4
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

q = 28,59 KN/m
M = 128,66 KNm
Q = 85,77 KN
6 m
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

0
140
7
2.5. Kiểm tra lại tiết diện
Ta kiểm tra bền có kể đến trọng lợng bản thân dầm:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
5
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
- Nội lực tính toán lớn nhất thực tế :
56,130
8
2
0,422.6
128,66
max
M =+=
(KNm)
04,87
2
0,422.6
77,85
max
Q =+=
(KN)
- ứng suất pháp lớn nhất :
53,19
1,12.597
13056

2
)
28,4
max
=
(KN/cm
2
) < R
c
= 12,5 (KN/cm
2
)
- Kiểm tra võng theo công thức:






ì=
l
f
x
EJ
3
.l
tc
q
384
5

+
ì=

Kết luận: Dầm sàn chọn đạt yêu cầu cả về cờng độ và độ võng. Không cần
kiểm tra ổn định tổng thể vì cánh nén của dầm đợc hàn vào tấm sàn nên không
thể chuyển dịch đợc theo phơng ngang đợc .
3 .Tính toán thiết kế dầm chính
3.1.Sơ đồ tính toán của dầm chính
Dầm chính là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải trọng coi nh phân bố
đều. Sơ đồ tính toán nh sau :
3.2.Xác định tải trọng tác dụng
Theo cách bố trí dầm có 10 dầm sàn đặt lên dầm chính.
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm chính:
18,1466).422,0942,23( =+=
tc
q
(KN/m)
- 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
6
đồ án KC Thép 1

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

50,2177

Q
tt
3.4. Thiết kế tiết diện dầm
3.4.1. Chọn chiều cao tiết diện
Chiều cao của dầm đảm bảo điều kiện:






0
0
maxmin
20
ktd
d
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:


5
4
min
==h
(cm)
- Chiều cao h
kt
của dầm tính theo công thức:
h
kt
= k
b
yc
W

sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
7
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

Dựa vào h
min
và h
kt
, sơ bộ chọn chiều cao h
d
=104 (cm)
3.4.2.Kiểm tra lại chiều dày bụng

bKiểm tra chiều dày bản bụng theo khả năng chịu cắt :
47,10
2,1.104
871
.5,1
.
.5,1
max
===
bd
h
Q


(KN/cm
2
)
47,10=


)
4
cm(28,492304
2
49467,39.10
2
d
.h
yc
W
yc
J ===
+
b
J
- Mô men quán tính của bản bụng đối với trục x-x.

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
















==
=
ữ=ữ=

)(18
93,29.
23
10.06,2
.
4,10
10
1
)528,20()
2
1

)528,20(
93,29

Chọn bề rộng cánh : b
c
= 38 (cm)
Bề dày cánh :
98,1
38
41,75
===
c
c
c
b
A

(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


=
d
g
1,05.78,5.(2.0,38.0,02 + 1.0,01) = 2,24 (KN/m)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
9
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
- Mô men tổng cộng lớn nhất của dầm:

50,2205
8
2
2,24.10
50,2177
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:

th
x
J
th
x
W ===
(cm
3
)
- ứng suất lớn nhất trong dầm (không xét đến biến dạng dẻo):

15,23
9526.1
50,2205
th
x
.W
max
M
max
===

(KN/cm
2
)

15,23
max
=


5
1
6
1
5
1
6
1
1
ữ=






ữ=






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

( )
( )

44,17624,220,174
'
=+=+=
d
g
tt
q
tt
q
(KN/m)
- Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
10
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

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


73,42
2
104
)10000032,331092(2
2
d
h
b
J
ct
x
J2
ct
x
A =

=







=
(cm
2
)
- Bề rộng cánh dầm cần thiết:
36,21

1
'
'
'
cmb
cm
b
b
cmhb
c
c
c
dc
Chọn
'
c
b
= 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



+=

(cm
4
)

77,6324
104
328888.2
d
h
.2
'
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
11
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

lớn hơn R
0
0
0
0
566,0 <
nên có thể chấp nhận đợc.
- Kiểm tra theo ứng suất tơng đơng:

R3.
2
1
2
1td
+=
Trong đó:
+
92,18
104
100
.68,19
h
h
'.
d
b
x1
===
(KN/cm
2

.2.22
2

''
===
c
ccc
h
bS

(cm
3
)



31,3
2,1.328888
4582,25.224
'.J
.SQ

bx
cx
1
===

(KN/cm
2
)


h
= 0,7;
h
g
R
= 18 (KN/cm
2
)

(R
g
)
min
=
h
R
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
12
đồ án KC Thép 1


3876
2
102
.2.38
2
===
c
ccc
h
bS

(cm
3
)
+ J
x
- Mômen quán tính của dầm
J
x
= 495352,0 (cm
4
)

27,0
6,12.495352.2
3876.20,882

Vậy : Chiều cao đờng hàn tại vị trí này đợc tính theo công thức:
2
2
min
).(.2
1






+









z
P
J
QS
R
h
x
c







=
h
h
(cm)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
13
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
* Cả hai tiết diện này đều có chiều cao đờng hàn nhỏ do đó ta lấy chiều cao
đờng hàn theo cấu tạo:
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 :


Trong đó: = 1 khi dầm làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Thay số, ta có :
84,18
23
10.06,2
102
38
).
0,2
38
016,073,0(
0,2
38
.0032,041,0.163,2
4
=






++<
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:


Thiết kế hệ dầm thép
34,3
10.06,2
23
0,1
100
4
===
E
R
h
b
b
b


Do
[ ]
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.

3.8.3.Kiểm tra các ô bản bụng
Bố trí các ô bản theo cách bố trí dầm dầm sàn , thể hiện trên hình vẽ:

1
,
0
4

m
0,5 m
P P P P P
ô 1 ô 2
419,05 KNm
1 m 1 m 1 m 1 m
1654,13 KNm
793,98 KN
441,10 KN
- 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).
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
15
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
Các giá trị nội lực tại tiết diện này:

05,419
2
0,5) (10176,44.0,5

tt
q
- Tải trọng phân bố tính toán trên dầm chính (kể đến trọng lợng bản
thân dầm) .

=
'
tt
q
176,44 (KN/m) (Tính ở phần trớc)
+ Tại Ô2: Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm 2,5 (m).
Các giá trị nội lực tại tiết diện này :

13,1654
2
2,5) (10176,44.2,5
2
)(.
M
1
'
2
==

=
xlxq
tt
(KNm)

10,441)5,2



+








+






cb
cb
Trong đó:
2
0
2
0
0
0
0
76,0
13,10





+=
=
=
=
Còn
0
và
0cb
xác định theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, phụ thuộc
vào khoảng cách các sờn và tỷ số
cb0
0


- Xét ổn định cho Ô1:
Khoảng cách giữa các sờn trong ô là 1,5 m .
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
16
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
+
37,6
104
100
.

===
bb
h
Q


(KN/cm
2
)
+
2
0
2
0
76,0
13,10
b
c
R

à













d Cạnh ngắn ô bản .



07,24
78,2
5,13
5,1
76,0
13,10
22
0
=








+=

(KN/cm
2
)
+ Tính


=








=


Tra bảng (3.8-Sách KCT) và nội suy :
402,0=








cb

Xét tỉ số :
1,5
100
150
h

0
b
kp
R
C


=
Tra bảng (3.5 - Sách KCT) với t = 0,81 và nội suy : C
kp
= 30,075.



50,89
2,78
23
30,075.
2
o
==
(KN/cm
2
)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
17
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
*

(KN/cm
2
)
Thay vào công thức kiểm tra ổn định , ta có :

130,0
24,07
6,62
170,82
8,06
89,5
6,37
22
<=






+






+
Kết luận: Ô 1 đảm bảo ổn định .
- Xét ổn định cho Ô 2:

67,3
2,1.100
10,441
.
2
===
bb
h
Q


(KN/cm
2
)
+
2
0
2
0
76,0
13,10
b
c
R

à






41,21
78,2
5,13
2
76,0
13,10
22
0
=






+=

(KN/cm
2
)
+ Tính
0

,
cb0

:
Ta có :
41,1


=


Tra bảng (3.8 - Sách KCT) và nội suy :
691,0=








cb

sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
18
đồ án KC Thép 1

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

C


=
Tra bảng (3.5 - Sách KCT) với t = 1,41 và nội suy : C
kp
= 32,22.



89,95
2,78
23
32,22.
2
o
==
(KN/cm
2
)
*
cb0

đợc tính theo công thức :

2
a
1
ocb





43,56
2,78
18,96.23

2
ocb
==
(KN/cm
2
)
Thay vào công thức kiểm tra ổn định , ta có :

136,0
21,41
3,67
56,43
8,06
95,89
16,70
22
<=







23
.8.22
4
==
E
R
b
ss

(cm)
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
19
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép
Chọn :
S
= 6 (mm).
- Chiêu cao : h
s
= h
b
= 1000 (mm)

3800
172
2
0
1
0



Trong đó :
Q
max
Lực cắt ở đầu dầm chính
Q
max
= 882,20 (KN)
R
em
Cờng độ tính toán của thép chịu ép mặt tì đầu
R
em
= 35,5 (KN/cm
2
).
= 1: Hệ số điều kiện làm việc.



24,85
1.35,5
882,20
A
s
=
(cm
2
)

R
E
b
ss

.5,0



7,0
10.06,2
23
4,10.2.2
4
==
E
R
b
ss

(cm) = 7 (mm)
và
12=
bs

(mm)

Chọn
12=
s

0
220
1
5
0
2
5
0
6
4
0
CHI TIếT SƯờN ĐầU DầM
3.9.2.2.Kiểm tra ổn định tổng thể cho sờn đầu dầm
Coi sờn và một phần bản bụng của dầm cùng làm việc nh một thanh quy ớc
chịu nén đúng tâm .

z

C
1s

b
- Chiều rộng phần bản bụng tham ghi làm việc cùng sờn đầu dầm:
sinh viên thực hiện : Bùi lê huy
21
đồ án KC Thép 1

Thiết kế hệ dầm thép

34,23

=+=
(cm
4
)
- Bán kính quán tính của tiết diện:

43,4
54,41
1068,16
A
J
r
z
z
===
(cm)
- Độ mảnh của sờn
57,22
4,43
100
r
h

z
b
z
===
Tra bảng (II.1 - Phụ lục II) với R = 23 (KN/cm
2
) ,

lR
Q
h
.)(2
min
max


Trong đó: l
h
= h
b
- 2

= 100 - 1 = 99 (cm)
Với : 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

0
1
5
0
3.9.4. Tính nối bản bụng dầm
(Thực tế có thể nối hay không tuỳ theo chiều dài thực tế vật liệu đang có song
trong phạm vi đồ án ta vẫn tính nối) .
Bản bụng dầm nối tại vị trí cách gối dầm một đoạn 3 (m) , chỉ cần tính nối ở
một đầu dầm là đủ.Ta chọn phơng pháp liên kết bằng bản ghép .
- Tính nội lực tại mối nối:
M
nối
=
62,1852
2
)310(3.44,176
2
)(.
1
'
=

=
xlxq
tt
(KNm).
Q
nối
=
88,3523

bụng tại vị trí nối :
M
b
= M
nối
.
0,374
495352
100000
.62,1852 ==
d
b
J
J
(KNm).
- Chọn 2 bản ghép để nối bản bụng trên nguyên tắc: A
bgh
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

4
0
10
9
6
0
100
380
9
6
0
9
6
0
CHI TIếT NốI BụNG DầM
- Đờng hàn chịu cả mômen và lực cắt nên phải kiểm tra theo ứng suất tơng đ-
ơng:

h
ghhtdh
R+=
22
3

Trong đó:
+
2
hh
b
h

h
b
A
Q



65,2
95.1.7,0.2
88,352

h
==
(KN/cm
2
)


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

96,17
td
=
(KN/cm