Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn kết cấu thép 1, thiết kế hệ dầm thép
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 (KN/cm 2 ) 10 6,0 23 1,2 1,6 1,05 2,06ì10 4 - Vật liệu thép dầm phụ sàn và bản sàn là : BCT3 k2 có R=22,5 KN/cm 2 - Vật liệu thép dầm chính là thép BCT3 c5 có R = 23 KN/cm 2 . - Hệ số điều kiện làm việc = 1. - Độ võng giới hạn : + Đối với sàn thép : 150 1 : l f + Đối với dầm sàn : 250 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 ; R t g = 16,5 KN/cm 2 h = 0,7 ; t = 1. thuyết minh tính toán 1.Tính toán chọn kích th ớc bản sàn sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 1 đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép 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 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 n o = f l = 150 + E 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. += 44 4 10.23.150 10.26,2.72 1 15 150.4 s s l = 95,90 Với tải trọng tiêu chuẩn tc q = 23 (KN/m 2 ) , tra bảng (3.1-Sách KCT) chọn S = 12 mm. l S = 95,90. 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 . 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 : 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 + g tc .n g )b = (23.1,2 + 0,942.1,05)10 -2 = 28,59.10 -4 (KN/cm) - Độ võng của sàn do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H tác dụng : + = 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 S = 12 2,1.1 3 = 0,144 (cm 4 ) 144,0.10.26,2 100.10.942,23 . 384 5 4 44 = o f = 0,958 (cm) + Hệ số - Tỷ số giữa lực kéo H và lực giới hạn ơle đợc xác định theo phơng trình: (1 + ) 2 = 2 s 2 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). 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 - Lực kéo H tác dụng trong dải bản rộng 1 (cm) tính theo công thức: sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 3 đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép b. E 2 l f 4 2 nH s 1 = 56,3.1,2.1 4 .2,26.10 150 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 = fH lq s tt = 1,542 (KNcm). - ứng suất lớn nhất trong sàn: R. s W max M A 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 : )(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 . Sơ đồ mạng hàn bố trí nh hình vẽ (trang sau). sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 4 đồ án KC Thép 1 Thiết kế hệ dầm thép A cột B dầm phụ dầm chính 1 m 6 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 = (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 8 2 2 l . q max M 2 tt === (KN)77,85 2 6 . 28,59 2 2 l . q max Q tt === sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 5 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 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 X = 339 (cm 3 ) h = 33 (cm) J X = 9840 (cm 4 ) = 0,7 (cm) b = 14 (cm) 3 3 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 6 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 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 9840.0,7 87,04.339 b . x J x .S max Q max === (KN/cm 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 l f Tính tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm: 0,004 250 1 l f 0,0034 .9840 4 2,06.10 3 .600 2- 0,422)10(23,942 384 5 l f == <= + 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 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 1 .l tt q max Q === (KN) q = 174,20 KN/m M = 2177,50 KNm Q = 871,0 KN 10 m M 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: tt tc q q f l E lR h . . 384 5 1 min = 08,78 17420.10.06,2 14618.400.1000.23 . 384 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 8 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 === (cm 3 ) 15,102 0,1 39,9467 15,1 == kt h (cm) 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 b Kiểm 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= (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 byc ccc h JJ bA == Trong đó: + yc J - Mô men quán tính yêu cầu với trục x-x. ) 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 === 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 ( ) ) 2 (cm41,75 2 102 10000028,492304.2 c A = = - Chọn kích thớc bản cánh dầm Kích thớc cánh dầm phải thoã mãn điều kiện sau : == = 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 ữ= cmb b c cc )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 = . Ta thấy , giá trị b c và c đã thoã mãn điều kiện trên . 2 0 1 0 0 0 2 0 1 0 4 0 1 0 2 0 380 10 3.5. Kiểm tra bền cho dầm - Trọng lợng bản thân dầm: = 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 10 [...]... một đoạn: 1 1 1 1 x = ữ l1 = ữ 10 = (1, 67 ữ 2) (cm) 6 5 6 5 Chọn x = 1, 7 m - Nội lực tại vị trí thay đổi tiết diện : q '.x( l1 x ) 17 6,44 .1, 7 (10 - 1, 7 ) = tt = = 12 44,78 (KNm) x 2 2 l 10 Q = q 'tt ( 1 x) = 17 6,44.( 1, 7) = 582,25 (KN) x 2 2 ' Với : qtt = qtt + g d = 17 4,20 + 2,24 = 17 6,44 (KN/m) M - Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện: sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 11 đồ án KC Thép 1 ... vẽ: 1, 04 m P P P 1 0,5 m P P ô2 1m 1m 1m 1m 419 ,05 KNm 16 54 ,13 KNm 793,98 KN 4 41, 10 KN - Xác định các giá trị nội lực ở giữa các ô bản : + Tại 1: 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 M1 = ' qtt x(l1 x) 17 6,44.0,5. (10 ... 0b = 2,78 0,76 13 ,5 0 = 10 , 31 + 2 = 21, 41 (KN/cm2) 2 2,78 2 + Tính 0 , 0cb : Ta có : b t = c hb c b 3 3 38 2 = 0,8 . = 1, 41 10 0 1, 2 Tra bảng (3.8 - Sách KCT) và nội suy : cb = 0,6 91 sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 19 đồ án KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép a 200 Xét tỉ số : h = 10 0 = 2 > 0,8 o Và cb 8,06 = = 0,48 < cb = 0,6 91 16 ,70 Suy ra :... bản bụng trên nguyên tắc: Abgh Ab Chọn bản ghép có tiết diện 96x1,0 (cm) dài 10 cm ốp hai bên bản bụng Abgh = 2 .1, 0.96 = 19 2 (cm2) Ab = 1, 2 .10 0 = 12 0 (cm2) Dùng đờng hàn góc có hh = 10 mm sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 24 960 10 380 960 20 10 00 20 10 40 960 10 00 20 10 40 20 đồ án KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép 10 0 CHI TIếT NốI BụNG DầM - Đờng hàn chịu cả mômen và lực cắt nên... đó: hb 10 0 = 19 ,68 = 18 ,92 (KN/cm2) hd 10 4 + 1 = x ' + 1 = Q x S 'c J 'x b Với : Qx Lực cắt tại vị trí tiết diện thay đổi Qx = 582,25 (KN) ' S c Mômen tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà của tiết diện dầm hc 10 2 = 22.2 = 2244 (cm3) 2 2 Q S 582,25.2244 1 = x c = = 3, 31 (KN/cm2) J x '. b 328888 .1, 2 S c' = bc' c Suy ra : 2 td = 1 + 3 .1 = 18 ,92 2 + 3.3, 312 = 19 ,77 (KN/cm2) td = 19 ,77... đồ án KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép C1 = 0,65. b E 2,06 .10 4 = 0,65 .1, 2 = 23,34 (cm) R 23 - Diện tích tiết diện thanh quy ớc : A = A s + A bqu = 26,4 + 1, 2.23,34 = 54, 41 (cm2) - Mômen quán tính của tiết diện thanh quy ớc (Theo phơng trục z-z , là phơng mảnh nhất ): 1, 2.22 3 23,34 .1, 2 3 Jz = + = 10 68 ,16 (cm4) 12 12 - Bán kính quán tính của tiết diện: rz = Jz 10 68 ,16 = = 4,43... = 0,30 < 1 89,5 17 0,82 24,07 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 += M 2 hb 16 5 413 10 0 = = 16 ,70 (KN/cm2) W x hd 9526,0 10 4 + cb = 8,06 (KN/cm2) (Đã tính ở phần trớc) += Q2 4 41, 10 = = 3,67 (KN/cm2) hb b 10 0 .1, 2 + 0 = 10 , 31 + 0,76 Rc (KN/cm2) à 2 0b 2 Trong đó: à - Tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản à= 200 =2 10 0 0b -... cách các sờn và tỷ số 0 cb - Xét ổn định cho 1: Khoảng cách giữa các sờn trong ô là 1, 5 m += M 1 h0 419 05 10 0 = = 6,37 (KN/cm2) ' W x hd 6324,77 10 4 sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 17 đồ án KC Thép 1 - - Thiết kế hệ dầm thép + cb = 8,06 (KN/cm2) (Đã tính ở phần trớc) += Q1 793,98 = = 6,62 (KN/cm2) hb b 10 0 .1, 2 + 0 = 10 , 31 + 0,76 Rc (KN/cm2) à 2 0 b 2 Trong đó: à... = 1, 41 và nội suy : Ckp = 32,22 o = 32,22 23 = 95,89 (KN/cm2) 2,78 2 * 0cb đợc tính theo công thức : ocb = C1.R 2 a a 200 Tra bảng (3.7 - Sách KCT) với 2h = 2 .10 0 = 1 , t = 1, 41 và nội suy : o C1 = 18 ,96 a = a 2. b ocb = E 200 23 = = 2,78 R 2 .1, 2 2,06 .10 4 18 ,96.23 = 56,43 (KN/cm2) 2 2,78 Thay vào công thức kiểm tra ổn định , ta có : 2 2 16 ,70 8,06 3,67 + + = 0,36 < 1 95,89 56,43 21, 41. .. ngắn của ô bản à= 15 0 = 1, 5 10 0 0b - Độ mảnh quy ớc của ô bản bụng R hb = E b d b 0b = R = b = 2,78 E d Cạnh ngắn ô bản 0,76 13 ,5 2 0 = 10 , 31 + 2 1, 5 2,78 2 = 24,07 (KN/cm ) + Tính 0 , 0cb : b' t = c hb Ta có : 3 c b 3 22 2 = 0,8 . = 0, 81 10 0 1, 2 Tra bảng (3.8-Sách KCT) và nội suy : cb = 0,402 a 15 0 Xét tỉ số : h = 10 0 = 1, 5 > 0,8 o Và cb 8,06 = = 1, 26 > cb = 0,402 . với que hàn 42 có : R h g = 18 KN/cm 2 ; R t g = 16,5 KN/cm 2 h = 0,7 ; t = 1. thuyết minh tính toán 1.Tính toán chọn kích th ớc bản sàn sinh viên thực hiện : Bùi lê huy 1 đồ