Xem mẫu
- KẾT CẤU THÉP 1
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ DẦM THÉP
GV: NGUYỄN VĂN HIẾU
1
Tp. HCM, Tháng 02/2013
- §1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM
1. Các loại dầm
B¶n phñ c¸nh dÇm
1.1. Theo cấu tạo y C¸nh dÇm y y
C¸nh dÇm
B¶n bông dÇm B¶n bông dÇm B¶n bông dÇm
x x x x x x
ThÐp gãc
c¸nh dÇm
y C¸nh dÇm y
y
§inh t¸n hoÆc bu l«ng
Dầm định hình Dầm tổ hợp
1.2. Theo sơ đồ kết cấu
Hình 3.3. Phân loại dầm theo sơ đồ kết cấu
2
- 2. Hệ dầm:
2.1. Khái niệm: Hệ dầm là kết cấu không gian gồm dầm chính, dầm phụ
bố trí thẳng góc nhau.
2.2. Phân loại: Tùy theo cách sắp xếp dầm ta có 3 loại hệ dầm:
a. Hệ dầm đơn giản:Dầm làm việc như bản kê hai cạnh, khả năng chịu lực
kém, chỉ phù hợp với tải trọng nhỏ, chiều dài cạnh ngắn ô sàn không lớn.
3
- b. Hệ dầm phổ thông :Khi tải trọng và kích thước của sàn không lớn (q≤
3000daN/m2; ô sàn≤12x36m) sử dụng hệ dầm phổ thông có hiệu quả kinh
tế hơn các loại hệ dầm khác nhờ giảm lượng thép và dễ cấu kiện hơn.
4
- c. Hệ dầm phức tạp: Hệ dầm này phức tạp và tốn công chế tạo chỉ
thích hợp khi tải trọng sàn công tác lớn ( q≤ 3000daN/cm2).
5
- 2.2. Các cách liên kết dầm
a. Liên kết chồng
b. Liên kết cùng bản mặt
c. Liên kết thấp
Hình 3.5. Các cách liên kết dầm
6
- 3. Cấu tạo và tính toán bản sàn:
3.1. Xác định nhịp l và chiều dày bản sàn t:
Yêu cầu : trọng lượng sàn không lớn, cấu tạo không quá phức tạp mà vẫn đảm
bảo khả năng chịu được tải trọng. Biểu đồ gần đúng giá trị giữa nhịp lớn nhất l và
t.
l 4.n0 72 E1
. 1 4 tc
(3.1)
t 15 no .q
l
n0 - độ võng giới hạn, theo quy phạm: sàn n0 150 ;
E
E1 2
(3.2)
1
Với - hệ số Poátxông của thép bản sàn
2 ,1.10 6
thép 0 ,3 ; E CT 3 E1 2 ,26.10 6 daN / cm 2
1 0 ,3
Bề dầy sàn t được chọn theo tải trọng tiêu chuẩn nhịp sàn l.
7
- 3.2. Kiểm tra:
Cắt một dải bản rộng 1 cm,
sơ đồ tính toán là một dầm hai
gối tựa cố định chịu tải phân bố
đều q.
l2
M max q . H .
8
1
M max M0.
1 Hình 3.6. Sơ đồ tính của bản sàn
Trong đó: tỷ số giữa H và lực tới hạn ơle, được xác định theo phương trình:
2
2 0
( 1 ) 3.
t
8
- Kiểm tra điều kiện biến dạng, độ võng của bản sàn do tải trọng tiêu chuẩn q
1
và lực kéo H gây ra: 0 . (3.6)
1
5 q .l 4
Với 0 - độ võng dầm do tải trọng tiêu chuẩn q trên dầm; 0 . (3.7)
384 E1 .J
H M max
Kiểm tra điều kiện độ bền: f . c (3.8)
A W
2 EI
Trong đó: H 2 (3.9)
l
Tính được chiều cao đường hàn liên kết bản sàn và dầm chịu lực kéo H ở gối
tựa:
H
hf (3.10)
( . f )min . c
9
- §2. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM
Khi thiết kế cụ thể cần xác định được hai kích thước cơ bản là chiều dài và chiều
cao của tiết diện dầm.
1. Nhịp và bước của dầm
c)
h
l
L1
h
Lo
l
L
Gối tựa: - tường gạch l=L1
- cột bê tông, giằng bê tông: l=Lo+(L1-Lo)/2
- an toàn lấy l=L
10
- h hkt
2. Chiều cao dầm: Dựa vào:
hmin h hmax
a. hkt : trọng lượng thép là min
Thể tích một đơn vị dài của dầm:
Vd = Vf + Vw = 2.Af .l. f +Aw .l. w
Gần đúng xem cánh dầm chịu toàn bộ M và:
hd h w h f
N M
N M / h ; Af ; Aw t w .h
f f .h
M Hình 3.8. Kích thước dầm
Nên: Vd 2.
. f .c t w .h. w
h. f
Với: c 1: hệ số kể đến một phần M do bụng dầm
chịu. Hình 3.9. Xem cánh chịu
Vd 2.M
Vd cực tiểu khi:
0 fw . w 2
f 0 toàn bộ M
h f .h
11
-
2.c. f .M W yc
hkt hoặc hkt k
w . f .t w tw
2.c. f
với: hkt : phụ thuộc hình thức cấu tạo
w
Hình 3.10. Mối quan hệ
dầm; dầm tổ hợp hàn k 1,2 1,15 ; dầm tổ hợp
giữa V và h dầm
đinh tán k 1,25 1,2 .
3.w .W yc
- Khi tính toán hkt của dầm, xét sự thay đổi w hw / t w : hkt 3
2
- Ta thấy: hw lớn hơn và tw mỏng λw sẽ lớn Dầm nhẹ. Tuy nhiên, tw không
được quá mỏng để thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ bản bụng.
2.c.M
- Từ (3.17): t w . w
. f Vw 2V f - thể tích dầm nhỏ nhất.
hd . f
12
- - Từ hình (3.10): khi hd lân cận giá trị hkt , Vd thay đổi không lớn lấy hd hkt
không quá 10-20 vẫn đảm bảo yêu cầu kinh tế.
b. hmin: Xác định dựa vào điều kiện độ võng.
5 l4
Dầm đơn giản: ( g tc p tc ). (3.18)
384 E .I
l2
M g tc p tc . (3.19)
8
Lại có quan hệ M f .W ; I W .h / 2
5 f l l
hmin (3.20)
24 E tb
1 g tc p tc
tb : hệ số vượt tải trung bình tc
tb g . g p tc . p
c. hmax: Xác định dựa vào điều kiện xây dựng, tránh làm ảnh hưởng không gian
sử dụng.
13
- §3. THIẾT KẾ DẦM HÌNH
1. Chọn tiết diện:
Từ sơ đồ dầm, tải trọng, hình thức liên kết gối ta tính được: Mmax, Vmax.
yc M max
W x ; nếu kể đến sự làm việc trong giai đoạn dẻo của thép:
f . c
yc M max
W x
c1 . f . c
c1: hệ số kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo, dầm thép thông thường, tiết diện
không đổi, tải trọng tĩnh phân bó đều, lấy c1 =1,12.
Căn cứ vào yêu cầu về hình dạng tiết diện và các giá trị tính được, tra bảng quy
cách thép cán chọn ra hình dạng và số hiệu thép hình, thỏa mãn điều kiện:
Wx Wxyc (3.23)
14
- 2. Kiểm tra tiết diện:
M M
a. Độ bền chịu M: Theo ứng suất pháp: f . c hoặc f . c
Wx c1 .W x
Vmax .S
b. Độ bền chịu V: f v . c
I x .t w
c. Ứng suất do tải trọng cục bộ:
P Hình 3.11. Ứng suất cục
cb f . c với Z = b + 2.tf
tw .Z bộ do tải trọng tập trung
d. Dầm chịu đồng thời , , cb : td 2 cb . cb 3. 2 1,15. f . c
2
e. Độ võng :
l l
f. Ổn định tổng thể: học trong phần dầm tổ hợp.
15
- §4. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP
1. Chọn tiết diện
a. Xác định chiều dày bản bụng dầm
Xác định chiều cao hmin h hmax và h hkt càng tốt.
Vmax .S
tw chọn dựa vào h và Vmax: f v . c (3.30)
I x .t w
2 13
hw t w .hw
S tw . ; I x Hình 3.12. Dầm tổ hợp
8 12 hàn
3 Vmax
Coi bụng dầm chịu toàn bộ lực cắt, ta có t w .
2 hw . f v . c
- Thực tế thiết kế, với dầm có chiều cao 1-2m, chịu tải thông thường:
3h
tw 7 , mm
1000
16
- hw f
- Theo điều kiện ổn định bản bụng, không dùng sườn gia cường: t w
5 ,5 E
b. Xác định chiều dày bản cánh dầm:
Xác định mômen quán tính cần thiết của tiết diện:
3 3
h t w .hw M max h t w .hw
I c I x I b Wx . .
2 12 f . c 2 12
h2 f h2f h2f
Theo SBVL có thể xác định I c 2 A f . 2b f .t f . b f .t f .
4 4 2
M max h t w .hw 3
h2f
3
M max h t w .hw 2
Ta có: . =b f .t f . b f .t f = f . . 2 12 h 2
f . c 2 12 2 c f
Từ đó chọn: b f .t f = Af thỏa mãn: - t f 12 24 mm
- t f nên 30 mm tránh phát sinh ứng suất phụ và khó hàn.
- b f / t f E / f hay b f 30t f : thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ, ứng
suất pháp phân bố đều trên bản cánh nén.
17
- - b f ( 1 / 2 1 / 5 )h ; b f 180 mm ;b f h / 10 : đảm bảo điều kiện tổng thể
của dầm, dễ liên kết với cấu kiện khác.
2. Kiểm tra tiết diện:
a. Kiểm tra độ bền:
M max Vmax .S
f . c ; f v . c
Wx I x .t w
h f Aw hw 2.I x
S Af . . ; Wx
2 2 4 h
Tại vị trí có M và Q:
12 3 12 1,15. f . c Hình 3.14. Kiểm tra tại vị trí có M, Q
M hw V .S c
Với 1 . ; 1
Wx h I x .t w
P
b. Ứng suất do tải trọng cục bộ sinh ra trong bản bụng dầm: cb f . c
t w .Z
18
-
c. Độ võng: nếu h hmin thì không cần kiểm tra, còn lại thì kiểm tra:
l l
d. Ổn định tổng thể: (phần sau)
3. Thay đổi tiết diện dầm.
Theo chiều dài dầm, M thay đổi, để
tiết kiệm thép cần thay đổi tiết diện
dầm theo sự thay đối của M. Khi thay Hình 3.15. Biểu đồ mômen uốn của
dầm
đối tiết diện thì công chế tạo tăng, nên
chỉ cần thay đối tiết diện khi L≥10m.
a)
- Thay đối chiều cao tiết diện h (a):
- Thay đối bề dày bản cánh (b) :
- Thay đối đột ngột bề rộng cánh (c): b)
19
- → tiết kiệm 10÷12 % thép, đơn giản.
- Thay đối từ từ bề rộng cánh (d): → c)
tiết kiệm 20% thép.
d)
§ 5. ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP
1. Hiện tượng:
Dưới tác dụng tải trọng P, dầm bị uốn trong mặt
phẳng tải trọng: dầm ổn định.
Tăng P đến lúc dầm vừa bị uốn vừa chịu, xoắn và
vênh ra khỏi mặt phẳng chịu lực: gây ra My và momen
xoắn ngoài mặt phẳng uốn. Dầm mất ổn định tổng thể.
Lực làm cho dầm từ trạng thái ổn định sang trạng
20
nguon tai.lieu . vn