Tải bản đầy đủ

Đồ án kết cấu thép 1

THUYẾT MINH
BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP 1

Đề bài:
Thiết kế 1 sàn công tác có kích thước BxL chiều cao sàn H











Mặt sàn thép tấm
Chiều dài nhịp tối thiểu Bmin = 5.3 m
Chiều dài nhịp thông thủy Btt = 10.3 m
Chiều cao thông thủy Htt = 6.54 m
Chiều cao sàn H = 7.4 m

Số khung n = 10
Bước khung L2 = 7.3 m
Tải trọng q = 7.1 T/m2
Thép CCT 34
Liên kết bu lông 5.6

Cho biết:
 f = 210 N/mm2 = 2100 dan/cm2 = 210.103 kn/m2
 Với bu lông 5.6 => Hệ số điều kiện làm việc c = 0.9
 Độ võng cho phép:
 Đối với dầm phụ [/l] : 1/250
 Đối với dầm chính [/l] : 1/400
 Đối với sàn thép [/l] : 1/150



 Hệ số vượt tải: hoạt tải  P = 1,2, tỹnh tải g =1,05
 Hệ số kể đến phát triển biến dạng dọc C = 1,12
 E= 2,1.106 kg/cm2

thep

= 7,85 T/m3

1


Nhiệm vụ:







Thiết kế mặt bằng kết cấu
Tính tải trọng tác động vào kết cấu (2 khoang)
Thiết kế: 1 dầm phụ, 2 dầm chính, 1 cột
Lựa chọn tiết diện
Kiểm toán: bền, ổn định, chuyển vị


Thiết kế liên kết:
 Nối dầm
 Dầm phụ - dầm chính
 Dầm chính – cột

Trình bày:
 Bản vẽ:
 Các mặt bằng: cột, kết cấu
 Mặt cắt
 Chi tiết: dầm phụ, dầm chình, cột
 Bảng tổng hợp khối lượng tòa nhà
 Thuyết minh A4
 Giới thiệu công trình
 Tải trọng đầu vào
 Thiết kế

2


PHẦN 1: TÍNH BẢN
I. Tính toán chọn kích thước bản sàn
Xác định kích thước 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 t của sàn.

ls 4n0 � 72 E1 �

1


ts 15 � n04 p tc �
Trong đó: (ls/ts ) là tỉ số cần tìm giữa nhịp sàn và chiều dày sàn.
n0 = [l/] = 150; ptc = 71 KN/cm2 = 7100 daN/m2.
E
2,1.105
E1 

1   2 1  0,32 = 2,307.105 N/mm2 = 2307.102 daN/m2

 - Hệ số Poátxông, có  = 0,3.
Với tải trọng tiêu chuẩn ptc =71 KN/cm2 > 30 KN/m2 nên ta chọn ts= 14 mm
ls
=> ts = 40  ls = 14.40 = 560 mm. Chọn ls = 560 mm.

II. Tính toán bản sàn thép
Cắt 1 dải bản bề rộng 1,46m theo phương cạnh ngắn của nhịp sàn.
Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân sàn:
kN/m
kN/m
2.1. Kiểm tra bản sàn theo độ võng
Độ võng do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H tác dụng:

Trong đó:

0 

5 qstc .ls4
.
384 E1.I x

3


Ix - mômen quán tính dải bản rộng 1,46m.
Ix = 1,46./12
=> m
Hệ số α xác định theo phương trình ơ-le
giải phương trình ta có α=
Độ võng của sàn:
m
Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép.
2.2 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ bền/
- Kiểm tra cường độ sàn:

h

h

Mômen lớn nhất của bản sàn:
kNm

Trong đó (kNm)
Lực kéo H tác dụng trong bản tính theo công thức:
2

2 �
�


H = p 4 �l �E1 ts = 42. daN
4


Ứng suất lớn nhất trong sàn:
A – diện tích tiết diện dải sàn
Với A=1,46.ts =0,0204 m2,
Kết luận: Sàn đảm bảo chịu lực.
2.3 Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm chịu lực kéo H/
Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm phụ

Trong đó:

 f fWf  0, 7.180  126 N / mm 2
 S fWS  1.0, 45.345  155 N / mm 2
(  fW ) min  (  f fWf ;  S fWS )  126 N / mm 2

Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải thỏa mãn điều kiện.
h = 5mm ≤ hf= 5 mm ≤ 1,2tmin = 1,2.9,8 = 11,76mm
Vậy chọn đường hàn là đường hàn cấu tạo có hf = 5mm
PHẦN 2: DẦM PHỤ
1. Sơ đồ tính toán dầm phụ:
Chọn mạng dầm sàn phổ thông như hình vẽ:
2. Tải trọng tác dụng lên dầm phụ:

Mômen lớn nhất ở giữa dầm:
Lực cắt lớn nhất tại gối tựa:
3. Chọn kích thước tiết diện dầm phụ:
5


Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm có kể đến biến dạng dọc:
Wx =
Tra bảng thép cán sẵn chọn thép I45; có các đặc trưng hình học:
WX = 1231 cm3;

g = 66,5 kg/m;

SX = 708 cm3;

JX = 27696 cm4;

d

b = 450 mm.

= 160 mm

4. Kiểm tra tiết diện dầm phụ
a, Kiểm tra võng theo công thức:
=> đảm bảo điều kiện độ võng
b, Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền:
Kiểm tra ứng suất pháp:
Mômen và lực cắt do trọng lượng bản thân dầm:

Ứng suất pháp lớn nhất:

 max < c
=> Dầm đạt yêu cầu về cường độ và độ võng.
c, Kiểm tra ổn định tổng thể:
Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm vì phía trên dầm phụ có bản sàn thép
hàn chặt với cánh dầm.

PHẦN 3: DẦM CHÍNH

6


1. Sơ đồ tính của dầm chính và tải trọng tác dụng: là dầm đơn giản chịu tác dụng
của các tải trọng coi như phân bố đều.
Lực tập trung do tải trọng dầm phụ đặt lên dầm chính.

Vì các dầm phụ đặt cách nhau 5.3 m nên tải trọng do dầm phụ truyền lên
dầm chính là phân bố đều.
Mômen và lực cắt lớn nhất ở dầm chính:

2. Chọn tiết diện dầm.
a. Chọn chiều cao dầm.

Chiều cao dầm đảm bảo điều kiện.
được vì phụ thuộc kiến trúc)

hmin �hd �hmax


hd �hkt


(Trong đó hmax chưa xác định

Chiều cao hmin có thể tính gần đúng theo công thức:
hmin 

5 f �l � 1
� � �
� �L
24 E �
 � ntb

= 5,05 m

Chiều cao kinh tế tính theo công thức:

Sơ bộ chọn tw= 0,01 m; hệ số k = 1,2
Dựa vào hmin và hkt sơ bộ chọn chiều cao hd = 1,2 m.
Chọn sơ bộ tf = 0,02 m; hw=1,2 – 0,02 = 1,16 m;
Tỉ số thỏa mãn: 100 < hw/tw=1,16/0,01 = 116 < 150
b. Kiểm tra lại chiều dày tw:
7


Tạm thời lấy chiều cao bụng dầm:
tw = 0,01 m >
=> Bản bụng đủ khả năng chịu lực cắt.
c. Chọn kích thước bản cánh dầm:
Diện tích bản cánh dầm xác định theo công thức:
Chọn bf = 0,1 m, tf =0,02 m. Thoả mãn các điều kiện sau:

tw  t f  3tw


b f  (1/ 2 �1/ 5) h


b f �1/10hd



b f / t f � E  31, 6
f


b f �180mm


3. Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài.
Để tiết kiệm thép và giảm trọng lượng bản thân dầm, khi thiết kế nên giảm kích
thước của tiết diện dầm đã chọn ở phần dầm có mômen bé cụ thể là giảm bề rộng
cánh dầm ( giữ nguyên chiều dày). Điểm để thay đổi kích thước bản cánh dầm
cách gối tựa 1 khoảng x = 0,2 m. Tại chỗ thay đổi sẽ nối hai phần cánh bằng
đường hàn đối đầu dùng các que hàn N42 có fwf=180 N/mm2
Tính Mx:
Diện tích tiết diện bản cánh cần thiết tại vị trí thay đổi:
mm2
Chọn b’f =12 cm
4. Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ và độ võng.
Mômen do trọng lượng bản thân dầm:

8


Wx=Ix.2/h = 0,362 m3.
Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp:

Vậy dầm chịu được ứng suất chính => kích thước chọn đã hợp lý.
Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa.


(Vmax  Vbt ) S 'x
 f v .c
I 'x .t w

Trong đó:

=> W’x= 72711,7 cm3
=>
Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh.

Kiểm tra ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ.
c 

P
 f .c
t wl z

Tại mỗi vị trí dầm chính có 4 dầm phụ gối lên 2 bên dầm chính nên:
Phản lực của dầm phụ và sàn:
P=4.(Vmaxdp + Vbtdp) =2688,13 kN
Chiều dài truyền tải trọng nén bụng dầm.
lz = bfdp +4.tf = 4,54 m.

9


Kiểm tra ứng suất tương đương tại nơi thay đổi tiết diện dầm.

Trong đó:
Vx=qdctt(l/2- x) = 3195,10 kN.
Vbt = gdctt.(l/2 – x) = 7,92 kN.
=>
Không cần kiểm tra võng cho dầm vì đã lấy chiều cao h > hmin. Tiết diện thay
đổi đủ khả năng chịu lực.
PHẦN 4: LIÊN KẾT BẰNG LIÊN KẾT BULONG.
1. Liên kết dầm chính vào cột.
-

Dầm chính liên kết với cột bằng mặt bích bắt bu lông.

-

Bản thép cấu tạo mặt bích dày 10mm.

-

Nhóm bulong gồm 8 chiếc có đường kính d18 có:
+

-

Abl  2,54  cm 2  ; Athbl  1,92  cm 2 

Cấp độ bền 5.6 , bu lông thường có:
+
+
+

-

Lực tác dụng lên một bulong gây cắt và ép mặt.
+ Do (gây cắt và ép mặt)


-

Khả năng chịu lực của một bulong:
+

Chịu cắt và ép mặt:
10


=>
+

Chịu kéo:

-Kiểm tra khả năng chịu lực của 1 bulong
-

Ta thấy


Liên kết đủ bền.

2. Liên kết dầm chính – dầm chính
Mối nối bản cánh dung 3 bản ghép ,bản bụng dùng 2 bản ghép.
Momen uốn tại vị trí nối dầm M = 403,95 KNm
Lực cắt tại vị trí nối dầm. V = 2636,42 KN.
Phân phối lại momen cho bản bụng và bản cánh như sau:

Bản cánh chịu

Chọn đường kính bulong là d=20,mac thép 40crva đường kính lổ là d1=23cm
Không gia công bề mặt,bulong được xiết theo góc quay en pha
Khả năng chịu lực của một bulong cường độ cao được xác định

Trong đó

11


d=20mm,tra bảng Abn=2,45cm2,
bản thép không gia công bề mặt nên hệ số ma sát là 0,25
Mặt phẳng tính toán là 2 nên nf=2
Ta có ɣb1=0,9
Tính toán kiểm tra mối nối bụng dầm
Chiều dày bản ghép tw = 0,01 m

Lực cắt V1 mỗi bulong chịu do lực cắt Vphân bổ

Với nw là số bulong ở một phía của bản ghép nw = 8 momen uốn bản bụng chịu
Mw phân bổ cho bản bụng thành các hang không đều cho các bulong ,hang ngoài
cũng chịu Nmax.

Với m=2 là số cột bulong ở một liên kết.
ei:khoảng cách giữa 2 bulong đối xứng nhau qua truc dầm

Điều kiện bền cho bulong hang ngoài cùng.
12


Tính toán kiểm tra mối nối cánh dầm
Số lượng bulong cần thiết cho một phía mối nối ở mỗi cánh dầm

Với hbn là khoảng cách trọng tâm tiết diện các bản nối ở hai cánh dầm gần
đúng lấy bằng hf
Chọn nf = 4
Chọn chiều dày bản ghép cánh là t=tf=12mm
3. Liên kết dầm phụ và dầm chính
-

Cấp độ bền 5.6 , bu lông thường có:
+
+

+
Số lượng bulông cần thiết
Lực cắt V = N = 556,913 kn
Chọn lỗ bulông d= 20 mm => diện tích ngang của bulông A = 3,14

=> => chọn n = 10

13


=> bản thép đủ bền
PHẦN 5: CỘT
Chiều dài cột l =7,4 m
Chiều dài tính toán của cột:

Chọn sơ bộ độ mảnh:

Diện tích tiết diện cột cần thiết:

Bán kính quán tính yêu cầu:

Chiều rộng và chiều cao tiết diện cột:

Trong đó: (tra bảng)
Chọn tiết diện cột b = 30 cm, h = 30 cm,
Sao cho phù hợp với h=(1-1,15)b;
Vậy có tiết diện cột tính toán là:
Bản cánh = ; bản bụng =

Diện tích
14


Kiểm tra ổn định
Kiểm tra đặc trưng hình học:

=> ta được
Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể:

=> đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể
Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:

=> Đủ điều kiện ổn định cục bộ bản bụng
Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

=> Đủ điều kiện ổn đinh bản cánh

15



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×