Chương 3 Thiết kế dầm thép

Chia sẻ: Tran Quoc Dat | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

264
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 3 Thiết kế dầm thép

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