Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống mái chi tiết như đã mô tả trong phần “Kiến trúc” sau đây ta chỉ nhắc lại để làm rõ kiểu tiết diện đã dự tính và liên kết giữa các cấu kiện: + Xà gồ: Chọn xà gồ chữ Z, bố trí vòng quanh mái, nằm song song với các dầm vành DV, có hai đầu liên kết với dầm chính DT1 và dầm phụ D.Phụ:+ Dầm phụ: Tiết diện I, nằm xen kẽ giữa các dầm chính, liên kết khớp và vuông góc với các dầm vành DV.+ Các dầm vành DV1 đến DV6: dầm thép tiết diện I, có mặt trên đặt thẳng góc với mặt trên dầm chính DT1, liên kết khớp với dầm chính DT1 và bố trí thành vòng xung quanh mái. + Hệ giằng GT1, GT2: Tiết diện tròn, liên kết khớp với dầm vành và dầm chính.+ Dầm thép chính DT1: Dầm thép tổ hợp tiết diện I, liên kết khớp với cột.Những yếu tố trên là định hướng để thiết kế tiết diện và là cơ sở để chọn sơ đồ tính
Phần a Tính toán hệ thống mái Phơng án 1: Hệ dầm I tiết diện thay đổi Phơng pháp: tính tay sử dụng bảng tính Excel - TCVN Phần I pa1 Những vấn đề sơ khởi Tiết diện liên kết mái: Hệ thống mái chi tiết nh mô tả phần Kiến trúc sau ta nhắc lại để làm rõ kiểu tiết diện dự tính liên kết cấu kiện: + Xà gồ: Chọn xà gồ chữ Z, bố trí vòng quanh mái, nằm song song với dầm vành DV, có hai đầu liên kết với dầm DT-1 dầm phụ D.Phụ: + Dầm phụ: Tiết diện I, nằm xen kẽ dầm chính, liên kết khớp vuông góc với dầm vành DV + Các dầm vành DV-1 đến DV-6: dầm thép tiết diện I, có mặt đặt thẳng góc với mặt dầm DT-1, liên kết khớp với dầm DT-1 bố trí thành vòng xung quanh mái + Hệ giằng GT-1, GT-2: Tiết diện tròn, liên kết khớp với dầm vành dầm + Dầm thép DT-1: Dầm thép tổ hợp tiết diện I, liên kết khớp với cột Những yếu tố định hớng để thiết kế tiết diện sở để chọn sơ đồ tính Phơng án Tính toán hệ dầm mái với cách tính tay theo TCVN Khi tính theo phơng pháp này, ta tính toán phần mái tách riêng so với phần khung BTCT * Quá trình t phơng pháp làm việc Tiết diện thiết kế đảm bảo tiêu chí đặt nh sau: + Đảm bảo điều kiện cờng độ + Đảm bảo điều kiện biến dạng + Đảm bảo điều kiện ổn định + Tiết kiệm vật liệu + Chế tạo đơn giản Trang Việc thiết kế tiết diện thực chất thực toán kiểm tra Bài toán kiểm tra xoay vòng để xác dần Vận dụng u điểm bảng tính Excel để thực công việc công việc tính toán Trong thực công việc ta có nhận xét nh sau: có hai mức độ tối u tiết diện thép Mức độ thứ nhất: Tối u mặt cờng độ độ võng Mức độ thứ hai: Tối u góc độ chi phí thép Mức độ tối u thứ đạt đợc tiết diện đạt tới cờng độ tính toán vật liệu độ võng đạt tới độ võng cho phép Mức độ tối u thứ hai có đợc cách chọn chiều cao gần với chiều cao kinh tế dầm phân bố phận tiết diện để đạt đợc tiết diện có diện tích nhỏ mà đảm bảo đợc mức độ tối u thứ Ta thiết kế đợc dầm tối u cờng độ tải trọng đủ lớn không ta phải thiết kế tiết diện tối u theo độ võng Trong bảng Excel, bớc tính đợc lập thành bảng, bảng có cột tơng ứng với thông số kích thớc phận tiết diện thay đổi đợc điều ta liên tục thay đổi thông số để so sánh đến chọn đợc phơng án dầm thay đổi tiết diện tốt với tiêu chí đặt Tập hợp bảng tạo thành dây chuyền mà đầu vào điều kiện biên yêu cầu thiết kế đầu sản phẩm dầm thép Theo lý thuyết tính toán tiết diện lí thuyết đạt tối u nhng thực tế sản xuất, bị khống chế quy định cấu tạo, chế tạo từ phơng án ta nói đến tiết diện hợp lí Mỗi dầm đợc tính theo vài phơng án để so sánh nhận xét chọn lựa Chi tiết bảng tính đợc giới thiệu tính cụ thể * Khối lợng công việc thực tính theo Phơng án nh sau: - Tính toán khoảng cách lựa chọn loại xà gồ phân làm hai loại: + Xà gồ từ DV-3 trở xuống + Xà gồ từ DV-3 trở lên Trang hc c hd hb c - Tính toán dầm phụ: Chỉ chọn loại tiết diện - Tính toán dầm vành: phân làm ba loại + Dầm vành DV-1 DV-2 lấy tiết diện + Dầm vành DV-3 ữ DV-5 lấy loại tiết diện - Dầm dầm I đặc tổ hợp tiết diện không đổi thay đổi Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lợng dầm thiết kế ta giảm kích thớc dầm phần có b mômen uốn bé, độ võng nhỏ gây ứng suất trớc cho dầm Các dầm tính toán theo mô hình phẳng Kí hiệu kích thớc bc dầm - Các thông số hình học tiết diện kí hiệu nh hình vẽ b: Chiều dày bụng c : Chiều dày cánh hd : Chiều cao toàn dầm hb : Chiều cao bụng hc : Khoảng cách hai cánh - Các thông số đặc trng tiết diện Wx (cm3) - Mômen kháng uốn thớ tiết diện dầm lấy với trục x - x Jx (cm4) - Mômen quán tính tiết diện lấy với trục x-x Sx (cm3) - Mômen tĩnh nửa tiết diện dầm lấy với trục trung hoà - Các thông số đặc trng vật liệu Vật liệu sử dụng làm tiết diện thép mác BCT3KII2 E (kg/cm2) - Môdul đàn hồi vật liệu thép E = 2.1ì 106(Kg/cm2) R- Cờng độ thép làm dầm: R = 2100 (Kg/cm2) Rc - Cờng độ chịu cắt R = 1250 (Kg/cm2) Rc - Cờng độ chịu ép mặt R = 3500 (Kg/cm2) =1 - Hệ số độ tin cậy * Nhận xét: Trong tính toán ta thờng gặp trờng hợp truyền tải nh hình a) tính mặt diện tích ta quy diện truyền tải tơng đơng hình b) Trang l2 b) l l1 a) a a a a Hình Đơn giản hoá diện truyền tải Khi tính toán xà gồ dầm vành ta gặp trờng hợp Thiết kế dầm thép tổ hợp Thiết kế dầm thép tổ hợp ta thực theo công đoạn đợc trình bày rõ ràng giáo trình Kết cấu thép NXB Khoa học Kĩ thuật 2001 sau ta tóm lợc ý phục vụ cho việc tính toán bảng: Dầm thép tổ hợp chịu tải trọng tĩnh nên dùng dầm hàn chế tạo từ thép BCT3KII2 chọn nh bảng phụ lục Những tiêu chuẩn để tính toán kết cấu thép 1) Thiết kế sơ kích thớc tiết diện Trớc đợc thức công nhận phận tiết diện cần đợc chọn sơ a) Chiều cao tiết diện dầm: Trong tính toán, chiều cao dầm đợc so sánh với giá trị hkt- chiều cao kinh tế - chiều cao tiết diện dầm ứng với trọng lợng dầm nhỏ hkt = k ì Wyc b Trong đó: Wyc = M/R; k = 1.2 ữ 1.15 dầm tổ hợp hàn Nếu sai số cách chọn chiều cao tiết diện so với chiều cao hkt 20% dầm đợc coi tiết kiệm b) Chiều dày bụng: Chiều dày bụng chọn theo kinh nghiệm yêu cầu sau: + Không nên chọn chiều dày bụng dầm nhỏ 8mm + Chiều dày nhỏ bụng xác định từ điều kiện bụng đủ chịu lực cắt lớn tác dụng lên dầm: b = Qmax ì hRc Trang + Khi chiều cao dầm từ 1-2 m chọn chiều dày bụng theo công thức kinh nghiệm: b = + 3h 1000 h chiều cao tính mm dầm + Không dùng sờn gia cờng bụng dầm xác định chiều dày bụng dầm theo công thức: b hb R ì 5.5 E c) Kích thớc tiết diện cánh dầm Khi thiết kế tiết diện cánh dầm hàn tuân thủ điều kiện nh sau: + Nên lớn chiều dày bụng thờng lấy khoảng 12-24 (mm) + Không nên dùng thép >30 mm thép dày có cờng độ thấp có ứng suất phụ phát sinh hàn cánh vào bụng + Kích thớc cánh dầm xác định từ điều kiện đảm bảo ổn định cục cho cánh nén: bc E R c + Kích thớc cánh dầm xác định từ điều kiện để ứng suất pháp phân bố theo chiều rộng cánh chịu kéo nh đảm bảo điều kiện ổn định cục cho cánh nén: bc 30 ì c + Ngoài để dễ liên kết dầm theo phơng ngang với cấu kiện khác để đảm bảo ổn định tổng thể cho dầm b c thờng lấy nh sau: bc 180mm ; bc hd ; bc =(1/2ữ 1/5) hd 10 * Ghi chú: quy định việc chọn tiết diện đợc thực bảng tính mà ta thực kiểm tra mà không giải thích lại 2) Kiểm tra tiết diện dầm Kiểm tra bền chịu uốn Kiểm tra dầm chịu cắt Công thức kiểm tra: = Qmã ì Sc ì Rc J ì b Kiểm tra bền tiết diện dầm theo ứng suất tơng đơng Trang td = 12 + 12 1.15R Mh QS c đó: = Wh ; = J h b b M, Q mômen lực cắt tiết diện dầm cần kiểm tra Các đại lợng khác nh giải thích d) Kiểm tra bền dới tác dụng tải tập trung cục bộ: c.1 Khi cánh dầm mà bụng sờn gia cờng ta cần kiểm tra điều kiện ổn định bụng dầm theo công thức: cb = P/(bì Z) R Trong đó: P - lực tập trung cánh dầm phụ xà gồ truyền xuống Z - chiều dài quy ớc bụng dầm Z = bc + 2ì c bc khoảng truyền lực tập trung thực tế lên dầm c.2 Ngoài tiết diện cần kiểm tra bền theo công thức: td = 12 + cb2 cb + 12 1.15 R e) Kiểm tra võng Kiểm tra võng với tải trọng tiêu chuẩn f) Kiểm tra ổn định f.1 Kiểm tra ổn định tổng thể Khi tải trọng tác dụng lên dầm dầm chịu uốn phát sinh biến dạng mặt phẳng tác dụng tải trọng (mặt phẳng uốn) Nhng tải trọng đạt tới giá trị đó, biến dạng mặt phẳng uốn phát sinh biến dạng mặt phẳng uốn Trong trờng hợp dầm vừa chịu uốn vừa chịu xoắn bị vênh mặt phẳng uốn dẫn tới dầm khả chịu lực Hiện tợng gọi ổn định tổng thể Nguyên nhân ổn định tổng thể mômen tới hạn dầm nhỏ mômen uốn tác dụng lên dầm Nh ta cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể cho dầm Trong trờng hợp tiết diện có biểu thức: l0 ì [0.41 + 0.0032 ì bc / c + (0.73 0.016 ì bc / c ) ì bc / hh ] ì E / R bc Trang Trong đó: hệ số = lấy dầm làm việc giai đoạn đàn hồi l0 chiều dài tính toán mặt phẳng dầm cánh nén khoảng cách hai điểm cố kết cánh chịu nén không cho chuyển vị ngang Là không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể Còn không ta cần kiểm tra theo hớng dẫn sách f.2 Kiểm tra ổn định cục Khi tính toán ổn định cho dầm thép tổ hợp ta xét ổn định cánh bụng dầm Cánh nén chịu ứng suất nén Bụng dầm vùng khác chịu ứng suất pháp ứng suất tiếp Dới tác dụng ứng suất đó, cánh bụng bị vênh phần (cục bộ) Đó điều gọi tợng ổn định cục Khi bị ổn định cục bộ, phần bị ổn định tham gia chịu lực đợc nên khả chịu lực dầm giảm đi, dầm tính đối xứng, tâm uốn thay đổi dẫn đến khả chịu lực hoàn toàn f.2.1) ổn định cục cánh nén Khi làm việc cánh dầm chịu nén Cánh nén dầm đợc xem nh chữ nhật dài tựa cạnh dài bụng dầm, chịu ứng suất nén tiết diện buông góc với cạnh dài Liên kết cánh bụng dầm xem khớp bụng mỏng nên khả chống lại quay cánh biên tự ổn định cục không lớn Mất ổn định cánh xảy biên tự vênh thành sóng Công thức kiểm tra: b0 E 0.5 ì c R f.2.2) ổn định cục bụng * dới tác dụng ứng suất tiếp Công thức kiểm tra: b = h0 b [ ] R b = 3.2 E Trong đó: 3.2- giá trị cho phép tải trọng động tác dụng * dới tác dụng ứng suất pháp Công thức kiểm tra: Trang h0 E 5.5 ì b R * Dới tác dụng đồng thời ứng suất tiếp pháp Kiểm tra nh hớng dẫn sách Kết cấu thép NXB Khoa học Kĩ thuật - 2001 Lu ý cách đặt hệ sờn cho hợp lí Thiết kế dầm hình Kết cấu thép xây dựng có nhiều loại làm từ thép hình Đó loại thép đợc cán nóng theo hình dạng định hình trớc mà tiết diện đợc nghiên cứu kĩ lỡng Dầm hình sử dụng công trình lấy từ bảng TCVN 1975 Về loại thép cán Việt Nam có kích thớc giống nh loại thép tiêu chuẩn Liên Xô OCT 1972 Trong trờng hợp này, sử dụng dầm hình thép cán chữ I hợp lí đợc dùng chủ yếu chịu uốn Việc thiết kế thực nh sau: a) Chọn tiết diện dầm hình Theo sơ đồ kết cấu tải trọng tác dụng lên dầm xác định mômen uốn lực cắt tác dụng lên dầm từ P điều kiện bền cấu kiện chịu uốn Khi tính không kể đến phát triển biến dạng dẻo vật liệu Chọn loại tiết diện có có: Wx Wct đợc b) Kiểm tra tiết diện chọn b.1 Kiểm tra theo độ bền b.2 Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt Wyc = M max / ( R ) Q ìS mã c Công thức kiểm tra: = J ì ì Rc b b.3 Kiểm tra điều kiện chịu ứng suất cục bộ: Khi có lực tập trung cục tác dụng cánh dầm mà sờn gia cờng cần kiểm tra điều kiện bền bụng theo công thức: cb = P ìR b ì Z Trong đó: P giá trị lực tập trung; Z chiều dài chịu tải quy ớc bụng dầm tính theo công thức: Z = bc + 2ì c b, c - chiều dày bụng chiều dày cánh thép hình chọn làm dầm; Trang bc - chiều dài thực tế truyền tải lên dầm b.4 Kiểm tra độ võng qtcl [f] ì f= 384 EJ Độ võng cho phép đợc quy định theo TCVN với cấu kiện thép b.5 Kiểm tra ổn định tổng thể dầm Chi tiết nh Kết cấu thép NXB Khoa học Kĩ thuật 2001 Cách thiết kế dầm thép bảng tính Excel Bảng tính excel đợc sử dụng nhiều đồ án mà phần chọn tiết diện phát huy tác dụng lớn việc chọn tiết diện sơ - tiết diện chọn bảng tính tiết diện chọn sơ Nó đợc công nhận thức thoả mãn hết điều kiện kiểm tra - hợp lí đảm bảo yêu cầu đặt * Bảng tính tiết diện dầm thép tổ hợp Với phơng châm nhiều thông tin nhất, tiết kiệm ô tính nhất, bảng tính gồm điều kiện cần thoả mãn dầm thép tổ hợp thiết kế Bảng tính gồm mảng lớn: + Mảng nhập số liệu: gồm ô tải tải trọng, cờng độ vật liệu, modul đàn hồi, hệ số k - hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện dầm) Ta thay đổi đợc mác thép thiết kế nh tính toán với giá trị tải trọng khác + Mảng nhập kích thớc: gồm ô kích thớc tiết diện nhịp dầm mà ta phải nhập vào trực tiếp Chính thay đổi số liệu ô dẫn đến thay đổi số liệu ô thuộc nhóm sau + Mảng ô số liệu trung gian: gồm ô có số liệu kích thớc kéo theo khác tiết diện, đặc trng hình học tiết diện (mặc định lấy với trục quán tính trung tâm xx), diện tích tiết diện, tải trọng thân dầm giá trị ứng suất đợc tính theo công thức TCVN Tải trọng thân tiết diện đợc tính cộng gộp với tải trọng bên ngoài, đặc trng hình học đợc tính ô nhờ kích thớc xác định ta nhập vào cho tiết diện + Mảng ô kiểm tra: thiết kế ta cần tuân theo khống chế thể số Những ô mang giá trị khống chế mà tiết diện phải theo Trang * Bảng tính với dầm thép hình Tơng tự nh với bảng tính dầm thép tổ hợp, nhng bảng tính thép hình ô nhập tải trọng thân dầm có số hiệu chọn có ô nhập đặc trng hình học loại dầm đợc tra bảng Khi tính toán tải trọng thân đợc tính gộp với ngoại tải vào công thức tính nội lực để tính ứng suất biến dạng Phần II pa1 Thiết kế cụ thể Chơng Thiết kế xà gồ a Tính toán tải trọng tác dụng lên xà gồ a.1 Tĩnh tải: gtc(KG/m ) n gtc(KG/m2 ) Tôn ausnam 1.05 8.4 Tôn kẽm 1.05 6.3 Cách nhiệt 1.2 Tổng cộng 19 STT tráng 20.7 Bảng Tĩnh tải lớp mái a.2 Hoạt tải: Hoạt tải mái lấy theo TCVN 2737-1995 có trị số tiêu chuẩn: Trang 10 xà g bul ô n g 24 bul ô n g 24 s n đứn g Hình 25 Chi tiết liên kết x = 26.6 m 6.6 Tính chi tiết liên kết dầm DT-1 - đầu cột * mô tả liên kết Liên kết gồm mã thép chôn sẵn bêtông đầu cột, bulông liên kết chờ sẵn đầu cột để liên kết với phần cánh dới dầm đợc vát góc 140 so với phơng trục dầm Bản đầu dầm đặt theo cấu tạo làm chỗ bắt bulông cấu tạo đầu dầm vào đầu cột Khi thi công sử dụng đờng hàn góc cạnh hàn cánh dầm đế * Tính kích thớc thép đé kê đầu dầm Phản lực thẳng đứng đầu cột : VA = 42045.6 (Kg) F Hệ số tăng Rn nén cục đợc xác định nh sau: mcb = tt Fcb Để thiên an toàn, ta lấy mcb nh sau: mcb = Ftt = Fcb ứng suất nén cục đợc tính theo công thức: cb mcb.àcb.Rn đó: àcb = 0,75 - hệ số tính với tải trọng chịu nén cục Rn = 110 (Kg/cm2) - cờng độ chịu nén bêtông mác 250 mcb.àcb.Rn = 1ì 0.75ì 110 = 82.5 (KG/cm2) Bản đế chịu tác dụng lực nén phản lực V A gây Vì ứng suất đế đợc xác định theo công thức: = Trang 69 VA B.L Bản mã có kích thớc yêu cầu để đầu cột không bị phá vỡ ứng suất cục bộ: S= VA 42045.6 = = 509.6 cm 82.5 82.5 Phần đầu dầm kê cột nên cần đế có kích thớc kích thớc cánh dầm đủ để chịu ứng suất cục Tuy ta chọn mã kích thớc: B ì L = 75ì 36 = 2700 (cm2) khoan lỗ cho bulông xuyên qua * Tính chiều dày đé kê đầu dầm: Bản đế dầm đế vật liệu thép BCT3KII2 có bề rộng 75 cm Phản lực coi nh tác dụng khoảng kích thớc 30ì 75 (cm) Quy tải phân bố Q= 42045.6 =18.6 ( Kg / cm2) 75 ì 30 Cắt rải đế rộng 1cm Bản đệm coi nh công xon ngàm tâm bụng dầm Mmax = 18.6ì 37.5/2 = 348.7 (Kgm) Gọi bd chiều dày đệm ta có: Vậy chiều dày đế: bd = 6.M max = R 6.348.7 = 0.99(cm) 1.2100 Chọn bd = 1.5 (cm) Bản đế đợc kéo dài đoạn 25 cm gia công bám sát mép cánh dới dầm đồng thời hàn hai miếng thép tam giác cấu tạo phía dới tạo tính thẩm mĩ cho đầu cột Phần cánh đầu dầm đợc gia công nghiêng góc 14 so với trục dầm dài 1/2 đờng kính cột * Bản đệm đầu dầm chọn cấu tạo dày 1.5 (cm) Phần đầu dầm đợc gia cờng sờn làm tăng độ cứng cho đầu dầm * Bulông đầu cột Chọn bulông đờng kính 20 chủng loại 4.6 chôn sẵn cột Khả chịu cắt bulông [N]cbl = 1ì 2.45ì 1500 = 3675 (Kg) Bulông chịu lực cắt thành phần phản lực ngang: V H = 10983 (Kg) Lực cắt bulông Q = 10983 = 2745.7 < [ N ]bl = 3675 ( Kg ) Nên bulông đảm bảo chịu cắt Trang 70 Xác định chiều dài bulông: Chiều dài bulông liên kết đợc tính theo chiều dài cần thiết để neo cốt thép kết cấu bêtông cốt thép thông thờng ( theo TCVN 5574-1991) Ra Công thức tính toán: Lneo = (mneo + ) d Rn đó: mneo, - hệ số đợc lấy tơng ứng với loại thép sử dụng Với thép có gờ chịu kéo nằm bêtông tra bảng ta có: m neo = 0.5; = Rn = 110 KG/cm2 - cờng độ chịu nén bêtông mác 250 Ra = 1750 KG/cm2 - cờng độ chịu kéo thép làm bulông Giá trị: L neo = (15d; 20cm) = (30 cm; 20cm) Vậy: Lneo = ( 0.5ì 1750 + 8)ì = 31.9 (cm) 110 Chọn Lneo = 60 (cm) * Tính đờng hàn DT-1 đế Dùng phơng pháp hàn tay que hàn E42 có h = 0.7; t =1; Rgh = 1800 Kg/cm2 ; Rgt = 1650 (Kg/cm2) Có (Rg)min = hì Rgh = 0.7ì 1800 = 1260 (Kg/cm2) Nên đờng hàn bị phá hoại phá hoại theo tiết diện thép đờng hàn Chọn chiều dài đờng hàn là: lh = 40 cm Chiều cao đờng hàn xác định theo công thức: 10983 10983 hh = ì ( R ) ì l = ì 1260 ì 40 =1.1(mm) h gh h Vậy chọn hh = mm theo cấu tạo với phơng pháp hàn tay Trang 71 xà g s n g ia c ng dầm bêtô n g s n đầu dầm c hi tiết 22 bul ô ng 20 c ố t c ứng bả n c o n g r =500 bul ô n g 20 l = 600 c ộ t bêtô ng 1000 Hình 26 Chi tiết liên kết Cột DT1 6.7 Tính số chi tiết khác * Đờng hàn cánh vào bụng Cánh dầm tổ hợp đợc liên kết vào bụng nhờ hai đờng hàn góc hai phía bụng nơi tiếp giáp với cánh Khi bị uốn cánh dầm có xu hớng trợt tơng đối vói bụng QS c Gọi T lực trợt cm chiều dài dầm thì: T = b = J d Lực trợt T làm cho đờng hàn chịu cắt khả chịu trợt hai đờng hàn cánh bụng không nhỏ lực T Ta có: QSc 2hh(Rg)min T hh 2( R ) g Jd Dùng phơng pháp hàn tay que hàn E42 có h = 0.7; t =1; Rgh = 1800 Kg/cm2 ; Rgt = 1650 (Kg/cm2) Có (Rg)min = hì Rgh = 0.7ì 1800 = 1260 (Kg/cm2) Chiều cao cần thiết đờng hàn: QS 39458.4 ì 6300 c Hh = 2( R ) J = ì 1260 ì 1002567.8 = 0.098 (cm) g d Trang 72 Trong đó: Q = 39458.4 (Kg); Sc = 50ì ì 63 = 6300 (cm3) ; Jd =1002567.8 (cm4) Đờng hàn đặt theo cấu tạo : hh = (mm) thép cánh dầm dày 20 (mm) * Đờng hàn sờn đứng vào bụng Đờng hàn đặt theo cấu tạo hhmịn = (mm) Chọn hh = (mm) * Các đờng hàn không chịu lực hàn theo cấu tạo hh = (mm) 6.8 Tính liên kết DT-1 mái * Mô tả liên kết Trung tâm mái nơi giao dầm Theo yêu cầu cấu tạo thi công chọn phơng án sử dụng trụ thép làm vật trung gian nối dầm Bản bụng dầm đợc hàn vào trụ thép cánh đợc liên kết bulông với hai thép tròn dới bụng dầm Trong khoảng dầm gãy khúc nhà, dầm có tiết diện không đổi Tại nhịp dầm: Mmax = 422470.7 (Kgm); h = 165 (cm); Q = 0; Jb = 382550.7 (cm4); Jc = 1328450 (cm4); Jd = 1711000.8 (cm4) Mb = 422470.7ì 382550.7/1711000.8 = 94457.2 (Kgm); Mc = 422470.7ì 1328450 /1711000.8 = 328013.4 (Kgm); * Tính bulông liên kết cánh dầm Lí thuyết tính bulông cho cánh nh trình bày phần tính liên kết bulông cho cánh đoạn dầm DT-1 Khi khuyếch đại công trờng, chất lợng mối hàn khó kiểm tra nên thiên an toàn ta cho bulông cánh chịu toàn mômen tiết diện nhịp Nc = 100ì 422470.1/163 = 259184.4 (Kg) Sau bảng tính bulông cho bên liên kết M 42247 0.7 Nc 25918 4.4 Nc Trang S 1bulông (cm2) 73 6.2 Đờng kính (cm) 2.8 8.8 [N]cbl(Kg) 19694 Rcbl (Kg/cm2) 3200 [N]embl(K g) 19040 Rembl (Kg/cm2) 3400 Số bulông 13.6 Chủng loại Bảng 36 Chọn bulông nút dầm Sử dụng 1428 bulông độ bền lớp 8.8 làm liên kết bên cánh dầm * Tính thép tròn: + Tính theo điều kiện để bố trí bulông cánh dầm cắt không chạm vào Các dầm giao trung tâm mái có bề rộng cánh 50 cm nối với cần phải cắt vát cánh Gọi h khoảng cách từ tâm mái tới vị trí giao hai cánh hai dầm kề h= 252 + ( 25 ) = 96.6 (cm) tg150 Nh cánh dầm giao điểm nằm vòng tròn đờng kính 2ì 96.6 = 193.2 (cm) Bản thép tròn thực chất sinh từ kết hợp thép chữ nhật liên kết cánh dầm không gian tính với sơ đồ phẳng Chiều dài ghép phải đủ để bố trí bu lông với bên cánh bố trí bulông cách bố trí trực tiếp ta có đờng kính hợp lí d = 300 (cm) nh hình vẽ Trang 74 bul ô n g 28 d ầm d t-1 ố n g tr ụ thép l iên kết Hình 27 Bố trí bulông liên kết dầm Cách bố trí nh tận dụng bố trí đợc bulông vào phần cánh bị vát mép thi công dễ dàng + Tính chiều dày thép theo điều kiện giảm yếu tiết diện: Chiều dài lỗ bulông: 4ì = 12 = 22.3% 53.75 nên cần kiểm tra tiết diện giảm yếu Khi chiều dày ghép tính đợc từ công thức: A = 1.18 (53.75ì - 4ì 3ì ) Ac = 50ì >2.02 cm + Tính chiều dày thép tròn theo điều kiện bền: Tại khu vực thép nơi tập trung lực kéo cánh dầm Lực kéo cánh gây N = 259184.4 (Kg) Giả thiết lực kéo đặt đờng kính ứng với hàng bulông gần tâm Khi tính coi thép nh trụ có chiều cao cm đờng kính tơng ứng lấy gần 230 (cm) nh chọn Sơ đồ tính nh sau: q Hinh 28 Sơ đồ tính thép Tính toán chiều cao để phân tố biên đảm bảo yêu cầu ứng suất Hệ số Poat-xông = 0.3 chịu áp lực p = 12ì 259184.4/ Cì (Kg/cm2) xung quanh Với C = 3.14 ì 230 = 722.2 (cm ) Trang 75 Theo thuyết bền biến đổi hình dáng áp dụng với vật liện dẻo ta có: td = x2 + y2 + z2 x y x z y z [ ] Từ điều kiện biên ta có: z = 0; x = p; y = p Thay vào biểu thức rút gọn ta có: p [ ] Gọi S diện tích xung quanh trụ tròn Diện tích S chịu áp lực p = 12 ì 259184.4 12 ì 259184.4 12 ì 259184.4 = [ ] = 2100 = 2.05 (cm) S 722.2 ì 2100 ì 722.2 Vậy chọn thép tròn có đờng kính 300 cm dày 2.5 cm cho cánh dới * Tính ống trụ thép: Để đờng hàn không ảnh hởng tới dễ liên kết chọn khoảng chu vi hai tâm hai bụng cạnh (cm) bán kính trụ yêu cầu là: R ì 12 = 7.64 (cm) ì 3.14 Chọn bán kính cm đờng kính trụ 16 (cm) Khi thiết kế chọn đờng kính ống 20 cm Hình 29 Chọn tiết diện trụ thép p Hinh 30 Sơ đồ tính trụ thép - Kiểm tra trụ theo điều kiện chịu nén Khi tính toán ta giả thiết tải trọng đồng thời tác dụng Do theo mặt phẳng ngang coi nh chuyển vị tơng đối điểm mặt trụ với nên coi sơ đồ tính nh hình vẽ Sơ chọn tiết diện trụ dày 1.5 cm Trang 76 Phản lực vuông góc tiết diện ngàm: V = P 10983 10983 = = =10983 ( Kg ) sin sin 300 ì 0.5 N 10893 = = 44.37 ( Kg / cm ) < [ ] = 2100 ( Kg / cm ) = F 1.5 ì 165 Tiết diện đảm bảo bền - Kiểm tra đờng kính theo điều kiện bền phân tố biên: Trụ tròn thép cao 165 (cm) có hệ số Poat-xông = 0.3 chịu áp lực p xung quanh Hai đầu trụ chuyển vị tự Theo thuyết bền biến đổi hình dáng áp dụng với vật liện dẻo ta có: td = x2 + y2 + z2 x y x z y z [ ] Từ điều kiện biên ta có: z = 0; x = -p; y = - p Thay vào biểu thức rút gọn ta có: p [ ] Gọi S diện tích xung quanh trụ tròn Diện tích S chịu áp lực p = 12 ì 10983 12 ì 10983 12 ì 10983 = [ ] = 2100 d = 0.12(cm) (1) S ìd ìh 2100 ì 3.14 ì 165 Nh đờng kính yêu cầu để trụ bền nhỏ - Tính biến dạng: theo phơng y, z nhỏ bỏ qua Gọi biến dạng theo phơng tự x x Theo định luật Húc ta có: x = [ ] 1 x ( y z ) = àp E E Khống chế biến dạng trụ thép theo phơng tự [] = h 165 = = 0.66 cm 250 250 131796 0.66 ì E 131796 ì ì 0.3 x = àp 0.66 p = d = 0.001 cm E ìd ìh 2à 0.66 ì 2.1e6 ì 3.14 ì 165 bả n tr ò n l iên kết d = 3000 mm d y 30 mm bul ô n g 28 Trang 77 Hình 31 Mặt nút dầm Nhận xét: Trong trờng hợp ta không quan tâm đến điều kiện bền biến dạng trụ thép mà cần chọn đờng kính để hàn bụng lại với Phần b Tính dầm tròn cốt cứng D24 Lịch sử phát triển Việc hình thành kết cấu bắt nguồn từ hai xuất phát điểm Xuất phát điểm thứ ý định thay cốt thép tròn cốt thép khác gọi cốt cứng Khi hàm lợng thép nhiều hình thành nên kết cấu hỗn hợp Xuất phát điểm thứ hai ý tởng muốn bao bọc kết cấu thép chịu lực bêtông để chống xâm thực lửa Tại Mỹ năm 1894 kết cấu hỗn hợp thép bêtông đợc dùng làm cầu Rock Rapids Năm 1894 Pitts Burgh ngời ta xây nhà có dầm sàn thép bọc bêtông, sau năm 1897 xảy hoả hoạn ngời ta phát kết cấu không bị ảnh hởng lửa cháy Năm 1900 Anh xuất kết cấu dạng hỗn hợp thép bêtông nhng phần bêtông mang ý nghĩa bảo vệ Trang 78 Kết cấu hỗn hợp thép bêtông xuất Nhật từ năm 1910 đợc sử dụng rộng rãi làm nhà cao tầng Ưu điểm lí chọn phơng án Khả chống ăn mòn thép đợc tăng cờng Điều có ý nghĩa lớn công trình xây dựng vùng khí hậu có độ ẩm cao Công trình ven biển, cấu kiện bị tiếp xúc với môi trờng ăn mòn Khả chịu lửa tốt Đối với cấu kiện đợc bọc bêtông, khả chịu lửa thép đợc đảm bảo tốt thép bọc Tăng độ cứng, ổn định kết cấu Khả biến dạng lớn kết cấu bêtông cốt thép, u điểm lớn chịu tải trọng động đất Nhận định đợc khảo sát kĩ Nhật Bản Có thể dễ dàng sử dụng đợc phơng pháp thi công đại tăng tốc độ thi công, sơm đa công trình vào sử dụng Có thể đạt hiệu kinh tế cao So với kết cấu bêtông cốt thép lợng thép chi phí cao nhng cha phải đắt Nếu đánh giá hiệu kinh tế cách toàn diện, chi phí vật liệu cao nhng bù lại tốc độ thi công nhanh, sớm đa công trình vào sử dụng quay vòng vốn nhanh hiệu kinh tế cao Từ u điểm dầm cốt cứng, đặc điểm công trình vai trò dầm tròn D24 đỉnh cột ta thấy chọn giải pháp dầm cốt cứng cho dầm D24 hợp lí Tính dầm D24 kết cấu bêtông - thép liên hợp 3.1 Kết nội lực dầm Kết nội lực Dầm tròn D24 đợc trình bày chi tiết phần phụ lục Sau kết nội lực phần tử số N 01532 dầm D24 tơng ứng với tiết diện nguy hiểm đoạn dầm D24 đợc chia nhịp trị số mômen xác định tiết diện phần tử số 518 tơng ứng với phần tử liên kết với gối Kết nội lực đợc xác định hệ toạ độ địa phơng phần tử Lực dọc P (T) Lực cắt V2 (T) Lực cắt V3 (T) Môme n xoắn T (Tm) Trang Mômen uốn M2 (Tm) 79 Môme n uốn M3 (Tm) Môme n gối Mmin (Tm) 42.7 -3.9 1.87 0.154 25.51 - 0.5 -19.85 Bảng 36 Nội lực dầm D24 Ta thấy: M1 = T = 0.154 = 15400 (kGcm) < 0.1ì Rnì b2ì h0 = 0.1ì 130ì 302ì 76 = 889200 (kGcm) nên không cần tính dầm với điều kiện chịu xoắn Từ kết nội lực ta nhận thấy dầm D24 đợc tính với trờng hợp uốn lệch tâm xiên uốn theo hai phơng 3.2 Chọn cốt cứng * Khả chịu mômen uốn dầm bê tông cốt cứng : M Mc+Ms Trong : Ms: khả chịu mômen uốn cốt cứng : Ms = ì Wuì f Trong đó: : hệ số kể đến phát triển biến dạng dẻo mặt cắt thiết kế lấy theo quy định Quy phạm thiết kế kết cấu thép = 1.0 Wu : mômen kháng uốn mặt cắt f : trị số tính toán cờng độ cốt cứng Mc : khả chịu uốn phần bê tông cốt thép Chọn cốt cứng bố trí dầm là: I33 vật liệu làm dầm thép nhóm BCT3 có R = 2100(kG/cm2) Các đặc trng hình học dầm cốt cứng nh sau: Chiều cao dầm : h =330 (mm); Bề rộng cánh : b = 140 (mm); Chiều dày bụng: d = (mm); Chiều dày trung bình cánh: t = 11.2 (mm); Momen tĩnh: Sx = 339 (cm3); Mômen quán tính: Jx = 9840 (cm3); Jy = 419 (cm4); Mômen kháng uốn: Wx = 597 (cm3); Wy = 59.9 (cm3) ; Diện tích tiết diện: S = 53.8 cm2 Ta có: Msx =1ì 597ì 2100 = 1253700 (kGcm) = 12.54 (Tm) Msy = 1ì 59.9ì 2100 = 125790 (kGcm) = 1.256 (Tm) 3.3 Kiểm tra khả chịu cắt tiết diện dầm: Bêtông dầm mác #300 (Rn=130 kG/cm2), cốt thép chịu lực nhóm AIII có cờng độ chịu kéo tính toán: R k = 3600KG/cm2), thép đai nhóm AI (Rk = 2300 kG/cm2) Chiều dày lớp bảo vệ chọn a bv = cm Trang 80 V = Vc+Vs : Vc : Khả chịu cắt BTCT Vc = k1ì Rkì bì ho = 0.8ì 10ì 30ì 76 = 18240 (kG) = 18.24 (T) Vs: Khả chịu cắt thép hình coi bụng chịu cắt Vs= ASW ì f v Với : Asw diện tích phần mặt cắt phần bụng fv : trị tính toán cờng độ chịu cắt cốt cứng fv=1250 kG/cm2) Vậy : Vs = 2/3ì 21.53ì 1250 = 17941.6 (kG) = 17.94 (T) Suy : V= 18.24 + 17.94 = 36.18 (tấn) Ta thấy lực cắt lớn dầm nhỏ so với khả chịu cắt dầm nên cốt đai dầm đặt theo cấu tạo Chọn 8a 250 Tại tiết diện gần gối chọn 8a200 3.4 Tính cốt thép mềm chịu lực cho dầm 3.4.1 Tính toán cốt thép mềm chịu mômen dơng theo phơng trục x Phần mômen dơng mà bêtông cốt thép mềm phải chịu: Mc = M - Ms = 25.51 - 12.54 = 12.97 (Tm) Căn vào mác bêtông nhóm cốt thép tra bảng phần phụ lục tài liệu Kết cấu bêtông cốt thép - phần cấu kiện ta có Rn=130 (KG/cm2) , Ra=3600 (KG/cm2), o = 0.55, Ao = 0.399 Thiết kế abv = (cm) ta có : ho = 80 - = 76 (cm) A= M 1297000 = = 0.0576 < Ao = 0.399 Rn b.ho 130 ì 30 ì 76 = + ì A = ì 0.0576 = 0.97 M 1297000 Fa= R h = 3600 ì 0.97 ì 76 = 4.82 (cm ) a o Theo điều kiện cấu tạo F a không nhỏ 216 tơng ứng Fa = 4.02 cm2) Chọn Fa : 220 có diện tích Fa= 6.28 cm2 3.4.2 Tính toán cốt thép mềm chịu mômen âm Phần mômen mà bêtông cốt thép chịu : Mc = M - Ms = 19.85 12.54 = 7.31 (Tm) Căn vào mác bêtông nhóm cốt thép tra bảng phần phụ lục tài liệu Kết cấu bêtông cốt thép phần cấu kiện Trang 81 ta có Rn=130 (KG/cm2) , Ra=3600 (KG/cm2) , o = 0.55, Ao = 0.399 Giả thiết abv = (cm) ta có : ho = 80 -4 = 76 (cm) A= M 731000 = = 0.0325 < Ao = 0.399 Rn b.ho 130 ì 30 ì 76 = + A = + ì 0.0325 = 0.9834 M 731000 Fa = R h = 3600 ì 0.9834 ì 76 = 2.72 (cm ) a o Theo điều kiện cấu tạo cốt thép không nhỏ 216 nên chọn 216 có Fa = 4.02 cm2) 3.4.3 Kiểm tra khả chịu lực theo phơng trục y Ta thấy Msy = 1.256 (Tm) > My = M2 = 0.5 (Tm) nên theo phơng y khả cốt cứng đảm bảo chịu lực 3.4.4 Kiểm tra khả chịu kéo Khả chịu kéo dầm I33 : [N] = Sì R = 53.8ì 2100 = 112980 (kG ) = 112.98 (T) > 42.7 (T) nên tiết diện dầm đảm bảo khả chịu kéo Do đặc điểm dầm hình chế tạo định hình dạng thẳng trớc, mặt khác dầm D24 đầu cột đợc thiết kế dạng vành tròn ta thay dầm hình I33 chọn dầm tổ hợp có tiết diện đặc trng tiết diện tơng đơng nh hình vẽ 216 220 Hình 32 Tiết diện dầm D24 tiết diện cốt cứng Trang 82 Trang 83 ... đợc tra bảng Khi tính toán tải trọng thân đợc tính gộp với ngoại tải vào công thức tính nội lực để tính ứng suất biến dạng Phần II pa1 Thiết kế cụ thể Chơng Thiết kế xà gồ a Tính toán tải trọng... định tổng thể đảm bảo Diện tích tiết diện: 32.88 (cm2) * So sánh hai phơng án: Từ kết tính toán nh ta nhận xét nh sau: - Trờng hợp tính toán có đặc điểm: + Tải trọng nhỏ + Nhịp tính toán lớn Các... ổn định tổng thể đảm bảo Diện tích tiết diện 58.08 (cm2) * So sánh nhận xét: Từ kết tính toán nh ta nhận xét nh sau: - Trờng hợp tính toán có đặc điểm: + Tải trọng lớn + Nhịp tính toán lớn Cố