Mục đích xây dựng công trình
Giới thiệu về công trình
Trong bối cảnh dân số tăng nhanh, nhu cầu mua đất xây dựng nhà ở cũng gia tăng, trong khi quỹ đất của thành phố có hạn, dẫn đến giá đất leo thang Điều này khiến nhiều người dân gặp khó khăn trong việc sở hữu đất để xây dựng Giải pháp hợp lý để giải quyết vấn đề này là xây dựng các chung cư cao tầng và phát triển quy hoạch khu dân cư ra các quận, khu vực ngoại ô trung tâm thành phố.
Sự phát triển kinh tế của thành phố cùng với đầu tư nước ngoài gia tăng đã tạo ra cơ hội lớn cho việc xây dựng các cao ốc văn phòng, khách sạn và chung cư cao tầng chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày càng cao của người dân.
Sự gia tăng các cao ốc trong thành phố không chỉ đáp ứng nhu cầu hạ tầng cấp bách mà còn đóng góp tích cực vào việc hình thành bộ mặt mới cho đô thị.
Sự xuất hiện của các nhà cao tầng đã đóng góp tích cực vào sự phát triển của ngành xây dựng, nhờ vào việc tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại cũng như công nghệ mới trong tính toán, thi công và xử lý thực tế Các phương pháp thi công tiên tiến từ nước ngoài cũng được áp dụng để nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình.
Chung cư THE ASCENT được thiết kế và xây dựng như một khu nhà cao tầng hiện đại, đáp ứng đầy đủ tiện nghi và cảnh quan đẹp, phù hợp cho sinh sống, giải trí và làm việc Công trình này mang đến chất lượng cao, phục vụ cho một cộng đồng dân cư văn minh và tiện ích.
Vị trí và đặc điểm công trình
Hình 1.1 Vị trí công trình
Khí hậu ở Tp.HCM mang khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt là: mùa mưa và mùa khô Mưa bão tập trung từ tháng 5 đến tháng 11
Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ
Nhiệt độ không khí trung bình 27 0 C Hàng năm có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 25-28 0 C
Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm, Số ngày mưa trung bình/năm là
Trong suốt 159 ngày, độ ẩm tương đối của không khí trung bình hàng năm đạt 79,5% Trong mùa mưa, độ ẩm cao hơn, trung bình là 80% và có thể lên tới mức tối đa 100% Ngược lại, vào mùa khô, độ ẩm trung bình giảm xuống còn 74,5%, với mức thấp nhất có thể đạt 20%.
Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính: gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc Gió Tây - Tây Nam từ Ấn Độ Dương thổi vào mùa mưa (tháng 6 đến tháng 10) với tốc độ trung bình 3.6 m/s, mạnh nhất vào tháng 8 đạt 4.5 m/s Trong mùa khô (tháng 11 đến tháng 2), gió Bắc - Đông Bắc từ biển Đông có tốc độ trung bình 2.4 m/s Ngoài ra, từ tháng 3 đến tháng 5, gió tín phong hướng Nam - Đông Nam thổi với tốc độ trung bình 3.7 m/s Thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu không có gió bão, chỉ có một lần vào năm 1997, cơn bão số 5 do hiện tượng El-Nino gây ra đã ảnh hưởng nhẹ đến một phần huyện Cần Giờ.
Quy mô công trình
Công trình dân dụng cấp 1 ( số tầng > 20 )
Có 1 tầng hầm, 20 tầng nổi và 1 tầng mái
Bảng 1.1 Cao độ sàn tầng
Tầng Cao độ (m) Tầng Cao độ (m)
Chiều cao công trình là: H = 73.4m (tính từ cốt 0.000m chưa tính tầng hầm)
Diện tích xây dựng của công trình là: 46.00m x 27.50m = 1265m 2
1.1.3.6 Vị trí giới hạn công trình
– Hướng đông: khu đất trống
– Hướng tây: giáp đường Quốc Hương
– Hướng nam: giáp đường Ngô Quang Huy
– Hướng bắc: khu đất trống
Tầng hầm: bố trí nhà xe các phòng kĩ thuật và phòng chức năng
Tầng trệt: ban quản lý tòa nhà, siêu thị, và khu sinh hoạt chung Tầng 2 – 20: chung cư
Tầng mái: bố trí hồ nước mái, phòng kĩ thuật.
Giải pháp kiến trúc công trình
Giải pháp mặt bằng
Mặt bằng có dạng hình chữ nhật với diện tích khu đất là: 1581m 2
Tầng hầm của công trình chung cư cao cấp được thiết kế ở cốt cao độ -2.000m, với hai ram dốc có độ dốc 20% từ mặt đất, tạo thuận lợi cho việc di chuyển Phần lớn diện tích tầng hầm được sử dụng để đỗ xe ô tô và xe máy, đáp ứng nhu cầu của khách hàng có thu nhập cao Hệ thống hộp gen được bố trí hợp lý, đảm bảo không gian thoáng mát Cầu thang bộ và thang máy được đặt ở vị trí trung tâm, giúp người sử dụng dễ dàng nhận thấy ngay khi vào, đồng thời đảm bảo tính an toàn với hệ thống PCCC rõ ràng trong trường hợp khẩn cấp.
Tầng trệt của khối nhà được thiết kế như khu sinh hoạt chung, với trang trí ấn tượng từ cột ốp đá Khu vực này bao gồm siêu thị và phòng khách, tạo ra không gian giao lưu cho cư dân Đặc biệt, phòng quản lý cao ốc được đặt ở vị trí dễ thấy, giúp cư dân tiện liên hệ khi cần thiết, trong khi khu nội bộ được bố trí hợp lý để đảm bảo sự riêng tư và hiệu quả trong quản lý.
Khu vực này có lối ra vào riêng biệt, giúp việc hoạt động và quản lý trở nên dễ dàng hơn Mặt bằng tầng điển hình từ tầng 2 đến tầng 14 thể hiện rõ chức năng của khối nhà, với các căn hộ được bố trí hợp lý xung quanh lối đi chung Điều này không chỉ tạo thuận lợi cho giao thông mà còn nâng cao hiệu quả trong quá trình sử dụng công trình.
Giải pháp mặt đứng và hình khối
Công trình đặc trưng với ba mặt tiếp giáp đường, được sử dụng làm chung cư, được trang trí bằng gạch ốp tường kết hợp với sơn nước, tạo nên vẻ ngoài nổi bật cho toàn bộ công trình.
Công trình nổi bật với hình dáng cao vút, vươn thẳng lên trên các tầng kiến trúc cũ, mang kiểu dáng hiện đại và mạnh mẽ, đồng thời vẫn giữ được sự mềm mại Điều này thể hiện quy mô và tầm vóc của dự án, phù hợp với chiến lược phát triển của đất nước.
Giải pháp giao thông công trình
Hệ thống giao thông trong công trình đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các không gian chức năng theo cả phương ngang và phương đứng Cụ thể, hệ thống giao thông ngang bao gồm các hành lang và lối đi lộ thiên, trong khi hệ thống giao thông đứng bao gồm thang bộ và thang máy.
Giao thông đứng: có 2 buồng thang máy, và 2 cầu thang bộ nằm giữa 2 lõi cứng được đặt tại tâm công trình giúp tăng ổn định của công trình
Hệ thống giao thông ngang được thiết kế với lối đi rộng xung quanh công trình, đáp ứng yêu cầu về không gian kiến trúc và kỹ thuật lưu thông xe, cũng như đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy trong tình huống khẩn cấp Các tầng có hành lang giữa dẫn đến các căn hộ, với lối đi đơn giản giữa hai lõi thang máy, tạo sự thông thoáng cho các nút giao thông đứng và ngang trong công trình.
Giải pháp kỹ thuật khác
Hệ thống điện
Công trình sử dụng nguồn điện từ lưới điện Thành Phố và máy phát điện riêng 150kVA, kèm theo máy biến áp, được lắp đặt dưới tầng trệt để giảm tiếng ồn và rung động Toàn bộ hệ thống điện được đi ngầm, lắp đặt đồng thời trong quá trình thi công Hệ thống cấp điện chính được bố trí trong các hộp kỹ thuật ngầm trong tường, đảm bảo an toàn và tránh khu vực ẩm ướt, thuận tiện cho việc sửa chữa Mỗi tầng đều được trang bị hệ thống an toàn điện với chức năng ngắt điện tự động từ 1A.
80 A được bố trí theo tầng và theo khu vực (đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ).
Hệ thống cấp nước
Nguồn nước cấp được lựa chọn là nguồn nước chung cho toàn thành phố, được tính toán kỹ lưỡng để đáp ứng nhu cầu sử dụng và đảm bảo vệ sinh an toàn cho nguồn nước.
Nước sinh hoạt và nước chữa cháy được dự trữ trong các bể ngầm và bồn chứa máy để đảm bảo cung cấp đầy đủ trong trường hợp hệ thống nước máy của thành phố không đáp ứng đủ nhu cầu hoặc trong các tình huống khẩn cấp.
Các tiêu chuẩn quy định dùng trong tính toán thiết kế
Các tiêu chuẩn dùng trong thiết kế kết cấu
[1] TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
[2] TCXD 229 : 1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 : 1995
[3] TCVN 9386 : 2012 Thiết kế công trình chịu động đất
[4] TCVN 5574 : 2012 Kết cấu Bê Tông và Bê Tông Cốt Thép –Tiêu chuẩn thiết kế
[5] TCXD 198 : 1997 Nhà cao tầng –Thiết kế kết cấu Bê Tông Cốt Thép toàn khối
[6] TCVN 5575 – 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế
Các tiêu chuẩn dùng trong thiết kế nền móng
[8] TCVN 9362 : 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
[9] TCVN 10304 : 2014 Móng cọc –Tiêu chuẩn thiết kế
Hệ thống thoát nước
1.4.3.1 Hệ thống thoát nước thải
Nước sinh hoạt và nước mưa được thu thập qua các rãnh và dẫn xuống đất qua hệ thống ống kỹ thuật, sau đó chảy vào các cống rãnh và hố ga nội bộ, cuối cùng thoát ra ngoài qua hệ thống thoát nước khu vực Hệ thống này được thiết kế với các điểm để bảo trì và sửa chữa khi cần thiết.
1.4.3.2 Hệ thống thoát nước mưa
Nước mưa từ mái nhà sẽ được dẫn xuống qua các lỗ chảy nhờ vào độ dốc của bề mặt mái, sau đó chảy vào các ống thoát nước mưa phía dưới Hệ thống thoát nước thải sẽ được thiết kế với đường ống riêng biệt.
Giải pháp thông gió nhân tạo (nhờ hệ thống máy điều hòa nhiệt độ) được ưu tiên sử dụng vì vấn đề ô nhiễm không khí của toàn khu vực
Giải pháp chiếu sáng cho công trình được tính toán riêng cho từng khu chức năng dựa vào độ rọi cần thiết và các yêu cầu về màu sắc
Hầu hết các khu vực hiện nay sử dụng đèn huỳnh quang ánh sáng trắng và đèn downlight với bóng compact để tiết kiệm điện, đồng thời hạn chế tối đa việc sử dụng đèn nung nóng dây tóc Đối với khu vực bên ngoài, đèn cao áp halogen hoặc sodium chống thấm được ưu tiên Hệ thống chiếu sáng ngoài trời và hành lang được trang bị công tắc thời gian lập trình 24 giờ hoặc cảm biến chuyển động để tự động tắt mở, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả chiếu sáng.
1.4.3.5 Hệ thống phòng cháy chữa cháy
Các họng cứu hỏa được lắp đặt tại hành lang và đầu cầu thang, cùng với các hệ thống chữa cháy cục bộ ở những vị trí quan trọng Nguồn nước cấp tạm thời được lấy từ hồ nước trên mái.
Kim chống sét phóng tia tiên đạo có bán kính phục vụ 220m được lựa chọn sử dụng Hệ thống cáp dẫn sét và các cọc tiếp đất được bố trí hợp lý, dựa trên các tính toán cụ thể để đảm bảo hiệu quả tối ưu trong việc chống sét.
Họng thoát rác được bố trí ở gần cầu thang bộ ở mỗi tầng Rác thải được thu gom và đưa về bãi tập kết rác chung của khu vực.
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
Phân tích và lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình
2.1.1 Hệ kết cấu chịu lực chính
Căn cứ vào khả năng tiếp thu tải trọng, nhất là đối với tải trọng ngang có thể chia thành các hệ chịu lực như sau:
Hệ khung được hình thành từ các cấu kiện dạng thanh như cột và dầm, liên kết cứng với nhau tại các nút Loại hệ thống này cho phép tạo ra không gian rộng rãi và linh hoạt, đáp ứng nhiều yêu cầu kiến trúc khác nhau Mặc dù sơ đồ làm việc của hệ khung rất rõ ràng, nhưng khả năng chịu tải trọng ngang của nó lại hạn chế.
Hệ khung – vách là giải pháp lý tưởng cho kiến trúc nhà cao tầng, cho phép áp dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác nhau như lắp ghép và đổ tại chỗ bê tông cốt thép Vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, được thi công bằng hệ thống ván khuôn trượt, có thể thực hiện trước hoặc sau Giải pháp này đặc biệt hiệu quả cho các công trình có chiều cao trên 40m.
Hệ khung – lõi là cấu trúc chịu tải trọng ngang, có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài biên của công trình Hệ sàn thường gối trực tiếp lên tường lõi hoặc thông qua các cột trung gian Trong lõi, thường bố trí thang máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật cho nhà cao tầng Cấu trúc này rất hiệu quả cho các công trình có độ cao trung bình đến lớn với mặt bằng đơn giản.
+ Hệ lõi – hộp: Thích hợp cho công trình siêu cao tầng vì khả năng làm việc đồng đều của kết cấu và chịu tải trọng ngang rất lớn
Công trình được thiết kế với 1 tầng hầm và 14 tầng nổi, tổng chiều cao đạt 57.3m Do đó, sinh viên đã lựa chọn hệ khung – vách – lõi làm kết cấu chịu lực cho công trình này.
Hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến khả năng làm việc của kết cấu công trình Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là cần thiết để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả Do đó, cần thực hiện phân tích chính xác để tìm ra phương án sàn phù hợp nhất với kết cấu của công trình.
Ta xét các phương án sàn sau
+ Cấu tạo: bao gồm hệ dầm và bản sàn
– Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng công trình cũng lớn, gây bất lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang và làm tăng chi phí vật liệu.
– Không tiết kiệm không gian sử dụng
Cấu tạo của hệ thống bao gồm các dầm vuông góc, chia bản sàn thành các ô với bốn cạnh và nhịp nhỏ Để đảm bảo tính ổn định, khoảng cách giữa các dầm không được vượt quá 2m.
Việc giảm thiểu số lượng cột bên trong không chỉ tiết kiệm không gian sử dụng mà còn tạo ra kiến trúc đẹp mắt, phù hợp với các công trình yêu cầu tính thẩm mỹ cao Điều này đặc biệt hữu ích cho những không gian lớn như hội trường và câu lạc bộ.
– Không tiết kiệm, thi công phức tạp
Khi thiết kế mặt bằng sàn rộng, việc bố trí thêm các dầm chính là cần thiết Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến hạn chế về chiều cao của dầm chính, vì phải đảm bảo giảm độ võng cho công trình.
+ Cấu tạo: gồm các bản kê trực tiếp lên cột
– Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình
– Tiết kiệm được không gian sử dụng
– Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa
Trong phương án này, các cột không liên kết với nhau để tạo thành khung, dẫn đến độ cứng thấp hơn nhiều so với phương án sàn dầm Do đó, khả năng chịu lực theo phương ngang của phương án này kém hơn, khiến tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu, trong khi tải trọng đứng lại do cột đảm nhận.
– Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng do đó dẫn đến tăng khối lượng sàn
2.1.2.4 Sàn không dầm ứng lực trước
Phương án sàn không dầm ứng lực trước không chỉ giữ lại các đặc điểm chung của phương án sàn không dầm mà còn khắc phục một số nhược điểm của phương án này.
Giảm chiều dày sàn không chỉ làm giảm khối lượng sàn mà còn giúp giảm tải trọng ngang tác động lên công trình, đồng thời giảm tải trọng đứng truyền xuống móng.
– Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thoả mãn về yêu cầu sử dụng bình thường
Sơ đồ chịu lực được tối ưu hóa nhờ vào việc bố trí cốt thép ứng lực trước một cách hợp lý theo biểu đồ mômen do tải trọng tác động, giúp tiết kiệm lượng cốt thép sử dụng.
–Tuy khắc phục được các ưu điểm của sàn không dầm thông thườngnhưng lại xuất hiện một số khó khăn cho việc chọn lựa phương án này như sau:
Thiết bị thi công ngày càng phức tạp, đòi hỏi việc chế tạo và lắp đặt cốt thép phải chính xác, từ đó nâng cao yêu cầu về tay nghề thi công Với xu thế hiện đại hóa hiện nay, việc nâng cao kỹ năng này trở thành một yêu cầu tất yếu trong ngành xây dựng.
Thiết bị có giá thành cao và hiếm hoi do chưa được sản xuất trong nước Việc phân tích các loại kết cấu sàn kết hợp với giải pháp kiến trúc sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng và giảm thiểu chi phí.
lựa chọn hệ kết cấu sàn dầm.
Lựa chọn chủng loại vật liệu
Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B30 với các thông số tính toán như sau:
– Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 17 MPa
– Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 1.2 MPa
– Mô đun đàn hồi: Eb = 32500 MPa
Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10)
– Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 225 MPa
– Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 225 MPa
– Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa
– Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ > 10)
– Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 365 MPa
– Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 365 MPa
– Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
Sơ bộ kích thước kết cấu
+ Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện như sau:
– Chiều dày sơ bộ sàn tầng điển hình: hsđh = 1 2
– Tiết diện cột sơ bộ: b h 800 800 mm
– Sơ bộ kích thước vách và lõi thang:
Chiều dày vách, lõi cứng được sơ bộ dựa vào chiều cao tòa nhà, số tầng và đảm bảo các quy định theo điều 3.4.1 của TCXD 198-1997
Chọn chiều dày vách: bw
Vách biên: chọn bw = 400 (mm)
Vách lõi: chọn bw = 300 (mm)
TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
Tải trọng tác dụng
Trong thiết kế nhà cao tầng, hai đặc trưng quan trọng của tải trọng là tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán Tải trọng tính toán được xác định bằng cách nhân tải trọng tiêu chuẩn với hệ số tin cậy tải trọng, hệ số này phản ánh khả năng sai lệch bất lợi của tải trọng so với giá trị tiêu chuẩn và phụ thuộc vào trạng thái giới hạn được xem xét.
Hệ số vượt tải
+ Khi tính toán cường độ và ổn định, hệ số vượt tải lấy theo các điều 3.2; 4.2.2; 4.3.3; 4.4.2; 5.8; 6.3; 6.17 TCVN 2737 – 1995 “ Tải trọng và tác động”
+ Khi tính độ bền mỏi lấy bằng 1
+ Khi tính toán theo biến dạng và chuyển vị lấy bằng 1
Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737 – 1995 về “Tải trọng và tác động”, tải trọng được phân chia thành hai loại chính: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời Bên cạnh đó, cần xem xét các tải trọng đặc biệt như động đất có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của nhà cao tầng.
Tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải)
Là tải trọng tác dụng không đổi trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình Tải trọng thường xuyên gồm có:
+ Khối lượng bản thân các phần nhà và công trình, gồm khối lượng các kết cấu chịu lực và các kết cấu bao che
+ Khối lượng và áp lực của đất do lấp hoặc đắp
Trọng lượng bản thân của công trình được xác định dựa trên cấu trúc kiến trúc, bao gồm các yếu tố như tường, cột, dầm, sàn, lớp vữa trát, ốp lát, cùng với các lớp cách âm và cách nhiệt Hệ số vượt tải cho trọng lượng bản thân dao động từ 1.05 đến 1.3, tùy thuộc vào loại vật liệu và phương pháp thi công được sử dụng.
Tải trọng tạm thời (hoạt tải)
+ Tải trọng tạm thời là các tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng và sử dụng
+ Tải trọng tạm thời được chia làm hai loại: tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn
3.4.1 Tải trọng tạm thời dài hạn
+ Khối lượng vách tạm thời, khối lượng phần đất và khối lượng bêtông đệm dưới thiết bị
+ Khối lượng các thiết bị, thang máy, ống dẫn …
Biến dạng nền có tác dụng quan trọng mà không làm thay đổi cấu trúc đất, ảnh hưởng đến tính ổn định của công trình Sự thay đổi độ ẩm, co ngót và từ biến của vật liệu cũng đóng vai trò quyết định trong việc tác động đến đặc tính cơ học của nền đất Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho các công trình xây dựng.
3.4.2 Tải trọng tạm thời ngắn hạn
+ Khối lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị
+ Tải trọng do thiết bị sinh ra trong quá trình hoạt động, đối với nhà cao tầng đó là do sự hoạt động lên xuống của thang máy
+ Tải trọng gió lên công trình bao gồm gió tĩnh và gió động.
Tính toán tải trọng cho công trình
3.5.1 Tải trọng thường xuyên do các lớp cấu tạo sàn
Tĩnh tải phụ thuộc vào các lớp cấu tạo sàn Trong đồ án, phân bố các lớp cấu tạo sàn được chọn điển hình như sau:
Bảng 3.1 Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng hầm
Tổng (không kể bản bêtông) 1.5 1.78
Bảng 3.2 Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng mái
Tổng (không kể bản bêtông) 1.7 2.12
Hình 3.1 Cấu tạo sàn tầng điển hình Bảng 3.3 Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng điển hình
Tổng (không kể bản bêtông) 1.31 1.63
Với tải tường ta quy thành tải phân bố đều trên dầm, tính toán chi tiết cho tường
10 và tường 20 sau đó tạo dầm ảo trong mô hình ETABS và nhập tải tường lên dầm ảo Ở đây ta áp dụng công thức tính sau:
+ : trọng lượng riêng của khối xây, = 18 kN/m 3
+ bt : bề dày của tường
+ ht : chiều cao của tường
Vậy lực phân bố đều trên dầm ảo là:
Bảng 3.4 Tĩnh tải tác dụng lên sàn vệ sinh
2 Bê tông tạo độ dốc 0.042 1800 0.76 1.3 0.99
Tổng (không kể bản bêtông) 1.52 1.92
Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng
Bảng 3.5 Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng
Mục đích sử dụng Hoạt tải tiêu chuẩn kN/m 2 Hệ số độ tin cậy Hoạt tải tính toán kN/m 2
Phòng ngủ, phòng ăn, bếp, phòng giặt, phòng vệ sinh
Cửa hàng, căn tin, phòng tập thể hình 4 1.2 4.8
Sảnh, cầu thang, hành lang 3 1.2 3.6
Các trường hợp tải trọng
3.7.1 Các trường hợp tải trọng
Bảng 3.6 Các trường hợp tải trọng
TT Tải trọng Ký hiệu Loại tải trọng Self Weight
1 Trọng lượng bản thân TLBT DEAD 1.00
2 Tải trọng lớp hoàn thiện HOANTHIEN SUPERDEAD 0.00
3 Tải trọng tường xây TUONG SUPERDEAD 0.00
4 Hoạt tải (nhỏ hơn 2 kN/m 2 ) HT1 LIVE 0.00
5 Hoạt tải (lớn hơn 2 kN/m 2 ) HT2 LIVE 0.00
3.7.2 Tổng hợp các tổ hợp
Bảng 3.7 Bảng tổng hợp các tổ hợp
(Combo) Loại Thành phần Ý nghĩa
2 HOATTAI (HT) ADD 1.3HT1; 1.2HT2 Hoạt tải tính toán
3 GDX1 SRSS 1GDX Gió động theo phương X-X
4 GDY1 SRSS 1GDY Gió động theo phương Y-Y
Gió tĩnh X kết hợp với gió động X, gió động -X
Gió tĩnh Y kết hợp với gió động Y, gió động -Y
7 EX (Load case) SRSS 1DDX; 0.3DDY
100% động đất theo phương X kết hợp với 30% động đất theo phương Y
8 EY (Load case) SRSS 1DDY; 0.3DDX
100% động đất theo phương Y kết hợp với 30% động đất theo phương X
3.7.3 Các trường hợp tổ hợp tải trọng tính toán
Bảng 3.8 Các trường hợp tổ hợp tải trọng
TT TÊN TỔ HỢP TỔ HỢP THÀNH PHẦN
COMBO6 1TT + 0.9HT + 0.9GX (combo)
7 COMBO7 1TT + 0.9HT + (-0.9)GX (combo)
8 COMBO8 1TT + 0.9HT + 0.9GY (combo)
9 COMBO9 1TT + 0.9HT + (-0.9)GY (combo)
12 BAO 1 BAO 1 ENVELOPE(COMBO1 … COMBO9)
13 BAO 2 BAO 2 ENVELOPE(COMBO1 … COMBO11)
Tải trọng gió tĩnh
Tác động của gió lên công trình mang tính chất của tải trọng động và phụ thuộc các thông số sau:
+ Thông số về dòng khí: Tốc độ, áp lực, nhiệt độ, hướng gió
+ Thông số vật cản: hình dạng, kích thước, độ nhám bề mặt
+ Dao động của công trình
+ Gió tác động lên công trình gồm 2 thành phần:
– Thành phần tĩnh luôn được kể đến với mọi công trình cao tầng
– Thành phần động được kể đến với nhà nhiều tầng cao trên 40m
Công trình với chiều cao tổng cộng kể từ cốt 0.00 là 73.4m lớn hơn 40m nên ta phải xét đến yếu tố gió động
Bảng 3.9 Đặc điểm công trình
– Địa điểm xây dựng Tỉnh, thành: TP Hồ Chí Minh
– Cao độ mặt đất so với công trình 2.0m
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc chuẩn được xác định theo công thức: W = W0.k.c (kN/m 2 )
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió Wt được xác định theo công thức: Wt = n.W (kN/m 2 )
+ k: là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, được lấy theo bảng 5 TCVN 2737-1995
+ c: là hệ số khí động, được lấy theo bảng 6 TCVN 2737-1995
+ Phía đón gió: cđ = 0.8, phía hút gió: ch = -0.6, hệ số tổng cho mặt đón gió và hút gió là c = 0.8 + 0.6 = 1.4
+ n: là hệ số độ tin cậy: n = 1.2
Tải trọng gió tĩnh được quy về thành lực tập trung tại các cao trình sàn, với lực tập trung được xác định tại tọa độ tính toán của mỗi tầng Trong đó, Wtcx là lực gió tiêu chuẩn theo phương X và Wtcy là lực gió tiêu chuẩn theo phương Y, được tính bằng áp lực gió nhân với diện tích đón gió Diện tích đón gió của từng tầng được tính toán cụ thể để đảm bảo độ chính xác trong thiết kế.
hj, hj-1, B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
W0: Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn Công trình xây dựng ở Quận 2, TP Hồ Chí Minh, thuộc vùng II – A, địa hình loại B
Tra Bảng TCVN 2737-1995 có W0 = 0.83(kN/m 2 )
Bảng 3.10 Bảng giá trị tải trọng gió tính toán theo chiều cao công trình Tầng H (m) z j k j L yi L xi W tcx W tcy
Tầng 1 3.4 1.4 0.702 27.50 46.00 40.364 48.437 Tầng 2 3.6 5.0 0.882 27.50 46.00 101.464 169.721 Tầng 3 3.6 8.6 0.973 27.50 46.00 111.932 187.232 Tầng 4 3.6 12.2 1.036 27.50 46.00 119.179 199.355 Tầng 5 3.6 15.8 1.086 27.50 46.00 124.931 208.976 Tầng 6 3.6 19.4 1.126 27.50 46.00 129.533 216.673 Tầng 7 3.6 23.0 1.161 27.50 46.00 133.559 223.408 Tầng 8 3.6 26.6 1.192 27.50 46.00 137.125 229.373 Tầng 9 3.6 30.2 1.220 27.50 46.00 140.346 234.761 Tầng 10 3.6 33.8 1.245 27.50 46.00 143.222 239.572 Tầng 11 3.6 37.4 1.268 27.50 46.00 145.868 243.998 Tầng 12 3.6 41.0 1.289 27.50 46.00 148.284 248.039 Tầng 13 3.6 44.6 1.308 27.50 46.00 150.470 251.695 Tầng 14 3.6 48.2 1.327 27.50 46.00 152.655 255.351 Tầng 15 3.6 51.8 1.344 27.50 46.00 154.611 258.622 Tầng 16 3.6 55.4 1.361 27.50 46.00 156.567 261.893 Tầng 17 3.6 59.0 1.376 27.50 46.00 158.292 264.780 Tầng 18 3.6 62.6 1.391 27.50 46.00 160.018 267.666 Tầng 19 3.6 66.2 1.405 27.50 46.00 161.628 270.360 Tầng 20 3.6 69.8 1.418 27.50 46.00 163.124 272.862 Tầng mái 3.6 73.4 1.431 27.50 46.00 208.061 348.029 Thang máy 5.5 78.9 1.450 10.00 10.00 46.335 46.335
Tính toán thành phần động của gió
3.9.1 Các bước tính toán thành phần gió động
Thành phần động của gió được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 229-1999, với phương pháp tương ứng để tính toán tải trọng gió Tiêu chuẩn này chỉ đề cập đến thành phần gió theo phương X và Y, không tính đến thành phần gió ngang và mô men xoắn.
Các bước xác định thành phần gió động theo tiêu chuẩn TCVN 229-1999 như sau:
+ Bước 1: Thiết lập sơ đồ tính toán động lực
+ Bước 2: Xác định tần số và dạng dao động theo phương X và phương Y
+ Bước 3: Tính toán thành phần động theo phương X và phương Y
3.9.2 Số dạng dao động cần tính
Bảng 3.11 Bảng thống kê chu kỳ và tần số các dạng dao động
Tra bảng 2 trang 7 TCVN 229-1999 ta được giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL = 1.3 (Hz)
Dựa vào kết quả phân tích, ta có thứ tự tần số f1 < f2 < f3 < fL < f4, do đó cần xem xét ba mode dao động đầu tiên Với chiều cao công trình H < 85m và vị trí của tâm khối lượng, tâm cứng cùng tâm hình học (điểm đặt gió tĩnh) gần như trùng nhau, mode 2 - mode xoắn có thể được loại bỏ khỏi phân tích.
+ Theo phương X chỉ cần xét đến ảnh hưởng của mode 3 (dạng 1)
+ Theo phương Y chỉ cần xét đến ảnh hưởng của mode 1 (dạng 1)
3.9.3 Tính toán thành phần gió động
3.9.3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán thành phần động của gió (theo mục 4.5 TCVN
Giá trị tiêu chuẩn thành động của gió tác dụng lên phần tử j của dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
WP(ji) = M j i i y ji Trong đó:
+ Mj: Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
+ i : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
+ i : Hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể xem như không đổi
+ y ji : Biên độ dao động tỉ đối của phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i
Hệ số động lực i cho dạng dao động thứ i được xác định từ Đồ thị trong TCXD 229:1999, phụ thuộc vào thông số ε i và độ giảm lôga của dao động δ Đối với công trình bằng bê tông cốt thép (BTCT), giá trị δ được lấy là 0.3.
Thông số i xác định theo công thức: i 0 i
+ : Hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2
+ W : (N/m 0 2 ): giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên W0 = 83 kG/m2 = 830 N/m 2 + f : Tần số dao động riêng thứ i i
Hệ số i được xác định bằng công thức: n ji Fj j 1 i n
Trong công thức, W Fj đại diện cho giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình Công thức này chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió và được xác định theo mối quan hệ: W Fj = W S j j j.
+ j : Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao zj ứng với phần tử thứ j của công trình, tra Bảng 3 TCXD 299:1999
+ S j : Diện tích mặt đón gió ứng với phần tử thứ j của công trình
+ : Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, phụ thuộc vào tham số , và dạng dao động, tra theo Bảng 4, Bảng 5 TCXD 299-1999
Sau khi xác định đầy đủ các thông số Mj, ξi, ψi, y, chúng ta có thể tính toán các giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của gió tác động lên phần tử j cho dạng dao động thứ i, ký hiệu là WP(ji).
3.9.3.4 Xác định giá trị tính toán thành phần dộng của tải trọng gió
Giá trị tính toán thành phần động của gió được xác định theo công thức: tt p( ji) P( ji)
+ : Hệ số tin cậy lấy bằng 1.2
+ : Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian, lấy bằng 1
Bảng 3.12 Bảng thông số tính toán ban đầu
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
Giá trị áp lực gió W0 được xác định là 83 kG/m² theo Bảng 4 trong TCVN 2737:1995 Tần số giới hạn fL có giá trị 1.3 Hz, như được nêu trong Bảng 9 của cùng tiêu chuẩn Tham số xác định hệ số v1 là 57.3 m, theo thông tin từ Bảng 11, trong khi tham số xác định hệ số v1X p1X được ghi nhận là 27.5 m, cũng từ Bảng 11 trong TCVN 2737:1995.
Tham số xác định hệ số v1Y p1Y 46.0 m Bảng 11 (TCVN 2737:1995)
Hệ số tương quan không gian v1X 0.663 Bảng 10 (TCVN 2737:1995)
Hệ số tương quan không gian v1Y 0.621 Bảng 10 (TCVN 2737:1995)
Bảng 3.13 Bảng giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X ứng với dạng dao động thứ 1 (Mode 3)
Khối lượng tâm cứng M (kN)
Chuyển vị tỉ đối y ij y ij 2
Lực gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh W tcx
Lực gió tiêu chuẩn thành phần động
Tầng 1 3.4 1.4 5579.53 0.000108 1.1664E-08 40.364 1.585 0.663 70.890 1.039 1.158 Tầng 2 3.6 5 7821.75 0.000355 1.26025E-07 101.464 0.517 0.663 58.164 1.039 5.335 Tầng 3 3.6 8.6 7821.75 0.001 0.000001 111.932 0.495 0.663 61.359 1.039 15.028 Tầng 4 3.6 12.2 7821.75 0.001 0.000001 119.179 0.480 0.663 63.356 1.039 15.028 Tầng 5 3.6 15.8 7821.75 0.002 0.000004 124.931 0.469 0.663 64.930 1.039 30.056 Tầng 6 3.6 19.4 7821.75 0.002 0.000004 129.533 0.459 0.663 65.874 1.039 30.056 Tầng 7 3.6 23 7821.75 0.003 0.000009 133.559 0.453 0.663 67.045 1.039 45.084 Tầng 8 3.6 26.6 7821.75 0.004 0.000016 137.125 0.448 0.663 68.057 1.039 60.112 Tầng 9 3.6 30.2 7821.75 0.005 0.000025 140.346 0.443 0.663 68.846 1.039 75.140 Tầng 10 3.6 33.8 7821.75 0.005 0.000025 143.222 0.438 0.663 69.456 1.039 75.140 Tầng 11 3.6 37.4 7821.75 0.006 0.000036 145.868 0.433 0.663 69.918 1.039 90.168 Tầng 12 3.6 41 7821.75 0.007 0.000049 148.284 0.429 0.663 70.445 1.039 105.196 Tầng 13 3.6 44.6 7821.75 0.008 0.000064 150.470 0.428 0.663 71.370 1.039 120.224 Tầng 14 3.6 48.2 7821.75 0.009 0.000081 152.655 0.427 0.663 72.222 1.039 135.252 Tầng 15 3.6 51.8 7821.75 0.01 0.0001 154.611 0.426 0.663 73.011 1.039 150.280 Tầng 16 3.6 55.4 7821.75 0.011 0.000121 156.567 0.425 0.663 73.743 1.039 165.308 Tầng 17 3.6 59 7821.75 0.011 0.000121 158.292 0.424 0.663 74.425 1.039 165.308
Tầng 18 3.6 62.6 7821.75 0.012 0.000144 160.018 0.421 0.663 74.695 1.039 180.336 Tầng 19 3.6 66.2 7821.75 0.013 0.000169 161.628 0.417 0.663 74.773 1.039 195.364 Tầng 20 3.6 69.8 7821.75 0.014 0.000196 163.124 0.414 0.663 74.806 1.039 210.392 Mái 3.6 73.4 3969.06 0.015 0.000225 208.061 0.410 0.663 94.534 1.039 114.387 Thang máy 5.5 78.9 99.69 0.016 0.000256 46.335 0.404 0.707 12.406 1.039 3.064
Bảng 3.14 Bảng giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương Y ứng với dạng dao động thứ 1 (Mode 1)
Khối lượng tâm cứng M (kN)
Chuyển vị tỉ đối y ij y ij 2
Lực gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh
Lực gió tiêu chuẩn thành phần động W py
Tầng 1 3.4 1.4 5579.53 -0.000148 2.17858E-8 48.437 1.585 0.621 39.695 -0.5948 1.007 Tầng 2 3.6 5 7821.75 -0.0005 2.496E-07 169.721 0.517 0.621 32.569 -0.5948 4.776 Tầng 3 3.6 8.6 7821.75 -0.001 0.000001 187.232 0.495 0.621 34.359 -0.5948 9.560 Tầng 4 3.6 12.2 7821.75 -0.002 0.000004 199.355 0.480 0.621 35.477 -0.5948 19.121 Tầng 5 3.6 15.8 7821.75 -0.002 0.000004 208.976 0.469 0.621 36.358 -0.5948 19.121 Tầng 6 3.6 19.4 7821.75 -0.003 0.000009 216.673 0.459 0.621 36.887 -0.5948 28.681 Tầng 7 3.6 23 7821.75 -0.004 0.000016 223.408 0.453 0.621 37.542 -0.5948 38.241 Tầng 8 3.6 26.6 7821.75 -0.005 0.000025 229.373 0.448 0.621 38.109 -0.5948 47.801 Tầng 9 3.6 30.2 7821.75 -0.005 0.000025 234.761 0.443 0.621 38.551 -0.5948 47.801 Tầng 10 3.6 33.8 7821.75 -0.006 0.000036 239.572 0.438 0.621 38.892 -0.5948 57.362
Tầng 11 3.6 37.4 7821.75 -0.007 0.000049 243.998 0.433 0.621 39.151 -0.5948 66.922 Tầng 12 3.6 41 7821.75 -0.008 0.000064 248.039 0.429 0.621 39.447 -0.5948 76.482 Tầng 13 3.6 44.6 7821.75 -0.009 0.000081 251.695 0.428 0.621 39.965 -0.5948 86.042 Tầng 14 3.6 48.2 7821.75 -0.009 0.000081 255.351 0.427 0.621 40.442 -0.5948 86.042 Tầng 15 3.6 51.8 7821.75 -0.01 0.0001 258.622 0.426 0.621 40.883 -0.5948 95.603 Tầng 16 3.6 55.4 7821.75 -0.011 0.000121 261.893 0.425 0.621 41.293 -0.5948 105.163 Tầng 17 3.6 59 7821.75 -0.011 0.000121 264.780 0.424 0.621 41.675 -0.5948 105.163 Tầng 18 3.6 62.6 7821.75 -0.012 0.000144 267.666 0.421 0.621 41.826 -0.5948 114.723 Tầng 19 3.6 66.2 7821.75 -0.012 0.000144 270.360 0.417 0.621 41.870 -0.5948 114.723 Tầng 20 3.6 69.8 7821.75 -0.013 0.000169 272.862 0.414 0.621 41.888 -0.5948 124.284 Mái 3.6 73.4 3969.06 -0.013 0.000169 348.029 0.410 0.621 52.936 -0.5948 63.066 Thang máy 5.5 78.9 99.69 -0.014 0.000196 46.335 0.404 0.707 1.240 -0.5948 1.706
Tải trọng động đất
Trong thiết kế xây dựng nhà cao tầng, nhà thầu không chỉ cần tính toán tải trọng đứng của công trình mà còn phải xem xét hai loại tải trọng quan trọng khác là tải trọng gió bão và tải trọng động đất.
Khi thiết kế các công trình cao tầng, việc tính toán tải trọng gió và tải trọng động đất là yêu cầu bắt buộc và rất quan trọng, đặc biệt đối với những công trình nằm trong khu vực có phân vùng tác động gió hoặc động đất.
3.10.2 Tính toán tải trọng động đất
Theo TCVN 9368-2012, có hai phương pháp tính toán tải trọng động đất: phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động Việc áp dụng tính toán chu kỳ công trình chịu ảnh hưởng của động đất có thể thực hiện bằng phần mềm Etabs.
– Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương
Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương là kỹ thuật sử dụng để thay thế lực quán tính do động đất tác động lên công trình bằng các lực tĩnh ngang tương đương Đây là phương pháp phổ biến trong thiết kế kháng chấn cho các công trình xây dựng thông thường Lực ngang này, được gọi là lực cắt đáy, được phân phối dọc theo chiều cao công trình tại các vị trí có khối lượng tập trung, thường là ở cao trình bản sàn Phương pháp này phù hợp cho các nhà mà phản ứng của chúng không bị ảnh hưởng đáng kể bởi các dạng dao động bậc cao hơn so với dao động cơ bản.
Phương pháp tĩnh lực ngang mang lại ưu điểm nổi bật với khả năng tính toán nhanh chóng, đơn giản và cho kết quả chính xác chấp nhận được Tuy nhiên, phương pháp này không phù hợp cho các công trình có hình dạng không đều hoặc có sự phân bố khối lượng và độ cứng không đồng đều cả trong mặt bằng lẫn chiều cao.
+ Điều kiện áp dụng: Phương pháp này có thể áp dụng nếu nhà và công trình đáp ứng được cả hai điều kiện sau đây:
Thỏa mãn những tiêu chí về tính đều đặn theo mặt đứng cho trong Mục 4.2.3.3
– Phương pháp phân tích phố phản ứng dao động
Để phân tích hệ kết cấu, trước tiên cần xác định các dạng dao động chính Sau đó, từ phổ phản ứng động đất đã cho, ta xác định các phổ gia tốc cực đại tương ứng với chu kỳ dao động chính Dựa trên những thông tin này, bằng kỹ thuật phân tích dạng, ta có thể xác định phản ứng lớn nhất của hệ kết cấu thông qua phương pháp tổ hợp thống kê các phản ứng lớn nhất ở các dạng dao động chính.
+ Điều kiện áp dụng Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nhà (xem Điều 4.3.3.1 TCVN 9386 – 2012)
Khi xem xét số dạng dao động, cần chú ý đến phản ứng của tất cả các dao động có ảnh hưởng lớn đến phản ứng tổng thể của công trình Do đó, cần đảm bảo đáp ứng một trong hai điều kiện sau đây.
Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động (mode) được xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng kết cấu
Tất cả dạng dao động (mode) có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng lượng đều được xét đến
Kết luận cho thấy, dựa trên bảng thống kê chu kỳ và tần số dao động, phương X có 11 mode dao động đầu tiên, trong khi phương Y có 7 mode dao động đầu tiên, với tổng trọng lượng hữu hiệu đạt ít nhất 90% tổng lượng kết cấu.
Trong nghiên cứu này, sinh viên đã lựa chọn phương pháp phổ phản ứng cho việc phân tích 12 mode dao động của công trình, mặc dù phương pháp này có thể áp dụng cho mọi loại nhà Tuy nhiên, khi tích hợp phổ phản ứng vào phần mềm ETABS, việc quản lý kết quả tải trọng động đất trở nên khó khăn Bên cạnh đó, phương pháp lịch sử - thời gian cũng gặp nhiều thách thức do thiếu dữ liệu gia tốc đo tại địa điểm xây dựng.
3.10.3 Tính toán tải trọng động đất bằng phương pháp phổ phản ứng
Bước 1: Xác định loại đất nền
Có 7 loại đất nền : loại A; B; C; D; E; S1; S2 (xem mục 3.1.2 TCVN 9386:2012)
Công trình xây dựng trên đất loại D bao gồm đất rời với trạng thái từ xốp đến chặt vừa, có thể xen kẹp một vài lớp đất dính, hoặc chủ yếu là đất dính với trạng thái từ mềm đến cứng vừa.
Bước 2: Xác định tỷ số a gR /g
+ agR/g – đỉnh gia tốc nền tham chiếu ở địa điểm xây dựng công trình (xem bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính; phụ lục I trang 254 TCXDVN 9386:2012)
Công trình được xây dựng ở quận 2, thành phố Hồ Chí Minh, tra phụ lục I TCVN 9386:2012, gia tốc nền agR =0.0856, g =9.81 m/s2
Bước 3: Xác định hệ số tầm quan trọng 1
Mức độ tầm quan trọng được xác định bởi hệ số tầm quan trọng 1, với giá trị cụ thể là 1.25 Các định nghĩa chi tiết về mức độ và hệ số tầm quan trọng có thể tham khảo trong phụ lục E, trang 220.
1.00, 0.75 ) tương ứng với công trình loại I, II và III (phân cấp của công trình xem phụ lục F trang 222 của TCVN 9386:2012)
Cấp của công trình là cấp II, do đó hệ số tầm quan trọng 1 =1
Bước 4: Xác định giá trị gia tốc đất nền thiết kế a g
Gia tốc đất nền thiết kế ag ứng với trạng thái cực hạn xác định như sau: g gR 1 a a
Theo quy định của TCVN 9386:2012 thì: ag 0.08g : động đất mạnh phải thiết kế kháng chấn
0.04gag 0.08g : động đất yếu, chỉ cần áp dụng các biện pháp cấu tạo kháng chấn ag 0.04g : không cần thiết kế kháng chấn g gR 1 a a = 0.8397
Vậy ag = 0.8397 > 0.8 , cần thiết kế kháng chấn
Bước 5: Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép
Hệ khung hoặc hệ khung tương đương (hỗn hợp khung – vách), có thể xác định gần đúng như sau (cấp dẻo trung bình) (xem mục 5.2.2.2, TCVN 9386 – 2012)
+ q = 3.6 – nhà nhiều tầng, khung một nhịp
+ q = 3.9 – nhà nhiều tầng, khung nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp tương đương khung
Bước 6: Phân tích dao động, tìm chu kỳ, tần số, khối lượng tham gia dao động của các dạng dao động
Bảng 3.15 Bảng thống kê các dạng dao động theo 2 phương X và Y
Phần trăm khối lượng hữu hiệu
Tổng phần trăm khối lượng hữu hiệu
Phần trăm khối lượng hữu hiệu
Tổng phần trăm khối lượng hữu hiệu
Bảng 3.16 Số dạng dao động cần xét đến theo 2 phương X và Y
Phần trăm khối lượng hữu hiệu
Tổng phần trăm khối lượng hữu hiệu
Phần trăm khối lượng hữu hiệu
Tổng phần trăm khối lượng hữu hiệu
Bước 7: Xây dựng phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn hồi
Phổ thiết kế đàn hồi theo phương nằm ngang cho thành phần tác động động đất được xác định bằng các biểu thức không thứ nguyên.
+ S (T) - Phổ phản ứng đàn hồi c
+ T – Chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do
+ ag – Gia tốc nền thiết kế
+ TB – Giới hạn dưới của chu kỳ ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
+ TC – Giới hạn trên của chu kỳ ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
+ TD – Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng
Bảng 3.17 Bảng giá trị tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi theo phương ngang
Loại đất nền S TB(s) TC(s) TD(s)
+ – Hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu 1 đối với độ cản nhớt 5%
+ = 0.2 – Hệ số ứng với cận dưới phổ thiết kế theo phương nằm ngang + q – Hệ số ứng xử
Bước 8: Xác định lực cắt đáy và phân phối tải trọng ngang lên các cao trình tầng
Theo mỗi hướng ngang được phân tích, lực cắt đáy Fb được xác định theo biểu thức sau:F b S d ( ) .T m 1
+ S d ( )T 1 – Tung độ của phổ thiết kế không thứ nguyên tại chu kỳ T1
+ T1 – Chu kỳ dao động cơ bản của nhà và công trình do chuyển động ngang theo hướng đang xét
Tổng trọng lượng của nhà và công trình trên móng hoặc trên đỉnh của phần cứng được xác định bởi hệ số m Cụ thể, hệ số này bằng 0.85 nếu T1 nhỏ hơn hoặc bằng 2TC đối với nhà và công trình có 2 tầng, và bằng 1 trong các trường hợp khác.
Bảng 3.18 Bảng giá trị lực động đất theo phương X, mode 3
Bảng 3.19 Bảng giá trị lực động đất theo phương X, mode 6
Mode Chu kỳ dao động, T [s]
Giá trị phổ thiết kế
Tầng Diaphargm W j (kN) y i,j (mm) W i (kN) y i,j W j
Lực cắt đáy Fb (kNm/s 2 )
Mode Chu kỳ dao động, T [s]
Giá trị phổ thiết kế
Tầng Diaphargm W j (kN) y i,j (mm) W i (kN) y i,j W j
Lực cắt đáy Fb (kNm/s 2 )
Bảng 3.20 Bảng giá trị lực động đất theo phương X, mode 11
Bảng 3.21 Bảng giá trị lực động đất theo phương Y, mode 1
Giá trị phổ thiết kế
Tầng Diaphargm W j (kN) y i,j (mm) W i (kN) y i,j W j
Lực cắt đáy Fb (kNm/s 2 )
Mode Chu kỳ dao động, T [s]
Giá trị phổ thiết kế
Tầng Diaphargm W j (kN) y i,j (mm) W i (kN) y i,j W j
Lực cắt đáy Fb (kNm/s 2 )
Bảng 3.22 Bảng giá trị lực động đất theo phương Y, mode 4
3.10.3.1 Tổ hợp các phản ứng dạng dao động theo mỗi phương
Các dạng dao động riêng theo mỗi phương có chu kỳ dao động thỏa mãn điều kiện Tj ≤ 0.9Ti, cho phép xem xét phản ứng của chúng là độc lập Vì vậy, tổ hợp các phản ứng dao động theo từng phương được thực hiện bằng phương pháp căn bậc hai của tổng các bình phương (SRSS).
Mode Chu kỳ dao động, T [s]
Giá trị phổ thiết kế
Tầng Diaphargm W j (kN) y i,j (mm) W i (kN) y i,j W j
Lực cắt đáy Fb (kNm/s 2 )
Mode 3 Mode 6 Mode 11 Mode 3 Mode 6 Phương X Phương Y
Tầng Phương X Phương Y Tổ hợp lực động đất
3.10.3.2 Xác định phổ phản ứng thiết kế
Bảng 3.21 Bảng phản ứng phổ thiết kế
3.10.3.3 Đồ thị phổ phản ứng
Hình 3.2 Đồ thị phổ phản ứng thiết kế 3.10.4 Tổ hợp các hệ quả của các thành phần động đất
Gia tốc lớn nhất trong chuyển động địa chấn có thể xảy ra theo bất kỳ hướng nào trong không gian, do đó việc giả định lực động đất tác động dọc theo các trục chính của nhà chỉ mang tính quy ước Các thành phần ngang của tác động động đất cần được xem xét đồng thời theo cả hai hướng chính của công trình, không phụ thuộc vào phương pháp tính toán Việc tổ hợp các thành phần ngang của tác động động đất có thể được thực hiện một cách hiệu quả.
THIẾT KẾ SÀN tầng ĐIỂN HÌNH
Mở đầu
Thiết kế sàn là một phần quan trọng trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, đòi hỏi sự lựa chọn hợp lý để đảm bảo hiệu quả kinh tế Kỹ sư cần cân nhắc các yếu tố như khẩu độ, kỹ thuật thi công, thẩm mỹ và yêu cầu kỹ thuật để chọn kết cấu sàn phù hợp nhất.
Các phần tính toán sàn tầng điển hình như sau:
+ Chọn sơ bộ tiết diện các cấu kiện
+ Xác định tải trọng tác dụng
+ Mặt bằng sàn và sơ đồ tính
+ Tính toán cốt thép cho sàn
+ Kiểm tra độ võng của sàn
Tải trọng tác động
Được trình bày trong chương 3
Tính toán cốt thép sàn
4.3.1 Phương án tính toán nội lực
Phương án thiết kế sàn sử dụng phần mềm SAFE để tính toán nội lực, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, đang trở nên phổ biến nhờ khả năng tính toán mạnh mẽ của máy tính Các phần mềm chuyên dụng như SAFE giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và tính toán nội lực trong xây dựng.
Trình tự tính toán trong phần mềm SAFE
Sau khi giải nội lực khung, đồng thời mô hình sàn hợp lí trong phần mềm SAFE Bước 2: Chia dải Strip lấy nội lực sàn từ SAFE
Bước 3: Chạy nội lực và xuất moment các ô bản của sàn điển hình
Hình 4.1 Biểu đồ moment theo phương layer A
Hình 4.2 Biểu đồ moment theo phương layer B
Vỡ ụ sàn tương đối đối xứng, vì vậy chỉ cần tính toán và bố trí cụt thộp cho bản sàn Dựa vào biểu đồ moment, ta có thể chi ô bản như hình vẽ để thực hiện các phép tính một cách dễ dàng.
Cốt thép cho bản sàn được tính quy về cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật có kích thước b×h = 1000×180 (mm)
Lớp bảo vệ thép được giả thiết là 20 mm cho các thanh thép ở nhịp chịu mômen M1 và các thanh ở gối chịu mômen MI và MII Đối với các thanh thép chịu mômen dương M2 nằm trên, lớp bảo vệ được xác định là 30 mm.
4.3.4 Kiểm tra sàn theo trạng thái giới hạn II bằng SAFE
Theo TCVN 5574 – 2012, độ võng của sàn kiểm tra phải đảm bảo điều kiện f < fgh Trong đó, fgh là độ võng giới hạn được quy định trong bảng C.1, phụ lục C của tiêu chuẩn này.
* Độ võng ngắn hạn: Combo: 1 TLBT + 1 TT + 1 HT + 1 TAITUONG
Hình 4.3 Độ võng ngắn hạn fmax = 11.15 (mm) < [f] = L/250 = 10000/250 = 40.00 (mm) Thỏa
Hình 4.4 Độ võng dài hạn fmax = 13.73 (mm) < [f] = L/250 = 10000/250 = 40.00 (mm) Thỏa
Hình 4.5 Mặt bằng ký hiệu các sàn
Bảng 4.1 Bảng tính thép sàn Ô Kí hiệu M kNm/m b (mm) h (mm) a (mm) h o
THIẾT KẾ CẦU THANG
Kích thước hình học và sơ bộ tính toán
Hình 5.1 Mặt bằng kiến trúc cầu thang
Cầu thang tầng điển hình của công trình là loại cầu thang 2 vế dạng bản, với chiều cao tầng đạt 3.6 m Khi chọn chiều cao mỗi bậc thang là 170 mm, tổng số bậc thang cho tầng điển hình là 21 bậc.
– Bề rộng bậc thang là 300mm
– Góc nghiêng của bản thang với mặt phẳng nằm ngang là
– Chiều dày bản thang đươc chọn sơ bộ theo công thức:
Chọn chiều dày bản thang h b = 120 mm.
Tải trọng tác dụng lên cầu thang
5.2.1 Tĩnh tải tác dụng bản chiếu nghỉ
Bảng 5.1 Tải trọng lớp cấu tạo chiếu nghỉ
Hệ số vượt tải g tt
5.2.2 Tĩnh tải tác dụng lên bản nghiêng
+ Lớp đá hoa cương: g1 = n . tđ ; tđ = b b cos b l h
+ Lớp vữa lót: g2 = n . tđ ; tđ = b b cos b l h
+ Bậc gạch: g3 = n . tđ ; tđ = 1 cos
Bảng 5.2 Tĩnh tải tác dụng bản nghiêng thang
STT Các lớp vật liệu
Hệ số vượt tải g tt
1 Mặt bậc bằng đá hoa cương 24 0.02 0.028 0.672 1.2 0.8064
Hoạt tải được lấy theo TCVN 2737-1995 cho cầu thang là ptc = 2 kN/m 2 , hệ số vượt tải lấy bằng 1.2
– Bản thang nghiêng: pc = ptc cos= 20.87 = 1.74 (kN/m 2 ) ptt = nptc cos= 1.220.87 = 2.088 (kN/m 2 )
– Bản chiếu nghỉ: ptt = nptc = 1.22 = 2.4 (kN/m 2 )
Tính toán nội lực thang
Kiểu cầu thang dạng thang 2 vế
Quy bản thang về tải phân bố đều Cắt 1 dải bề rộng b = 1m để tính toán,
Hai đầu bản chiếu tới và bản chiếu nghỉ liên kết với vách nên chọn liên kết ngàm
5.3.1 Tính toán nội lực bằng ETABS
Hình 5.2 Tĩnh tải tác dụng bản thang
Hình 5.3 Hoạt tải tác dụng bản thang
Hình 5.4 Kết quả nội lực Moment thang
Hình 5.5 Kết quả lực cắt của bản thang 5.3.2 Tính toán cốt thép bản thang
Với: Rs = 365 (Mpa) ; Rb = 17 (Mpa) b = 1 (m) ; h0 = h – a = 100 – 20 = 80 (mm)
Bảng 5.3 Bảng kết quả tính toán cốt thép thang
Gối chiếu tới -33.18 120 1000 0.195 0.219 1021 ỉ12a100 1131 1.021 Nỳt 1 4.93 120 1000 0.029 0.029 137 ỉ8a200 251 0.137 Nhịp bản nghiờng 16.23 120 1000 0.095 0.101 468 ỉ10a200 491 0.468 Nỳt 2 4.93 120 1000 0.029 0.029 137 ỉ8a200 251 0.137 Gối chiếu nghỉ -33.18 120 1000 0.195 0.219 1021 ỉ12a100 1131 1.021
Chọn cốt cấu tạo là ỉ8a200
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 2 VÀ TRỤC C
Mở đầu
Công trình bao gồm 1 tầng hầm và 20 tầng chung cư, với hệ kết cấu khung – vách cứng và cột Để đảm bảo tính toán chính xác, khung được thiết kế dưới dạng khung không gian, tuy nhiên, việc tính toán này rất phức tạp Do đó, nội lực của khung sẽ được xác định bằng phần mềm ETBAS.
Các bước tính toán kết cấu khung:
+ Bước 1: Chọn sơ bộ kích thước
+ Bước 2: Tính toán tải trọng
+ Bước 3: Tổ hợp tải trọng
+ Bước 4: Tính toán nội lực bằng phần mềm ETABS
+ Bước 5: Tính toán thép cho dầm, cột và vách
Bảng 6.1 Bảng sơ bộ tiết diện cột khung trục 2
Tiết diện cột biên Tiết diện cột giữa
Mô hình tính toán
6.2.1 Tổ hợp tải trọng và kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình
6.2.1.1 Tổ hợp tải trọng Được trình bày trong chương 2
6.2.2 Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình
Chuyển vị đỉnh công trình của kết cấu nhà cao tầng chủ yếu do tải trọng gió gây ra Để kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình, cần thực hiện tính toán theo tiêu chuẩn TTGHII, sử dụng tổ hợp tải trọng phù hợp.
Theo mục 6.2.3 TCVN 198_1997 chuyển vị cho phép theo phương ngang tại vị trí đỉnh công trình đối với kết cấu khung – vách là: f 1
Hình 6.1 Chuyển vị đỉnh công trình lớn nhất
Bảng 6.2 Bảng chuyển vị đỉnh công trình
Story Load Ux (mm) Uy (mm)
+ Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà: fmax = 15.417 mm
+ Chiều cao nhà tại tầng mái: H = 73.4 m
Vậy công trình thỏa chuyển vị đỉnh
Tính toán cốt thép cho phần tử cột
6.3.1.1 Khái niệm về nén lệch tâm xiên
Nén lệch tâm xiên xảy ra khi mặt phẳng uốn không có trục đối xứng trong tiết diện Đối với tiết diện tròn và vành khuyên, hiện tượng nén lệch tâm xiên không xảy ra.
Cột chịu nén lệch tâm xiên thường gặp trong các khung khi xét sự làm việc của cột đồng thời chịu uốn theo cả hai phương
6.3.2 Nội lực cột nén lệch tâm xiên Để tính toán thép cho cột cần phải tìm các bộ ba cặp nội lực nguy hiểm với 4 tổ hợp như sau:
+ Có N lớn nhất và Mx, My, tương ứng
+ Có Mx lớn nhất và N, My tương ứng
+ Có My lớn nhất và N, Mx tương ứng
+ Có độ lệch tâm 1X M X e N hoặc 1Y M Y e N lớn
Tùy vào từng trường hợp cụ thể, có thể lựa chọn một trong ba bộ ba nội lực nguy hiểm để tính toán cốt thép, sau đó kiểm tra với các bộ ba nội lực còn lại Ngoài ra, có thể tính toán cốt thép cho các bộ ba nội lực này và chọn diện tích thép lớn nhất để bố trí cho cột Trong thiết kế, thường áp dụng một trong ba phương pháp sau đây.
+ Thứ nhất: là tính riêng cho từng trường hợp lệch tâm phẳng và bố trí thép theo mỗi phương
Phương pháp tính gần đúng vào thứ hai chuyển đổi bài toán lệch tâm xiên thành bài toán lệch tâm phẳng tương đương, đồng thời bố trí thép đều quanh chu vi cột.
+ Thứ ba: là phương pháp biểu đồ tương tác trong không gian
Trong 3 phương pháp trên thì 2 phương pháp đầu là phương pháp tính gần đúng Còn phương pháp thứ 3 là phương pháp phản ánh đúng thực tế khả năng chịu lực của cấu kiện Tuy nhiên trong thực hành tính toán thì biểu đồ tương tác chỉ được áp dụng trong bài toán kiểm tra vì số liệu tính toán là khá lớn và tốn nhiều thời gian nên phương pháp 1 và 2 được sử dụng rộng rãi hơn
Trong đồ án, sinh viên chọn phương án 2 để tính toán cốt thép dọc trong cột
Cơ sở lý thuyết dựa vào quyển “Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép” GS.NGUYỄN ĐÌNH CỐNG
6.3.3 Lý thuyết tính thép dọc cho cột lệch tâm xiên
6.3.3.1 Xét ảnh hưởng độ lệch tâm ngẫu nhiên và uốn dọc
Do ảnh hưởng uốn dọc và độ lệch tâm ngẫu nhiên, mô men tính toán cho cột được tăng thành: M = η e N * x x 0x
+ e là độ lệch tâm tính toán đã kể đến lệch tâm ngẫu nhiên: 0x x 0x l H M e = max 20; ; ;
+ x là hệ số kể đến uốn dọc ( theo 6.2.2.5 TCVN 5574-2012)
Tính hệ số uốn dọc theo từng phương Xét độ mảnh: x(y) 0 x(y) λ = l i + Nếu λ x(y) ≤ 28: không cần xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, lấy
+ Nếu λ x(y) > 28: cần xét đến ảnh hưởng của uốn dọc như sau: x x cr
Là lực tới hạn về ổn định cho cấu kiện.(theo 6.2.2.15 TCVN 5574-2012) Các hệ số được tính:
+ Lấy Cb = 6.4: bê tông nặng
+ E : mô đun đàn hồi của bê tông b
M : hệ số kể đến tác dụng dài hạn của tải trọng
+ l 0 .l: chiều dài tính toán của cột x ( y) η 1
+ p 1: cốt thép không ứng lực trước
: mô men quán tính của diện tích cốt thép lấy đối với trục x
Công thức tính Ncr theo TCXDVN 5574:2012 có độ phức tạp cao do phải xem xét nhiều hệ số ảnh hưởng Để đơn giản hóa, có thể áp dụng công thức gần đúng do Giáo Sư Nguyễn Đình đề xuất.
+ : là hệ số xét đến độ lệch tâm
Phương pháp tính toán gần đúng cho cốt thép dựa trên việc chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành lệch tâm phẳng tương đương Nguyên tắc của phương pháp này được quy định trong tiêu chuẩn BS8110 của Anh và ACI318 của Mỹ Dựa trên nguyên tắc này, GS NGUYỄN ĐÌNH CỐNG đã phát triển các công thức phù hợp trong TCXDVN5574 – 2012.
+ Xem liên kết giữa sàn và cột là liên kết cứng (nhà nhiều tầng trên 2 nhịp): + l ox = l ψ;l oy = l ψ = 1 0.7
+ Bán kính quán tính của cột: x x y y i = C 12 i = C 12
+ Độ mảnh theo 2 phương : ox x x oy y y λ = l i λ = l i
+ Độ lệch tâm ngẫu nhiên: e = max(L / 600; C / 30,1cm) ax x e ay = max(L / 600; C / 30,1cm) y
+ Độ lệch tâm thực tế: x ox ax x ax y oy ay y ay e = e + e = M / N + e e = e + e = M / N + e
+ Lực nén tới hạn: th 2 b o
+ Với hệ số uốn dọc:
– x y 28 thì lấy hệ số uốn dọc: x y 1
– λ = λ > 28 x y thì lấy hệ số uốn dọc: x1 x th η = 1 M = ηM
Theo lý thuyết, giá trị Mx1 và My1 có mối tương quan với kích thước các cạnh, được tính toán theo một trong hai mô hình (theo phương x hoặc y) Các điều kiện và ký hiệu được trình bày trong bảng dưới đây.
Moment gia tăng do ảnh hưởng của uốn dọc: x1 x x y1 y y
M = η M ; M = η M Xác định mô hình tính toán theo phương Cx hoặc Cy
Bảng 6.3 Bảng điều kiện phương làm việc của cột
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x1 y1 x y
M1 = Mx1 ; M2 = My1 ea= eax + 0.2eay h = Cy ; b = Cx
M1= My1 ; M2 = Mx1 ea= eay + 0.2eax
+ Tính theo trường hợp cốt thép đối xứng: 1 b x N
1 o x h m o 0.4 + Tính mô men tương đương (đổi nén lệch tâm xiên thành lệch tâm phẳng):
Kết cấu siêu tĩnh: e = max(e ;e ) o 1 a
Dựa vào eo và x1 xét các trường hợp sau:
+ Trường hợp 1 Nén lệch tâm rất bé o o ε = e 0.3 h tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số độ lệch tâm e:
Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm:
0.3 Cốt thép đặt theo chu vi (mật độ thép trên cạnh b có thể lớn hơn), diện tích toàn bộ cốt thép tính như sau: e b e st sc b γ N- R bh
+ Trường hợp 2 ( o o ε = e > 0.03 h ) và (x > ξ h 1 R o ) Tính theo trường hợp nén lệch tâm bé
Xác định chiều cao vùng nén x theo công thức sau:
Với o o o ε = e h Diện tích toàn bộ cốt thép được tính như sau: b o st sc
Với k = 0.4: hệ số kể đến do cốt thép đặt theo chu vi
+ Trường hợp 3 ( o o ε = e > 0.03 h ) và (x 1 R h o ) Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn
Với k = 0.4 : hệ số kể đến do cốt thép đặt theo chu vi
Nhận xét kết quả: Giá trị cốt thép có thể âm hoặc dương:
Tiết diện cột quá lớn Giảm kích thước tiết diện cột hoặc cấp độ bền bê tông hoặc bố trí thép cấu tạo
+ Cốt thép dương: Tính hàm lượng cốt thép i = A st
+ Sau khi tính toán ra diện tích thép, ta phải kiểm tra lại hàm lượng thép:
A R μ = 0.1(%) < μ = < μ = ξ (%) bh R imin> i : tiết diện còn lớn, có thể giảm i > imax : tiết diện quá bé, tăng tiết diện hoặc cấp độ bền bê tông
Khi As < 0, các kết quả trung gian như chiều cao vùng nén x1, ứng suất trong bê tông và cốt thép không chính xác và chỉ mang tính chất điều kiện tính toán, không phản ánh đúng sự làm việc thực tế của tiết diện.
Cốt thép được đặt theo chu vi, trong đó cốt thép đặt theo cạnh b có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ theo cạnh h
Sau khi tính toán cốt thép bằng phương pháp gần đúng, cần đánh giá tính hợp lý của lượng thép đã tính bằng cách kiểm tra hàm lượng cốt thép Đối với cấu kiện cột, hàm lượng cốt thép hợp lý nằm trong khoảng từ 1% đến 6%.
6.3.5 Lý thuyết tính toán thép đai cho cột
Cốt đai trong cấu kiện nén lệch tâm trình tự tính toán giống như đối với dầm, cần thêm vào thành phần ở các công thức tính khoảng cách đai:
2 b4 n b bt 0 max 2 φ (1+ φ )γ R b.h s Q Trong đó: n – hệ số xét ảnh hưởng của lực nén dọc N n b bt 0 φ = 0,1 N 0,5 γ R b.h
Tính toán cốt thép dọc cho cột C1, C6, C5
Cốt thép cột được thiết kế dựa trên tất cả các trường hợp tổ hợp tải trọng theo quy trình đã nêu Dưới đây là kết quả tính toán cho trường hợp cốt thép lớn nhất.
Bảng 6.4 Bảng tính cốt thép dọc cho cột giữa C1 ( C2, C4)
Dưới đây là bảng dữ liệu cho các tầng của tòa nhà C1: Tầng 1 có diện tích 25302.02 m², chiều cao 5.83 m, và giá trị 237.58; Tầng 2 có diện tích 24003.47 m², chiều cao 4.16 m, và giá trị 121.99; Tầng 3 với diện tích 22647.83 m², chiều cao 68.34 m, và giá trị 149.87; Tầng 4 có diện tích 21295.53 m², chiều cao 47.25 m, và giá trị 110.55; Tầng 5 với diện tích 19965.62 m², chiều cao 53.83 m, và giá trị 92.14; Tầng 6 có diện tích 18644.39 m², chiều cao 54.36 m, và giá trị 85.04; Tầng 7 với diện tích 17330.36 m², chiều cao 47.28 m, và giá trị 58.39; Tầng 8 có diện tích 16049.00 m², chiều cao 59.91 m, và giá trị 47.31; Tầng 9 với diện tích 14783.83 m², chiều cao 65.57 m, và giá trị 36.05; Tầng 10 có diện tích 13526.18 m², chiều cao 54.35 m, và giá trị 13.50; Tầng 11 với diện tích 12289.33 m², chiều cao 63.09 m, và giá trị 10.29; Tầng 12 có diện tích 11068.58 m², chiều cao 68.55 m, và giá trị 26.59; Tầng 13 với diện tích 9860.13 m², chiều cao 57.81 m, và giá trị 35.31; Tầng 14 có diện tích 8365.94 m², chiều cao 115.25 m, và giá trị 351.34; Tầng 15 với diện tích 7253.83 m², chiều cao 120.49 m, và giá trị 373.01; Tầng 16 có diện tích 6146.04 m², chiều cao 85.96 m, và giá trị 289.97; Tầng 17 với diện tích 5048.52 m², chiều cao 99.01 m, và giá trị 358.33; Tầng 18 có diện tích 3968.59 m², chiều cao 105.28 m, và giá trị 378.41; Tầng 19 với diện tích 2671.79 m², chiều cao 69.42 m, và giá trị 260.40; Tầng 20 có diện tích 1713.55 m², chiều cao 84.47 m, và giá trị 303.49.
Bảng 6.5 Bảng tính cốt thép dọc cho cột biên C6, ( C5, C10, C14)
Tầng 20 C6 840.25 302.08 279.24 500 500 50 LTL 64.52 2.87 16ỉ28 98.52 Tầng 19 C6 1367.75 301.49 280.64 500 500 50 LTL 51.17 2.27 16ỉ28 98.52 Tầng 18 C6 1895.34 299.06 274.55 500 500 50 LTL 43.21 1.92 16ỉ28 98.52 Tầng 17 C6 2503.80 256.71 138.83 500 500 50 LTRB 48.17 2.14 16ỉ28 98.52 Tầng 16 C6 2955.73 245.67 221.46 500 500 50 LTRB 52.63 2.34 16ỉ28 98.52 Tầng 15 C6 3507.36 353.56 328.72 600 600 50 LTRB 49.84 1.51 16ỉ25 78.54 Tầng 14 C6 4065.04 326.92 300.25 600 600 50 LTRB 33.5 1.02 16ỉ25 78.54 Tầng 13 C6 4622.37 325.67 292.39 600 600 50 LTRB 38.7 1.17 16ỉ25 78.54 Tầng 12 C6 5181.35 321.24 277.27 600 600 50 LTRB 48.8 1.48 16ỉ25 78.54 Tầng 11 C6 5745.61 331.95 268.43 600 600 50 LTRB 63.9 1.94 16ỉ25 78.54 Tầng 10 C6 6460.25 241.46 221.89 600 600 50 LTRB 67.9 2.06 16ỉ25 78.54 Tầng 9 C6 7072.59 315.97 283.98 700 700 50 LTRB 35.1 0.77 16ỉ25 78.54 Tầng 8 C6 7691.59 295.54 251.98 700 700 50 LTRB 48.8 1.07 16ỉ25 78.54 Tầng 7 C6 8314.07 294.45 234.88 700 700 50 LTRB 65.4 1.44 16ỉ25 78.54 Tầng 6 C6 9043.44 295.47 122.71 700 700 50 LTRB 81.9 1.80 24ỉ25 117.81 Tầng 5 C6 9686.52 307.54 107.44 700 700 50 LTRB 100.5 2.21 24ỉ25 117.81 Tầng 4 C6 10493.40 221.90 13.12 700 700 50 LTRB 116.7 2.61 24ỉ25 117.81 Tầng 3 C6 11179.66 272.10 4.32 800 800 50 LTRB 77.6 1.29 24ỉ25 117.81 Tầng 2 C6 11869.34 286.35 20.68 800 800 50 LTRB 98.6 1.64 24ỉ25 117.81 Tầng 1 C6 12544.05 59.00 49.88 800 800 50 LTRB 117.2 1.99 24ỉ25 117.81
Tính toán cốt thép cho phần tử dầm
6.5.1 Tính toán cốt thép dọc
Cốt thép dọc của dầm được thiết kế dựa trên khả năng chịu uốn của cấu kiện Đối với các dầm có bản sàn nằm phía trên, giá trị momen dương sẽ làm cho bản sàn chịu nén, vì vậy cần tính toán với tiết diện chữ T.
Kích thước tiết diện chữ T '
Xác định vị trí trục trung hòa : M f R b * b ' f * h ' f * ( h 0 0.5 h ' f )
+ Nếu M < Mf nên trục trung hòa qua cánh, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật lớn có kích thước : b'f h
Hình 6.2 Tiết diện chữ T có cánh thuộc vùng chịu nén, trục trung hòa thuộc cánh
Ta sử dụng các công thức sau:
Nếu M > Mf, trục trung hòa sẽ đi qua sườn dầm, tương ứng với momen âm Bản cánh sẽ chịu kéo, do đó cần tính toán cốt thép cho tiết diện chữ nhật nhỏ với kích thước b×h, bao gồm cả vùng chịu nén và vùng chịu kéo.
Hình 6.3 Tiết diện chữ T có cánh thuộc vùng chịu nén, trục trung hòa đi qua sườn
Ta sử dụng các công thức sau:
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min max
Sau khi xác định diện tích cốt thép, cần lựa chọn thép sao cho diện tích cốt thép thực tế (As) lớn hơn hoặc bằng diện tích cốt thép tính toán (As,tính) và chiều dày lớp đệm (a0) phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tối đa cho phép (a0,giảthiết) Đồng thời, cần tuân thủ các yêu cầu cấu tạo theo quy định trong TCXDVN 356:2005 về chiều dày lớp bê tông bảo vệ và khoảng hở của cốt thép.
+ Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép chủ (lấy với dầm có chiều cao ):
max 0 c c 20 mm + Khoảng hở cốt thép:
– Với cốt thép đặt trên:
– Với cốt thép đặt dưới:
Tính cốt đai cho dầm B24 tầng 6 kích thước tiết diện 700x300(mm), với Q = 384.4kN Chọn cốt đai 8ỉ(asw = 50.26mm 2 ), số nhỏnh cốt đai n = 1
Xác định bước cốt đai vùng chịu nén vùng chịu kéo
+ Trong đoạn gần gối dầm (L/4)
– Bước cốt đai theo cấu tạo
2 2 150 150 h mm sct sct mm mm
– Bước cốt đai tính toán
– Bước cốt đai lớn nhất
Chọn s = min(sct, stt, smax) = 100mm bố trí trong gối
+ Hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai vuông góc với trục cấu kiện
+ Hệ số xét đến khả năng phân phối lại nội lực của các loại bê tông khác nhau
tương ứng với bê tông nặng hoặc hạt nhỏ và bê tông nhẹ)
Để đảm bảo các dải nghiêng ở bụng dầm không bị phá hoại do nén
Vậy dầm không bị phá hoại do nén
Chọn s = 200mm bố trí trong đoạn L/2 ở giữa dầm
Bảng 6.6 Bảng tính cốt thép dọc cho dầm B21
Bảng 6.7 Bảng tính cốt thép dọc cho dầm B22
Bảng 6.8 Bảng tính cốt thép dọc cho dầm B37
Bảng 6.9 Bảng tính cốt thép dọc cho dầm B38
Tính toán cốt thép vách
6.6.1 Phương pháp vùng biên chịu moment
Vách là cấu trúc chịu lực quan trọng trong nhà cao tầng, nhưng tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam chưa đề cập cụ thể đến việc tính toán cốt thép Do đó, đồ án này áp dụng phương pháp “giả thiết vùng biên chịu môment” để thực hiện tính toán cốt thép cho vách cứng.
Nội dung của phương pháp “giả thiết vùng biên chịu mômen”
Thông thường, các vách cứng dạng công-xon phải chịu tổ hợp nội lực sau: N,
Vách cứng được thiết kế để chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó, vì vậy có thể bỏ qua khả năng chịu mô men ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy Chỉ cần xem xét tổ hợp nội lực bao gồm: N, My, và Qx.
Hình 6.4 Nội lực vách cứng
Phương pháp này xác định rằng cốt thép ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ momen, trong khi lực dọc trục được giả định phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của vách.
6.6.2 Các bước tính toán thép dọc cho vách
Bước đầu tiên là giả định chiều dài B của vùng biên chịu moment Trong quá trình phân tích, cần xem xét vách chịu lực dọc trục N và momen uốn trong mặt phẳng My, momen này tương đương với một cặp ngẫu lực được đặt tại hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên l,r b l r
+ F : Diện tích mặt cắt vách
+ Fb : Diện tích vùng biên
Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo và nén cho cột Đối với vùng biên, cần tính toán cốt thép cho cột chịu kéo - nén đúng tâm Khả năng chịu lực của cột này được xác định theo công thức cụ thể.
+Rn, Ra: Cường độ tính toán chịu nén của BT và của cốt thép
+ Fb, Fa: diện tích tiết diện BT vùng biên và của cốt thép dọc
+1 : hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc) Xác định theo công thức thực nghiệm, chỉ dùng được khi:
i : độ mảnh của cột Với: lo: chiều dài tính toán của cột imin: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh imin= 0.288×b
Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén : n b nen a a
Khi N < 0, trong vùng biên chịu kéo, ứng lực kéo do cốt thép chịu sẽ được tính toán dựa trên diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức: nen a a.
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu không đạt yêu cầu, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính lại từ bước 1 Chiều dài B tối đa của vùng biên là L/2; nếu vượt quá giá trị này, cần tăng bề dày vách.
Khi tính ra Fa < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo Theo TCVN 5574-2012 Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình và mạnh
+ Cốt thép đứng: hàm lượng 0.6% 3.5%
+ Cốt thép ngang: hàm lượng 0.4% nhưng không chọn ít hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc
Trong tính toán nội lực vách này chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
Bước 5: Kiểm tra tường còn lại để đảm bảo cấu kiện chịu nén đúng tâm Nếu bê tông đã đạt khả năng chịu lực, cốt thép chịu nén sẽ được bố trí theo thiết kế.
Bước 6: Tính toán cốt thép ngang cho tiết diện bất kỳ của vách, cần gia cường thép đai ở hai đầu vách do ứng suất cục bộ thường xuất hiện tại đây Ứng suất tiếp và ứng suất pháp theo phương nằm trong mặt phẳng sẽ lớn nhất ở vị trí truyền lực, sau đó lan tỏa ra xung quanh Việc tính toán cốt đai cho vách được thực hiện tương tự như tính toán cốt đai cho dầm.
Kiểm tra điều kiện hạn chế:
Bêtông không bị phá hoại khi ứng suất nén chính thỏa mãn điều kiện Qmax < Q0 = k0.Rn.b.h0 Đối với khả năng chịu cắt của bê tông, điều kiện cần thỏa mãn là Qmax < Q1 = k1.Rk.b.h0 (với k1 = 0.8) Nếu cả hai điều kiện (1) và (2) đều được đáp ứng, chỉ cần bố trí cốt đai theo cấu tạo Điều kiện về chiều dài bước đai được xác định bởi công thức: u u tt R ad n F d R bh k 2 2.
Bước 7: Bố trí cốt thép cho vách cứng
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc và ngang không được lớn hơn trị số nhỏ nhất trong hai trị số sau: s 1.5b s 30 cm
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo “TCVN 5574:2012” như sau:
+ Phải đặt hai lớp lưới thép Đường kính cốt thép chọn không nhỏ hơn 10 mm và không hơn 0.1b
+ - Hàm lượng cốt thép đứng chọn 0.6% 3.5% (đối với động đất trung bình và mạnh )
+ Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng 0.4% ( đối với động đất trung bình và mạnh ) Dùng đai 2 nhánh (n = 2)
Cần thực hiện các biện pháp tăng cường tiết diện tại khu vực biên của các vách cứng Đồng thời, ở các góc liên kết giữa các vách cứng, cần bố trí các đai liên kết để đảm bảo tính chắc chắn và ổn định cho công trình.
Do môment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên Fa=max(Fa nén; Fa kéo); cốt thép vùng giữa Fa’
6.6.3 Tính toán cốt ngang cho vách cứng Điều kiện tính toán: b3 (1 f n ) R bh b bt o Q max 0.3 wl b1 b R bh b o
+ b3 = 0.6: đối với bê tông nặng
+ f = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén
: hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc
Khoảng cách giữa các cốt ngang theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:
2 n bt o sw sw tt 2 max
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt:
Khoảng cách thiết kế của cốt ngang là: s = min (stt; smax; sct) Đường kớnh cốt ngang: chọn ỉ = 12 mm và bố trớ đều hết cốt đai với khoảng s = 200 mm
Hình 6.5 Ký hiệu các vách 6.6.4 Tính toán cốt thép cho một trường hợp cụ thể
Chọn vách P6 có kích thước bề rộng tw = 0.3m, Chiều dài L = 2.6m, chạy từ tầng Base đến tầng mái Diện tích mặt cắt ngang vách F = 0.3×2.6 = 0.78 m 2
Kết quả lọc xuất từ ETABS như sau:
Story Pier Load Loc P (kN) M 2 (kNm) M 3 (kNm)
Hình 6.6 Tiết diện vách tính toán
Giả thiết chiều dài vùng biên Bleft = Bright = (0.2-0.25)L = 0.65m
Diện tích vùng biên Fbiên = 0.3×0.52 = 0.156 m 2 Độ mảnh: 0 min l 0.7 h 0.7 3.6
+ Xác định lực kéo , nén trong vùng biên: l
+ Tính toán cốt thép cho vùng biên như cột chịu kéo – nén đúng tâm:
– Diện tích cốt thép chịu nén là:
– Diện tích cốt thép chịu kéo là:
Kiểm tra khả năng chịu lực của vùng giữa:
+ Lực nén do lực dọc N tác dụng lên vùng giữa là: nén giua giua
+ Khả năng chịu lực nén của BT vùng giữa:
Vậy N = 6630 (kN) > Nnén vùng giữa = 423.52 (kN)
Cốt thộp vựng giữa đặt theo cấu tạo ỉ14a200
6.6.5 Ví dụ tính toán thép chéo cửa thang máy (tầng 2)
Hình 6.7 Mô phỏng phá hoại tại góc thang máy
Lực cắt Max ở Spandrel 2 lỗ cửa thang máy là Q = 471.8725 kN s
Bảng 6.10 Bảng tính cốt thép vách P9 dày 30 (cm)
Bảng 6.11 Bảng tính cốt thép vách P10 dày 30 (cm)
Bảng 6.12 Bảng tính cốt thép vách P11 dày 30 (cm)
Bảng 6.13 Bảng tính cốt thép vách P12 dày 30 (cm)
Bảng 6.14 Bảng tính cốt thép vách P5 dày 30 (cm)
Bảng 6.15 Bảng tính cốt thép vách P14 dày 30 (cm)
Bảng 6.16 Bảng tính cốt thép vách P15 dày 30 (cm)
