GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
Nhu cầu của việc xây dựng công trình
Ngày nay, với sự phát triển của nền kinh tế quốc gia và dân số ngày càng tăng, đất đai dành cho xây dựng ngày càng hạn chế, dẫn đến giá đất không ngừng tăng cao Sự tiến bộ trong khoa học kỹ thuật xây dựng, cùng với việc ứng dụng thang máy, cơ giới hóa và điện khí hóa, đã trở nên phổ biến Bên cạnh đó, nhu cầu về nhà ở của người dân cũng ngày càng cao, chuyển từ mong muốn "ăn no, mặc ấm" sang "ăn ngon, mặc đẹp".
Trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế, thành phố Lào Cai cần cải thiện diện mạo đô thị bằng cách thay thế các khu dân cư nghèo nàn và chung cư cũ kỹ bằng những chung cư hiện đại, tiện nghi hơn Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu sống của người dân mà còn phù hợp với quy hoạch đô thị bền vững của thành phố.
Chung cư An Dương Vương được xây dựng để đáp ứng nhu cầu của người dân và đóng góp vào sự phát triển chung của thành phố.
Giới thiệu công trình
Tên công trình: Khu căn hộ An Dương Vương
Công trình nằm ở TP Lào Cai
Quy mô và đặc điểm công trình:
Theo phụ lục 1 – Thông tư số 10/2013/TT-BXD ngày 25/07/2013 của Bộ Xây dựng: Công trình xây dựng cấp 1
Công trình gồm các nhà văn phòng và căn hộ 23 tầng cao 58.9m chưa kể tầng hầm
Tầng hầm 1 phục vụ như bãi giữ xe cho cư dân căn hộ và khu vực lân cận, dành cho xe máy và ô tô Ngoài ra, đây cũng là nơi lưu trữ các thiết bị chiếu sáng dự phòng như máy phát điện và kho.
Tầng trệt: cao 5m, nhằm phục vụ việc kinh doanh dịch vụ, cửa hàng buôn bán như trung tâm mua sắm
Tầng 2 - 14: khu căn hộ với chiều cao mỗi tầng là 3.6m, bao gồm 8 căn hộ đáp ứng nhu cầu nhà ở của người dân
Tầng thượng: Khu vực trống với 2 bể nước mái cung cấp nước cho căn hộ và nước chữa cháy cho toàn bộ chung cư
2 Một số hình ảnh của công trình:
Mặt bằng các tầng căn hộ (tầng điển hình)
3 Giải pháp kiến trúc của công trình:
Tầng hầm có độ cao -1.500m, chủ yếu phục vụ cho việc cho thuê căn hộ với diện tích lớn dành cho việc để xe (garage) Thiết kế hợp lý các hộp gain nhằm tạo không gian thoáng đãng cho tầng hầm Hệ thống cầu thang bộ và thang máy được bố trí ngay tại lối vào tầng hầm, giúp người sử dụng dễ dàng tiếp cận Đồng thời, hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) cũng được thiết kế dễ dàng quan sát.
Công trình có mặt bằng hình chữ nhật với tỷ lệ hai cạnh L/B nhỏ hơn 2, giúp tăng cường khả năng chống đỡ các tải trọng ngang như động đất và gió bão Khối xây vuông vức từ mặt đất đến đỉnh công trình tạo nên sự ổn định và hài hòa Hình dạng đều đặn của công trình từ dưới lên trên mang lại tính cân đối và thẩm mỹ cho tổng thể kiến trúc.
Công trình kiến trúc hiện đại này hài hòa với cảnh quan đô thị, nổi bật với các đường nét ngang và thẳng đứng, mang đến sự bề thế và vững chãi Việc sử dụng vật liệu mới, cùng với những mảng kính dày màu xanh và màu sơn tinh tế, tạo nên vẻ sang trọng và hiện đại cho công trình.
Giải pháp thiết kế mặt bằng đơn giản giúp tạo ra không gian rộng rãi cho các căn hộ, mang lại cảm giác thoải mái cho cư dân và đảm bảo an toàn trong chung cư.
3.3 Giải pháp giao thông công trình:
− Giao thông theo phương ngang thông giữa các phòng là hành lang giữa
− Giao thông theo phương đứng thông giữa các tầng là cầu thang bộ và thang máy
Hành lang tại các tầng kết nối với cầu thang giúp tạo ra lối đi thuận tiện và thông thoáng cho người sử dụng, đồng thời đảm bảo an toàn thoát hiểm trong trường hợp xảy ra sự cố như cháy nổ.
3.4 Giải pháp kết cấu kiến trúc:
− Hệ kết cấu của công trình là hệ kết cấu BTCT toàn khối
− Mái phẳng bằng bê tông cốt thép và được chống thấm
− Cầu thang bằng bê tông cốt thép toàn khối
− Bể chứa nước bằng bê tông cốt thép và bể nước bằng inox được đặt trên tầng mái
Bể dùng để trữ nước, từ đó cấp nước cho việc sử dụng của toàn bộ các tầng và việc cứu hỏa
− Tường bao che dày 200mm, tường ngăn dày 100mm Phương án móng dùng phương án móng cọc khoan nhồi
4 Các giải pháp kỹ thuật khác:
Công trình sử dụng nguồn điện từ tỉnh và có máy phát điện dự trữ để đảm bảo cung cấp điện liên tục Toàn bộ hệ thống điện được lắp đặt ngầm trong quá trình thi công, với đường dây chính nằm trong hộp kỹ thuật và gen điện Mạng điện trong công trình được thiết kế theo các tiêu chí an toàn và hiệu quả.
Để đảm bảo an toàn, không nên đi qua khu vực ẩm ướt như nhà vệ sinh Mỗi tầng đều được trang bị hệ thống điện an toàn với khả năng ngắt điện tự động từ 1A đến 80A, được bố trí theo từng tầng và khu vực, giúp phòng chống cháy nổ hiệu quả Hệ thống này cũng dễ dàng sửa chữa khi có sự cố và thuận tiện trong việc kiểm soát, cắt điện khi cần thiết.
Dễ thi công: Mỗi khu vực thuê được cung cấp 1 bảng phân phối điện Đèn thoát hiểm và chiếu sáng
Công trình sử dụng nước từ hệ thống cấp nước TP HCM, được chứa trong bể ngầm và bơm lên bể nước mái Từ bể mái, nước được phân phối xuống các tầng qua các ống dẫn chính Hệ thống bơm nước được thiết kế hoàn toàn tự động, đảm bảo cung cấp đủ nước cho sinh hoạt và cứu hỏa.
Các đường ống dẫn nước được bảo vệ bằng hộp gen nước và hệ thống cấp nước được lắp đặt ngầm trong các hộp kỹ thuật Đường ống cứu hỏa chính được bố trí dọc theo khu vực giao thông đứng và trên trần nhà ở mỗi tầng.
Nước mưa trên mái sẽ được thu gom qua các lỗ dẫn nước và chảy vào các ống thoát nước mưa có đường kính 0 mm xuống dưới Hệ thống thoát nước thải được thiết kế riêng biệt, trong đó nước thải từ các buồng vệ sinh sẽ được dẫn qua ống riêng để đưa vào bể xử lý nước thải trước khi hòa vào hệ thống thoát nước chung.
Tòa nhà được thiết kế với cửa sổ tự nhiên thông thoáng ở tất cả các tầng, cùng với các khoảng trống thông tầng giúp tăng cường sự lưu thông không khí Hệ thống điều hòa không khí được trang bị cho toàn bộ tòa nhà, với họng thông gió dọc theo cầu thang bộ và sảnh thang máy Ngoài ra, quạt hút được sử dụng để thoát hơi cho các khu vệ sinh, trong khi ống dẫn khí được dẫn lên mái.
Các tầng trong công trình được chiếu sáng tự nhiên nhờ vào các cửa kính bên ngoài và giếng trời, đồng thời hệ thống chiếu sáng nhân tạo cũng được thiết kế hợp lý để đảm bảo ánh sáng đầy đủ cho những khu vực cần thiết.
4.6 Hệ thống PCCC: Được trang bị hệ thống chống sét theo đúng các yêu cầu và tiêu chuẩn về chống sét nhà cao tầng (Thiết kế theo TCVN 46 –84) Công trình còn có hệ thống báo cháy tự động và bình chữa cháy bố trí ở khắp các tầng, khoảng cách xa nhất từ các phòng có người ở đến lối thoát gần nhất nằm trong quy định,…
Rác thải được thu gom từ các tầng thông qua hệ thống kho thoát rác, với gian rác được bố trí tại tầng hầm và có cơ chế đưa rác ra ngoài Thiết kế gian rác kín đáo và được xử lý cẩn thận nhằm ngăn ngừa mùi hôi, góp phần bảo vệ môi trường.
PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
Tổng quan
Để đáp ứng các yêu cầu về kết cấu, phương án sàn sườn bê tông toàn khối được lựa chọn cho công trình này là hợp lý, đặc biệt với chiều cao tầng thấp Điều này giúp tối ưu hóa không gian và lựa chọn sàn phẳng làm giải pháp kết cấu chính Hệ kết cấu khung và vách được kết hợp để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
* Các tiêu chuẩn thiết kế:
[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 9362 : 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
[7] TCVN 10304 : 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
[8] TCVN 5575-2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế
Lựa chọn giải pháp kết cấu
1 Hê kết cấu chịu lực chính:
Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau:
- Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống
- Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp
Các hệ kết cấu đặc biệt bao gồm hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép Những hệ kết cấu này được thiết kế để tăng cường khả năng chịu lực và ổn định cho công trình, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn trong xây dựng.
Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng thi công thực tế của từng công trình
Kết cấu tường chịu lực, hay còn gọi là vách cứng, là hệ thống tường có khả năng chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang, rất phù hợp cho các chung cư cao tầng Một trong những ưu điểm nổi bật của kết cấu này là không cần sử dụng hệ thống dầm sàn, giúp tối ưu hóa không gian và giảm chi phí xây dựng.
Khi thiết kế nhà, việc kết hợp tối ưu với phương án không bị hệ thống dầm cản trở là rất quan trọng, giúp giảm chiều cao của ngôi nhà Hệ kết cấu tường chịu lực kết hợp với hệ sàn tạo thành một hộp nhiều ngăn, mang lại độ cứng không gian lớn và tính liền khối cao Điều này giúp cải thiện độ cứng phương ngang và khả năng chịu lực, đặc biệt là đối với tải trọng ngang.
Kết cấu vách cứng có khả năng chịu động đất tốt, được chứng minh qua các nghiên cứu thiệt hại từ các trận động đất lịch sử như ở California năm 1971, Nicaragua năm 1972 và Rumani năm 1977 Các công trình với kết cấu vách cứng chỉ chịu hư hỏng nhẹ, trong khi những công trình có kết cấu khung thường bị hư hại nặng nề hoặc sụp đổ hoàn toàn Do đó, kết cấu vách cứng trở thành giải pháp ưu tiên cho các công trình xây dựng.
Dầm và sàn kết hợp với nhau tạo thành hệ khung cứng, hỗ trợ các phần không chịu lực của công trình, đồng thời tạo ra không gian bên trong phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Hệ khung cứng đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận tải trọng từ sàn và dầm, sau đó truyền tải xuống móng và nền đất Nó cũng chịu trách nhiệm phân phối tải trọng ngang tác động lên công trình giữa các cột và vách, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho toàn bộ cấu trúc.
Hệ kết cấu khung – vách và khung – lõi là lựa chọn phổ biến trong thiết kế nhà cao tầng nhờ vào khả năng chịu tải ngang hiệu quả Tuy nhiên, việc áp dụng hệ kết cấu này yêu cầu tiêu tốn nhiều vật liệu và quy trình thi công phức tạp hơn so với các hệ thống khác.
- Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu
Lựa chọn phương án sàn hợp lý là yếu tố quan trọng trong xây dựng Do đó, việc phân tích chính xác là cần thiết để xác định phương án phù hợp với cấu trúc công trình.
- Giải pháp kết cấu chính của công trình được lựa chọn là cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn:
Tính toán đơn giản và sự phổ biến trong ứng dụng tại Việt Nam là những ưu điểm nổi bật, cùng với đa dạng công nghệ thi công giúp dễ dàng lựa chọn phương pháp thi công phù hợp.
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng công trình lớn và không tiết kiệm không gian sử dụng Tuy nhiên, với bước cột 7.5m và chiều cao tầng 3.6m, chiều cao dầm sẽ không chiếm quá nhiều không gian, giúp công trình sau khi hoàn thiện không bị ảnh hưởng đáng kể.
3 Nguyên tắc tính toán kết cấu:
Khi thiết kế, việc tạo sơ đồ kết cấu và xác định kích thước tiết diện cùng với bố trí cốt thép là rất quan trọng Điều này đảm bảo độ bền, ổn định và độ cứng không gian của công trình, cả trong tổng thể và từng phần riêng biệt.
8 bộ phận kết cấu Việc đảm bảo đủ khả năng chịu lực phải trong cả giai đoạn xây dựng và sử dụng
Khi tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cần phải thỏa mãn những yêu cầu về tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn
3.1 Nhóm trạng thái giới hạn thứ 1:
Nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu, cụ thể bảo đảm cho kết cấu:
- Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động
- Không bị mất ổn định về hình dáng và vị trí
- Không bị phá hoại khi kết cấu bị mỏi
- Không bị phá hoại do tác động đồng thời của các nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường
3.2 Nhóm trạng thái giới hạn thứ 2:
Nhằm đảm bảo sự làm việc bình thường của kết cấu, cụ thể cần hạn chế:
- Khe nứt không mở rộng quá giới hạn cho phép hoặc không xuất hiện khe nứt
- Không có những biến dạng quá giới hạn cho phép như độ võng, góc xoay, góc trượt, dao động
4 Phương pháp xác định nội lực:
Nội lực thường được xác định thông qua phương pháp tính tay thủ công, nhưng quy trình này tốn thời gian, phức tạp và dễ xảy ra sai sót, dẫn đến độ chính xác không cao Thêm vào đó, các sơ đồ tính thường sử dụng ngàm và khớp lý tưởng chỉ là giả thiết, trong khi điều kiện biên thực tế không lý tưởng Do đó, một số trường hợp tải trọng chỉ được quy đổi gần đúng, và các công thức giải chỉ áp dụng khi vật liệu còn hoạt động trong miền đàn hồi.
- Do đó chọn phương pháp kết hợp giải nội lực theo phương pháp tính tay và phần mềm (giải theo phương pháp phần tử hữu hạn FEM)
Kết quả phần mềm giải có độ tin cậy cao khi đáp ứng các tiêu chí biến dạng phù hợp với đường tác dụng tải trọng và vị trí đặc lực Nếu nội lực giải ra khác biệt đáng kể so với tính toán tay, cần có đánh giá và lý giải hợp lý cho sự khác nhau này Mô hình phần mềm cũng xem xét ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cấu kiện, giúp đưa ra những phân tích chính xác hơn.
- Trong phạm vi đồ án này, sinh viên sử dụng các phần mềm sau để phân tích nội lực của mô hình:
+ Phần mềm ETABS v9.7.4: phần mềm phần tử hữu hạn phân tích sự làm việc của toàn bộ công trình, và một số cấu kiện tổng quát
+ Phần mềm SAFE V12.3: phần mềm phần tử hữu hạn chuyên phân tích cấu kiện dạng tấm (bản sàn, móng,…)
Trong quá trình mô hình tính toán, sự liên kết giữa các phần mềm và phiên bản hỗ trợ có thể gặp khó khăn Điều này dẫn đến việc mô hình và phân tích có thể sử dụng các phiên bản khác nhau cho một số bộ phận.
STT Ký hiệu sàn Chức năng
Lựa chọn phương án
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
+ Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 290 MPa
+ Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
2 Sơ bộ kích thước kết cấu:
− Chiều dày sàn sơ bộ:
Tỷ lệ 2 cạnh của ô sàn có các cạnh lớn nhất là L2/L1 = 8.5/7.5 = 1.13 < 2, ô sàn bản kê 4 cạnh, làm việc 2 phương
Chiều dày sàn được chọn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng, có thể sơ bộ xác định chiều dày theo công thức sau:
Trong đó: L1 - là cạnh ngắn của ô bản
D = 0,8 1,4 phụ thuộc vào tải trọng m = 30 35 với bản đơn m = 40 45 với bản kê bốn cạnh
Vì kích thước nhịp các bản không chênh lệch nhiều, chúng ta quyết định chọn chiều dài nhịp Ln = 8.5 m cho ô lớn nhất, từ đó áp dụng cho các ô còn lại nhằm thuận tiện cho quá trình thi công và tính toán.
− Sơ bộ tiết diện dầm khung:
Kích thước tiết diện dầm được xác định sơ bộ dựa trên nhịp dầm, nhằm đảm bảo thông thủy cần thiết trong chiều cao tầng và khả năng chịu lực đầy đủ.
Chọn kích thước dầm chính là 400x600mm
Chọn kích thước dầm phụ là 400x600mm
+ Các dầm biên ta chọn tiết diện 300x700mm
+ Các dầm dọc trục 4, 5 chọn tiết diện 300x600mm
− Sơ bộ tiết diện cột:
Diện tích tiết diện cột (có kể đến thép chịu nén để giảm tiết diện cột) được xác định sơ bộ như sau: c b b sc
Trong đó : N = ∑ ni.qi.Si
Với : ni - số tầng qi - lấy theo thống kê sơ bộ từ 1.2 - 1.5 T/m 2 (11.8 – 14.7 kN/m 2 ) tải trọng phân bố trên 1m 2 sàn thứ i (tĩnh tải + hoạt tải)
Si - diện tích truyền tải xuống tầng thứ i k = 1÷1.5 - hệ số kể đến tải trọng ngang gây momen gia tăng ứng suất nén trong cột
Rb = 17 (MPa) - cường độ chịu nén tính toán của bê tông B30
Rsc = 290 (MPa) - cường độ chịu nén tính toán của thép AIII
12 μ = (1÷4)% - hàm lượng cốt thép trong cột khi xét động đất theo TCXDVN
Theo tiêu chuẩn 9386:2012, để đáp ứng các yêu cầu về kiến trúc và giảm kích thước cột, sinh viên đã giả định hàm lượng thép là 2% Điều này cho phép thép tham gia vào quá trình chịu nén cùng với bê tông, từ đó giúp tối ưu hóa kích thước cột.
Sơ bộ kích thước các cột 1-C, 3-A, 3-E, 4-A, 4-E, 5-A, 5-E, 6-A, 6-E, 8-C
Diện tích truyền tải q N Hàm lượng thộp à k
A tt bxh A chọn m 2 kN/m 2 k/N cm 2 cm cm 2
Sơ bộ kích thước các cột 2-B, 2-D, 7-B, 7-D
Diện tích truyền tải q N Hàm lượng thộp à k Att bxh A chọn m 2 kN/m 2 k/N cm 2 cm cm 2
Sơ bộ kích thước các cột trục 2C, 3B, 3C, 3D, 4B, 4D, 5B, 5D, 6B, 6C, 6D, 7C
Diện tích truyền tải q N Hàm lượng thộp à k Att bxh A chọn m 2 kN/m 2 k/N cm 2 cm cm 2
− Sơ bộ kích thước vách cứng và lõi thang:
+ Từng vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó
Các lỗ trên vách cần được thiết kế sao cho không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu tải của vách Đồng thời, cần áp dụng các biện pháp cấu tạo tăng cường cho khu vực xung quanh các lỗ này.
+ Độ dày của thành vách (b) chọn không nhỏ hơn 150 mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng
Chọn tiết diện vách cứng b = 300 (mm) cho vách lõi thang và biên
3 Tải trọng tác dụng lên sàn:
- Tải trọng thẳng đứng gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải)
- Tĩnh tải tác dụng lên công trình gồm:
+ Trọng lượng bản thân công trình
+ Trọng lượng các lớp hoàn thiện, tường, kính, đường ống thiết bị…
Hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên công trình được xác định theo công năng sử dụng của sàn ở các tầng (Theo TCVN 2737:1995 – Tải trọng và tác động)
Tải trọng thường xuyên là trọng lượng của các bộ phận công trình, trong khi tải trọng tạm thời có thể xuất hiện hoặc không trong một giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng.
- Tĩnh tải và hoạt tải được tính toán dựa trên TCVN 2737:1995 - Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
3.1 Tải trọng đứng tác dụng lên công trình:
Tĩnh tải do trọng lượng bản thân sàn:
Các lớp cấu tạo sàn
Tải trọng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn điển hình, hành lang
Vật liệu Trọng lượng riêng (kN/m 3 )
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
Bản thân kết cấu sàn 25 0.2 5.0 1.1 5.5
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn 1.38 1.726
Tải trọng các lớp hoàn thiện tác dụng lên nhà vệ sinh, ban công
Vật liệu Trọng lượng riêng (kN/m 3 )
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Hệ số vượt tải Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
Bản thân kết cấu sàn 25 0.2 5.0 1.1 5.5
Vữa lát nền, tạo dốc 20 0.05 1.0 1.3 1.3
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn 2.19 2.761
Tải trọng các lớp hoàn thiện tác dụng tầng mái
Vật liệu Trọng lượng riêng (kN/m 3 )
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
Bản thân kết cấu sàn 25 0.15 3.75 1.1 4.125
Vữa lát nền, tạo dốc 20 0.05 1.0 1.3 1.3
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn 2.13 2.7
Hoạt tải được sử dụng tùy theo công năng sử dụng của từng ô sàn, tra TCVN 2737-1995 Kết quả được thể hệ như sau:
Giá trị hoạt tải phòng
Loại phòng Hoạt tải tiêu chuẩn (kN/m 2 ) Hệ số vượt tải Hoạt tải tính toán
Phòng ngủ, phòng khách, phòng bếp, phòng vệ sinh 1.5 1.3 1.95
+ Tường ngăn giữa các khu vực khác nhau trên mặt bằng dày 100, 200mm
Tường ngăn xây bằng gạch rỗng có = 17.65 (kN/m 3 )
Công thức tính tải trọng tường được xác định bằng: \( g_{ttt} = \gamma \times b \times h_{tt} \) và \( g_{tct} = g \times n \) Trong đó, \( g_{ttt} \) là tải trọng tính toán của tường, \( g_{tct} \) là tải trọng tính toán của tường, \( b_t \) (0.1, 0.2m) là chiều dày của tường, \( h_t \) (3.6, 5m) là chiều cao tường (thường lấy bằng chiều cao tầng), và \( n \) là hệ số vượt tải.
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Mô hình sàn
Mô hình bằng Safe 2016 16.0.1 sàn điển hình (tầng 4):
Mô hình của sàn tầng điển hình
Tĩnh tải sàn điển hình:
19 Hoạt tải LL1 (nhỏ hơn 2kN/m)
Hoạt tải LL2 (lớn hơn 2kN/m)
Tải tường tác dụng trên sàn
Tính toán cốt thép sàn
1 Lý thuyết tính toán sàn:
− Ta có moment (M) xác định theo ô sàn từ mô hình Safe m 2 b b 0
− Kiểm tra hàm lượng cốt thép s b b min max R
2 Tính toán thép lớp dưới ô sàn S1 theo phương X:
+ Moment lớn nhất trên ô sàn S1: M = 92.7 kNm
+ Moment tính trên 1m chiều dài: strip strip
Các giá trị còn lại tính toán tương tự: Ô bản
3.1 Kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn:
24 Độ võng sàn tầng điển hình
− Chuyển vị lớn nhất trên sàn: f = 11.4(mm) = 1.14(cm)
− Chuyển vị cho phép tính theo phụ lục C bảng C.1 TCVN 5574-2012
Sàn thỏa điều kiện độ võng
3.2 Kiểm tra độ võng theo giới hạn II:
Theo các điều 7.4.3.4 và 7.4.4.1 của TCVN 5574 – 2012, chuyển vị toàn phần f của kết cấu dầm – sàn ở những đoạn có vết nứt trong vùng chịu kéo được tính toán theo công thức: f = f1 – f2 + f3.
+ f1 là chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng thường xuyên dùng để tính toán biến dạng theo chỉ dẫn ở 4.2.11 của TCVN 5574 – 2012 ;
+ f2 là chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn;
+ f3 = f2 là chuyển vị do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
Theo điều 7.4.2.3, bê tông sử dụng cho công trình phải là bê tông nặng Độ ẩm trung bình hàng năm của thành phố Nha Trang dao động từ 75-80%, với hệ số ảnh hưởng từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng của kết cấu là b2 0.8 2 0.8 1.6.
− Xác định hệ số hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn so với hoạt tải tiêu chuẩn toàn phần theo quan điểm như sau :
Hoạt tải tác dụng lên các ô sàn có giá trị khác nhau tùy thuộc vào công năng của từng ô Sự chuyển vị của các ô sàn sẽ phụ thuộc vào mức độ hoạt tải tác dụng và nhịp của các cấu kiện.
Để đảm bảo an toàn và thuận tiện trong việc tính toán hệ số hoạt tải dài hạn và ngắn hạn, cần áp dụng công thức tính độ võng đồng đều cho các ô sàn, đặc biệt là cho phòng khách.
− Xác định hệ số hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn tầng điển hình :
+ Hoạt tải tiêu chuẩn toàn phần trong ô S7 (phòng kỹ thuật), S8 (hành lang) là
300 kG/m 2 ; hoạt tải dài hạn 100 kG/m 2 , suy ra hệ số Kdh = 0.33, Knh = 0.67;
+ Hoạt tải tiêu chuẩn toàn phần ô phòng khách là 150 kG/m 2 ; hoạt tải dài hạn 130 kG/m 2 , suy ra hệ số Kdh = 0.87, Knh = 0.13;
Hệ số vượt tải Nội dung tính toán kiểm tra f1
DL 1.0 x 1.0 - Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng thường xuyên (DL, SDL)
- Tạm thời dàn hạn và ngắn hạn (LL)
DL 1.0 x 1.0 - Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên (DL, SDL)
- Tải trọng tạm thời dài hạn (LL)
DL 1.0 x 1.0 x 1.6 - Chuyển vị do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên (DL, SDL)
- Tải trọng tạm thời dài hạn kể đến từ biến của bê tông (LL)
(Chuyển vị thẳng đứng dầm sàn)
Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và ngắn hạn (f1)
Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn (f2)
Chuyển vị do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn kể đến từ biến của bê tông (f3)
− Chuyển vị lớn nhất ở vị trí biên sàn điển hình:
− Chuyển vị tổng thẳng đứng của dầm sàn là: f = f1 - f2 + f3 = 1.001-0.986+1.575 = 1.59(cm)
− Chuyển vị cho phép theo phụ lục C bảng C.1 TCVN 5574-2012:
Sàn thỏa điều kiện độ võng
4 Tính toán kiểm tra khe nứt theo tiêu chuẩn:
4.1 Kiểm tra khả năng xảy ra nứt:
− Giá trị moment lớn nhất trên sàn là tại ô S2 (phòng ngủ có hs = 180mm)
− Moment chống nứt của tiết diện đang xét:
Trong đó, moment kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng chịu kéo:
' bo so ' so pl bo
− Tỷ số mô đun đàn hồi thép/bê tông: s b
− Diện tích cốt thép bố trí trong vùng chịu kéo: c
− Diện tích tiết diện ngang quy đổi khi coi vật liệu đàn hồi:
− Chiều cao tương đối của vùng chịu nén:
− Momen quán tính đối với trục trung hòa của tiết diện vùng bê tông chịu nén:
− Momen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo:
− Momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu kéo:
M = R W = 1.8×9968385.76 = 17.94(kN.m) (với Rbt.ser = 1.8 – bảng 12 mục 5.1.2.3 TCVN 5574-2012)
Kết luận: M = 17.94(kNm)cr M c 31.127 kNm Vậy bê tông tại vùng chịu kéo của tiết diện có khe nứt hình thành
Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012, sàn được phân loại cấp chống nứt là cấp 3, với bề rộng khe nứt giới hạn được quy định là 0.3 mm.
- Sàn được tính theo cấu kiện chịu uốn Vết nứt được tính theo sự hình thành vết nứt thẳng góc với trục dọc cấu kiện
- Theo TCVN 5574-2012 bề rộng khe nứt được xác định theo công thức: s 3 cr 1 s a 20(3.5 100 )
: Hệ số lấy đối với:
+ Cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm: 1.0
Hệ số η được xác định khi có tác động của tải trọng tạm thời ngắn hạn, cùng với tác động ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn.
+ Với cốt thép thanh có gờ: 1.0
+ Với thanh thép tròn trơn: 1.3
+ Với cốt thép sợi có gờ hoặc cáp: 1.2
+ Với cốt thép trơn: 1.4 ϕ: đường kính cốt thép (mm)
s : Ứng suất trong các thanh cốt thép chịu kéo lớp ngoài cùng tính theo công thức s s
M: Momen tiêu chuẩn tác dụng lên thành hồ trong 1m chiều rộng
Diện tích cốt thép z là khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện cốt thép S đến vị trí của hợp lực trong vùng chịu nén của tiết diện bê tông phía trên vết nứt.
h’f = 2a’ hoặc h’f = 0: Tương ứng khi có hoặc không có cốt thép S’ đối với cấu kiện tiết diện chữ nhật hoặc chữ T có cánh trong vùng chịu kéo
− Chiều cao vùng chịu nén tương đối của bê tông được tính như sau:
Số hạng thứ 2 của công thức được xác định bằng dấu “+” khi có lực nén và dấu “-” khi có lực kéo Tuy nhiên, do tính toán cho cấu kiện chịu uốn, số hạng thứ 2 này sẽ bằng 0.
Hệ số được xác định như sau: bê tông nặng và bê tông nhẹ có hệ số là 1.8; bê tông hạt nhỏ có hệ số 1.6; trong khi bê tông rỗng và bê tông tổ ong có hệ số là 1.4.
Độ lệch tâm của lực Ntot so với trọng tâm tiết diện cốt thép S được ký hiệu là es.tot, tương ứng với momen M Do tính toán theo cấu kiện chịu uốn, giá trị es.tot được xác định là 0.
f : Được xác định theo công thức:
As’: Diện tích cốt thép căng trước ( A`s 0 ) b : Phần chiều cao chịu nén của cánh tiết diện chữ I, T ( b'f = 0)
Hệ số đặc trưng trạng thái đàn hồi-dẻo của bê tông trong vùng chịu nén chịu ảnh hưởng từ độ ẩm môi trường và các đặc tính dài hạn của tải trọng.
Khi tác dụng ngắn hạn của tải trọng: Đối với mọi loại bê tông v = 0.45 h0 (mm) δ φ1 η M tc (kNm) As (mm 2 ) z (mm) Es (MPa) φf
Thỏa điều kiện chống nứt
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
Cấu tạo cầu thang
− Cầu thang dạng bản hai vế có 24 bậc, mỗi vế gồm 12 bậc thang, bậc thang có kích thước:
+ Chiều cao bậc thang: hb = 150mm
+ Chiều rộng bậc thang: lb = 300mm
− Góc nghiêng cầu thang: b b h 150 tan 0.5 26 34 ' l 300
(L0 là nhịp tính toán của bản thang)
Chọn chiều dày bản thang là hb = 160mm
− Kích thước dầm chiếu tới, chiếu nghỉ chọn theo công thức:
cn,ct cn,ct h 400 b 133.33 200 mm
Kích thước dầm thang: b x h = 300 x 400 (mm)
- Gồm có tải trọng lên bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ
Tải trọng tác dụng bản nghiêng bậc thang:
Tải trọng tác dụng lên bản thang (bản nghiêng) liên quan đến lớp gạch (đá hoa cương, đá mài, ) và lớp vữa xi măng có chiều dày Để xác định chiều dày tương đương, cần áp dụng các phương pháp tính toán chính xác.
Đối với bậc thang (xây gạch hoặc BTCT) có kích thước lb, hb chiều dày tương đương xác định như sau: o b td h cos 150 cos 26 34 '
Chiều dày, khối lượng các lớp cấu tạo cầu thang
STT Lớp vật liệu Tỷ trọng γ Bề dày lớp Hệ số vượt tải, n g tt
2 Gạch lót, đá hoa cương 24 26.8 1.1 0.708
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ:
STT Lớp vật liệu Tỷ trọng, γ Bề dày lớp, Hệ số vượt tải n g tt
1 Gạch lót, đá hoa cương 24 20 1.1 0.528
Hoạt tải tiêu chuẩn p tc 3 kN / m 2
Hoạt tải tính toán: p tt n p tc 1.2 3 3.6 kN / m 2
Tổng tải trọng tính toán tác dụng
(kN/m 2 ) Tác dụng lên vế thang 11.27 Tác dụng lên chiếu nghỉ 9.009
- Xem bản thang như 1 dầm đơn giản, ta cắt 1 dải rộng 1m dọc theo bản cầu thang, được 1 dầm có b x h = 0.18 x 1 (m 2 )
- Tính giá trị moment ở bản lớn hơn để thiết kế cốt thép chung cho cả 2 bản thang
- Sử dụng SAP 2000 v14.2.2 để hỗ trợ tính toán nội lực bản thang
Sơ đồ tính toán bản thang
Mô hình bản thang trong SAP 2000 (hình chiếu 3D)
Lực cắt trong bản thang
Theo Bảng 4 Mục 4.2.11 TCVN 5574-2012 độ võng của bản thang được kiểm tra theo điều kiện: f < fgh
Với nhịp bản thang là L = 3.6 + 1.7 = 5.3 > 5
Giới hạn độ võng của bản thang là fgh = 2.5cm
Ta có độ võng từ phần mềm SAP 2000: Độ võng tại đoạn gãy chiếu nghỉ và bản thang Độ võng tại nhịp bản thang
Có độ võng fcn = 0.25mm và fbt = 2.25mm < fgh => bản thang thỏa điều kiện độ võng.
Tính toán cốt thép cho cầu thang
1 Tính toán cốt thép bản thang:
Bê tông B30: Rb = 17 (MPa); Rbt = 1.2 (MPa)
Cốt thép sử dụng AIII: Rs = Rsc = 365 (MPa)
Hệ số điều kiện bê tông: b =1
Giả thiết tính toán cho bài viết này bao gồm các thông số sau: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo là a = 15 mm, do đó chiều cao có ích của tiết diện được tính là h0 = 150 mm - 15 mm = 135 mm Bên cạnh đó, bề rộng tính toán của dải được xác định là b = 1000 mm.
+ Các bước tính toán cốt thép: m 2 b b 0
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s min max o
M (kN.m) b mm ho mm αm cm ξ cm
Chọn thép μ% ϕ a As chọn mm mm mm 2
2 Kiểm tra khả năng chịu cắt bản thang:
Kết quả nội lực cho thấy lực cắt lớn nhất trong bản thang đạt giá trị Q = 23.85 (kNm), từ đó được sử dụng để tính toán khả năng chịu lực của toàn bộ bản thang nhằm đảm bảo an toàn.
- Bê tông không bị phá hoại do ứng suất nén chính:
- Khả năng chịu cắt của bê tông: bbt b b 0
Vậy bản thang đủ khả năng chịu cắt
3 Tính toán cốt thép dầm thang:
Dầm có chiếu tới có kích thước b x h = 300 x 400 (mm)
Tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm:
Phản lực bản thang truyền vào:
Biểu đồ phản lực gối tựa Trọng lượng bản thân dầm chiếu tới: gd (0.4 0.15) 0.3 25 1.1 1.375kN / m
Vậy tải trọng tác dụng dầm thang gồm có gd và phản lực: q R gd 61.47 1.375 62.845kN / m
Sơ đồ tính dầm chiếu tới Nội lực dầm cầu thang được tính bằng phần mềm SAP2000 v14.2.2:
Lực cắt dầm cầu thang
Tính cốt thép dầm cầu thang
+ Giả thiết tính toán: a = 15(mm) khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; h0 = 400 - 15 = 385(mm) chiều cao có ích của tiết diện
Sử dụng bê tông cấp độ bền B30 có Rb = 17 (MPa); Rbt = 1.2 (MPa)
Sử dụng thép AIII có Rs = Rsc = 365 (MPa)
+ Các bước tính toán cốt thép m 2 b b 0
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s min max o
Vị trí M b ho αm ξ As tt Chọn thép %
(kN.m) mm mm cm mm 2 ứ số thanh
− Khả năng chịu cắt của bê tông:
Qmax = 113.12(kN) > Q0 => bê tông không đủ khả năng chịu cắt
2 Tính toán cốt ngang (cốt đai):
Không nên bố trí cốt thép xiên chịu lực cắt, vì điều này yêu cầu rằng lực cắt do ngoại lực tác động không được vượt quá tổng khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai Cụ thể, điều kiện tính toán được thể hiện qua công thức: Q Q = Q + Q u b t sw.
Qb là khả năng chịu cắt của bê tông:
Qsw là khả năng chịu cắt của cốt đai, được tính bằng công thức Qsw = qc sw = ∑R A sw, trong đó A sw là diện tích tiết diện cốt thép đai Ký hiệu c trong công thức đại diện cho chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng lên trục cấu kiện, tính từ mép gối tựa.
+ Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất ứng với 0 b sw c c M
q + Khi đó: Qwb 2 b2 (1 n f)R bh qbt 2 0 sw
+ Khoảng cách cốt đai theo tính toán:
+ Khoảng cách cốt đai lớn nhất để đảm bảo điều kiện không có khe nứt nghiêng chỉ qua bê tông:
+ Khoảng cách cốt đai theo cấu tạo:
Vùng L/4 gần gối tựa: ct h h 450mm s 2
+ Khoảng cách cốt đai theo thiết kế: S tk min(s , s tt max , s ) ct
Chọn cốt đai ỉ8, 2 nhỏnh, cú asw = 50.2 mm 2
Khoảng cốt đai theo tính toán:
Khoảng cốt đai lớn nhất để đảm bảo điều kiện không có khe nứt nghiêng chỉ qua bê tông:
Theo cấu tạo: sct = 150(mm)
Vậy ta bố trí đai theo cấu tạo, bước đai 8a150 mm cho khoảng L/4 gần gối tựa và cho khoảng còn lại
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG
Tải thẳng đứng
Tải trọng các ô sàn tầng điển hình được trình bày trong chương III
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m2)
Tĩnh tải tính toán (kN/m2)
1 Bản thân kết cấu sàn 25 180 4.5 1.1 4.95
Tổng tĩnh tải lớp hoàn thiện 1.63 2.05
Tải tường xây tác dụng lên dầm, sàn được trình bày trong chương III
Tải trọng tường sân thượng
Tường gạch 200mm, chiều cao tường ht = 1.2m
2 Hoạt tải: Đã được trình bày trong chương III.
Tải gió
Nguyên tắc tính toán thành phần tải trọng gió (theo mục 2 TCVN 2737:1995)
Tải trọng gió bao gồm hai thành phần chính: thành phần tĩnh và thành phần động Giá trị và phương pháp tính toán cho thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định theo các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 về tải trọng và tác động.
- Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
Động tải trọng gió tác động lên công trình bao gồm lực do xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình Giá trị của lực này được tính toán dựa trên thành phần tĩnh của tải trọng gió, kết hợp với các hệ số phản ánh ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính.
- Theo mục 1.2 TCXD 229:1999 thì công trình có chiều cao > 40m thì khi tính phải kể đến thành phần động của tải trọng gió
Đồ án tốt nghiệp về công trình Chung cư An Dương Vương có chiều cao 56.9m, vượt quá 40m, nên cần xem xét cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió.
+ Tính toán gió tĩnh dùng tổ hợp: Combo = 1 TT 1 HT
+ Tính toán gió động dùng tổ hợp: Combo = 1 TT 0.5 HT
0.5 là hệ số chiết giảm khối lượng quy định tại Mục 3.2.4, Bảng 1, TCXD
W0 là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn được xác định theo bảng 4, phù hợp với từng phân vùng áp lực gió trong phụ lục E của TCVN 2737-1995 Hệ số vượt tải n được quy định là 1.2, trong khi k(zj) là hệ số điều chỉnh cho sự thay đổi áp lực gió theo độ cao.
c - là hệ số khí động được lấy như sau:
Tải gió tĩnh được gán vào 1 điểm tâm hình học của công trình nên ta lấy tổng c = 1.4
- Công trình Chung cư An Dương Vương được xây dựng tại Thị xã Lào Cai, thuộc vùng gió IA và địa hình A
- Tra bảng A.1 Phụ lục A TCXD 299:1999 được:
Gió tĩnh tác dụng theo phương X, Y gán vào tâm hình học của sàn
Tầng Chiều Cao Hệ W j Bề rộng đón gió F x F y
Thành phần động của gió được xác định theo tiêu chuẩn TCXD 229 -1999, trong đó tải trọng gió được tính toán dựa trên các phương tương ứng với thành phần tĩnh Tiêu chuẩn này chỉ đề cập đến thành phần gió dọc theo phương X và phương Y, đồng thời bỏ qua thành phần gió ngang và momen xoắn.
- Tổ hợp dùng để tính gió động: combo 1 TT 0.5 HT
Theo TCVN 229 – 1999 thì sơ đồ tính toán động lực là hệ thanh console có hữu hạn điểm tập trung khối lượng xác định theo phụ lục A của TCXD 299-1999
Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình
Theo TCXD 229:1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần dựa vào dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản S phải thỏa mãn bất đẳng thức: f s < f L < f s+1.
Theo bảng 2 TCXD 229:1999, giá trị fL được xác định là 1.1 Hz cho kết cấu bê tông cốt thép với δ = 0.3 Cột và vách được thiết kế ngàm với móng.
Để tính toán gió động của công trình, cần xem xét hai phương X và Y, trong đó chỉ tập trung vào dạng dao động có chuyển vị lớn hơn Quy trình tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước cụ thể.
Xác định tần số dao động riêng của công trình
Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 12 mode dao động của công trình:
Phần trăm khối lượng tham gia dao động
Case Mode Period Tần số
UX UY UZ RX RY RZ sec Hz
Theo bảng phần trăm khối lượng tham gia dao động, ta có f3 = 0.454 < fL = 1.1 < f4 = 1.597 Dựa trên TCXD 229-1999, cần tính thành phần động của gió với 3 mode tải trọng Tuy nhiên, khi quan sát dao động trong Etabs, mode 3 bị xoắn và do đó bị loại Vì vậy, chỉ xác định thành phần động của gió theo 2 mode.
Theo mục 4.5 trong TCXD 229:1999, để tính toán thành phần động của tải trọng gió, giá trị tiêu chuẩn của gió tác động lên phần tử j trong dạng dao động thứ i được xác định bằng công thức p(ij) j i j ij.
Mj : khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
i : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
Hệ số i được xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần, trong đó tải trọng gió trong mỗi phần có thể coi là không đổi Biên độ dao động tỉ đối yji của phần công trình thứ j tương 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 i và độ giảm lôga của dao động .
+ Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3
+ Thông số i được xác định theo công thức: i o i
: hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2;
W0 (N/m 2 ): giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên
W0 = 55 kG/m 2 = 550 N/m 2 fi : tần số dao động riêng thứ i
49 Đồ thị xác định hệ số động lực
+ Hệ số ψ i được xác định bằng công thức (4.5) TCVN 229-1999: n ji Fj j 1 i n
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động lực do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau và chỉ tính đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, được xác định theo công thức.
Thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định bằng công thức Wj = W.k(z).c0, trong đó ζj là hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z tương ứng với phần thứ j của công trình Giá trị này được tính theo công thức (A.32) trong TCVN 229-1999.
Hệ số tương quang không gian áp lực động của tải trọng gió được xác định dựa vào các tham số ρ, χ và dạng dao động, với mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán Tham khảo bảng 4 và bảng 5 trong TCVN 229-1999 để có thông tin chi tiết.
Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian v
Hệ số tương quan không gian v1 khi xét tương quan xung vận tốc gió theo chiều cao và bề rộng đón gió
Sj: diện tích dón gió ứng với phần tử thứ j của công trình j j 1 j h h
hj, hj-1, B: lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Tải động đất
Tổ hợp dùng để tính toán động đất: combo 1 TT 0.24 HT
Hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi được ký hiệu là ψE,i, trong đó ψ2,i là hệ số phụ thuộc vào loại tải trọng theo bảng 3.4 TCVN 9386-2012 Hệ số φ cũng phụ thuộc vào loại tác động thay đổi, được quy định trong bảng 4.2 TCVN 9386-2012.
2 Phương pháp phổ phản ứng:
− Phương pháp “Phân tích phổ phản ứng dạng dao động", là phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nhà
− Phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của nhà
− Tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất
90 % tổng khối lượng của kết cấu
− Tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5 % của tổng khối lượng đều được xét đến
Xác định gia tốc nền tham chiếu
− Gia tố nền quy đổi agRo tra theo phụ lục H - TCVN 9386-2012
Thị Xã Lào Cai => gia tốc nền quy đổi: gR o a 0.1116
Nhận dạng loại đất nền
Có 7 loại đất nền phân loại theo Mục 3.1.2 và Mục 3.2.2.2 TCVN 9386-
Xác định hệ số tầm quang trọng của công trình
− Mức độ tầm quan trọng được đặc trưng bởi hệ số tầm quan trọng γ1
Các định nghĩa về mức độ tầm quan trọng (γ1 = 1.25, 1.00, 0.75) (Phụ lục E – TCVN 9386-2012) tương ứng với công trình loại I, II, III (Phụ lục F – TCVN 9386-2012)
Công trình là một tòa nhà cao tầng với 16 tầng, thuộc loại công trình quan trọng loại II Do đó, hệ số tầm quan trọng được xác định là 1.00.
Xác định đỉnh gia tốc nền thiết kế
Gia tốc nền thiết kế: a g a gR 1 1.095 1.00 1.095(m / s ) 2
Xác định hệ số ứng sử q của kết cấu
− Hệ khung hoặc hệ khung tương đương (hỗn hợp khung – vách), có thể xác định gần đúng như sau (cấp dẻo trung bình):
+ 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 q 3.9 0.8 3.12
Xác định phổ gia tốc thiết kế
Xác định dựa theo mục 3.2.2.5 TCVN 9386:2012 phổ thiết kế dùng cho phân tích đần hồi
+ Sd(T) - là phổ thiết kế
+ q - là hệ số ứng xử
+ β là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, 0,2
+ T – là chu kì dao động của hệ tuyền tính một bật tự do
+ ag – là 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 thành phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng
Giá trị của tham số mô tả phổ phản ứng
Khai báo phổ gia tốc thiết kế cho kết cấu:
− Sử dụng etabs 2017.0.1 khai báo phổ phản ứng đàn hồi cho mô hinh
− Define / functions / presponse spectrum function / TCVN 9386:2012
Khai báo phổ phản ứng trong Etabs
− Chọn: vị trí có chu kì 1s để kiểm tra
Theo đất nền loại D thì: T C 0.8s T 1.0s T D 2.0s
Gia tốc nền thiết kế: a g a gR 1 1.095 1.00 1.095(m / s ) 2
− Xác định phổ thiết kế:
Kết quả tương tự với kết quả trong Etabs
Phổ thiết kế của Etabs 17
Tổ hợp tải trọng
1 DL ( trọng lượng bản thân)
2 SDL ( tải hoàng thiện và tải tường)
3 LL1 (hoạt tải nhỏ hơn 2 kN/m 2 )
4 LL2 (hoạt tải lớn hơn 2 kN/m 2 )
5 WTx (gió tĩnh theo phương X)
6 WTy ( gió tĩnh theo phương Y)
7 WDx ( gió động theo phương X)
8 WDy (gió động theo phương Y)
9 Ex ( động đất theo phương X)
10 Ey (động đất theo phương Y)
Theo trạng thái giới hạn 2
STT Tên tổ hợp Thành phần tổ hợp Ghi chú
1 COMBO1 1.1DL+1.3LL1+1.2LL2 TCVN
6 COMBO6 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2+1.2Wx)
7 COMBO7 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2-1.2Wx)
8 COMBO8 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2+1.2Wy)
9 COMBO9 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2-1.2Wy)
10 COMBO10 DL+0.3(LL1 + LL2)+Ex+0.3Ey TCVN
11 COMBO11 DL+0.3(LL1 + LL2)+0.3Ex+Ey
Kiểm tra ổn định tổng thể
1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh:
Theo mục C.5 phụ lục C – TCVN 5574-2012, ta có chuyển vị ngang cho phép
1.1 Chuyển vị ngang tại đỉnh theo kết quả từ mô hình:
− Giới hạn chuyển vị đỉnh [f] = 113.8mm
+ Chuyển vị do gió phương X: fx = 81.13 (mm)
+ Chuyển vị do gió phương Y: fy = 90.27 (mm)
− Kết luận: f < [f] => thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh
2 Kiểm tra chuyển vị tương đối:
2.1 Chuyển vị tương đối do gió:
Chuyển vị tương đối do gió phương X
Hướng gió Tầng Chiều cao tầng h (m)
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối (mm)
Trị số giới hạn hs/500 (mm)
Chuyển vị tương đối do gió phương Y
Hướng gió Tầng Chiều cao tầng h (m)
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối (mm)
Trị số giới hạn hs/500 (mm)
2.2 Chuyển vị tương đối do động đất:
Chuyển vị tương đối do động đất phương X
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối, dc (mm) dr=qd.dc
(mm) ν.dr Trị số giới hạn
Chuyển vị tương đối do động đất phương Y
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối, dc (mm) dr=qd.dc
(mm) ν.dr Trị số giới hạn
3 Kiểm tra gia tốc đỉnh:
Theo TCXD 198:1997 gia tốc cực đại của chuyển động tại đỉnh công trình dưới tác động của gió thỏa điều kiên:
yY Y Trong đó: gia tốc đỉnh cho phép theo tiêu chuẩn lấy bằng 150 mm/s2
Tham khảo sách THIẾT KẾ & THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG - NXB xây dựng
1996 thì gia tốc công trình tính như sau: y 2 f 2 A W
3.1 Kiểm tra gia tốc đỉnh phương X: fx = 0.447Hz
Trong đó: f là tần số dao động dạng 1 theo X
A Wlà chuyển vị của gió động theo X
Trong đó: f là tầng số dao động dạng 1 theo X
Aw là chuyển vị gió động theo X
3.2 Kiểm tra gia tốc đỉnh phương Y: fy = 0.414Hz
Trong đó: f là tần số dao động dạng 1 theo Y
A Wlà chuyển vị của gió động theo Y
Trong đó: f là tầng số dao động dạng 1 theo Y
Aw là chuyển vị gió động theo Y
=> Tỷ lệ chiều cao nhà/bề rông nhà = 2.0 < 5
Kết luận: Không cần kiểm tra lật.
Thiết kế thép cột (trục 3 và C)
1 Tính thép dọc cho cột:
1.1.1 Khái niệm nén lệch tâm xiên:
- Nén lệch tâm xiên là trường hợp phổ biến trong kết cấu công trình, xảy ra khi: + Lực dọc N không nằm trong mặt phẳng đối xứng nào
+ Hoặc khi lực dọc N tác dụng đúng tâm, kết hợp với momen M mà mặt phẳng tác dụng của nó không trùng với mặt phẳng đối xứng nào
- Khi thiết kế thường sử dụng 1 trong 3 phương pháp sau:
+ Thứ nhất, là tính riêng cho từng trường hợp lệch tâm phẳng và bố trí thép cho mỗi phương
Phương pháp tính gần đúng chuyển đổi từ bài toán lệch tâm xiên sang bài toán lệch tâm phẳng tương đương giúp đơn giản hóa việc bố trí đều theo chu vi cột.
+ Thứ ba, dùng phương pháp biểu đồ tương tác
Trong ba phương pháp tính toán, hai phương pháp đầu tiên chỉ mang tính chất gần đúng, trong khi phương pháp thứ ba phản ánh chính xác khả năng chịu lực của cấu kiện Trong đồ án, sinh viên đã lựa chọn phương án thứ hai để tính toán cốt thép dọc trong cột.
1.1.2 Nội lực cột nén lệch tâm xiên:
- Các thành phần nội lực cần kiểm tra của cột nén lệch tâm xiên gồm:
Lực dọc N (kéo hoặc nén); Lực cắt Qx, Qy; Momen Mx, My
Cột được thiết kế với thép đối xứng, vì vậy không cần lo lắng về dấu hiệu của mô men hay lực cắt Cốt thép dọc được bố trí liên tục theo chiều dài cột, giúp đơn giản hóa việc xác định vị trí lấy nội lực Để tính toán lượng thép cần thiết cho cột, cần xác định các bộ ba nội lực nguy hiểm.
+ Có N lớn nhất và Mx, My tương ứng; (1)
+ Có Mx lớn nhất và N, My tương ứng; (2)
+ Có My lớn nhất và N, Mx tương ứng; (3)
+ Có Mx và My đều lớn; (4)
+ Có độ lệch tâm lx M x e N hoặc ly M y e N lớn
- Trong 5 trường hợp trên thì 3 trường hợp đầu có thể dễ dàng tìm được, trường hợp
(4), (5) là khó xác định được Do đó để đơn giản có thể tính toán cho 3 trường hợp đầu
Lực cắt không phải là yếu tố quyết định cho cột, vì vậy bộ nội lực với lực cắt lớn nhất cần được sử dụng để xác nhận khả năng chịu cắt của cột.
1.1.3 Tính toán cốt thép dọc cột lệch tâm xiên:
Cốt thép dọc cho cột nén lệch tâm xiên được tính toán bằng phương pháp gần đúng, trong đó trường hợp nén lệch tâm xiên được chuyển đổi thành nén lệch tâm phẳng tương đương để xác định lượng cốt thép cần thiết.
- Xét tiết diện có cạnh Cx,Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng
C cốt thép được đặt theo chu vi
Kiểm tra điều kiện tính toán gần đúng cột lệch tâm xiên X
Có Cx, Cy lần lượt là cạnh của tiết diện cột
- Tính toán độ ảnh hưởng của uốn dọc theo 2 phương
- Chiều dài tính toán l ox x l; l oy y l, do liên kết của cột là liên kết nút cứng nên x y 0.7
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên: oy y ox x ax ay l C l C e max ; ;e max ;
- Độ mảnh theo 2 phương: x ox x oy x y l l 0.288C ; 0.288C
- Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc:
Nếu x,y 28 x,y 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uống dọc)
(kể đến ảnh hưởng của uống dọc) Trong đó:
Ncr: là lực dọc tới hạn cr 2 b l 0 e
l: là hệ số kể đến ảnh hưởng của tác dụng dài hạn của tải trọng đến độ cong của cấu kiện ở trạng tháy gới hạn lấy bằng: l M l
: là hệ số phụ thuộc vào loại bê tông, lấy theo bảng 29 TCVN 5574-2012
M: là mooment lấy với biên chịu kéo hoặc chiệu nén ít hơn cả của tiết dienj do tác dụng của tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn
Ml: tương tự M, nhưng là tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn lo: xác dịnh theo bảng 30 TCVN 5574-2012
e: là hệ số, lấy bằng eo/h, nhưng không nhỏ hơn e , min
Rb: tính bằng đơn vị MPa
Nếu moment uốn hoặc độ lệch tâm do toàn bộ tải trọng và tổng tải trọng thường xuyên cùng tải trọng tạm thời dài hạn có dấu khác nhau, thì hệ số l được xác định như sau: khi giá trị tuyệt đối của độ lệch tâm do toàn bộ tải trọng e o lớn hơn 0.1h, hệ số l sẽ bằng l1.
hXác định mô hình tính toán theo phương Cx hoặc Cy
- Tính toán tương tự bài toán lệch tâm phẳng đặt thép đối xứng
+ Xác định độ lệch tâm từ phân tích tĩnh học kết cấu e1
- Xác định sơ bộ chiều cao vùng nén x1 theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
- Xác định hệ số chuyển đổi m0
- Xác định moment tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệc tâm phẳng)
- Xác định độ lệch tâm ngẫu nhiên tương đương: 1 M e N
- Xác định độ lệch tâm eo, độ lệch tâm tính toán e
+ Với kết cấu siêu tĩnh: e 0 max(e , e ) a 1
+ Độ lêch tâm tính toán: o h e e a
Tính toán cốt thép theo các trường hợp:
h nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như tính toán đúng tâm
- Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm: 1
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: e (1 )
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc: b st sc b
h và x 1 R h o nén lệch tâm bé
- Xác định chiều cao vùng nén x theo công thức sau 1 R R 2 o o x 1 h
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc: b st sc a
- Hệ số k xét đến việc tính toán cốt thép toàn bộ, lấy k = 0.4
h và x 1 R h o nén lệch tâm lớn
Kiểm tra hàm lượng thép: s t min max b
Cốt thép được đặt đều theo chu vi cột
1.2 Tính toán cụ thể cột C17 tầng 3:
Kích thước cột C17 tại vị trí tầng 3 sau khi điều chỉnh tiết diện theo nội lực tính toán:
Tầng Cột Ltt (mm) Cx (mm) Cy (mm) a (mm)
Ta chọn tổ hợp nội lực có lực dọc (N) lớn nhất của cột C17 tại tầng 3 xuất từ excel để tính toán:
Tầng Cột Tổ hợp tải trọng Vị trí P (kN) M2 (kNm) M3 (kNm)
TANG 3 C17 Comb10 Min 1.4 -6806.49 -23.60 -53.34 TANG 3 C17 Comb10 Min 2.8 -6794.13 -39.27 -355.37
Ta chọn tổ hợp lực tại vị trí đầu tiên để tính toán ví dụ cho cột C17
- Kiểm tra điều kiện tính toán gần đúng cột lệch tâm xiên X
- Tính toán độ ảnh hưởng của uốn dọc theo 2 phương
- Chiều dày tính toán l ox l oy x l 0.7 3.6 2.52m
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên:
- Độ lêch tâm tính toán: ox ax 1x oy ay 1y e max(e , e ) 24.68mm e max(e , e ) 20mm
- Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc:
Theo phương X: x 15.928 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc)
Theo phương Y: y 15.928 1 (bỏ qua anh hưởng của uốn dọc)
- Quy đổi bài toán lệch tâm xiên sang lệch tâm phẳng tương đương theo phương X hoặc phương Y:
- Độ lệch tâm tính toán:
a ax ay e e 0.2e 20 0.2 20 24mm o 1 a e max(e , e )29.77mm o h 600 e e a 29.77 40 289.77mm
Tính toán cốt thép cột theo các trường hợp: o o e 29.77
nén lệch tâm rất bé
- Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm:
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tính toán: min chon min
Cốt thép trong cột chịu nén lệch tâm xiên được bố trí theo chu vi, với mật độ cốt thép ở cạnh b lớn hơn hoặc bằng mật độ ở cạnh h.
Thường được thiết kế theo nhóm thép AII hoặc AIII, có đường kính ϕ16-ϕ32 Khoảng cách giữa 2 cốt thép dọc kề nhau nằm trong khoảng 50-400
Chọn 16ϕ25 có As = 7853.98(mm 2 ) rải đều theo chu vi cột
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép chọn:
- Các trường hợp giá trị còn lại tính toán tương tự
Bảng chọn thép cho tổ hợp lực Comb10 min cột 17 tầng 3
Tầng Cột Tổ hợp tải trọng
Kết quả tính toán cho các tổ hợp tải trọng tại Tang 3 C17 Comb10 như sau: Min 0 có giá trị P M2 M3 Att Achọn Thép lần lượt là -6818.9 kN, -86.74 kNm, -168.3 kNm, với diện tích 39.89 cm², 78.54 cm² và tỷ lệ 16ϕ25 2.2 Tại Min 1.4, các giá trị tương ứng là -6806.49 kN, -23.60 kNm, -53.34 kNm, diện tích 36.39 cm², 78.54 cm² và tỷ lệ 16ϕ25 2.2 Cuối cùng, tại Min 2.8, các giá trị là -6794.13 kN, -39.27 kNm, -355.37 kNm, với diện tích 60.44 cm², 78.54 cm² và tỷ lệ 16ϕ25 2.2 Các tổ hợp tải trọng còn lại được tính toán tương tự và được trình bày trong phần phụ lục.
2 Tính thép đai cho cột:
Trong thực hành tính toán, thép đai cột thường không được tính toán dựa trên lực cắt, vì lực này thường nhỏ hơn nhiều so với yêu cầu bố trí đai theo cấu tạo Thay vào đó, việc bố trí thép đai chủ yếu dựa vào tỷ lệ giữa đường kính thép dọc, hàm lượng thép, kích thước cột và các yêu cầu kháng chấn trong thiết kế động đất.
Theo TCXD 198:1997 Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tông cốt thép toàn khối Đường kính cốt thép đai: d 8mm, 14 max ;
Trong phạm vi vùng nút khung từ điểm cách mép trên đến điểm cách mép dưới của nút một khoảng l1 ( l 1 h ;l c cl 6; 450mm ): khoảng cách đai s 6 min ;100 ;
Tại các vùng còn lại: sb ;12c min ;
Theo TCXDVN 375:2006 Thiết kế công trình chịu động đất Đối với cột (theo chương 5 TCXDVN 375:2006)
Tham số cấu tạo đối với cột:
STT Nội dung Cấp dẻo trung bình Điều Tham số
1 Chiều dài vùng tới hạn 5.4.3.2.2(4)
c cl max h ;l / 6; 450mm Toàn bộ chiều cao cột nếu cl c l h 3
2 Số thanh trung gian giữa các thanh ở góc dọc theo mỗi mặt, min 5.4.3.2.2.(2)P 01 thanh
3 Hàm lượng cốt thép dọc, ρ1, min 5.4.3.2.2.(1)P 1%
STT Nội dung Cấp dẻo trung bình Điều Tham số
4 Hàm lượng cốt thép dọc, ρ1, max 5.4.3.2.2.(1)P 4%
5 Đường kính cốt đai trong vùng tới hạn dbw, min 5.4.3.2.2.(10)P 6mm
6 Khoảng cách giữa các cốt đai trong vùng tới hạn, s, max 5.4.3.2.2.(11) b 0 bL min ;175mm;8d 2
7 Tỷ số thể tích cơ học trong vùng tới hạn chân cột, ωwd, min 5.4.3.2.2.(9) 0.08
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau trong vùng tới hạn, dh, max
9 Hệ số dẻo khi uốn μϕ, min 5.4.3.2.2.(11b),
10 Biến dạng bê tông trên toàn bộ tiết diện ngang, εcu2, min 5.4.3.2.2.(7)P 0.0035
Bố trí thép đai cột
2.2 Tính toán cụ thể cột C17 tầng 3:
Tầng Tên cột Thép dọc μ Cao tầng
H thông thủy Tiết diện ngang lớn nhất cột
Bước 1: Chọn trước đường kính thép đai và số nhánh đai
73 doc min dai max( ;8mm)
Bước 2: Tính khoảng cách đai tính toán chịu cắt trong cột (có thế bỏ qua vì thường bố trí cấu tạo lớn hơn thép tính toán)
Bước 3: Khoảng cách các lớp cốt đai theo cấu tạo
Có a ct min(12 min ; 400)min(300; 400)300
Bước 4: Bố trí cốt đai theo chiều dài cột
Trong khoảng L1 (tại vị trí gần nút):
Bố trí đai Ф8a100 cho đoạn L1 = 750mm
Trong khoảng L2: Bố trí theo cấu tạo
Bố trí đai Ф8a200 cho đoạn L2 = Lw – 2L1 = 1300mm
Trong các nút khung phải dùng đai kín cột với khoảng cách không vượt quá 200.
Tính toán cốt thép dầm
1 Tính toán thép dọc dầm:
- Từ nội lực xuất từ phần mềm ETABS 17, ta sử dụng để tính toán cốt thép cho dầm
- Dầm được tính toán như sàn
1.2 Tính toán và chọn thép cụ thể cho dầm B32 trục C tầng 3:
Kết quả tính toán chọn thép dầm B32 tầng 3:
- Hàm lượng cốt thép thỏa mãn điều kiện
- Các tầng và các dầm khác ta tính toán tương tự
2 Tính toán cốt đai cho dầm:
- Các cốt đai được sử dụng trong dầm bêtông cốt thép vì 4 lý do sau:
+ Các cốt đai liên kết với các cốt thép dọc thành khung chắc chắn, giữ đúng vị trí cốt thép khi thi công
Khi subjection to compression, cốt thép dọc có khả năng bị cong và phá vỡ lớp bêtông bảo vệ, dẫn đến việc bật ra khỏi bêtông Trong tình huống này, cốt đai đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho cốt dọc không bị cong và bật ra ngoài, từ đó đảm bảo sự ổn định cho cốt dọc.
+ Các cốt đai được bố trí hợp lý sẽ tăng tính mềm dẻo của bêtông
+ Các cốt đại làm việc như cốt thép chịu cắt của cột
- Chọn trước đường kính và số nhánh đai: doc max dai ;5mm
+ Số nhánh đai tùy thuộc vào kích thước cột và cách bố trí thép dọc
Khi tiết diện nhỏ hơn 400mm và mỗi cạnh có tối đa 4 thanh cốt thép dọc, có thể sử dụng một cốt thép đai bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
+ Các trường hợp còn lại thì cách một thanh thép dọc phải có một cốt đai và khoảng cách không quá 400mm
- Tính toán đai chịu cắt:
+ Khoảng cách đai chịu lực ( có thể bỏ qua vì thường cho kết quả nhỏ hơn rất nhiều so với bước đai cấu tạo)
+ Kiểm tra điều kiện bê tông không bị phá hoại do ứng suất nén chính:
+ Khả năng chịu cắt của bê tông: (Theo mục 6.2.3.4 TCVN 5574-2012): b b3 n b bt 0
+ Nếu Qmax > Qb thì tính toán cốt đai, ngược lại thì bố trí đai theo cấu tạo
w1 = 1 + 5w nhưng không lớn hơn 1.3, trong đó: s w sw b
b2 = 2; b3 = 0.6; b4 = 1.5 đối với bê tông nặng n b bt 0
hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc N
Do tính toán cho thấy bước cốt đai của thép đai dầm quá lớn, chúng tôi đã quyết định bố trí thép đai dầm với kích thước a150 ở khu vực L/4 gần cột và a200 tại vị trí giữa nhịp.
Bảng tính toán chọn thép đai cho dầm B32 tầng 3:
K.tra khả năng chịu cắt của BT
K.tra phá hoại ứng suất nén chính
0.3 -225.5 Bố trí đai cấu tạo 871 1340 267 150 ỉ10a150 1.09 0.83 Thỏa
8.2 281.49 Tính đai chịu cắt 559 1073 500 200 ỉ10a200 1.07 0.83 Thỏa
Dựa vào kết quả tớnh toỏn, sinh viờn chọn thộp đai ỉ10a150 bố trớ đoạn đầu dầm
(L/4) và ỉ10a200 bố trớ đoạn giữa dầm.
Tính toán vách, lõi thang
Tổng quát nhất, trên mặt cắt vuông góc trục vách có đầy đủ 5 thành phần nội lực:
N, Mx, My, Qx, Qy Khả năng chịu lực của vách phụ thuộc vào cùng lúc tất cả các thành phần nội lực trên
Việc tính toán đồng thời momen và lực cắt trong thiết kế kết cấu tốn nhiều công sức và không thực tế Hầu hết các tiêu chuẩn đều tách riêng hai yếu tố này trong tính toán Momen uốn và lực cắt theo phương mảnh của vách thường có giá trị không đáng kể và thường được bỏ qua do đã có cốt thép cấu tạo chịu.
Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép hiện hành của Việt Nam (TCVN 5574:2012) không đề cập cụ thể đến cách tính toán vách, một cấu kiện dạng tấm Có thể áp dụng các quy định tính toán cột để xác định cốt thép dọc cho vách, và sử dụng các quy định tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng như dầm và cột để tính toán cốt thép ngang cho vách Tuy nhiên, phương pháp tính toán này chưa phản ánh chính xác cách làm việc của vách.
Nội lực tác dụng lên vách
- Việc tính toán cốt thép dọc cho vách có thể sử dụng một số phương pháp tính thông dụng
+ Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi
+ Phương pháp giả thiết vùng biên chịu moment
+ Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác
Trong đồ án này, chúng tôi tiến hành tính toán cốt thép cho vách bằng phương pháp giả thiết vùng biên chịu momen, sau đó xây dựng biểu đồ tương tác để kiểm tra lại Cấu tạo cốt thép của vách cứng được thực hiện theo các quy định của TCXD 198:1997 và TCVN 9386:2012.
1.1 Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi:
Phương pháp này chia vách thành các phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén tại tâm, với ứng suất phân bố đều trên mặt cắt ngang Tính toán cốt thép cho từng phần tử và sau đó kết hợp lại để bố trí cho toàn bộ vách.
- Các giả thiết cơ bản khi tính toán:
+ Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu
+ Bước 1: Xác định trục chính và moment quán tính chính trung tâm của vách + Bước 2: Chia vách thành những phần tử nhỏ
+ Bước 3: Xác định ứng suất trên mỗi phần tử, do giả thiết vật liệu đàn hồi nên ta dùng các công thức tính toán trong “Sức bền vật liệu”
Trong đó: k y - tung độ điểm chịu nén lấy với trục quán tính chính i
78 b - chiều dày tính cho một phía của tiết diện khi ứng suất tiếp được xác ci định tùy theo trường hợp cụ thể
S - Mô men tĩnh của tiết diện tính cho một phía kể từ điểm xác định ứng ci suất tiếp
A - Diện tích mặt cắt ngang phân tử
I - Mô men quán tính chính trung tâm x
+ Bước 4: Tính toán cốt thép
Diện tích cốt thép trong vùng nén được xác định từ điều kiện cân bằng ứng suất trên mặt cắt ngang
Diện tích cốt thép chịu kéo xác định theo công thức sau:
(các chỉ dẫn được trình bày cụ thể khi tính toán) + Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Cốt thép được chọn và bố trí theo kết quả lớn hơn: A chọn = max(A’s;As)
Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán cho các vách có hình dạng phức tạp: L, T, U hay tính lõi
1.2 Phương pháp giả thiết vùng biên chịu biên chịu moment:
Phương pháp này khẳng định rằng cốt thép được đặt ở hai đầu vách biên sẽ chịu toàn bộ mô men, trong khi lực dọc được giả định phân bố đồng đều trên toàn bộ tiết diện của vách.
Các giả thiết cơ bản:
+ Ứng lực kéo do cốt thép chịu
+ Ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu
Bước đầu tiên trong thiết kế là giả định chiều dài B của vùng dự định sẽ chịu toàn bộ mô men Trong quá trình này, cần xem xét vách chịu lực dọc N và mô men Mx, trong đó mô men Mx tương đương với cặp ngẫu lực được đặt tại hai vùng biên của vách.
+ Bước 2: Xác định lực kéo hoặc lực nén trong vùng biên:
A- Diện tích mặt cắt ngang vách
+ Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu nén, kéo (tương tự phương pháp 1)
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép để đảm bảo đáp ứng yêu cầu Nếu không đạt, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính toán lại Chiều dài tối đa của vùng biên là L/2; nếu vượt quá, cần tăng bề dày tường.
Bước 5: Kiểm tra tường giữa hai vùng biên như một cấu kiện nén đúng tâm Nếu bê tông đã đạt đủ khả năng chịu lực, cốt thép trong khu vực này sẽ được bố trí theo hàm lượng min.
- Phương pháp này tương tự phương pháp 1, chỉ khác ở chỗ tập trung toàn bộ lượng cốt thép chịu mô men ở đầu vách
- Phương pháp này thích hợp với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu (bố trí cột ở hai đầu vách)
- Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu mô men của một phần diện tích vách vùng viên
1.3 Phương pháp biểu đồ tương tác:
Phương pháp này dựa trên một số giả thiết về sự làm việc của bê tông và cốt thép để thiết lập trạng thái chịu lực giới hạn (Nu, Mu) của vách Các giả thiết này giúp tạo ra một tập hợp các trạng thái giới hạn, từ đó hình thành một đường cong liên hệ giữa lực dọc N và mô men M của trạng thái giới hạn, cung cấp thông tin quan trọng về khả năng chịu lực của vách.
- Đây là phương pháp chính xác nhất, phản ánh đúng nhất sự làm việc của vách
Phương pháp này xem vách như một cấu kiện chịu nén lệch tâm, trong đó cốt thép được phân bố đều trên toàn bộ tiết diện vách, nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực của nó.
- Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, phức tạp
2 Gán phần tử và lấy nội lực cho vách trong ETABS:
Trong Etabs người dùng có thể tổng hợp nội lực để tính toán vách lõi bằng cách gán thuộc tính Pier hay Spandrel cho các phần tử vách
Vách đứng gán Pier (P) – lấy nội lực như cột
Vì tính toán lõi theo quan điểm các vách trong lõi làm việc chung với nhau nên ta gán thuộc tính Pier như sau:
3 Tính toán phần tử Pier: Để tính toán vách lõi, ta phải hiểu rõ cáu tạo và chức làm việc của thép trong vách lõi
Cấu tạo vách lõi théo TCXD 375:2006, như sau:
Cấu tạo vách theo TCXD 375:2006
Thông số Thép dọc Thép ngang Điều
Hàm lượng thép min 0.4%Ac 0.2%Ac 5354 (13)p
Hàm lượng thép max 4%Ac 4%Ac 5354 (13)p Đường kính thép min 8mm 1/4Фdọc 5354 (15) Đường kính thép max 1/8bw 1/8bw 5345 (15)
Khoảng cách thép min 75mm 75mm 5345 (15)
Khoảng cách thép max min(3bw, 400) min(3bw, 400) 5345 (15) Hàm lượng thép gia cường vùng biên >=0.5% 4342 (10)
Theo TCXDVN 375:2006, thép đai phân bố có thể được sử dụng với hình dạng chữ C hoặc chữ S Trong trường hợp có kháng chấn, khoảng cách tối đa theo phương đứng là tối thiểu (16Φdọc, 2bw) và theo phương ngang là 2bw.
4 Áp dụng tính toán thiết kế lõi thang:
Bê tông cấp độ bền chiệu nén B30:
Rb 17(MPa); R bt 1.2(MPa); E b 32.5 10 (MPa) 3
4.2 Xác định đặc trưng hình học của lõi:
Mặt bằng lõi thang (Pier2)
Lõi thang công trình bao gồm hai lõi thang đôi có kích thước giống nhau và được đặt đối diện nhau Để tiết kiệm thời gian và thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta chỉ cần xác định tâm và thực hiện tính toán cho một lõi đôi, sau đó áp dụng đối xứng cho lõi đối diện.
Sơ đồ chia phần tử xác định tâm lõi thang máy bên trái (Pier2)
Lưu ý, trong đó có các phần tử: 1; 18; 20; 37; 48; 49 có chiều dài khác so với các phần tử còn lại
Công thức tính toán moment tĩnh: i i i
S - Moment tĩnh của phần tử vách thứ i i
A - Diện tích của phần tử vách thứ i i y - Khoảng cách cánh tay đòn từ trọng tâm tiết diện của phần tử vách thứ I đến i trục tọa độ OXY
Kết quả tính toán moment tĩnh theo phương OX lõi:
Chiều dài L(mm) Ab(mm 2 ) xi(mm) Ai.xi yi(mm) Ai.yi
Từ kết quả tính toán ta xác định được trọng tâm lõi đối với trục OX:
Từ kết quả tính toán ta xác định được trọng tâm lõi đối với trục OY:
I - moment quán tính lấy với trục đi qua trọng tâm theo từng phần tử i oi
I - moment quán tính lấy với trục đi qua trọng tâm của lõi i
K - lượng chuyển trục của vách I với trọng tâm của lõi i
A - diện tích mặt cắt ngang của vách thứ i i
Tính moment quán tính lõi thang máy
Chiều dài L(mm) I xi (mm 4 ) I yi (mm 4 ) K xi (mm) K yi (mm) I x (mm 4 ) I y (mm 4 )
Ta có moment quán tính của cả lõi:
4.5 Tính toán thép dọc cho lõi:
Ta có hướng mặt định của hệ lõi vách trong hình minh họa sau
Trục tính toán Trong đó: T, M2, M3 lần lượt là moment xoắn quay quanh trục Z ( trục 1), uống quanh trục X ( trục 2), uống quanh trục Y ( trục 3) Được mặt định trong Etabs
Tất cả các phần tử trong hệ lõi được gọi là Pier Sau khi tiến hành phân tích mô hình, chúng ta có thể xác định nội lực của hệ lõi Kết quả này được xuất sang Excel để có được nội lực tính toán.
Nội lực min, max, tương ứng Pier2 tầng 4
Với: N = P; Vx = V2; Vy = V3; Mx = M2; My = M3
4.5.2 Ví dụ tính toán cốt thép cho phần tử số 1 của vách Pier2 tầng 4:
Nội lực tính toán cho phần tử 1 Pier2
Sử dụng các công thức tính toán của sức bền vật liệu để tính ứng suất trong các vách của lõi:
Công thức tính: x y y max x max x y
88 x max y max y , y - lần lượt là khoảng cách từ trọng tâm lõi đến mép chịu kéo, nén:
x max y 1.9175 m ; yy max 1.903 m x y ci ci
S ,S - lần lượt là moment tĩnh của lõi lấy với trục X, Y đã được tính ở trên
S ci 9.54 10 mm 9.54(m ); S y ci 6.06 10 mm 9 3 6.06(m ) 3 b - chiều dày tính toán cho một phía của tiết diện c
A- Diện tích mặt cắt ngang của lõi
Từ các giá trị ở trên ta có:
Ta thấy max max (9908.69 1039.4) ta không cần kiển tra cho phần tử ở trạng thái phẳng
Trong một phần tử, chỉ có thể chịu nén hoặc kéo, nhưng việc xác định phương kéo nén gặp khó khăn do số lượng tính toán lớn và vị trí phần tử khác nhau Để đơn giản hóa quá trình tính toán, sinh viên thường tính cả lực kéo và nén trong một phần tử, sau đó so sánh và chọn giá trị lớn nhất.
4.5.3 Diện tích cốt thép chịu nén được tính từ điều kiện cân bằng ứng suất sau:
4.5.4 Diện tích cốt thép chịu kéo được xác định theo công thức:
Có A ' s A s nên ta lấy As để bố trí thép
4.5.5 Diện tích thép cho tất cả trường hợp tải của phần tử 1 Pier2 tầng 4:
Tầng Phần tử Trường hợp tải Diện tích thép nén Diện tích thép kéo
Ta chọn trường hợp có diện tích thép lớn nhất để chọn thép cho cả phần tử:
Trong một phần tử 300x300mm cần As = 520.92(mm 2 )
Chọn4 14 , As 615.44 mm 2 bố trí theo 2 mặt của vách, mỗi bên 2 thanh khoảng cách giữa các thanh là 150 mm
4.6 Tính toán thép ngang (đai) cho vách lõi:
Cốt thép đai được bố trí theo cấu tạo, với cốt thép nằm ngang không vượt quá 0.25% cốt thép dọc cho động đất yếu và 0.4% cho động đất trung bình và mạnh Để đảm bảo tính đồng đều, cốt đai được chọn với kích thước ϕ10 và khoảng cách 200 mm.
