KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
1.1.1 Mục đích xây dựng công trình
Để phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực kinh tế xã hội, một quốc gia cần có cơ sở hạ tầng vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi cho cuộc sống và làm việc của người dân Đối với Việt Nam, một quốc gia đang phát triển và khẳng định vị thế quốc tế, việc cải thiện an sinh và tạo việc làm cho người dân là điều cần thiết Trong đó, nhu cầu về nơi ở là một trong những nhu cầu cấp thiết hàng đầu.
Trước tình hình dân số tăng nhanh và mật độ dân số tại thành phố Hồ Chí Minh ngày càng cao, nhu cầu mua đất để xây dựng nhà ở ngày càng lớn, trong khi quỹ đất có hạn và giá đất tăng cao, khiến nhiều người không đủ khả năng sở hữu đất Giải pháp hợp lý hiện nay là xây dựng các chung cư cao tầng và phát triển quy hoạch khu dân cư ra các quận, khu vực ngoại thành Hơn nữa, việc đầu tư xây dựng nhà ở cao tầng thay thế cho các công trình thấp tầng và cải tạo các khu dân cư xuống cấp không chỉ giúp cải thiện cảnh quan đô thị mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho người dân.
Sự xuất hiện của các nhà cao tầng trong ngành xây dựng không chỉ thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này mà còn giúp tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại, công nghệ mới trong tính toán, thi công và xử lý thực tế, cũng như các phương pháp thi công tiên tiến từ nước ngoài.
Công trình chung cư XNK Tân Bình được thiết kế và xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu sống hiện đại của người dân, với kiến trúc cao tầng và đầy đủ tiện nghi Khu nhà không chỉ mang đến không gian sống thoải mái mà còn tạo điều kiện cho giải trí và làm việc, đồng thời sở hữu cảnh quan đẹp, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống.
1.1.2 Vị trí và đặc điểm công trình
Chung cư XNK Tân Bình toạ lạc tại số 85B đường Âu Cơ, phường 14, quận Tân Bình,
Chung cư tọa lạc tại TP HCM, nằm trong khu dân cư hiện hữu và gần các trục giao thông chính Khu vực xung quanh được bao bọc bởi nhiều tiện ích công cộng, bao gồm siêu thị Coop Mart SCA Âu Cơ và Big C, mang lại sự thuận lợi cho cư dân.
Công trình được xây dựng trên diện tích 1560m², tạo thành một quần thể kiến trúc khang trang, phục vụ tốt cho nhu cầu sinh hoạt và giải trí của cư dân địa phương Sự kết hợp với các khu nhà cao tầng khác hứa hẹn sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống trong khu vực.
TRANG 2 nên một quần thể kiến trúc mới của thành phố mang dáng vẻ công nghiệp, hiện đại, phù hợp với lối sống mới hiện nay của nước ta
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau
Thành phố có lượng mưa cao với bình quân 1.949 mm mỗi năm và trung bình 159 ngày mưa Lượng mưa phân bố không đều, có xu hướng tăng dần từ Tây Nam đến Đông Bắc Độ ẩm tương đối của không khí bình quân hàng năm đạt 79,5%, trong mùa mưa là 80% với mức cao nhất lên tới 100%, trong khi mùa khô có độ ẩm trung bình 74,5% và mức thấp nhất xuống tới 20%.
Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng chủ yếu từ hai hướng gió: gió mùa Tây - Tây Nam và gió Bắc - Đông Bắc Gió Tây - Tây Nam từ Ấn Độ Dương thổi vào trong mùa mưa, tạo nên khí hậu đặc trưng cho thành phố TPHCM cơ bản nằm trong vùng không có gió bão, giúp duy trì thời tiết ổn định hơn.
Công trình dân dụng – cấp 2 ( 8 < số tầng < 20) (Thông tư 03/2016/TT-BXD)
Công trình gồm 14 tầng và 1 tầng hầm, cao 50 (m) gồm các văn phòng, phòng quản lý, và các căn hộ chung cư cao cấp:
Tầng hầm cao 3.5 mét phục vụ như khu vực đậu xe cho cư dân chung cư, đồng thời là nơi tập trung vận chuyển rác thải và đặt bể nước ngầm cũng như hầm phân tự hoại.
- Tầng trệt cao 3.8(m) là khu vực cho những hộ kinh doanh, có nhà để xe cho khách, các sân chơi và sảnh rộng
- Lầu 1-13 mỗi tầng cao 3.3(m) là nơi đặt các căn hộ
- Lầu 14 cao 3.3(m) là phòng kỹ thuật, mái
TRANG 3 Hình 1.1-Mặt đứng của công trình
TRANG 4 Hình 1.2-Mặt bằng tầng hầm
Hình 1.3-Mặt bằng tầng trệt
TRANG 5 Hình 1.4-Mặt bằng tầng 1
CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC CỦA CÔNG TRÌNH
Mặt bằng có dạng hình dấu cộng với diện tích khoàng 1560(m 2 )
Tầng hầm cao 3.5m phục vụ cho việc đậu xe máy và xe hơi của cư dân trong chung cư, đồng thời là khu vực tập trung vận chuyển rác và đặt bể nước ngầm, cũng như hầm phân tự hoại.
- Tầng trệt cao 3.8(m) là khu vực cho những hộ kinh doanh, có nhà để xe cho khách, các sân chơi và sảnh rộng
- Lầu 1-13 mỗi tầng cao 3.3(m) là nơi đặt các căn hộ
Lầu 14 cao 3.3(m) là phòng kỹ thuật, mái
1.2.2 Giải pháp mặt cắt và cấu tạo:
Chiều cao thông thủy (điển hình) của tòa nhà xấp xỉ 3.300(m)
Chiều cao dầm tối đa của kiến trúc h = 600(mm)
Cấu tạo chung của lớp sàn
Hình 1.7-Các lớp cấu tạo sàn Đối với sàn căn hộ, hành lang
Các lớp cấu tạo sàn Chiều dày (mm)
Bản bê tông cốt thép 140
Vữa trát 10 Đối với sàn vệ sinh, lô gia
Các lớp cấu tạo sàn Chiều dày (mm)
Bản bê tông cốt thép 140
Công trình được thiết kế với hình khối kiến trúc hiện đại, phù hợp với tiêu chuẩn của một chung cư cao cấp Những đường nét ngang và thẳng đứng không chỉ tạo nên vẻ đẹp bề thế mà còn thể hiện sự vững chãi cho toàn bộ công trình.
Sử dụng đá Granite kết hợp với kính dày, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước Tường gạch được trát vữa và sơn nước, cùng với lớp chớp nhôm xi mờ Ống xối có đường kính Ф14 và được sơn cùng màu với tường.
1.2.4 Giải pháp giao thông công trình
Giao thông ngang trong công trình (mỗi tầng) là kết hợp giữa hệ thống các hành lang và sảnh trong công trình thông suốt từ trên xuống
Hệ thống giao thông đứng là thang bộ và thang máy Mặt bằng rộng nên có 2 thang bộ
Hai vế của tòa nhà không chỉ là lối đi chính mà còn phục vụ như lối thoát hiểm Hai thang máy được bố trí ở vị trí trung tâm, đảm bảo khoảng cách tối đa đến cầu thang không vượt quá 25m.
TRANG 8 giải quyết việc đi lại hằng ngày cho mọi người và khoảng cách an toàn để có thể thoát người nhanh nhất khi xảy ra sự cố
Căn hộ bố trí xung quanh lõi phân cách bởi hành lang nên khoảng đi lại là ngắn nhất, rất tiện lợi, hợp lý và bảo đảm thông thoáng.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU CỦA KIẾN TRÚC
Hệ kết cấu của công trình là hệ BTCT toàn khối
Mái phẳng bằng BTCT và được chống thấm
Cầu thang bằng BTCT toàn khối
Bể chứa nước inox được lắp đặt trên tầng mái nhằm mục đích trữ nước, cung cấp cho nhu cầu sử dụng của toàn bộ các tầng trong tòa nhà và phục vụ cho công tác cứu hỏa.
Tường bao che dày 200(mm), tường ngăn dày 100(mm)
Phương án móng dùng phương án móng sâu.
GIẢI PHÁP KỸ THUẬT KHÁC
Hệ thống thông gió của tòa nhà được thiết kế với hệ thống điều hòa trung tâm tại các tầng kỹ thuật, kết hợp với cửa sổ thông thoáng tự nhiên và các khoảng trống thông tầng để tăng cường sự thông thoáng Tất cả các tầng đều được trang bị hệ thống máy điều hòa, trong khi họng thông gió được bố trí dọc cầu thang bộ và sảnh thang máy Để đảm bảo không khí trong lành, quạt hút được sử dụng để thoát hơi cho các khu vệ sinh, và ống gain được dẫn lên mái.
Các tầng được chiếu sáng tự nhiên nhờ vào các cửa kính bên ngoài, đồng thời hệ thống chiếu sáng nhân tạo được thiết kế hợp lý để đảm bảo ánh sáng đủ cho những khu vực cần thiết.
Hệ thống cấp điện của tòa nhà sử dụng nguồn điện 3 pha từ tủ điện khu vực, phân phối đến các tầng và các phòng Để đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện, tòa nhà được trang bị máy phát điện dự phòng tại tầng hầm, kèm theo máy biến áp để giảm tiếng ồn và rung động Khi xảy ra sự cố mất điện, hệ thống này tự động cung cấp điện cho khu thang máy, hành lang chung, và các hệ thống phòng cháy chữa cháy cũng như bảo vệ.
Toàn bộ hệ thống điện được lắp đặt ngầm trong quá trình thi công, với hệ thống cấp điện chính được đặt trong hộp kỹ thuật và ẩn trong tường, sàn, tránh khu vực ẩm ướt để dễ dàng sửa chữa Mỗi tầng đều được trang bị hệ thống điện an toàn, bao gồm hệ thống ngắt điện tự động từ 1A đến 80A, được bố trí theo từng tầng và khu vực nhằm đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ.
Hệ thống thông tin và tín hiệu được lắp đặt âm tường, sử dụng cáp đồng trục cùng bộ chia tín hiệu, cung cấp dịch vụ truyền hình, điện thoại và Internet cho các phòng.
Công trình sử dụng nguồn nước từ hệ thống cấp nước Tp.Hồ Chí Minh, được lưu trữ trong bể chứa ngầm và bơm lên bể nước mái Từ bể mái, nước sẽ được phân phối xuống các tầng qua các đường ống chính Hệ thống bơm nước được thiết kế hoàn toàn tự động, đảm bảo cung cấp đủ nước cho sinh hoạt và phục vụ cứu hỏa.
Hệ thống thoát nước được thiết kế gồm hai đường: một đường thoát nước bẩn trực tiếp ra hệ thống thoát nước khu vực và một đường ống thoát nhà vệ sinh dẫn vào bể tự hoại để xử lý trước khi thoát ra hệ thống khu vực Nước mưa từ mái sẽ được thu qua các lỗ thu nước và chảy vào các ống thoát nước mưa có đường kính 100 mm, sau đó dẫn xuống dưới.
1.4.5 Hệ thống phòng cháy chữa cháy
Mỗi căn hộ đều được lắp đặt hệ thống báo cháy, đảm bảo an toàn cho cư dân Bình cứu hỏa được trang bị đầy đủ và được bố trí hợp lý tại hành lang, cầu thang, theo hướng dẫn của ban phòng cháy chữa cháy thành phố Hồ Chí Minh.
Bố trí hệ thống cứu hỏa gồm các họng cứu hỏa tại các lối đi, các sảnh… với khoảng cách tối đa theo đúng tiêu chuẩn TCVN 2622 – 1995[7]
1.4.6 Hệ thống chống sét Được trang bị hệ thống chống sét theo đúng tiêu yêu cầu và tiêu chuẩn về chống sét nhà cao tầng (Thiết kế theo TCVN 46 – 1984[8])
Rác thải được thu gom tại các tầng thông qua hệ thống kho thoát rác, với gian rác đặt ở tầng hầm và thiết bị chuyên dụng để đưa rác ra ngoài Gian rác được thiết kế kín đáo và xử lý cẩn thận nhằm ngăn ngừa mùi hôi và ô nhiễm môi trường.
KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.1.1 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng gồm các loại sau:
Các hệ kết cấu cơ bản: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu hộp (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 chuyển, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép Những hệ kết cấu này được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực trong các công trình xây dựng, góp phần nâng cao độ bền và an toàn cho công trình.
- Được cấu tạo từ các cấu kiện dạng thanh (cột, dầm) liên kết cứng với nhau tạo nút
- Hệ khung có khả năng tạo ra không gian tương đối lớn và linh hoạt với những yêu cầu kiến trúc khác nhau
Sơ đồ làm việc của công trình rất rõ ràng, nhưng khả năng chịu tải trọng ngang còn hạn chế Công trình này phù hợp cho các tòa nhà cao đến 15 tầng trong vùng tính toán chống động đất cấp 7, 10-12 tầng cho vùng chống động đất cấp 8, và không nên áp dụng cho các công trình ở vùng chống động đất cấp 9.
- Sử dụng phù hợp với mọi giải pháp kiến trúc nhà cao tầng
Việc áp dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác nhau, bao gồm cả lắp ghép và đổ tại chỗ cho các kết cấu bê tông cốt thép, mang lại sự thuận tiện và hiệu quả trong quá trình thi công.
- Vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, được đổ toàn khối bằng hệ thống ván khuôn trượt, có thể thi công sau hoặc trước
- Hệ khung vách có thể sử dụng hiệu quả với các kết cấu có chiều cao trên 40m
- Lõi cứng chịu tải trọng ngang của hệ, có thể bố trí trong hoặc ngoài biên
- Hệ sàn gối trực tiếp lên tường lõi hoặc qua các cột trung gian
- Phần trong lõi thường bố trí thang máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật của nhà cao tầng
- Sử dụng hiệu quả với các công trình có độ cao trung bình hoặc lớn có mặt bằng đơn giản
- 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
Lựa chọn kết cấu cho công trình Chung cư XNK Tân Bình
Dựa vào quy mô công trình gồm 14 tầng nổi và 1 tầng hầm, sinh viên đã áp dụng hệ chịu lực khung-vách lõi Hệ thống này không chỉ chịu tải trọng đứng mà còn chịu tải trọng ngang và các tác động khác, đồng thời tăng cường độ cứng cho công trình.
Dưới tác động của tải trọng ngang, khung chịu cắt chủ yếu làm cho chuyển vị tương đối của các tầng trên nhỏ hơn, trong khi các tầng dưới có chuyển vị lớn hơn Ngược lại, lõi chịu uốn chủ yếu khiến cho chuyển vị tương đối của các tầng trên lớn hơn so với các tầng dưới Sự kết hợp này giúp giảm thiểu chuyển vị tổng thể của toàn bộ công trình khi các phần làm việc cùng nhau.
Việc chọn giải pháp kết cấu sàn hợp lý là rất quan trọng và ảnh hưởng lớn đến tính kinh tế của công trình Thống kê cho thấy khối lượng bê tông sàn có thể chiếm tỷ lệ lớn trong tổng chi phí xây dựng.
30-40% khối lượng bê tông trong công trình và trọng lượng bê tông sàn tạo thành tải trọng tĩnh chính Khi công trình cao hơn, tải trọng này tích lũy xuống các cột tầng dưới và móng, dẫn đến chi phí móng và cột tăng lên, đồng thời làm gia tăng tải trọng ngang do động đất.
Vì vậy cần ưu tiên giải pháp sàn nhẹ để giảm tải trọng thẳng đứng
Các loại kết cấu sàn được sử dụng rộng rãi hiện nay gồm:
Hệ sàn sườn bao gồm dầm và bản sàn, mang lại ưu điểm là tính toán đơn giản Hệ thống này được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam nhờ vào sự phong phú trong công nghệ thi công, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn phương pháp xây dựng.
Nhược điểm của thiết kế là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt khẩu độ lớn, điều này dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn hơn Kết quả là không tiết kiệm được không gian sử dụng trong công trình.
Sàn không dầm có cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột, mang lại nhiều ưu điểm như giảm chiều cao kết cấu và tiết kiệm không gian sử dụng Phương án này giúp dễ dàng phân chia không gian và thi công nhanh chóng hơn so với sàn dầm, vì không cần gia công cốp pha hay cốt thép dầm phức tạp Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng diễn ra đơn giản, góp phần tối ưu hóa quá trình xây dựng.
Nhược điểm của phương án này là các cột không được liên kết với nhau, dẫn đến độ cứng thấp hơn so với phương án sàn dầm Do đó, khả năng chịu lực theo phương ngang kém hơn, khiến tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu, trong khi tải trọng đứng do cột và vách đảm nhận Để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, sàn cần có chiều dày lớn, làm tăng khối lượng sàn.
*Sàn không dầm ứng lực trước: Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột Cốt thép được ứng lực trước
TRANG 12 Ưu điểm: Tiết kiệm chi phí do giảm chiều dày sàn và chiều cao tầng, cho phép sử dụng với các công trình có nhịp lớn và linh động trong việc bố trí mặt bằng kiến trúc Giảm thời gian xây dựng do tháo dỡ ván khuôn sớm, dễ dàng lắp đặt các hệ thống kỹ thuật
Nhược điểm: Tính toán phức tạp, thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
*Sàn panel lắp ghép: Cấu tạo gồm những tấm panel được sản xuất trong nhà máy
Các tấm này được chuyển đến công trường để lắp đặt, sau đó tiến hành rải cốt thép và đổ bê tông bù Ưu điểm của phương pháp này bao gồm khả năng vượt nhịp lớn, thời gian thi công nhanh chóng và tiết kiệm vật liệu.
Nhược điểm: Kích thước cấu kiện lớn, quy trình tính toán phức tạp
Sàn U-boot beton và Bubbledeck là giải pháp xây dựng tiên tiến với bản sàn bê tông phẳng, không dầm, kết nối trực tiếp vào hệ cột và vách chịu lực Sử dụng quả bóng nhựa tái chế thay thế phần bê tông không hoặc ít chịu lực, phương pháp này mang lại tính linh hoạt cao trong thiết kế và khả năng thích nghi với nhiều loại mặt bằng Sàn có thể vượt nhịp lên tới 15 m mà không cần ứng suất trước, giúp giảm hệ tường và vách chịu lực, đồng thời rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí.
Nhược điểm của công nghệ mới này tại Việt Nam là lý thuyết tính toán chưa được phổ biến rộng rãi Hơn nữa, khả năng chịu uốn và chịu cắt của nó vẫn thấp hơn so với sàn bê tông cốt thép thông thường có cùng độ dày.
Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn cho công trình:
Căn cứ yêu cầu kiến trúc, lưới cột, công năng của công trình, sinh viên đưa ra hai phương án sàn:
- Sàn sườn toàn khối, bố trí dầm trực giao
2.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu về phần ngầm:
GIẢI PHÁP VẬT LIỆU
2.2.1 Yêu cầu về vật liệu:
- Vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, chống cháy tốt
- Vật liệu có tính biến dạng cao: khả năng biến dạng cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp
- Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão)
- Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp có tính chất lặp lại, không bị tách rời các bộ phận công trình
- Vật liệu có giá thành hợp lý
Trong ngành xây dựng hiện nay, vật liệu chính được sử dụng là thép và bê tông cốt thép nhờ vào khả năng chế tạo dễ dàng và nguồn cung phong phú Bên cạnh đó, các vật liệu mới như vật liệu liên hợp thép-bê tông và hợp kim nhẹ cũng đang xuất hiện, nhưng chưa được áp dụng rộng rãi do công nghệ chế tạo còn mới mẻ và chi phí tương đối cao.
Do đó, sinh viên lựa chọn vật liệu xây dựng công trình là bê tông cốt thép
Bêtông dùng trong nhà cao tầng có cấp độ bền B25B60
Chọn bêtông cấp độ bên B30 với các thông số sau:
- Cường độ chịu nén tính toán R b 17 0 MPa
- Cường độ chịu kéo tính toánR bt 1 15 MPa
- Mô-đun đàn hồi của vật liệu E b 32 5 10 3 MPa
Sử dụng cốt thép CB-240T với các thông số sau:
- Cường độ chịu kéo, nén tính toán R s R sc 210MPa
- Cường độ chịu cắt tính toánR sw 170MPa
- Mô-đun đàn hồi của vật liệu E s 2 10 5 MPa
Sử dụng cốt thép CB-400V với các thông số sau:
- Cường độ chịu kéo, nén tính toán R s R sc 350MPa
- Cường độ chịu cắt tính toánR sw 280MPa
- Mô-đun đàn hồi của vật liệu E s 2 10 5 MPa
LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ
Lớp bê tông bảo vệ cần phải được đảm bảo:
- Sự làm việc đồng thời của cốt thép với bê tông
- Sự neo cốt thép trong bê tông và khả năng bố trí các mối nối của các chi tiết cốt thép
- Tính toàn vẹn của cốt thép dưới các tác động của môi trường xung quanh (kể cả khi có môi trường xâm thực)
- Khả năng chịu lửa của bê tông
Trong bản và tường có chiều dày
- Từ 100mm trở xuống abv mm (15mm)
- Trên 100mm abv mm (20mm)
Trong dầm và dầm sườn có chiều cao
- Nhỏ hơn 250mm abv mm (20mm)
- Lớn hơn hoặc bằng 250mm abv mm (25mm)
Trong cột abv mm (25mm)
Trong dầm móng abv 0mm
- Toàn khối có lớp bêtông lót abv 5mm
- Toàn khối không có bêtông lót abv= 70mm
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho cốt đai, cốt thép phân bố và cốt thép cấu tạo phải đảm bảo không nhỏ hơn đường kính của các cốt thép này Việc tuân thủ quy định về chiều dày lớp bảo vệ là rất quan trọng để đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình.
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện nhỏ hơn 250mm: abv mm (15mm)
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện bằng 250mm trở lên: abv mm (20mm)
Giá trị trong ngoặc (…) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt.
SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN
2.4.1 Nguyên tắc bố trí hệ kết cấu
Bố trí hệ chịu lực cần ưu tiên những nguyên tắc sau:
Nguyên tắc thiết kế công trình cần đơn giản và rõ ràng để đảm bảo độ tin cậy trong kiểm soát Thông thường, kết cấu thuần khung có độ tin cậy dễ kiểm soát hơn so với hệ kết cấu vách và khung vách, vì loại kết cấu này nhạy cảm hơn với biến dạng.
Truyền lực theo con đường ngắn nhất là nguyên tắc quan trọng trong thiết kế kết cấu, giúp tối ưu hóa hiệu quả và tiết kiệm chi phí Đối với kết cấu bê tông cốt thép, cần ưu tiên các cấu kiện chịu nén, đồng thời hạn chế các cấu kiện treo chịu kéo, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi lực uốn trong khung thành lực dọc.
- Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ kết cấu
2.4.2 Sơ bộ kích thước cấu kiện
2.4.2.1 Giải pháp kết cấu ngang (sàn, dầm)
Sơ bộ chiều dày sàn
Chiều dày sàn sơ bộ theo công thức sau:
Trong đó: m = 30 35 sàn 1 phương (l2 ≥ 2l1); m = 40 50 sàn 2 phương (l 2 < 2l 1 ); m = 10 15 bản consol; l1 : Nhịp theo phương cạnh ngắn;
D= 0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng
Bảng 2.1-Sơ bộ kích thước sàn
STT Sàn tầng Chiều dày (mm)
Sơ bộ tiết diện dầm
Sơ bộ theo công thức kinh nghiệm (sơ bộ theo 2 điều kiện:độ võng và điều kiện độ bền) sau:
Bảng 2.2-Bảng sơ bộ kích thước dầm STT Nhịp dầm ( L) Kích thước (bxh)
2.4.2.2 Giải pháp kết cấu đứng (cột,vách)
Sơ bộ tiết diện vách và lõi thang máy
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 sơ bộ vách dày 300(mm)
Sơ bộ tiết diện cột
Hàm lượng thép tối thiểu trong cột (đối với cột đặt cốt thép theo chu vi) min 0 1 %
(tham khảo trang 127, sách Kết cấu bê tông cốt thép [12])
Công thức sơ bộ kích thước cột là dựa vào điều kiện xem toàn bộ lực nén trong cột là do bê tông chịu
qi : tải trọng phân bố đều trên sàn (đối với chung cư lấy từ 12 15 kN/m 2 ); ni : số tầng;
S i : diện tích truyền tải của sàn vào cột;
b : hệ số làm việc của bê tông; k : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment trong khung;
+ Đối với cột giữa : k = 1.1 ; + Đối với cột biên : k = 1.2;
Bảng 2.3-Sơ bộ kích thước cột giữa Tầng
(m 2 ) (kN/m 2 ) (kN) cm 2 (cm) cm 2
Bảng 2.4-Sơ bộ tiết diện cột biên Tầng
(m 2 ) (kN/m 2 ) (kN) cm 2 (cm) cm 2
Bảng 2.5-Sơ bộ tiết diện cột gốc
F tt b x h F chọn (m 2 ) (kN/m 2 ) (kN) cm 2 (cm) cm 2
KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
CƠ SỞ TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
- Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995[2]
- Cataloge vật liệu sử dụng trong công trình
- Theo yêu cầu và công năng sử dụng mà chủ đầu tư đưa ra (nếu có).
TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG
Tĩnh tải là tổng hợp trọng lượng của các cấu kiện trong công trình, bao gồm trọng lượng của sàn, dầm, cột, tường xây trên dầm và sàn, cũng như trọng lượng các lớp hoàn thiện của sàn.
Tĩnh tải tác dụng lên sàn
Hình 3.1-Các lớp cấu tạo của sàn Bảng 3.1-Trọng lượng bản thân ô sàn căn hộ, hành lang
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m
Hệ số vư ợt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/m
1 Bản thân kết cấu sàn 25 150 3.75 1.1 4.13
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
7 Tổng tĩnh tải chưa tính trọng lượng bản sàn 1.42 1.76
Bảng 3.2-Trọng lượng bản thân ô sàn vệ sinh, lô gia
Tĩnh tải tiêu chuẩ n kN/ m 2
Hệ số vư ợt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/ m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 150 3.75 1.1 4.13
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
4 - Vữa lát nền + tạo dốc 18 50 0.90 1.3 1.17
7 Tổng tĩnh tải chưa tính trọng lượng bản thân sàn 1.90 2.38
Bảng 3.3-Trọng lượng bản thân ô sàn tầng trệt
Tĩnh tải tiêu chuẩ n kN/ m 2
Hệ số vư ợt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/ m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 180 4.50 1.1 4.95
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
7 Tổng tĩnh tải chưa tính trọng lượng bản thân sàn 1.70 2.10
Bảng 3.4-Trọng lượng bản thân ô sàn tầng hầm
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3
1 Bản thân kết cấu sàn 25 200 5.00 1.1 5.50
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
- Vữa lát nền + tạo dốc 18 50 0.90 1.3 1.17
Bảng 3.5-Trọng lượng bản thân ô sàn tầng mái
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3
1 Bản thân kết cấu sàn 25 130 3.25 1.1 3.58
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tải tường tác dụng lên sàn
n là hệ số vượt tải
bt là bề rộng tường
ht là chiều cao tường
Bảng 3.6-Tải trọng tường xây trên dầm và sàn
Tải tường tiêu chuẩn (kN/m)
Tải tường tính toán (kNm/m)
Tường 100 trên sàn 100 3.3 3.15 4.73 1.1 5.2 Đối với sân thượng:
Tường 200 lan can sân thượng cao 1.8(m) đặt trên dầm biên
Bảng 3.7-Hoạt tải tác dụng lên sàn
Giá trị tiêu chuẩn (kN/m 2 )
2 Phòng triển lãm, trưng bày, nhà kho 1.4 2.60 4.00 1.2 4.80
8 Mái bằng có sử dụng 0.50 1.00 1.50 1.30 1.95
9 Mái bằng không có sử dụng 0.00 0.75 0.75 1.30 0.98
TẢI TRỌNG NGANG(TẢI TRỌNG GIÓ)
3.3.1 Nguyên tắc tính toán thành phần tải trọng gió (theo mục 2 TCVN 2737-
Tải trọng ngang được tính toán trong công trình là tải trọng gió
Tác động của gió lên công trình mang tính chất của tải trọng động và phụ thuộc vào 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
Tải trọng gió bao gồm hai thành phần chính: thành phần tĩnh và thành phần động Giá trị cũng như phương pháp tính toán cho thành phần tĩnh của tải trọng gió được quy định theo các tiêu chuẩn trong TCVN 2737:1995.
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 xác định dựa trên thành phần tĩnh của tải trọng gió, nhân với các hệ số phản ánh ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính.
Việc tính toán tác động của tải trọng gió lên công trình bao gồm hai bước chính: xác định thành phần động của tải trọng gió và phân tích phản ứng của công trình đối với các dạng dao động do thành phần động này gây ra.
Theo mục 1.2 TCVN 229 – 1999[3] thì công trình có chiều cao > 40m thì khi tính phải kể đến thành phần động của tải trọng gió
Công trình chung cư XNK Tân Bình có tổng chiều cao 50m tính từ cao độ +0.000m, do đó cần xem xét yếu tố thành phần gió động để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế.
3.3.2 Thành phần tĩnh của tải gió
Bảng 3.8-Đặc điểm công trình
Tỉnh, thành TP Hồ Chí Minh
Quận, huyện Quận Tân Bình
Vùng gió II-A Địa hình C
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj tại điểm j ứng với độ cao zj so với mốc chuẩn:
W o là giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng; kj là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao;
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được xác định là 1.2, trong khi hệ số khí động cho gió đẩy là 0.8 và cho gió hút là 0.6 Chiều cao đón gió của tầng thứ j được ký hiệu là h j.
Bảng 3.9-Bảng giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió
Vùng áp lực gió trên bản đồ I II III IV V
Theo mục 6.4.1, khi ảnh hưởng của bão được đánh giá là yếu, giá trị áp lực gió Wo sẽ được điều chỉnh giảm: 10 daN/m² cho vùng I-A, 12 daN/m² cho vùng II-A và 15 daN/m² cho vùng III-A trong điều kiện địa hình C.
Công trình của sinh viên nằm ở quận Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng gió II-A
W 0 = 95 – 12 = 83 (daN//m 2 ) k(zj) – Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, xác định dựa vào công thức sau:
Bảng 3.10-Độ cao Gradient và hệ số m t
Do tính đối xứng của công trình, việc nhập gió vào tâm hình học hoặc vào dầm biên đều cho kết quả tương tự Vì vậy, để tiết kiệm thời gian và đơn giản hóa quá trình, sinh viên thường chọn gán thành phần gió tĩnh vào tâm hình học.
Lực tập trung thành phần tĩnh của tải trọng gió được tính theo công thức sau: j o j j
Trong đó: c là hệ số khí động, lấy tổng cho mặt đón gió và hút gió c = 1.4;
H j là chiều cao đón gió của tầng thứ j;
Lj là bề rộng đón gió của tầng thứ j;
Bảng 3.11-Bảng giá trị tải trọng gió tĩnh theo phương X
Bảng 3.12-Bảng giá trị tải trọng gió tĩnh theo phương Y
3.3.3 Thành phần động của gió
Thành phần động của gió được xác định dựa theo tiêu chuẩn TCVN 229 -1999[3]
Thành phần động của tải trọng gió được xác định dựa trên các phương tương ứng với thành phần tĩnh của tải trọng gió Tiêu chuẩn hiện hành chỉ xem xét thành phần gió theo phương X và phương Y, trong khi bỏ qua thành phần gió ngang và momen xoắn.
Các bước xác định thành phần gió động theo tiêu chuẩn TCVN 229-1999[3] 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
3.3.3.1 Thiết lập sơ đồ tính động lực(theo phụ lục A TCVN 229-1999[3])
Công trình nghiên cứu tập trung vào thanh consol hữu hạn với khối lượng tập trung Trong hệ thống này, thanh consol có n điểm tập trung khối lượng, được ký hiệu là M1, M2, …, Mn Phương trình vi phân tổng quát mô tả dao động của hệ thống khi không tính đến khối lượng của thanh.
M , C , K : Ma trận khối lượng, cản và độ cứng của hệ
U ,U : Vector gia tốc, vận tốc, dịch chuyển của các toạ độ xác định bậc tự do của hệ
W' : Vector lực kích động đặt tại các toạ độ tương ứng
Tần số và dạng dao động riêng của hệ được xác định từ phương trình vi phân thuần nhất không có cản (bỏ qua hệ số cản C):
là ma trận khối lượng
là ma trận độ cứng
Điều kiện tồn tại dao động là phương trình tồn tại nghiệm không tầm thường: y 0 do đó phải điều kiện thỏa mãn điều kiện:
ij : Chuyển vị tại điểm j do lực đơn vị đặt tại điểm i gây ra
ij: Tần số vòng của dao động riêng (Rad/s)
Phương trình (6) cho phép xác định n giá trị thực và dương của i, từ đó có thể tìm ra các dạng dao động riêng bằng cách thay các giá trị vào phương trình (4) Tuy nhiên, khi n > 3, việc giải bài toán trở nên phức tạp hơn, đòi hỏi phải sử dụng máy tính hoặc các phương pháp khác để xác định tần số và dạng dao động.
TRANG 28 phương pháp gần đúng hoặc công thức thực nghiệm (phương pháp Năng Lượng
RayLây, phương pháp Bunop - Galookin, phương pháp thay thế khối lượng, phương pháp khối lượng tương đương, phương pháp đúng dần và phương pháp sai phân là những phương pháp quan trọng trong tính toán tần số và dạng dao động Một trong những phần mềm hỗ trợ tính toán theo lý thuyết trên là Etabs 18, giúp tính toán các dạng dao động riêng một cách chính xác.
3.3.3.2 Khảo sát các dạng dao động riêng
Tất cả các kết cấu chịu lực của công trình được mô hình hóa trong không gian 3 chiều, sử dụng phần tử khung cho cột và dầm, cùng với phần tử tấm vỏ cho sàn và vách cứng Đã thực hiện tính toán chu kỳ dao động riêng và dạng dao động riêng cho 12 dạng dao động đầu tiên Khối lượng tập trung được khai báo trong phân tích dao động theo TCXD 229 – 1999 là 100% tĩnh tải và 50% hoạt tải.
Hình 3.2-Các dạng dao động cơ bản
TRANG 29 Hình 3.3-Mô hình 3D trong ETAB
Khảo sát hình dạng dao động đầu tiên của các Mode đầu tiên theo kết quả phân tích trong mô hình ETAB 18
Hình 3.4-Phương X (mode 1) Hình 3.5-Phương Y (Mode 1)
Hình 3.6-Phương X (Mode 2) Hình 3.7-Phương Y (Mode 2)
TRANG 31 Hình 3.8-Phương X (Mode 3) Hình 3.9-Phương Y (Mode 3)
Hình 3.10-Phương X (Mode 4) Hình 3.11-Phương X (Mode 5)
Bảng 3.13-Bảng thống kê chu kỳ và tần số dao động Mode
Tần số UX UY RZ SumU
Mức độ nhạy cảm của công trình với tác động của tải trọng gió quyết định việc xem xét thành phần động của tải trọng này, có thể chỉ tập trung vào tác động từ thành phần xung của vận tốc gió hoặc bao gồm cả lực quán tính của công trình.
Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng cho gió vùng II là fL = 1.3, với độ giảm loga = 0.3 áp dụng cho công trình bê tông cốt thép.
Nếu f1 > fL thì thành phần động của tải trọng gió chỉ kể đến tác dụng của xung vận tốc gió
Nếu f1 < f L thì phải kể thêm lực quán tính
Theo phân tích động học ở ta có:
Thành phần động của gió gồm xung của vận tốc gió và lực quán tính
Công trình có chiều cao H < 85m và các tâm khối lượng, tâm cứng, tâm hình học gần trùng nhau, do đó có thể bỏ qua mode 2 (mode xoắn) Tiêu chuẩn cũng không tính đến mode này.
3.3.3.3 Cơ sở lý thuyết tính toán thành phần động của gió (theo mục 4.5 TCVN 229 - 1999[3])
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:
- M j : 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
CÁC TRƯỜNG HỢP TỔ HỢP TẢI TRỌNG VÀ CẤU TRÚC TỔ HỢP
3.4.1 Các trường hợp tổ hợp tải trọng
Theo sách “Tính toán tiết diện cột Bê tông cốt thép” của GS.TS.Nguyễn Đình
Trong các công trình nhiều tầng có tĩnh tải lớn hơn hoạt tải (g > 2p) và chiều cao vượt quá 40m, moment trong dầm và cột do hoạt tải đứng gây ra thường nhỏ hơn so với moment do tĩnh tải và tải trọng gió Do đó, có thể tính toán gần đúng bằng cách bỏ qua các trường hợp phân bố hoạt tải đứng theo tầng và nhịp, và gộp toàn bộ hoạt tải sàn để tính tải sàn.
Ngoài ra Điều 13.7.6.3 Tiêu chuẩn ACI 318M-08[9]:
When the unfactored live load is variable and does not exceed 75% of the unfactored dead load, or if the live load is such that all panels will be loaded at the same time, it is permissible to make certain assumptions regarding the load distribution.
TRANG 38 maximum factored moments occur at all sections with full factored live load on entire slab system
Trong trường hợp hoạt tải vượt quá 75% tĩnh tải, cần xem xét các trường hợp chất tải Ngược lại, nếu hoạt tải thấp hơn hoặc bằng 75% tĩnh tải, chỉ cần chất đầy hoạt tải.
Bảng 3.17-Các trường hợp tải trọng
TT TẢI TRỌNG LOẠI Ý NGHĨA
1 TLBT DEAD Tải trọng bản thân
2 HOAN THIEN SUPERDEAD Tải trọng hoàn thiện
3 TAI TUONG SUPERDEAD Tải trọng tường xây
4 HOAT TAI =2 LIVE Hoạt tải >= 2
6 GTX WIND Gió tĩnh phương X
7 GTXX WIND Gió tĩnh phương –X
8 GTY WIND Gió tĩnh phương Y
9 GTYY WIND Gió tĩnh phương -Y
10 GDX WIND Gió động theo phương X
11 GDY WIND Gió động theo phương Y
3.4.2 Các trường hợp tải trọng trung gian
Bảng 3.18-Các trường hợp tải trọng trung gian
(combo) Loại Thành phần Ý nghĩa
TLBT, HOAN THIEN, TAI TUONG
Tổng tĩnh tải tác dụng
HOAT TAI >=2 Tổng hoạt tải tác dụng
3 GDX1 SRSS GXD Gió động theo phương X, -X
4 GDY1 SRSS GDY Gió động theo phương Y, -Y
5 GX ADD GTX, GDX1 Gió tĩnh X kết hợp với gió động X
6 GXX ADD GTXX, GDX1 Gió tĩnh XX kết hợp với gió động -X
7 GY ADD GTY, GDY1 Gió tĩnh Y kết hợp với gió động Y
8 GYY ADD GTYY, GDY1 Gió tĩnh YY kết hợp với gió động -Y
3.4.3 Các trường hợp tổ hợp tải trọng
Bảng 3.19- Các trường hợp tổ hợp tải trọng
TT TÊN TỔ HỢP TỔ HỢP THÀNH PHẦN
COMBO1 TINH TAI + HOAT TAI
COMBO6 TINH TAI + 0.9HOAT TAI +0.9GX
7 COMBO7 TINH TAI + 0.9HOAT TAI +0.9GY
8 COMBO8 TINH TAI + 0.9HOAT TAI +0.9GXX
9 COMBO9 TINH TAI + 0.9HOAT TAI +0.9GYY
10 BAO COMBOBAO ENVELOPE(COMBO1…COMBO9)
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA MÔ HÌNH
3.5.1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh
Tổng chiều cao công trình H = 50 (m)
Theo mục 2.6.3 TCVN 198 – 1997[4] chuyển vị đỉnh giới hạn đối với kết cấu bê tông cốt thép tính theo phương pháp đàn hồi: f 1
- Chuyển vị tải gió theo phương X : fx = 5.918 (mm)
- Chuyển vị tải gió theo phương Y : fy = 32.843 (mm)
Thoả mãn chuyển vị đỉnh
3.5.2 Kiểm tra chuyển vị tương đối do gió
Bảng 3.20- Kiểm tra chuyển vị tương đối do gió theo phương X
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối (mm)
Trị số giới hạn h s /500 (mm)
Base 0.00 0.00 Bảng 3.21- Kiểm tra chuyển vị tương đối do gió theo phương Y
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối (mm)
Trị số giới hạn h s /500 (mm)
3.5.3 Kiểm tra gia tốc đỉnh
Theo mục 2.6.3 TCVN 198 – 1997, gia tốc cực đại của chuyển động tại đỉnh công trình dưới tác động của tải trọng gió ngang phải nằm trong giới hạn cho phép, cụ thể là y ≤ [Y ].
Y - Giá trị cho phép của gia tốc, lấy bằng 150mm/s 2
y - Giá trị tính toán của gia tốc cực đại
Với:: Tần số vòng của dạng dao động thứ i (1/s)
U max : Chuyển vị cực đại tại đỉnh công trình (mm)
Tần số dao động theo dạng 1 theo phương X : fx = 0.655 Hz
Chuyển vị cực đại tại đỉnh công trình Umax = 5.72 (mm)
Tần số dao động theo dạng 1 theo phương X : fy = 0.59 Hz
Chuyển vị cực đại tại đỉnh công trình Umax = 10.83 (mm)
Không cần kiểm tra lật
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
Cầu thang lầu 1 đến lầu 14 của công trình này là cầu thang 2 vế dạng bản Mỗi vế gồm
11 bậc thang với kích thước: h b 150( mm );l b 270( mm )
Góc nghiêng của cầu thang: 150 0 464 27
l Chiều dày bản thang được chọn sơ bộ theo công thức:
Với L 0b là nhịp tính toán của bảng thang
Chọn bề dày bản thang h b 130( mm )
Chọn kích thước dầm : b h 200 300 ( mm )
Với L 0d là nhịp tính toán của dầm chiếu nghỉ
Hình 4.1-Mặt cắt cầu thang bộ
Thép CB-240T R s = 210 MPa ; R sw = 170 MPa
Thép CB-400V Rs = 350 MPa ; Rsw = 280 MPa
4.1.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản thang
Tĩnh tải được xác định theo công thức sau: n i tdi i 1 g n Trong đó:
i: là khối lượng lớp thứ i;
tdi: Chiều dày tương đương lớp thứ i theo bản nghiêng; n i: hệ số tin cậy của lớp thứ i
Chiều dày tương đương của bậc thang được xác định theo công thức sau: b td h cos 170.cos 27
Trong đó: h b : Chiều cao bậc thang;
Chiều dày tương đương của đá hoa cương, vữa xi măng
Trong đó: l b : Chiều dài bậc thang; h b: Chiều cao bậc thang;
i: Chiều dày của lớp thứ i;
Trong đó: p c : Hoạt tải tiêu chuẩn np: Hệ số tin cậy
Bảng 4.1-Tải trọng tác dụng lên bản thang
Tải trọng Vật liệu Chiều dày (mm)
Chiều dày tương đương (mm) ɣ (kN/m 3 )
Tĩnh tải Đá hoa cương 20 27.77 24 1.1 0.73
Bậc thang (gạch xây) 150 62.10 18 1.1 1.23 Lớp bê tông cốt thép 130 130.00 25 1.1 3.58
Tải trọng tác dụng trên 1m bề rộng bản thang
Ghi chú: Trong đó, khối lượng của tay vịn bằng sắt lấy 0.30 kN/m
4.1.3.2 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Hình 4.2- Cấu tạo bản thang chiếu nghỉ,chiếu tới Bảng 4.2-Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Tải trọng Vật liệu Chiều dày
Tĩnh tải Đá hoa cương 20 24 1.1 0.53
Lớp bê tông cốt thép 130 25 1.1 3.58
TÍNH TOÁN BẢN THANG
Để tính toán, cắt một dãy có bề rộng 1 m Do hai vế cầu thang trong công trình giống nhau, sinh viên chỉ cần tính cho một vế và sau đó áp dụng kết quả tương tự cho vế còn lại.
Bản thang được gác lên dầm với tỷ số: 300 2 3 3
Theo sách “Kết cấu bê tông cốt thép, tập 3 cấu kiện đặc biệt” của Võ Bá Tầm, liên kết giữa bản thang và dầm chiếu tới được chọn là liên kết khớp.
Hình 4.3-Mô hình cầu thang 3D
Hình 4.4-Sơ đồ chất tải cầu thang
Hình 4.5-Sơ đồ chất tải tường 4.2.3 Kết quả nội lực
Hình 4.6-Moment gối bản thang nghiêng
TRANG 47 Hình 4.7-Moment nhịp bản thang nghiêng
Hình 4.8-Moment đoạn gãy khúc
TRANG 48 Hình 4.9-Moment nhịp bản chiếu nghỉ
Hình 4.10-Moment gối bản chiếu nghỉ
Bảng 4.3-Bảng tổng hợp nội lực cầu thang
Tại vị trí gãy khúc
Tiết diện tính toán bxh = 100 x 1.3(cm)
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
Bảng 4.4-Kết quả tính thép cầu thang
Gối phải chiếu tới 7.91 0.031 0.031 1.51 10a200 3.93 0.36 Nhịp bản chiếu tới 9.43 0.007 0.007 0.33 10a200 3.93 0.36 Gối phải bản nghiêng 1.89 0.043 0.044 2.10 10a200 3.93 0.36 Nhịp bản thang 4.25 0.051 0.052 2.52 10a200 3.93 0.36 Đoạn gãy khúc 8.73 0.010 0.010 0.49 10a200 3.93 0.36 Nhịp bản chiếu nghỉ 4.22 0.023 0.023 1.12 10a200 3.93 0.36 Gối phải chiếu nghỉ 11.38 0.047 0.048 2.32 10a200 3.93 0.36
4.2.5 Kiểm tra khả năng chịu cắt
Khi tính toán khả năng chịu cắt của bản thang, cần lưu ý rằng thường không sử dụng cốt đai Nếu điều kiện chịu cắt không đạt yêu cầu, giải pháp là tăng chiều dày của bản thang để cải thiện khả năng chịu lực.
Kiểm tra điều kiện chịu cắt cho bê tông theo Mục 8.1.3.3 TCVN 5574-2018Error!
Reference source not found b sw
Q : là lực cắt trên tiết diện nghiêng với chiều dài hình chiếu C lên trục dọc cấu kiện
Q : b là lực cắt chịu bởi bê tông trong tiết diện nghiêng, điều kiện Q b Q b min
Hình 4.11-Lực cắt lớn nhất trong bản thang
Lực cắt lớn nhất trong bản thang Q max 27 13 kN
Bê tông bản thang đủ khả năng chịu cắt
KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ĐỘ VÕNG CỦA BẢN THANG
4.3.1 Kiểm tra điều kiện hình thành khe nứt
Tính toán sự hình thành vết nứt của cấu kiện bê tông cốt thép được thực hiện khi tuân thủ các điều kiện cụ thể, theo quy định tại Mục 8.2.2.1.1 – TCVN 5574.
M là lực uốn do ngoại lực tác động lên trục vuông góc với mặt phẳng chịu tác dụng của moment uốn, đi qua trọng tâm của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện.
Mrcr : là moment chống uốn do tiết diện thẳng góc của cấu kiện khi hình thành vết nứt, được xác định theo công thức : crc pl bt ,ser x
W pl là giá trị kháng uốn đàn dẻo của tiết diện, liên quan đến thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng Giá trị này được xác định theo các yêu cầu trong mục 8.2.2.2.3 của TCVN.
Khoảng cách 5574 – 2018 chỉ ra rằng, từ điểm đặt lực dọc N (nằm ở trọng tâm tiết diện quy đổi của cấu kiện) đến điểm lõi, có một khoảng cách xa hơn vùng chịu kéo, nơi cần kiểm tra sự hình thành vết nứt.
Hình 4.12-Sơ Đồ Trạng Thái Ứng Suất – Biến Dạng Của Tiết Diện Cấu
Khi kiểm tra sự hình thành vết nứt cho tiết diện chữ nhật và chữ T (với cánh nằm trong vùng chịu nén), giá trị Wpl dưới tác dụng của mô men uốn trong mặt phẳng trục đối xứng có thể được xác định bằng công thức: Wpl = red.
W red : là moment kháng uốn đàn hồi của tiết diện quy đổi theo vùng chịu kéo của tiết diện, được xác định theo mục 8.2.2.2.5 – TCVN 5574 – 2018[1]
: là hệ số, lấy bằng 1.3
Moment kháng uốn Wred và khoảng cách ex được xác định theo các công thức: red red t
I red : là moment quán tính của tiết diện quy đổi của cấu kiện đối với trọng tâm của nó
I, I s , I s ’ : là moment quán tính lần lượt của tiết diện bê tông, của tiết diện cốt thép chịu kéo và của cốt thép chịu nén;
Ared : là diện tích của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện, được xác định theo công thức:
: là hệ số quy đổi của cốt thép về bê tông, s b
A, A s , A s ’ : là diện tích tiết diện ngang lần lượt của bê tông, của cốt thép chịu kéo và của cốt thép chịu nén; yt : là khoảng cách từ thớ bê tông chịu kéo nhiều nhất đến trọng tâm tiết diện quy đổi của cấu kiện : t ,red t red y S
S t,red : là moment tĩnh của tiết diện quy đổi của cấu kiện đối với thớ bê tông chịu kéo nhiều hơn
Bảng 4.5-Kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt của bản thang
Các đặc trưng Giá trị Đơn vị Ghi chú
R bt.ser 1.75 MPa Cường độ kéo tính toán của bê tôngtính theo trạng thái giới hạn II
E s 2.00E+05 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chiu kéo
E' s 0.00E+00 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chịu nén
Mô đun đàn hồi của bê tông là 3.25E+04 MPa, với bề rộng tiết diện tính toán là 1000 mm và chiều cao tiết diện tính toán là 130 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu kéo đến mép ngoài bê tông là 20 mm, trong khi khoảng cách từ tâm thép vùng chịu nén đến mép ngoài bê tông là 0 mm.
As 393.00 mm 2 Diện tích thép bố trí trong vùng chịu kéo,tại vị trí đang xét A's 0.00 mm 2 Diện tích thép bố trí trong vùng chịu nén, tại vị trí
M 8.58 kN.m M là momen do ngoại lực trên tiết diện đang xét
Tính toán với tải tiêu chuẩn, khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén được xác định bởi h0 = h - a, với h0 là 110 mm Tương tự, khoảng cách này cũng được tính cho trường hợp khác với h'0 = h - a' Tỷ số mô đun đàn hồi giữa thép và bê tông được biểu thị bằng α = Es/Eb, trong đó α có giá trị 6.154 Đối với trường hợp thứ hai, tỷ số này được xác định là α' = E's/Eb, với α' có giá trị 0.000.
Ared 132418.4615 mm 2 Diện tích tiết diện ngang quy đổi khi coi vật liệu đàn hồi, Ared = bh + αAs +α' A's
Số liệu cho thấy mô men tĩnh của tiết diện quy đổi của cấu kiện là 8498369.23 mm³ Khoảng cách từ thớ bê tông chịu kéo nhiều nhất đến trọng tâm tiết diện quy đổi là 64.18 mm, trong khi khoảng cách từ thớ bê tông chịu nén nhiều nhất đến trọng tâm tiết diện quy đổi là 65.82 mm.
0 mm 4 Mô men quán tính của tiết diện quy đổi của cấu kiện đối với trọng tâm của nó
Wred 2.93E+06 mm 3 Mô men kháng uốn đàn hồi của tiết diện quy đổi theo vùng chịu kéo của tiết diện
W pl 3.81E+06 mm 3 Mô men kháng uốn đàn dẻo của tiết diện đối với thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng
M crc 6.85 kN.m Moment kháng nứt của tiết diện
Kiểm tra điều kiện không nứt: Mcrc ≥M Không thoả
4.3.2 Kiểm tra võng bản thang Đối với cấu kiện không có vết nứt trong vùng chịu kéo:
là độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng tạm thời ngắn hạn;
Độ cong của cấu kiện bê tông cốt thép là kết quả của tác động lâu dài từ các tải trọng thường xuyên và tạm thời Để xác định độ cong này, ta sử dụng công thức phù hợp với các tải trọng tương ứng.
M là mô men uốn do ngoại lực tác động, bao gồm cả mô men từ lực dọc N, đối với trục vuông góc với mặt phẳng tác dụng của mô men uốn và đi qua trọng tâm của tiết diện ngang quy đổi.
D là độ cứng chống uốn của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện, được xác định theo công thức:
E b1 là mô đun biến dạng của bê tông chịu nén, được xác định dựa trên thời hạn tác dụng của tải trọng, bao gồm cả ngắn hạn và dài hạn, đồng thời cũng xét đến sự có mặt hoặc không có mặt của các vết nứt trong cấu trúc bê tông.
Ired là đại lượng thể hiện moment quán tính của tiết diện ngang tính đến trọng tâm, và nó được xác định dựa trên việc có hoặc không có các vết nứt.
I là moment quán tính của tiết diện bê tông đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện;
I s , I s ’ là moment quán tính của tiết diện cốt thép lần lượt chịu kéo và chịu nén đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện;
là hệ số quy đổi của thép về bê tông:
Biến dạng Eb1 được lấy như sau:
- Khi có tác dụng ngắn hạn của tải trọng:
- Khi có tác dụng dài hạn của tải trọng:
TRANG 55 Hình 4.13-Độ võng của TT+HT Hình 4.14-Độ võng của TT+HTDH
Các đặc trưng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng ngắn hạn của tải trọng dài hạn hạn của tải trọng dài hạn Đơn vị Ghi chú
M 8.58 7.55 7.55 kN.m Momen do ngoại lực tính với tải tiêu chuẩn
Rb,ser 22.00 22.00 22.00 MPa Cường độ nén tính toán của bê tông B30 tính theo trạng thái giới hạn II
Es 2.00E+05 200000 200000 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chiu kéo
E's 0.00E+00 0 0 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chịu nén
Eb 3.25E+04 32500 32500 MPa Mô đun đàn hồi bê tông B25 b 1000 1000 1000 mm Bề rộng tiết diện tính toán h 130 130 130 mm Chiều cao tiết diện tính toán a 20 20 20 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu kéo đến mép ngoài bê tông a' 0 0 0 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu nén đến mép ngoài bê tông
Diện tích thép bố trí trong vùng chịu kéo tại vị trí xét là 393.00 mm² với thông số Φ10a200 Trong khi đó, diện tích thép bố trí trong vùng chịu nén tại vị trí xét là 0 mm², với chiều cao h0 là 110 mm.
Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén, h 0 = h - a h' 0 0 0 0 mm
Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén, h' 0 = h -a'
1.8 1.8 1.8 Hệ số từ biến của bê tông
0.0015 0.0015 0.0024 Biến dạng tương đối của bê tông
7 14666.66667 9166.666667 MPa Mô đun đàn hồi quy đổi của bê tông khi nén
E b1 1.47E+04 1.47E+04 9.17E+03 MPa Mô đun biến dạng của bê tông
M crc 6.851 6.851 6.851 kN.m Moment kháng nứt của tiết diện
E s,red 553649.435 729668.038 729668.038 Mô đun biến dạng quy đổi của cốt thép nằm trong vùng chịu kéo của cấu kiện có vết nứt
s 13.636 13.636 21.818 Hệ số quy đổi cốt thép về bê tông
s 37.749 49.750 79.600 Hệ số quy đổi cốt thép về bê tông
s 0.004 0.004 0.004 Hàm lượng thép chịu kéo
s 0.000 0.000 0.000 Hàm lượng thép chịu nén x m 44.189 48.886 57.379 mm Chiều cao vùng chịu nén của bê tông
Ib 28761856.7 38942117.2 62969109.6 mm 4 Moment quán tính của diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu nén đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi
TÍNH TOÁN DẦM CHIẾU NGHỈ VÀ DẦM CHIẾU TỚI
Hình 4.15-Nội lực của dầm chiếu nghỉ
Hình 4.16-Nội lực dầm chiếu tới
4.4.2 Tính toán cốt thép dọc
Dầm là một cấu kiện chính trong xây dựng, chủ yếu chịu uốn theo phương đứng, trong khi phương ngang có ảnh hưởng không đáng kể và thường được bỏ qua Khi tính toán dầm, người ta thường xem xét nó như một cấu kiện chịu uốn với cốt thép đơn.
Giá trị r được xác định theo công thức mục 8.1.2.2.3 TCVN 5574 – 2018[1]
Trong đó: x R là chiều cao giới hạn của vùng bê tông chịu nén; s ,el
là biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo khi ứng suất bằng R s
Biến dạng tương đối của bê tông chịu nén, ký hiệu là b, được xác định khi ứng suất đạt giá trị bằng theo hướng dẫn trong mục 6.1.4.2 của TCVN 5574 – 2018, đặc biệt trong trường hợp chịu tác động ngắn hạn của tải trọng.
Tại nhịp với moment M n = 13.47 (kN.m)
Chiều cao làm việc của dầm: h o h a 300 40 260 ( mm )
Kiểm tra hàm lượng thép:
Do moment õm ở gối nhỏ nờn tại gối ta bố trớ thộp cấu tạo 2ỉ12
Tại nhịp với moment M n = 14.42 (kN.m)
Chiều cao làm việc của dầm: h o h a 300 40 260 ( mm )
Kiểm tra hàm lượng thép:
Do moment õm ở gối nhỏ nờn tại gối ta bố trớ thộp cấu tạo 2ỉ12
Khả năng chịu cắt của bê tông:
Bêtông đủ khả năng chịu cắt không phải cần tính cốt đai,cốt đai bố trí theo cấu tạo Xác định bước cốt đai:
- Trong đoạn gần gối tựa (L/4):
Chọn s = 100 (mm) bố trí trong gối
Chọn s = 200 (mm) bố trí trong đoạn L/2 ở giữa dầm
Khả năng chịu cắt của bê tông:
Bêtông đủ khả năng chịu cắt không phải cần tính cốt đai,cốt đai bố trí theo cấu tạo Xác định bước cốt đai:
- Trong đoạn gần gối dầm (L/4):
Chọn s 150 ( mm ) bố trí trong gối
Chọn s = 200 (mm) bố trí trong đoạn L/2 ở giữa dầm
