ĐỒ án kỹ sư CHUNG cư HƯNG yên

PHẦN KIẾN TRÚC (10%)

KẾT CẤU (45%)

- Lập mặt bằng kết cấu tầng điển hình và tầng mái

- Thiết kế sàn tầng điển hình

- Thiết kế cầu thang trục 5-6

- Thiết kế dầm dọc trục c

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S NGUYỄN DANH HOÀNG SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN VĂN TÙNG

SVTH : NGUYỄN VĂN TÙNG – LỚP 2015X5 7

PHÂN TÍCH LỰA TRONG PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH

Các căn cứ

- Căn cứ bản vẽ kiến trúc

- Căn cứ các tiêu chuẩn thiết kế :

+ TCVN 5574-2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

+ TCVN 2737- 1995 tải trọng và tác dộng

Giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép phần cấu kiện cơ bản – GS, Ts Ngô Thế Phong

+ Khung Bê tông cốt thép – Trịnh Kim Đạm

+ Giáo trình: Kết cấu Bê tông cốt thép phần Kết cấu nhà cửa – GS, Ts Ngô Thế Phong

+Sổ tay thực hành kết cấu - Vũ Mạnh Hùng

+Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng TCXD – 198

+Tiêu chuẩn tính toán thành phần động của tải trọng gió

Vật liệu

- Bê tông B20 ; Rb = 11,5 (MPa); Rbt = 0,9 (MPa)

- Thép AI : Rs = Rsc = 225 (MPa)

- Thép AII : Rs = Rsc = 280 (MPa)

Lựa chọn giải pháp kết cấu

3.1 Chọn hệ kết cấu chịu lực cho toàn công trình

Công trình gồm 6 tầng và 1 tum, với chiều cao 24,7 m, đòi hỏi một hệ thống thiết kế đặc biệt do tải trọng tác động phức tạp.

Kết cấu chịu lực hợp lý và hiệu quả là yếu tố quan trọng trong thiết kế nhà nhiều tầng Các hệ kết cấu chịu lực có thể được phân loại thành hai nhóm chính, giúp tối ưu hóa khả năng chịu tải và đảm bảo an toàn cho công trình.

Nhóm các hệ cơ bản: Hệ khung, hệ tường, hệ lõi, hệ vách a) Hệ khung chịu lực

Hệ kết cấu thuần khung cho phép tạo ra không gian lớn và linh hoạt, phù hợp cho các công trình công cộng Tuy nhiên, nhược điểm của hệ kết cấu này là hiệu quả kém khi công trình cao, khả năng chịu tải trọng ngang hạn chế và biến dạng lớn Để giảm thiểu biến dạng, cần sử dụng tiết diện lớn cho dầm cột, dẫn đến lãng phí không gian và vật liệu Thực tế cho thấy, kết cấu khung BTCT thường được áp dụng cho công trình cao 20 tầng với cấp chống động đất ≤ 7, 15 tầng cho vùng có chấn động cấp 8 và 10 tầng cho cấp 9.

Hệ kết cấu khung giằng (khung và vách cứng) là sự kết hợp giữa hệ thống khung và vách cứng, với vách cứng thường được bố trí tại khu vực cầu thang, thang máy, khu vệ sinh chung và tường biên Hệ thống khung được phân bổ ở các khu vực còn lại của ngôi nhà, và hai hệ thống này liên kết qua hệ kết cấu sàn, trong đó sàn liên khối đóng vai trò quan trọng Trong cấu trúc này, vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, trong khi khung chịu tải trọng thẳng đứng Sự phân chia chức năng này giúp tối ưu hóa các cấu kiện, giảm kích thước cột và dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Hệ kết cấu khung - vách là giải pháp tối ưu cho các công trình cao tầng, hiệu quả cho nhà đến 40 tầng, và tối đa 30 tầng cho vùng động đất cấp 8.

Dựa vào thiết kế kiến trúc và các đặc điểm cụ thể của công trình, bao gồm diện tích mặt bằng, hình dáng mặt bằng, hình dáng theo phương đứng và chiều cao của công trình, chúng ta có thể đánh giá được tính năng và sự phù hợp của nó với môi trường xung quanh.

Công trình cần thiết kế có diện tích mặt bằng không lớn, với hình dáng đơn giản theo phương đứng Chiều cao tối đa của công trình đạt 24,7m.

Dựa vào các đặt điểm cụ thể của công trình ta chọn hệ kết cấu chịu lực chính của công trình là hệ khung chịu lực

3.2 Hệ kết cấu sàn nhà

Trong thiết kế công trình, hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hiệu suất không gian của kết cấu Việc lựa chọn phương án sàn phù hợp là rất cần thiết, do đó cần thực hiện phân tích chính xác để xác định phương án tối ưu cho kết cấu Một trong những lựa chọn sàn đáng xem xét là sàn sườn toàn khối.

Cấu trúc bao gồm hệ dầm và bản sàn, mang lại ưu điểm là tính toán đơn giản Công nghệ thi công phong phú, phổ biến tại Việt Nam, giúp dễ dàng lựa chọn phương pháp thi công phù hợp.

Nhược điểm của sàn ô cờ là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình tăng, gây bất lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu.

Cấu trúc bao gồm hệ dầm vuông góc, chia bản sàn thành các ô nhỏ với nhịp ngắn, đảm bảo khoảng cách giữa các dầm không vượt quá 2m, phù hợp cho nhà có hệ thống lưới cột vuông Ưu điểm của thiết kế này là giảm số lượng cột bên trong, từ đó tiết kiệm không gian sử dụng và tạo ra kiến trúc đẹp, lý tưởng cho các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và không gian lớn như hội trường hay câu lạc bộ.

Sàn nấm, hay còn gọi là sàn không dầm, có nhược điểm là không tiết kiệm chi phí và thi công phức tạp Khi mặt bản sàn quá rộng, cần phải bố trí thêm các dầm chính, điều này dẫn đến việc chiều cao dầm chính phải tăng lên để giảm độ võng, gây ra những hạn chế nhất định.

Cấu trúc bao gồm các bản kê đặt trực tiếp lên cột, với đầu cột được thiết kế làm mũ cột nhằm đảm bảo liên kết chắc chắn và ngăn ngừa hiện tượng đâm thủng bản sàn Giải pháp này phù hợp cho các mặt bằng có ô sàn kích thước đồng nhất Những ưu điểm của thiết kế này là tạo ra sự ổn định và tăng cường độ bền cho công trình.

+ Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình

+ Tiết kiệm được không gian sử dụng

+ Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa (6  8m) và rất kinh tế với những loại sàn chịu tải trọng >10 KN/m 2

+ Chiều dày bản sàn lớn, tốn vật liệu

Thi công loại sàn này hiện nay còn khó khăn do chưa phổ biến tại Việt Nam, nhưng với xu hướng xây dựng nhiều nhà cao tầng, trong tương lai, nó sẽ trở thành lựa chọn phổ biến trong thiết kế công trình cao tầng.

+ Đặc điểm kiến trúc và đặc điểm kết cấu của công trình: Kích thước các ô bản sàn không giống nhau nhiều

+ Cơ sở phân tích sơ bộ ở trên

Sau khi tham khảo ý kiến từ các chuyên gia và nhận được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn, tôi đã quyết định chọn phương án thiết kế sàn sườn toàn khối cho công trình.

Chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện

- Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức: hb= lb D

m.Trong đó: + D = (0,81,4) là hệ số phụ thuộc tải trọng, lấy D= 1

+ m = (4045) là hệ số phụ thuộc loại bản

+ ln: là nhịp theo phương cạnh ngắn lớn nhất trong các ô bản, ln= 420 cm Thay số vào ta có : hb = (420 1

40)=( 10,05  9,3) cm  chọn hb = 10 cm → Ta chọn hb = 11 cm cho sàn các tầng thoả mãn các điều kiện cấu tạo 4.2 Chọn kích thước dầm

Dựa trên điều kiện kiến trúc, kết cấu và công năng sử dụng, việc chọn giải pháp dầm phù hợp là rất quan trọng Đối với nhà cao mỗi tầng 3,6m, sử dụng dầm khung và 4,2m với dầm dọc, kích thước dầm cần được xác định hợp lý Trong phương án kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), việc lựa chọn kích thước dầm dựa trên các công thức giả thiết tính toán sơ bộ là cần thiết Từ đó, kích thước dầm được chọn như sau:

Chiều cao dầm chọn theo công thức là:

12 18 d d h   L đối với dầm dọc va các dầm phụ

Chiều rộng dầm: bd= (0,30,5)hd

* Chọn tiết diện dầm dọc:

* Chọn tiết diện dầm khu vệ sinh: Trục C-D

- Chiều cao dầm chính nhịp: l =4,5m d 1 1 1 1 h = ÷ L = ÷ x 4,5 = (0,562 ÷ 0,375)m

- Chiều cao dầm phụ nhịp: l =2,6m d 1 1 1 1 h = ÷ L = ÷ x 2,6 = (0,216÷0,144)m

* Chọn tiết diện dầm khu vệ sinh: Trục 4-5 và 6-7

- Chiều cao dầm chính nhịp: l =4,2m d

SVTH : NGUYỄN VĂN TÙNG – LỚP 2015X5 13 d d

- Chiều cao dầm phụ nhịp: l =3m d

* Chọn tiết diện dầm hiên:

- Chiều cao dầm chính nhịp: l =4,2m d 1 1 1 1 h = ÷ L = ÷ x 4,2 = (0,525 ÷ 0,35)m

- Chiều cao dầm phụ nhịp :l=1,2m lấy b  h = (220  400)mm

- Xác định sơ bộ kích thước cột theo công thức: Ab = k  b

N R Trong đó: k= (1,2  1,5) đối với cấu kiện nén lệch tâm, ( lấy k = 1,2)

- Bê tông cột cấp độ bền B20 có Rb= 11,5MPa

Khi tính N coi các dầm gắn lên cột là các dầm đơn giản truyền phải lực đầu dầm vào cột N là lực dọc tác dụng vào cột tầng 1

N= Sqn Trong đó: q: là tải phân bố lên 1m 2 sàn; n: là số tầng;

S: Diện tích truyền tải lớn nhất dồn vào cột đang xét; S = a.b;

Diện truyền tải lên cột biên

+ Tổng tải trọng tác dụng lên cột:

Tải trọng cho 1 m 2 s sàn là 10 (kN) n =6 là số tầng nhà

*Kiểm tra tiết diện cột theo điều kiện ôn định:   [  bgh ] 31 

- Giả thiết khung ngàm vào móng ở độ sâu 1,5 m

- Kiểm tra với cột tầng 1 có độ cao l = 4,2 m lo =  l= 0,7x4,2 = 2,94 (m)

- Độ mảnh của cột: = lo/b = 2,94/ 0,3 = 9,8< [  bgh ] 31 

- Vậy tiết diện cột Fb= 220x300(mm) thoả mãn điều kiện ổn định

→ Chọn tiết diện bxh = 300x300(mm) cho cột biên các tầng

Diện truyền tải lên cột giữa

+ Tổng tải trọng tác dụng lên cột:

10(kN) tải trọng cho 1 m 2 n là số tầng nhà

*Kiểm tra tiết diện cột theo điều kiện ôn định:   [  bgh ] 31 

- Giả thiết khung ngàm vào móng ở độ sâu 1,5 m

- Kiểm tra với cột tầng 1 có độ cao l = 4,2 m lo =  l= 0,7x4,2 = 2,94 (m)

- Độ mảnh của cột: = lo/b = 2,94/ 0,3 = 9,8 < [  bgh ] 31 

→ Chọn tiết diện bxh = 300x500(mm) cho cột giữa các tầng.

Tải trọng tác dụng

5.1 Tải trọng đứng: Gồm có tĩnh tải và hoạt tải

5.2 Tải trọng ngang: Tải trọng của gió

Bản vẽ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN TẦNG 3

Phân tích giải pháp kết cấu

Sơ đồ đàn hồi của hệ siêu tĩnh là biểu diễn cấu trúc của hệ kết cấu siêu tĩnh, trong đó mọi yếu tố, tiết diện và miền vật liệu đều hoạt động trong giới hạn đàn hồi khi chịu tác động từ tải trọng, nhiệt độ hoặc chuyển vị cưỡng bức.

Khi tải trọng gia tăng tại các vị trí có nội lực Mô men cực trị, vật liệu sẽ làm việc ngoài giới hạn đàn hồi, dẫn đến việc hình thành các khớp dẻo và xuất hiện chuyển vị xoay Sự hình thành này làm giảm bậc siêu tĩnh của hệ kết cấu, chuyển đổi nó thành một hệ ít siêu tĩnh hơn với sự phân bố lại nội lực Nếu tải trọng tiếp tục gia tăng, quá trình hình thành khớp dẻo sẽ tiếp diễn cho đến khi bậc siêu tĩnh bằng 0, biến hệ kết cấu thành hệ tĩnh định Khi đó, các tiết diện có nội lực cực trị sẽ đạt tới giới hạn chảy, và nếu tải trọng tiếp tục tăng, hệ sẽ trở thành một hệ biến hình Trạng thái cực hạn này được gọi là sơ đồ khớp dẻo.

Sơ đồ khớp dẻo của hệ kết cấu siêu tính là hệ tĩnh định, được hình thành từ hệ siêu tĩnh gốc khi có đủ số lượng khớp dẻo xuất hiện Hệ này chịu tải trọng và tác động ở mức cực hạn.

3 Ưu điểm của sơ đồ khớp dẻo

Khi khớp dẻo được hình thành, nó dẫn đến sự phân bố lại nội lực trong kết cấu Các công thức tính toán cho bản sàn kê 4 cạnh và dầm phụ đều dựa trên lý thuyết về sự hình thành khớp dẻo.

Sơ đồ khớp dẻo cho phép tận dụng vật liệu hiệu quả hơn, nhưng đi kèm với đó là độ an toàn thấp hơn và khả năng biến dạng lớn hơn Vì vậy, các kết cấu chính thường phải hoạt động trong trạng thái đàn hồi, trong khi các kết cấu phụ có thể được phép hoạt động dẻo Điều này cho phép mở rộng vết nứt và thu hẹp chiều cao vùng nén, được kiểm soát bằng Ad.

Trong kết cấu bê tông cốt thép, hiện tượng phá hoại dẻo xảy ra khi bê tông đạt cường độ chịu nén tối đa và cốt thép đạt cường độ chịu kéo gần như đồng thời Điều này cho phép tận dụng tối đa khả năng chịu lực của cả bê tông và cốt thép, từ đó tiết kiệm chi phí thép Khi phá hoại dẻo xảy ra, do bản và dầm phụ nằm trên dầm chính, kết cấu sàn bê tông cốt thép vẫn chưa bị phá hủy hoàn toàn.

Chọn phương án tính toán cho các ô sàn của công trình theo sơ đồ đàn hồi với tiêu chí an toàn, nhằm ngăn chặn sự xuất hiện của vết nứt.

Xác định sơ đồ tính

1 Mặt bằng ô sàn ( Như hình vẽ )

SVTH : NGUYỄN VĂN TÙNG – LỚP 2015X5 19 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô7 ô7 ô7 ô7 ô7 ô7 ô7 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô1 ô5 ô5 ô6 ô5 ô5 ô6 ô4 ô4 ô4 ô2 ô2 ô3 ô1 ô1 ô1 ô4 ô4

2 Xét sơ đồ tính - Khi 1

L  Thuộc loại bản dầm , bản làm việc một phương

L  Thuộc loại bản kê bốn cạnh , bản làm việc theo 2 phương

BẢNG CÁC LOẠI Ô SÀN TẦNG 3 Ô sàn l1 ( m ) l2 ( m ) L2/ l1 Loại bản Ô1 4,2 4,5 1,07 Bản kê Ô2 2,25 2,6 1,15 Bản kê Ô3 1,6 4,5 2,8 Bản dầm Ô4 1,2 4,2 3,5 Bản dầm Ô5 2,1 3 1,42 Bản kê Ô6 1,5 4,2 2,8 Bản dầm Ô7 4,2 4,5 1,07 Bản kê

3 Tính bản kê theo sơ đồ đàn hồi

- Dựa vào tỷ số đã được lập bảng ở trên mà ta tính toán cho từng loại ô bản là loại bản dầm hay bản kê

- Tùy theo điều kiện liên kết của các ô bản, các cạnh liên tục hay không liên tục mà ta có thể chọn sơ đồ tính sao cho hợp lý

Xác định nội lực trong các ô bản theo sơ đồ đàn hồi liên quan đến tính liên tục của các ô bản Nội lực được tính toán dựa trên các bảng tính sẵn cho các bản đơn, từ đó áp dụng để tính toán cho bản liên tục.

* Tính cho bản làm việc hai phương: (Bản kê)

- Xét sơ đồ tính sau: Với bản liên tục

* Công thức tính cho các ô bản:

+ Mômen dương lớn nhất ở giữa bản :

+ Mômen âm lớn nhất ở gối :

Với g : Tĩnh tải sàn p : Hoạt tải sàn

Hệ số  i1 , i1 , i1 , i2 đã được tính sẵn, phụ thuộc vào tỷ số L2/L1, tra bảng i : Ký hiệu sơ đồ ô bản đang xét

1, 2 : Chỉ phương đang xét là L1 hay L2 (cạnh ngắn hay dài)

* Tính cho bản làm một phương: (Bản loại dầm)

- Cắt dải bản có bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn coi là một dầm đơn để tính toán

- Với ô bản loại dầm làm việc theo phương cạnh ngắn liên tục lúc đó sơ đồ tính là hai đầu ngàm

Xác định tải trọng

1 Tĩnh tải: l1 l2 m1 mI mI mI mI m1

- Phần tĩnh tải do trọng lượng bản thân các lớp sàn tác dụng trên 1m 2 mặt bằng sàn xác định theo bảng sau a)Tĩnh tải sàn Gồm : Ô1 ; Ô3; Ô4; Ô6

BẢNG TẢI TRONG TÁC DỤNG LÊN Ô SÀN

Tải trọng tiêu chuẩn g tc (KN/m 2 )

Tải trọng tính toán g tt (KN/m 2 ) Sàn lát gạch liên doanh 40x40cm : d = 0,01m 0,2 1,1 0,22

Vữa XM trát trần: d = 0,015m, g = 18 KG/m 3

Cộng 3,33 3,789 b Tĩnh tải sàn khu vệ sinh Ô2; Ô5

BẢNG TẢI TRONG TÁC DỤNG LÊN SÀN KHU VỆ SINH

Tải trọng Hệ số Tải trọng tiêu chuẩn Vượt tải tính toán

1 - Sàn lát gạch chống trơn : d = 0,01m

3 Lớp bờ tụng sỏi nhỏ, d = 15 cm

4 Sàn bê tông cốt thép,d cm

5 Lớp vữa trát trần, d = 1,5 cm

- Phần hoạt tải tác dụng trên 1m 2 mặt bằng sàn xác định (Theo TCVN 2737

Tính toán sàn

1 Tính ô bản số ô1: ( Bản kê bốn cạnh, bản làm việc theo hai phương ) a Tải trọng (Tĩnh tải và hoạt tải đã tính và lập bảng ở trên) ta có: -Tĩnh tải tính toán: g tt = 3,789 kN/m 2

- Hoạt tải tính toán: p tt = 2,4 kN/m 2

Vậy tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn là: q=3,789+2,4= 6,189 kN/m 2

*) Mặt bằng kết cấu và sơ đồ tính toán ô sàn:

- Chiều dày ô sàn là h b = 10 cm

- Nhịp tính toán: l 1 4,2 ,m l 2 4,5m l tt 1  l 1 420(cm) l tt 2  l 2 450(cm) mii l1B00 l2E00 mii mii m2 mI mI mii m1 m1 m2 mI mI

- Tính bản theo sơ đồ đàn hồi r= 2

4,5 1,07 4,2 tt tt l l  

Định dạng
Số trang	245
Dung lượng	4,63 MB