TỔNG QUAN
CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT
− Công trình: CHUNG CƯ CAO CẤP LIBERTY
− Địa chỉ: 74 Nguyễn Thị Thập, phường Tân Thuận, quận 7, Tp Hồ Chí Minh
− Quy mô: 1 tầng hầm, 1 tầng bán hầm, 1 tầng dịch vụ, 16 tầng điển hình, 1 tầng thượng
− Diện tích sàn tầng điển hình: 1236.4m 2
− Chiều cao công trình: o Tính từ mặt đất tự nhiên: 61.8m o Tính từ cao độ 0.00 (Tầng trệt): 60.3m
− Tầng hầm và tầng bán hầm: Cao 3m, là nơi đặt các hệ thống điện kỹ thuật, trạm bơm, máy phát điện và chỗ để xe
− Tầng trệt: Cao 4.2m, sử dụng làm khu trung tâm thương mại
− Tầng 2-17: Cao 3.3m, sử dụng làm phòng ở, căn hộ cho thuê
1.3 CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT
− Kết hợp ánh sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo
Các phòng được thiết kế với hệ thống cửa lớn để tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên, kết hợp với ánh sáng nhân tạo nhằm đảm bảo không gian luôn đủ sáng và thoải mái.
− Chiếu sáng nhân tạo: Được tạo ra từ hệ thống điện chiếu sáng theo tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kết điện chiếu sáng trong công trình dân dụng
Điện được cung cấp từ mạng điện sinh hoạt của thành phố với điện áp 3 pha xoay chiều 380v/220v và tần số 50Hz, đảm bảo nguồn điện ổn định cho toàn bộ công trình Hệ thống điện được thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam cho công trình dân dụng, nhằm bảo đảm an toàn trong việc bảo quản, sửa chữa, khai thác và sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm.
Dung tích bể chứa nước được thiết kế dựa trên số lượng người sử dụng và nhu cầu dự trữ nước trong trường hợp mất điện hoặc chữa cháy Nước từ bể chứa sẽ được dẫn xuống các khu vệ sinh, phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho từng tầng thông qua hệ thống ống thép tráng kẽm được lắp đặt trong các hộp kỹ thuật.
Hệ thống thoát nước mưa đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn nước mưa từ mái nhà xuống dưới Nước mưa được thu gom qua các ống nhựa được lắp đặt tại những vị trí có khả năng thu nước nhiều nhất, sau đó chảy vào rãnh thu nước mưa xung quanh nhà Cuối cùng, nước sẽ được dẫn đến hệ thống thoát nước chung của thành phố, đảm bảo việc xử lý nước mưa hiệu quả.
Nước thải sinh hoạt từ khu vệ sinh được dẫn xuống bể tự hoại để làm sạch, sau đó sẽ được đưa vào hệ thống thoát nước chung của thành phố.
1.3.5 Hệ thống phòng cháy chữa cháy
Tại mỗi tầng và tại các nút giao thông giữa hành lang và cầu thang, hệ thống hộp họng cứu hỏa được kết nối với nguồn nước chữa cháy Mỗi tầng đều có biển chỉ dẫn về phòng và hướng dẫn chữa cháy Ngoài ra, mỗi tầng được trang bị 4 bình cứu hỏa CO2MFZ4 (4kg), được chia thành 2 hộp đặt hai bên khu vực phòng ở để đảm bảo an toàn.
− 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)
Rác thải được thu gom từ các tầng thông qua hệ thống kho thoát rác, với gian chứa rác được đặt ở tầng hầm, và có cơ chế để vận chuyển rác ra ngoài.
Tòa nhà được thiết kế với cửa sổ tự nhiên ở tất cả các tầng, cùng với các khoảng trống thông tầng giúp tăng cường sự thông thoáng Hệ thống máy điều hòa được lắp đặt cho mọi tầng, trong khi hệ thống thông gió dọc cầu thang bộ và sảnh thang máy đảm bảo không khí lưu thông tốt Ngoài ra, quạt hút được sử dụng để thoát hơi cho các khu vệ sinh, và ống dẫn khí được đưa lên mái để tối ưu hóa hiệu suất thông gió.
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
Công trình chung cư cao cấp kết hợp trung tâm thương mại được thiết kế với hình khối kiến trúc hiện đại, mang lại sự bề thế và vững vàng Những nét ngang và thẳng đứng tạo nên sự hài hòa, trong khi việc sử dụng vật liệu mới như đá Granite và mảng kính dày màu xanh góp phần tạo nên vẻ sang trọng cho công trình.
Công trình chung cư cao cấp LIBERTY được thiết kế dưới dạng khối hình hộp chữ nhật, phù hợp với khu đất có ba mặt tiếp giáp với công trình hiện có và một mặt tiền Kiến trúc của công trình là sự kết hợp hài hòa giữa phong cách cổ điển và hiện đại, mang đến vẻ đẹp tự do và phóng khoáng.
Giao thông theo phương ngang trong tòa nhà được thiết kế với hành lang rộng từ 2.2m đến 4.8m, đảm bảo sự thoáng đãng và thuận tiện Đối với giao thông theo phương đứng, có 2 cầu thang bộ và 4 thang máy phục vụ việc di chuyển giữa các tầng Sự kết nối giữa hành lang và cầu thang tạo ra các nút giao thông thuận lợi, giúp người đi lại dễ dàng và nhanh chóng, đồng thời đảm bảo an toàn trong trường hợp khẩn cấp như cháy nổ.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU
Hệ kết cấu chịu lực chính của công trình bao gồm dầm, cột và vách bê tông cốt thép, có nhiệm vụ chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.
− Giải pháp kết cấu phần móng: Phương án móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép Đường kính cọc D=0.8m
1.6 PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN
Trong đồ án này, sinh viên sử dụng các phần mềm phân tích nội lực cho mô hình, bao gồm SAP2000 v14.2.2, phần mềm phần tử hữu hạn để phân tích các cấu kiện tổng quát; ETABS v9.7.4, phần mềm phần tử hữu hạn giúp phân tích sự làm việc của toàn bộ công trình; và SAFE v12.0.0, phần mềm chuyên dụng cho phân tích các cấu kiện dạng tấm như bản sàn và móng.
− Tính toán cốt thép cho cấu kiện: Sử dụng phần mềm EXCEL kết hợp với lập trình VBA
1.7 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG THIẾT KẾ
Công việc thiết kế trong ngành xây dựng tại Việt Nam phải tuân thủ các quy phạm và tiêu chuẩn thiết kế do Nhà nước quy định, bao gồm TCVN 2737-1995 về tải trọng và tác động, TCVN 5574-2012 cho bê tông cốt thép, TCXD 198-1997 cho thiết kế bê tông cốt thép toàn khối ở nhà cao tầng, TCXD 10304-2012 cho móng cọc, TCVN 9362-2012 cho nền nhà và công trình, TCVN 9386-2012 cho thiết kế công trình chịu động đất, và TCVN 9395-2012 cho cọc khoan nhồi thi công và nghiệm thu.
Để đảm bảo quá trình tính toán hiệu quả và đa dạng nội dung, đặc biệt đối với các cấu kiện chưa được quy định rõ trong tiêu chuẩn thiết kế trong nước, việc tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế như ACI 318-2005 là cần thiết.
Sinh viên cần tham khảo các sách và tài liệu chuyên ngành từ nhiều tác giả khác nhau, ngoài các tiêu chuẩn và quy phạm đã nêu Những tài liệu này sẽ được trình bày trong phần Tài liệu tham khảo.
1.8.VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Bê tông cấp độ bền B25, thường được sử dụng trong thiết kế cầu thang, sàn và phần khung, có cường độ chịu nén dọc trục đạt 14.5 MPa và cường độ chịu kéo dọc trục là 1.05 MPa.
4 o Mô đun đàn hồi: Eb = 30000 MPa
Bê tông cấp độ bền B30 được thiết kế cho móng với cường độ chịu nén dọc trục đạt 17 MPa, cường độ chịu kéo dọc trục là 1.2 MPa, và mô đun đàn hồi là 32,500 MPa.
Cốt thộp loại AI, với cốt thộp cú ỉ nhỏ hơn 10, có các đặc tính cơ lý nổi bật như cường độ chịu nén đạt 225 MPa, cường độ chịu kéo cũng là 225 MPa, và cường độ tính toán cốt ngang là 175 MPa Ngoài ra, mô đun đàn hồi của vật liệu này là 210000 MPa, cho thấy khả năng chịu lực và độ bền cao.
− Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ ≥10) o Cường độ chịu nén : Rsc = 365 MPa o Cường độ chịu kéo: Rs = 365 MPa o Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
− Vật liệu khác: o Gạch: Loại đặc: γ = 18(kN/m3), loại rỗng: γ = 15(kN/m3) o Gạch lát nền Ceramic: γ = 20 (kN/m3) o Vữa xây: γ = 18 (kN/m3)
TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG
TĨNH TẢI SÀN
Bảng 2 1 Tĩnh tải sàn tầng điển hình
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1.526
Bảng 2 2 Tĩnh tải sàn tầng trệt
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1.526
Bảng 2 3 Tĩnh tải sàn tầng hầm
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
- Vữa lát nền + tạo dốc 18 30 0.54 1.2 0.628
Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1.214
Bảng 2 4 Tĩnh tải sàn mái
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1.778
Bảng 2 5 Tĩnh tải sàn vệ sinh
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
- Vữa lát nền + tạo dốc 18 30 0.54 1.2 0.648
Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1.778
2.2 TĨNH TẢI TƯỜNG XÂY
Bảng 2 6 Tĩnh tải tường xây (tường 200)
Tải tính toán/1m dài tường(kN/m)
Bảng 2 7 Tĩnh tải tường xây (tường 100)
Tải tính toán/1m dài tường(kN/m)
Giá trị hoạt tải theo TCVN 2727:1995
Bảng 2 8 Giá trị hoạt tải
STT Tên sàn Giá trị tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
6 Mái bằng có sử dụng 1.50 1.30 1.95
7 Mái bằng không có sử dụng 0.75 1.30 0.98
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN
− Tính toán sàn theo Hệ sàn sườn toàn khối loại bản dầm
− Ưu điểm: o Tính toán đơn giản o Được sử dụng phổ biến ở nước ta
Nhược điểm của thiết kế này là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng công trình tăng lên, gây bất lợi cho khả năng chịu tải ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu Mặc dù chiều cao nhà lớn, nhưng không gian sử dụng lại bị hạn chế.
Sàn của các công trình cao tầng thường dày hơn sàn nhà thông thường bởi:
Trong kết cấu sàn, việc khoan lỗ để lắp đặt các thiết bị có thể gây ra sự giảm yếu về khả năng chịu lực, điều này thường không được tính toán đầy đủ trong thiết kế.
− Về mặt biến dạng: Đảm bảo độ võng cho phép đồng thời sàn của công trình nhà cao tầng được xem là tuyệt đối cứng theo phương ngang
3.2 TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH (PHƯƠNG ÁN SÀN DẦM)
TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH (PHƯƠNG ÁN SÀN DẦM)
Hình 3 1: Kết cấu sàn tầng điển hình (Tầng 17)
3.2.1 Chọn sơ bộ kích thước sàn, dầm, cột, vách
Chọn chiều dày của sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng
Có thể chọn sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức: s min min h = D × L h m
Chiều dày bản sàn tối thiểu (hmin) được xác định theo quy định tại mục 8.2.2 của TCXDVN 356:2005, liên quan đến tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
Kích thước dầm chính phụ
Chọn sơ bộ kích thước dầm nhằm giảm quá trình lặp phân tích mô hình tính toán sàn theo phương pháp phần tử hữu hạn
Việc lựa chọn tiết diện dầm phụ thuộc vào chiều dài nhịp, các kích thước được chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:
Bảng 3 1: Sơ bộ tiết diện dầm
KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN DẦM
Loại dầm Nhịp L (m) Chiều cao h
Chiều rộng b Một nhịp Nhiều nhịp
Từ đó ta chọn được kích thước sơ bộ dầm chính – dầm phụ như sau:
Việc chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột theo được tính toán một cách gần đúng theo công thức sau: t o b
Hình 3 2 Mặt bằng định vị cột
Cột Tầng hầm-3 Tầng 4-7 Tầng 8-11 Tầng 12-15 Tầng 16-Mái
Vách cứng là kết cấu chịu lực ngang chủ yếu của nhà cao tầng Để tránh bị mất ổn định ngang, bề dày bụng vách cứng thỏa mãn: w t
Với ht là chiều cao tầng (3.3m)
Chọn bề dày vách lõi thang: o Vách lớn: 350mm o Vách nhỏ: 200mm
Chọn bề dày vách biên: 300mm
3.2.2 Tải trọng tác dụng lên sàn
Tải trọng thẳng đứng gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải)
Tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng của các bộ phận công trình, trong khi tải trọng tạm thời là tải trọng có thể xuất hiện hoặc không xuất hiện 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
Xem chi tiết: [Mục 2.1 Chương 2]
Xem chi tiết: [Mục 2.3 Chương 2]
3.2.3 Nội lực sàn tầng điển hình Để phản ánh ứng xử của sàn ta sử dụng phần mềm SAFE để tính toán
Chia sàn thành nhiều dải theo phương X và phương Y, phân tích lấy nội lực sàn theo dải
Các bước tính toán trong SAFE:
Mô hình sàn bằng phần mềm SAFE (xuất sàn tầng điển hình từ phần mềm ETABS)
Hình 3 3 Mô hình mặt bằng sàn trong SAFE V12 Phân tích mô hình ta được kết quả nội lực
Hình 3 4 Biểu đồ Momen sàn theo phương Y
Hình 3 5 Biểu đồ Momen sàn theo phương X
3.2.4 Tính toán kiểm tra độ võng của sàn
− Sự xuất hiện của vết nứt trong bêtông khi chịu lực, dẫn tới giảm độ cứng tiết diện và làm tăng độ võng
Khi đánh giá sự làm việc dài hạn của kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), cần xem xét các yếu tố như biến dạng và co ngót, cũng như tác động lâu dài của các loại tải trọng Theo tiêu chuẩn TCXDVN 5574-2112, độ võng toàn phần (f) được tính theo công thức: f = f1 - f2 + f3.
Trong đó: o f1: Tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng o f2: Tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn o f3: Tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn
− Kể đến tác dụng dài hạn: dùng hai đặc trưng là Creep Coefficient (CR) cho từ biến và Shrinkage Strain (SH) cho co ngót
Trong Đồ án tính toán theo Eurocode 2, các tiêu chuẩn được áp dụng bao gồm thời gian dài hạn, nhiệt độ và độ ẩm môi trường phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.
− Hệ số từ biến của bê tông (CR=1.7) và Hệ số co ngót (SH=0.0003)
The Load Cases outlined include short-term (Sh) and long-term (Lt) scenarios For short-term cases, Sh1 represents a nonlinear (cracked) condition with a zero initial state, while Sh2 continues from the end state of Sh1 with a combination of TTS and TTTX Sh3-1 builds on Sh2, maintaining the nonlinear (cracked) condition with HT, and Sh3-2 applies a 0.3 multiplier to HT, also continuing from Sh2 In the long-term cases, Lt1 mirrors Sh1 with a nonlinear (cracked) state and zero initial condition, Lt2 follows from Lt1 with TTS and TTTX, and Lt3 applies a 0.3 multiplier to HT, continuing from Lt2.
→ Như vậy, các tổ hợp theo TCXDVN sẽ là: f1 = Sh3-1, f2 = Sh3-2, f3 = Lt3
Hình 3 6 Độ võng dài hạn của sàn
Hình 3 7 Độ võng ngắn hạn của sàn
• Độ võng ngắn hạn: 10.674mm f L 8000 32mm
= = • Độ võng dài hạn: 24.658mm f L 8000 32mm
Kết quả kiểm tra cho thấy độ võng ngắn hạn và độ võng dài hạn đều đạt yêu cầu, chứng tỏ phương án bố trí hệ kết cấu là hợp lý.
3.2.5 Tính toán và bố trí cốt thép ξR = 0.583, Chọn a = 25 mm → ho = 180 - 25 = 155mm Áp dụng công thức tính toán: b o m 2 m s b o s
= = − − Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau: min max
17 àmin: tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax: tỷ lệ cốt thộp tối đa (2.32%)
Hình 3 8 Mặt bằng định vị ô sàn
Bố trí thép theo phương X
Bảng 3 3 Bố trí thép sàn theo phương X
Sàn M(kNm/m) As/m (mm²) μ% Bố trí
As chọn (mm²) d(mm) a(mm)
Bố trí thép theo phương Y
Bảng 3 4 Bố trí thép sàn theo phương Y
Sàn M(kNm/m) As/m (mm²) μ% Bố trí
As chọn (mm²) d(mm) a(mm)
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
MẶT BẰNG BỐ TRÍ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH
− Cầu thang bộ tầng 2 đến tầng 18, nằm giữa trục B-C
Hình 4 1 Mặt bằng cầu thang
Hình 4 2 Mặt cắt cầu thang
TẢI TRỌNG CẦU THANG
4.2 VẬT LIỆU VÀ KÍCH THƯỚC SƠ BỘ BẢN THANG:
Xem chi tiết: [Mục 1.8 Chương 1]
Số bậc Chiều cao tầng Kích thước bậc thang Độ dốc cầu thang n ht (m) hb (mm) lb (mm) cos α
Chiều cao mỗi đợt thang hd = 1650 mm
Chọn sơ bộ chiều dày bản thang hs = 120 mm
4.3 TẢI TRỌNG CẦU THANG
4.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản nghiêng
Hình 4 3 Cấu tạo bản thang
Chiều dày tương đương của các lớp cấu tạo bậc thang theo phương bản xiên:
Lớp đá hoa cương: td1
Lớp bậc thang: b td3 h cos 0.15 0.874
Bảng 4 2 Tải trọng các lớp cấu tạo bản thang
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 ) Đá hoa cương 24 0.02 0.027 1.10 0.72
Tĩnh tải do tay vịn cầu thang bằng sắt và gỗ: 0.3 kN/m 2
Tổng tĩnh tải: g tt = 6.34 + 0.3 = 6.64 kN/m 2
Hoạt tải: tt tc 2 2 p =p cos =n 300 0.874 1.2 314.64(daN / m ) 3.15(kN / m ) = Tổng tải: Tải tính toán trên 1m bản q1 = g tt + p tt = 6.64 + 3.15 = 9.79 ( kN/m)
4.3.2 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Cấu tạo bản chiếu nghỉ:
Hình 4 4 Cấu tạo bản chiếu nghỉ
TÍNH TOÁN BẢN CHIẾU TỚI, BẢN THANG VÀ BẢN CHIẾU NGHỈ
Bảng 4 3 Tải trọng tác dụng lên chiếu nghỉ
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (m) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
Tĩnh tải Đá hoa cương 24 0.02 0.48 1.1 0.53
Lớp bê tông cốt thép 25 0.12 3 1.1 3.30
Hoạt tải Hoạt tải cầu thang 3 1.2 3.6
4.3.3 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu tới
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu tới bằng tổng tĩnh tải và hoạt tải lên sàn điển hình
Bảng 4 4 Tải trọng tác dụng lên chiếu tới
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
Sàn BTCT đổ tại chỗ 25 120 3 1.1 3.3
Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Hoạt tải Hoạt tải hành lang 3 1.3 3.9
4.4 TÍNH TOÁN BẢN CHIẾU TỚI, BẢN THANG VÀ BẢN CHIẾU NGHỈ
4.4.1 Sơ đồ tính bản chiếu tới
= = = → bản kê bốn cạnh, với 3 cạnh liên kết với vách được xem là đầu ngàm và 1 cạnh liên kết với dầm chiếu tới là liên kết khớp d s h 300
Hình 4 5 Sơ đồ tính bản chiếu tới
4.4.2 Nội lực bản chiếu tới
Bảng 4 5 Giá trị mô men theo phương pháp tra bảng
4.4.3 Sơ đồ tính bản thang và bản chiếu nghỉ
Tại vị trí liên kết với dầm chiếu tới d s h 300
Tại vị trí liên kết vách → chọn đầu ngàm
Hình 4 6 Sơ đồ tính cầu thang
4.4.4 Nội lực bản thang và bản chiếu nghỉ
Hình 4 7 Nội lực cầu thang
4.4.5 Tính thép cho bản chiếu tới, bản thang và bản chiếu nghỉ
Tính thép bản chiếu tới
Chọn a = 20mm → ho = − =h a 120 20 100mm− Thép cấu tạo theo phương ngang chọn 6a200 b R s min max
Bảng 4 6 Kết quả tính thép bản chiếu tới
Vị trí Môment ho b α m ξ As Chọn thép As
(Chọn) μ% (kN.m) (mm) (mm) (mm 2 ) Ф a (mm) (mm 2 )
Tính thép bản thang và bảng chiếu nghỉ
Chọn a = 20mm → h o = − =h a 120 20 100mm− b R s min max
= = = Thép cấu tạo theo phương ngang chọn 6a200 n m 2 b b o
= Bảng 4 7 Kết quả tính thép cho bản thang và bản chiếu nghỉ
Vị trí Môment ho b α m ξ As Chọn thép As
(Chọn) μ% (kN.m) (mm) (mm) (mm 2 ) Ф a (mm) (mm 2 )
TÍNH TOÁN DẦM CHIẾU TỚI
− Tải trọng do bản thang truyền vào
− Tải trọng do bản chiếu tới truyền vào
− Tải trọng bản thân dầm chiếu tới
Tải do bản thang truyền vào:
Tải trọng do bản chiếu tới truyền vào:
Tải trọng bản thân dầm chiếu tới:
Kích thước dầm chiếu tới: 200 x 300 (mm) q2 = 0.2 x 0.3 x 25 x 1.1 = 1.65 kN/m
Dùng sơ đồ dầm liên kết 2 đầu ngàm Nhịp tính toán L = 3.8m
Tải trọng do bản thang và trọng lượng bản thân dầm chiếu tới: Σq = q1 + q2 = 35.1 + 1.65 = 36.75 kN/m
Hình 4 10 Sơ đồ tính dầm chiếu tới chịu tải trọng do bản thang và trọng lượng bản thân dầm chiếu tới
Hình 4 8 Tải trọng bản thang truyền vào dầm
Hình 4 9 Tải trọng do bản chiếu tới truyền vào
Hình 4 11 Sơ đồ tính dầm chiếu tới chịu tải trọng do bản chiếu tới truyền vào
Hình 4 12 Nội lực dầm chiếu tới
Chọn a = 40mm → h o = − =h a 300 40 260mm− b R s min max
Bảng 4 8 Kết quả tính thép dầm chiếu tới
Hình 4 13 Lực cắt dầm chiếu tới Lực cắt tính toán: Qmax = 78.21 (kN)
Khả năng chịu cắt của bê tông:
Qb < Qmax = 78.21 (kN) → Để an toàn ta cần phải bố trí cốt thép đai
Khoảng cách lớn nhất của cốt đai để đảm bảo không có khe nứt xiên:
= = Với vựng gần gối tựa cách gối tựa một khoảng L/4 chọn cốt đai ỉ 6; n = 2; a = 150 (mm), cú Asw
Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:
Vì Q = 86.55 > Qmax = 78.21 (kN) nên cốt đai đã chọn đủ lực cắt
Với các phần còn lại của cấu kiện chọn a = 200 (mm)
4.6 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG CẦU THANG
Hình 4 14 Độ võng đàn hồi của cầu thang
1.1.1 Kiểm tra độ võng của bản thang
Theo TCVN 5574-2012 độ võng của bản thang kiểm tra theo điều kiện f < fgh:
Với nhịp bản thang L = 3.16m < 5m f gh 1 L 3.16 0.016
Vậy với độ võng của bản thang từ Sap: f =0.00145f gh =0.000642(m)
THIẾT KẾ KHUNG
MỞ ĐẦU
− Công trình CHUNG CƯ CAO CẤP LIBERTY gồm 16 tầng điển hình, 1 tầng hầm, 1 tầng bán hầm, 1 tầng trệt, 1 tầng thượng
− Hệ kết cấu sử dụng là kết cấu khung - vách cứng (lõi cứng) Do đó việc tính toán khung phải là kết cấu khung không gian
− Việc tính toán nội lực sẽ được tính toán bằng phần mềm ETABS
Để thực hiện việc tính toán, cần tuân theo các bước sau: đầu tiên, chọn sơ bộ kích thước; tiếp theo, tính toán tải trọng; sau đó, tổ hợp tải trọng; tiếp tục, sử dụng phần mềm ETABS để tính toán nội lực; và cuối cùng, tính toán thép cho hệ kết cấu tầng 17.
Hình 5 1 Mặt bằng cột, dầm, sàn tầng điển hình
− Công trình có tổng diện tích mặt bằng theo lưới cột là: S = a× b = 44× 28.1 = 1236.4 m( ) 2
− Có tỉ số kích thước 2 cạnh i = b/a = 44/28.1 = 1.56 < 2
Khi tính toán kết cấu khung, việc lựa chọn giải pháp tính khung không gian sẽ tối ưu hóa khả năng làm việc của công trình và đảm bảo tính phù hợp với điều kiện thực tế.
− Mô hình hóa các cấu kiện như bản vẽ kiến trúc với các thuộc tính:
− Cột, dầm: khai báo phần tử thanh (Frame)
− Sàn, vách cứng: khai báo phần tử Shell
Xem chi tiết: [Mục 1.8 Chương 1]
5.2 CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, CỘT, VÁCH
Xem chi tiết: [Mục 3.2.1 Chương 3]
5.3 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
Xem chi tiết: [Mục 2.1 và 2.2 Chương 2]
Xem chi tiết: [Mục 2.3 Chương 2]
− Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió
− Công trình cao 60.3 (m) > 40 (m) nên tải gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động
− Tải trọng gió bao gồm 2 thành phần:
− Thành phần tĩnh của gió
− Thành phần động của gió
− Tải trọng gió tĩnh được tính toán theo TCVN 2737:1995 như sau: Áp lực gió tĩnh tính toán tại cao độ z tính theo công thức:
Công thức tính tải trọng gió Wtc = Wo × k × c, trong đó Wo = 0.83 kN/m² Dự án xây dựng tại Tp Hồ Chí Minh thuộc khu vực II-A, với ảnh hưởng gió bão được đánh giá là yếu Hệ số kz phản ánh sự thay đổi áp lực gió theo độ cao, được lấy từ bảng 5, TCVN 2737:1995 Hệ số khí động c cho mặt đón gió là +0.8 và mặt hút gió là -0.6, tổng hệ số cho cả hai mặt là c = 1.4 Cuối cùng, hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được xác định là γ = 1.2.
Tải trọng gió tĩnh được quy về thành lực tập trung tại các cao trình sàn, với lực gió tiêu chuẩn theo phương X (Wtcx) và phương Y (Wtcy) được đặt tại tâm cứng của mỗi tầng Lực gió này được tính bằng áp lực gió nhân với diện tích đón gió.
Bảng 5 1 Giá trị tính toán gió tĩnh theo phương X và phương Y
Giá trị tính toán thành phần gió tĩnh
Do công trình cao 60.3 m vượt quá 40 m, cần phải xem xét thành phần động của tải gió Để xác định thành phần động này, việc xác định tần số dao động riêng của công trình là điều cần thiết.
− Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học:
− Sơ đồ tính toán là hệ thanh công xôn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng
− Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có thể coi như không đổi
− Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình sàn
Giá trị khối lượng tập trung được xác định bằng tổng trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải phân bố đều trên sàn Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, có thể áp dụng hệ số chiết giảm cho hoạt tải, với hệ số chiết giảm là 0.5 theo bảng 1 của TCXD 229:1999.
Hình 5 2 Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình
Việc xác định tần số dao động riêng của công trình nhiều tầng là một nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi sự hỗ trợ từ các phần mềm máy tính Trong đồ án này, phần mềm ETABS được sử dụng để tính toán các tần số dao động riêng của công trình.
Hình 5 3 Mô hình 3D của công trình bằng ETABS
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học
Hình 5 4 Sơ đồ các bước tính toán gió động lên công trình
Theo TCXD 229:1999, chỉ cần tính toán thành phần động của tải trọng gió ứng với dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s phải thỏa mãn bất đẳng thức: s L s 1 f < f < f +.
Theo bảng 2 TCXD 229:1999, đối với kết cấu bê tông cốt thép, giá trị fL được xác định là 1.3 Hz khi δ = 0.3 Cấu trúc bao gồm cột và vách được ngàm chắc chắn với móng.
Để tính toán gió động của công trình, chúng ta xem xét hai phương X và Y, trong đó chỉ phân tích dạng dao động theo phương có chuyển vị lớn hơn Quy trình tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước cụ thể.
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình bằng cách: Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 12 mode dao động của công trình
Bảng 5 2 Kết quả phân tích mode dao động
Mode Chu kỳ Tần số UX UY RZ Dao động
Bước 2: Công trình này được tính với 2 mode dao động Tính toán thành phần động của tải trọng theo Điều 4.3 đến Điều 4.9 TCXD 229–1999
Để tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió chỉ dựa vào ảnh hưởng của xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, ta áp dụng công thức cụ thể.
W =W S (Công thức 4.6 TCXD 229-1999) Trong đó:
W j là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình
Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là j, được xác định ở độ cao tương ứng với phần thứ j của công trình và không có thứ nguyên Các giá trị của j được tham khảo từ bảng 3 trong TCXD 229:1999.
S j là diện tích đón gió của phần j của công trình, được tính như sau:
= với h h j , j − 1 ,B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió phản ánh dạng dao động khác nhau của công trình và không có thứ nguyên Khi thực hiện tính toán với dạng dao động thứ nhất, hệ số này được lấy bằng 1, trong khi đối với các dạng dao động khác, hệ số cũng được lấy bằng 1.
Giá trị 1 được lấy theo bảng 4, TCXD 229:1999, phụ thuộc vào 2 tham số và Tra bảng 5, TCXD 229:1999
Xác định các hệ số: n ji Fj j 1 i n
Y ji là chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j trong dạng dao động i, không có thứ nguyên Giá trị này được xác định thông qua phần mềm Etabs.
M j : Khối lượng tập trung phần công trình thứ j, (T) Kết quả được tính bởi Etabs
Bước 3: Xác định hệ số động lực ( i ) ứng với dạng dao động thứ 1 dựa vào hệ số ( i ) và đường số 1, Hình 2, TCXD 229:1999
là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1.2
W 0 là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (N m/ 2 ) f i là tần số dao động riêng thứ 1 (Hz)
Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió: p( ji) j i i ji
Bước 5: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính tt p( ji) p( ji)
= 1.2: hệ số tin cậy đối với tải trọng gió
= 1: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 6, TCXD 299-1999, lấy
Bảng 5 3 Giá trị tính toán gió động theo phương X (Mode 1)
Tên Tầng Cao độ ε 1 ξ 1 Ψ 1 x 1 W pj 1 Giá trị tính toán thành phần gió động
Bảng 5 4 Giá trị tính toán gió động theo phương Y (Mode 2)
Giá trị tính toán thành phần gió động
Nội lực cho thành phần tĩnh và động của tải gíó xác định như sau: t s d 2 i i 1
X: Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị ở đây ta xem là tảitrọng tổng hợp của 2 thành phần tĩnh và động
X t : Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phầntĩnh của tải trọng gió gây ra, ở đây ta xem là tải thành phần tĩnh
Xi là lực uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ i, trong đó ta xem xét tải thành phần động Ký hiệu s đại diện cho số dạng dao động tính toán.
TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
Xem chi tiết: [Mục 2.1 và 2.2 Chương 2]
Xem chi tiết: [Mục 2.3 Chương 2]
− Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió
− Công trình cao 60.3 (m) > 40 (m) nên tải gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động
− Tải trọng gió bao gồm 2 thành phần:
− Thành phần tĩnh của gió
− Thành phần động của gió
− Tải trọng gió tĩnh được tính toán theo TCVN 2737:1995 như sau: Áp lực gió tĩnh tính toán tại cao độ z tính theo công thức:
Công thức tính tải trọng gió Wtc = Wo × k × c, trong đó Wo = 0.83 kN/m² Công trình xây dựng ở Tp Hồ Chí Minh thuộc khu vực II-A và được đánh giá có ảnh hưởng gió bão yếu Hệ số kz tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao được lấy từ bảng 5, TCVN 2737:1995 Hệ số khí động c cho mặt đón gió là +0.8 và mặt hút gió là -0.6, do đó hệ số tổng cho mặt đón gió và hút gió là c = 1.4 Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được xác định là γ = 1.2.
Tải trọng gió tĩnh được chuyển đổi thành lực tập trung tại các cao trình sàn, với lực này được đặt tại tâm cứng của mỗi tầng Cụ thể, Wtcx là lực gió tiêu chuẩn theo phương X và Wtcy là lực gió tiêu chuẩn theo phương Y, được tính bằng cách nhân áp lực gió với diện tích đón gió.
Bảng 5 1 Giá trị tính toán gió tĩnh theo phương X và phương Y
Giá trị tính toán thành phần gió tĩnh
Do công trình cao 60.3 m vượt quá 40 m, cần phải xem xét thành phần động của tải gió Để xác định thành phần động này, việc xác định tần số dao động riêng của công trình là rất quan trọng.
− Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học:
− Sơ đồ tính toán là hệ thanh công xôn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng
− Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có thể coi như không đổi
− Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình sàn
Giá trị khối lượng tập trung được xác định bằng tổng trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải phân bố đều trên sàn Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, có thể áp dụng hệ số chiết giảm cho hoạt tải, với hệ số chiết giảm là 0.5 như được nêu trong bảng 1 của TCXD 229:1999.
Hình 5 2 Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình
Việc xác định tần số dao động riêng của công trình nhiều tầng là một quá trình phức tạp, do đó cần sử dụng các phần mềm hỗ trợ tính toán Trong đồ án này, phần mềm ETABS được áp dụng để tính toán các tần số dao động riêng của công trình.
Hình 5 3 Mô hình 3D của công trình bằng ETABS
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học
Hình 5 4 Sơ đồ các bước tính toán gió động lên công trình
Theo TCXD 229:1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần dựa trên dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s phải thỏa mãn bất đẳng thức: s L s 1 f < f < f +.
Theo bảng 2 TCXD 229:1999, với kết cấu bê tông cốt thép và δ = 0.3, giá trị fL được xác định là 1.3 Hz Cột và vách được kết nối chặt chẽ với móng.
Để tính toán gió động của công trình, cần xem xét theo hai phương X và Y, trong đó chỉ tập trung vào phương có chuyển vị lớn hơn Quy trình tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước cụ thể.
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình bằng cách: Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 12 mode dao động của công trình
Bảng 5 2 Kết quả phân tích mode dao động
Mode Chu kỳ Tần số UX UY RZ Dao động
Bước 2: Công trình này được tính với 2 mode dao động Tính toán thành phần động của tải trọng theo Điều 4.3 đến Điều 4.9 TCXD 229–1999
Để tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió, cần xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực Giá trị này được xác định theo công thức cụ thể.
W =W S (Công thức 4.6 TCXD 229-1999) Trong đó:
W j là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình
Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là j, được xác định ở độ cao tương ứng với phần thứ j của công trình và không có thứ nguyên Các giá trị của j được tham khảo từ bảng 3 trong TCXD 229:1999.
S j là diện tích đón gió của phần j của công trình, được tính như sau:
= với h h j , j − 1 ,B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió phản ánh sự tương tác với các dạng dao động khác nhau của công trình, có tính chất không thứ nguyên Khi thực hiện tính toán với dạng dao động thứ nhất, hệ số này được xác định là 1; trong khi đối với các dạng dao động khác, hệ số cũng được lấy bằng 1.
Giá trị 1 được lấy theo bảng 4, TCXD 229:1999, phụ thuộc vào 2 tham số và Tra bảng 5, TCXD 229:1999
Xác định các hệ số: n ji Fj j 1 i n
Trong bài viết này, y ji đại diện cho chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm công trình thứ j theo dạng dao động i, và không có thứ nguyên Giá trị này được xác định thông qua phần mềm Etabs.
M j : Khối lượng tập trung phần công trình thứ j, (T) Kết quả được tính bởi Etabs
Bước 3: Xác định hệ số động lực ( i ) ứng với dạng dao động thứ 1 dựa vào hệ số ( i ) và đường số 1, Hình 2, TCXD 229:1999
là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1.2
W 0 là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (N m/ 2 ) f i là tần số dao động riêng thứ 1 (Hz)
Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió: p( ji) j i i ji
Bước 5: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính tt p( ji) p( ji)
= 1.2: hệ số tin cậy đối với tải trọng gió
= 1: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 6, TCXD 299-1999, lấy
Bảng 5 3 Giá trị tính toán gió động theo phương X (Mode 1)
Tên Tầng Cao độ ε 1 ξ 1 Ψ 1 x 1 W pj 1 Giá trị tính toán thành phần gió động
Bảng 5 4 Giá trị tính toán gió động theo phương Y (Mode 2)
Giá trị tính toán thành phần gió động
Nội lực cho thành phần tĩnh và động của tải gíó xác định như sau: t s d 2 i i 1
X: Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị ở đây ta xem là tảitrọng tổng hợp của 2 thành phần tĩnh và động
X t : Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phầntĩnh của tải trọng gió gây ra, ở đây ta xem là tải thành phần tĩnh
Xi là moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ i, trong đó ta xem xét tải thành phần động Biến số s đại diện cho số dạng dao động tính toán.
Để thực hiện việc tổ hợp nội lực gió, chúng ta cần sử dụng phần mềm ETABS, bởi vì quá trình tính toán tổ hợp này rất phức tạp và yêu cầu khối lượng tính toán lớn Để đơn giản hóa, tổ hợp nội lực sẽ được thay thế bằng tổ hợp tải trọng.
Quá trình tổ hợp nội lực tải trọng được thực hiện theo các bước sau:
Trong phần mềm ETABS, việc tạo ra các loại tải trọng là rất quan trọng để phân tích kết cấu Các loại tải trọng bao gồm: gió tĩnh theo phương X (WTX), gió tĩnh theo phương Y (WTY), gió động theo phương X ứng với dạng dao động thứ nhất (WDX1), và gió động theo phương Y ứng với dạng dao động thứ nhất (WDY1) Những tải trọng này giúp đảm bảo tính chính xác và an toàn trong thiết kế công trình.
TỔ HỢP TẢI TRỌNG
Bảng 5 7 Các trường hợp tải trọng
Các trường hợp tải TYPE Self weight Ký hiệu
Trọng lượng bản thân DEAD 1 TTBT
Trọng lượng cấu tạo sàn SUPER DEAD 0 TTS
Tĩnh tải tường xây SUPER DEAD 0 TTTX
Gió tĩnh chiều trục X WIND 0 WTX
Gió tĩnh chiều trục Y WIND 0 WTY
Các trường hợp tải TYPE Self weight Ký hiệu
Gió động chiều trục X WIND 0 WDX
Gió động chiều trục Y WIND 0 WDY Động đất theo phương X QUAKE 0 QX Động đất theo phương Y QUAKE 0 QY
Bảng 5 8 Tổ hợp tải trọng
COMB1 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT 1; 1; 1; 1
COMB2 ADD TTBT; TTS; TTTX; WX 1; 1; 1; 1
COMB3 ADD TTBT; TTS; TTTX; WX 1; 1; 1; -1
COMB4 ADD TTBT; TTS; TTTX; WY 1; 1; 1; 1
COMB5 ADD TTBT; TTS; TTTX; WY 1; 1; 1; -1
COMB6 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WX 1; 1; 1; 0.9;
COMB7 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WX 1; 1; 1; 0.9; -
COMB8 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WY 1; 1; 1; 0.9;
COMB9 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WY 1; 1; 1; 0.9; -
COMB10 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WX; WY 1; 1; 1; 0.9;
COMB11 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WX; WY 1; 1; 1; 0.9;
COMB12 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WX; WY 1; 1; 1; 0.9; -
COMB13 ADD TTBT; TTS; TTTX; HT; WX; WY 1; 1; 1; 0.9; -
COMB14 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX 1; 1; 1; 1
COMB15 ADD TTBT; TTS; TTTX; QY 1; 1; 1; 1
COMB16 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX 1; 1; 1; -1
COMB17 ADD TTBT; TTS; TTTX; QY 1; 1; 1; -1
COMB18 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; 0.3; 1
COMB19 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; 0.3; -1
COMB20 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; -0.3; 1
COMB21 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; -0.3; -
COMB22 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; 1; 0.3
COMB23 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; 1; -0.3
COMB24 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; -1; 0.3
COMB25 ADD TTBT; TTS; TTTX; QX; QY 1; 1; 1; -1; -
COMBBAO ENVE COMB1; COMB2; COMB3; ………;
CV1 ADD TTBT; TTS; TTTX; WX 0.91; 0.91;
CV2 ADD TTBT; TTS; TTTX; WY 0.91; 0.91;
KIỂM TRA CHUYỂN VỊ ĐỈNH
Hình 5 5 Chuyển vị đỉnh tổ hợp CV1, CV2
Bảng 5 9 Bảng chuyển vị đỉnh công trình
STORY COMBO Ux (mm) Uy (mm)
→ Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh nhà là 19.678mm
Theo TCVN 198 : 1997, kết cấu khung BTCT:
→Thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG
5.6.1 Kết quả nội lực dầm tầng điển hình
− Biểu đồ Moment dầm ở tầng điển hình với tổ hợp COMBAO(ENVE)
Hình 5 6 Biểu đồ Moment dầm tầng điển hình
5.6.2 Tính toán cốt thép dọc dầm
Cốt thép trong dầm được thiết kế dựa trên các cấu kiện chịu uốn, với dữ liệu được xuất ra từ phần mềm ETABS, bao gồm biểu đồ mô men của tất cả các tổ hợp.
Giả thuyết a = h / 10 → ho = h – a Áp dụng công thức tính toán: b o m 2 m s b o s
Hàm lượng cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí phải thỏa điều kiện sau: min max
àmin: tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy: àmin = 0.05% àmax: tỷ lệ cốt thộp tối đa, thường lấy:
→ = 365 − Áp dụng tính toán đoạn gối đầu dầm B22
Nội lực dầm: M3 = -624.096 (kN/m 2 ), bxh = 400x700 (mm)
Giả thiết: a = h / 10 = 700/10 = 70 mm → ho = h – a p0 – 70 = 630 mm
→ = = Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min s max o
Kết quả tính toán của các dầm còn lại trên mặt bằng điển hình:
Xem chi tiết: [Mục 2.2, Phụ lục 2]
5.6.3 Tính toán khả năng chịu cắt của dầm
− Tính toán thép đai cho cấu kiện dầm B22 có Qmax = 289.85 kN, tiết diện 400×700mm Khả năng chịu cắt của bê tông:
→ Phải tớnh cốt đai cho dầm Chọn cốt đai ỉ8, bước đai s = 200 mm, số nhánh đai n = 2
Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:
= Nhận xét Q = 342.57 kN > Qmax = 289.85kN thỏa điều kiện về độ bền s s w1 b nE A 2 200000 50.3
Qbt 6.62 kN > Qmax = 289.85 kN → Cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt
− Bố trí cốt đai tương tự cho các dầm còn lại
5.6.4 Tính toán cốt đai gia cường giữa dầm phụ và dầm chính
Tại vị trí dầm phụ đặt lên dầm chính, do tải trọng tập trung lớn, cần thiết phải sử dụng cốt đai gia cường hoặc cốt xiên (cốt V) để chịu lực tập trung Những cốt này được gọi là cốt treo.
− Nếu dùng cốt đai gia cường thì cốt đai phải đặt dày, diện tích các lớp cốt treo cần thiết:
− Dùng cốt đai gia cường thì diện tích thép: tr 1
Trong đó: P 1 = + = + − P G 1 P G G o (Với Go là trọng lượng bản thân của dầm chính)
− Số lượng cốt treo cần thiết ở mỗi phía của dầm phụ gối lên dầm chính là
Với: n-là số nhánh cốt đai; asw -là diện tích một nhánh cốt đai
− Trong đoạn đặt cốt đai gia cường, không cần đặt thêm cốt đai nào khác nữa
− Đoạn cần bố trí cốt đai gia cường : b 1 = −h dc h dp
− Tuy nhiên, nếu lượng cốt đai gia cường nhiều, s < 50 mm, để đảm bảo thi công được, cho phép cốt đai gia cường được bố trí trong đoạn b2: b 2 =b dp +b 1 (H.b)
− Dùng cốt vai bò thì diện tích thép 1 bên:
Hình 5 7 Đoạn gia cường cốt treo tại vị trí dầm phụ gối lên dầm chính
Tại vị trí có cột, dầm phụ có thể gác lên dầm chính mà không cần sử dụng cốt treo gia cường, vì toàn bộ tải trọng sẽ được truyền xuống cột, đảm bảo không làm hư hại cho dầm chính.
− Kiểm tra dầm chính B7 (300x600) với dầm phụ B6 (250x450):
Ta có lực truyền vào dầm chính là P = 46.14 (kN)
Dầm chính 300x600 có ho = 540 mm
Sử dụng cốt treo dạng đai với đường kớnh đai ỉ8 cú asw = 50.3 mm 2
Số cốt treo cần thiết cho mỗi bên của dầm phụ gối lên dầm chính: s 3 o sw sw h 180
Trong đoạn đặt cốt đai gia cường, không cần đặt thêm cốt đai nào khác nữa Đoạn cần bố trí cốt đai gia cường: b1 = hdc - hdp = 600 - 450 = 150 mm
Vậy bố trớ mỗi bờn 2ỉ8a50
Tính toán và bố trí tương tự cho các dầm còn lại
5.6.5 Cấu tạo kháng chấn cho dầm
− Trong TCVN 9386:2012, theo giá trị gia tốc nền thiết kế a g = I gR a
− Động đất mạnh a g 0.08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấn
− Động đất yếu 0.04ga g 0.08g, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm
− Động đất rất yếu a g 0.04g, không cần thiết kế kháng chấn
− Cấu tạo kháng chấn cho dầm
Các vùng của dầm kháng chấn chính được xác định có chiều dài lên tới l cr = h w, trong đó h w là chiều cao của dầm Chiều dài này được tính từ tiết diện ngang đầu mút dầm liên kết vào nút dầm - cột và từ cả hai phía của bất kỳ tiết diện ngang nào có khả năng chảy dẻo trong thiết kế chịu động đất Những vùng này cần được coi là vùng giới hạn.
Trong các dầm kháng chấn chính hỗ trợ các cấu kiện thẳng đứng không liên tục, các vùng nằm trong khoảng 2h w ở mỗi bên của cấu kiện thẳng đứng cần được xem xét như là vùng tới hạn.
Trong vùng nén của dầm, cần bố trí ít nhất một nửa lượng cốt thép so với vùng kéo, cùng với các cốt thép nén cần thiết để kiểm tra trạng thái cực hạn trong thiết kế chịu động đất.
− Trong phạm vi các vùng tới hạn của dầm kháng chấn chính, phải được bố trí cốt đai thỏa mãn những điều kiện sau đây:
− Đường kính d bw của các thanh cốt đai (tính bằng mm) không được nhỏ hơn 6
− Khoảng cách s của các vòng cốt đai (tính bằng mm) không được vượt quá:
− Ngoài ra, cốt đai trong dầm phải là đai kín, được uốn móc 45 0 và với chiều dài móc là
Hình 5 8 Cốt thép ngang trong vùng tới hạn của dầm
5.6.6 Tính toán đoạn neo, nối cốt thép
− Đoạn neo cốt thép lan an an s an an b l R d d
Đồng thời đoạn neo cũng không được nhỏ hơn giá trị lan tối thiểu
Trong đó: o an , an , an , lan tối thiểu tra bảng 36 TCVN 5574-2012
49 o d: đường kính cốt thép; Rs: cường độ tính toán của cốt thép o Rb: cường độ tính toán của bê tông
Chiều dài đoạn nối cốt thép: an an s an b l R ỉ
và khụng nhỏ hơn l an = an ỉ
Chọn đoạn nối cốt thộp trong vựng kộo: lan = 40ỉ; vựng nộn: lan = 30ỉ
5.6.7 Tính toán cốt thép dọc cột
Việc tính toán cột nén lệch tâm xiên chính xác rất phức tạp và tốn thời gian, do đó sinh viên thường áp dụng phương pháp tính gần đúng bằng cách chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành lệch tâm phẳng tương đương để xác định cốt thép Phương pháp này được quy định trong các tiêu chuẩn như BS8110 và ACI318 Trong luận văn này, sinh viên tham khảo tài liệu "Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép" của GS Nguyễn Đình Cống.
Hình 5 9 Các lực tác dụng lên cột
− Độ lệch tâm tĩnh học x y
Trong đó o Mx – là moment theo phương trục X o My – là moment theo phương trục Y
− Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo mỗi phương a c
Trong đó: o lc – là chiều cao cột o h – là chiều cao tiết diện cột
− Trong tính toán dùng độ lệch tâm ban đầu eo ox 1x ax oy 1y ay e max(e , e ) e max(e , e )
− Dạng mất ổn định của cột: ox oy l l 0.7 l l l 0.7 l
Hệ số , phụ thuộc vào liên kết ở hai đầu cột, có giá trị =0.7 khi khung nhiều tầng có từ hai nhịp trở lên, với liên kết cứng giữa dầm và cột cùng sàn đổ bê tông toàn khối.
− Hệ số uốn dọc theo từng phương:
• Bán kính quán tính của cột: x x y y i C 12 i C 12
• Độ mảnh theo 2 phương: x ox x oy y y l i l i
Nghiên cứu ảnh hưởng của uốn dọc theo từng phương khi độ mảnh lớn hơn 28, trong khi bỏ qua trường hợp độ mảnh nhỏ hơn 28 Hệ số ảnh hưởng uốn dọc được ký hiệu là cr.
1: Hệ số kể đến tác động dài hạn của tải trọng đến độ cong của cấu kiện l l
Lưu ý rằng nếu M (mô men uốn do toàn bộ tải trọng) và Ml (mô men uốn do tác động của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn) có dấu khác nhau, thì hệ số 1 được xác định như sau: Khi e > 0.1h, thì = l1.
11 được xác định như 1 nhưng lấy M = Na a – là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ chịu kéo (nén ít) do M , N l l gây ra
e – hệ số lấy bằng eo/h, nhưng không nhỏ e,min e,min o b
Tiết diện cột có cạnh C, C x y được thiết kế với cốt thép đặt theo chu vi, có thể phân bố đều hoặc có mật độ khác nhau giữa hai cạnh của tiết diện.
− Tiết diện chịu lực nén N, moment uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, ta có: x1 x ox x x y1 y oy y y
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1 và My1 với kích thước các cạnh, chúng ta có thể áp dụng một trong hai mô hình tính toán theo phương X hoặc Y Các điều kiện và ký hiệu được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 5 10 Điều kiện làm việc của cột
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x1 y1 x y
M1 = Mx1; M2 = My1 ea = eax + 0.2eay h = Cy; b = Cx
M1 = My1; M2 = Mx1 ea = eay + 0.2eax
− Hệ số điều kiện làm việc = b 1
− Giả thiết sơ bộ chiều dày a, tính được h 0 = − h a; Z h 2a = −
− Tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
− Hệ số chuyển đổi m 0 được xác định như sau:
− Tính mô men tương đương (đổi nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng):
= N , với kết cấu siêu tĩnh, theo TCVN 5574:2012
− Tính toán độ mảnh theo 2 phương:
= h dựa vào để chia bài toán thành các trường hợp tính toán sau:
• Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé (LTRB) khi 0.3tính toán gần như nén đúng tâm:
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e :
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: ( ) e
Khi 14 lấy = 1 Khi 14lấy =1.028 0.0000288− − 2 0.0016 Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st : e b st e sc b
− (cốt thép được chọn đặt đều theo chu vi)
• Trường hợp 2: Nén lệch tâm bé (LTB) khi
Xác định chiều cao vùng nén x: R R 2 0
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st : b 0 st sc
• Trường hợp 3: Nén lệch tâm lớn (LTL) khi
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st : ( 1 0 ) st s
− Tính hàm lượng cốt thép s
=bh , giá trị hợp lý = hl (1 3 %)
− Kiểm tra hàm lượng cốt thép: max
= = − Kiểm tra lại giá trị a giả thiết sau khi chọn thép
− Tính toán ví dụ cột C5 tại tầng 4:
Bảng 5 11 Nội lực cột C5 tại tầng 4
Story Column Load Loc P(kN) M y (kN.m) M x (kN.m) L(m) Cx(cm) Cy(cm)
− Kích thước tiết diện cột 450x400
− Tính toán độ mảnh theo 2 phương
→ Bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc theo từng phương
− Độ lệch tâm theo từng phương: Cần xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo mỗi phương ax c
− Lúc này độ lệch tâm ban đầu ox 1x ax oy 1y ay e max(e , e ) 3.24cm e max(e , e ) 2.1cm
− Xét phương tính toán chính x1 x x1 y1 y1 x y y
− Vậy độ lệch tâm theo phương X nhiều hơn
− Tính toán độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay ea =eax+0.2eay =1.6 cm( )
− Hệ số chuyển đổi h0 = h – a = 400 – 40 = 360 (mm) x 1 > h 0 → m 0 = 0 4
− Xác định độ lệch tâm tính toán ban đầu e0 : Độ lệch tâm tĩnh học: e1 = M/N = (136.61/3422.12)100= 3.99 (cm) Độ lệch tâm ngẫu nhiên: ea = 1.6 (cm)
Hệ siêu tính → e0 = max (e1, ea) = 3.99 (cm)
− Độ mảnh theo 2 phương = max ( x ; y ) = 20.05
= = = → Cột lệch tâm rất bé
− Hệ số ảnh hưởng đến độ lệch tâm
− Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: ( ) e
= + = + − Diện tích thép được tính theo công thức e 3 b e s 3 sc b
= − Hàm lượng thép min s max
= = = = Kết quả tính toán của các cột còn lại trên mặt bằng điển hình:
Xem chi tiết: [Mục 2.3, Phụ lục 2]
5.6.8 Tính toán cốt đai cho cột
− Tính toán thép đai cho cấu kiện cột C6 tầng 18
Bảng 5 12 Nội lực cột C6 tại tầng 18
− Khả năng chịu cắt của bê tông:
Q = (1+ )R bh =0.6 1.05 10 − 600 450 170.1kN Qbt < Qmax = 361.58 kN → Chọn thộp đai 2 nhánh ỉ8a100 sw sw sw
− Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:
= Nhận xét Q = 545.66 kN > Qmax = 361.58 kN thỏa điều kiện về độ bền s s w1 b nE A 2 200000 50.3
Qbt 59.43 kN > Qmax = 361.58 kN → Cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt
5.6.9 Cấu tạo kháng chấn cho cột
− Tổng hàm lượng cốt thép dọc 1 không được nhỏ hơn 0.01 và không được vượt quá 0.04
Trong các tiết diện ngang đối xứng cần bố trí cốt thép đối xứng
− Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép góc dọc theo mỗi mặt cột để đảm bảo tính toàn vẹn của nút dầm - cột
− Các vùng trong khoảng cách lcr kể từ hai tiết diện đầu mút của cột kháng chấn chính phải được xem như là các vùng tới hạn
− Khi thiếu những thông tin chính xác hơn, chiều dài của vùng tới hạn lcr (tính bằng m) có thể được tính toán từ biểu thức sau đây:
cr c cl l =max h ; l / 6; 0.45 Trong đó: hc là kích thước lớn nhất tiết diện ngang của cột (tính bằng m) lcl là chiều dài thông thủy của cột (tính bằng m)
Nếu tỷ lệ lcl/hc lớn hơn 3, toàn bộ chiều cao của cột kháng chấn chính cần được coi là một vùng tới hạn và phải được bố trí cốt thép theo các quy định hiện hành.
Trong các vùng tới hạn của cột kháng chấn, cốt đai kín và đai móc với đường kính tối thiểu 6 mm cần được bố trí hợp lý để đảm bảo độ dẻo cấu trúc tối thiểu và ngăn ngừa mất ổn định cục bộ của các thanh thép dọc Hình dạng của đai phải được thiết kế để tăng khả năng chịu lực của tiết diện ngang, nhờ vào ứng suất ba chiều do các vòng đai tạo ra Các điều kiện tối thiểu này được coi là thỏa mãn khi đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cụ thể.
− Khoảng cách s giữa các vòng đai (tính bằng mm) không được vượt quá:
Kích thước tối thiểu của lõi bê tông, tính từ đường trục của cốt thép đai, được ký hiệu là bo và được tính theo công thức s = min b / 2; 175; 8d Trong đó, dbL đại diện cho đường kính tối thiểu của các thanh cốt thép dọc, đo bằng milimét (mm).
− Khoảng các giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau được cố định bằng cốt đai kín và đai móc không vượt quá 200 mm
− Đoạn neo và nối cốt thép cột tính tương tự như cấu kiện dầm đã nêu ở mục 5.6.6
5.6.10 Tính toán cốt thép dọc vách
Các phương pháp tính cốt thép dọc cho vách:
Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi:
