KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Mục đích xây dựng công trình
Để phát triển mạnh mẽ trong tất cả 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 công việc của người dân Đối với Việt Nam, một quốc gia đang trên đà phát triển và khẳng định vị thế quốc tế, việc cải thiện an sinh và điều kiện làm việc cho người dân là điều thiết yếu Trong đó, nhu cầu về nơi ở là một trong những nhu cầu cấp bách hàng đầu cần được chú trọng.
Trước tình hình dân số tăng nhanh, nhu cầu mua đất để xây dựng nhà ở ngày càng gia tăng, trong khi quỹ đất của Thành phố có hạn, dẫn đến giá đất ngày càng tăng cao Điều này khiến nhiều người dân gặp khó khăn trong việc mua đất Giải pháp hợp lý để giải quyết vấn đề này là xây dựng các chung cư cao tầng và phát triển quy hoạch khu dân cư ra các quận, khu vực ngoại ô trung tâm Thành phố.
Sự phát triển kinh tế của Thành phố cùng với việc thu hút đầu tư nước ngoài đã tạo ra nhiều cơ hội hứa hẹn cho việc xây dựng các cao ốc văn phòng và khách sạn cao tầng chất lượng cao, nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày càng tăng của người dân.
Sự gia tăng số lượng cao ốc trong Thành phố không chỉ đáp ứng nhu cầu cấp bách về cơ sở hạ tầng mà còn tạo nên diện mạo mới cho đô thị Điều này cũng mở ra nhiều cơ hội việc làm cho người dân địa phương.
Sự xuất hiện của các nhà cao tầng đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển ngành xây dựng, nhờ vào việc tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại cùng 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.
Chung cư cao cấp Vạn Đô được thiết kế và xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu sống hiện đại, với tiện nghi đầy đủ và cảnh quan đẹp Đây là khu nhà cao tầng lý tưởng cho sinh sống, giải trí và làm việc, đảm bảo chất lượng cao để phục vụ tốt nhất cho cư dân.
Vị trí và đặc điểm công trình
Công trình chung cư cao cấp Vạn Đô tọa lạc tại phường 6, quận 4, thành phố Hồ Chí Minh, nằm ở vị trí thoáng đãng trên đường Bến Vân Đồn, đối diện với bờ kênh ven đại lộ Võ Văn Kiệt Với vị trí chiến lược, dự án gần các tuyến giao thông huyết mạch, thuận tiện cho việc di chuyển vào nội thành và các huyện ngoại ô.
Công trình được đặt ở vị trí thoáng đãng và đẹp mắt, tạo điểm nhấn cho khu dân cư và mang lại sự hài hòa, hợp lý, hiện đại cho quy hoạch tổng thể Nằm trên trục đường giao thông thuận lợi, công trình dễ dàng tiếp cận vật tư và giao thông bên ngoài Hệ thống cấp điện và nước trong khu vực đã hoàn thiện, đáp ứng tốt yêu cầu xây dựng Đặc biệt, khu đất xây dựng phẳng, không có công trình cũ hay công trình ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công và bố trí tổng bình đồ.
Thành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Dữ liệu từ trạm Tân Sơn Nhất cho thấy các yếu tố khí tượng chủ yếu đã xác định những đặc trưng khí hậu đặc trưng của thành phố này.
Thành phố có lượng mưa cao trung bình 1.949 mm mỗi năm, với khoảng 159 ngày mưa Lượng mưa phân bố không đồng đều, tăng dần theo trục Tây Nam - Đông Bắc Độ ẩm không khí trung bình hàng năm đạt 79,5%, trong đó mùa mưa là 80% và có thể lên tới 100%, trong khi mùa khô giảm xuống còn 74,5% và thấp nhất là 20%.
Thành phố Hồ Chí Minh chịu tác động của hai hướng gió chính, bao gồm gió mùa Tây - Tây Nam và gió mùa Bắc - Đông Bắc Gió Tây - Tây Nam có nguồn gốc từ Ấn Độ, mang đến những ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu của thành phố.
Trong mùa mưa, TPHCM thường không bị ảnh hưởng bởi gió bão, tuy nhiên, thành phố vẫn phải đối mặt với tình trạng ngập nước do triều cường Hiện tượng này gây ảnh hưởng đến một số tuyến đường, làm cho việc di chuyển trở nên khó khăn hơn.
Quy mô công trình
Công trình dân dụng – cấp 2 (5000m 2 < Ssàn < 10000m 2 hoặc 8 < số tầng < 20)
Hình 1.1 Mặt đứng của công trình
TAÀ NG TREÄ T TAÀ NG 2
TAÀ NG 3 TAÀ NG 4 TAÀ NG 5 TAÀ NG 6 TAÀ NG 7 TAÀ NG 8 TAÀ NG 9 TAÀ NG 10 TAÀ NG 11 TAÀ NG 12 TAÀ NG 13 TAÀ NG 14 TAÀ NG 15
Hình 1.2 Phối cảnh 3D của công trình
− Công trình có 2 tầng hầm
Hình 1.3 Mặt bằng tầng hầm 1 và 2
− Công trình có: 1tầng trệt, 1tầng lửng, 14 tầng lầu & 1 tầng mái
Hình 1.4 Mặt bằng lầu 1 đến lầu 14
− Công trình có chiều cao 57.6m (tính từ cao độ ±0.000m, chưa kể tầng hầm)
− Diện tích xây dựng của công trình là: 40m x 45m = 1800m 2
Tầng hầm của chung cư phục vụ như bãi giữ xe cho cư dân và khu vực xung quanh, trong đó tầng hầm 1 và 2 được dành riêng cho việc đỗ xe máy và ô tô.
Trang 21 hầm cũng là nơi chứa các trang thiết bị phục vụ cho chiếu sáng dự phòng như máy phát điện, bể nước ngầm, bể tự hoại, v.v…
Tầng trệt chủ yếu phục vụ cho hoạt động kinh doanh dịch vụ và cửa hàng, tương tự như một trung tâm mua sắm Bên cạnh đó, hai tầng này cũng được sử dụng để lưu trữ trang thiết bị phòng cháy chữa cháy và nhiều thiết bị khác.
− Từ tầng 1 đến tầng 14 bao gồm các căn hộ cao cấp loại A, B đáp ứng nhu cầu về nhà ở của người dân
Tầng thượng của chung cư không chỉ chứa các kho mà còn được thiết kế để xây dựng hồ chứa nước, phục vụ nhu cầu nước sinh hoạt và nước chữa cháy cho toàn bộ cư dân trong tòa nhà.
Các giải pháp kiến trúc của công trình
− Mặt bằng có dạng hình chữ nhật với diện tích khu đất như ở trên (2136.9 m2)
− Tầng hầm nằm ở cốt cao độ -7.2000m, được bố trí 2 ram dốc từ mặt đất đến tầng hầm (độ dốc i % )
Công trình được thiết kế chủ yếu để cho thuê căn hộ, do đó tầng hầm có diện tích lớn được sử dụng cho việc để xe và đi lại Bố trí các hộp gian hợp lý nhằm tạo không gian thoáng đãng cho tầng hầm Hệ thống cầu thang bộ và thang máy được đặt ngay tại vị trí vào tầng hầm, giúp người sử dụng dễ dàng nhận thấy và thuận tiện trong việc di chuyển Đồng thời, hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) cũng được bố trí dễ dàng quan sát.
Tầng trệt của khối nhà được thiết kế như khu sinh hoạt chung, với trang trí bắt mắt từ cột ốp inox và các dịch vụ tiện ích đi kèm Các cửa hàng và công năng dịch vụ được bố trí hợp lý, tạo không gian thoải mái cho cư dân Đặc biệt, phòng quản lý cao ốc được bố trí dễ dàng quan sát, giúp thuận tiện trong việc quản lý và điều hành hoạt động của toàn khối nhà Tổng thể, thiết kế kiến trúc mặt bằng hỗ trợ cho việc hoạt động và quản lý hiệu quả.
Tầng điển hình từ lầu 1 đến lầu 14 thể hiện rõ chức năng của khối nhà, với khu vực vệ sinh và giao thông được phân chia hợp lý Toàn bộ diện tích còn lại được sử dụng làm mặt bằng cho thuê căn hộ, phục vụ nhu cầu sinh hoạt của cư dân.
1.5.2 Giải pháp mặt đứng & hình khối
Công trình chung cư cao cấp này được thiết kế với hình khối kiến trúc hiện đại, thể hiện sự bề thế và vững chãi thông qua các đường nét ngang và thẳng đứng Việc sử dụng vật liệu mới như đá granite và các mảng kính dày màu xanh không chỉ tạo nên vẻ sang trọng mà còn nâng cao giá trị thẩm mỹ cho công trình.
Sử dụng triết lý thiết kế hiện đại, ngôi nhà nổi bật với cửa kính lớn và tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước Mái BTCT được trang bị lớp chống thấm và cách nhiệt hiệu quả Tường được xây bằng gạch, trát vữa và sơn nước, kết hợp với lớp chớp nhôm xi mờ Hệ thống ống xối có đường kính Ф14, được sơn cùng màu với tường Tầng trệt được ốp đá granite mắt rồng, kết hợp với kính phản quang 2 lớp màu xanh lá, tạo nên vẻ đẹp sang trọng và hiện đại.
− Hình dáng bên ngoài của công trình là một hình khối làm phù hợp với vị trí khu đất
2 bên đều có công trình dân dụng xung quanh
1.5.2.3 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 trong tòa nhà bao gồm thang bộ và thang máy, với hai thang bộ hai vế phục vụ lối đi chính và thoát hiểm Bốn thang máy được bố trí ở vị trí trung tâm, đảm bảo khoảng cách tối đa đến cầu thang không vượt quá 25m, giúp người dân di chuyển thuận lợi và đảm bảo an toàn trong trường hợp khẩn cấp Căn hộ được sắp xếp xung quanh lõi với hành lang phân cách, tạo ra khoảng cách đi lại ngắn nhất, mang lại sự tiện lợi và thông thoáng cho cư dân.
1.5.3 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 bằng bê tông cốt thép hoặc bể nước bằng inox được đặt trên tầng mái
Bể dùng để trữ nước, từ đó cấp nước cho việc sử dụng của toàn bộ các tầng và việc cứu hỏa
− Tường bao che dày 200mm, tường ngăn dày 100mm
− Phương án móng dùng phương án móng sâu
1.5.4 Giải pháp về thông gió chiếu sáng
1.5.4.1 Giải pháp về thông gió
Quy hoạch xung quanh công trình cần trồng hệ thống cây xanh nhằm dẫn gió, che nắng, chắn bụi và điều hòa không khí Điều này sẽ tạo ra một môi trường trong sạch và thoáng mát, góp phần nâng cao chất lượng sống cho cư dân.
Các phòng trong công trình được thiết kế với hệ thống cửa sổ, cửa đi và ô thoáng, giúp tối ưu hóa sự lưu thông không khí Điều này đảm bảo mang lại môi trường không khí trong sạch và thoải mái cho người sử dụng.
1.5.4.2 Giải pháp về chiếu sáng
− Kết hợp ánh sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo
Các phòng được thiết kế với hệ thống cửa tối ưu, cho phép ánh sáng tự nhiên tràn vào, kết hợp với ánh sáng nhân tạo để đảm bảo không gian luôn đủ sáng.
− 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
1.5.5 Giải pháp về điện nước
1.5.5.1 Giải pháp hệ thống điện
Nguồn 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 ổn định cho toàn bộ công trình.
Hệ thống điện được thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam cho các công trình dân dụng nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng, bảo trì và sửa chữa Điều này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao hiệu quả khai thác.
1.5.5.2 Giải pháp hệ thống cấp và thoát nước
Nước được cung cấp từ hệ thống cấp nước sạch của thành phố, qua bể chứa nước sinh hoạt của tòa nhà, sau đó được bơm lên bể chứa trên mái để phục vụ các căn hộ Dung tích bể chứa được thiết kế dựa trên số lượng người sử dụng và lượng nước dự trữ cho các tình huống khẩn cấp như mất điện và chữa cháy Nước từ bể chứa được dẫn xuống các khu vệ sinh và tắm giặt ở mỗi tầng thông qua hệ thống ống thép tráng kẽm trong các hộp kỹ thuật.
Hệ thống thoát nước mưa bao gồm ống nhựa được lắp đặt tại những vị trí thu nước trên mái, giúp dẫn nước mưa xuống rãnh thu xung quanh nhà Nước sau đó sẽ được dẫn đến hệ thống thoát nước chung của thành phố, đảm bảo việc thoát nước hiệu quả và ngăn ngừa ngập úng.
Nước thải sinh hoạt từ khu vệ sinh được dẫn xuống bể tự hoại để làm sạch trước khi được đưa vào hệ thống thoát nước chung của thành phố Hệ thống ống dẫn cần phải kín, không bị rò rỉ và đảm bảo độ dốc thích hợp để thoát nước hiệu quả.
1.5.6 Giải pháp về phòng cháy và chữa cháy
Tại mỗi tầng và tại các nút giao thông giữa hành lang và cầu thang, hệ thống hộp họng cứu hỏa được thiết kế 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 2 bình khí CO2 (3kg) và 2 bình bột chữa cháy MT4 (4kg), được chia thành 2 hộp đặt hai bên khu vực phòng ở.
1.5.7 Giải pháp về môi trường
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
2.1.1 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
2.1.1.1 Giải pháp kết cấu theo phương đứng
Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với kết cấu nhà nhiều tầng bởi vì:
+ Chịu tải trọng của dầm sàn truyền xuống móng và xuống nền đất
+ Chịu tải trọng ngang của gió và áp lực đất lên công trình
+ Liên kết với dầm sàn tạo thành hệ khung cứng, giữ ổn định tổng thể cho công trình, hạn chế dao động và chuyển vị đỉnh của công trình
Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng bao gồm các loại sau :
+ Hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng, kết cấu ống
+ Hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp
Hệ kết cấu đặc biệt bao gồm các thành phần như tầng cứng, dầm truyền, hệ giằng liên tầng và khung ghép, tạo nên sự vững chắc và ổn định cho công trình.
Mỗi loại kết cấu mang đến những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với quy mô và yêu cầu thiết kế của từng công trình Vì vậy, việc lựa chọn giải pháp kết cấu cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật cho từng dự án cụ thể.
Hệ kết cấu khung mang lại lợi ích về không gian lớn và linh hoạt, với sơ đồ làm việc rõ ràng Tuy nhiên, khả năng chịu tải trọng ngang của nó kém, đặc biệt trong các công trình cao hoặc ở vùng có cấp động đất lớn Hệ kết cấu này phù hợp cho các công trình cao đến 15 tầng ở vùng chống động đất cấp 7, 10-12 tầng ở vùng cấp 8, và không nên sử dụng cho công trình ở vùng cấp 9.
Hệ kết cấu khung – vách và khung – lõi là lựa chọn phổ biến trong thiết kế nhà cao tầng nhờ vào khả năng chịu tải ngang hiệu quả Tuy nhiên, việc áp dụng hệ kết cấu này cần tiêu tốn nhiều vật liệu và đòi hỏi quy trình thi công phức tạp hơn cho các công trình.
Hệ kết cấu ống tổ hợp là lựa chọn lý tưởng cho các công trình siêu cao tầng nhờ vào khả năng phân bổ lực đồng đều và khả năng chịu tải trọng ngang lớn.
Tùy thuộc vào yêu cầu kiến trúc, quy mô công trình và tính khả thi, việc lựa chọn hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng cần đảm bảo sự ổn định và phù hợp với công trình.
2.1.2 Lựa chọn kết cấu cho công trình Chung cư cao cấp Vạn Đô
Dựa trên quy mô công trình với 16 tầng nổi và 2 tầng hầm, sinh viên áp dụng hệ thống chịu lực khung-vách lõi Hệ thống này bao gồm khung chịu tải trọng đứng và vách lõi chịu cả tải trọng đứng lẫn tải trọng ngang, đồng thời giúp tăng cường độ cứng cho công trình.
Dưới tác động của tải trọng ngang, khung chịu cắt chủ yếu dẫn đến chuyển vị tương đối nhỏ ở các tầng trên và lớn hơn ở các tầng dưới Ngược lại, lõi chịu uốn chủ yếu gây ra chuyển vị tương đối lớn ở các tầng trên và nhỏ hơn ở các tầng dưới Sự kết hợp này giúp giảm tổng chuyển vị của toàn bộ công trình khi chúng hoạt động cùng nhau.
2.1.2.1 Giải pháp kết cấu theo phương ngang
Việc chọn lựa giải pháp kết cấu sàn hợp lý đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa tính kinh tế của công trình Thống kê cho thấy, khối lượng bê tông sàn có thể chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng chi phí xây dựng.
30-40% khối lượng bê tông trong công trình và trọng lượng bê tông sàn đóng vai trò là tải trọng tĩnh chính Khi công trình cao hơn, tải trọng này tích lũy xuống các cột tầng dưới và móng, dẫn đến việc tăng chi phí cho móng và cột, cũng như 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 được trình bày như bên dưới
Hệ sàn sườn: Cấu tạo gồm hệ dầm và bản sàn
Trang 27 Ưu điểm: Tính toán đơn giản, được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công
Nhược điểm của thiết kế này là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt qua khẩu độ lớn, điều này dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn hơn, gây ra sự lãng phí không gian sử dụng.
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 dễ dàng phân chia không gian và thi công nhanh hơn so với sàn dầm, do không cần gia công cốp pha và cốt thép dầm phức tạp Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng trở nên đơn giản hơn.
Phương án này có nhược điểm là các cột không được liên kết với nhau, dẫn đến độ cứng thấp hơn so với phương án sàn dầm Kết quả là khả năng chịu lực theo phương ngang kém, với tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu và tải trọng đứng do cột và vách đảm nhiệm Để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, sàn cần có chiều dày lớn, làm tăng khối lượng của sàn.
Sàn không dầm ứng lực trước
Cấu trúc bao gồm các bản kê trực tiếp lên cột, với cốt thép được ứng lực trước Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm chi phí nhờ giảm chiều dày sàn và chiều cao tầng, đồng thời cho phép ứng dụng trong các công trình có nhịp lớn và linh hoạt trong việc bố trí mặt bằng kiến trúc Ngoài ra, nó còn rút ngắn thời gian xây dựng nhờ việc tháo dỡ ván khuôn sớm và dễ dàng lắp đặt các hệ thống kỹ thuật.
Nhược điểm: Tính toán phức tạp, thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
Giải pháp vật liệu
2.2.1 Các yêu cầu đối với 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 chủ yếu được sử dụng là thép và bê tông cốt thép nhờ vào ưu điểm dễ chế tạo và nguồn cung dồi dào Bên cạnh đó, các vật liệu mới như vật liệu liên hợp thép – bê tông (composite) và hợp kim nhẹ cũng đang được nghiên cứu Tuy nhiên, việc ứng dụng các loại vật liệu này vẫn hạn chế do công nghệ chế tạo còn mới và chi phí sản xuất tương đối cao.
Do đó, sinh viên lựa chọn vật liệu xây dựng công trình là bê tông cốt thép
STT Cấp độ bền Kết cấu sử dụng
1 Bê tông cấp độ bền B30: R b = 17 MPa
Nền tầng trệt, cầu thang, lanh tô, trụ tường, móng, cột, dầm, sàn, bể nước, cầu thang
2 Vữa xi măng; cát B5C Vữa xi măng xây, tô trát tường nhà
STT Loại thép Đặc tính/ kết cấu sử dụng
R sw = 175 MPa ; E s = 2.1x10 5 MPa Cốt thép có d≤ 10 mm
Cốt thép dọc kết cấu các loại có d> 10mm
2.2.2 Lớp bê tông bảo vệ:
Đối với cốt thép dọc chịu lực, bao gồm cả cốt thép không ứng lực trước và ứng lực trước, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần đảm bảo không nhỏ hơn đường kính của cốt thép hoặc dây cáp.
+ Trong bản và tường có chiều dày >100 mm: 15mm (20mm);
+ Trong dầm và dầm sườn có chiều cao > 250mm: 20mm (25mm);
+ Toàn khối khi có lớp bê tông lót: 35mm;
+ Toàn khối khi không có lớp bê tông lót: 70mm;
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép đai, cốt thép phân bố và cốt thép cấu tạo phải đảm bảo không nhỏ hơn đường kính của cốt thép đó và không được nhỏ hơn mức quy định.
+ Khi chiều cao tiết diện cấu kiện nhỏ hơn 250mm: 10mm (15mm);
+ Khi chiều cao tiết diện cấu kiện > 250mm: 15mm (20mm);
+ Giá trị trong ngoặc “( )” áp dụng cho cấu kiện ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt.
Bố trí hệ kết cấu chịu lực
2.3.1 Nguyên tắc bố trí hệ kết cấu
− Bố trí hệ chịu lực cần ưu tiên những nguyên tắc sau:
Để đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả cho công trình, cần tuân thủ các nguyên tắc thiết kế như đơn giản và rõ ràng, giúp dễ dàng kiểm soát độ tin cậy của kết cấu Kết cấu thuần khung thường có độ tin cậy cao hơn so với hệ kết cấu vách và khung vách, vì chúng nhạy cảm với biến dạng Ngoài ra, việc truyền lực theo con đường ngắn nhất cũng rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và tính kinh tế của kết cấu Đối với kết cấu bê tông cốt thép, nên ưu tiên cho những phần chịu nén và hạn chế các kết cấu treo chịu kéo, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi lực uốn thành lực dọc.
+ Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ kết cấu.
Phần mềm thiết kế
Sử dụng để giải quyết nội lực và phân tích động cho hệ công trình, bao gồm các dạng và giá trị dao động, đồng thời kiểm tra các hình thức ứng xử của công trình dưới tác động của tải trọng động đất.
ETABS là phần mềm chuyên dụng cho phân tích và thiết kế kết cấu nhà cao tầng, giúp việc nhập và xử lý số liệu trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn so với các phần mềm khác.
−Dùng để giải nội lực cho các cấu kiện đơn giản của hệ kết cấu nhằm đơn giản hoá trong quá trình tính toán
−Dùng để phân tich, giải nội lực sàn và móng
Khi sử dụng phần mềm SAP, ETABS, người dùng cần chú ý đến cách mà từng cấu kiện được hiểu và định nghĩa trong phần mềm, nhằm đảm bảo rằng các cấu kiện hoạt động đúng với nguyên tắc thực tế khi được đưa vào mô hình.
− Quan niệm khối (solid): khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kích thước lớn hơn nhiều so với các phần tử khác
− Quan niệm bản, vách (shell): khi kích thước 2 phương lớn hơn rất nhiều so với phương còn lại
− Quan niệm thanh (frame): khi kích thước 2 phương nhỏ hơn rất nhiều so với phương còn lại
− Quan niệm điểm (point): khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kích thước rất bé
Việc chia nhỏ các cấu kiện một cách mịn màng sẽ nâng cao độ chính xác trong tính toán Các phần tử hữu hạn truyền lực qua các điểm liên kết, do đó, nếu chia cấu kiện không đúng cách, độ cứng của chúng sẽ tăng đột ngột, gây ra sai lệch trong chức năng tính toán Hệ quả là, kết quả tính toán của toàn bộ hệ kết cấu sẽ bị ảnh hưởng.
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện
−Chiều dày sàn sơ bộ theo công thức sau:
+ l 1 : Nhịp theo phương cạnh ngắn
+ D= 0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng
Đối với công trình có nhịp lớn hơn 6m (l1=8m, l2=9m), nội lực trong ô bản sẽ tăng cao, dẫn đến việc cần tăng chiều dày bản và độ võng cũng gia tăng Bên cạnh đó, trong quá trình sử dụng, bản có thể gặp hiện tượng rung Để khắc phục những nhược điểm này, việc bố trí thêm các dầm là cần thiết.
Trang 32 ngang và dầm dọc thẳng góc nhau, để chia các ô bản thành nhiều ô nhỏ (hệ dầm trực giao)
− Dùng ô sàn có kích thước lớn nhất (9 8 m) để tính chọn sơ bộ chiều dày
l ; trong đó: l 1 là chiều dài cạnh ngắn của ô sàn
− Chọn bề dày bản sàn bê tông cốt thép là 150mm
− Đối với các sàn tầng trệt và tầng hầm chọn chiều dày bản sàn là 300mm,
2.5.2 Sơ bộ chọn tiết diện dầm khung
− Sơ bộ theo công thức kinh nghiệm (sơ bộ theo 2 điều kiện:độ võng và điều kiện độ bền) sau:
Kích thước tiết dầm được xác định sơ bộ dựa vào nhịp dầm theo công thức kinh nghiệm, nhằm đảm bảo thông thủy cần thiết trong chiều cao tầng và khả năng chịu lực đủ.
Trong đó : l là nhịp của dầm, l = 8 m
− Bề rộng dầm : 1 1 b = h dc 3 2 dc
− Chọn kích thước dầm chính là (300x700)mm
−Bề rộng dầm : 1 1 b = h dp 3 2 dp
−Chọn kích thước dầm phụ là (200x500)mm
2.5.3 Sơ bộ chọn tiết diện vách và lõi thang máy
Chiều dày của vách lõi cứng được xác định dựa trên chiều cao và số tầng của tòa nhà, đồng thời phải tuân thủ các quy định liên quan Tổng diện tích mặt cắt ngang của vách lõi cứng có thể được tính toán theo công thức gần đúng.
+ Fst - Diện tích sàn từng tầng
− Chiều dày vách đổ toàn khối chọn không nhỏ hơn 200mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng
− Sơ bộ chiều dày vách góc biên chống xoắn là 300mm; vách bao ngoài của lõi thang máy dày 300mm
2.5.4 Sơ bộ chọn tiết diện cột:
Kích thước tiết diện cột thường được xác định trong giai đoạn thiết kế cơ sở, dựa trên kinh nghiệm thiết kế và các kết cấu tương tự Ngoài ra, có thể thực hiện tính toán sơ bộ dựa vào lực nén N được xác định một cách gần đúng.
− Diện tích tiết diện cột là Ac:
Trong đó; N là lực dọc tại chân cột đang sơ bộ; k: là hệ số kể đến ảnh hưởng của momen
+ qi: Tải trọng phân bố đều trên sàn (tỉnh tải + hoạt tải)
+ si: Diện tích truyền tải của sàn vào cột
+ qi: Lấy theo kinh nghiệm như sau: chung cư (10÷15) kN/m 2
Bảng 2.3 Sơ bộ tiết diện cột
Diện tích truyền tải q N k F tt b h F chọn
(m 2 ) (kN/m 2 ) (kN) cm 2 cm cm cm 2
TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
Cơ Sở Tính Toán Tải Trọng
− Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995
− Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012
− 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 bao gồm trọng lượng của các kết cấu như sàn, dầm, cột, cùng với trọng lượng của tường xây dựng trên dầm và sàn, cũng như trọng lượng của các lớp hoàn thiện sàn.
Hình 3.1 Các lớp cấu tạo sàn tầng 3 – 15 Bảng 3.1 Tĩnh tải tác dụng lên sàn khu dịch vụ - khu ở - hành lang - ban công
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (mm) (daN/m 3 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 )
6 Tổng tĩnh tải tính toán 634.9
Bảng 3.2 Tĩnh tải tác dụng lên sàn nhà vệ sinh
Chiều dày Trọng lượng riêng Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tổng tĩnh tải tính toán 638.6
Bảng 3.3 Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng hầm
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (mm) (daN/m 3 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 )
5 Tổng tĩnh tải tính toán 617.9
Bảng 3.4 Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng mái
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (mm) (daN/m 3 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 )
Tổng tĩnh tải tính toán 585.8
− Tải trọng tường phân bố đều với tường dày 200mm:
− Tải trọng tường phân bố đều với tường dày 100mm:
− Hoạt tải được xác định dựa trên công năng của các phòng
Bảng 3.5 Hoạt tải tác dụng lên sàn
STT Loại hoạt tải Đơn vị Tải trọng tiêu chuẩn
Hệ số độ tin cậy
1 Phòng ăn, ở, vệ sinh daN/m 2 200 1.2 240
5 Khu vực phòng khách daN/m 2 200 1.2 240
6 Khu vực văn phòng daN/m 2 200 1.2 240
8 Khu vực phòng họp, lễ tân daN/m 2 400 1.2 480
10 Khu vực dịch vụ, cửa hàng daN/m 2 400 1.2 480
Tải Trọng Ngang (Tải Trọng Gió)
3.3.1 Nguyên tắc tính toán thành phần tải trọng gió (theo mục 2 TCVN 2732:1995)
Tải trọng ngang trong công trình được xác định chủ yếu bởi tải trọng gió, với tác động của gió lên công trình mang tính chất động Sự ảnh hưởng này phụ thuộc vào nhiều thông số khác nhau.
+ 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 và phương pháp tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định theo các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 về tải trọng và tác động.
− Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
Thành phần 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 bằng cách nhân thành phần tĩnh của tải trọng gió với các hệ số, trong đó có tính đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
Việc tính toán công trình chịu tác dụng của tải trọng gió động lực bao gồm việc xác định thành phần động của tải trọng gió và phân tích phản ứng của công trình tương ứng với các dạng dao động khác nhau.
− Theo mục 1.2 TC 229:1999 thì công trình có chiều cao > 40m thì khi tính phải kể đến thành phần động của tải trọng gió
− Công trình đồ án sinh viên với chiều cao tổng cộng là 57.6m nên cần xét đến yếu tố thành phần gió động của gió
3.3.2 Thành phần tĩnh của gió
Bảng 3.6 Đặc điểm công trình Địa điểm xây dựng Tỉnh, thành: TP Hồ Chí Minh
Vùng gió II-A Địa hình C
Tải trọng gió tĩnh được tính toán theo TCVN 2737-1995 như sau:
Giá trị áp lực gió W 0 được xác định theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4 TCVN 2737-1995 Tại Tp.Hồ Chí Minh, công trình đang xây dựng nằm trong khu vực II-A, với ảnh hưởng của gió bão được đánh giá là yếu, do đó W 0 được lấy là 83 da/N m².
Trang 39 k: là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, lấy theo bảng 5, TCVN 2737-1995 c: là hệ số khí động, đối với mặt đón gió c d 0.8, mặt hút gió c h 0.6 Hệ số tổng cho mặt đón gió và hút gió là: c0.8 0.6 1.4
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió là 1.2
Tải trọng gió tĩnh được xác định dưới dạng lực tập trung tại các cao trình sàn, với lực gió tiêu chuẩn theo phương X (W tcx) và phương Y (W tcy) được đặt tại tâm hình học của mỗi tầng Lực gió này được tính bằng áp lực gió nhân với diện tích đón gió, trong đó diện tích đón gió của từng tầng được xác định theo công thức cụ thể.
, 1 , j j h h B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Bảng 3.7 Giá trị thành phần gió tĩnh tính toán theo phương X và phương Y
3.3.5 Thành phần động của tải trọng gió
Theo TCVN 229:1999, các công trình có chiều cao trên 57.6m cần phải xem xét ảnh hưởng của tải gió Đặc biệt, tần số dao động riêng của công trình phải nhỏ hơn tần số dao động cho phép, cụ thể là fL = 1.3 Hz.
Theo TCXD 229:1999, nếu công trình có tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức f s < f L 1.3 < f s + 1, cần tính thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động đầu tiên Giá trị tiêu chuẩn của thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i được xác định theo công thức.
STORY17 3.6 198.22 42 40 57.6 1.370 0.910 0.682 137.58 144.46 STORY16 3.6 2182.73 42 40 54 1.356 0.900 0.675 272.28 285.89 STORY15 3.6 3058.31 42 40 50.4 1.342 0.891 0.668 269.38 282.85 STORY14 3.6 3054.21 42 40 46.8 1.321 0.877 0.658 265.21 278.47 STORY13 3.6 3079.41 42 40 43.2 1.299 0.863 0.647 260.87 273.91 STORY12 3.6 3079.41 42 40 39.6 1.278 0.848 0.636 256.53 269.36 STORY11 3.6 3079.41 42 40 36 1.256 0.834 0.625 252.20 264.81 STORY10 3.6 3135.36 42 40 32.4 1.234 0.820 0.615 247.86 260.25 STORY9 3.6 3199.52 42 40 28.8 1.209 0.803 0.602 242.80 254.94 STORY8 3.6 3199.52 42 40 25.2 1.177 0.781 0.586 236.29 248.11 STORY7 3.6 3199.52 42 40 21.6 1.144 0.760 0.570 229.79 241.28 STORY6 3.6 3199.52 42 40 18 1.110 0.737 0.553 222.88 234.02 STORY5 3.6 3273.80 42 40 14.4 1.070 0.711 0.533 214.93 225.68 STORY4 3.6 3356.29 42 40 10.8 1.013 0.672 0.504 203.36 213.53 STORY3 3.6 3356.29 42 40 7.2 0.933 0.619 0.465 187.30 196.67 STORY2 3.6 3356.29 42 40 3.6 0.82 0.547 0.410 165.45 173.73 STORY1 3.6 4966.70 42 40 0.1 0.80 0.531 0.398 160.63 168.67 c=0.6
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió Fx
Chieàu cao từ ng taàng
Kích Thướ c Nhà Cao độ
+ Mj - là khối lượng tập trung của phần công trình thứ j;
Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, ký hiệu là i, là một đại lượng không thứ nguyên Hệ số này phụ thuộc vào thông số i và độ giảm loga của dao động , như được thể hiện trong đồ thị hình 4.4.
Hình 3.2 Đồ thị xác định hệ số động lực i
Sử dụng đường cong 1 ứng với độ giảm loga = 0.3 (công trình bằng BTCT)
- hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1.2;
W0 - giá trị của áp lực gió tiêu chuẩn, bằng 83 (daN/m 2 ); fi - tần số dao động riêng thứ i (Hz)
+ yji – dịch chuyển ngang tỉ đối của phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên
+ i - là hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n thành phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi:
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động lực tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau Giá trị này chỉ tính đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và có đơn vị đo là lực, được xác định thông qua một công thức cụ thể.
i - hệ số áp lực động của tải trọng gió tra bảng phụ thuộc vào cao độ z j và dạng địa hình (Bảng 3 TCXD 229 : 1999)
- hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, phụ thuộc kích thước mặt đón gió
Sj – diện tích bề mặt đón gió phần thứ j của công trình (m 2 )
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió xác định theo công thức:
- hệ số độ tin cậy đối với tải trọng gió, lấy bằng 1.2
- hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định của công trình, ở đây ta giả định thời gian sử dụng là 50 năm, lấy = 1
Nội lực và chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió được xác định như sau:
X - moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị;
X t - moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra;
X i d - moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra; s - số dạng dao động tính toán
Bảng 3.8 Kết quả 12 mode dao động
Mode Period Tần số UX UY UZ RZ Phương Ghi chú
+ Mode 1 có: tấn số f1= 0.45 < fL= 1.3: Thỏa mãn quy định tính gió động
+ Mode 2 có: tấn số f2= 0.52 < fL= 1.3: Thỏa mãn quy định tính gió động
Bảng 3.9 Bảng kết quả tính toán gió động theo phương X
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió f 1x = ε 1 ξ 1 Ψ 1 x 1 W pj 1
STORY16 0.419 0.722 0.476 0.659 0.065 1.635 0.035 0.0076 0.940 162.49 STORY15 0.421 0.722 0.474 0.657 0.065 1.635 0.035 0.0071 1.221 210.90 STORY14 0.424 0.722 0.470 0.651 0.065 1.635 0.035 0.0065 1.120 193.49 STORY13 0.427 0.722 0.465 0.644 0.065 1.635 0.035 0.0059 1.028 177.60 STORY12 0.430 0.722 0.461 0.638 0.065 1.635 0.035 0.0053 0.925 159.85 STORY11 0.435 0.722 0.458 0.634 0.065 1.635 0.035 0.0047 0.821 141.94 STORY10 0.440 0.722 0.455 0.631 0.065 1.635 0.035 0.0041 0.731 126.23 STORY9 0.445 0.722 0.451 0.625 0.065 1.635 0.035 0.0035 0.639 110.46 STORY8 0.450 0.722 0.444 0.615 0.065 1.635 0.035 0.0030 0.535 92.42 STORY7 0.455 0.722 0.437 0.605 0.065 1.635 0.035 0.0024 0.434 74.97 STORY6 0.463 0.722 0.431 0.597 0.065 1.635 0.035 0.0019 0.338 58.43 STORY5 0.473 0.722 0.425 0.589 0.065 1.635 0.035 0.0014 0.255 44.07 STORY4 0.484 0.722 0.411 0.569 0.065 1.635 0.035 0.0009 0.178 30.74 STORY3 0.503 0.722 0.394 0.546 0.065 1.635 0.035 0.0006 0.105 18.20 STORY2 0.517 0.722 0.358 0.495 0.065 1.635 0.035 0.00025 0.047 8.05
Heọ soỏ áp lực ủoõng ξ j
Heọ soỏ tửụng quan khoâng gian ν
Các thành phần động theo phương x
Bảng 3.10 Bảng tính toán gió động theo phương Y
3.3.7 Tổ hợp tải trọng gió
Tổ hợp nội lực, chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió
+ X - là momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị;
+ X t - là momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra;
+ X d - là momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra;
+ s - là số dao động tính toán
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió f 1y = ε 1 ξ 1 Ψ 1 y 1 W pj 1
STORY17 0.416 0.649 0.429 0.662 0.074 1.696 0.031 0.0076 0.080 7.24 STORY16 0.419 0.649 0.428 0.659 0.074 1.696 0.031 0.0072 0.832 150.87 STORY15 0.421 0.649 0.426 0.657 0.074 1.696 0.031 0.0068 1.098 199.23 STORY14 0.424 0.649 0.422 0.651 0.074 1.696 0.031 0.0064 1.025 186.05 STORY13 0.427 0.649 0.418 0.644 0.074 1.696 0.031 0.0059 0.958 173.82 STORY12 0.430 0.649 0.414 0.638 0.074 1.696 0.031 0.0054 0.878 159.21 STORY11 0.435 0.649 0.411 0.634 0.074 1.696 0.031 0.0049 0.793 143.84 STORY10 0.440 0.649 0.409 0.631 0.074 1.696 0.031 0.0043 0.717 130.05 STORY9 0.445 0.649 0.405 0.625 0.074 1.696 0.031 0.0038 0.637 115.63 STORY8 0.450 0.649 0.399 0.615 0.074 1.696 0.031 0.0032 0.541 98.21 STORY7 0.455 0.649 0.392 0.605 0.074 1.696 0.031 0.0026 0.445 80.77 STORY6 0.463 0.649 0.387 0.597 0.074 1.696 0.031 0.0021 0.351 63.63 STORY5 0.473 0.649 0.382 0.589 0.074 1.696 0.031 0.0015 0.266 48.29 STORY4 0.484 0.649 0.369 0.569 0.074 1.696 0.031 0.0010 0.185 33.65 STORY3 0.503 0.649 0.354 0.546 0.074 1.696 0.031 0.0006 0.108 19.62 STORY2 0.517 0.649 0.321 0.495 0.074 1.696 0.031 0.00026 0.045 8.19 STORY1 0.517 0.649 0.312 0.481 0.074 1.696 0.031 0.00002 0.006 1.05
Heọ soỏ á p lực ủoõ ng ξ j
H eọ soỏ tửụng quan khoâ ng gian ν
Cá c thà nh phầ n độ ng theo phương y
Tải trọng động đất
3.4.1 Tổng quan về động đất
Động đất là hiện tượng vật lý phức tạp, đặc trưng bởi sự chuyển động hỗn loạn của vỏ trái đất với phương và cường độ thay đổi theo thời gian Chúng thường xảy ra một cách bất ngờ và không kéo dài.
Quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại nhấn mạnh việc chấp nhận tính không chắc chắn của động đất, tập trung vào việc tạo ra các công trình có mức độ an toàn chấp nhận được Điều này đòi hỏi các công trình phải có độ cứng, độ bền và độ dẻo phù hợp để bảo vệ sinh mạng con người trong trường hợp xảy ra động đất, đồng thời hạn chế hư hỏng và đảm bảo các công trình quan trọng vẫn có thể duy trì hoạt động.
Việc thiết kế công trình trong vùng động đất dựa trên cơ sở sau:
Khi xảy ra động đất với cường độ thấp hơn mức quy định trong khu vực xây dựng, độ cứng của công trình được đảm bảo nhằm ngăn chặn hư hỏng cho phần kiến trúc Điều này giúp công trình vẫn giữ được nguyên vẹn, tương ứng với khái niệm "Trạng thái giới hạn làm việc".
Đối với các trận động đất có cường độ trung bình, các công trình cần đảm bảo độ bền cho phép để giới hạn hư hỏng cục bộ, đồng thời vẫn duy trì khả năng hoạt động Điều này liên quan đến khái niệm “trạng thái giới hạn cuối cùng” hay “trạng thái giới hạn kiểm soát hư hỏng”.
Khi xảy ra các trận động đất mạnh, độ dẻo của công trình cho phép nó có những chuyển vị không đàn hồi lớn mà vẫn giữ được sự ổn định, tránh sụp đổ.
“Trạng thái giới hạn sụp đổ” hoặc “Trạng thái giới hạn tồn tại”
Khi thiết kế nhà cao tầng chống động đất, các kết cấu cần được phân thành 4 cấp độ khác nhau Việc phân loại này dựa vào cấp động đất tính toán cho công trình và loại hình kết cấu cụ thể.
Phương pháp phân tích phổ phản ứng
Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động là một kỹ thuật động lực học cấu trúc, giúp đánh giá ảnh hưởng của tất cả các dạng dao động đến phản ứng tổng thể của kết cấu.
− Điều kiện áp dụng: Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nhà ( TCVN 9386 – 2012 )
− Số dạng dao động cần xét đến trong phương pháp phổ phản ứng
Để đánh giá phản ứng tổng thể của công trình, cần xem xét tất cả các dao động có ảnh hưởng đáng kể Điều này có thể đạt được bằng cách thỏa mãn một trong hai điều kiện nhất định.
− Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động (mode) được xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng của kết cấu
− Tất cả các dạng dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng lượng đều được xét tới
Tiến hành tính toán theo các bước sau:
Xác định chu kỳ và dạng dao động riêng của nhà
Xác định phổ thiết kế không thứ nguyên Sd(Ti) của công trình ứng với từng dạng dao động:
Phổ thiết kế Sd (T) theo phương nằm ngang
Theo TCVN 9386:2012 thì: Phổ thiết kế Sd (T) theo phương nằm ngang được xác định bằng các biểu thức sau:
+ Sd (T) là phổ thiết kế
+ q là hệ số ứng xử: q = 3.9
+ β là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang: β = 0.2 + Số liệu tính toán:
+ Đất nền: C S = 1.15, TB = 0.2s , TC = 0.6s , TD = 2s
+ Hệ số tầm quan trọng = 1
+ Công trình tại quận 10 ag = 0.0777 1 9.81 = 0.7622
Bảng 3.11 Bảng tính toán phổ thiết kế
Phương ngang Phương ngang Phương ngang Phương ngang
Phương ngang Phương ngang Phương ngang Phương ngang
Theo TCVN 2737-1995, có hai loại tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt Tổ hợp cơ bản bao gồm tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời, trong khi tổ hợp đặc biệt kết hợp tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và một trong các tải trọng đặc biệt.
− Tổ hợp tải trọng đặc biệt có tác động của động đất thì không tính đến tải trọng gió
Tổ hợp tải trọng cơ bản (THCB) có quy định rằng nếu chỉ có một tải trọng tạm thời, giá trị của tải trọng này sẽ được tính toàn bộ Trong trường hợp có hai tải trọng gió, hệ số tổ hợp sẽ là 1 Đối với THCB có từ hai tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tính toán của tải trọng tạm thời hoặc nội lực tương ứng sẽ được nhân với hệ số tổ hợp là 0.9.
Đối với tổ hợp đặc biệt có tải trọng do động đất, việc tổ hợp nội lực cần tuân theo TCVN 9386:2012, mục 4.3.3.5 Theo đó, các thành phần nằm ngang của tải trọng động đất phải được phản ứng kết cấu riêng rẽ bằng cách áp dụng các quy tắc tổ hợp cho các phản ứng dạng dao động Giá trị lớn nhất của tải trọng động đất có thể được xác định bằng căn bậc hai của tổng bình phương các giá trị.
Tải tính toán được sử dụng để thiết kế và tính toán cho các công trình xây dựng Do đó, trong bảng tổ hợp, không cần nhân thêm hệ số vượt tải.
Trong quá trình kiểm tra độ ổn định của kết cấu, việc sử dụng tải tiêu chuẩn là rất cần thiết Do đó, trong bảng tổ hợp, cần phải nhân thêm hệ số vượt tải để đảm bảo tính chính xác và an toàn cho kết cấu.
Bảng 3.12 Các trường hợp tổ hợp tải trọng có xét đến thành phần động của tải trọng gió và tải động đất theo phương pháp phổ phản ứng
Load combination type Case name Scale factor
1 WDX SRSS WD1X; WD2X; WD3X 1; 1; 1
3 WDY SRSS WD1Y; WD2Y; WD3Y 1; 1; 1
10 Comb6 Add TT; HT; WX 1; 0.9; 0.9
11 Comb7 Add TT; HT; WX 1; 0.9; -0.9
12 Comb8 Add TT; HT; WY 1; 0.9; 0.9
13 Comb9 Add TT; HT; WY 1; 0.9; -0.9
14 Comb10 Add TT; HT; WX; WY 1; 0.9; 0.63; 0.63
15 Comb11 Add TT; HT; WX; WY 1; 0.9; 0.63; -0.63
16 Comb12 Add TT; HT; WX; WY 1; 0.9; -0.63; 0.63
17 Comb13 Add TT; HT; WX; WY 1; 0.9; -0.63; -
20 Comb16 Add TT; HT; QX 1; 0.3; 1
21 Comb17 Add TT; HT; QY 1; 0.3; 1
Kiểm tra ổn định kết cấu theo trạng thái giới hạn 2
3.6.1 Chuyển vị ngang đỉnh của công trình
Ta sử dụng tải trọng tiêu chuẩn để kiểm tra chuyển vị tại đỉnh của công trình
Sử dụng tổ hợp sau để kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình (dùng trạng thái giới hạn
Bảng 3.13 Chuyển vị đỉnh công trình
− Ta có: Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà: f max = 0.0268 m
−Theo TCVN 198 : 1997, kết cấu khung BTCT:
−Thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
Kích thước sơ bộ
− Cầu thang 2 vế dạng bản, mỗi vế gồm 10 bậc thang với kích thước: h cm; b 30cm
− Chiều dày bản thang đươc chọn sơ bộ theo công thức :
(L 0 = 4,2m là nhịp tính toán của bản thang)
− Nên ta chọn chiều dày bản thang hb = 13 cm
− Chọn kích thước dầm cầu thang :
− Vậy kích thước dầm thang 200x300mm
− Mặt bằng cầu thang bộ tầng điển hình
Hình 4.1 Mặt bằng cầu thang tầng điển hình
Vật liệu
Bê tông B30: R b 17 MPa R ; bt 1.2 MPa E ; b 3 2.510 3 MPa
Thép AI d 10 : R s R sc 225 MPa R , s w 175 MPa E ; s 210 10 3 MPa
Thép AIII d 10 : R s R sc 365 MPa R , s w 290 MPa E ; s 200 10 3 MPa
Tải trọng
− Tải trọng tác dụng lên bản nghiêng của thang
Tĩnh tải
−Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo
Tĩnh tải được xác định theo công thức sau:
+ i : khối lượng của lớp thứ i;
+ tdi : chiều dày tương đương của lớp thứ i theo phương bản nghiêng;
+ ni: hệ số tin cậy lớp thứ i
G?ch lát dày 20 mm V? a lót dày 20 mm
B?n BTCT dày 130 mm V? a trát dày 15 mm B?c thang xây b?ng g?ch
Chiều dày tương đương của bậc thang được xác đinh theo công thức sau: d os
Trong đó: hb: Chiều cao bậc thang;
: Góc nghiêng của thang Để xác định chiều dày tương đương của lớp đá granite, vữa xi măng
+ lb: Chiều dài bậc thang;
+ hb: Chiều cao bậc thang;
+ i : chiều dày tương đương của lớp thứ i ;
Hoạt tải
Hoạt tải được tra bảng TCVN 2737-1995 c p p n p
+ pc : hoạt tải tiêu chuẩn được tra bảng TCVN 2737-1995 ( pc = 360 kN/m 2 )
+ np : hệ số tin cậy được tra bảng TCVN 2737-1995 ( np = 1.2)
Bảng 4.1 Chiều dày các lớp cấu tạo bản thang
Chiều dày lớp đá hoa cương Chiều dày lớp vữa xi măng Chiều dày lớp bậc thang gạch theo phương nghiêng
cm cm cm cm cm
Bảng 4.2 Tĩnh tải các lớp cấu tạo bản thang
Chiều dày tương đương (cm) γ (daN/m 3 ) HSVT n
Lớp bê tông cốt thép 13 13 2500 1.1 358
−Tải trọng tác dụng trên 1m dài bề rộng bản thang: q = (g+p).1 + 30 = (1075.41 + 30) 1= 1105.41 daN/m
−Trong đó: khối lượng của tay vịn bằng sắt + gỗ bằng 30 daN/m
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ:0
− Tĩnh tải bản chiếu nghỉ:
Hình 4.3 Cấu tạo bản chiếu nghỉ
− Hoạt tải: được tra bảng TCVN 2737-1995 c p p n p
+ pc : hoạt tải tiêu chuẩn được tra bảng TCVN 2737-1995 ( pc = 300 kN/m2) + np : hệ số tin cậy được tra bảng TCVN 2737-1995 ( np = 1.2)
MẶ T BẬ C Ố P ĐÁ GRANITE, DÀ Y 15
VỮ A XIMĂ NG, DÀ Y 20LỚ P BÊ TÔ NG CỐ T THÉ P,DÀ Y 150VỮ A XIMĂ NG, DÀ Y 20
Bảng 4.3 Tĩnh tải các lớp cấu tạo bản chiếu nghỉ
Tải trọng Vật liệu Chiều dày
Lớp bê tông cốt thép 13 2500 1.1 358
− Tải trọng phân bố trên 1m bề rộng bản chiếu nghỉ q =(g + p).1 = 866.4 daN/m
Tính toán bản thang
Để tính toán, hãy cắt một dãy có bề rộng 1 mét Do hai vế cầu thang trong công trình giống nhau, sinh viên chỉ cần tính toán cho một vế và áp dụng kết quả tương tự cho vế còn lại.
Trong kết cấu bê tông toàn khối, không tồn tại liên kết nào hoàn toàn là ngàm hoặc khớp tuyệt đối Sự phân loại liên kết giữa bản thang với dầm chiếu tới, dầm chiếu nghỉ và giữa bản thang với vách cứng phụ thuộc vào độ cứng, tải trọng và quy trình thi công của các bộ phận kết cấu.
Sinh viên nhận thấy rằng nếu liên kết giữa bản thang và vách là liên kết ngàm, sẽ dẫn đến việc thép bụng ít (do moment nhỏ) và thép gối lớn (do moment lớn), gây ra sự phá hoại tại bụng do thiếu thép Ngược lại, nếu là liên kết khớp, sẽ dẫn đến dư thép bụng và thiếu thép gối, làm cho kết cấu có nguy cơ nứt tại gối và chuyển dần về khớp dẻo Hơn nữa, việc thi công sau này có thể gây khó khăn trong việc đảm bảo liên kết giữa bản thang, dầm chiếu nghỉ với vách là ngàm Khi xảy ra sự cố, cầu thang bộ trở thành lối thoát hiểm duy nhất, do đó tải trọng lên cầu thang có thể tăng vượt mức bình thường, yêu cầu tính an toàn của cầu thang phải được đảm bảo để không bị phá hoại tối đa.
Để duy trì tính thẩm mỹ và độ bền của cầu thang trong quá trình sử dụng, cần chú ý đến việc không để cầu thang bị nứt gối hay nhịp Việc nứt cầu thang có thể dẫn đến tình trạng lớp gạch bị bong tróc, gây mất an toàn và thẩm mỹ Do đó, trong quá trình thiết kế và tính toán, cần bố trí thêm thép gối để đảm bảo cầu thang luôn vững chắc và bền bỉ.
Kết luận: Dựa trên các phân tích, việc tính toán cần chú trọng đến yếu tố an toàn, nhằm đảm bảo khả năng sử dụng của công trình trong điều kiện tải trọng bất lợi nhất, đồng thời duy trì tính thẩm mỹ cho cầu thang trong quá trình sử dụng Sinh viên đã lựa chọn sơ đồ hai đầu khớp để thực hiện tính toán, nhưng vẫn bố trí thép cấu tạo trên gối nhằm ngăn ngừa hiện tượng nứt cho cầu thang.
4.6.2 Kết quả nội lực cầu thang
Hình 4.4 Sơ đồ tĩnh tải cầu thang
Hình 4.5 Sơ đồ hoạt tải cầu thang
Hình 4.6 Sơ đồ Nội lực cầu thang
4.6.3 Tính toán bố trí cốt thép
− Trình tự tính toán như sau: b b o m 2 m s b b o s ξγ R bh α = M , ξ = 1- 1-2α , A = , , γ R bh R m R R (0.1)
− Chọn lớp bê tông bảo vệ a0 = 15 mm do đó ta giả thiết được a = 20 mm
− Kết quả tính toán cốt thép cầu thang tầng điển hình
Bảng 4.4 Tính thép cầu thang tầng điển hình
(giao bản thang và chiếu nghỉ) 11.72 3.01 0.27 ỉ10a200 3.93
Kiểm tra độ võng
Ngoài việc đảm bảo khả năng chịu lực, cần chú trọng đến yêu cầu về độ võng, vì nó ảnh hưởng đến tâm sinh lý của người sử dụng Đồng thời, việc kiểm tra độ rung động cũng được quy định rõ ràng trong TCVN 5574:2012.
− Độ võng giới hạn của cầu thang theo phương đứng, ứng với nhịp cầu thang là 4.2m là:
− Kết quả tính từ sap 2000 là 0.9 mm
Hình 4.7 Chuyển vị cầu thang
Kết luận: Thỏa mãn độ võng cho phép
Tính toán dầm cầu thang (200x300mm)
−Tải trọng do bản thang truyền vào (bằng phản lực gối tựa bản thang)
−Tải trọng bản thân dầm thang: q b h h n 2 b ( d s ) b =0.2 (0.3 0.13) 1.1 25 0.94
−Tải trọng do ô bản sàn truyền vào ( L 1 2.7 m , L 2 2.4 m , 1
−Trong đó, tải trọng q tác dụng lên sàn theo bảng sau:
Bảng 4.5 Tĩnh tải các lớp cấu tạo dầm cầu thang
Lớp bê tông cốt thép 13 2500 1.1 358
− Tông tải trọng ác dụng lên dầm cầu thang:
Dầm có 2 đầu ngàm, nhịp L=2.7m
Hình 4.8 Sơ đồ tải trọng dầm cầu thang
Hình 4.9 Sơ đồ nội lực cầu thang
4.8.3 Tính toán cốt thép dọc
Bê tông B30: R b 17 MPa R ; bt 1.2 MPa E ; b 3 2.510 3 MPa
Thép AI d 10 : R s R sc 225 MPa R , s w 175 MPa E ; s 210 10 3 MPa
Thép AIII d 10 : R s R sc 365 MPa R , s w 290 MPa E ; s 200 10 3 MPa
− Trình tự tính toán như sau: b b o m 2 m s b b o s ξγ R bh α = M , ξ = 1- 1-2α , A = , , γ R bh R m R R (0.2)
− Khỏang cách thông thủy giữa lớp bê tông bảo vệ và lớp cốt thép
− Kết quả tính toán cốt thép cầu thang tầng điển hình
Bảng 4.6 Tính thép dầm cầu thang tầng điển hình
Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông
− Dầm cầu thang không đủ khả năng chịu cắt, cần phải bố trí thêm cốt đai
− Lực cắt lớn nhất tại gối: Q max = 85.09KN
− Chọn cốt đai ỉ6, số nhỏnh đai n=2, asw=0.283cm 2
− Xác định bước cốt đai
− Khoảng cách cực đại giữa 2 cốt đai
− Chọn khoảng cách S giữa các cốt đai bố trí trong đoạn L/4 đầu dầm:15cm
− Kiểm tra chọn cốt đai
− Vậy dầm không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng do ứng suất nén chính gây ra
− Cốt đai ở đoạn giữa nhịp dầm L/2
− Chọn khoảng cách S giữa các cốt đai bố trí trong doạn L/2 giữa dầm:s cm
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Mặt bằng kết cấu sàn
Hình 5.1 Mặt bằng sàn tầng điển hình
Thông Số Thiết Kế
− TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế
− TCXDVN 5574–2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế
− Trọng lượng riêng của các thành phần cấu tạo sàn lấy theo “ sổ tay thực hành kết cấu công trình” ( PGS TS.Vũ Mạnh Hùng )
Bê tông B30:R b 17 MPa R ; bt 1.2 MPa E ; b 3 2.510 3 MPa
Thép AI d 10 : R s R sc 225 MPa R , s w 175 MPa E ; s 210 10 3 MPa
Thép AIII d 10 : R s R sc 365 MPa R , s w 290 MPa E ; s 200 10 3 MPa
Do công trình có nhịp lớn hơn 7.5m, sinh viên áp dụng kết cấu hệ dầm trực giao để hỗ trợ sàn, từ đó tăng cường độ cứng cho sàn và độ cứng không gian của công trình Phương pháp này đặc biệt quan trọng đối với các công trình cao tầng chịu tải trọng ngang lớn như gió và động đất.
− Chọn ô sàn có kích thước lớn nhất trong mặt bằng công trình để chọn chiều dày sàn như đã sơ bộ ở phần trên h s 150 mm
− Tải trọng tác dụng lên sàn bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân sàn
+ Tĩnh tải phụ thuộc các lớp cấu tạo sàn
+ Tĩnh tải tường trên sàn
+ Hoạt tải phụ thuộc mục đích sử dụng của sàn
Theo yêu cầu sử dụng, các khu vực chức năng sẽ có cấu tạo sàn khác nhau, dẫn đến tĩnh tải sàn cũng khác nhau Các kiểu cấu tạo sàn tiêu biểu bao gồm sàn khu ở (phòng khách, phòng ăn + bếp, phòng ngủ), sàn ban công, sàn hành lang và sàn vệ sinh, mỗi loại sàn đều có đặc điểm riêng biệt.
Tĩnh tải tác dụng lên sàn
Hình 5.2 Các lớp cấu tạo sàn tầng 1 – 15
Bảng 5.1 Tĩnh tải tác dụng lên sàn khu dịch vụ - khu ở - hành lang - ban công
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán (mm) (daN/m 3 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 )
6 Tổng tĩnh tải tính toán 634.9
Bảng 5.2 Tĩnh tải tác dụng lên sàn nhà vệ sinh
Chiều dày Trọng lượng riêng Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tổng tĩnh tải tính toán 638.6
− Tải trọng tường phân bố đều với tường dày 200mm:
− Tải trọng tường phân bố đều với tường dày 100mm:
Hoạt tải tác dụng lên sàn
− Hoạt tải được xác định dựa trên công năng của các phòng
Bảng 5.3 Hoạt tải tác dụng lên sàn
STT Loại hoạt tải Đơn vị Tải trọng tiêu chuẩn
Hệ số độ tin cậy
1 Phòng ăn, ở, vệ sinh daN/m 2 200 1.2 240
5 Khu vực phòng khách daN/m 2 200 1.2 240
6 Khu vực văn phòng daN/m 2 200 1.2 240
8 Khu vực phòng họp, lễ tân daN/m 2 400 1.2 480
10 Khu vực dịch vụ, cửa hàng daN/m 2 400 1.2 480
Tính toán cốt thép cho sàn bằng phần mềm safe
− Các bước tính toán nội lực sàn trong Safe
Sau khi hoàn tất việc giải nôi lực khung và mô hình hóa sàn trong phần mềm Etabs, chúng ta tiến hành xuất bản sàn điển hình của tầng 10 sang phần mềm Safe để tiếp tục phân tích.
Tải trọng sàn mô hình trong Safe được lấy từ Etabs xuất qua
Bước 3: Chia dải sàn thành các dải strips để thuận tiện cho việc tính toán cốt thép Nội lực trong mỗi dải strips được lấy tích phân, vì vậy nếu dải strips quá rộng, việc tính toán cốt thép sẽ không chính xác và có thể gây nguy hiểm do nội lực phân bố không đều Ngược lại, nếu dải strips quá hẹp, quá trình tính toán sẽ trở nên phức tạp và tốn thời gian.
Chia dải với bề rộng dải L/4 m trên suốt mặt bằng sàn dầm theo 2 phương X và phương Y
Để đảm bảo biểu đồ moment đồng nhất, nguyên tắc là chia dải sao cho không có sự kết hợp giữa các phần có moment âm và dương Điều này quan trọng vì phần mềm Safe sẽ cộng dồn trung bình giá trị moment, ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả.
Hình 5.3 Chia strips sàn tầng điển hình phương X
Hình 5.4 Chia strips sàn tầng điển hình phương Y
Hình 5.5 Nội lực strips sàn tầng điển hình phương X
Hình 5.6 Nội lực strips sàn tầng điển hình phương Y
Tính cốt thép cho sàn
− Chọn lớp bê tông bảo vệ a bv 15( mm )do đó ta giả thiết được a 20( m m )
Bê tông B30 : R b 17 MPa ; R bt 1.2 MPa ; b 1
Bảng tính toán thép sàn tầng điển hình:
Bảng 5.4 Bảng tính thép theo dãy strip phương X
Strip Station Location Global M3 As
Strip Station Location Global M3 As
Bảng 5.5 Bảng tính thép theo dãy strip phương Y
Strip Station Location Global M3 As
Strip Station Location Global M3 As
Độ võng dài hạn
Để đảm bảo sự làm việc dài hạn của kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), cần xem xét các yếu tố biến dạng và co ngót, cũng như tác động lâu dài của các loại tải trọng Theo TCVN 356 – 2005, độ võng toàn phần f được tính theo công thức: f = f1 – f2 + f3.
+ f1 : độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
+ f2 : độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn
+ f3 : độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn
Việc tính toán võng sàn làm việc theo hai phương chỉ thực sự hiệu quả trong thực hành khi áp dụng phương pháp PTHH, đồng thời xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng.
− Độ võng giới hạn [fu] = 25 mm ( Bảng 4 – TCVN 5574 – 2012)
Hình 5.7 Độ võng dài hạn của sàn Độ võng sàn tính từ safe là f max 22mm f u 25mm
Thỏa điều kiện độ võng
