TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Nằm tại trung tâm khu đô thị mới Thảo Điền, quận 2, công trình sở hữu vị trí thoáng đãng và đẹp mắt, góp phần tạo điểm nhấn cũng như sự hài hòa hiện đại cho tổng thể quy hoạch khu dân cư.
- Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình.
- Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng.
Khu đất xây dựng có bề mặt phẳng, không tồn tại công trình cũ hay công trình ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công và bố trí tổng bình đồ.
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
1 Mặt bằng và phân khu chức năng
- Mặt bằng công trình hình chứ nhật, chiều dài 48.60m, chiều rộng 27,90 m chiếm diện tích đất xây dựng là 1355.94 m2.
Công trình có tổng cộng 16 tầng và 1 tầng hầm, với cốt ±0,00 m được xác định tại mặt sàn tầng trệt Mặt đất tự nhiên nằm ở cốt -1,50 m, trong khi mặt sàn tầng hầm ở cốt -3,00 m Chiều cao tổng thể của công trình đạt 55,6 m tính từ cốt mặt sàn tầng trệt.
Tầng hầm được thiết kế với thang máy ở vị trí trung tâm và khu vực đậu xe ô tô xung quanh Các hệ thống kỹ thuật như bể chứa nước sinh hoạt, trạm bơm và trạm xử lý nước thải được bố trí hợp lý, giúp giảm thiểu chiều dài ống dẫn Ngoài ra, tầng hầm còn có các bộ phận kỹ thuật về điện, bao gồm trạm cao thế, hạ thế và phòng quạt gió.
Tầng trệt và lầu 1 được thiết kế làm siêu thị, phục vụ nhu cầu mua sắm và các dịch vụ giải trí cho các hộ gia đình, đồng thời đáp ứng nhu cầu chung của khu vực.
- Tầng 2 – 15: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở.
- Tầng 16: Mái tum + sân thượng
Giải pháp mặt bằng đơn giản giúp tạo ra không gian rộng rãi cho các căn hộ, sử dụng vật liệu nhẹ làm vách ngăn để tổ chức không gian một cách linh hoạt Điều này rất phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, đồng thời cho phép dễ dàng thay đổi trong tương lai.
- Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước.
- Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang.
Hệ thống giao thông đứng bao gồm một thang bộ và ba thang máy, trong đó có hai thang máy chính và một thang máy chở hàng phục vụ y tế với kích thước lớn.
Thang máy được bố trí ở trung tâm của căn hộ, với các phòng xung quanh được phân cách bởi hành lang, giúp tối ưu hóa khoảng cách di chuyển, mang lại sự tiện lợi và hợp lý, đồng thời đảm bảo không gian thông thoáng.
Giải pháp kỹ thuật
Hệ thống tiếp nhận điện từ lưới điện đô thị vào nhà thông qua phòng máy điện, từ đó điện được phân phối đến toàn bộ công trình qua mạng lưới điện nội bộ.
- Ngoài ra khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ở tầng hầm để phát.
Nguồn nước được cung cấp từ hệ thống cấp nước khu vực, sau đó được dẫn vào bể chứa nước ở tầng hầm Từ đây, nước sẽ được bơm tự động đến từng phòng thông qua hệ thống gen chính gần phòng phục vụ.
Hệ thống ống dẫn nước ngang và đứng được thiết kế hài hòa với bố trí phòng ốc trong căn hộ Sau khi xử lý, nước thải sẽ được đưa vào hệ thống thoát nước chung của khu vực.
- Bốn mặt của công trình đều có bancol thông gió chiếu sang cho các phòng Ngoài ra còn bố trí máy điều hòa cho các phòng.
- Công trình BTCT bố trí tường ngăn bằng gạch rỗng vừa cách âm vừa cách nhiệt.
- Dọc hành lang bố trí các hộp chống cháy bằng các bình khí CO2.
- Các tầng lầu đều có 3 cầu thang đủ đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ.
Hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphere được lắp đặt trên mái nhà, kết hợp với hệ thống dây nối đất bằng đồng, giúp giảm thiểu nguy cơ bị sét đánh hiệu quả.
Rác thải từ mỗi tầng được thu gom và đưa vào gen rác, sau đó chuyển xuống gian rác được đặt tại tầng hầm Gian rác được thiết kế kín đáo và chắc chắn nhằm ngăn ngừa mùi hôi và ô nhiễm môi trường.
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
I LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
1 Hệ kết cấu chịu lực chính
Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau:
- Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống.
- Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp.
Các hệ kết cấu đặc biệt bao gồm hệ kết cấu có tầng cứng, giúp tăng cường độ cứng và ổn định cho công trình Hệ kết cấu có dầm truyền đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối tải trọng và giảm thiểu ứng suất Kết cấu có hệ giằng liên tầng giúp tăng cường khả năng chịu lực và chống lại các tác động bên ngoài Cuối cùng, kết cấu có khung ghép mang lại sự linh hoạt và khả năng thích ứng cao cho các công trình xây dựng hiện đại.
Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng thi công thực tế của từng công trình.
Kết cấu tường chịu lực, hay còn gọi là vách cứng, là hệ thống tường đảm nhiệm cả tải trọng đứng và ngang, rất phù hợp cho các chung cư cao tầng Ưu điểm nổi bật của hệ kết cấu này là không cần sử dụng dầm sàn, giúp tối ưu hóa không gian bên trong, tạo cảm giác thoáng đãng và giảm chiều cao ngôi nhà Hệ kết cấu tường chịu lực kết hợp với sàn tạo thành một hệ hộp nhiều ngăn có độ cứng không gian lớn, khả năng chịu lực tốt, đặc biệt là tải trọng ngang, và có khả năng chống động đất hiệu quả Các nghiên cứu về thiệt hại từ những trận động đất lớn cho thấy công trình với kết cấu vách cứng chỉ bị hư hỏng nhẹ, trong khi các công trình khung thường bị hư hại nghiêm trọng hoặc sụp đổ Do đó, kết cấu tường chịu lực là giải pháp lý tưởng cho các công trình xây dựng hiện đại.
Hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hoạt động không gian của kết cấu công trình Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là cần thiết, vì vậy cần thực hiện phân tích chính xác để xác định phương án phù hợp với kết cấu.
- Ta xét các phương án sàn sau: a)Hệ sàn sườn
- Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn. Ưu điểm:
- 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.
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt khẩu độ lớn, điều này dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn hơn, gây bất lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang và làm tăng chi phí vật liệu.
- Không tiết kiệm không gian sử dụng.
Hệ dầm được thiết kế vuông góc với nhau theo hai phương, tạo thành các ô bản kê bốn cạnh có nhịp nhỏ, với yêu cầu khoảng cách giữa các dầm không vượt quá 2m Điều này mang lại nhiều ưu điểm cho cấu trúc.
Việc giảm thiểu số lượng cột bên trong không chỉ giúp tiết kiệm không gian sử dụng mà còn tạo ra kiến trúc đẹp mắt, phù hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và có diện tích lớn như hội trường và câu lạc bộ.
- Không tiết kiệm, thi công phức tạp.
Khi diện tích sàn quá lớn, cần thiết phải thêm các dầm chính để hỗ trợ cấu trúc, tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến hạn chế về chiều cao của dầm chính, cần phải lớn để giảm thiểu độ võng Ngoài ra, có thể thiết kế sàn không dầm (không có mũ cột) để tối ưu hóa không gian sử dụng.
- Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột. Ưu điểm:
- Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình.
- Tiết kiệm được không gian sử dụng.
- Dễ phân chia không gian.
- Dễ bố trí hệ thống kỹ thuật điện, nước…
- Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa.
Phương án thi công này nhanh hơn so với phương án sàn dầm nhờ vào việc giảm bớt công sức gia công cốp pha và cốt thép dầm Cốt thép được đặt một cách định hình và đơn giản, giúp việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha trở nên dễ dàng hơn.
- Do chiều cao tầng giảm nên thiết bị vận chuyển đứng cũng không cần yêu cầu cao, công vận chuyển đứng giảm nên giảm giá thành.
- Tải trọng ngang tác dụng vào công trình giảm do công trình có chiều cao giảm so với phương án sàn dầm.
Trong phương án này, các cột không liên kết với nhau để tạo thành khung, dẫn đến độ cứng thấp hơn nhiều so với phương án sàn dầm Do đó, khả năng chịu lực theo phương ngang của phương án này kém hơn, khiến tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu, trong khi tải trọng đứng được cột đảm nhận.
Sàn cần có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, dẫn đến tăng khối lượng sàn Sàn không dầm ứng lực trước mang lại ưu điểm vượt trội, khắc phục một số nhược điểm của phương án sàn không dầm thông thường.
Giảm chiều dày sàn không chỉ giúp giảm khối lượng sàn mà còn làm giảm tải trọng ngang tác động lên công trình, đồng thời giảm tải trọng đứng truyền xuống móng.
- Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thoả mãn về yêu cầu sử dụng bình thường.
Sơ đồ chịu lực được tối ưu hóa nhờ việc bố trí cốt thép ứng lực trước một cách hợp lý theo biểu đồ mômen do tải trọng tác động, giúp tiết kiệm lượng cốt thép sử dụng.
Mặc dù giải pháp này khắc phục được những ưu điểm của sàn không dầm thông thường, nhưng vẫn tồn tại một số khó khăn trong việc lựa chọn phương án này.
Thiết bị thi công ngày càng phức tạp, đòi hỏi việc chế tạo và đặt cốt thép phải chính xác, từ đó nâng cao yêu cầu về tay nghề thi công Trong bối cảnh hiện đại hóa hiện nay, việc đáp ứng những yêu cầu này trở thành điều tất yếu.
- Thiết bị giá thành cao và còn hiếm do trong nước chưa sản xuất được.
Do tính chất của các công trình cao tầng với bước cột lớn, để đảm bảo tính thẩm mỹ cho các căn hộ, giải pháp kết cấu chính được lựa chọn là rất quan trọng.
- Kết cấu móng cọc khoan nhồi, đài băng hay bè.
- Kết cấu sàn sườn (trực giao)
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Sơ bộ chiều dày sàn theo ô sàn có kích thước lớn nhất: h b
Trong đó: D = (0.8 – 1.4) : hệ số xét đến tải trọng tác dụng lên sàn m = (40 – 45): Hệ số phụ thuộc vào dạng bản sàn
L 1 : Chiều dài cạnh ngắn của ô sàn h b
Sơ bộ tiết diện dầm chính: h d L
Sơ bộ tiết diện dầm trực giao h d ' L
Bê tông B30: R b = 17 MPa , R bt = 1.2 MPa
4 Tải trọng a)Tải trọng bản thân
1 2 3 b) Tải trọng thường xuyên do tường xây Đơn giản ta quy tải trọng tường thành tải phân bố đều lên sàn và dầm biên
Theo kiến trúc ta tính được: tổng chiều dài tường ngăn lên 1 tầng điển hình là 220m, tổng diện tích sàn 1 tầng là 754m 2
Tải trọng tường ngăn (rộng 10cm, cao 280cm) phân bố lên sàn: q b.h.l. san S san
Tải trọng tường bao (rộng 20cm, cao 280cm) phân bố đều lên dầm biên: q san
b.h. 0.2 2.7 18 9.72 c) Hoạt tải Đối với nhà kiểu căn hộ ta lấy hoạt tải các ô phòng ở là 1.5 kN/m 2 , Hành lang đi lại là 3 kN/m 2
5 Mô hình sàn bằng SAFE a)Gán tải
Hình 3.1: Tĩnh tải cấu tạo
Hình 3.4: Tải tường bao (200mm)
20 b)Kết quả nội lực i Chuyển vị
Ta có kết quả chuyển vị tại điểm thấp nhất là 23.96mm
Chuyển vị cho phép theo TCVN 5574:2012 đối với nhịp lớn hơn 6m và nhỏ hơn 10m là 25mm
Vậy hệ sàn dầm trực giao đáp ứng được nhu cầu về chuyển vị thẳng đứng. ii Kết quả nội lực bằng SAFE
Hình 3.6: Chia dãy Strip phương X
Hình 3.7: Nội lực dãy Strip phương X
Hình 3.8: Chia dãy Strip phương Y
Hình 3.9: Nội lực dãy Strip phương Y
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min max
Các ô bản S3 S4 có kích thước nhỏ, độ võng thấp, moment thấp, thép bố trí theo các ô liền cạnh xem như cấu tạo.
THIẾT KẾ CẦU THANG
Cầu thang tầng điển hình của công trình là loại cầu thang 2 vế dạng bản.
Mỗi vế gồm 10 bậc thang với kích thước: h cm; b = 28 cm.
Góc nghiêng cầu thang: tg
Chọn chiều dày bản thang là h b = 12cm.
Chiều cao tiết diện thẳng đứng của bản thang là h
Kích thước sơ bộ dầm thang là 20 x 30 cm
Hình 4.1: Mặt bằng cầu thang bộ
Bê tông B30: R b = 17 MPa , R bt = 1.2 MPa
3 Tải trọng a Tải trọng tác dụng trên bản thang
Tải trọng phân bố trên 1m bề rộng bản thang: q = 11.03 x 1 = 11.03 kN/m b Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Tải trọng phân bố trên 1m bề rộng bản thang: q = 8.44 x 1 = 8.44 kN/m
II TÍNH TOÁN BẢN THANG
Vì tính chất 2 vế giống nhau nên ta chỉ tính toán 1 vế sau đó lấy kết quả tương đương cho vế còn lại.
- Sơ đồ : 1 gối cố định, 1 gối di dộng ( Chọn Momen max tại nhịp).
Thep biểu đồ momen ta có:
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
Thép gối chọn cấu tạo 8a200
- Tải trọng do bản thang truyền vào q 1 = 23.81 kN/m
- Tải trọng bản thân dầm thang: q 2 = 0.2x0.3x25x1.1 1.65 kN/m
- Tải trọng do ô bản sàn truyền vào ( l 1 = 2.530m, l 2 2.7m) q 3
Trong đó tải trọng q tác dụng lên sàn theo bảng:
- Tổng tải trọng tác dụng lên dầm thang: q q 1 q 2 q 3 23.81 1.65 16
Dầ m có 2 đầu ngà m, nhịp l 2.7 m
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
Q max a Khả năng chịu cắt của bê tông:
Vậy cần phải tính cốt đai b Tính cốt đai
-Khoảng cách cực đại giữa 2 cốt đai:
S min S tt ;S max ;S ct 150 mm
Do đó chọn khoảng cách giữa các cốt đai bố trí trong đoạn L/4 = 675mm đầu dầm S
Vậy dầm không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng do ứng suất nén chính gây ra. -Cốt thép đai ở giữa nhịp dầm:
Chọn khoảng cách bố trí giữa các cốt đai trong đoạn L/2 giữa nhịp S = 200 mm c Tính cốt xiên
-Khả năng chịu cắt của cốt đai bê tông: q sw R sw n A sw 225 10 3 2 28.3 10 6 84.9 kN / m
Vậy không cần tính cốt xiên cho dầm thang.
TẢI TRỌNG GIÓ VÀ TẢI ĐỘNG ĐẤT
Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió.
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:
Gió vùng: IIA Địa hình: B
Cường độ gió đẩy tính toán: W n W k c B ,
Trong đó: n: hệ số tin cậy, n = 1.2
Wo: giá trị áp lực gió Công trình đang xây dựng ở Tp Hồ Chí Minh thuộc khu vực II-
A, và ảnh hưởng của gió bão được đánh giá là yếu Theo [TCVN 2737-1995] Wo 0.83 kN/m2 k: hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió, Tra bảng 5 – [TCVN 2737-1995] theo địa hình: B c: hệ số khí động c = 1.4
B: bề rộng đón gió (diện tích đón gió)
Tải trọng gió tĩnh được quy về thành lực tập trung tại các cao trình sàn, với lực này đặt tại tâm hình học của mỗi tầng Lực gió tiêu chuẩn theo phương X được ký hiệu là Wtcx, trong khi lực gió theo phương Y là Wtcy Lực gió được tính bằng áp lực gió nhân với diện tích đón gió Diện tích đón gió của từng tầng được tính theo công thức: S j = h j + h j−1.
• hj, hj-1,B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, bề rộng đón gió
• Bề rộng đón gió phương X: 19.8 m
• Bề rộng đón gió phương Y: 41 m
Theo quy định trong TCXD 229-1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần dựa vào dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s phải thỏa mãn bất đẳng thức f s.
Theo bảng 2 TCXD 229:1999, giá trị fL cho kết cấu bê tông cốt thép được xác định là 1.3 Hz khi δ = 0.3 Cột và vách trong kết cấu này được ngàm với móng.
Để tính toán gió động của công trình theo hai phương X và Y, chỉ xem xét phương có chuyển vị lớn hơn Quy trình tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước cụ thể.
[1] Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình.
-Sử dụng phần mềm Etabs16 khảo sát với 12 mode dao động của công trình Bảng 5.1: Kết quả 12 mode dao động với Mass Source 1TT+0.5HT.
[2] 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–
Để tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió, cần xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió, với đơn vị đo là lực Giá trị này được xác định theo công thức cụ thể, giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và phân tích kết cấu chịu tải trọng gió.
Giá trị được xác định theo [Bảng 4 - TCXD 229-1999] và phụ thuộc vào hai tham số D và H Để có được hai thông số này, cần tham khảo [Bảng 5 - TCXD 229-1999] Hình ảnh minh họa cho thấy mặt ZOX, trong đó mặt màu đen là mặt đón gió.
Hình 5.1 : Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian v
-Xác định các hệ số: n
-Với y ji : Chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động i, không thứ nguyên Xác định từ Etabs.
[3] Bước 3: Xác định hệ số động lực (
i và [Đường số 1 – Hình 2 – TCXD 229:1999]
[4] Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió:
[5] 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.
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 50 năm.
III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Cac h sô theo phương Xê
Cac h sô theo phương Yê
- Nội lực cho thành phần tĩnh và động của tải gió xác định như sau:
Để tổ hợp nội lực gió, chúng ta cần sử dụng phần mềm ETABS, vì quá trình tính toán tổ hợp này rất phức tạp và yêu cầu khối lượng tính toán lớn Các bước thực hiện tổ hợp nội lực tải trọng sẽ được tiến hành theo quy trình cụ thể.
-Tạo ra 2 trường hợp tải bao gồm:
Gió tĩnh theo phương X: WTX
Gió tĩnh theo phương Y: WTY
Gió động theo phương X ứng với mode dao động 1: WDX
Gió động theo phương Y ứng với mode dao động 2: WDY
Khai báo các tổ hợp cho các trường hợp tải (COMB)
Tổ hợp nội lực thành phần tĩnh và động của tải trọng gió thông qua 2 COMBO
Gió theo phương X: WX = WDX “+” WTX
Gió theo phương Y: WY = WDY “+” WTY
“+”: Tổ hợp theo dạng ADD
-Giá trị tải trọng gió tĩnh ta sẽ gán vào mô hình ETABS ở tâm hình học còn gió động gán vào tâm khối lượng của công trình.
IV TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT.
Động đất là yếu tố thiết yếu và quan trọng nhất trong thiết kế các công trình cao tầng Vì vậy, mọi công trình xây dựng nằm trong khu vực có nguy cơ động đất đều cần phải tính toán tải trọng động đất một cách chính xác.
-Theo [TCVN 9386-2012], có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động.
Trong đồ án này, tải trọng động đất sẽ được xác định thông qua phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động theo quy định tại Điều 4.3.3.3 TCVN 9386-2012 Việc tính toán tải trọng động đất sẽ được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn TCVN 9386-2012 và hỗ trợ từ phần mềm ETABS.
1 Phổ phản ứng (theo phương ngang)
[1] xác định loại đất nền.
Theo hồ sơ địa chất xây dựng, tất cả các chỉ số N SPT đều dưới 15, do đó, đất nền được phân loại là loại D theo quy định tại Điều 3.1.2 - Bảng 3.1 - TCVN 9386 – 2012 về thiết kế công trình chịu động đất.
-Gia tốc nền ứng với vị trí xây dựng công trình tại: An Phú, Quận 2, tp Hồ Chí Minh. a 0.0856 g 0.0856 9.81 0.84 gR
[3] Xác định hệ số tầm quan trọng
- Hệ số tầm quan trọng [Phụ lục E - TCVN 9386-2012] ứng với công trình nhà chung cư từ 20 – 60 tầng.
[4] Xác định gia tốc nền đất thiết kế: a a g gR
Vậy cần thiết kế kháng chấn cho công trình.
[5] Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép:
Hệ số ứng xử q phản ánh khả năng tiêu tán năng lượng (tính dẻo) của kết cấu Đối với hệ kết cấu hỗn hợp có vách cứng và đối xứng theo hai phương, giá trị của q được xác định là 3.9.
Bảng 5.4: giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi.
- Phổ phản ứng đàn hồi Sd (T) của công trình được xác định qua các biểu thức sau:
Bảng 5.5: Kết quả 30 mode dao động với Mass Source 1TT+0.24HT.
2 Phổ phản ứng (Theo phương đứng)
Theo Điều 4.3.3.5.2, TCVN 9386 – 2012, việc xem xét thành phần đứng của tải trọng động đất chỉ cần thực hiện khi công trình được xây dựng tại TP Hồ Chí Minh.
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ KHUNG
1 Các trường hợp tải trọng tiêu chuẩn
Bảng 6.1: các trường hợp trải trọng
2 Các trường hợp tải trọng tính toán – TTGH I
Bảng 6.2: Các trường hợp tổ hợp tải trọng – TTGH I
3 Các trường hợp tổ hợp tải trọng tính toán – TTGH II
Bảng 6.3: Các trường hợp tổ hợp tải trọng – TTGH II
II.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH 1
Kiểm tra chuyển vị đỉnh
Chuyển vị đỉnh của công trình theo TCVN 189-1997 yêu cầu rằng chuyển vị ngang tại đỉnh kết cấu của nhà cao tầng, đặc biệt đối với kết cấu khung - vách, cần phải thỏa mãn các điều kiện nhất định.
f là chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh công trình
H là chiều cao của công trình
Hình 6.1: Chuyển vị đỉnh của công trình xuất từ ETABS h max
-Theo mục 4.4.3.2.(1) TCXDVN 375:2006 hạn chế chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng: d r 0.
d r là chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng
là hệ số chiết giảm xét đến chu kỳ lặp thấp hơn của tác động
d r được quy định trong các mục 4.4.2.2 và 4.3.4 có thể tóm lược như sau:
d re là chuyển vị lệch tầng
q là hệ số ứng xử, q = 3.9
Hình 6.2: Chuyển vị lệch tầng xuất từ ETABS d re,max 0.00043m 0.0109mThỏa ĐK
3 Kiểm tra chống lật công trình
Theo Điều 3.2 TCVN 198:1997, các nhà cao tầng bê tông cốt thép có tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng nhỏ hơn 5 cần được kiểm tra khả năng chống lật khi chịu tác động của tải động đất và tải gió.
2.8 5Không cần kiểm tra khả năng chống lật của công trình.
III TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM
Hình 6.3 Biểu đồ moment dầm tầng điển hình
- Thiết kế cốt thép cho cấu kiện dầm theo công thức tính toán của cấu kiện chịu uốn theo
TCVN 5574:2018 quy định việc xuất dữ liệu từ ETABS để tính toán cốt thép cho dầm Nội lực dầm được lấy từ tổ hợp BAO, tương ứng với biểu đồ bao nội lực Cần xác định nội lực tại ba mặt cắt: hai gối và giữa nhịp, từ đó lấy moment trong biểu đồ BAO tại các vị trí này để tính toán cốt thép Đối với lực cắt, giá trị lớn nhất trong biểu đồ BAO sẽ được sử dụng để tính cốt ngang cho dầm.
1 Phương pháp tính toán dầm.
Hàm lượng cốt thép tính toán và bố trí phải thỏa điều kiện sau:
: Hàm lượng cốt thép Hàm lượng hợp lý b h o
Nếu Hàm lượng cốt thép tính toán và bố trí phải thỏa điều kiện sau:minmax
: Hàm lượng cốt thép Hàm lượng hợp lý b h
2 Cấu tạo kháng chấn cho dầm
- Trong TCVN 9386 : 2012 (Mục 5.4.3.1.2), theo giá trị gia tốc nền thiết kế a
I a gR, chia thành ba trường hợp động đất sau:
+ Động đất mạnh a g 0.08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấn.
+Động đất yếu 0.04g a g 0.08g, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ.
+ Động đất rất yếu a g < 0.04g nên không cần thiết kế kháng chấn.
- Theo các trường hợp trên, công trình An Phú với a g = 0.0856g > 0.08g thì phải tính toán và cấu tạo kháng chấn
Cấu tạo kháng chấn cho dầm.
- Đường kính d bw của các thanh cốt đai (tính bằng mm) không được nhỏ hơn 6 mm
- Khoảng cách s của các vòng cốt đai (tính bằng mm) không được vượt quá: s min h w / 4; 24d bw ; 225;8d bL
- Trong đó: d bL là đường kính thanh cốt thép dọc nhỏ nhất (tính bằng mm) h w là chiều cao tiết diện của dầm (tính bằng mm)
Ngoài ra, cốt đai trong dầm phải là đai kín, được uốn móc 45 o và với chiều dài móc là
Hình 6.4 Cốt thép ngang trong vùng tới hạn của dầm
3 Neo và nối cốt thép
Chiều dài đoạn neo hoặc nối cốt thép: và khụng nhỏ hơn l ananỉ
4 Tính toán cốt đai gia cường giữa dầm phụ và dầm chính
Tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính, cần bổ sung cốt đai gia cường hoặc cốt xiên (cốt V) để chịu tải trọng tập trung lớn Những cốt này được gọi là cốt treo, giúp tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu.
- Nếu dùng cốt đai gia cường thì cốt đai phải đặt dày, diện tích các lớp cốt treo cần thiết:
- Số lượng cốt treo cần thiết ở mỗi phía của dầm phụ gối lên dầm chính là m
- n - là số nhánh cốt đai; a sw -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 :
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 b 2 :
Dùng cốt vai bò thì diện tích thép 1 bên:
Hình 6.5 Đoạn gia cường cốt treo tại vị trí dầm phụ nối lên dầm chính
Tại vị trí cột, dầm phụ được đặt 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 gây hư hại cho dầm chính.
Do quy mô các loại dầm tương đối ít, chúng ta lựa chọn hai trường hợp lớn nhất để tính toán cốt đai gia cường cho toàn bộ các khoảng giao tại công trình Cụ thể, trường hợp đầu tiên là dầm chính 400x700 giao với dầm phụ 300x600, và trường hợp thứ hai là dầm 300x600 giao với dầm 300x600.
TH 1: dầm chính 400x700 giao dầm phụ 300x600
- Ta có lực truyền vào dầm chính là P = -264.22 (kN) m
- 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 = 700 - 600 = 100 mm
- Vậy bố trớ mỗi bờn 3ỉ8a50
TH 2: dầm phụ 300x600 giao dầm phụ 300x600
- Ta có lực truyền vào dầm chính là P = 56.58 (kN) m 4n.a sw
- 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 = 600 - 600 = 0 mm
- Vậy bố trí cấu tạo như tính toán trong bảng thép dầm.
5.1 tính toán cốt thép dọc
5.2 tính toán khả năng chịu cắt
Khả năng chịu cắt của bê tông:
→ Không tính cốt đai cho dầm Đoạn L/2 giữa dầm bố trớ đai theo yờu cầu cấu tạo: ỉ8a300 Đoạn L/4 tại gối bố trớ đai theo cấu tạo: ỉ8a200
(Bảng tính thép dầm chi tiết ở Phụ lục 2.1)
Vách là cấu trúc chịu lực quan trọng trong nhà cao tầng, nhưng việc tính toán cốt thép cho vách vẫn chưa được quy định rõ trong tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam Do đó, trong đồ án này, chúng tôi áp dụng phương pháp "giả thiết vùng biên chịu môment" để thực hiện tính toán cốt thép cho vách cứng.
- Nội dung của phương pháp “giả thiết vùng biên chịu mômen”.
- Thông thường, các vách cứng dạng côngxon phải chịu tổ hợp nội lực sau: N, Mx, My,
Vách cứng được thiết kế trên mặt bằng nhằm chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng, vì vậy khả năng chịu mô men ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy sẽ được bỏ qua Chỉ xem xét tổ hợp nội lực bao gồm: N, My và Qx.
Hình 6.6 Nội lực vách cứng
Phương pháp này cho rằng cốt thép ở hai đầu vách phải chịu toàn bộ momen, trong khi lực dọc trục được giả định phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của vách.
4.1.1 Các bước tính toán thép dọc cho vách
Để phân tích vách chịu lực dọc trục N và momen uốn trong mặt phẳng M y, trước tiên cần giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu moment Momen này tương đương với một cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên.
- F: Diện tích mặt cắt vách
Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.
Khi tính toán cốt thép cho vùng biên của cột chịu kéo - nén đúng tâm, khả năng chịu lực của cột này được xác định dựa trên công thức cụ thể.
- R n , R a : Cường độ tính toán chịu nén của BT và của cốt thép
- F b , F a : diện tích tiết diện BT vùng biên và của cốt thép dọc
- 1 : hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc) Xác định nghiệm, chỉ dùng được khi:
Với: l o : chiều dài tính toán của cột i min : bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh => i min = 0.288
Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén :
Khi N < 0 (vùng biên chịu kéo), theo giả thiết ban đầu, ứng lực kéo mà cốt thép phải chịu dẫn đến việc tính toán diện tích cốt thép chịu kéo bằng công thức cụ thể.
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu không đạt yêu cầu, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính lại từ bước 1 Chiều dài B tối đa của vùng biên là L/2; nếu vượt quá giá trị này, cần tăng bề dày vách.
Khi tính ra F a < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo Theo TCVN 5574-2012 Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình và mạnh.
Cốt thép đứng: hàm lượng 0.6% 3.5%
Cốt thép ngang: hàm lượng 0.4% nhưng không chọn ít hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc.
Trong tính toán nội lực vách này chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
Bước 5: Kiểm tra tường còn lại để đảm bảo các cấu kiện chịu nén đúng tâm Nếu bê tông đã đạt đủ khả năng chịu lực, cốt thép chịu nén trong khu vực này sẽ được bố trí theo đúng cấu tạo.
4.1.2 Tính toán cốt ngang cho vách cứng
- b3 = 0.6: đối với bê tông nặng
- f = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén
- 0.5 : hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc.
Khoảng cách giữa các cốt ngang theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất: s tt
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt: s max
Khoảng cách thiết kế của cốt ngang là: s min(s Đường kớnh cốt ngang: chọn ỉ = 12 mm và bố trớ đều hết cốt đai với khoảng s = 200 mm.
4.2.3 Tính toán cốt thép cho một trường hợp cụ thể
Vách P2 có kích thước bề rộng t w = 0.25m, Chiều dài L = 2m, chạy từ tầng Base đến tầng thượng. Diện tích mặt cắt ngang vách F = 0.25
Kết quả lọc xuất từ ETABS như sau:
Giả thiết chiều dài vùng biên B left = B right = 0.205×L= 0.41 m.
Diện tích vùng biên F biên = 0.41 0.25= 0.1025 m 2 Độ mảnh:
- Xác định lực kéo, nén trong vùng biên:
- Tính toán cốt thép cho vùng biên như cột chịu kéo – nén đúng tâm:
+ Diện tích cốt thép chịu nén là:
+ Diện tích cốt thép chịu kéo:
Kiểm tra khả năng chịu lực của vùng giữa:
+ Lực nén do lực dọc N tác dụng lên vùng giữa là:
+ Khả năng chịu lực nén của BT vùng giữa:
Vậy N = 8024 kN > Nnén vùng giữa = 1035.273 kN.
Cốt thép vùng giữa đặt theo cấu tạo12a200
4.2.4 Quy định về nối cốt thép giữa các tầng:
Theo tiêu chuẩn TCVN 4453:1995 tại tiết diện nối thép không được vượt quá 50% diệt tích cốt thép đối với thép có gờ Đoạn nối không được nhỏ hơn 40d.
(Bảng tính thép vách chi tiết ở Phụ lục 2.2)
NÊN MÓNG
I ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Kết quả khảo sát cho thấy đất nền bao gồm nhiều lớp đất khác nhau Với độ dốc các lớp nhỏ và chiều dày tương đối đồng đều, có thể coi nền đất tại tất cả các điểm của công trình có chiều dày và cấu trúc giống như mặt cắt địa chất điển hình.
Bảng 7.1: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất
Bảng7.2: Đánh giá tính chất các lớp đất
2 Đánh giá điều kiện địa chất
Lớp 1 là lớp sét pha dẻo cứng, có khả năng chịu tải lớn và tính năng xây dựng tốt Tuy nhiên, đối với các công trình cao tầng, chiều dày trung bình của lớp đất này (6,2 m) không phù hợp để làm nền móng.
Lớp 2 là lớp cát pha dẻo, có khả năng chịu tải trung bình và tính năng xây dựng trung bình, với chiều dày khoảng 7,8 m Vì vậy, lớp này không đủ điều kiện để làm nền cho các công trình xây dựng.
Lớp 3 là lớp cát bụi chặt có khả năng chịu tải và tính năng xây dựng yếu, với chiều dày lên đến 10,4 m Vì vậy, lớp này không phù hợp để làm nền cho các công trình xây dựng.
Lớp 4 là loại cát nhỏ chặt, có khả năng chịu tải lớn và tính năng xây dựng tốt Với chiều dày trung bình khoảng 8,1 m, lớp cát này có thể được xem xét để làm nền cho các công trình xây dựng.
Lớp 5 là lớp đất cát thô kết hợp với cuội sỏi chặt, nổi bật với khả năng chịu tải lớn và tính năng xây dựng tốt Lớp đất này có độ lún nhỏ và chiều dày lớn, với độ sâu chưa kết thúc trong phạm vi lỗ khoan 60m, vì vậy nó được coi là nền tảng đáng tin cậy cho các công trình cao tầng.
3 Lựa chọn mặt cắt địa chất để tính móng
Trên mặt bằng, chỉ có các hố khoan được bố trí mà chưa khảo sát hết điều kiện địa chất dưới tất cả các cọc Tuy nhiên, có thể coi nền đất tại mọi điểm của công trình có chiều dày và cấu tạo tương tự như mặt cắt địa chất điển hình với các chỉ tiêu cơ lý tương ứng Do đó, kết quả này có thể được sử dụng để tính toán móng.
4 Đánh giá điều kiện địa chất thủy văn
Nước ngầm tại khu vực khảo sát có sự biến động theo mùa, với mực nước tĩnh quan sát được ở độ sâu -3,9 m so với mặt đất tự nhiên Trong quá trình thi công tầng hầm ở độ sâu -1,5 m, nước ngầm ít ảnh hưởng đến công trình, tạo điều kiện thuận lợi và không cần thực hiện phương án tháo khô hố móng.
5 Lựa chọn giải pháp nền móng
Các lớp đất phía trên bao gồm lớp 1 (Sét pha dẻo cứng), lớp 2 (Cát pha dẻo) và lớp 3 (Cát bụi chặt vừa) đều là lớp đất yếu, có khả năng chịu nén lún kém và không ổn định về tính chất cơ lý Trong khi đó, lớp 4 (Cát hạt trung chặt vừa) và lớp 5 (Cát thô lẫn cuội sỏi chặt) là các lớp đất tốt, đặc biệt là lớp 5 Với công trình có một tầng hầm và cốt sàn tầng hầm chỉ cách mặt đất khoảng -1,5 m, lượng giảm tải trọng lên đất do việc đào đất tầng hầm là không đáng kể.
Với quy mô và tải trọng công trình như vậy, giải pháp móng sâu là hợp lý nhất
Giải pháp móng sâu cụ thể là móng cọc (cọc BTCT đúc sẵn hoặc cọc khoan nhồi).
Mũi cọc sẽ được ngàm vào lớp 4, với chiều dài tự do lớn giúp giảm tổng khối lượng của cọc và đài, từ đó giảm giá thành chung của móng Việc hạ cọc sâu hợp lý sẽ được xác định dựa trên điều kiện cân bằng sức chịu tải của cọc, tính theo cường độ vật liệu và độ bền của đất nền, mang lại lợi ích hơn so với việc sử dụng nhiều cọc ngắn.
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG THÍCH HỢP
I PHƯƠNG ÁN 1: CỌC BETONG CỐT THÉP ĐÚC SẴN
Để lựa chọn kích thước cọc và chiều sâu mũi cọc phù hợp với điều kiện địa chất và tải trọng công trình, cần so sánh các phương án kích thước khác nhau Một lựa chọn sơ bộ cho tiết diện cọc là 30×30 cm.
Mũi cọc cắm sâu vào lớp cát hạt nhỏ và trung (lớp đất 4) một đoạn 6,0 m.
Chiều sâu mũi cọc là: 6,2 + 7,8 + 10,4 + 6 = 30.4 (m).
Chiều dài tính toán của cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc: Ltt = 30.4 − 3,5 = 26.9 (m).
Cốt thép dọc chịu lực giả thiết gồm 4∅20 có Fa = 12.6 cm2.
2 Sức chịu tải của cọc a Theo vật liệu làm cọc
- Theo TCVN 10304-2014, sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc được xác định theo
– hệ số uốn dọc, với móng cọc đài thấp không xuyên qua bùn thì
Rb – Cường độ chịu nén tính toán của bêtông cọc.
Rs – Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép.
Ab – Diện tích tiết diện của bêtông Ab=0.3x0.3=0.09 (m2)
As – Diện tích tiết diện của cốt thép dọc As = 12.6 (cm2). vl
4 b Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
- Theo TCVN 10304-2014, ta có sức chịu tải của cọc:
c là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, ký hiệu là q b, được tra cứu theo Bảng 2 – TCVN 10304-2014 Đối với cọc sâu 30.4 m và loại đất cát hạt nhỏ và trung, giá trị q b đạt V00 (kN/m²) Chu vi tiết diện ngang của thân cọc được tính là u = 0.3 x 4 = 1.2 m.
64 f i là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, tra bảng 3-TCVN
A b là diện tích cọc tựa lên đất, A b =0.3x0.3=0.09 (m 2 ) l i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i;
Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc, ký hiệu là cq và cf, phản ánh ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất, theo quy định trong Bảng 4-TCVN 10304-2014.
11 5600 0.09 1.2 1249.3 2003 kN c Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
-Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền được xác định theo công thức sau (Theo phụ lục G, TCVN 10304: 2014):
-Xác định sức kháng mũi cọc q b :
N ' c , N ' q : hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc.
Ứng suất hữu hiệu theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc được tính bằng công thức Z L = 8 x d, với d = 0.339 m, dẫn đến Z L = 2.712 m từ lớp đất thứ 4 Giá trị này tương đương với ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng tại mũi cọc.
-Do mũi cọc nằm ở độ sâu 30.4m > Z L = 27.112m nên 27.112m. q ' ,p lấy bằng áp lực tại độ sâu
-Xác định cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc của lớp đất thứ i f i Đối với đất dính Đối với đất rời f i
24.00 8.40 50.00 50.00 50.00 45.00 264.26 264.26 264.26 264.26 264.26 52.85 2.00 2.00 2.00 1608 d Sức chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (công thức của Meyerhof Phụ luc G TCVN 10304 2014)
Trong đó: k 1 là hệ số, lấy bằng 40 đối với cọc đóng và lấy bằng 120 đối với cọc khoan nhồi.
Chỉ số SPT trung bình Np được xác định trong khoảng 4 lần đường kính (4d) phía dưới và 1 lần đường kính (1d) phía trên mũi cọc Hệ số k2 có giá trị bằng 2 đối với cọc đóng và bằng 1 cho cọc khoan nhồi.
N s,i là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i”.
Chọn sức chịu tải thiết kế:
