TỔNG QUAN
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
Công trình gồm 1 tầng hầm, 1 tầng trệt, 18 tầng điển hình và 1 tầng mái
Công trình có chiều cao tại đỉnh là 77.2 m (tính từ cao độ 0.000m)
Chiều sâu tầng hầm là -1.8m (1 tầng bán hầm)
Diện tích xây dựng: 29.8m x 45.8m = 1364.84 m2
Mặt bằng công trình được thiết kế hợp lý với hệ thống giao thông đứng bao gồm 4 thang máy và 2 cầu thang bộ, được bố trí trung tâm để thuận tiện cho việc di chuyển và thoát hiểm cho cư dân.
Tầng hầm có độ cao -1.8m và chiều cao 3.3m, được thiết kế để chứa xe đạp, xe máy và ôtô, với một ram dốc (i %) Ngoài ra, tầng hầm còn bao gồm các phòng kỹ thuật điện, nước và khu vực giặt ủi phục vụ cho cư dân trong khu chung cư.
TH UẬ T Đ IE ÄN T W P KY Õ LI Ê N L Ạ C TW P KY Õ T HU Ậ T TH O ÂN G T IN
Tầng 1 nằm ở code cao độ +1.5m có chiều cao 5.3m
Tầng 2 – 19 chiều cao tầng 3.6m, mỗi tầng bố trí 8 căn hộ:
Các tầng trong công trình chủ yếu sử dụng tường gạch dày 100mm, có thể là gạch đặc hoặc gạch rỗng, để ngăn cách các phòng Trong khi đó, tường bao che và tường ngăn giữa các căn hộ có chiều dày 200mm.
Sàn các tầng sử dụng vữa và gạch lát thông thường Riêng tầng thượng, mái thang sử dụng chống nóng bằng gạch rỗng.
Các tầng có đóng trần thạch cao (trừ tầng hầm chỉ có đường ống kỹ thuật).
GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH
Hệ thống tiếp nhận điện từ hệ thống điện chung của khu đô thị phòng máy điện.
Từ đây điện được dẫn đi khắp công trình thông 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 ngầm 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 được bơm đến từng phòng thông qua hệ thống bơm tự động và hệ thống gen chính gần phòng phục vụ.
Sau khi xử lý, nước thải được đẩy vào hệ thống thoát nước chung của khu vực.
Bốn mặt của công trình đều có bancol thông gió chiếu sáng cho các phòng Ngoài ra còn bố trí máy điều hòa ở các phòng.
Công trình BTCT được thiết kế với tường ngăn bằng gạch rỗng, giúp cách âm và cách nhiệt hiệu quả Dọc theo hành lang, các hộp chống cháy được lắp đặt với bình khí CO2 để đảm bảo an toàn.
Mỗi tầng lầu đều được trang bị hai cầu thang, đảm bảo an toàn cho việc thoát hiểm trong trường hợp xảy ra cháy nổ Ngoài ra, trên đỉnh mái còn có một bể nước lớn phục vụ cho công tác phòng cháy chữa cháy.
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 các tầng được thu gom và đưa vào gen rác, sau đó chuyển xuống gian rác ở tầng hầm Gian rác được thiết kế kín đáo và cẩn thận, có bộ phận xử lý rác thải ra ngoài, nhằm ngăn ngừa mùi hôi và ô nhiễm môi trường.
GIẢI PHÁP 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 đại, vật liệu thép và bê tông cốt thép được ưa chuộng nhờ vào tính dễ chế tạo và nguồn cung phong phú Bên cạnh đó, vật liệu liên hợp thép – bê tông cũng được áp dụng để tận dụng những ưu điểm của cả hai loại vật liệu này.
(composite), hợp kim nhẹ… Tuy nhiên các loại vật liệu mới này chưa được sử dụng nhiều do công nghệ chế tạo còn mới, giá thành tương đối cao.
Do đó, sinh viên lựa chọn vật liệu xây dựng công trình là bê tông cốt thép.
Bảng 1-1: Tổng hợp vật liệu sử dụng
CỐT THÉP ỉ ≤ 10: AI ỉ > 10: AIII ỉ ≤ 10: AI ỉ > 10: AIII ỉ ≤ 10: AI ỉ > 10: AIII ỉ ≤ 10: AI ỉ > 10: AII
1.3.2 Lớp bê tông bảo bệ
Bảng 1-2: Lớp bê tông bảo vệ kết cấu
Chú thích: giá trị trong ngoặc ( ) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt (trích TCVN 5574:2012 – Bê tông cốt thép tiêu chuẩn thiết kế - điều 8.3)
1.4.1.1 Hệ Khung Được cấu tạo từ các cấu kiện dạng thanh (cột, dầm) liên kết cứng với nhau tạo nút.
Hệ khung có khả năng tạo ra không gian tương đối lớn và linh hoạt với những yêu cầu kiến trúc khác nhau.
Sơ đồ làm việc rõ ràng, tuy nhiên khả năng chịu tải trọng ngang không cao, phù hợp cho công trình cao đến 15 tầng ở khu vực chống động đất cấp 7, 10-12 tầng ở khu vực chống động đất cấp 8, và không nên áp dụng cho công trình ở khu vực chống động đất cấp cao hơn.
Sử dụng phù hợp với mọi giải pháp kiến trúc nhà cao tầng.
Việc áp dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác nhau cho phép lắp ghép và đổ tại chỗ các kết cấu bê tông cốt thép một cách thuận tiện.
Vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, được đổ toàn khối bằng hệ thống ván khuôn trượt, có thể thi công sau hoặc trước.
Hệ khung vách có thể sử dụng hiệu quả với các kết cấu có chiều cao trên 40m.
Thích hợp cho công trình siêu cao tầng vì khả năng làm việc đồng đều của kết cấu và chịu tải trọng ngang rất lớn
Công trình bao gồm 1 tầng hầm và 20 tầng nổi, với tổng chiều cao 77.2m Hệ khung - vách lõi được lựa chọn làm kết cấu chịu lực, trong đó khung chịu tải trọng đứng và vách lõi không chỉ chịu tải trọng đứng mà còn chịu tải trọng ngang cùng các tác động khác, đồng thời tăng cường độ cứng cho công trình.
Dưới tác động của tải trọng ngang, khung chịu cắt chủ yếu làm giảm chuyển vị tương đối của các tầng trên, trong khi các tầng dưới lại có chuyển vị lớn hơn Ngược lại, lõi chịu uốn chủ yếu làm tăng chuyển vị tương đối của các tầng trên so với các tầng dưới Sự kết hợp này giúp giảm tổng chuyển vị của toàn bộ công trình khi chúng hoạt động cùng nhau.
Bản kê trực tiếp lên cột mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm chiều cao kết cấu nhỏ giúp giảm chiều cao công trình, tiết kiệm không gian và dễ dàng phân chia khu vực sử dụng Ngoài ra, phương pháp thi công này nhanh hơn so với sàn có dầm do không cần gia công cốp pha và cốt thép dầm, trong khi cốt thép sàn có hình dạng tương đối định hình và đơn giản Việc lắp dựng cốp pha cũng trở nên thuận tiện hơn.
Nhược điểm của cấu trúc này là các cột không được liên kết bằng dầm, dẫn đến độ cứng thấp hơn so với sàn có dầm Khả năng chịu lực ngang cũng kém hơn, thường thì tải trọng ngang sẽ do hệ vách đảm nhận Hơn nữa, sàn cần có chiều dày lớn để tăng cường khả năng chống chọc thủng và đảm bảo khả năng chịu uốn.
1.4.3 Giải pháp thết kế móng
Hệ móng công trình tiếp nhận toàn bộ tải trọng của công trình rồi truyền xuống móng.
Với quy mô lớn và chức năng chủ yếu là khu thương mại, giải pháp móng phổ biến hiện nay cho các công trình này là móng cọc khoan nhồi.
1.4.4 Các quy phạm tiêu chuẩn dùng để thiêt kế
TCVN 2737:1995 Tải trọng về tác động
TCVN 229:1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió;
TCVN 9386:2012 Thiết kế công trình chịu động đất;
TCVN 5574:2012 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép;
TCVN 323:2004 Nhà ở cao tầng – tiêu chuẩn thiết kế;
TCVN 5575:2012 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép;
TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình;
TCVN 10304:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế;
Mô hình hệ kết cấu công trình: ETABS 2016, SAFE 2016 ,Sap 2000.
Tính toán cốt thép và tính móng cho công trình: Sử dụng phần mềm EXCEL kết hợp với lập trình VBA
Bản vẽ sử dụng Autocad 2010 kết hợp vẽ bằng phần mền Kata Pro 7.0
GIẢI PHÁP KẾT CẤU
Cầu thang là một phần quan trọng trong cấu trúc công trình, có chức năng chính là kết nối các tầng và vận chuyển thiết bị hàng hóa theo phương đứng Để đảm bảo hiệu quả sử dụng, cầu thang cần được thiết kế ở vị trí thuận lợi, đáp ứng nhu cầu di chuyển và thoát hiểm một cách an toàn.
Cầu thang cần đảm bảo độ bền, ổn định, khả năng chống cháy và chống rung để đáp ứng các yêu cầu cấu trúc Đồng thời, về mặt kiến trúc, cầu thang cũng phải phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ của công trình.
Sử dụng kết cấu cầu thang dạng bản chịu lực để tính toán thiết kế.
Chiều cao tầng điển hình là 3.6 m, với cầu thang 2 vế, mỗi vế gồm 12 bậc thang Kích thước mỗi bậc là 1600 x 300 x 150 mm, được xây bằng gạch thẻ Góc nghiêng của bản thang so với mặt phẳng nằm ngang được tính bằng công thức tgα = bh.
300 = 0.5 → α = 26 0 33 ’ → cosα = 0.89 Chọn bề dày bản thang hb = 120 mm Chiếu tới dày 120 mm Chiếu nghỉ dày 120 mm
THIẾT KẾ CẦU THANG
GIỚI THIỆU CHUNG
Cầu thang là một phần thiết yếu trong cấu trúc công trình, phục vụ chức năng di chuyển và vận chuyển hàng hóa theo phương thẳng đứng Do đó, việc bố trí cầu thang cần được thực hiện ở vị trí thuận lợi nhất, nhằm đáp ứng nhu cầu di chuyển và đảm bảo an toàn trong trường hợp thoát hiểm.
Cầu thang cần phải đảm bảo độ bền, ổn định, khả năng chống cháy và chống rung động để đáp ứng yêu cầu kết cấu Đồng thời, về mặt kiến trúc, cầu thang cũng phải đảm bảo tính thẩm mỹ cho công trình.
CẤU TẠO CẦU THANG
Sử dụng kết cấu cầu thang dạng bản chịu lực để tính toán thiết kế.
Chiều cao tầng điển hình là 3.6 m và sử dụng cầu thang 2 vế, mỗi vế gồm 12 bậc Kích thước mỗi bậc thang là 1600 x 300 x 150 mm, được xây dựng bằng gạch thẻ Góc nghiêng của bản thang so với mặt phẳng nằm ngang được tính bằng công thức tgα = bh.
300 = 0.5 → α = 26 0 33 ’ → cosα = 0.89 Chọn bề dày bản thang hb = 120 mm Chiếu tới dày 120 mm Chiếu nghỉ dày 120 mm
TÍNH TOÁN CẦU THANG
Hình 2-2: Các lớp cấu tạo cầu thang
Đối với bản chiếu nghỉ.
Tải trọng các lớp cấu tạo bản thang (Tính trên 1m dài)
Bảng 2-1: Tĩnh tải chiếu nghỉ
Bảng 2-2: Tĩnh tải chiếu tới
Gạch ceramic Lớp vữa lót Tải trọng thiết bị Lớp vữa trát trần Bản BTCT
Đối với bản thang nghiêng
Bảng 2-3: Chiều dày tương đơn của lớp cấu tạo Chiều dày lớp đá hoa cương
Tổng trọng lượng theo phương đứng Tổng trọng lượng phương đứng có kể đến lan can: 0.27 kN/m
2.3.2 Hoạt tải Đối với bản chiếu nghỉ và chiếu tới p n p tc 1 m 1.2 3 1 3.6 kN / m Đối với bản thang nghiêng p n p tc 1 m cos 1.2 3 1 0.86 3.1 kN / m
Bảng 2-5: Tổng tải trọng tính toán
2.3.4 Sơ đồ tính và nội lực
Các vế thang đối xứng, nên ta chỉ tính một vế.
Cắt một dải bề rộng 1(m) dọc theo bản cầu thang, xem bản cầu thang như một dầm đơn giản kích thước bxh = 1x0.12(m 2 ).
Ta chọn sơ đồ tính của cầu thang là 2 đầu gối cố định và 1 đầu cố định 1 đầu di động để tính toán (thiên về an toàn)
Khi thiết lập mô hình Etabs cho từng vế thang, chúng ta có thể xác định biểu đồ moment cho bản thang Lưu ý rằng tải trọng bản thân đã được tính và cộng vào tải trọng tỉnh, vì vậy khi khai báo Deadload, cần gán hệ số tải trọng bản thân là 0.
Minh hoạ sơ đồ tính và nội lực (đơn vị moment là kNm/m)
Hình 2-5: Biểu đồ mômen sơ đồ 1
Hình 2-6: Biểu đồ mômen sơ đồ 2
Dựa trên kết quả nội lực, chúng ta chọn moment dương lớn nhất để tính toán cốt thép giữa nhịp và moment âm nhỏ nhất để xác định cốt thép ở gối Tại vị trí giao nhau giữa bản thang và bản chiếu nghỉ, cần xem xét cả moment âm và moment dương.
Phản lực gối tựa: R A = 16.4 kN; R B = 16.3 kN
2.3.5 Tính toán bố trí cốt thép
Trình tự tính toán như sau:
Kết quả tính toán cốt thép theo bảng sau: ξγ b R b bh o , m R,R Rs
Bảng 2-6: Kết quả tính toán cốt thép cầu thang
2.4 TÍNH TOÁN DẦM CẦU THANG
Hình 2-7: Mặt bằng bố trí dầm
2.4.1 Tính toán dầm D2 ( dầm D1 tương tự )
Chọn kích thước dầm: 20x30 cm 2
Sơ đồ tính dầm D2 là dầm đơn giản,có nhịp tính toán là khoảng cách giữa các trục tường Tải trọng tác dụng lên dầm D2:
Trọng lượng bản thân dầm. g d =b d (h d -h s ).n b =0.2x(0.3-0.12)x1.1x25=0.99 (kN/m)
Trọng lượng tường xây trên dầm. g t =b t h t n t=0.2x1.2x1.1x18=4.75 (kN/m) (Chiều cao tường là 1.2m)
Do bản thang truyền vào, là phản lực tại các gối tựa tại chiếu nghỉ được quy về phân bố đều (R A $.8kN, R B $.9 kN trên 1m dài bản)
Từ đó xác định được Moment M và lực cắt Q
Hình 2-8: Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực dầm D2
Diện tích cốt thép yêu cầu :
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
Bảng 2-7: Kết quả tính toán cốt thép dầm cầu thang
Lực cắt lớn nhất tại gối : QD.3(KN)
Khả năng chịu cắt của bê tông:
Chọn thép đai 8 và hai nhánh n 2
Thép đai được bố trí thỏa mãn bước đai s min( s tt , s max , s ct , s dd )
Bước cốt đai tính toán theo cấu tạo: s tt s tt
Bước cốt đai tính toán lớn nhất: s max
Bước cốt đai chọn theo cấu tạo: s ct s ct min
Bước đai tính toán theo động đất: s dd 100mm
Bước cốt đai được chọn: s min( s tt , s max , s ct , s dd ) 100mm
Kiểm tra điều kiện sau khi chọn cốt đai:
Cốt đai được bố trí trên hai đầu dầm
Cốt đai được bố trí trên giữa dầm theo cấu tạo s ct min
Thỏa mãn Do đó không cần bố trí cốt xiên
CHƯƠNG 3: THIẾT SÀN DẦM TẦNG ĐIỂN HÌNH
3.1 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC
Chọn chiều dày của sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng.
Có thể chọn sơ bộ chiều dày bản sàn điển hình theo công thức: h s mD L min h min
D (0.8 ÷1.4) phụ thuộc tải trọng, lấy D = 1 m(30 ÷ 35) đối với sàn 1 phương, l1 là cạnh của phương chịu lực m(40 ÷ 50) đối với sàn 2 phương, l1 là cạnh ngắn m(10 ÷ 15) đối với bản console
Sơ bộ chiều dày sàn tầng hầm, sân thượng, mái
Chiều dày sàn tầng hầm được chọn để thỏa khả năng chịu tải trọng lớn cũng như khả năng chống thấm cho sàn nên sinh viên chọn: hs = 300 mm
Chiều dày sàn sân thượng và mái chủ yếu là chịu hoạt tải sữa chữa và chống thấm nên sinh viên chọn: hs = 120 mm
Chọn nhịp của dầm chính để tính L = 8 m
Từ đó ta chọn được kích thước sơ bộ dầm chính: 300 × 600 mm
Chiều dày vách của lõi cứng được xác định dựa trên chiều cao tòa nhà và số tầng, đồng thời tuân thủ quy định tại Điều 3.4.1 TCXD 198 – 1997 về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối Độ dày thành vách (b) phải không nhỏ hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng.
Kích thước vách BTCT được chọn và bố trí chịu được tải trọng công trình và đặc biệt chịu tải trọng ngang do gió, động đất,…
Chọn chiều dày vách t w = 0.3 m cho tất cả các vách cứng trên mặt bằng
Việc chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột theo được tính toán một cách gần đúng theo công thức sau:
R b : Cường độ tính toán về nén của bê tông.
N: Tổng lực nén sơ bộ, N n tầng × q × F s
Diện tích mặt sàn (Fs) là yếu tố quan trọng trong việc truyền tải trọng lên cột, cùng với số tầng (n tầng) phía trên diện tích đang xét, bao gồm cả tầng mái Tải trọng tương đương (q) được tính trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời, trọng lượng của dầm, tường và cột, được phân bố đều trên sàn, với giá trị q thường dao động từ 10 đến 20 kN/m², trong đó q được lấy là 10 kN/m² Hệ số k t (1.1 ÷ 1.5) được sử dụng để xét đến ảnh hưởng của các yếu tố khác như moment uốn, hàm lượng cốt thép và độ mảnh của cột, trong đó k t được lấy là 1.2.
3.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN
Tĩnh tải do trọng lượng bản thân sàn
Bảng 3-2: Tải trọng sàn thường
Trọng lượng tường phân bố
Bảng 3-3: Tải trọng sàn mái, sàn vệ sinh
Cấu tạo sàn vệ sinh
Tải tường tường bao quanh dầm biên được tính theo công thức:
Hoạt tải sử dụng được xác định tùy theo công năng sử dụng của từng ô sàn điều 4.3.3 TCVN 2737 : 1995).
Khi p tc < 2 kN/m 2 thì n=1.3 Khi p tc ≥ 2 kN/m 2 thì n=1.2 Kết quả được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3-5: Hoạt tải phân bố đều trên sàn
Hình 3-1: Mặt bằng bố trí dầm sàn tầng điển hình
3.3 TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Tên tải trọng TT HT
Trong mô hình SAFE, để xác định nội lực của bản sàn một cách đơn giản, ta chia sàn thành các dãy theo hai phương X và Y, với hai loại dãy khác nhau Việc này giúp trong việc gán tải và mesh sàn hiệu quả hơn.
- Dóy trờn cột (Column Strip) với bề rộng bằng ẳ nhịp
- Dóy giữa nhịp (Middle Strip) với bề rộng bằng ẵ nhịp
Hình 3-3: Chia dải sàn theo phương X
Hình 3-4: Chia dải sàn theo phương Y
3.3.3 Phân tích mô hình ta được kết quả nội lực
Hình 3-5: Moment trip theo phương X
Hình 3-6: Moment trip theo phương Y
3.3.4 Kiểm tra độ võng sàn
Ta dùng combo chuyển vị để tính (giá trị tải trọng tiêu chuẩn):
Hình 3-7: Độ võng sàn xuất từ Safe Dựa vào biểu đồ chuyển vị ta nhận thấy f max 6.1mm f L max 7500
Thỏa mãn điều kiện biến dạng của ô sàn, không cần kiểm tra tại các vị trí khác
3.3.5 Tính toán và bố trí cốt thép
Cốt thép sàn AIII→ R s = 365 MPa
Chọn a = 20 mm → h o = 150 - 20 = 130 mm Áp dụng công thức tính toán: m R
Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau: min max
Trong đó: à min : tỷ lợ̀ cốt thộp tối thiểu, thường lấy à min = 0.1% à max : tỷ lợ̀ cốt thộp tối đa max R R b
Bảng 3-7: Kết quả tính toán thép sàn theo phương X
Bảng 3-8: Kết quả tính toán thép sàn theo phương Y Trục
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ KHUNG
Công trình gồm 19 tầng điển hình, 1 tầng hầm, 1 tầng mái.
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 khung không gian là rất phức tạp, do đó việc tính toán nội lực sẽ được tính toán bằng phần mềm ETABS.
Việc tính toán sẽ được thực hiện theo các bước sau đây:
- Bước 1: Chọn sơ bộ kích thước.
- Bước 2: Tính toán tải trọng.
- Bước 3: Tổ hợp tải trọng.
- Bước 4: Tính toán nội lực bằng phần mềm ETABS.
- Bước 5: Tính toán thép cho khung trục 3 và khung trục B
4.2 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC
Chọn sơ bộ kích thước cấu kiện trong mô hình rồi kiểm tra bằng chức năng Design trong ETABS:
Kích thước được chọn phần trên tính sàn.
4.3 CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG
Theo TCVN 2737:1995, gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió Đối với công trình cao 77,1 m, vượt quá 40 m, tải gió sẽ bao gồm cả thành phần tĩnh và thành phần động Tải trọng gió được chia thành hai thành phần chính.
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:W tc = W o × k × c
Giá trị áp lực gió Wo được xác định theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4 TCVN 2737: 1995, với Wo = 0.83 kN/m2 cho công trình xây dựng tại Tp Hồ Chí Minh thuộc khu vực II-A địa hình B Hệ số kz tính đến sự thay đổi của 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, dẫn đến hệ số tổng cho cả hai mặt là c = 0.8 + 0.6 = 1.4.
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió là = 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 Lực gió tiêu chuẩn theo phương X được ký hiệu là Wtcx.
Wtcy là lực gió tiêu chuẩn theo phương Y, được xác định bằng cách nhân áp lực gió với diện tích đón gió Diện tích đón gió của từng tầng được tính toán cụ thể để đảm bảo độ chính xác trong các ứng dụng liên quan đến phân tích lực gió.
2h j 1 B h j , h j-1 , B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Bảng 4-1: Tổng hợp gió THÀNH PHẦN TĨNH CỦA TẢI TRỌNG GIÓ
Story21Story20Story19Story18Story17Story16Story15Story14Story13Story12Story11Story10Story9Story8Story7Story6Story5Story4Story3Story2Story1
Với chiều cao 77.1 m, công trình vượt quá 40 m, do đó cần phải xem xét thành phần động của tải gió Để xác định thành phần động của tải trọng gió, việc tính toán 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 của kết cấu, tải trọng các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải, tất cả đều phân bố đều trên bề mặt sàn, theo quy định của TCVN 2737.
1995 và TCXD 229 : 1999 cho phép sử dụng hệ số chiết giảm đối với hoạt tải, tra bảng 1 (TCXD 229 : 1999), lấy hệ số chiết giảm là 0.5
Việc tính toán tần số dao động riêng của công trình nhiều tầng rất phức tạp, do đó cần sự hỗ trợ từ các chương trình máy tính Trong đồ án này, phần mềm ETABS được sử dụng để thực hiện các tính toán này.
Theo TCVN 2737:1995, nguồn khối lượng được xác định bằng công thức 1 Tĩnh tải cộng với 0.5 Hoạt tải Trong đó, cần tính toán thành phần động của tải trọng gió dựa trên dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thỏa mãn bất đẳng thức: f_s < f_L < f_s1.
Trong đó: f L được tra trong bảng 9 TCVN 2737:1995, đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép, lấy δ = 0.3, ta được f L = 1.3 Hz
Bước 1 : Xác định tần số dao động riêng
Bảng 4-2: Bảng kết quả 12 Mode dao động
Tần số dao động riêng được xác định là f s < f L = 1.3Hz < f s+1 Theo quy định tại mục 6.16 TCVN 2737:1995, cần tính toán thành phần động của gió, bao gồm cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình, tương ứng với ba dạng dao động đầu tiên Tuy nhiên, dạng dao động thứ ba là xoắn nên không được đưa vào tính toán.
QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN ĐỘNG TẢI TRỌNG GIÓ
Thông tin địa điểm xây dựng
Tính toán thành phần tĩnh
Tính toán thành phần động
Xác định s dạng dao động cần tính f s < f L < f s+1
M j – Khối lượng tập trung tầng j ξi - hệ số động lực
Tính toán thành phẩn động
(Do xung và do lực quán tính)
Bước 2 : Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió W j ở độ cao z j so với mốc tại mặt đất được xác định theo công thức:
Bước 3 : Xác định thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình
W P(ij) : lực, đơn vị tính toán kN
Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j được ký hiệu là M j, trong khi hệ số động lực tương ứng với dạng dao động thứ i được ký hiệu là T i Hệ số không thứ nguyên i được xác định bằng cách chia công trình thành n phần.
- Xác định M j : Khối lượng các điểm tập trung theo các tầng được xuất từ ETABS (Center Mass Rigidity)
- Xác định i : Hệ số động lực được xác định ứng với 3 dạng dao động đầu tiên, phụ thuộc vào thông số i và độ giảm loga của dao động:
Hình 4.2: Xác định hệ số i
Hệ số tin cậy tải trọng gió lấy = 1.2 f i : Tần số dao động riêng thứ i.
W o : Giá trị áp lực gió Lấy bằng 0.83 kN/m 2 Công trình bằng BTCT với 0.3 nên ta tra theo đường số 1 trên đồ thị (TCVN 2737:1995)
Hệ số i được xác định theo công thức:
Trong đó y ji : dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i
