TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC
- Công trình Chung Cư Cao Cấp Thiên Long được xây dựng ở quận 9- Tp.HCM.
- Chức năng sử dụng của công trình là cho thuê hay bán cho người có nhu cầu về nhà ở, tầng hầm dùng để làm nơi chứa xe
Công trình bao gồm 17 tầng, trong đó có 1 tầng hầm và 16 tầng sàn, với tổng chiều cao đạt 56.1 m Tầng hầm có chiều cao 3 m, các tầng điển hình cao 3.4 m, và tầng thương mại có chiều cao 4.5 m.
Khu vực xây dựng nằm cách xa trung tâm thành phố, tạo điều kiện cho diện tích mặt bằng rộng rãi Xung quanh công trình được trồng hoa nhằm nâng cao vẻ đẹp thẩm mỹ Mặt đứng chính của công trình hướng về phía tây.
- Kích thước mặt bằng sử dụng là 27m×36 m, công trình được xây dựng ở khu vực đất nền tương đối tốt.
Hình 1.1 Mặt bằng kiến trúc tầng điển hình
Hình 1.2 Mặt đứng công trình 1.
NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
- Dạng kết cấu dầm, cột, khung, dàn, vòm.
- Chiều dài nhịp, chiều cao tầng.
- Sơ bộ chọn kích thước tiết diện cấu kiện.
1.2.2 Xác định tải trọng tác dung
- Căn cứ vào qui phạm hướng dẫn về tải trọng tác động xác định tải tác dụng vào cấukiện.
- Xác định tất cả các tải trọng và tác động tác dụng lên kết cấu.
- Đặt tất cả các trường hợp tải tác dụng có thể xảy ra tác dụng vào cấu kiện.
- Xác định nội lực do từng trường hợp đặt tải gây ra.
Để xác định giá trị nội lực nguy hiểm nhất có thể xảy ra, cần thiết lập các sơ đồ đặt tải và giải quyết nội lực do các sơ đồ này tạo ra Việc này giúp đánh giá chính xác các tác động và rủi ro trong quá trình thiết kế và thi công công trình.
- Tại mỗi tiết diện tính tìm giá trị nội lực bất lợi nhất do tĩnh tải và một hay vài hoạt tải :
T : giá trị nội lực của tổ hợp.
T0 : giá trị nội lực từ sơ đồ đặt tĩnh tải.
Ti : giá trị nội lực từ sơ đồ đặt hoạt tải thứ i.
: một trường hợp hay các trường hợp hoạt tải nguy hiểm ( tuỳ loại tổ hợp tải trọng thiết lập)
1.2.5 Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo TTGH I và TTGH II
- Tính toán theo trạng thái giới hạn I: sau khi đã xác định được các nội lực tính toán M, N,
Trong quá trình thiết kế cấu kiện, cần thực hiện tính toán khả năng chịu lực cho các tiết diện thẳng góc với trục và các tiết diện nghiêng Việc này có thể được thực hiện qua hai phương pháp: kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện cấu kiện và xác định khả năng chịu lực của tiết diện cốt thép đã có sẵn.
+ Tính cốt thép: xác định tiết diện cấu kiện, diện tích cốt thép cần thiết sao cho cấu kiện đảm bảo khả năng chịu lực.
- Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn II: kiểm tra độ võng và vết nứt.
NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG
+ Trọng lượng bản thân: chọn sơ bộ tiết diện của cấu kiện từ đó tính ra trọng lương bản thân.
+ Trọng lương lớp hoàn thiện: căn cứ vào yêu cầu cấu tạo tính ra trọng lượng lớp hoàn thiện.
+ Đối với dầm còn có tính đến trọng lượng tường xây trên dầm (nếu có).
- Hoạt tải : căn cứ vào yêu cầu của từng loại cấu kiện, yêu cầu sử dụng mà qui phạm qui định từng giá trị hoạt tải cụ thể.
- Tải từ sàn truyền vào khung dưới dạng tải hình thang và hình tam giác.
- Tải do dầm phụ truyền vào dầm chính của khung dưới dạng tải tập trung (phản lực tập trung và mômen tập trung).
- Tải từ dầm chính truyền vào cột Sau cùng tải trọng từ cột truyền xuống móng
CƠ SỞ TÍNH TOÁN
- Công việc thiết kế được tuân theo các quy phạm, các tiêu chuẩn thiết kế do nhà nước Việt Nam quy định đối với nghành xây dựng.
+ TCVN 2737-1995 : Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động.
+ TCVN 229-1999 : Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió
+ TCVN 5574-2012 : Tiêu chuẩn thiết kế bêtông cốt thép.
+ TCVN 198-1997 : Nhà cao tầng –Thiết kế bêtông cốt thép toàn khối.
+ TCVN 195-1997 : Nhà cao tầng- thiết kế cọc khoan nhồi.
+ TCVN 205-1998 : Móng cọc- tiêu chuẩn thiết kế.
+ TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
+ TCVN 9386-2012 : Thiết kế công trình chịu động đất.
Ngoài các tiêu chuẩn quy phạm, bài viết còn tham khảo nhiều sách và tài liệu chuyên ngành từ các tác giả khác nhau, được trình bày chi tiết trong phần tài liệu tham khảo.
TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B25 với các thông số tính toán như sau:
- Cường độ tính toán chịu nén:
- Cường độ tính toán chịu kéo:
- Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10).
+ Cường độ tính toán chịu nén
+ Cường độ tính toán chịu kéo
+ Cường độ tính toán cốt ngang
+ Mô đun đàn hồi Es = 210000 MPa.
- Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ >10).
+ Cường độ tính toán chịu nén : Rs = 365 MPa
+ Cường độ tính toán chịu kéo : R s = 365 MPa
Cốt thép Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
SƠ BỘ CHIỀU DÀY TIẾT DIỆN DẦM SÀN
2.2.1 Chọn sơ bộ tiết diện sàn
Chiều dày của bản sàn, ký hiệu hb, cần được chọn lựa dựa trên khả năng chịu lực và thuận tiện cho thi công, đồng thời phải đảm bảo hb ≥ hmin theo quy định của TCVN 5574:2012 (điều 8.2.2) Cụ thể, hmin được quy định là 40mm cho sàn mái, 50mm cho sàn nhà ở và công trình công cộng, 60mm cho sàn nhà sản xuất, và 70mm cho bản làm từ bê tông nhẹ.
Để đơn giản hóa, thường chọn hệ số hb dựa trên nhịp tính toán lt của ô bản Cụ thể, với bản dầm, hệ số hb dao động từ 30 đến 35, trong khi với bản kê bốn cạnh, hệ số này nằm trong khoảng 40 đến 45 Nhịp tính toán lt được xác định theo phương cạnh ngắn.
- Xét ô sàn có kích thước lớn nhất: 5m x 5.3m, tỉ lệ : L 2 5.3
=> Chọn bề dày sàn: hb = 110 (mm) h 1 b m l t nên sàn làm việc
2.2.2 Chọn sơ bộ tiết diện dầm
- Chọn hệ dầm côngxôn và dầm môi tiết diện: 200 300 (mm 2 )
Hình 2.1 Mặt bằng kết cấu dầm sàn tầng điển hình 2
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN
2.3.1.1 Trọng lượng bản thân sàn
Hình 2.2 Các lớp cấu tạo sàn thường - Tĩnh tải tác dụng lên sàn thường :
Bảng 2.1 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn thường
- Cấu tạo sàn vệ sinh, ban công, lô gia :
Hình 2.3 Các lớp cấu tạo sàn vệ sinh, ban công, lô gia - Tĩnh tải tác dụng lên sàn vệ sinh, ban công, lô gia :
Bảng 2.2 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn vệ sinh, ban công, lô gia
- Đối với các ô bản có chứa nhiều tĩnh tải, để đơn giản ta phân bố lại cho đều trên toàn bộ diện tích sàn theo công thức : g g 1 S 1 g 2 S 2 g n S n n
Bảng 2.3 Trọng lượng bản thân trung bình các ô bản Ô bản
- Tải trọng tính toán tường tác dụng lên sàn phân bố theo chiều dài: p tt t n ht bt t (KN / m)
- Tải trọng tính toán tường quy ra tải phân bố lên sàn: g t p tt t l t
Trong đó : S ht = 3.4 –0.17 = 3.23 (m): chiều cao của tường. bt : bề rộng của tường (m). lt : chiều dài của tường (m).
Bảng 2.4 Tải trọng tường phân bố đều trên sàn Ô bản
- Giá trị tính toán của hoạt tải : p tt = p tc ×np×
Trong đó: p tc : tải trọng tiêu chuẩn, lấy theo bảng 3 TCVN 2737 – 1995 np: hệ số độ tin cậy, theo điều 4.3.3 TCVN 2737 –
1995 là hệ số giảm tải :
= 0.4 + 0.6 với A : diên tích chịu tải > 9 (m 2 )
- Đối với các ô bản có chứa nhiều hoạt tải, để đơn giản ta phân bố lại cho đều trên toàn bộ diện tích sàn theo công thức : p p 1 S 1 p 2 S 2 p n S n n
Bảng 2.5 Hoạt tải tác dụng lên các ô sàn Ô
2.3.3 Tổng tải trọng tác dụng
Bảng 2.6 Tổng tải trọng tác dụng lên các ô bản Ô bản
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC SÀN
- Các ô bản được liên kết với dầm theo các cạnh, bao gồm hai dạng liên kết chính:
+ Liên kết tựa đơn (khớp) hoặc có thể xem như tự do khi bản tựa lên dầm đổ toàn khối có hệ số hd/hs 3, do đó bản ngàm vào dầm chính.
+ Với dầm phụ (250×500mm):hd/hs = 500/110 = 4.55> 3, do đó bản ngàm vào dầm phụ.
+ Với hệ dầm môi và console (200×300mm): hd/hs = 300/110 = 2.72 < 3, do đó xem như bản làm việc như dầm congxôn liên kết ngàm tại dầm chính
+ Nếu L2/L1 ≤ 2: bản làm việc 2 phương
+ Nếu L2/L1 > 2: bản làm việc 1 phương
Đối với ô bản 2 phương, cần áp dụng phương pháp tra bảng để nội suy các hệ số dựa trên loại ô bản và chiều dài các cạnh Từ các hệ số này, chúng ta có thể tính toán nội lực và xác định cốt thép bố trí cho các ô bản.
- Đối với ô bản 1 phương: cắt dải 1m theo phương cạnh ngắn, xác định nội lực và tính toán cốt thép cho các ô bản
2.4.2 Tính toán nội lực ô bản làm việc 2 phương
- Các ô bản S1, S2, S3, S4, S6, S7, S8, S9, S11, S12, S14 đều có hd/hs > 3 nên xem như 4 cạnh ngàm vào dầm, tính toán theo sơ đồ 9
Hình 2.4 Sơ đồ tính các ô bản làm việc 2 phương + Momen ở nhịp:
+ Phương dài : MII k92×P Trong đó:
P = q tt ×L1×L2 (kN): tổng tải trọng tác dụng lên ô bản
L1: cạnh ngắn ô bản (m) q tt : tổng tải trọng tác dụng lên ô bản (kN/m 2 )
Các hệ số m91, m92 , k91, k92 được tra bảng tùy theo loại ô bản, phụ thuộc vào tỉ số l2/l1
- Tính toán đại diện nội lực ô bản S1
+ Moment dương lớn nhất giữa bản:
+ Moment âm lớn nhất tại gối:
- Các ô bản còn lại tính toán hoàn toàn tương tự kết quả cho trong bảng :
Bảng 2.7 Nội lực các ô bản 2 phương Ô bản Lx Ly m m
2.4.3 Tính toán nội lực ô bản làm việc 1 phương
Ô sàn được xác định dựa trên loại bản dầm với công thức =L2/L1 2 Mỗi ô được tính toán riêng biệt để chịu tải trọng toàn phần theo sơ đồ đàn hồi Để tính toán nội lực, cắt một dải bề rộng 1m theo phương ngắn và áp dụng sơ đồ dầm liên kết ở hai đầu.
- Sơ đồ tính được chọn tùy theo liên kết giữa dầm và sàn Ở đây, có 2 sơ đồ tính sàn bản dầm:
+ Sơ đồ 1: một đầu ngàm, một đầu tự do (S15, S16, S17, S18)
- Tính toán nội lưc cho ô bản S10 :
+ Sơ đồ tính : Cạnh dài ô bản S10 liên kết với các vách cứng do đó có thể chọn sơ đồ tính là dầm 2 đầu ngàm
- Tính toán nội lưc cho ô bản S 15 :
Sơ đồ tính cho ô bản S13 được liên kết với dầm chính và dầm công xôn, với chiều cao cắt (h cx) là 300 và chiều dài là 2.72m và 3m Do đó, để đảm bảo an toàn, sơ đồ tính được chọn là dầm công xôn loại HB 110.
Hình 2.6 Sơ đồ tính các ô bản S15, S16, S17, S18
TÍNH TOÁN CỐT THÉP SÀN
- Giả thiết trước a, suy ra h0 = h – a với h0 là chiều cao làm việc của tiết diện bê tông
- Áp dụng công thức tính toán:
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều s kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa :
Hệ số R được tra cứu theo phụ lục giáo trình "kết cấu bê tông cốt thép" của tác giả Nguyễn Đình Cống, áp dụng cho bê tông B25 và cốt thép AI Với hệ số điều kiện làm việc b = 1, ta tính được R = 0.618.
Tính toán cốt thép cho ô bản S1`:
- Cốt thép ở nhịp theo phương X :
+ Diện tớch cốt thộp : (Giả thiết sử dụng ỉ8)
+ Hàm lượng cốt thép tính toán :
+ Chọn cốt thộp ỉ8a200 (As = 251 mm 2 /m)
- Cốt thép ở gối theo phương X :
+ Giả thiết a = 20 (mm), suy ra h0 = h – a = 110 – 20 = 90 (mm)
+ Hàm lượng cốt thép tính toán :
+ Chọn cốt thộp ỉa200 (As = 251 mm 2 /m)
- Cốt thép ở nhịp và ở gối theo phương Y tính toán tương
Các ô bản còn lại tính toán tương tự, kết quả tính toán cốt thép được tổng hợp trong bảng dưới đây :
Bảng 2.8 Cốt thép các sàn Ô Momen (kNm/m) bản Kí hiệu Độ lớn
Mx(-) 9.04 Ô Momen (kNm/m) bản Kí hiệu Độ lớn
Mx(-) 0.78 Ô Momen (kNm/m) bản Kí hiệu Độ lớn
TÍNH TOÁN, KIỂM TRA SÀN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN II
2.6.1 Kiểm tra khả năng chống nứt của sàn
Chọn ô bản lớn nhất S5 để kiểm tra
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên ô bản :
Tĩnh tải tiêu chuẩn : g tc = 6.3
(kN/m 2 ) Hoạt tải tiêu chuẩn :
Toàn phần : p tc = 1.5 (kN/m 2 ) Dài hạn : p dh = 1.3 (kN/m 2 ) Ngắn hạn : p nh = 0.2 (kN/m 2 ) Tổng tải trọng tiêu chuẩn : 2 q tc = g tc + p tc = 6.3 + 1.5 = 7.8 (kN/m ) qdh = gtc + pdh = 6.3 + 1.3 = 7.6 (kN/m 2 ) qnh = pnh = 0.2 (kN/m 2 )
- Momen do tổng tải trọng tiêu chuẩn :
- Momen do tải trọng tiêu chuẩn dài hạn :
- Momen do tổng tải trọng tiêu chuẩn :
- Cắt dải bản có bề rộng b = 1m để kiểm tra
+ Đặc trưng tiết diện : b = 1000 mm h = 110 mm a = a0 + 0.5φ = 15 + 0.5 x 8 = 19 mm h0 = h – a = 110 – 19 = 91 mm + Bê tông : B25
+ Diện tích cốt thép ( ở nhịp ) :
+ Hệ số quy đổi giữa bê tông và thép :E s 210000 30000 7 E b
+ Đối với cấu kiện chịu uốn bằng BTCT thường láy rpl = r0
+ Tính momen chống uốn dẻo theo công thức gần đúng :
Với tiết diện chữ nhật, hệ số quy đổi γ = 1.75
+ Momen do ứng lực P đối với trục :
M rp sc A s (h 0 x 0 r pl ) sc A' s (x 0 a ' r pl )
@×251×(91-55.57+18.6)-0 = 542513.6 (Nmm) + Khả năng chống nứt của cấu kiện :
M cr R bt , ser W pl M rp 1.6 3637915.9 542513.6 5278151.8(Nmm) 5.28(kNm)
Vậy sàn không bị nứt
2.6.2 Tính toán độ võng của sàn
Do sàn không bị nứt nên độ cong của sàn được tính theo công thức :
Hệ số φb1 (0.85) được áp dụng cho bê tông nặng để xem xét ảnh hưởng của biến ngắn hạn, trong khi φb2 là hệ số phản ánh biến dài hạn của bê tông nặng, đặc biệt liên quan đến độ ẩm.
- Độ võng của bản sàn tính toán theo công thức : f m
Hệ số sơ đồ r βm được xác định theo bảng F.1 TCVN 5575-2012, với cách tiếp cận đơn giản và an toàn, coi dải bản như một dầm tĩnh với một đầu gối cố định và một đầu gối di động, từ đó suy ra βm = 5/48.
- Độ võng cho phép đối với sàn có nhịp dưới 6 m48
TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CẦU THANG
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B25 với các thông số tính toán như sau:
- Cường độ tính toán chịu nén:
- Cường độ tính toán chịu kéo:
- Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10).
+ Cường độ tính toán chịu nén
+ Cường độ tính toán chịu kéo
+ Cường độ tính toán cốt ngang
+ Mô đun đàn hồi E s = 210000 MPa.
- Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ >10).
+ Cường độ tính toán chịu nén :
+ Cường độ tính toán chịu kéo :
+ Cốt thép Mô đun đàn hồi:
TỔNG QUAN
- Cầu thang tầng điển hình của công trình này là cầu thang dạng bản 2 vế, tính toán cầu thang theo dạng bản chịu lực
Chiều cao bậc: hb = 160 mm
Chiều rộng bậc : lb = 300 mm
Chiều rộng 1 vế thang: 1400 mm
Hình 3.1 Mặt bằng và mặt cắt cầu thang tầng điển hình
CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN
- Chiều dày bản thang được chọn sơ bộ theo công thức : hs L 0 25:30 Trong đó :
L0 là nhịp tính toán của bản thang, L0 = 3150 + 1600 = 4750 (mm) h s
- Chọn chiều dày bản thang hs = 150 (mm)
- Chọn kích thước dầm chiếu nghỉ là b×h = 200×300 (mm)
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU THANG
3.4.1 Tải trọng tác dụng lên bản thang nghiêng
- Tĩnh tải tác dụng lên bản thang nghiêng bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo : gbn ni i td i
Hệ số vượt tải (n) của các lớp cấu tạo, chiều dày tương đương (td) và trọng lượng riêng (ilà) của các lớp cấu tạo là những yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình thiết kế và đánh giá độ bền của công trình.
- Cấu tạo bản thang nghiêng :
Hình 3.2 Các lớp cấu tạo bản thang nghiêng
- Chiều dày tương đương của các lớp cấu tạo
: + Lớp đá hoa cương : td1 = l b h b 1 cos = 300 160 20 cos 28 o 27( mm) l b 300 + Lớp vữa lót : l b h b td2 + Bậc thang xây gạch: h b cos 160 cos 28 71( mm)
Bảng 3.1 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản thang nghiêng
- Ngoài ra còn có trọng lượng lan can, tay vịn, glc = 0.4 (kN/m)
- Quy về tải trọng phân bố đều trên mặt bản : q g lc
- Tổng tĩnh tải bản thang nghiêng : g bn 7.26 0.29 7.55(kN/ m 2 ) 3.4.1.2 Hoạt tải
- Hoạt tải tiêu chuẩn : p tc = 3 (kN/m 2 )
- Hệ số vượt tải : np = 1.2
- Hoạt tải tính toán : pbn = np×p tc ×cosα = 1.2×3×cos28° = 3.18 (kNm 2 )
3.4.1.3 Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang nghiêng q bn g bn p bn 7.55 3.18 10.73(kN/ m 2 )
3.4.2 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
- Tĩnh tải tác dụng lên bản chiếu nghỉ bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo : g cn n i i i
Trong đó : n là hệ số vượt tải của các lớp cấu tạo ilà chiều dày của các lớp cấu tạo ilà trọng lượng riêng các lớp cấu tạo
- Cấu tạo bản chiếu nghỉ :
- Hình 3.3 Các lớp cấu tạo bảng chiếu nghỉ Bảng 3.2 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản chiếu nghỉ
- Hoạt tải tiêu chuẩn : p tc = 3 (kN/m 2 )
- Hệ số vượt tải : np = 1.2
- Hoạt tải tính toán : pcn = np x p tc = 1.2×3 = 3.6 (kNm 2 )
3.4.2.3 Tổng tải trọng tác dụng lên chiếu nghỉ qcn = gcn + pcn = 5.5 + 3.6 = 9.1 (kN/m 2 )
SƠ ĐỒ TÍNH VÀ NỘI LỰC CẦU THANG
- Cắt một dải bề rộng b = 1 (m) dọc theo bản thang, xem bản thang như một dầm chịu uốn có kích thước tiết diện bxh = 1000×150 (mm 2 )
Để xác định nội lực chính xác cho cầu thang, cần tính toán tất cả các sơ đồ lực có thể xảy ra Việc lựa chọn mômen lớn nhất tại nhịp và gối là rất quan trọng để tính toán cốt thép phù hợp với thực tế làm việc của cầu thang.
- Kích thước dầm chiếu nghỉ : b×h = 200×300 (mm 2 )
- Kích thước dầm sàn dớ bản nghiêng : b×h = 250×500 (mm 2 )
- Vởi các dầm đỡ có kích thước như trên, các sơ đồ tính có thể xảy ra :
Sơ đồ 1 : 1 đầu khớp cố định, 1 đầu khớp di động
Sơ đồ 2 : 2 đầu khớp cố định
Sơ đồ 3 : 1 đầu ngàm, 1 đầu khớp di động
Sơ đồ 4 : 1 đầu ngàm, 1 đầu khớp cố định
Hình 3.4 Các sơ đồ tính cầu thang
TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO BẢN THANG
- Giả thiết trước a, suy ra h0 = h – a với h0 là chiều cao làm việc của tiết diện bê tông
- Áp dụng công thức tính toán: m
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa : max R R b
Hệ số Rl được tra cứu theo phụ lục giáo trình "kết cấu bê tông cốt thép" trong phần cấu kiện cơ bản, do tác giả Nguyễn Đình Cống biên soạn Đối với bê tông B25 và cốt thép AI, hệ số điêu được xác định để đảm bảo tính toán chính xác trong thiết kế kết cấu.
44 kiện làm việcb = 1, ta cóR = 0.618, với bê tông B25, cốt thép AIII, hệ số điêu kiện làm việcb = 1, ta cóR = 0.563
- Tính toán đại diện tại vị trí nhịp bản thang nghiêng vế 1 :
+ Tiết diện tính toán : b×h = 1000×150 (mm 2 ) + Momen : Mmax = 32.07 (kNm/m)
+ Tính toán các hệ số : m b
+ Diện tớch cốt thộp :Giả thiết sử dụng ỉ12
+ Hàm lượng cốt thép chọn,
1000 129 Các vị trí khác tính toán tương tự, kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 3.3 Cốt thép vế thang 1
Vị trí Gối bản thang
Nhịp bản thang Gối chiếu nghỉ Nhịp chiếu nghỉ Giao giữa bản thang và chiếu nghỉ
Nhịp bản thang Gối chiếu nghỉ Nhịp chiếu nghỉ
Giao giữa bản thang và chiếu nghỉ
TÍNH TOÁN DẦM CHIẾU NGHỈ
- Trọng lượng bản thân dầm : g d b d ( h d h b ) n bt 0.2 (0.3 0.15) 1.1 25 0.825(kN/ m)
- Trọng lượng tường xây trên dầm : g t b t h t n t 0.1 1.8 1.1 18 3.564(kN/ m)
- Do bản thang truyền vào, là phản lực của các gối tựa được quy về dạng phân bố đều
- Để đơn giản và thiên về an toàn ta xem như dầm chịu phản lực phân bố đều với độ lớn r = 25.02 (kN/m)
- Tổng tải trọng tác dụng lên dầm chiếu nghỉ : q d g d g t r 0.825 3.564 25.02 29.41(kN/ m)
3.7.2 Sơ đồ tính và nội lực
- Xem liên kết giữa dầm D1 và cột là liên kết khớp, sơ đồ tính như hình vẽ.
- Moment giữa nhịp : M max ql 2 29.41 3.3 2 40.03(kN.m)
- Momen lớn nhất ở nhịp Mmax@.03 (KN.m)
- Tính toán các hệ số : m b
→ Chọn 2ỉ18 cú AsP9 (mm 2 ) bố trớ ở nhịp
- Hàm lượng cốt thép bố trí : - Thộp ở gối đặt cấu tạo chọn 2ỉ14
- Khả năng chịu cắt của tiết diện bêtông khi không có thép đai:
Cường độ chịu kéo của bêtông B25 được xác định là Rbt = 1.05 MPa, theo bảng 6.1 trong sách "Sàn sường bêtông toàn khối" của Nguyễn Đình Cống Chiều cao ho được tính là 300 – 34 = 266 mm, với chiều rộng b = 200 mm Để đảm bảo an toàn, ảnh hưởng của lực dọc φn = 0 được bỏ qua.
- Nhận xét: Q bo 41.9(kN) Q max 48.53(kN) do đó bêtông không đủ chịu lực cắt, cần tính toán cốt đai chịu cắt.
- Chọn cốt đai 6, asw = 28.3(mm 2 ), số nhánh n = 2.
- Kiểm tra về điều kiện ứng suất nén chính:
Thỏa điều kiện chịu ứng suất nén chính (dầm bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng)
Hệ sốb2 xét đến ảnh hưởng của loại bê tông, đới với bê tông nặng b2 = 2
Tiết diện hình chữ nhất nên φf = 0
C * > 2ho = 2×266S2 (mm) =0.532 (m) Lấy C = C * = 1.224 (m) và Co = 2ho 0.532 (m) ứng với tải trọng phân bố.
Với φb3 = 0.6 đối với bê tông nặng
Qb10).
+ Cường độ tính toán chịu nén :
+ Cường độ tính toán chịu kéo :
+ Cốt thép Mô đun đàn hồi:
KÍCH THƯỚC BỂ NƯỚC
- Bể nước mái: cung cấp nước cho sinh hoạt của các bộ phận trong công trình và lượng nước cho cứu hỏa
- Nhu cầu nước sinh hoạt của người dân trong khu chung cư được lấy theo tiêu chuẩn được lấy theo tiêu chuẩn nước sinh hoạt q = 120 lít/người/ngày.
- Từ tầng 2 đến tầng 16 được dùng để ở, mỗi tầng có 8 căn hộ, mỗi căn hộ bình quân là 4 người.
→Tổng số người trong một căn hộ N1 = 4×8 = 32(người)
→Tổng số người từ tầng 2đến tầng 16 là: N2 = 32×15 = 480 (người)
- Nước phục vụ cho công cộng, cứu hỏa được lấy theo 10% theo nhu cầu dung nước sinh hoạt.
- Khu thương mại tầng trệt: Sinh hoạt chung sơ bộ lấy với giá trị 10% theo nhu cầu dùng nước sinh hoạt của khu sinh sống.
- Lượng nước bình quân tính được là:
- Công trình có 2 bể nước mái mỗi bể có kích thước 9x4.7x1.5 nên có dung tích.
- V a b h 9 5.2 1,5 70.2( m 3 ) như vậy 2 bể sẽ có dung tích 140.4 (m 3 ).
- Kết luận : Với dung tích như trên kích thước bể đảm bảo cung cấp đủ nước cho toàn bộ chung cư
→ bể n ư ớc th uộ c lo ại bể th ấp
- Chọn sơ bộ kích thước cột bể nước 300×300 (mm)
TÍNH TOÁN BẢN NẮP
4.3.1 Chọn sơ bộ tiết diện
- Chọn sơ bộ chiều dày bản nắp tương tự như sàn:
D = 0.8 ÷ 1.4 tùy vào loại sàn, chọn D =0.8 m = 40 ÷ 45 đối với sàn bản kê 4 cạnh, chọn m 45 L là chiều dài của ô bản sàn theo phương cạnh ngắn h b
80mm , vậy, chọn chiều dày bản nắp hb = 80(mm)
- Bản nắp được đổ toàn khối, kích thước lỗ thăm 600×600
- Chọn sơ bộ kích thước dầm nắp như sau: DN1, DN2 và DN3 tiết diện 200×300(mm)
Mặt bằng kết cấu bản nắp 4.3.2
- Tĩnh tải : bao gồm các lớp cấu tạo bản nắp g tc gi tc i i g tt gi ttn i i
Tĩnh tải tiêu chuẩn (tc g) tác động lên bản nắp được xác định bởi chiều dày và trọng lượng riêng của các lớp cấu tạo bản nắp.
Bảng 4.1 Tĩnh tải bản nắp
- Hoạt tải : + Giá trị của hoạt tải được tra theo tiêu chuẩn TCXDVN
+ Hoạt tải tiêu chuẩn p c : p c 0.75 ( kN / m 2 ) + Hệ số vượt tải n: n 1.3
+ Hoạt tải tính toán p tt : p tt = n×p c = 1.3×0.75 = 0.975 (kN/m 2 )
51 q tc g tc p tc = 2.7 0.75 3.45 (kN/m 2 ) q tt g tt p tt 3.04 0.975 4.015(kN/m 2 )
=3.75 3 do đó bản liên kết với các dầm bao quanh là liên h b
+ Xét tỉ số L 2 5200 1.156 2 , bản làm việc theo 2 phương.
→ Ô bản làm việc theo sơ đồ 9 (4 mặt ngàm).
Hình 4.3 Sơ đồ tính bản nắp
+ Xét tỷ số : L 2 5.2 1.156 , tra bảng ta được :
+ Moment dương lớn nhất giữa bản:
+ Moment âm lớn nhất trên gối:
- Cốt thép tính cho các ô bản, được quy về tiết diện bxh của cấu kiện chịu uốn Với b00 (mm), h là chiều dày bản nắp
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa s điều kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa : max R R b
Theo phụ lục giáo trình "kết cấu bê tông cốt thép" của tác giả Nguyễn Đình Cống, hệ số R được xác định cho bê tông B25 và cốt thép AI với hệ số điều kiện làm việc b = 1 là 0.618.
Bảng 4.2 Cốt thép bảng nắp Tiết diện Nhịp L1 Nhịp L2 Gối L1 Gối L2 4.3.5 Độ võng bản nắp
4.3.5.1 Kiểm tra khả năng chống nứt của bản nắp
- Tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên ô bản : q tc = g tc + p tc = 2.7 + 0.75 = 3.45 (kN/m 2 )
- Tải trọng tiêu chuẩn dài hạn : q dh = g tc + p dh = 2.7 + 0 = 2.7 (kN/m 2 )
- Tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn : q nh = p nh = 0.75 (kN/m 2 )
- Momen do tổng tải trọng tiêu chuẩn tại nhịp bản nắp :
- Momen do tải trọng tiêu chuẩn dài hạn tại nhịp bản nắp :
- Momen do tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn tại nhịp bản nắp :
-Cắt dải bản có bề rộng b = 1m để kiểm tra
-Các đại lượng đặc trung tính toán : Đặc trưng tiết diện : b = 1000 mm h = 80 mm a = a0 + 0.5φ = 15 + 0.5 x 8 = 19 (mm) h0 = h – a = 80 – 19 = 61 (mm)
Rb,ser = 18.5 MPa ; Rbt,ser = 1.6 MPa ; Eb = 30000 MPa Cốt thép : AI
Rs,ser = 235 MPa ; Es = 210000 MPa Diện tích cốt thép ( ở nhịp ) :
- Đối với cấu kiện chịu uốn bằng BTCT thường láy rpl = r0
- Tính momen chống uốn dẻo theo công thức gần đúng :
Với tiết diện chữ nhật, hệ số quy đổi γ = 1.75
- Momen do ứng lực P đối với trục :
M rp sc A s (h 0 x 0 r pl ) sc A' s (x 0 a ' r pl )
- Khả năng chống nứt của cấu kiện :
M cr R bt , ser W pl M rp 1.6 1921453.6 341159.2 2733166.6(Nmm) 2.73(kNm)
Vậy bản nắp không bị nứt
4.3.5.2 Độ cong của bản nắp
- Do bản nắp không bị nứt nên độ cong của bản nắp được tính theo công thức :
Hệ số φb1 là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tác động của biến ngắn hạn đối với bê tông nặng, với giá trị φb1 được xác định là 0.85 Trong khi đó, φb2 phản ánh ảnh hưởng của biến dài hạn lên bê tông nặng, đặc biệt là độ ẩm.
- Độ võng của bản sàn tính toán theo công thức : f m
Hệ số sơ đồ βm được xác định theo bảng F.1 TCVN 5574-2012, trong đó để đảm bảo an toàn, dải bản được coi như một dầm tĩnh với một đầu gối cố định và một đầu gối di động, dẫn đến giá trị βm = 5/48.
- Độ võng cho phép đối với sàn có nhịp dưới 6 m :48
Vậy bản nắp thỏa điều kiện về độ võng
TÍNH TOÁN BẢN THÀNH
- Chọn chiều cao bản thành hbt = 100 (mm)
- Tĩnh tải : bao gồm các lớp cấu tạo bản thành n g bt i i n i (k N / m 2 )
Để đơn giản hóa tính toán, có thể bỏ qua trọng lượng bản thân của bản thành, vì nó chỉ tạo ra áp lực nén trong bản thành Do đó, bản thành được xem như một cấu kiện chịu uốn.
+ Áp lực nước tiêu chuẩn : pn tc = γn×hb = 10×1.5 = 15 (kN/m 2 ) + Áp lực nước tính toán : pn tt
= γn×hb×n = 10×1.5×1.1 = 16.5 (kN/m 2 ) (với n là hệ số vượt tải)
Trường hợp tải gây nguy hiểm nhất là khi có gió hút kết hợp với áp lực nước, vì lúc này hai yếu tố này cùng tác động theo một chiều Ngược lại, trường hợp gió đẩy thường không đáng lo ngại do tải trọng nhỏ và việc bố trí hai lớp thép, do đó có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó.
+ Tải trọng gió hút tiêu chuẩn :
Giá trị áp lực gió W0 được xác định theo bản đồ phân vùng trong phụ lục D TCVN 2737-1995, với công trình tại TP.HCM thuộc vùng gió IIA, do đó W0 = 0.83 (kN/m²) Hệ số k tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo chiều cao, với đỉnh bể nước ở độ cao z = 58.8 (m) trong vùng địa hình B, được nội suy từ bảng 5 TCVN 2737-1995 cho k = 1.373 Hệ số khí động c' lấy từ bảng 6 TCVN 2737-1995 là c' = 0.6 Từ đó, áp lực gió tính toán Wh tc = 0.83 × 1.373 × 0.6 = 0.684 (kN/m²).
+ Tải trọng gió hút tính toán : tt 2
W h = n×W 0 ×k×c' (kN/m ) n là hệ số vượt tải, lấy n = 1.3 tt 2
+ Cắt một dãy bản có chiều rộng 1m để tính Sơ đồ tính như hình vẽ:
Hình 4.4 Sơ đồ tính bản thành
Một cách gần đúng theo phương pháp cộng tác dụng ta có :
M nhip = M nhip,gio +M nhip,nuoc 33.6
M goi = M goi,gio +M goi,nuoc = p n tt h 2 W h tt h 2
- Cốt thép tính cho các ô bản, được quy về tiết diện bxh của cấu kiện chịu uốn Với b00 (mm), h là chiều dày bản nắp
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa : max R R b
Hệ số R được tra cứu theo phụ lục giáo trình "kết cấu bê tông cốt thép" của tác giả Nguyễn Đình Cống Đối với bê tông B25 và cốt thép AI, với hệ số điều kiện làm việc b = 1, ta tính được R = 0.618.
Bảng 4.3 Cốt thép bảng thành
4.4.4 Kiểm tra vết nứt bản thành
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên ô bản :
+ Tĩnh tải tiêu chuẩn : g tc = 0 (kN/m 2 )
Toàn phần : p tc = pn tc +Wh tc = 15 + 0.684 = 15.684 (kN/m 2 ) Dài hạn : p dh = 15 (kN/m 2 )
Ngắn hạn : p nh = 0.684 (kN/m 2 ) + Tổng tải trọng tiêu chuẩn : q tc = g tc + p tc = 0 + 15.684 = 15.684 (kN/m 2 ) + Tải trọng tiêu chuẩn dài hạn : q dh = g tc + p dh = 0 + 15 = 15 (kN/m 2 )
+ Tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn : q nh
- Momen do tổng tải trọng tiêu chuẩn tại gối bản thành :
M1 - Momen do tải trọng tiêu chuẩn dài hạn tại gối bản thành :
M2 - Momen do tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn tại gối bản thành :
M3 - Cắt dải bản có bề rộng b = 1m để kiểm tra
- Các đại lượng đặc trung tính toán : Đặc trưng tiết diện : b = 1000 mm h = 100 mm a = a' = a0 + 0.5φ = 15 + 0.5×8 = 19 (mm) h0 = h – a = 100 – 19 = 81 (mm)
Rb,ser = 18.5 MPa ; Rbt,ser = 1.6 MPa ; Eb = 30000 MPa Cốt thép : AI
Rs,ser = 235 MPa ; Es = 210000 MPa Diện tích cốt thép ( ở nhịp ) :
Hệ số quy đổi giữa bê tông và thép :
- Đối với cấu kiện chịu uốn bằng BTCT thường láy rpl = r0
- Tính momen chống uốn dẻo theo công thức gần đúng :
Với tiết diện chữ nhật, hệ số quy đổi γ = 1.75
- Momen do ứng lực P đối với trục :
M rp sc A s (h 0 x 0 r pl ) sc A' s (x 0 a ' r pl )
- Khả năng chống nứt của cấu kiện :
M cr R bt , ser W pl M rp 1.6 3034860 145580 4710196(Nmm) 4.71(kNm)
Vậy bản thành không bị nứt
4.4.5 Độ cong của bản thành
- Do bản thành không bị nứt nên độ cong của bản thành được tính theo công thức :
Hệ số φb1 (2 b2 r 2 φb1) phản ánh ảnh hưởng của biến ngắn hạn đối với bê tông nặng, với giá trị φb1 được xác định là 0.85 Trong khi đó, φb2 là hệ số xem xét biến dài hạn của bê tông, đặc biệt liên quan đến độ ẩm trong bê tông nặng.
4.4.6 Độ võng của bản thành
- Độ võng của bản thành tính toán theo công thức : f m
Hệ số sơ đồ βm được xác định theo bảng F.1 TCVN 5574-2012, với mục tiêu đơn giản hóa và đảm bảo an toàn Trong trường hợp này, dải bản được xem như một dầm tĩnh đĩnh với một đầu gối cố định và một đầu gối di động, từ đó suy ra βm = 5/48.
- Độ võng cho phép đối với sàn có nhịp dưới 3 m
Vậy bản thành thỏa điều kiện về độ võng
TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY
4.5.1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện
- Chọn sơ bộ chiều dày bản đáy tương tự như sàn: h D L b
D = 0.8 ÷ 1.4 tùy vào loại sàn, chọn D =1 m = 40 ÷ 45 đối với sàn bản kê 4 cạnh, chọn m @
L là chiều dài của ô bản sàn theo phương cạnh ngắn, L = 4500
Vậy chọn chiều dày bản đáy hb = 120 (mm)
- Chọn sơ bộ kích thước dầm đáy như sau: DD1, DD2 tiết diện 200×400(mm); DD3 tiết diện 200×500 (mm
2 Hình 4.5 Mặt bằng kết cấu bản đáy 4.5.2 Tải trọng tác dụng
- Tĩnh tải : bao gồm các lớp cấu tạo bản đáy g tc gi tc i i g tt gi tc n i i
Tĩnh tải tiêu chuẩn (g tc) tác động lên bản đáy được xác định bởi chiều dày các lớp cấu tạo của bản đáy và trọng lượng riêng của các lớp này.
Bảng 4.4 Các lớp cấu tạo bản đáy
Lớp vữa trát Σg - Hoạt tải
+ Áp lực nước tiêu chuẩn : pn tc = γn×hb = 10×1.5 = 15 (kN/m 2 ) + Áp lực nước tính toán : pn tt = γn×hb×n = 10×1.5×1.1 = 16.5 (kN/m 2 ) (với n là hệ số vượt tải)
- Tổng tải trọng tác dụng : q tc g tc p tc = 4.2 15 19.2(kN / m 2 ) q tt g tt p tt 4.71 16.5 21.21(kN / m 2 )
=3.33 3 do đó bản liên kết với các dầm bao quanh là liên h b
→ Ô bản làm việc theo sơ đồ 9 (4 mặt ngàm).
Hình 4.6 Sơ đồ tính bản đáy
+ Xét tỉ số : L 2 5200 1.156 , tra bảng ta được :
+ Moment dương lớn nhất giữa bản:
+ Moment âm lớn nhất trên gối:
MII= k92×P= 0.0346×496.3 = 17.17 (kNm/m) 4.5.4 Tính toán cốt thép
- Cốt thép tính cho các ô bản, được quy về tiết diện bxh của cấu kiện chịu uốn Với b00 (mm), h là chiều dày bản đáy
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa s điều kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa : max R R b
Theo phụ lục giáo trình “kết cấu bê tông cốt thép” của tác giả Nguyễn Đình Cống, hệ số R cho bê tông B25 và cốt thép AI với hệ số điều kiện làm việc b = 1 là 0.618 Trong khi đó, với cốt thép AIII và cùng hệ số điều kiện làm việc b = 1, hệ số R giảm xuống còn 0.563.
4.5.5 Khả năng chống nứt của bản đáy
- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên ô bản :
+ Tải trọng tiêu chuẩn toàn phần : q tc = g tc + p tc = 4.2 + 15 = 19.2 (kN/m 2 ) + Tải trọng tiêu chuẩn dài hạn : q dh = g tc + p dh = 4.2 + 15 = 19.2 (kN/m 2 ) + Tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn : q nh = p nh = 0 (kN/m 2 )
- Khả năng chống nứt của bản đáy tại nhịp :
+ Momen do tải trọng tiêu chuẩn toàn phần :
+ Momen do tải trọng tiêu chuẩn dài hạn :
+ Momen do tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn :
+ Cắt dải bản có bề rộng b = 1m để kiểm tra
+ Các đại lượng đặc trung tính toán : Đặc trưng tiết diện : b = 1000 mm h = 120 mm a = a 0 + 0.5φ = 20 + 0.5×10 = 25 (mm) h 0 = h – a = 120 – 25 = 95 (mm)
Rb,ser = 18.5 MPa ; Rbt,ser = 1.6 MPa ; Eb = 30000 MPa Cốt thép : AI
Rs,ser = 235 MPa ; Es = 210000 MPa Diện tích cốt thép :
Hệ số quy đổi giữa bê tông và thép : E s 210000
+ Đối với cấu kiện chịu uốn bằng BTCT thường láy rpl = r0
+ Tính momen chống uốn dẻo theo công thức gần đúng :
Với tiết diện chữ nhật, hệ số quy đổi γ = 1.75
+ Momen do ứng lực P đối với trục :
M rp sc A s (h 0 x 0 r pl ) sc A' s (x 0 a ' r pl )
@×524×(95-61.04+20.35) - 0 = 1138338 (Nmm) Khả năng chống nứt của cấu kiện :
M cr R bt , ser W pl M rp 1.6 4403495 1138338 5907254(Nmm) 5.91(kNm)
M1= 9 (kNm) > Mcr → bản đáy bị nứt tại nhịp
- Khả năng chống nứt của bản đáy tại gối :
+ Momen do tải trọng tiêu chuẩn toàn phần :
+ Momen do tải trọng tiêu chuẩn dài hạn :
+ Momen do tải trọng tiêu chuẩn ngắn hạn :
+ Cắt dải bản có bề rộng b = 1m để kiểm tra
+ Các đại lượng đặc trung tính toán : Đặc trưng tiết diện : b = 1000 mm h = 120 mm a = a 0 + 0.5φ = 20 + 0.5×12 = 26 (mm) a' = a0 + 0.5φ' = 20 + 0.5×10 = 25 (mm) h0 = h – a = 120 – 26 = 94
Rb,ser = 18.5 MPa ; Rbt,ser = 1.6 MPa ; Eb = 30000
MPa Diện tích cốt thép :
Hệ số quy đổi giữa bê tông và thép :E s 210000 7
+ Đối với cấu kiện chịu uốn bằng BTCT thường láy rpl = r0
+ Tính momen chống uốn dẻo theo công thức gần đúng :
Với tiết diện chữ nhật, hệ số quy đổi γ = 1.75
+ Momen do ứng lực P đối với trục :
M rp sc A s (h 0 x 0 r pl ) sc A' s (x 0 a ' r pl )
+ Khả năng chống nứt của cấu kiện :
M cr R bt , ser W pl M rp 1.6 4414745 1274878 5788714(Nmm)
M1= 9 (kNm) > Mcr → bản đáy bị nứt tại gối
4.5.6 Tính toán bề rộng khe nứt bản đáy
- Theo TCVN 5574-2012, bề rộng khe nứt thẳng góc tính toán theo công thức : a crc 1 s 20 3,5 100 3 d
Trong thiết kế cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm, hệ số δ được xác định là 1,0, trong khi hệ số φ1 cũng là 1,0 để phản ánh tải trọng tạm thời ngắn hạn cũng như tác động của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn Đối với cốt thép, hệ số η là 1,3 cho thanh tròn trơn và 1,0 cho thanh thép có gờ s.
A uốn. à:hàm lượng cốt thộp của tiết diện d : đường kính cốt thép mm.
+ Giá trị z được tính toán như sau:
Trong đó: β=1,8 : đối với bêtông nặng bh o
Bảng 4.6 Bề rộng vết nứt bản đáy Các đặc trưng
Eb(MPa) α b(mm) h(mm) a(mm) a'(cm) hf'(mm) h0(mm)
M tc (kNm) à φf d(mm) β δ' λ ξ z(mm) σa(daN/cm 2 ) acrc(mm)
Bản đáy là kết cấu bê tông thường, vì vậy cấp chống nứt được khuyến nghị là cáp 3 Giá trị giới hạn cho bề rộng vết nứt tương ứng với cấp 3 là acr1 = 0.4 mm.
- Bề rộng vết nứt bản đáy đều nhỏ hơn acr1 do đó bản đáy thỏa điều kiện về nứt 4.5.7 Tính toán độ võng bản đáy
- Đối với ô bản làm việc theo hai phương sử dụng công thức tính độ võng của lý thuyết bản mỏng đàn hồi và nhân thêm cho 2÷3 :
: Hệ số tra bảng theo tỉ số 2 cạnh ldài / lngắn
Với Bê tông cấp độ bền B25 có hệ số Poisson = 0.2
D – Độ cứng trụ của bản: D 3 4500 4 → f = 0.00136 19.2 10 2.4(mm)
- Độ võng cho phép đối với sàn có nhịp dưới 6 m
Vậy bản đáy thỏa điều kiện về độ võng
TÍNH TOÁN HỆ DẦM NẮP VÀ HỆ DẦM ĐÁY
4.6.1 Tải trọng tác dụng vào hệ dầm bể nước
+ Tải trọng bản thân : gbt= 1.1×0.2× (0.3-0.08)×25 = 1.21 (kN/m).
+ Tải trọng do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác có độ lớn: qs,n = 4.015×4.5/2 = 9.03 (kN/m)
+ Tải trọng bản thân : gbt= 1.1×0.2× (0.3-0.08)×25 = 1.21 (kN/m).
+ Tải trọng do bản nắp truyền vào có dạng hình thang có độ lớn: qs,n = 4.015×4.5/2 = 9.03 (kN/m)
+ Tải trọng bản thân : gbt= 1.1×0.2× (0.3-0.08)×25 = 1.21 (kN/m).
+ Tải trọng do bản nắp truyền vào có dạng hình thang có độ lớn: qs,n = 4.015×4.5 = 18.06 (kN/m)
+ Tải trọng bản thân : gbt= 1.1×0.2× (0.4-0.12)×25= 1.54 (kN/m)
+ Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản đáy truyền vào có dạng hình tam giác có độ lớn: qs,n!.21×4.5/2 = 47.72 (kN/m)
+ Tải trọng do trọng lượng bản thân bản thành truyền xuống : gbthanh=1.1×0.1×1.5×25 =4.125 (kN/m)
+ Tổng tải trọng tác dụng lên dầm:
Tải phân bố đều q =1.54+4.125 = 5.67 (kN/m) Tải phân bố dạng hình tam giác : q = 47.72 (kN/m)
+ Tải trọng bản thân : gbt= 1.1×0.2× (0.4-0.12)×25= 1.54 (kN/m)
+ Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản đáy truyền vào có dạng hình thang có độ lớn: qs,n!.21×4.5/2 = 47.72 (kN/m)
+ Tải trọng do trọng lượng bản thân bản thành truyền xuống : gbthanh=1.1×0.1×1.5×25 =4.125 (kN/m)
+ Tổng tải trọng tác dụng lên dầm:
Tải phân bố đều q =1.54+4.125 = 5.67 (kN/m)
Tải phân bố dạng hình thang : q = 47.72 (kN/m)
+ Tải trọng bản thân : gbt= 1.1×0.2× (0.5-0.12)×25= 2.09 (kN/m)
+ Tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải bản đáy truyền vào có dạng hình thang có độ lớn: qs,n!.21×4.5 = 95.45 (kN/m)
Mô hình hệ dầm bể nước bằng phần mềm ETABS v9.7.4 :
Hình 4.7 Tải trọng bản đáy và bản nắp truyền vào hệ dầm bể nước
4.6.2 Nội lực hệ dầm bể nước
Hình 4.8 Biểu đò momen dầm nắp
Hình 4.9 Biểu dồ lực cắt dầm nắp
Hình 4.10 Biểu đồ momen dầm đáy
Hình 4.11 Biểu đồ lực cắt dầm đáy 4.6.3 Tính toán cốt thép hệ dầm bể nước
4.6.3.1 Tính toán cốt thép dọc
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa : max R R b
Theo phụ lục giáo trình "kết cấu bê tông cốt thép" của tác giả Nguyễn Đình Cống, hệ số R được xác định với bê tông B25 và cốt thép AIII, trong điều kiện làm việc b = 1, cho kết quả R = 0.563.
Bảng 4.7 Cốt thép hệ đâm bể nước
4.6.3.2 Tính toán cốt thép ngang
- Khả năng chịu cắt của tiết diện bêtông khi không có thép đai:
Cường độ chịu kéo của bêtông B25 là Rbt = 1.05 MPa (theo bảng 6.1 trong sách "SÀN SƯỜNG BÊTÔNG TOÀN KHỐI" của Nguyễn Đình Cống) Đối với dầm DN1, DN2, DN3, bề rộng của tiết diện là b = 200 mm và chiều cao làm việc của tiết diện được tính là h0 = 300 - 32 & 8 mm Ảnh hưởng của lực dọc được bỏ qua với φn = 0, nhằm đảm bảo tính an toàn cho kết cấu.
C : hình chiếu của tiết diện nghiêng lên phương trục dầm, gần đúng chọn C = 2h0
- Lực cắt lớn nhất trong các dầm nắp :
- Lực cắt lớn nhất trong các dầm nắp đều nhỏ hơn Qbo, do đó bê tông đủ khả năng chịu lực, cốt đai chỉ cần đặt theo cấu tạo :
+ Chọn thộp đai ỉ6, đai hai nhỏnh.
+ Bước đai đặt theo yêu cầu cấu tạo như sau:
+ Trong đoạn gần gối tựa (1/4 chiều dài dầm): s = 150(mm)
+ Đoạn giữa dầm (1/2) chiều dài dầm): s = 300(mm)
- Lực cắt lớn nhất trong dầm: Qmax = 140.31 (kN)
- Khả năng chịu cắt của tiết diện bêtông khi không có thép đai:
Cường độ chịu kéo của bêtông B25 được xác định là Rbt = 1.05 MPa, theo thông tin từ bảng 6.1 trong sách "Sàn sường bêtông toàn khối" của Nguyễn Đình Cống Chiều cao ho được tính là 464 mm, với bề rộng b là 200 mm Đối với φn, chúng ta bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc để đảm bảo tính an toàn.
- Nhận xét: Qb0 = 73.08 (kN) < Qmax = 140.31 (kN) do đó bêtông không đủ chịu lực cắt, cần tính toán cốt đai chịu cắt
- Chọn cốt đai 6, asw = 28.3(mm 2 ), số nhánh n = 2.
- Kiểm tra về điều kiện ứng suất nén chính:
Qmax = 140.31 (kN) < Qbt = 362.4 (kN) Thỏa điều kiện chịu ứng suất nén chính (dầm bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng)
Hệ sốb2 xét đến ảnh hưởng của loại bê tông, đới với bê tông nặng b2 = 2
Tiết diện hình chữ nhất nên φf = 0
C * > 2h0 = 2×464 = 928 (mm) =0.928 (m) Lấy C = C * = 1.29 (m) và Co = 2ho 0.928 (m) ứng với tải trọng phân bố.
Với φb3 = 0.6 đối với bê tông nặng
Q b min 0.6 (1 0 0) 1.05 200 464 /10 3 58.5(kN) q sw1 Q max Q b 139.94 70.1 75.26(kN/ m)
Lấy qsw = 75.26 (kN/m) sR sw A sw 175 56.52 / 1000 0.13( m) q sw 75.26
Vậy chọn cốt đai ỉ6a100 (mm) bố trớ trong đoạn L/4 đầu nhịp, đoạn giữa nhịp đặt theo cấu tạo ỉ6250
Lực cắt lớn nhất trong dầm DD3 được sử dụng để tính toán cốt đai, nhằm đảm bảo an toàn và đơn giản hóa quá trình tính toán Kết quả này cũng được áp dụng cho hai dầm DD1 và DD2.
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ KHUNG – VÁCH
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B25 với các thông số tính toán như sau:
- Cường độ tính toán chịu nén:
- Cường độ tính toán chịu kéo:
- Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10).
+ Cường độ tính toán chịu nén
+ Cường độ tính toán chịu kéo
+ Cường độ tính toán cốt ngang
+ Mô đun đàn hồi Es = 210000 MPa.
- Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ >10).
+ Cường độ tính toán chịu nén : Rs = 365 MPa.
+ Cường độ tính toán chịu kéo : Rs = 365 MPa.
Cốt thép Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN
5.2.1 Kích thước tiết diện cột
- Diện tích tiết diện cột xác định sơ bộ như sau: Fcột = kt
N = ns×qs×Sxq ns : Số sàn tầng phía trên cột đang xét qs: Tải trọng phân bố trên 1m 2 sàn
Với nhà có bề dày sàn là bé (10 14cm kể cả lớp cấu tạo mặt sàn), có ít tường, kích thước của dầm và cột thuộc loại bé q = 10 – 14 (kN/m 2 )
Với nhà có bề dày sàn nhà trung bình (15 20cm kể cả lớp cấu tạo mặt sàn) tường, dầm, cột là trung bình hoặc lớn q = 15 – 18 (kN/m 2 )
Với nhà có bề dày sàn khá lớn ( 25cm ), cột và dầm đều lớn thì qcó thể lên đến 20kN/m 2 hoặc hơn nữa.
Diện tích truyền tải xung quanh cột được xác định bởi hệ số kt, phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố như mômen uốn, hàm lượng cốt thép và độ mảnh của cột Hệ số kt có giá trị trong khoảng từ 1.1 đến 1.5, và trong trường hợp này, chúng ta chọn kt = 1.3.
R b = 145(daN/cm ): cường độ chịu nén của bê tông B25.
Trong thiết kế nhà cao tầng, việc chịu tải ngang là yếu tố chính, do đó để đảm bảo tính ổn định và đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng ta nên chọn cột có tiết diện lớn nhất và bố trí đều trên toàn bộ mặt bằng của mỗi tầng Đồng thời, có thể thay đổi tiết diện cột sau mỗi bốn tầng để tối ưu hóa hiệu quả kết cấu.
Cột trục 2-B có diện tích truyền tải lớn nhất trong mặt bằng kiến trúc, vì vậy chúng tôi sẽ chọn tiết diện của cột này để áp dụng cho tất cả các cột còn lại.
Bảng 5.1 Tiết diện sơ bộ cột
5.2.2 Kích thước tiết diện dầm
Kích thước tiết diện dầm đã được chọn sơ bộ trong Chương 2 ( Tính toán thiết kế sàn tầng điển hình ) Kích thước tiết diện các loại dầm như sau :
- Dầm môi và công xôn : bxh = 200×300 mm 2
5.2.3 Kích thước tiết diện vách cứng
Vách cứng đóng vai trò là kết cấu chịu lực ngang chủ yếu trong các tòa nhà cao tầng Để đảm bảo sự ổn định và tránh hiện tượng mất ổn định ngang, bề dày của bụng vách cứng cần phải được thiết kế không nhỏ hơn một mức nhất định.
BW = min(ht/20;150mm), trong đó ht là chiều cao tầng.
BW = min(3400/20 ; 150mm) = min(170 ; 150mm)
TẢI TRỌNG ĐỨNG TÁC DỤNG VÀO HỆ KHUNG – VÁCH
5.3.1.1 Tải trọng các lớp cấu tạo sàn
- Trọng lượng bản sàn BTCT sẽ được phần mềm ETABSv9.7.4 tự động tính Khai báo hệ số Self Weight Multiplier của tĩnh tải(DEAD LOAD)=1.1
- Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn thường :
Bảng 5.2 Trọng lượng bản thân các lớp hoàn thiện sàn thường
- Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn vệ sinh, ban công, lô gia :
Bảng 5.3 Trọng lượng bản thân các lớp hoàn thiện sàn vệ sinh, ban công, lô gia
Tải trọng tính toán của tường tác dụng lên sàn và dầm được phân bố theo chiều dài, với công thức p tt t n ht bt t (KN/m) Trong đó, n là hệ số vượt tải với giá trị n = 1.1, ht là chiều cao của tường, bt là bề rộng của tường (m), và γt = 18 (kN/m³) là trọng lượng riêng của tường.
Bảng 5.4 Tải trọng tường xây phân bố theo chiều dài bt
- Tải trọng của các tường xây trực tiếp trên sàn được gán vào mô hình thông qua dầm ảo trong phần mêm ETABS v9.7.4
5.3.1.3 Tải trọng bể nước mái
- Để đơn giản và thiên về an toàn ta xem tải trọng nước là tĩnh tải.
- Tải trọng bể nước mái được gán vào trong phần mềm ETABS bằng các lực tập trung ngay tại vị trí các chân cột bê nước mái
Hình 5.1 Phản lực chân cột bể nước mái 5.3.1.4 Phản lực gối tựa cầu thang
Phản lực gối tựa cầu thang trong trường hợp tĩnh tải được thể hiện qua hình 5.2, với phản lực tác dụng lên dầm sàn và dầm chiếu nghỉ dưới dạng phân bố đều.
Cách tính toán hoạt tải tác dụng lên các ô sàn đã được trình bày chi tiết trong chương 2 về tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình Dưới đây là bảng tổng hợp kết quả tính toán hoạt tải cho các ô sàn.
Bảng 5.5 Hoạt tải các ô sàn Ô bản Chức năng Ô bản
- Hoạt tải tầng hầm (bãi đậu xe), lấy: p tt = 1.2 x p tc = 1.2 x 5 = 6 (kN/m²)
- Hoạt tải tầng trệt (tầng thương mại), lấy: p tt = 1.2 x p tc = 1.2 x 4 = 4.8 (kN/m²)
- Đối với tầng mái hoạt tải lấy p tc = 0.75 (kN/m 2 ) → p tt = 1.3x0.75 = 0.975 (kN/m 2 ) 5.3.2.2 Phản lực gối tựa cầu thang
Hình 5.3 Phản lực gối tựa cầu thang với trường hợp hoạt tải
TẢI TRỌNG NGANG TÁC DỤNG VÀO HỆ KHUNG – VÁCH
5.4.1.1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió
- Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo công thức :
Wj = n Wo c k(zj) Sj (kN) Trong đó:
Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (W0) cho công trình ở thành phố Hồ Chí Minh, thuộc khu vực IIA, được xác định theo TCVN 2737-1995 là W0 = 0.83 (kN/m²) Hệ số tin cậy (n) được lấy là 1.2, trong khi hệ số khí động (c) là +0.8 đối với gió đẩy và -0.6 đối với gió hút Tải trọng gió sẽ được gán vào tâm cứng của sàn, do đó c được tính là 0.8 + 0.6 = 1.4 Hệ số k(zj) xét đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao được tra cứu từ bảng 5 - TCVN 2737-1995, theo dạng địa hình B.
Sj : diện tích đón gió phần thứ j của công trình
Sj = hj Lj (m 2 ) Với hj là chiều cao đón gió của phần thứ j của công trình
Với Lj là chiều cao đón gió của phần thứ j của công trình
Bảng 5.6 Giá trị thãnh phần tĩnh tải trọng gió
5.4.1.2 Thành phần động của tải trọng gió
Do công trình cao 56.1m > 40m nên phải tính đến thành phần động của tải gió, các bước tính toán như sau :
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng
Hình 5.4 Mô hình công trình trong phần mềm ETABS v9.7.4
Giá trị các khối lượng tập trung trong sơ đồ tính toán được xác định bằng tổng khối lượng của kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí và 0.5 hoạt tải.
Hình 5.5 Khai báo Mass Source trong Etabs - Chu kỳ và tần số dao động của các mode
Bảng 5.7 Kết quả chu kỳ và tấn số dao động Mode
- Vì đây là hệ khung bê tông cốt thép: =0.3 ; công trình ở vùng áp lực gió IIA Tra bảng
2 ( TCVN 229:1999) Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL=1.3
- Nhận xét: Tần số dao động riêng: f3 < fL = 1.3(Hz) < f4 Vì vậy, theo điều 4.3 TCXD
Theo tiêu chuẩn 229:1999, việc tính toán thành phần động của gió cần xem xét tác động của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình, tương ứng với ba dạng dao động đầu tiên Tuy nhiên, do dạng dao động thứ hai là xoắn, nên không cần đưa vào tính toán.
Mode 1: Công trình dao động theo phương X
Mode 3: Công trình dao động theo phương Y
Bước 2: Xác định áp lực chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió lên các phần tính toán của công trình
- Công thức tính toán và giá trị thành phần tĩnh tải trọng gió được trình bày trong mục 5.4.1.1
Bước 3: Xác định thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải gió tác dụng lên phần thứ j, ứng với dạng dao động thứ i được xác địng theo công thức.
WP(ij):lực, đơn vị tính toán kN
Mj là khối lượng tập trung của phần công trình thứ j, được ký hiệu là T Hệ số động lực i ứng với dạng dao động thứ i là một hệ số không thứ nguyên, được xác định bằng cách chia công trình thành n phần.
Khối lượng các điểm tập trung theo các tầng được xuất từ ETABS (Center Mass Rigidity)
Bảng 5.8 Khối lượng tập trung tại các tầng
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: γ W0 ε i
Hệ số tin cậy tải trọng gió lấy = 1.2 fi : Tầng số dao động riêng thứ i.
W0 : Giá trị áp lực gió Lấy bằng 0.83(kN/m 2 )
Công trình bằng BTCT Theo đồ thị (hình 2 trang 10 trang = 0.3 (TCXD 229 – 1999 ) Ta xác định được hệ số động lựci
Hình 5.6 Đồ thị xác định hệ số động lực + Xác định i :
Hệ số iđược xác định theo công thức:
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau Giá trị này được xác định dựa trên ảnh hưởng của xung vận tốc gió theo một công thức cụ thể.
Wj : giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của gió (kN/m 2 )
Sj : diện tích đón gió phần công trình thứ j (m 2 )
: hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió.
Hình 5.7 Hệ tọa độ khi xác định hệ số tương quan không gian
Gió theo phương X mặt đón gió có dạng chữ nhật định hướng song song với mặt phẳng YOZ nên:
Gió theo phương Y mặt đón gió có dạng chữ nhật định hướng song song với mặt phẳng XOZ nên :
Tra bảng 4 (trang 9 TCXD 229 : 1999) ta có x = 0.73 , y = 0.69 yji : dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i
Bảng 5.9 trình bày chuyển vị tỉ đối của trọng tâm phần công trình tương ứng với các dạng dao động j, cùng với hệ số áp lực động của tải trọng ở độ cao z cho phần thứ j của công trình Kết quả tính toán cho thấy tác động của gió động vào công trình theo phương X ứng với mode 1.
Bảng 5.10 Giá trị thành phần động tải trọng gió theo phương X h Tầng h đón z gió
Kết quả tính toán gió động tác dụng vào công trình theo phương Y ứng với mode 3
Bảng 5.11 Giá trị thành phần động tải trọng gió theo phương Y h Tầng h đón z gió
5.4.1.3 Tổ hợp tải trọng gió
Cách tính gần đúng tổ hợp tải trọng gió được thực hiện theo công thức trong sách “Nhà cao tầng bê tông – cốt thép” của tác giả Võ Bá Tầm, xuất bản bởi Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM năm 2011.
Wtong.i : Tổng tải trọng gió theo phương i (X hoặc Y)
Wtinh.i : Gió tĩnh theo phương i
W dong.i : Gió động theo phương i s : số dạng dao động tính toán
MAI Tầng 16 Tầng 15 Tầng 14 Tầng 13 Tầng 12 Tầng 11 Tầng 10 Tầng 9 Tầng 8 Tầng 7 Tầng 6 Tầng 5 Tầng 4 Tầng 3 Tầng 2 Tầng 1 5.4.2 Tải trọng động đất
5.4.3 Xác định phổ thiết kế
- Tính toán lực động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386 – 2012 “Thiết kế công trình chịu động đất
- Tải trọng động đất được tính toán theo phương pháp phân tích phổ phản ứng
- Theo điều 3.2.2.5 của TCVN9386 – 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 ag là gia tốc nền thiết kế trên nền loại A, ag = γI.agR
Hệ số tầm quan trọng γI của công trình cấp II được xác định theo phụ lục F TCVN 9386-2012 là γI = 1 Đỉnh gia tốc nền tham chiếu trên nền loại A, được tra cứu từ phụ lục I “Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính”, có giá trị agR = 0.0747g (m/s²).
T(s) là chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do
TB (s) là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
TC (s) là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
TD (s) là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng
Dựa trên mặt cắt địa tầng, các số liệu khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng và điều kiện đất nền, cần xem xét tác động của động đất theo quy định tại điều 3.1.2 của TCVN 9386.
2012 nhận dạng nền đất tại khu vực xây dựng công trình này như sau:
Bảng 5.13 trình bày điều kiện đất nền với hệ số ứng xử q = 3.9 và hệ số β tương ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang là β = 0.2 Đồng thời, phổ thiết kế Svd (T) được xác định theo phương thẳng đứng.
- Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất, phổ thiết kế cho bởi các biểu
Bảng 5.14 phổ thiết kế Sd (T),Svd (T) dùng cho phân tích đàn hồi theo phương đứng và phương ngang Phổ thiết kế
Phổ thiết kếPhương ngang
Phổ thiết kế Phổ thiết kế
Phổ thiết kế Phổ thiết kế
5.4.4 Tính toán, tổ hợp tải trọng động đất
Tải trọng động đất sẽ được phần mềm ETABS v9.7.4 tính toán dựa vào phổ thiết kế đã tính ở trên Các bước thực hiện :
- Bước 1 : Khai báo phổ động đất (Quake Load)+ Click chọn menu Define => Response
Hình 5.8 Khai báo phổ phản ứng trong ETABS + Click chọn Spectrum from File => Add New Function
+ Nhập phổ dao động cho công trình như sau:
Tại mục Values are: chọn Period vs Value.
Nhấn vào "Browse" để chọn file phổ dao động đã lưu dưới dạng text Sau đó, nhấn vào "Display Graph" để hiển thị đồ thị phổ dao động như hình minh họa.
- Bước 2: Xây dựng mô hình
Define => Response Spectrum Case => Add New Spectrum.
Input Response Spectrum nhập các giá trị thích hợp.
Theo TCVN 9386 – 2012, điều 4.3.3.5.2 quy định rằng phương án tổ hợp cho phép sử dụng 100% nội lực động đất theo phương gây ra, kết hợp với 30% nội lực do lực động đất theo phương vuông góc.
Bảng 5.15 Các hệ quả của các thành phần tác động động đất
EEdx là biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục nằm ngang X được chọn của kết cấu
EEdy là biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục nằm ngang Y vuông góc của kết cấu
EEdz là biểu thị các hệ quả tác động do tác dụng của thành phần thẳng đứng của tác động động đất thiết kế
TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO HỆ KHUNG– VÁCH
Các trường hợp tải trọng
Bảng 5.16 Các trường hợp tải trọng
Comb35 Comb36 Comb37 Comb38 Comb39 Comb40
Comb44 Comb45 Comb46 Comb47 ENVE1
Comb51Comb52Comb53Comb54Comb55ENVE2
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH
= 13.33x10 -4 > fmax = 6.95x10 -4 Vậy công trình thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh750
NỘI LỰC HỆ KHUNG – VÁCH TRỤC B VÀ TRỤC 2
Hình 5.10 Biểu đồ bao momen khung trục B
Hình 5.11 Biểu đồ bao lực cắt khung trục B
Hình 5.12 Biểu đồ bao momen khung truc 2
Hình 5.13 Biểu đồ bao lực cắt trung trục 2
TÍNH TOÁN CỐT THÉP HỆ KHUNG – VÁCH TRỤC 2 VÀ TRỤC B
5.8.1 Tính toán cốt thép dầm
5.8.1.1 Tính toán cốt thép dọc
- Tính toán cốt thép dầm theo TCVN 5574 – 2012 (Tính toán cấu kiện có tiết diện chữ T theo cường độ trên tiết diện thẳng góc)
- Tại vị trí giữa nhịp dầm, momen căng thớ dưới do đó ta tính toán với tiết diện chữ T có các kích thước như hình dưới : b' f h f
Hình 5.14 Kích thước tiết diện chữ T + Momen ứng với trường hợp trục trung hòa đi qua mép dưới của cánh :
+ Nếu Mf ≥ M thì trục trung hòa qua cánh, tiết diện tính toán là tiết diện chữ nhật b’f×h
+ Nếu Mf < M thì trục trung hòa qua sườn, tiết diện tính toán là tiết diện chữ T như hình 5.14
- Tại vị trí gần gối tựa momen căng thớ trên, phần cánh Sc chịu kéo nên bỏ qua, tiết diện tính toán là tiết diện chữ nhật b×h
- Hàm lượng cốt thép: cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau min max
A b h o s àmin tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy àmin = 0.1% àmax tỷ lệ cốt thộp tối đa : max R R b
Theo phụ lục giáo trình “kết cấu bê tông cốt thép” của tác giả Nguyễn Đình Cống, hệ số R cho bê tông B25 và cốt thép AIII, với hệ số điều kiện làm việc b = 1, được tính là R = 0.563.
Ví dụ tính toán : Tính toán cho dầm B34 tầng 10
Bảng 5.18 Các thông số tính toán dầm 34 tầng 10
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min 0.1%
Chọn 4ỉ25+2ỉ20 (As = 2591 mm 2 ), hàm lượng cốt thộp bố trớ μ = 1.33% + Gối trái : tính toán tương tự như gối phải, kết quả được đưa vào phần phụ lục
Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng chịu nén với hf = 110
(mm) Xác định độ vươn cánh Sc : hf = 110 (mm) > 0.1h = 0.1×700 = 70
Sc = L/6 = 9000/6 = 1500 (mm) ( L là nhịp dầm)
Sc = Ltt/2 = 4000/2 = 2000 (mm) ( Ltt là khoảng cách thông thủy giữa 2 dầm dọc)
Mf Rb b ' f hf (h0 0.5hf ) 14.5 1620 110 (630 0.5 110) /10 6 1485.7(kNm)
Ta có Mnh = 266.57 (kN.m) < Mf : trục trung hòa đi qua cánh. Tính giá tri :
Kiểm tra hàm lượng cốt thép : min 0.1%
Chọn 4ỉ22 (As = 1520 mm 2 ) bố trớ, hàm lượng cốt thộp bố trớ à = 0.76%.
- Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm với kích thước tiết diện và cốt thép đã chọn : + Tại gối phải :
Với cốt thép đã bố trí, tính được att (chọn lớp bê tông bảo vệ co = 25 mm) a a 1 A s1 a 2 A s2
Suy ra h0tt = h – att = 700 – 49 = 651 (mm)
[M] = 512.5 (kNm) > M = 503.16 (kNm) Vậy dầm đủ khả năng chịu lực tại gối
+ Tại nhịp : a tt = 25 + 22/2 = 36 (mm) h0tt = 700 – 36 = 664 (mm)
[M] = 362.5 (kNm) > M = 349.9 (kNm) Vậy dầm đủ khả năng chịu lực tại nhịp
- Các dầm còn lại được tính toán và kiểm tra tương tự, kết quả tính toán được đưa vào phần phụ lục
5.8.1.2 Tính toán cốt thép ngang
- Dầm B83(400×800) tâng 16 có lực cắt lớn nhất với giá trị Qmax = 538.66 (kN)
- Khả năng chịu cắt của tiết diện bêtông khi không có thép đai:
Cường độ chịu kéo của bêtông B25 được xác định là Rbt = 1.05 MPa (theo bảng 6.1 trong sách "Sàn sường bêtông toàn khối" của Nguyễn Đình Cống) Chiều cao h0 của cấu trúc được tính là 800 mm trừ 56 mm, cho kết quả h0 = 744 mm Bề rộng b của cấu trúc là 400 mm, và ảnh hưởng của lực dọc được bỏ qua với giả định thiên về an toàn, với φn = 0.
- Nhận xét: Qb0 = 234.36 (kN)< Qmax = 538.66 (kN) do đó bêtông không đủ chịu lực cắt, cần tính toán cốt đai chịu cắt
- Chọn cốt đai ỉ 10, asw = 78.5(mm 2 ), số nhỏnh n = 2.
- Kiểm tra về điều kiện ứng suất nén chính:
Qmax = 538.66 (kN) < Qbt = 1162.2 (kN) Thỏa điều kiện chịu ứng suất nén chính (dầm bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng)
Hệ sốb2 xét đến ảnh hưởng của loại bê tông, đới với bê tông nặng b2 = 2
Tiết diện hình chữ nhất nên φf = 0
C * > 2h0 = 2×744 = 1488 (mm) =1.488 (m) Lấy C = C * = 1.73 (m) và Co = 2ho 1.488 (m) ứng với tải trọng phân bố.
Với φb3 = 0.6 đối với bê tông nặng
Q bmin 0.6 (1 0 0) 1.05 400 744 /10 3 187.5(kN) q sw1 Q max Q b 538.66 268.8 181.4(kN/ m)
Lấy qsw = 187.5 (kN/m) sR sw
- Cấu tạo cốt đai theo điều kiện kháng chấn ( theo TCVN 9386-2012) :
+ Khoảng cách s của các vòng cốt đai (tính bằng mm) trong vùng tới hạn của dầm không được vượt quá :
Trong đó: dbL là đường kính thanh cốt thép dọc nhỏ nhất (tính bằng mm) hw là chiều cao tiết diện của dầm (tính bằng mm)
* Từ những kết quả tính toán trên bố trí cốt đai như sau
5.8.1.3 Tính toán cốt thép gia cường
- Tính toán đại diện cho một dầm và bố trí cho các dầm còn lại
- Từ mô hình Etabs ta có lực cắt tại vị trí dầm phụ gác lên dầm chính
- Dầm chinh 300×700 có ho = 650 mm
- Sử dung cốt treo dạng đai với đường kớnh đai ỉ10 cú asw = 78.5 mm 2
- Số cốt treo cần thiết cho mỗi bên của dầm phụ gối lên dầm chính:
→Chọn m=6 đai, Bố trí mỗi bên dầm phụ 3 đai, khoảng cách giữa các cốt treo là 50 mm. 5.8.2 Tính toán cốt thép cột
5.8.2.1 Tính toán cốt thép dọc
- Phương pháp tính toán gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên hành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép.
- Xét tiết diện có các cạnh Cx, Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp này là
2 , cốt thép được đặt theo chu vi phân bố đều hoặc cốt thép đặt theo phương
C cạnh ngắn có mật độ dày hơn.y
Tiết diện chịu lực nén N và momen uốn Mx = M3, My = M2, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax và eay, đã được phân tích Sau khi xem xét uốn theo hai phương, hệ số ηx và ηy đã được tính toán, cho thấy sự gia tăng của momen.
Mx1= ηx×Mx: My1= ηy×My Tùy theo tương quan giữa giá trị Mx1; My1 với kích
Bảng 5.19 Điều kiện và kí hiệu tính toán
Mô hình Điều kiện h Cx ; b Cy
Kí hiệuM1 Mx1 ; M2 My1 ea eax 0.2eay
Hình 5.15 Mặt cắt tiết diện cột
- Xác định chiều cao vùng nén : x1 N
- Tính momen tương đương (biến đổi lệch tâm xiên ra lệch tâm phẳng)
- Theo TCXDVN 5574:2012 độ lệch tâm ngẫu nhiên ea trong mọi trường hợp
30h Với l là chiều dài cấu kiện; h là chiều cao tiết diện.
- Độ lệch tâm ban đầu :
Với kết cấu tĩnh định: e0 = e1 + ea
Với kết cấu siêu tĩnh: e0 = Max(e1 , ea)
- Xác định độ lệch tâm e : h e e 0 2 a
- Tính toán độ mảnh hai phương l 0x ; l 0y ; x y i y i x λ = Max( λx, λy)
- Dựa vào độ lệch tâm e0 và giá trị x1 để phân biệt các trường hợp tính toán.
+ Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé:e 0 0.3 tính toán gần như nén đúng tâm. h0
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm γ e :
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
Khi 14 1 ; khi 4< λ imin= 0.288 b
Khi 14 : bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấy =1 - Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén :
Khi N < 0, tức là trong vùng biên chịu kéo, theo giả thiết ban đầu, ứng lực kéo mà cốt thép chịu sẽ được tính toán dựa vào diện tích cốt thép chịu kéo bằng công thức sau:
Để đảm bảo chất lượng công trình, cần kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu hàm lượng không đạt yêu cầu, cần điều chỉnh kích thước B của vùng biên và thực hiện lại tính toán từ bước 1 Chiều dài tối đa của B trong vùng biên cần được xác định để đảm bảo tính khả thi của thiết kế.
- Khi tính ra Fa < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo Theo TCXDVN 198-1997 Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình.
- Cốt thép đứng: hàm lượng
- Cốt thép ngang: không ít hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc và hàm lượng cốt thép μ > m in
- Trong tính toán nội lực vách này: ta chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
Kiểm tra phần tường còn lại để đảm bảo cấu kiện chịu nén đúng tâm Nếu bê tông đủ khả năng chịu lực, cốt thép chịu nén trong vùng này sẽ được bố trí theo cấu tạo phù hợp.
Ví dụ tính toán : Tính toán đại diện với vách ở tầng 2
Bảng 5.21 Thông số vách tầng 2
- Độ mảnh của vách trong mặt phẳng uốn :
- Giả thiết chiều dài vùng biên Bl = Br = 0.1L = 0.1×7600 = 760 (mm)
- Diện tích bêtông vùng biên :
- Diện tích bêtông vùng giữa :
- Diện tích cốt thép chịu kéo vùng biên :
- Hàm lượng cốt thép vùng biên :
Chọn 12ỉ20 (Ast = 3770 mm2) bố trớ cho cả hai vựng biờn vỡ momen cú thể đổi chiều - Diện tích cốt thép vùng giữa :
Diện tích cốt thép yêu cầu vùng giữa < 0 chứng tỏ bê tông đủ khả năng chịu nén, cốt thộp đặt theo cấu tạo, chọn ỉ16a200 (μ = 0.6%)
Kết quả tính toán cốt thép vách các tầng còn lại được trình bày trong phần phụ lục 5.8.3.2 Tính toán cốt thép đai
- Vách tầng 2 có lực cắt lớn nhất Qmax = 1636.47(kN), lực dọc N = 8394.3 (kN)
- Điều kiện tính toán: b3 (1 f n )b Rbt bho Qmax 0.3wl b1 b Rb bho
Trong đó: b3= 0.6: đối với bê tông nặng f= 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén n 0.1 n 0.1 b3 (1 0.35) 1 1.05 300 7550 / 10 3 832.4(kN) Qmax
→Cần phải tính cốt đai
- Chọn đường kính cốt đai dsw = 10 (mm), số nhánh n =2, Rsw = 175 MPa
- Khoảng cách giữa các cốt ngang theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất: stt
- Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt: s
- Khoảng cách cốt đai theo yêu cầu cấu tạo : sct = min ( 20dsw ; 250 ) =min ( 20×10 ; 250 ) = 200 (mm)
- Vậy chọn và bố trí cốt đai như sau :
