KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
- Công trình xây dựng theo hình chữ nhật với chiều dài 51m, chiều rộng 29m chiếm diện tích đất xây dựng là 1479m 2
- Chiều cao công trình là 44.8 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên
- Đƣợc xây dựng với quy mô 14 tầng nổi (kể cả mái ), 1 tầng hầm
- Cốt ±0,00 m đƣợc chọn đặt tại mặt sàn tầng trệt Mặt đất tự nhiên tại cốt -1,50 m, mặt sàn tầng hầm tại cốt -3,00 m
Tầng hầm của công trình có chiều cao 3m, trong khi tầng trệt cao 4m và tầng 1 có chiều cao 4.5m Các tầng điển hình đều có chiều cao 3.3m Đặc biệt, khu vực đỗ xe được thiết kế nằm dưới tầng hầm.
Tầng trệt và tầng lửng 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 kỹ thuật: bố trí các phương tiện kỹ thuật, điều hòa, thiết bị thông tin…
- Tầng 3 – 13: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở
Hình 1.1 - MẶT BẰNG TẦNG HẦM TL: 1/100
Hình 1.2 - MẶT BẰNG TẦNG TRỆT TL: 1/100
- Công trình có hình khối kiến trúc hiện đại phù hợp với tính chất là một chung cƣ cao cấp kết hợp với trung tâm thương mại
- Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước
Hình 1.4 – MẶT ĐỨNG TRỤC 1-6 TL: 1/100
GIẢI PHÁP GIAO THÔNG TRONG CÔNG TRÌNH
- Giao thông ngang trong công trình là hệ thống hành lang
Hệ thống giao thông đứng bao gồm thang bộ và thang máy, với 1 thang bộ và 3 thang máy, trong đó có 2 thang máy chính và 1 thang máy chở hàng phục vụ y tế với kích thước lớn hơn.
Thang máy được đặt ở vị trí trung tâm của nhà, trong khi các căn hộ được sắp xếp xung quanh lõi, phân cách bởi hành lang Điều này giúp tối ưu hóa khoảng cách di chuyển, mang lại sự tiện lợi và hợp lý, đồng thời đảm bảo không gian thông thoáng.
CƠ SỞ THIẾT KẾ
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
- Tính toán thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình
- Tính toán thiết kế kết cấu cầu thang bộ
- Thiết kế 1 khung trục: Sử dụng mô hình không gian, tính thành phần động của gió, vách cứng
- Tính toán thiết kế kết cấu 2 phương án móng cọc ép BTCT và cọc khoan nhồi của: khung thiết kế và vách thang máy
TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG
- TCVN 5574–2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép– Tiêu chuẩn thiết kế
- TCXD 198–1997: Nhà cao tầng– Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
- TCXD 9386- 2012: Thiết kế công trình chịu động đất
- TCVN 2737–1995: Tải trọng và tác động– Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 229–1999: Chỉ dẫn tính thành phần động của tải trọng gió
- TCVN 10304-2014: Móng cọc– Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 9362-2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
- TCXD 205-1998: Móng cọc– Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 9394-2012: Đóng và ép cọc- Thi công và nghiệm thu
- TCVN 9395-2012: Cọc khoan nhồi- Thi công và nghiệm thu.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.3.1 Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
- Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng gồm các loại sau
Các hệ kết cấu cơ bản: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu hộp (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, hệ kết cấu có dầm chuyển, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép Những hệ kết cấu này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bền và khả năng chịu lực của công trình.
Đƣợc 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 nhưng khả năng chịu tải trọng ngang kém, phù hợp cho công trình cao đến 15 tầng ở vùng tính toán chống động đất cấp 7 Đối với công trình 10-12 tầng, nên áp dụng ở vùng chống động đất cấp 8 Không nên sử dụng cho công trình ở vùng tính toán chống động đất cấp 9.
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, bao gồm cả lắp ghép và đổ tại chỗ cho các kết cấu bê tông cốt thép, mang lại sự thuận tiện tối ưu cho quá trình thi công.
Vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, đƣợc 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
Lõi cứng chịu tải trọng ngang của hệ, có thể bố trí trong hoặc ngoài biên
Hệ sàn gối trực tiếp lên tường lõi hoặc qua các cột trung gian
Phần trong lõi thường bố trí thang máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật của nhà cao tầng
Sử dụng hiệu quả với các công trình có độ cao trung bình hoặc lớn có mặt bằng đơn giản
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
Quy mô công trình 1 tầng hầm và 14 tầng nổi, tổng chiều cao 51.9m lựa chọn hệ khung vách làm kết cấu chịu lực cho công trình
- Các loại kết cấu đang đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay gồm:
Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn
Tính toán đơn giản và phổ biến trong nước, công nghệ thi công đa dạng mang lại sự thuận lợi cho việc lựa chọn phương pháp thi công phù hợp.
Nhược điểm của việc sử dụng dầm và bản sàn khi vượt khẩu độ lớn là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình tăng lên Điều này không chỉ làm giảm tính thẩm mỹ mà còn không tiết kiệm được không gian sử dụng trong công trình.
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột
Phương án thi công với chiều cao kết cấu nhỏ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc giảm chiều cao công trình và tiết kiệm không gian sử dụng Nó cũng dễ dàng trong việc phân chia không gian và thi công nhanh hơn so với phương án sàn dầm, nhờ vào việc không cần gia công cốp pha và cốt thép dầm phức tạp Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng trở nên đơn giản hơn, giúp tối ưu hóa quá trình thi công.
Phương án này có nhược điểm là các cột không được liên kết với nhau, dẫn đến độ cứng thấp hơn so với phương án sàn dầm Điều này làm giảm khả năng chịu lực theo phương ngang, khiến tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu, trong khi tải trọng đứng do cột và vách đảm nhiệm Để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, sàn cần có chiều dày lớn, dẫn đến tăng khối lượng sàn.
- Sàn không dầm dự ứng lực
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột Cốt thép được ứng lực trước
Giảm chiều dày và độ võng sàn giúp giảm chiều cao công trình, từ đó tiết kiệm không gian sử dụng Ngoài ra, việc này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân chia không gian các khu chức năng một cách dễ dàng.
Nhƣợc điểm: Tính toán phức tạp Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
Cấu tạo của công trình bao gồm các tấm panel được sản xuất tại nhà máy Những tấm panel này sẽ được vận chuyển đến công trường để lắp dựng, sau đó tiến hành rải cốt thép và đổ bê tông bù.
Ƣu diểm: Khả năng vƣợt nhịp lớn, thời gian thi công nhanh, tiết kiệm vật liệu
Nhược điểm: Kích thước cấu kiện lớn, quy trình tính toán phức tạp
Bản sàn bê tông BubbleDeck là loại sàn phẳng không dầm, được liên kết trực tiếp với hệ cột và vách chịu lực Đặc điểm nổi bật của công nghệ này là sử dụng quả bóng nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không hoặc ít tham gia chịu lực ở giữa bản sàn, giúp giảm trọng lượng và tiết kiệm vật liệu.
Thiết kế linh hoạt và khả năng thích nghi với nhiều loại mặt bằng là những ưu điểm nổi bật của công trình này Nó tạo ra không gian rộng rãi cho thiết kế nội thất, đồng thời tăng khoảng cách lưới cột và khả năng vượt nhịp lên tới 15m mà không cần sử dụng ứng suất trước Điều này giúp giảm thiểu số lượng tường và vách chịu lực, từ đó rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí dịch vụ đi kèm.
Công nghệ mới này tại Việt Nam vẫn chưa được phổ biến, dẫn đến việc lý thuyết tính toán chưa được áp dụng rộng rãi Hơn nữa, khả năng chịu cắt và chịu uốn của vật liệu này thấp hơn so với sàn bê tông cốt thép thông thường với cùng độ dày.
Đối với các công trình lớn và nhà cao tầng, việc lựa chọn giải pháp kết cấu chính cần đảm bảo tính mỹ quan và khả năng chịu lực, đặc biệt là với bước cột lớn.
- Phương án móng: móng cọc ép, cọc khoan nhồi
Hệ sàn sườn theo phương ngang đảm bảo chiều cao thông thủy, giúp tăng cường độ cứng cho khung Việc sử dụng hệ sàn sườn này không chỉ dễ dàng trong tính toán mà còn thuận tiện trong quá trình thi công.
Sử dụng phổ biến, đơn giản trong việc tính toán, nguyên vật liệu dễ tìm, dễ mua
- Theo phương đứng: chọn hệ vách lõi là kết cấu chịu lực
Tận dụng đƣợc tính thẩm mỹ cho công trình, tránh việc bố trí các cột có tiết diện khá to
Hạn chế việc xoắn cho công trình
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
2.4.1 Yêu cầu về vật liệu
Vật liệu xây dựng được chọn lựa từ nguồn tài nguyên địa phương, không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền biến dạng.
- Vật liệu xây có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt
- Vật liệu có tính biến dạng cao: khả năng biến dạng cao có thể bổ sung cho tính chịu lực thấp
- Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng tốt khi chịu tải trọng lặp lại (động đất, gió bão)
- Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình
Nhà cao tầng thường chịu tải trọng lớn, vì vậy việc sử dụng các vật liệu nhẹ giúp giảm tải trọng tổng thể của công trình, bao gồm cả tải trọng đứng và tải trọng ngang do lực quán tính.
Bê tông cho kết cấu chịu lực trong nhà cao tầng cần có mác từ 300 trở lên đối với bê tông thường và từ 350 trở lên đối với bê tông cốt thép ứng lực trước Đối với kết cấu bê tông cốt thép của nhà cao tầng, nên sử dụng thép cường độ cao theo tiêu chuẩn TCXD 198:1997.
- Bê tông dùng trong nhà cao tầng có cấp độ bền B25 - B60
- Chọn bê tông cấp độ bền B30 với các thông số sau:
Cường độ chịu nén tính toán R b = 17 MPa
Cường độ chịu kéo tính toán R bt = 1.2 MPa
Module đàn hồi của vật liệu E b = 32.5x10 3 MPa
- Sử dụng cốt thộp nhúm AI (ỉ < 10mm) với cỏc thụng số sau:
Cường độ chịu kéo, nén tính toán R s = R sc = 225 MPa
Cường độ chịu cắt tính toán R sw = 175 MPa
- Sử dụng cốt thộp nhúm AII (ỉ ≥ 10mm) cho sàn với cỏc thụng số sau:
Cường độ chịu kéo, nén tính toán R s =R sn = 280 MPa
Cường độ chịu cắt tính toán R sw = 225 MPa
- Sử dụng cốt thộp nhúm AIII (ỉ ≥ 10mm) cho dầm,vỏch với cỏc thụng số sau:
Cường độ chịu kéo, nén tính toán Rs=R sn = 365 MPa
Cường độ chịu cắt tính toán R sw = 290 MPa
2.4.5 Lớp bê tông bảo vệ ( mục 8.3.2 TCVN 5574-2012)
Đối với cốt thép dọc chịu lực, bao gồm cốt thép không ứng lực trước, ứng lực trước và ứng lực kéo trên bệ, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần phải lớn hơn hoặc bằng đường kính của cốt thép hoặc dây cáp, và không được nhỏ hơn các tiêu chuẩn quy định.
Trong bản và tường có chiều dày > 100mm: ….….… 15mm ( 20mm )
Trong dầm và dầm sườn có chiều cao ≥ 250mm:… …20mm( 25 mm)
Toàn khối khi có lớp bê tông lót:……… 35mm
Toàn khối khi không có lớp bê tông lót:……… 70mm
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép đai, cốt thép phân bố và cốt thép cấu tạo phải đảm bảo không nhỏ hơn đường kính của các cốt thép này Điều này là cần thiết để đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình.
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện nhỏ hơn 250mm:…… 10mm (15mm)
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện từ 250mm trở lên: 15mm (20mm)
- Chú thích: giá trị trong ngoặc ( ) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ƣớt.
CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, SÀN, VÁCH
2.5.1 Nguyên tắc bố trí hệ kết cấu
- Bố trí hệ chịu lực cần ƣu tiên những nguyên tắc sau:
Nguyên tắc đơn giản và rõ ràng đảm bảo độ tin cậy của công trình và kết cấu Thường thì, kết cấu thuần khung có độ tin cậy dễ kiểm soát hơn so với hệ kết cấu vách và khung vách, vì loại kết cấu này nhạy cảm hơn với biến dạng.
Truyền lực theo con đường ngắn nhất là nguyên tắc quan trọng giúp tối ưu hóa kết cấu làm việc một cách hợp lý và kinh tế Đối với kết cấu bê tông cốt thép, cần ưu tiên cho những phần chịu nén, đồng thời hạn chế các kết cấu treo chịu kéo Điều này tạo điều kiện cho việc chuyển đổi lực uốn trong khung thành lực dọc, nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu và độ bền của công trình.
Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ kết cấu
2.5.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện của cấu kiện
2.5.2.1 Sơ bộ chiều dày sàn
- Quan niệm tính toán xem sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang, do đó bề dày của sàn phải đủ lớn để đảm các điều kiện sau:
- Sàn không bị rung động, dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang (gió, bão,…) ảnh hưởng đến công năng sử dụng
Trên sàn, hệ tường ngăn không cần dầm đỡ có thể được lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào mà không làm tăng đáng kể độ võng của sàn.
- Chiều dày bản sàn đƣợc chọn sơ bộ theo công thức sau: t s s h D l m
D0.8 1.4 : hệ số phụ thuộc tải trọng
m s 30 35 : đối với sàn làm việc một phương
m s 40 45 : đối với sàn làm việc hai phương
l: chiều dài cạnh ngắn của ô sàn
- Dùng ô sàn lớn nhất S9 (4.3m x 6.7m ) để tính toán
- Khi đó ta xét tỉ lệ: 2
L 4.3 1.56 nên bản làm việc 2 phương, làm việc như bản kê 4 cạnh
2.5.2.2 Sơ bộ tiết diện dầm
- Chọn kích thước dầm chính: ( Sổ tay thực hành kết cấu công trình-Tr 151) : d n
l n là nhịp dầm lớn nhất trong các ô bản
h d là chiều cao của dầm
b d là bề rộng của dầm
- Để thuận tiện cho việc thi công, chọn h d, b d là bội số của 50mm
- Kích thước sơ bộ của dầm được chọn như sau:
- Chọn h dc = 600 mm, sơ bộ kích thước dầm chính: 300x 600 mm
- Sơ bộ các dầm trực giao: 300x500 mm
- Chọn kích thước dầm phụ:
- Sơ bộ dầm phụ chọn: 200x 400
Bảng 2.1 – Bảng kích thước sơ bộ tiết diện dầm
VỊ TRÍ DẦM KÍCH THƯỚC DẦM
Dầm phụ và dầm trục 3,4 200x400
Dầm chiếu tới cầu thang 200x300
2.5.2.3 Sơ bộ tiết diện vách
- Theo mục 3.4.1- TCXD 198-1997_ Nhà cao tầng- Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối ta chọn sơ bộ kích thước vách như sau:
- Sơ bộ chiều dài vách ta chọn theo bản vẽ kiến trúc
- Chọn vách có bề dày không đổi từ móng tới mái và có độ cứng không đổi trong suốt chiều dài của nó
- Chọn bề dày vách thang bộ và vách thang máy: b= 300 mm
- Chọn bề dày các vách còn lại: 300mm
THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
MẶT BẰNG DẦM, SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Hình 3.1 – Mặt bằng bố trí dầm sàn điển hình
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN
- Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng điển hình gồm có: trọng lƣợng bản thân sàn, trọng lƣợng bản thân của kết cấu bao che: g bt + g t
- Trọng lƣợng bản thân sàn là tải trọng phân bố đều của các lớp cấu tạo sàn, đƣợc tính theo công thức :g bt h i i n i
h i : chiều dày lớp sàn thứ i
i : khối lƣợng riêng lớp cấu tạo thứ i
n i : hệ số tin cậy tra bảng 1 trang 10 TCVN 2737 – 1995
Theo yêu cầu sử dụng, các khu vực chức năng khác nhau sẽ có cấu tạo sàn khác nhau, dẫn đến tĩnh tải sàn cũng khác nhau Các kiểu cấu tạo sàn tiêu biểu bao gồm sàn khu ở như phòng khách, phòng ăn và bếp, phòng ngủ, cùng với sàn hành lang và sàn vệ sinh.
Hình 3.2 – Chi tiết cấu tạo sàn Bảng 3.1 - Trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạo sàn khu ở, hành lang
Các lớp cấu tạo sàn h i
Tĩnh tải chƣa kể đến bản sàn 1.33 1.69
Bảng 3.2 - Trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạo sàn khu vệ sinh, ban công
Lớp vữa lót +tạo dốc 20 18 0.36 1.3 0.47
Tĩnh tải chƣa kể đến bản sàn 1.44 1.85
Bảng 3.3 - Trọng lƣợng bản thân sàn tầng hầm
Các lớp cấu tạo sàn h i
Bảng 3.4 - Trọng lƣợng bản thân sàn sân thƣợng
Các lớp cấu tạo sàn h i
Tĩnh tải chƣa kể đến bản sàn 1.8 2.3
Bảng 3.5 - Trọng lƣợng bản thân sàn mái
Các lớp cấu tạo sàn h i
Tĩnh tải chƣa kể đến bản sàn 1.3 1.65
3.2.2 Tải trọng thường xuyên do tường xây
- Thông thường dưới các tường thường có kết cấu dầm đỡ nhưng để tăng tính linh
Khi xác định tải trọng tác dụng lên ô sàn, cần tính thêm trọng lượng tường ngăn, và tải trọng này được phân bố đều trên toàn bộ ô sàn Tải trọng được xác định theo công thức: tt t B t H t L t t g n.
t : trọng lượng riêng của tường xây (kN/m 3 )
S : diện tích ô sàn có tường (m 2 )
Khi làm việc với các ô sàn có kích thước giống nhau nhưng được bố trí tường ngăn khác nhau, cần chọn ô sàn có khả năng chịu tải trọng tường lớn hơn để thực hiện các tính toán điển hình.
Bảng 3.6 - Tải trọng do tường xây trên sàn Ô sàn B t L t H t S s g tc n g tt
Bảng 3.7 - Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn g tt g tt s g tt s Ô sàn g tt.s g tt.t G tt
Giá trị hoạt tải được xác định dựa trên chức năng của từng loại phòng Theo TCVN 2737-1995, hệ số độ tin cậy cho tải trọng phân bố đều trên sàn và cầu thang là 1.3 khi tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 200 daN/m², và 1.2 khi tải trọng tiêu chuẩn lớn hơn hoặc bằng 200 daN/m².
Bảng 3.8 - Hoạt tải trên từng loại sàn Ô sàn Công năng Hoạt tải tiêu chuẩn p tc Hệ số tin cậy
Hoạt tải tính toán p tt
S4 Phòng ăn+ bếp+ nhà vệ sinh 1.5 1.3 1.95
S6 Phòng ăn+ bếp+ nhà vệ sinh 1.5 1.3 1.95
3.2.4 Tổng tải trọng phân bố đều tác dụng lên sàn:
- Tổng tải trọng tính toán: q s g s tt p s tt kN/m 2
g s tt là tĩnh tãi tính toán của sàn
p s tt là hoạt tải tính toán của sàn
Bảng 3.9 Kết quả tính toán tải trọng lên sàn Ô sàn Diện tích
Trọng lƣợng bản thân sàn
Trọng lƣợng tường trên sàn
Tổng tải trọng p c +g c kN/m 2 kN/m 2 kN/m 2 kN/m 2
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CÁC Ô BẢN
- Nội lực trong sàn đƣợc xác định theo sơ đồ đàn hồi:
L 1 : kích thước cạnh ngắn của ô sàn
L 2 : kích thước cạnh dài của ô sàn
- Dựa vào tỉ số L 2 /L 1 , t chia ra làm 2 loại bản sàn:
L / L 2 1 2: sàn làm việc 2 phương sàn bản kê 4 cạnh
L / L 2 1 2: sàn làm việc 1 phương sàn bản dầm
Bảng 3.10 Phân loại ô sàn Ô sàn L1 L2 L2/L1 Loại Diện tích (m 2 ) Chiều dày (cm)
- Quan niệm dầm biên xem là khớp hay ngàm phụ thuộc vào độ cứng của sàn và dầm biên:
Khi d s h 3 h liên kết giữa dầm và sàn xem là ngàm
Khi d s h 3 h liên kết giữa dầm và sàn xem là khớp
Bảng 3.11 Bảng xác định sơ đồ tính cho các ô bản kê Ô BẢN Chiều dày
(mm) b d x h d h d Tỷ số Liên kết giữa sàn và dầm Sơ đồ tính
Tính toán ô bản đơn dựa trên sơ đồ đàn hồi cần xem xét điều kiện liên kết giữa bản và các dầm bê tông cốt thép, có thể là tựa đơn hoặc ngàm xung quanh, để lựa chọn sơ đồ tính toán phù hợp.
- Cắt ô bản theo mỗi phương với bề rộng b= 1m, giải với tải phân bố đều tìm được momen nhịp và gối
Hình 3.3 – Sơ đồ tính số 9
- Mômen dương lớn nhất ở giữa bản:
- Mômem âm lớn nhất ở gối:
P = q.L 1 L 2 - tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn
Hệ số m 91 ; m 92 ; k 91 ; k 92 (phụ lục 6 Sàn sườn bê tông toàn khối – GS.Nguyễn Đình Cống )
- Ta tiến hành tính điển hình cho ô sàn S1
- Ta có: L 1 = 4.35m, L 2 = 4.65m L 2 /L 1 = 1.07 ( ô bản 2 phương làm việc theo sơ đồ tính số 9)
- Tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn S1
- Từ L 2 /L 1 = 1.04 tra bảng phụ lục 6 ta đƣợc các hệ số:
- Tính toán tương tự cho các ô bản còn lại, ta được giá trị cho trong bảng sau
Bảng 3.12 Bảng tổng hợp momen bản kê Ô bản L 1
Tải trọng (kN/m 2 ) Các hệ số Momen
- Tính thép bản nhƣ cấu kiện chịu uốn có bề rộng b= 1m, chiều cao h chính là bề dày sàn
- Giả thiết: a = 20 mm, h 0 h s a 110 20 90(mm), trong đó a là khoảng cách từ mép ngoài bê tông đến trọng tâm nhóm cốt thép chịu lực
- Bê tông B30:R b 17MPa cường độ tính toán của bê tông
- Cốt thộp AI (ỉ< 10mm) cú R s 225MPa:cường độ tớnh toỏn chịu kộo của cốt thộp
- Cốt thộp AII (ỉ≥ 10mm) cúR s 280MPa:cường độ tớnh toỏn chịu kộo của cốt thộp
- Tính toán cốt thép cho ô sàn điển hình S1:
- Chọn ỉ8a200 cú A s = 251 mm 2 , kiểm tra lại điều kiện hàm lƣợng cốt thộp
Bảng 3.13 Bảng kết quả tính toán cốt thép
- Xét 1 dãi bản có bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn và tính thép cho dải bản đó như một dầm kích thước b h s với 2 đầu ngàm
- Tải trọng phân bố đều tác dụng: qp g 1m (kN / m)
Hình 3.4 – Sơ đồ tính ô bản dầm Bảng 3.14 Bảng tổng hợp momen bản dầm Ô bản L1 tt qs 1m (kN / m)
- Công thức tính toán tương tự như đối với bản kê 4 cạnh, ta được kết quả cho trong bảng sau:
Bảng 3.15 Bảng tổng hợp tính toán cốt thép bản dầm
PHỐI HỢP CỐT THÉP
- Do tính toán các ô sàn độc lâp nên thường xảy ra hiện tượng tại 2 bên của dầm thì các ô sàn có nội lực khác nhau
Sự phân phối momen tại gối của hai ô sàn kế cận là bằng nhau Để đảm bảo tính an toàn và đơn giản, cần bố trí cốt thép cho cả hai bên gối dựa trên momen lớn nhất.
- Đối với cốt thép chịu momen dương, để tiện thi công người ta thường kéo dài cốt thép cùng loại trong những ô sàn liên tiếp.
TÍNH TOÁN KIỂM TRA ĐỘ VÕNG SÀN
- Ta chọn ô sàn S 9 ( 4.3m x 6.7m ) có kích thước lớn nhất để tính toán và kiểm tra độ võng
- Chiều dày bản sàn: 110mm
- Tiết diện hình chữ nhật: b= 1000mm, h= 110mm
- Bê tông B30, chiều dày lớp bê tông bảo vệ c= 15mm, có cường độ chịu nén tính toán R b.ser = 18.5MPa, cường độ chịu kéo tính toán R bt.ser = 1.8MPa, E b = 32.5 x
- Khoảng cách từ trọng tâm nhóm cốt thép chịu kéo đền mép bê tông ngoài cùng: a c 0.5 ỉ 15 0.5 8 19(mm)
- Tiết diện hình chữ nhật, không có A S ’ nên h f = h f ’= 0, b f = b f ’= 0
3.5.1 Đặc trƣng hình học, tính toán khả năng kháng nứt sàn
- Tính toán tham khảo giáo trình “Tính toán thực hành cấu kiện BTCT ( tập 2) GS.Nguyễn Đình Cống-trang 189”
- Diện tích tiết diện quy đổi
- Momen tĩnh của tiết diện quy đổi đối với trục qua mép chịu nén
- Khoảng cách từ trọng tâm O đến mép chịu nén ( tiết diện hình chữ nhật) red 0 red
- Momen quán tính của tiết diện quy đổi đối với trục qua trọng tâm
- Trong đó: I , I , I , I lần lƣợt là momen quán tính của phần bê tông chịu kéo, b ' b s ' s nén, cốt thép chịu kéo, chịu nén đối với trục qua trọng tâm
- Momen chống uốn của tiết diện quy đổi đối với mép chịu kéo red 3 red
- Khoảng cách từ đỉnh lõi xa vùng kéo đến trọng tâm ( cấu kiện sàn chịu uốn không có cốt thép căng trước) red 0 red
- Momen quán tính của tiết diện vùng bê tông chịu nén đối với trục trung hòa
- Momen quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng A s
- Momen quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng A' s
- Momen tĩnh của tiết diện tương ứng của vùng bê tông chịu kéo đối với trục trung hòa
- Momen kháng uốn của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng
- Momen ứng lực P đối với trục dùng để xác định M r
- Trong đó: s là ứng suất trong cốt thép không căng S do co ngót gây ra ( tra bảng
- Khả năng chống nứt của sàn
3 6 crc bt.ser pl rp
- Kiểm tra sự hình thành vết nứt r 1 r crc
Vậy cấu kiện không có vết nứt
3.5.1 Tính toán độ võng sàn
- Tính toán độ cong của cấu kiện không có vết nứt trong vùng chịu kéo theo mục 7.4.2 TCVN 5574-2012
- Theo mục 7.4.2, ta có công thức tính toán độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm
: độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn
: độ cong do tải trọng tạm thời dài hạn ( tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn )
: độ cong do sự vồng lên của cấu kiện do tác dụng ngắn hạn của ứng lực nén trước P
: độ cong do sự vồng lên của cấu kiện do co ngót và từ biến của bê tông khi chịu ứng lực nén trước
- Do ta tính toán đối với cấu kiện không ứng lực trước nên giá trị độ cong
- Khi đó công thức tính độ cong toàn phần của cấu kiện không nứt:
- Độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn c 91 1 2
M: momen do tải tạm thời ngắn hạn trong ô bản số 9 gây ra
b1 0.85 hệ số xét đến từ biến ngắn hạn đối với bê tông nặng ( TCVN 5574-2012 mục 7.4.2.1 )
- Độ cong do tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
M: momen do tải tác dụng dài hạn trong ô bản số 9 gây ra
b2 2 hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng cấu kiện không có vết nứt( bảng 33 TCVN 5574-2012 mục 7.4.2.3)
Độ cong toàn phần của cấu kiện không nứt
- Độ võng của cấu kiện m q f f f
Đối với cấu kiện sàn có tỷ lệ l/h lớn hơn hoặc bằng 10, có thể không cần xem xét độ võng do biến dạng trượt, chỉ cần chú ý đến độ võng do biến dạng uốn.
- Khi đó độ võng : f fm
- Độ võng do biến dạng uốn:
M x là mô men uốn tại tiết diện x, được tạo ra bởi lực đơn vị tác động theo hướng chuyển vị cần xác định của cấu kiện tại vị trí này Điều này diễn ra trên chiều dài nhịp mà chúng ta cần tính toán độ võng.
là độ cong toàn phần tại tiết diện x do tải trong gây nên độ võng cần xác định
Trong các cấu kiện chịu uốn tĩnh định với tiết diện không đổi, sau khi thực hiện tích phân, biểu thức m có thể được đơn giản hóa theo hướng dẫn trong phụ lục F của TCVN 5574-2012 trang 169.
là độ cong toàn phần của cấu kiện
là hệ số tải trọng lấy theo bảng F.1, TCVN 5574-2012
- Chiều dài nhịp tính toán: L= 4.2m
- Trong đó: q là tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn S9
- Độ võng do biến dạng uốn
- Độ võng cho phép của cấu kiện ( theo bảng 4 trang 20 TCVN 5574-2012 ) u m f 1 430 2.15(cm) f 0.274(cm)
Kết luận: CẤU KIỆN THÕA MÃN YÊU CẦU VỀ ĐỘ VÕNG.
THIẾT KẾ CẦU THANG
THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
Cầu thang là phương tiện giao thông chính trong các công trình, được cấu tạo từ các bậc liên tiếp tạo thành các vế thang Các vế thang này được kết nối với nhau qua chiếu nghỉ và chiếu tới, tạo thành một hệ thống cầu thang hoàn chỉnh.
- Cầu thang là một yếu tố quan trọng về công dụng và nghệ thuật từ kiến trúc, nâng cao tính thẩm mỹ của công trình
- Các bộ phận cơ bản của cầu thang gồm: vế thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, lan can, tay vịn, dầm thang
- Kích thước dầm chiếu tới : 200x300
- Chiều dày bản chiếu nghĩ: h bcn 120mm
- Chiều dày bản nghiêng: h bn 120mm
- Chiều rộng bản chiếu nghĩ: L 1 = 1.2m
- Chiều dài nằm ngang bản nghiêng: L 2 = 2.7m
- Khoảng cách giữa 2 vế thang: 0.3m
- Chọn số bậc thang: 22 bậc, mỗi về gồm 10 bậc thang
- Cao độ 1= + 8.5m ( cao độ sàn lầu 1 )
- Cao độ 2= + 10.15m ( cao độ chiếu nghỉ )
- Cao độ 3= + 11.8m ( cao độ sàn lầu 2 )
- Chiều cao bậc thang: h b 150mm
- Chiều rộng bậc thang l b 270mm
Cầu thang tầng điển hình của công trình này được thiết kế theo dạng cầu thang 2 vế, với kết cấu chịu lực dạng bản Vì hai vế có sơ đồ giống nhau, việc tính toán cho chúng sẽ được thực hiện đồng nhất.
1 vế và bố trí thép tương tự cho vế còn lại
Hình 4.1 – Kiến trúc cầu thang
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG
Hình 4.2 – Mặt cắt cấu tạo cầu thang
4.2.1.1 Tải trọng tác dụng lên chiếu nghỉ
Hình 4.3 – Chi tiết cấu tạo chiếu nghỉ Bảng 4.1 Trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạo của chiếu nghỉ
Trị tiêu chuẩn tc 2 g (kN / m )i
b= 1m là chiều rộng dải bản tính toán
i : bề dày lớp cấu tạo thứ i(m)
i : trọng lƣợng riêng lớp cấu tạo thứ i(kN/m 3 )
n i : hệ số vƣợt tải của lớp cấu tạo thứ i
4.2.1.2 Tải trọng tác dụng lên bản nghiêng
Hình 4.4 – Chi tiết cấu tạo bản nghiêng
- Chiều dày tương đương lớp gạch ceramic, lớp vữa lót b b i td b
- Lớp bậc thang xây gạch b td h Cos 150 0.874
- Lớp bê tông cốt thép td hbn 120mm
- Lớp vữa trát td i 15mm
Bảng 4.2 Trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạo của bản nghiêng
Trị tiêu chuẩn tc 2 g (kN / m )i
b= 1m là chiều rộng dải bản tính toán
i : bề dày lớp cấu tạo thứ i(m)
i : trọng lƣợng riêng lớp cấu tạo thứ i(kN/m 3 )
n i : hệ số vƣợt tải của lớp cấu tạo thứ i
- Trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạo của lan can và tay vịn: 0.3 kN/m
- Tĩnh tãi của bản thang: 2 0.3 2 g 5.6 5.85(kN / m )
- Hoạt tải tiêu chuẩn phân bố đều trên bản thang và bản chiếu tới [ Theo TCVN 2737:1995]: pp n c p
P c = 300 daN/m 2 tải trọng tiêu chuẩn lấy [ Theo bảng 3-mục 15.a TCVN 2737-
n p 1.2 hệ số vƣợt tải [ Theo 4.3.3 TCVN 2737:1995]
4.2.3 Tổng tải trọng tác dụng
SƠ ĐỒ TÍNH CẦU THANG
- Bản làm việc 1 phương, cắt 1 dải bản có chiều rộng 1m để tính toán
Hình 4.5 – Kích thước cầu thang
- Xem bản thang và chiếu nghỉ là dầm gãy khúc liên kết vào vách và dầm chiếu tới
Liên kết bản thang tại vị trí vách được xác định là liên kết khớp, trong khi tại vị trí dầm chiếu tới cũng là liên kết khớp do quá trình thi công dầm và sàn trước khi đổ bê tông bản thang, với kích thước dầm chiếu tới nhỏ (h d / h s < 3) Hơn nữa, việc tính toán giải tay cho hệ tĩnh định tương đối đơn giản và mang lại kết quả nội lực nguy hiểm nhất cho cấu trúc.
- Vì cầu thang có 2 về giống nhau nên ta tính cho 1 vế, rồi lấy kết quả tương tự cho vế còn lại
Hình 4.6 – Sơ đồ tính vế 1
Hình 4.7 – Sơ đồ tính vế 2
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC
Hệ tính toán cho các vế cầu thang là hệ tĩnh định, cho phép xác định nội lực bằng phương pháp cơ học kết cấu hoặc phần mềm tính toán Trong đồ án này, chúng tôi áp dụng phương pháp cơ học kết cấu để tính toán nội lực và xác nhận kết quả bằng phần mềm SAP2000 v14.0.
4.4.1 Phương pháp cơ học kết cấu
- Nội lực: xét 1 tiết điện cách gối tựa D1 1 đoạn là x
Hình 4.8 – Sơ đồ tính cầu thang theo cơ học kết cấu
Mx đạt cực trị khi d M / dx x 0
- Vậy momen đạt cực trị tại vị trí x cách gối tựa D1 1 đoạn x=2.013(m)
- Tính toán các thành phần nội lực
Qxmax khi và chỉ khi x=0 Q max x V cos D1 21.77 0.874 19.03(kN)
N dM sin q tan x V sin dx
Nxmax khi và chỉ khi x=0 N max x V sin D1 21.77 sin 29 3 0 ' 10.57(kN)
Hình 4.9 – Biểu đồ momen cầu thang theo cơ học kết cấu
- Phân phối momen uốn: nhip max goi max
4.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn ( dùng phần mềm SAP 2000 v14.0.0)
- Khai báo các đặc trƣng hình học
Hình 4.10 Khai báo trong sap 2000
- Mô hình chất tải trong SAP 2000
Hình 4.11 Sơ đồ chất tải
Hình 4.13 Biểu đồ lực cắt
Hình 4.14 Biểu đồ phản lực tại ngàm và gối tựa
- Nhận xét: Kết quả nội lực tính toán khi mô phỏng cầu thang dạng 2D bằng Sap
2000 gần giống với kết quả khi tính toán bằng phương pháp cơ học kết cấu của sinh viên
TÍNH TOÁN CỐT THÉP
- Giả thiết: b00mm, a = 20 mm, h 0 h b a 120 20 100( mm), trong đó a là khoảng cách từ mép ngoài bê tông đến trọng tâm nhóm cốt thép chịu lực
Bê tông B30:R b 17MPa cường độ tính toán của bê tông
Cốt thộp AI (ỉ
