KIẾN TRÚC
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Các tòa nhà chung cư cao cấp và dự án chung cư cho người có thu nhập thấp đang gia tăng đáng kể Việc xây dựng các tòa nhà chung cư cao tầng được xem là giải pháp tối ưu, tiết kiệm và hiệu quả nhất trong việc khai thác quỹ đất so với các phương án khác trên cùng một diện tích.
Nhằm giải quyết các yêu cầu và mục đích trên, Chung cư TRẦN XUÂN
SOẠN là một khu nhà cao tầng hiện đại, được thiết kế và xây dựng với đầy đủ tiện nghi và cảnh quan đẹp Đây là không gian sống lý tưởng, phù hợp cho sinh hoạt, giải trí và làm việc.
Công trình gồm 18 tầng, trong đó gồm có: 1 tầng hầm, 1 tầng trệt,15 tầng lầu và 1 sân thượng
Cốt 0.00m được đặt tại mặt sàn tầng trệt, trong khi mặt đất tự nhiên tại vị trí cốt này Mặt bằng sàn tầng hầm nằm ở cốt -3.2m, với tổng chiều cao của công trình đạt 54.7m tính từ cốt 0.00m.
Mặt bằng xây dựng công trình là hình chữ nhật, có chiều dài là 33m, chiều rộng là 31.4m Tổng diện tích xây dựng công trình là 1036m 2
Chức năng của các tầng:
Tầng Hầm cao 3.2m dùng để giữ xe, có xây lắp phòng chứa tủ điện, phòng máy phát, …
Tầng điển hình (từ Lầu 2 đến Lầu 16), cao 3.2m, là khu căn hộ
Sân Thượng: dùng để đặt buồng thang máy, vị trí bể nước mái và các thiết bị kĩ thuật khác
1.1.2 Giải pháp giao thông trong công trình
Giao thông trong công trình được đảm bảo thông qua một buồng thang máy và hai cầu thang bộ, được bố trí tại vị trí trung tâm của khối nhà Trong đó, cầu thang bộ không chỉ phục vụ cho việc di chuyển mà còn đóng vai trò quan trọng là lối thoát hiểm.
Giao thông ngang của mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang chung
Tất cả các phòng đều có ánh sáng chiếu vào từ các ô cửa sổ
Ngoài việc tạo thông thoáng bằng hệ thống cửa sổ ở mỗi phòng, còn sử dụng hệ thống thông gió nhân tạo, bằng máy điều hòa, quạt ở các tầng…
KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Hình 1.1 Mặt đứng công trình từ trục A - F
1.2.2 Mặt bằng các tầng điển hình
Hình 1.2 Mặt bằng tầng điển hình
Hình 1.3 Mặt cắt công trình từ trục A-F
CƠ SỞ THIẾT KẾ
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Nội dung tính toán bao gồm ba yêu cầu chính: thiết kế kết cấu khung trục, thiết kế sàn tầng điển hình và thiết kế kết cấu móng cho công trình được giao.
2.1.1 Thiết kế kết cấu khung trục và sàn Tầng điển hình
Yêu cầu thiết kế khung tối thiểu 15 tầng trở lên
Thiết kế sàn tầng điển hình
Thiết kế khung trục là quá trình sử dụng mô hình khung không gian để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình Điều này bao gồm việc tính toán các thành phần động của gió và động đất, đồng thời bố trí vách cứng một cách hợp lý nếu cần thiết.
2.1.2 Thiết kế kết cấu móng
Tính toán 2 phương án móng cho công trình: Móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi cho:
Khung thiết kế tương ứng
Lõi thang của công trình.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
Dựa vào hình khối của công trình, cần lựa chọn giải pháp kết cấu với ưu tiên cho tính đơn giản, đều đặn, đối xứng và liên tục, trừ những trường hợp yêu cầu kiến trúc đặc biệt.
Các yếu tố mang tính quyết định đến kết cấu công trình
Tải trọng đứng: Trọng lượng bản thân, hoạt tải sử dụng… có giá trị khá lớn và tăng dần theo số tầng cao của tòa nhà
Tải trọng ngang: Tải gió (gió tĩnh, gió động)
Chuyển vị trong công trình xây dựng bao gồm chuyển vị ngang và chuyển vị đứng Chuyển vị ngang lớn có thể làm tăng giá trị nội lực do độ lệch tâm tăng, dẫn đến hư hỏng các bộ phận phi kết cấu như tường và vách ngăn Điều này không chỉ làm tăng dao động của ngôi nhà mà còn gây cảm giác khó chịu và hoảng sợ cho người sống trong đó, có thể làm mất ổn định tổng thể công trình Do đó, chuyển vị ngang không được vượt quá giới hạn cho phép để đảm bảo an toàn và ổn định cho ngôi nhà.
Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau:
Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống
Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp
Các hệ kết cấu đặc biệt bao gồm hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền, kết cấu với hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép Những hệ kết cấu này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chịu lực và ổn định cho công trình xây dựng.
Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng thi công thực tế của từng công trình
2.2.3.1 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
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 và hiệu quả trong quá trình thi công.
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
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
Trong thiết kế công trình, hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hoạt động của kết cấu Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là rất cần thiết, do đó cần thực hiện phân tích chính xác để tìm ra phương án phù hợp nhất với kết cấu của công trình.
Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn Ưu điểm
Tính toán đơn giản Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng cao khi vượt khẩu độ lớn, điều này dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn, gây bất lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang và không tối ưu hóa chi phí vật liệu.
Không tiết kiệm không gian sử dụng
2.2.5 Kết luận hệ kết cấu chịu lực chính
Tổng quan kích thước công trình
Công trình có quy mô 1 tầng hầm và 17 tầng nổi, với tổng chiều cao đạt 54.7m Dựa trên các giải pháp kết cấu đã được trình bày, hệ khung vách được chọn làm kết cấu chịu lực cho công trình là phương án phù hợp nhất.
Công trình cao 18 tầng với kích thước bước nhịp từ 5.2m đến 9m yêu cầu lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho toàn bộ dự án.
Do công trình là nhà cao tầng với bước nhịp lớn, để đảm bảo tính mỹ quan cho các căn hộ, giải pháp kết cấu chính được lựa chọn phù hợp.
Thiết kế cho sàn, lựa chọn:
Sàn bêtông cốt thép hệ sàn sườn
Sử dụng hệ khung vách cứng, tạo hệ liên kết cho sàn Hệ thống vách cứng được ngàm vào hệ đài móng bên dưới
Thiết kế cho 2 phương án móng, so sánh và lựa chọn:
LỰA CHỌN VẬT LIỆU
2.3.1 Yêu cầu vật liệu sử dụng cho công trình
Vật liệu xây dựng tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương, giúp giảm chi phí và đảm bảo khả năng chịu lực cũng như độ bền trong quá trình sử dụng.
Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp
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
2.3.2 Chọn vật liệu sử dụng cho công trình
Nhà cao tầng thường có tải trọng lớn, vì vậy việc chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng Bêtông cốt thép là lựa chọn tối ưu, giúp giảm tải trọng cho công trình, tiết kiệm chi phí và dễ dàng tìm thấy trên thị trường.
(Bêtông sử dụng cho công trình theo TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế)
Bêtông sử dụng cho kết cấu bên trên công trình là bêtông có cấp độ bền B30 với các chỉ tiêu như sau:
Cường độ chịu nén tính toán: R b 17(MPa)
Cường độ chịu kéo tính toán: R bt 1.2(MPa)
Kết cấu móng công trình, phần chịu lực chính trong đất, sẽ được thể hiện chi tiết trong thiết kế với loại bêtông phù hợp.
(Thép sử dụng cho công trình theo)
Cốt thép trơn Φ 8 (mm) loại AIII b: Bề rộng dải bản đem đi tính toán Với b = 1000(mm)
b : hệ số điều kiện làm việc Chọn b 1 Tra Bảng 15 tài liệu
3.4.1.3 Kiểm tra a) Kiểm tra hàm lượng cốt thép Điều kiện kiểm tra: min max s 0
Hàm lượng cốt thép hợp lý
3.4.2 Tính toán ô sàn điển hình Ô sàn S3 – Bản làm việc 2 phương
Xét điều kiện liên kết của ô bản với dầm: D300x500 d s h 500
3.33 3 h 150 : Liên kết được xem là ngàm
Hình 3.4 – Sơ đồ tính ô sàn S3
Tra Phục lục 15 Tập 2, tài liệu (Kết cấu bê tông cốt thép 2 – Võ bá Tầm) có các hệ số tính Moment, thể hiện trong Bảng 3.6
Bảng 3.6: Hệ số tính toán Moment
Tính toán giá trị thành phần Moment:
Tính toán điển hình tại vị trí có Moment lớn nhất M I 18.56kNm / m m 2 R
Các ô sàn còn lại tính toán tương tự và thể hiện trong Bảng 3.7 và Bảng 3.8 3.4.2.3 Kiểm tra a) Kiểm hàm lượng cốt thép max R b b s min
→ Ô sàn S3 đạt yêu cầu về hàm lượng cốt thép
3.4.3 Tính toán nội lực và cốt thép cho tất cả các ô sàn
(Dùng chương trình EXCEL tính toán tương tự cho tất cả các ô sàn còn lại)
Bảng 3.7: Kết quả tính toán cốt thép ô sàn làm việc 2 phương
As TT H.lượn g ỉ a BT As CH H.lượn g
Bảng 3.8: Bảng tính toán ô sàn làm việc 1 phương Ô sàn
As TT ỉ a BT As CH H.lượn g
(m) (m) (kN.m/m) (cm 2 / m) (mm) (mm) (cm 2 / m)
TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN – SỬ DỤNG PHẦN MỀM SAFE V12.3.0
Rời rạc hóa hệ chịu lực của nhà nhiều tầng giúp xác lập các điều kiện tương thích về lực và chuyển vị tại các vị trí liên kết Việc áp dụng mô hình 3D trong thiết kế mang lại hiệu quả cao trong việc phân tích và tối ưu hóa cấu trúc.
SAFEv12 và với sự trợ giúp của máy tính có thể giải quyết được tất cả các bài toán
Hệ kết cấu sàn trong mô hình được thiết kế là sàn sườn toàn khối, trong đó mặt bằng sàn được phân chia thành các dải trên cột (DTC) và các giải giữa nhịp (DGN) Các DTC hoạt động như dầm liên tục, được hỗ trợ bởi các đầu cột, trong khi các DGN cũng là các dải liên tục, được đặt trên các gối tựa là các DTC và vuông góc với chúng.
Các ô sàn trống như ô cầu thang máy, thang bộ, lỗ rác và mô hình được coi là lỗ trống mở Trong khi đó, các lỗ kỹ thuật và lỗ gen xuyên tầng vẫn được xem là liên tục Sau này, trong quá trình thi công, sẽ áp dụng các biện pháp cấu tạo để xử lý những lỗ này.
3.5.3.1 Mô hình sàn 3D trong SAFE v12
Xác định tải trọng giống như Mục 3.1.3.1 và 3.1.3.2
Riêng tải trọng của sàn BTCT do phần mềm tự tính toán Nên tĩnh tải gán vào phần mềm sẽ trừ đi phần trọng lượng bản thân sàn BTCT
3.5.3.3 Các trường hợp tải trọng
Khi chịu tác động của tải trọng ngang, nội lực trong sàn thường không đáng kể vì tải trọng này được truyền trực tiếp vào vách và lõi cứng Nội lực chủ yếu trong sàn xuất phát từ tải trọng đứng Vì vậy, trong mô hình SAFEv12, có thể bỏ qua tải trọng ngang và chỉ xem xét các trường hợp tải trọng đứng như thể hiện trong Bảng 3.10.
Bảng 3.10: Khái niệm và ý nghĩa các loại tải trọng trong khai báo
STT Tải trọng Loại khai báo Ý nghĩa
1 TT DEAD Tĩnh tải và trọng lượng bản thân
2 HT LIVE Hoạt tải chất đầy
Bảng 3.11: Tổ hợp tải trọng
3.5.4 Xác định nội lực sàn
3.5.4.1 Biểu đồ gán tải trọng
Hình 3.6 – Mặt bằng gán tải hoàn thiện sàn lầu điển hình
Hình 3.7 – Mặt bằng gán tải tường trên sàn lầu điển hình
Hình 3.8 – Mặt bằng gán hoạt tải 1lên sàn lầu điển hình
Hình 3.9 – Mặt bằng gán hoạt tải 2 lên sàn lầu điển hình
Hình 3.10 – Biểu đồ chuyển vị sàn
Moment DTC và DGN theo phương X
Hình 3.11 – Biểu đồ Moment DTC và DGN theo phương X – COMBOBAO Max
Hình 3.12 – Biểu đồ Moment DTC và DGN theo phương X – COMBOBAO Min
Moment DTC và DGN theo phương Y
Hình 3.13 – Biểu đồ Moment DTC và DGN theo phương Y – COMBOBAO Max
Hình 3.14 – Biểu đồ Moment DTC và DGN theo phương Y – COMBOBAO Min
Lý thuyết tính toán cốt thép tương tự như Mục 3.4.1.2, trong đó:
Gải thiết a = 20mm (khoảng cách từ mép ngoài mặt dưới bêtông đến trọng tâm lớp cốt thép)
Chiều dày làm việc của cấu kiện tính toán: h 0 = h – 30 = 150 – 30 = 120(mm)
Tính thép lớp trên các dải từ Moment âm lớn nhất của mỗi dải theo phương X và
Tính thép lớp dưới các dải từ Moment dương lớn nhất của mỗi dải theo phương X và Y
Kết quả tính toán thể hiện trong Bảng 3.12 và Bảng 3.13
Bảng 3.12: Kết quả tính toán cốt thép theo STRIP A – Phương trục X
Vị trí Ví trí Mmax b m C.thép tính Chọn
C.thép chọn tt ch mặt cắt (m) (kNm) (mm)
As (cm2) thép As (cm2) (%) (%) DTG1 GỐI -10.68 1000 0.044 0.045 2.49 12@200 6.79 0.21 0.57
Bảng 3.13: Kết quả tính toán cốt thép theo STRIP B – Phương trục Y
Vị trí Ví trí Mmax b
Chọn C.thép chọn tt ch mặt cắt (m) (kNm) (mm) As
3.5.6 Kiểm tra vết nứt và độ võng sàn
Kết quả từ phần mềm SAFEv12 không bao gồm tính toán vết nứt, vì vậy sinh viên chỉ sử dụng trực tiếp kết quả độ võng để so sánh với phương pháp tính tay Độ võng lớn nhất theo phần mềm SAFEv12 là
Max = -0.490194mm at [33m,0m]; Min = -8.387041mm at [29.275m,
20.675m] Độ võng giới hạn được xác định theo Bảng 4 – [TCVN 5574 - 2012]
Kiểm tra độ võng tính toán: f 0.838(cm) f u 2.5(cm) → Đạt yêu cầu
THIẾT KẾ CẦU THANG
SƠ BỘ KÍCH THƯỚC VÀ TIẾT DIỆN CẦU THANG
4.1.1.1 Nguyên lý thiết kế cầu thang trong công trình
Theo phong thủy, cầu thang không chỉ kết nối các tầng trong nhà mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc lưu thông năng lượng Nếu không được thiết kế hợp lý, cầu thang có thể tạo ra dòng chảy năng lượng tiêu cực, ảnh hưởng đến toàn bộ không gian sống.
4.1.1.2 Lựa chọn thông số bậc thang tuân theo quy luật kiến trúc
Cách tính bậc cầu thang được xác định dựa trên số bước chân lên xuống từ điểm đầu đến điểm cuối Nếu cầu thang có chiếu nghỉ, thì vị trí này cũng được tính là một bậc Số bậc thang lý tưởng trong nhà nên nằm trong cung “sinh” của chu trình “sinh-lão-bệnh-tử” để mang lại sự tốt lành.
Kết luận: Lựa chọn số bậc cho cầu thang thiết kế thuộc các Tầng Điển Hình là 17 bậc, thuộc cung tốt (cung sinh) trong phong thủy
Nhận xét về kết cấu bản thang tính toán
Cầu thang tính toán cho các Tầng Điển Hình của công trình là cầu thang 2 vế dạng bản không dầm
4.1.2 Sơ bộ kích thước cầu thang
Chiều cao tầng điển hình: H t 3200mm
Chiều dày bản thang được xác định sơ bộ theo công thức:
→ Chọn h b 150mm (Với L là nhịp tính toán theo phương lớn nhất của cầu thang)
Cấu tạo bậc thang lấy theo kiến trúc
→ Chọn sơ bộ b b h 188mm l 320mm
Độ dốc của bản thang: o b h 188 i tg 0.59 30 l 320
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo trên cầu thang, Hình 4.1
Hình 4.1 – Mặt cắt các lớp cấu tạo cầu thang
4.2.1.1 Tải trọng tác dụng lên bản thang
Bảng 4.1: Đặc điểm các lớp cấu tạo trên bản thang
STT Các lớp cấu tạo
Hệ số vượt tải ni
Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo trên bản thang:
Trong đó chiều dày các lớp tương đương được tính toán như sau: Đối với lớp gạch Granite và lớp vữa lót có cùng chiều dày:
Đối với bậc thang có kích thước 320 mm : o td,i b h cos 188 cos30
Đối với bản thang có chiều dày: td,i h s 150(mm) Đối với lớp vữa trát có chiều dày: td,i i 15(mm)
Bảng 4.2: Tải trọng các lớp cấu tạo trên bản thang
STT Các lớp cấu tạo
4.2.1.2 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Bảng 4.3: Đặc điểm các lớp cấu tạo trên bản chiếu nghỉ
STT Các lớp cấu tạo
Hệ số vượt tải ni
Bảng 4.4: Tải trọng các lớp cấu tạo trên bản chiếu nghỉ
STT Các lớp cấu tạo
4.2.1.3 Tải trọng lan can và tay vịn
Tra (TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), tải trọng tiêu chuẩn lan can và tin vịn là 30(daN)
→ Trọng lượng bản thân lan can và tay vịn: g lc 1.3 0.3 0.39(kN / m) Quy tải lan can về kN / m 2 cho vế thang có B max 1m thì lc 0.39 2 g 0.39(kN / m )
Tra Bảng 3 (TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên cầu thang là: p tc 3(kN / m ) 2 Hệ số vượt tải n p 1.2
Tải trọng tính toán tác dụng lên cầu thang: pp tc n p 1.2 3 3.6(kN / m ) 2
4.2.3 Tổng tải trọng tác dụng lên cầu thang
Tải trọng tác dụng lên bản thang: q 1 g 1 g lc p 8.40.393.612.4(kN / m ) 2 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ:q 2 g 2 p 5.43.69(kN / m ) 2
4.2.4 Sử dụng chương trình SAP2000v14 để tính toán
Hình 4.2 – Sơ đồ gắn tĩnh tải vế thang 1 và 2
Hình 4.3 – Sơ đồ gắn hoạt tải vế thang 1 và 2
Hình 4.4 – Biểu đồ Moment vế thang 1 và 2
Hình 4.5 – Biểu đồ lực cắt vế thang 1 và 2
Kết quả so sánh giữa tính toán thủ công và phần mềm SAP2000v14 cho thấy sự chênh lệch không vượt quá 5% Do đó, nên lựa chọn kết quả nội lực từ phần mềm để thực hiện tính toán.
TÍNH TOÁN CỐT THÉP
Tính toán điển hình cho vế thang 2 tại vị trí có Moment M max 39.13(kNm) m 2 R
Các vị trí còn lại tính toán tương tự và thể hiện trong Bảng 4.5
Bảng 4.5: Kết quả tính toán cốt thép cầu thang
Chọn thép A s cm 2 bố trí
Thép gối bố trí 40-50% thép nhịp.
NHẬN XÉT
Sơ đồ làm việc của cầu thang nằm giữa sơ đồ ngàm và khớp, cho thấy rằng phần bê tông tại gối làm việc không hoàn toàn giống như khớp, mà vẫn có moment âm tại gối Liên kết giữa bản thang và các kết cấu khác, như vách hoặc dầm, phụ thuộc vào độ cứng tương quan giữa bản thang và các cấu kiện mà nó liên kết.
Nếu sơ đồ tính toán bản thang với liên kết hai đầu là ngàm không được thi công đúng cách, sẽ ảnh hưởng đến tính toàn khối và chiều dài neo cốt thép, dẫn đến sai lệch trong sơ đồ tính Hệ quả là moment nhịp tăng, việc tính toán và bố trí cốt thép không đầy đủ, gây ra nguy cơ phá hoại kết cấu.
Khi xem xét sơ đồ tính toán bản thang với hai đầu liên kết như khớp, cấu trúc sẽ tạo ra moment âm tại gối, dẫn đến việc thiếu thép gối và thừa thép bụng, gây nứt tại gối do hình thành khớp dẻo Để hiểu rõ hơn về cách làm việc của bản thang trong thực tế, sinh viên nên xem xét một số sơ đồ tính điển hình thường được sử dụng làm giả thuyết tính toán cho cầu thang, trong đó cắt dải bản có bề rộng 1m và tính toán như một dầm đơn giản.
Hình 4.6 – Nội lực theo sơ đồ 2 đầu ngàm
Hình 4.7 – Nội lực theo sơ đồ 1 ngàm – 1 khớp cố định
Hình 4.8– Nội lực theo sơ đồ 2 đầu khớp cố định
Hình 4.9 – Nội lực theo sơ đồ 1 khớp cố định – 1 khớp cố di động
Qua các sơ đồ tính toán, có thể thấy rằng moment nhịp và moment gối của bản thang được phân phối lại tùy thuộc vào liên kết giữa bản thang với dầm hoặc vách của nút, có thể là ngàm hoặc khớp.
Kết luận: Từ các nhận xét trên, thiên về tính toán an toàn, sinh viên bố trí thép tại gối bằng 40% thép tại nhịp.
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 3
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC 3
Sự phát triển của công nghệ thông tin đã thúc đẩy sự ra đời của các phần mềm tính toán và xử lý kết cấu trong lĩnh vực xây dựng, giúp các kỹ sư xác định kết quả tính toán một cách chính xác, nhanh chóng và thuận tiện.
Một trong những phần mềm đó là ETABS, một phần mềm nằm trong TOP những phầm mềm tính toán nội lực nổi tiếng của hãng CSI
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PPHH) trong phần mềm ETABS 17.0.1, mô hình toàn bộ kết cấu công trình dạng khung không gian được áp dụng để tính toán nội lực cho kết cấu trong Đồ Án.
5.1.1 Mô hình khung trục tính toán – Khung trục 3
Hình 5.1 – Sơ đồ tính khung trục
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
Tĩnh tải chủ yếu là do các lớp cấu tạo sàn và trọng lượng bản thân tường xây trên sàn gây ra
Sơ đồ cấu tạo các lớp cấu tạo sàn
Hình 5.2 – Mặt cắt các lớp cấu tạo sàn căn hộ
5.2.1.1 Trọng lượng bản thân tường Để đơn giản trong tính toán, tải trọng bản thân tường được phân thành tải phân bố đều trên sàn
Tải tường quy về phân bố đều trên sàn: Tường ngăn rộng 100(mm), cao 3200(mm) có tổng chiều dài là 182m
Dựa trên mặt bằng kiến trúc của tầng điển hình, tổng diện tích sàn được tính toán là 998m², đã bao gồm việc trừ đi diện tích lỗ trống Tải trọng của tường trên sàn cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
5.2.1.2 Sàn tầng điển hình (tầng 1 – 16)
Bảng 5.1: Tải trọng các lớp cấu tạo sàn căn hộ tầng điển hình
Vữa trát 0.015 18 0.27 1.3 0.35 Đường ống thiết bị
Bảng 5.2: Tải trọng các lớp cấu tạo sàn nhà vệ sinh tầng điển hình
Vữa trát 0.015 18 0.27 1.3 0.35 Đường ống thiết bị
Tra tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 Mục 4.3 được các giá trị hoạt tải thể hiện trong Bảng 5.3
Bảng 5.3: Hoạt tải sử dụng trên công trình
Loại tải trọng Trị số tiêu chuẩn tc 2 p (kN / m )
Trị số tính toán tt 2 p (kN / m )
Mái bằng có sử dụng 1.5 1.3 1.95
Theo tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió cần tuân thủ theo TCVN 2737 – 1995 Đối với công trình có chiều cao H = 54.7 m, lớn hơn 40 m, việc tính toán phải bao gồm thành phần gió động Đặc điểm và vị trí xây dựng công trình được thể hiện trong Bảng 5.4.
Bảng 5.4: Đặc điểm và vị trí xây dựng công trình Địa điểm xây dựng Tỉnh, Tp Tp Hồ Chí Minh
Vùng gió II-A Địa hình C
Cao độ mặt đất so với chân công trình 3.2m
5.2.3.1 Xác định thành phần tĩnh của gió a) Lý thuyết tính toán gió tĩnh
Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995 về tải trọng và tác động trong thiết kế, giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định thông qua một công thức cụ thể.
W W0 k c kN / m Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió xác định theo công thức: tt tc
Trong đó: k: Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao, được lấy theo Bảng 5 (TCVN 2737 –
1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), hoặc có thể xác định theo công thức:
Cao độ của tầng thứ j so với mặt đất được ký hiệu là z j, trong khi độ cao Gradient được ký hiệu là g zt Hệ số m và c lần lượt được tra cứu từ Bảng A.1 và Bảng 6 theo tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999 và TCVN 2737 – 1995 Các giá trị này là cần thiết để tính toán thành phần động của tải trọng gió và thiết kế tải trọng cũng như tác động trong xây dựng.
Phía khuất gió: c 0.6 n: Hệ số độ tin cậy, n1.2
W : Áp lực gió tiêu chuẩn, lấy theo bản đồ phân vùng gió Công trình xây dựng ở Quận 0
2, Tp Hồ Chí Minh, thuộc vùng II-A, địa hình B, có W 0 0.83 kN / m 2
Giá trị áp lực gió:
W 0.6 W k n H kN / m Trong đó: H i m chiều cao gió tác dụng vào dầm tầng thứ i b) Tính toán thành phần gió tĩnh
Thành phần gió tĩnh được gán thành tải phân bố đều trên dầm biên của từng tầng được khai báo ảo thuộc mô hình công trình trong ETABS
Bảng 5.5: Giá trị gió tĩnh theo phương X
Bảng 5.6: Giá trị gió tĩnh theo phương Y
5.2.3.2 Xác định thành phần tĩnh của gió
Lý thuyết tính toán gió động
Cơ sở tính toán: Theo (TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tại trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995)
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió tác dụng lên phần tử j của dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
M j : Khối lượng tập trung của phần tử thứ j
Hệ số động lực học ứng với dao động thứ i, ký hiệu là i, được xác định thông qua Đồ thị xác định hệ số động lực, như được minh họa trong Hình 2 của TCVN 229 – 1999 Hệ số này phụ thuộc vào thông số i và độ giảm lôga của dao động, ký hiệu là Việc tính toán các thành phần động do trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995 là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế công trình.
Hình 5.3 – Đồ thị xác định hệ số động lực i
Đường cong 1 được áp dụng cho các công trình bê tông cốt thép (BTCT) và gạch đá, bao gồm cả các công trình bằng khung thép có kết cấu bao che với hệ số = 0.3 Trong khi đó, Đường cong 2 được sử dụng cho các công trình như tháp, trụ thép, ống khói và các thiết bị dạng cột có bệ bằng BTCT với hệ số = 0.15.
Công trình bằng BTCT nên có 0.3
Thông số i xác định theo công thức:
: Hệ số tin cậy của tải trọng, 1.2
W0 kN / m : Giá trị áp lực gió têu chuẩn, W 0 0.83kN / m 2 f : Tầng số dao động riêng thứ i i
Hệ số i được tính bằng cách chia công trình thành nhiều phần, trong đó tải trọng gió trong mỗi phần được coi là không đổi Công thức xác định hệ số i là: n ji Fj j 1 i n.
W Fj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động lực do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau và chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió Giá trị này có đơn vị là lực và được xác định thông qua một công thức cụ thể.
W j : Là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió tác dụng lên phần thứ j của công trình
Hệ số áp lực động của tải trọng gió tại độ cao tương ứng với phần thứ j của công trình được ký hiệu là j, không có đơn vị Hệ số này được tra cứu theo Bảng 3 trong tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999, liên quan đến việc tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 – 1995.
S j : Diện tích mặt đón gió ứng với phần tử thứ j của công trình
: Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, phụ thuộc vào các tham số
, và dạng dao động, tra theo Bảng 4 , Bảng 5 (TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tại trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995)
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức:
: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng của công trình, lấy 1 (Tra
Bảng 6 – (TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tại trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995) c) Tính toán thành phần gió động
Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với thành phần tĩnh của tải trọng gió Theo tiêu chuẩn thiết kế, chỉ xem xét thành phần gió dọc theo phương X và Y, trong khi bỏ qua thành phần gió ngang và moment xoắn.
Các bước tính toán thành phần gió động được thực hiện dựa trên các đặc trưng động lực học của công trình và theo tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999, cùng với hướng dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995.
Bước 1: Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học
Bước 2: Xác định tần số và dạng dao động theo phương X và phương Y
Giả thiết tính toán các đặc trưng động lực học công trình:
Công trình được xem là một thanh conson với n điểm hữu hạn và khối lượng tập trung Theo Phục lục B – TCVN 229 – 1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió cần tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995.
Hình 5.4 – Sơ đồ tính thanh conson có hữu hạn khối lượng tập trung
Hình 5.5 – Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình
Việc xác định tần số và dạng dao động riêng cho các công trình có n > 3 là một nhiệm vụ phức tạp, đặc biệt khi độ cứng thay đổi theo chiều cao Các phương pháp giải quyết bao gồm giải tích theo TCVN 229 – 1999, cùng với nhiều phương pháp khác như phương pháp Năng Lượng RayLây, Bunop – Galookin, và các phương pháp gần đúng Hiện nay, sử dụng phần mềm máy tính để tính toán tần số và dạng dao động riêng theo lý thuyết là phương pháp phổ biến nhất Trong Đồ Án Tốt Nghiệp này, sinh viên áp dụng chương trình Etabs9.7.4 để thực hiện các tính toán cần thiết.
Dựa vào kết quả tính toán của chương trình Etabs , xác định các giá đặc trưng động lực học thể hiện trong Bảng 5.7 và Bảng 5.8
Bảng 5.7: Chu kì dao động riêng của công trình
Case Mode Period UX UY UZ Sum UX Sum UY Sum UZ RX RY RZ Sum RX Sum RY Sum RZ
Modal 1 1.86 0% 74% 0 0% 74% 0 0.2541 0.0013 0% 0.2541 0.0013 0% Modal 2 1.665 71% 0% 0 71% 75% 0 0.0013 0.2482 3% 0.2554 0.2495 3% Modal 3 1.374 3% 0% 0 74% 75% 0 0.0001 0.0124 72% 0.2555 0.2619 76% Modal 4 0.553 0% 12% 0 74% 86% 0 0.4106 0.0013 0% 0.6661 0.2632 76% Modal 5 0.493 12% 0% 0 86% 86% 0 0.0019 0.3807 1% 0.668 0.6438 76% Modal 6 0.412 1% 0% 0 87% 86% 0 0.0002 0.0291 10% 0.6683 0.6729 87% Modal 7 0.279 0% 5% 0 87% 91% 0 0.0805 0.0003 0% 0.7488 0.6731 87% Modal 8 0.25 4% 0% 0 91% 91% 0 0.0004 0.0768 0% 0.7492 0.7499 87% Modal 9 0.21 1% 0% 0 92% 91% 0 0.0001 0.0106 4% 0.7493 0.7605 91% Modal 10 0.169 0% 3% 0 92% 94% 0 0.0747 0.0003 0% 0.824 0.7608 91% Modal 11 0.155 2% 0% 0 94% 94% 0 0.0006 0.0658 0% 0.8246 0.8267 91% Modal 12 0.129 0% 0% 0 94% 94% 0 0.0002 0.007 2% 0.8247 0.8336 94%
Bảng 5.81: Giá trị khối lượng từng tầng và tọa độ tấm cứng, tâm khối lượng
Diaphra gm Mass X Mass Y XCM YCM
Phân tích các dạng dao dộng từ Etabs
Hình 5.6 – Dạng dao động thứ 1-Theo phương Y (Mode 1)
Hình 5.7 – Dạng dao động thứ 1-Theo phương X (Mode 2)
Hình 5.8 – Dạng dao động thứ 1-Theo phương Z (Mode 3)
Từ kết quả Bảng 5.7 , tính toán giá trị tần số dao động của công trình theo chu kì,
T , kết quả thể hiện trong Bảng 5.9
Bảng 5.9: Giá trị tần số dao động của công trình theo chu kì
Case Mode Period Frequency sec cyc/sec
Modal 1 1.86 0.538 Modal 2 1.665 0.601 Modal 3 1.374 0.728 Modal 4 0.553 1.809 Modal 5 0.493 2.029 Modal 6 0.412 2.427 Modal 7 0.279 3.589
Tra Bảng 2, (TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tại trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995) được tần số dao động riêng f L 1.3Hz
So sánh kết quả tần số dao động riêng từ Bảng 5.9 với tần số giới hạn f : L
Theo phương X, chỉ cần xét đến ảnh hưởng của Mode 1 (Dạng dao động thứ 1)
Theo phương Y, chỉ cần xét đến ảnh hưởng của Mode 2 (Dạng dao động thứ 1)
Theo phương Z, không xét đến ảnh hưởng của Mode 3, do bị xoắn, (Dạng dao động thứ 1)
Kết quả tính toán thành phần gió động theo các thông số đặc trưng động lực học công trình
Bảng 5.10: Giá trị tính toán thành phần động của gió theo phương X (Mode 2)
STT Tầng M j (T) z j W Fj (kN) y ji y ji W Fj y ji 2 M j W pjiX (kN)
Bảng 5.11: Giá trị tính toán thành phần động của gió theo phương Y (Mode 1)
STT Tầng M j (kN) z j W Fj (kN) y ji y ji W Fj y ji 2 M j W pjiX (kN)
TỔ HỢP TẢI TRỌNG
5.3.1 Các trường hợp tải trọng
Bảng 5.12: Các trường hợp tải trọng
STT Kí hiệu tải trọng Loại tải Ý nghĩa
1 TLBT DEAD Trọng lượng bản thân
2 HOAN THIEN SP DEAD Tải hoàn thiện
3 TUONG SP DEAD Tải tường
6 GTX WIND Gió tĩnh phương X
7 GTXX WIND Gió tĩnh phương -X
8 GDX WIND Gió động phương X
9 GDXX WIND Gió động phương -X
10 GTY WIND Gió tĩnh phương Y
11 GTYY WIND Gió tĩnh phương -Y
12 GDY WIND Gió động phương Y
13 GDYY WIND Gió động phương -Y
5.3.2 Các trường hợp tổ hợp tải trọng tính toán
Bảng 5.132: Các tổ hợp tải trọng trung gian
STT Loại COMBO Thành phần
TT ADD HOAN THIEN+TLBT+TUONG
Bảng 5.14: Các tổ hợp tải trọng
COMBO Thành phần Ghi chú
COMBO 6 ADD TT + 0.9HT + 0.9GX -
COMBO 7 ADD TT + 0.9HT + 0.9GXX -
COMBO 8 ADD TT + 0.9HT + 0.9GY -
COMBO 9 ADD TT + 0.9HT + 0.9GYY -
COMBO 10 ADD 0.9091TT + 0.8333HT1 + 0.7692HT2 -
Tính chuyển vị đỉnh BAO ENVELOPE (Combo 1 + Combo 2 + + Combo
MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH VÀ QUY TRÌNH TÍNH TOÁN TRONG ETABS
Hình 5.9 – Mô hình tính toán 3D của công trình
5.4.2 Gán tải trọng tác dụng lên công trình
Hình 5.10 – Tĩnh tải tác dụng lên sàn (chưa kể trọng lượng bản thân sàn)
Hình 5.11 – Tĩnh tải tác dụng lên sàn (chưa kể trọng lượng bản thân sàn)
Hình 5.12 – Tĩnh tải tác dụng lên sàn (chưa kể trọng lượng bản thân sàn)
Hình 5.13 – Hoạt tải tác dụng lên sàn
Hình 5.14 – Tĩnh tải tác dụng lên sàn (chưa kể trọng lượng bản thân sàn)
5.4.2.3 Tải trọng gió tác dụng lên công trình
Hình 5.15 – Tải trọng gió tính gán theo phương trục X (Lầu điển hình)
Hình 5.16 – Tải trọng gió tính gán theo phương trục Y (Lầu điển hình)
5.4.3 Khai báo khối lượng tham gia dao động trong công trình
Theo lý thuyết tính toán tần số dao động riêng, việc xác định ma trận độ cứng và ma trận khối lượng là cần thiết Để phần mềm Etabs có thể thực hiện tính toán tần số dao động cho công trình, người dùng cần khai báo các thông số này một cách chính xác.
Tĩnh tải và Hoạt tải có ảnh hưởng lớn đến công trình, thông qua các tải trọng đã được khai báo Phần mềm Etabs sẽ thực hiện tính toán khối lượng tham gia giao động, hay còn gọi là ma trận khối lượng, dựa trên các tải trọng này.
Tất cả các cấu kiện chịu lực trong công trình được mô hình hóa dưới dạng 3 chiều, bao gồm phần tử thanh (Frame) cho dầm và cột, cùng với phần tử tấm vỏ (Shell) cho sàn và vách cứng hoặc lõi Phần mềm Etabs tự động tính toán độ cứng cho từng phần tử, cung cấp ma trận độ cứng chính xác cho các cấu trúc.
Theo (TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tại trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995) khối lượng phân tích bài toán động lực học là:
100% Tĩnh tải + 50% Hoạt tải Chọn: Define → Mass Source…
Hình 5.17 – Khai báo khối lượng tham gia dao động
5.4.4 Khai báo tuyệt đối cứng cho sàn
Chọn: (Ctrl + A) → Assign → Shell/Area → Diapharagms…
Hình 5.18 – Khai báo sàn tuyệt đối cứng Diapharagms
5.4.5 Khai báo tải trọng gió động vào tâm cứng của công trình
Chọn: Define → Static Load Cases… → Click Load (GDX/GDY) → Modify Lateral Load…
Hình 5.19 – Khai báo tải trọng gió động
Sau khi khai báo các loại tải trọng và khai báo các tổ hợp tải, tiến hành kiểm tra mô hình.Chọn: Analyze → Check Model…
Hình 5.20 – Lựa chọn các thông số kiểm tra
Hình 5.21 – Nhận thông báo kiểm tra từ Etabs
Nhận thông báo không có lỗi từ Etabs, tiến hành giả mô hình
KIỂM TRA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
5.5.1 Kiểm tra chuyển vị ngang tại đỉnh công trình
Kiểm tra độ cứng (hay chuyển vị đỉnh công trình) được tính toán kiểm tra theo (TCVN 198
– 1997: Nhà cao tầng Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.)
Chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh của kết cấu nhà cao tầng tính toán theo phương pháp đàn hồi phải thỏa mãn điều kiện:
Trong đó: f và H lần lượt là chuyển vị ngang tại đỉnh của kết cấu và chiều cao của công trình
Công trình tính toán trong Đồ Án có dạng kết cấu khung vách, do đó chuyển vị ngang giới hạn tại đỉnh công trình có giá trị là: f 1
Xuất kết quả chuyển vị tính toán từ phần mềm Etabs tại vị trí đỉnh công trình là TẦNG
MÁI, cho trường hợp tổ hợp ENVEL 2, thể hiện trên Hình 6.42
Hình 5.22 – Kết quả chuyển vị tại đỉnh công trình
Kiểm tra điều kiện chuyển vị: x y f 0.01091 f
Kết luận: Chuyển vị ngang của công trình đạt yêu cầu
5.5.2 Kiểm tra ổn định chống lật cho công trình
Theo (TCVN 198 – 1997: Nhà cao tầng Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.) Điều kiện kiểm tra chống lật cho công trình phải thỏa mãn:
Với M CL , M lần lượt là Moment chống lật và Moment gây lật cho công trình L Điều kiện trên được áp dụng khi H
B 5 thì được áp dụng Đối với công trình trong Đồ Án
Tốt Nghiệp, xét tỉ số H 54.7
B 33 nên không cần kiểm tra chống lật cho công trình.
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO DẦM – KHUNG TRỤC 3
(Trích kết quả nội lực xuất ra từ chương trình Etabs trong Phụ Lục Nội Lực )
Tính cốt thép theo bài toán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật
5.6.2.2 Tính toán cốt thép cho mặt cắt điển hình
Tính toán cốt thép cho mặt cắt có M 193.3kNm, tại vị trí L0m
Các mặt cắt còn lại tính toán tương tự, kết quả thể hiện trong Bảng 5.15
Bảng 5.15: Kết quả tính toán cốt thép dầm
Vị trí Mmax b h α ζ C.thép tính Chọn
C.thép chọn àtt àch mặt cắt (kNm) (mm) (mm) As (cm2) thép
Kiểm tra điều kiện tính toán
Theo TCVN 5574 – 2012, mục 6.2.3.4, đối với cấu kiện bê tông cốt thép không có cốt đai chịu lực cắt, cần xem xét khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông để đảm bảo độ bền trên vết nứt xiên.
Rbt 1.20MPa: Cường độ tính toán chịu kéo của bêtông B30 b4 1.5
: Hệ số phụ thuộc loại bêtông, trường hợp bêtông nặng n 0
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dọc N c: Chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên trục dọc cấu kiện, lấy gần đúng: c 2 h 0
Nếu QQ b0 : Bố trí cốt đai theo cấu tạo
Nếu Q Q b0 : Tính toán cốt đai theo khả năng chịu lực cắt
Xác định bước cốt đai
Khoảng cách thép đai thiết kế:
tt tk ct max s s min s mm s
Khoảng cách thép đai tính toán
2 b2 f n bt 0 tt 2 sw sw max
Khoảng cách thép đai lớn nhất
Khoảng cách thép đai cấu tạo
Kiểm tra Điều kiện phá hoại giòn
b3 n f bt sw sw sw sw0 bt
Điều kiện ứng suất nén chính bt w1 b1 b 0
Tổng hợp các hệ số tính toán b1 1 Rb
: Hệ số xét đến khả năng phân phối lại nội lực của các loại bêtông khác nhau Trong đó 0.01cho bêtông nặng b2 2
: Hệ số đối với bêtông nặng
: Hệ số đối với bêtông nặng
: Hệ số đối với bêtông nặng
: (Cấu kiện chữ nhật) Hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén trong tiết diện chữ
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai vuông góc với dọc trục b3 0.6
: Modun đàn hồi của thép
: Modun đàn hồi của bêtông
: Diện tích mặt cắt ngang của 1 nhánh đai
: Khoảng cách cốt đai bố trí
5.6.3.2 Tính toán thép đai cho mặt cắt điển hình
Đối với dầm tính toán, cần lựa chọn vị trí có tính toán điển hình và bố trí cho các vị trí còn lại, với giá trị Q max là -234.8 kN Việc kiểm tra điều kiện tính toán là rất quan trọng để đảm bảo độ an toàn và hiệu quả trong thiết kế.
→ Bêtông không đủ khả năng chịu cắt, do đó cần tính toán cốt đai cho dầm
Xác định bước cốt đai:
Khoảng cách thép đai thiết kế:
tt tk ct max s s min s mm s
Khoảng cách thép đai tính toán
Khoảng cách thép đai lớn nhất
Khoảng cách thép đai cấu tạo
Chọn và bố trí cốt đai
Chọn cốt đai 2 nhánh Bố trí: Đoạn đầu dầm : 8 150a Đoạn giữa dầm : 8 200a
-Kiểm tra Điều kiện phá hoại giòn
b3 n f bt sw sw sw sw0 bt
Qmax Điều kiện ứng suất nén chính
Kết luận: Cốt đai bố trí đảm bảo khả năng chịu cắt
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO VÁCH – KHUNG TRỤC 3
5.7.1 Khái quát cơ bản về kết cấu Lõi – Vách
Lõi và vách BTCT đóng vai trò quan trọng trong kết cấu chịu lực của các tòa nhà nhiều tầng Sự kết hợp giữa vách cứng và hệ khung, hoặc giữa các vách với nhau, tạo ra một hệ kết cấu tối ưu, giúp nâng cao khả năng chịu lực cho công trình.
Quan niệm tính toán vách cứng
Tổng quát trên mặt cắt ngang vuông góc với trục vách có đầy đủ 5 thành phần nội lực:
Khả năng chịu lực của vách phụ thuộc vào các thành phần nội lực, chủ yếu chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng Do đó, có thể bỏ qua khả năng chịu Moment ngoài mặt phẳng và lực cắt theo phương vuông góc Trong thực tế, việc tính toán đồng thời tất cả các thành nội lực rất phức tạp và tốn nhiều công sức Hầu hết các tiêu chuẩn hiện nay đều tách riêng Moment và lực cắt để tính toán.
Hình 5.23 – Nội lực tác dụng lên vách
Theo Tiêu Chuẩn TCVN 5574 – 2012, việc tính toán cho vách – cấu kiện dạng tấm hiện chưa có hướng dẫn cụ thể Có thể áp dụng các quy định tính toán cột để xác định cốt thép dọc cho vách, và sử dụng quy định tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng như dầm và cột để tính toán cốt thép ngang Tuy nhiên, phương pháp tính toán này chưa phản ánh đầy đủ sự làm việc của vách.
Các phương pháp tính toán vách cứng thông dụng hiện nay:
- Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi
- Phương pháp vùng biên chịu Moment
- Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác x y x y
5.7.1.1 Phương pháp vùng biên chịu Moment a) Mô hình tính toán
Phương pháp này cho rằng cốt thép ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ moment, trong khi lực dọc trục được giả định phân bố đều trên toàn bộ tiết diện của vách.
Các giả thiết tính toán: Ứng lực kéo do cốt thép chịu Ứng lực nén do bêtông và cốt thép cùng chịu
Hình 5.24 – Sơ đồ tính vách b) Các bước tính toán
Bước đầu tiên trong thiết kế là giả định chiều dài B của vùng dự kiến chịu toàn bộ Moment Cần xem xét vách chịu lực dọc trục N và Moment uốn trong mặt phẳng, với Moment được coi như một cặp ngẫu lực tác động tại hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên và vùng giữa
A: Diện tích mặt cắt ngang của vách
Bước 3: Tính toán diện tích cốt thép chịu kéo hoặc nén
Để tính toán diện tích cốt thép cho vùng biên của vách, quy trình tương tự như đối với cột chịu kéo và nén đúng tâm Khả năng chịu lực của cột chịu kéo – nén đúng tâm được xác định theo một công thức cụ thể.
Cường độ tính toán chịu nén của bêtông và chịu kéo của cốt thép
Diện tích tiết diện bêtông vùng biên và cốt thép dọc
Nếu (Vùng biên chịu kéo):
Nếu (Vùng biên chịu nén):
Nếu đặt thép theo cấu tạo
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu tính toán không thỏa mãn thì tăng kích thước
Chiều dài tối đa của vùng biên B là một yếu tố quan trọng cần xem xét Nếu kích thước của vùng biên B vượt quá giá trị tối đa này, việc tăng chiều dày vách là cần thiết để đảm bảo tính ổn định và an toàn.
Bước 5: Kiểm tra phần tường giữa hai vùng biên giống như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm Nếu bêtông đạt yêu cầu chịu lực, cốt thép chịu nén trong khu vực này sẽ được bố trí theo cấu tạo đã định.
5.7.2 Nội lực trong vách Để đơn giản trong tính toán, sinh viên chỉ xét đến 3 cặp nội lực gây nguy hiểm là , và
(Trích kết quả nội lực xuất ra từ chương trình Etabs trong Phụ Lục Nội Lực )
5.7.3 Tính toán cốt thép dọc cho vách
5.7.3.1 Tính toán cốt thép cho mặt cắt vách điển hình Áp dụng phương pháp vùng biên chịu Moment tính toán điển hình cho vách P3-B, thuộc khung trục 3.Có các thông số tính toán:
Bảng 5.17: Kết quả nội lực Vách P3-B – tầng 1
Tầng Vách Comb Vị trí P(kN) M(kNm) T1 P3-B Comb9 Top -7689.76 -189.825 T1 P3-B Comb9 Bottom -7728.6 -153.975 T1 P3-B Comb8 Max Bottom -7027.5 367.3655
Bước 1: Chọn chiều dày vùng biên B
Hình 5.25 – Mặt cắt ngang của vách P3-B và phần tử biên Bước 2: Xác định nội lực
Chọn cặp nội lực P1-(Pmax), tổ hợp COMB9 tính toán điển hình, có:
Lực kéo nén trong vùng biên: y l,r b l r
Lực kéo nén trong vùng giữa: g g
Bước 3: Tính toán cốt thép
Diện tích cốt thép vùng biên:
Bố trí cốt thép: 16a100 có A s 1206(mm ) 2 trên vùng biên của vách
Diện tích cốt thép vùng giữa:
Bố trí cốt thép: 16a200 có A s 1608(mm ) 2 trên vùng giữa của vách
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Kiểm tra cốt thép vùng biên min s max
→ Hàm lượng cốt thép đạt yêu cầu
Kiểm tra cốt thép vùng giữa min s max
→ Hàm lượng cốt thép đạt yêu cầu
5.7.3.2 Kết quả tính toán thép vách
Sử dụng chương trình EXCEL để tính toán cốt thép cho các vách P3-A, P3-B, P3-C, P3-D, P3-E và P3-F theo phương pháp điển hình Kết quả tổng hợp cốt thép vách được trình bày chi tiết trong các bảng 5.18, 5.19, 5.20, 5.21, 5.22 và 5.23.
Bảng 5.18: Kết quả cốt thép Vùng Biên – Vách P3-A
Thông số tính toán Phần biên
Tầng Pier Tổ hợp Ví trí P M3 tw L B P1 P2 As1 As2 As Thép chọn
(kN) (kN.m) (m) (m) (m) (kN) (kN) (cm2) (cm2) (cm2) Φ a As (chọn) μ (chọn) SANTHUONG P1-C Comb3 Top -230.181 96.72025 0.3 2.5 0.5 2.32 -94.40 0.06 -56.80 0.06 16 100 20.11 0.01
The data presents various configurations and measurements for different combinations, labeled from T1 to T10, focusing on parameters like position, value, and performance metrics For instance, T10 P1-C Comb7 Top shows a value of -3202.7 with specific metrics including 0.3, 2.5, and -568.50 Similarly, T9 P1-C Comb6 Min Top reports a value of -3616.28, indicating performance metrics of -798.10 and -648.41 The trend continues with T8 P1-C Comb6 Min Top at -4031.48, and T7 P1-C Comb6 Min Top at -4445.38, each reflecting varying performance metrics As the configurations progress to T1, the values continue to decline, with T1 P1-C Comb7 Bottom reaching -6950.06 The data consistently includes performance metrics such as -1718.20 and -1061.82, highlighting a detailed analysis of these combinations across different levels.
Bảng 5.19: Kết quả cốt thép Vùng Biên – Vách P3-B
Thông số tính toán Phần biên
Tầng Pier Tổ hợp Ví trí P M3 tw L B P1 P2 As1 As2 As Thép chọn
Dưới đây là bảng dữ liệu kết quả cho các tổ hợp P2-C của các cấu kiện khác nhau Các giá trị lực (kN), mô men (kN.m), chiều dài (m), và các thông số khác được trình bày rõ ràng Ví dụ, tổ hợp SANTHUONG P2-C Comb8 Max Bottom có lực -294.947 kN và mô men 471.5321 kN.m, với chiều dài 0.3 m, trong khi tổ hợp T11 P2-C Comb8 Max Bottom ghi nhận lực -2658.99 kN và mô men 379.8324 kN.m Các giá trị này cung cấp cái nhìn tổng quan về hiệu suất và tính toán của các cấu kiện trong thiết kế kỹ thuật.
The data presents a comprehensive analysis of various combinations across different tiers (T1 to T8) and their corresponding metrics For instance, T8 P2-C Comb8 Min Top shows values of -3938.97 and -398.609, while T7 P2-C Comb9 Bottom has figures of -4619.06 and 173.7591 Each combination is consistently measured with parameters such as 0.3, 1.5, and 0.3, revealing insights into their performance Notably, T6 P2-C Comb8 Max Bottom records -4693.68 with 384.6143, indicating significant variations across combinations The analysis extends to T1 P2-C Comb9, which highlights values of -7689.76 and -189.825, showcasing the extremes within the dataset This structured approach aids in understanding the performance metrics of each combination effectively.
Bảng 5.20: Kết quả cốt thép Vùng Biên – Vách P3-C
Thông số tính toán Phần biên
Tầng Pier Tổ hợp Ví trí P M3 tw L B P1 P2 As1 As2 As Thép chọn
(kN) (kN.m) (m) (m) (m) (kN) (kN) (cm2) (cm2) (cm2) Φ a As (chọn) à (chọn)
The SANTHUONG P3-C Comb data presents a series of measurements across various configurations, highlighting key values such as depth, position, and specific parameters Notable entries include the Comb9 Bottom at coordinates -644.199 and 156.0341 with a depth of -57.92, and the Comb8 Min Top at -990.71 and -266.719 with significant negative values indicating depth and position The data continues with various configurations, showing trends of increasing depths and corresponding measurements across different Comb types, including Comb6 and Comb8, with consistent metrics like 0.3 for a specific parameter and 2.75 for another Overall, the dataset reflects detailed insights into the P3-C configurations, emphasizing the importance of these measurements for analysis and application.
Dưới đây là một số dữ liệu quan trọng về các tổ hợp P3-C từ T1 đến T6, thể hiện các giá trị khác nhau như Bottom, Max, và các thông số kỹ thuật đi kèm T6 P3-C Comb7 có giá trị Bottom là -5515.78, trong khi T6 P3-C Comb8 Max Bottom là -5053.08 T5 P3-C Comb9 Bottom ghi nhận -5729.87 và T5 P3-C Comb8 Max Bottom là -5413.62 T4 P3-C Comb9 Bottom đạt -6143.27, còn T4 P3-C Comb8 Max Bottom là -5767.58 T3 P3-C Comb9 Bottom là -6548.13 và T3 P3-C Comb8 Max Bottom là -6116.72 T2 P3-C Comb9 Bottom ghi nhận -6953.01, trong khi T2 P3-C Comb8 Max Bottom là -6474.63 Cuối cùng, T1 P3-C Comb9 Bottom có giá trị -7337.08 và T1 P3-C Comb8 Max Bottom là -6834.44 Tất cả các tổ hợp đều có các thông số kỹ thuật như 0.3, 2.75, 0.55 và các giá trị khác liên quan đến hiệu suất.
Bảng 5.21: Kết quả cốt thép Vùng Biên – Vách P3-D
Thông số tính toán Phần biên
Tầng Pier Tổ hợp Ví trí P M3 tw L B P1 P2 As1 As2 As Thép chọn
