GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Quy mô công trình
Dự án căn hộ Golden Mansion tọa lạc tại 119 Phổ Quang, phường 9, quận Phú Nhuận, TP HCM, có vị trí chiến lược kết nối với sân bay Tân Sơn Nhất và các khu vực lân cận Là một trong những dự án trọng điểm của Novaland năm 2015, Golden Mansion cung cấp nhiều tiện ích nội khu như hồ bơi, khu mua sắm, siêu thị, nhà hàng, khu vui chơi trẻ em, spa, sauna và phòng gym, nhằm phục vụ đời sống cư dân tốt nhất Khu phức hợp này không chỉ mang lại không gian sống hiện đại mà còn tạo điều kiện cho cư dân thư giãn với công viên nội khu và đường đi bộ.
Diện tích đất là 15.0286 m 2 , Công trình tháp C có diện tích 𝟓𝟕 𝟒 × 𝟐𝟎𝒎 Chiều dài tháp C là 57.4m, chiều rộng là 20m
Công trình gồm 21 tầng, trong đó gồm có: 2 tầng hầm, 1 tầng trệt, 18 tầng lầu, 1 sân thượng
Cốt 0.00m được đặt tại mặt sàn tầng trệt, trong khi mặt đất tự nhiên tại vị trí là +9.7m Mặt bằng sàn tầng hầm nằm ở cốt –6.50m Tổng chiều cao của công trình đạt 77.75m tính từ cốt 0.00m.
Giao thông công trình
Giao thông trong công trình được tối ưu hóa với hai buồng thang máy và hai cầu thang bộ, được bố trí ở vị trí trung tâm của khối nhà Trong đó, cầu thang bộ không chỉ phục vụ việc di chuyển mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo lối thoát hiểm an toàn.
Giao thông ngang của mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang
Chức năng của các tầng
Tầng hầm cao 3.2 m của tòa nhà có khả năng chứa hơn 200 xe ô tô và toàn bộ xe máy, bao gồm các khu vực như phòng chứa máy phát điện, phòng kỹ thuật, bể tự hoại và kho.
Tầng trệt cao 7.3m, khu liên hợp căn hộ và kinh doanh
Tầng điển hình (từ tầng 3 đến tầng 19) là khu căn hộ cao 3.5 m
Tầng sân thượng là khu vực quan trọng trong các tòa nhà chung cư, nơi lắp đặt buồng thang máy và các thiết bị kỹ thuật cần thiết như hệ thống điện, nước và mạng Việc bố trí hợp lý tại tầng này không chỉ giúp vận hành hiệu quả mà còn đảm bảo an toàn cho toàn bộ khu chung cư.
Giải pháp thông thoáng
Tất cả các phòng đều được thiết kế có các cửa sổ lớn để lấy có ánh sáng tự nhiên chiếu vào
Để đảm bảo không gian luôn thông thoáng, công trình được thiết kế với hệ thống cửa sổ ở mỗi phòng, kết hợp với hệ thống thông gió nhân tạo dọc theo chiều cao của tòa nhà Ngoài ra, máy điều hòa và quạt được trang bị ở các tầng để tăng cường khả năng lưu thông không khí.
KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Mặt đứng công trình
Hình 1.1-Mặt đứng chính công trình trục 5’-13’
Hình 1.2- Mặt đứng phụ công trình trục C-A
Mặt bằng tầng hầm
Hình 1.3- Mặt bằng tầng hầm 2
Mặt bằng tầng điển hình
Hình 1.4-Mặt bằng tầng điển hình 3-19
THANG MÁY CHUY? N BANG CA
Mặt cắt công trình
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế kết cấu khung
Yêu cầu thiết kế khung tối thiểu 15 tầng trở lên
Thiết kế sàn tầng điển hình
Thiết kế 1 khung trục: Sử dụng mô hình khung không gian, có tính thành phần động của gió và bố trí vách cứng hợp lý
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 máy của công trình.
TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG
TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bêtông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 198 – 1997: Nhà cao tầng Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối
TCXD 195-1997: Nhà Cao Tầng - Thiết Kế Cọc Khoan Nhồi
TCVN 10304 – 2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 299 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995
TCVN 9362 – 2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
Tải trọng
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, bao gồm tải gió (cả gió tĩnh và gió động) và tải động đất, là yếu tố quan trọng trong thiết kế nhà cao tầng, ảnh hưởng đến nội lực và chuyển vị của công trình.
Chuyển vị
Chuyển vị trong 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 ở, thậm chí có thể làm mất ổn định tổng thể công trình Do đó, chuyển vị ngang của nhà cần được kiểm soát và không được vượt quá giới hạn cho phép theo quy định trong Bảng C.4 – [TCVN 5574 - 2012: Kết cấu bêtông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế].
Kết cấu khung nhà nhiều tầng: f/H ≤ 1/500
Hệ kế cấu chính
Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau:
Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống
Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp
Các hệ kết cấu đặc biệt: Hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền,
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
2.3.3.1 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
Sơ đồ làm việc rõ ràng, nhưng khả năng chịu tải trọng ngang hạn chế Công trình này phù hợp cho các tòa nhà cao đến 15 tầng và nằm trong khu vực có khả năng chống động đất cấp 7.
10 – 12 tầng nằm trong vùng tính toán chống động đất cấp 8 và không nên áp dụng cho công trình nằm trong 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 đa cho 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
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.
Hệ kết cấu sàn
Hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hoạt động của kết cấu công trình Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là điều cần thiết, vì vậy cần thực hiện phân tích chính xác để xác định phương án phù hợp với kết cấu của công trình.
Xét các phương án sàn
Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn
Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình cũng lớn theo Điều này không chỉ gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang mà còn làm tăng chi phí vật liệu, không đạt hiệu quả tiết kiệm.
Không tiết kiệm không gian sử dụng
Cấu trúc bao gồm hệ dầm vuông góc theo hai phương, chia bản sàn thành các ô với bốn cạnh và nhịp nhỏ Để đảm bảo tính ổn định, khoảng cách giữa các dầm không vượt quá 2m.
Việc giảm thiểu số lượng cột bên trong không chỉ tiết kiệm không gian sử dụng mà còn mang lại kiến trúc đẹp mắt Điều này đặc biệt phù hợp cho các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và có không gian sử dụng lớn, như hội trường và câu lạc bộ.
Không tiết kiệm, thi công phức tạp
Khi diện tích sàn quá lớn, cần thiết phải thêm các dầm chính để đảm bảo tính ổn định Tuy nhiên, việc này cũng dẫn đến hạn chế về chiều cao của dầm chính, vì phải tăng kích thước để giảm thiểu độ võng.
2.3.4.3 Sàn không dầm có mũ cột (sàn nấm)
Sàn nấm là loại sàn không sử dụng dầm, mà bản sàn được đặt trực tiếp lên cột Khu vực xung quanh nơi sàn tiếp xúc với cột có thể được mở rộng bằng cách làm mũ cột hoặc tăng độ dày của bản sàn thành bản đầu cột.
Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình
Tiết kiệm được không gian sử dụng
Dễ phân chia không gian
Dễ bố trí hệ thống kỹ thuật điện, nước…
Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa
Phương án thi công này nhanh hơn so với phương án sàn dầm nhờ vào việc giảm thiểu công sức gia công cốp pha và cốt thép Cốt thép được định hình và lắp đặt một cách đơn giản, giúp quá trình lắp dựng ván khuôn và cốp pha trở nên dễ dàng hơn.
Do chiều cao tầng giảm nên thiết bị vận chuyển đứng cũng không cần yêu cầu cao, công vận chuyển đứng giảm nên giảm giá thành
Tải trọng ngang tác dụng vào công trình giảm do công trình có chiều cao giảm so với phương án sàn dầm
Trong phương án này, các cột không liên kết với nhau để tạo thành khung, dẫn đến độ cứng thấp hơn so với phương án sàn dầm Do đó, khả năng chịu lực theo phương ngang của phương án này kém hơn, với tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu và tải trọng đứng do cột đảm nhận.
Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng do đó dẫn đến tăng khối lượng sàn
2.3.4.4 Sàn không dầm ứng lực trước – Sàn dự ứng lực
Phương án sàn không dầm ứng lực trước không chỉ giữ lại các đặc điểm chung của sàn không dầm mà còn khắc phục một số nhược điểm của phương án này.
Giảm chiều dày sàn khiến giảm được khối lượng sàn dẫn tới giảm tải trọng ngang
Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thoả mãn về yêu cầu sử dụng bình thường
Sơ đồ chịu lực được tối ưu hóa nhờ việc bố trí cốt thép ứng lực trước phù hợp với biểu đồ mômen do tĩnh tải, giúp tiết kiệm cốt thép hiệu quả.
Thiết bị thi công ngày càng phức tạp, đòi hỏi việc chế tạo và lắp đặt cốt thép phải chính xác, từ đó yêu cầu tay nghề thi công cao hơn Tuy nhiên, với xu thế hiện đại hóa hiện nay, điều này trở thành yêu cầu tất yếu trong ngành xây dựng.
Thiết bị giá thành cao và còn hiếm do trong nước chưa sản xuất được
2.3.4.5 Sàn bêtông BubbleDeck & Uboot Beton
Bản sàn bêtông BubbleDeck và Uboot Beton là giải pháp sàn phẳng không dầm, kết nối trực tiếp với hệ cột và vách chịu lực Công nghệ này sử dụng bóng nhựa và hộp nhựa tái chế để thay thế phần bêtông không hoặc ít tham gia chịu lực ở giữa bản sàn, mang lại hiệu quả sử dụng vật liệu và giảm trọng lượng công trình.
Thiết kế linh hoạt cao cho phép thích nghi với nhiều loại mặt bằng, tạo ra không gian rộng rãi cho nội thất Khoảng cách lưới cột được tăng cường, khả năng vượt nhịp lên tới 15m mà không cần ứng suất trước, giúp giảm thiểu hệ tường và vách chịu lực Điều này không chỉ giảm thời gian thi công mà còn tiết kiệm chi phí dịch vụ đi kèm.
Các công nghệ mới đang được giới thiệu tại Việt Nam, tuy nhiên lý thuyết tính toán vẫn chưa phổ biến So với sàn bê tông cốt thép thông thường cùng độ dày, khả năng chịu cắt và chịu uốn của chúng có phần giảm sút.
Kết luận hệ kết cấu chịu lực chính
Tổng quan kích thước công trình
Công trình bao gồm 2 tầng hầm và 19 tầng nổi, với tổng chiều cao 77.75m Dựa trên các giải pháp kết cấu đã được trình bày, hệ khung kết hợp vách được lựa chọn là giải pháp chịu lực tối ưu cho công trình.
Công trình có quy mô 21 tầng và kích thước bước nhịp lớn nhất đạt 9.4m, do đó cần lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp để đảm bảo hiệu quả cho công trình.
Do công trình là nhà cao tầng với bước nhịp lớn, nhằm đảm bảo tính thẩm mỹ cho các căn hộ, giải pháp kết cấu chính được lựa chọn phù hợp.
Thiết kế cho 1 phương án sàn: Sàn bêtông cốt thép hệ sàn sườn
Sử dụng hệ khung có cột kết hợp 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
Yêu cầu vật liệu sử dụng cho công trình
Vật liệu xây dựng có thể tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, giúp giảm chi phí và đảm bảo tính chịu lực cũng như khả năng biến dạng phù hợp cho công trình.
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 dẻo cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp
Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão)
Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình.
Chọn vật liệu sử dụng cho công trình
Nhà cao tầng thường có tải trọng lớn, vì vậy việc lựa chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng Vật liệu cần phải giảm tải trọng cho công trình, tiết kiệm chi phí và dễ dàng tìm kiếm Do đó, bêtông cốt thép là lựa chọn lý tưởng cho thiết kế các công trình này.
(Bêtông sử dụng cho công trình theo TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bê tông và 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 = 17𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu kéo tính toán: 𝑅 𝑏𝑡 = 1.2𝑀𝑃𝑎
Kết cấu móng công trình, phần chịu lực của công trình trong đất, sẽ được thể hiện rõ ràng trong thiết kế chi tiết với loại bêtông sử dụng.
(Thép sử dụng cho công trình theo)
Cốt thộp trơn ỉ 10mm : Dựng tớnh toỏn cốt đai cho dầm, cột và cốt dọc cho sàn…Sử dụng thép AI có các chỉ tiêu:
Cường độ chịu nén tính toán: 𝑅 𝑠 = 225𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu kéo tính toán: 𝑅 𝑠𝑐 = 225𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu kéo tính cốt thép ngang: 𝑅 𝑠𝑤 = 175𝑀𝑃𝑎
Đối với cốt thộp trong thiết kế cọc khoan nhồi, sử dụng thộp gõn ỉ 10mm thuộc nhóm cốt thép AII, có các chỉ tiêu:
Cường độ chịu kéo tính toán: 𝑅 𝑠 = 280𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu nén tính toán: 𝑅 𝑠𝑐 = 280𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu kéo cốt thép ngang: 𝑅 𝑠𝑤 = 225𝑀𝑃𝑎
Đối với cốt thộp trong thiết kế sàn, dầm, cột và vỏch, sử dụng thộp gõn ỉ 10mm thuộc nhóm cốt thép AIII, có các chỉ tiêu:
Cường độ chịu kéo tính toán: 𝑅 𝑠 = 365𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu nén tính toán: 𝑅 𝑠𝑐 = 365𝑀𝑃𝑎
Cường độ chịu kéo cốt thép ngang:𝑅 𝑠𝑤 = 290𝑀𝑃𝑎
Đối với các cấu kiện đặc biệt, cốt thép sử dụng trong thiết kế sẽ được thể hiện chi tiết trong tính toán
Vữa ximăng – cát, gạch xây tường: 𝛾 = 18 𝑘𝑁 𝑚⁄ 3
Lớp bê tông bảo vệ
Mục 8.3.2 [TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế]
Đối với cốt thép dọc chịu lực, bao gồm cốt thép không ứng lực trước, ứng lực trước và ứng lực trước kéo trên bệ, chiều dày lớp bê tông bảo vệ phải tối thiểu bằng đường kính của cốt thép hoặc dây cáp.
Trong bản và tường có chiều dày > 100mm: ….….… 15mm ( 20mm )
Trong dầm và dầm sườn có chiều cao ≥ 250mm:… …20mm ( 25mm )
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 cần phải đảm bảo không nhỏ hơn đường kính của các cốt thép này.
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 ướt
SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CHO CÔNG TRÌNH
Sơ bộ tiết diện dầm
Chiều cao và bề rộng dầm được chọn lựa theo công thức kinh nghiệm sau: d d d h L
Trong đó md : Phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng
md 8 :12 : đối với dầm chính
md 12 :16 : đối với dầm phụ
Sơ bộ kích thước tiết diện điển hình cho dầm chính trục 5’ – 6’, khung trục A, có L 9400mm :
Sơ bộ kích thước tiết diện điển hình cho dầm phụ trục B – C, khung trục 9’, có L 9100mm
Kích thước tiết diện các dầm còn lại thể hiện trong Bảng 2.1
Bảng 2.1- Sơ bộ tiết diện dầm
Tên dầm Kích thước sơ bộ (bh)mm
Sơ bộ tiết diện vách
2.5.2.1 Điều kiện bố trí và sơ bộ tiết diện vách
Việc chọn lựa cấu hình kết cấu hợp lý cho công trình là yếu tố quyết định đến hiệu suất làm việc của toàn bộ công trình, bao gồm hình dạng, loại kết cấu (khung hay vách) và loại cấu kiện sử dụng Một cấu hình kết cấu không phù hợp có thể gây ra tình trạng tập trung ứng suất nghiêm trọng, do đó, trong quá trình thiết kế, cần lưu ý đến các điều kiện quan trọng để đảm bảo tính bền vững và an toàn cho công trình.
Khi thiết kế các công trình sử dụng vách và lõi cứng chịu tải trọng ngang, cần bố trí tối thiểu 3 vách cứng Các vách này không được phép gặp nhau tại một điểm để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Để đảm bảo tính ổn định cho công trình, cần thiết kế các vách giống nhau về độ cứng và kích thước hình học, đồng thời bố trí sao cho tâm cứng trùng với tâm khối lượng Nếu chỉ đảm bảo đối xứng về độ cứng mà không đồng nhất về kích thước, trong giai đoạn dẻo dưới tác động mạnh như động đất, điều này có thể dẫn đến sự thay đổi độ cứng, gây ra biến dạng và chuyển vị khác nhau giữa các vách Hệ quả là sự đối xứng về độ cứng bị phá vỡ, tạo ra các tác động xoắn nguy hiểm cho công trình.
Nên lựa chọn nhiều vách nhỏ có khả năng chịu tải tương đương thay vì chọn các vách lớn với số lượng ít Việc phân bổ đều các vách trên mặt công trình sẽ giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và đảm bảo tính ổn định cho toàn bộ kết cấu.
Hệ kết cấu chịu tải trọng ngang, bao gồm lõi, tường, khung và vách, cần được duy trì liên tục từ móng đến mái của công trình Điều này đặc biệt quan trọng trong trường hợp có gió giật cấp, với các yêu cầu cụ thể tại các cao độ khác nhau.
Không nên chọn khoảng cách giữa các vách và từ các vách đến biên quá lớn
Từng vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó
Các lỗ trên vách không được làm giảm khả năng chịu tải của cấu trúc, do đó cần áp dụng biện pháp tăng cường cho khu vực xung quanh các lỗ này.
Bố trí khung vách cần đảm bảo độ cứng không khác biệt rõ rệt giữa hai phương, đồng thời cũng không được bằng nhau Điều này có nghĩa là độ cứng phải được phân bố đồng đều nhưng khác nhau giữa hai phương, tạo ra sự khác biệt về chu kỳ dao động trong từng phương.
Để giảm thiểu dao động xoắn trong thiết kế, cần tránh bố trí các cấu kiện đứng như hệ khung, vách hay lõi một cách bất đối xứng Do tác dụng chống xoắn của vách cứng là nhỏ, việc sắp xếp các cấu kiện đứng theo hình thức đối xứng sẽ giúp ổn định và giảm thiểu hiện tượng dao động xoắn.
2.5.2.2 Sơ bộ tiết diện vách cho công trình
Theo mục 3.4.1 – [TCVN 198-1997_Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối], chọn sơ bộ kích thước vách như sau:
Chiều dày cách chọn lớn hơn 150mm hoặc 1 H t
Vậy chọn t v = 400mm cho các cả các vách đơn, vách thang máy chọn t v = 400mm
Kiểm tra lại tiết diện lựa chọn
Tổng diện tích mặt cắt vách cứng có thể xác định theo công thức: v vl st
F st là diện tích sàn tầng, chọn tầng điển hình là tầng 3 có 𝐹 𝑠𝑡 = 1148𝑚 2
Tổng diện tích mặt cắt ngang vách cứng trên bề mặt bằng công trình có 𝐹 𝑣 30.55𝑚 2
Kết luận: Kết quả diện tích vách cứng đã chọn đạt yêu cầu kết cấu
Hình 2.1- Mặt bằng bố trí vách cho sàn tầng điển hình
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 hệ 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 xác định sơ bộ theo công thức: b 1 min h D L h
m: hệ số phụ thuộc vào bản sàn
Bản dầm m 30 35 , chọn m = 35 Bản kê m 40 45 , chọn m = 45 Bản consol m 10 18 , chọn m = 18
D: hệ số phụ thuộc vào tải trọng, D 0.8 1.4 , chọn D 1
Chiều dày tối thiểu của bản sàn được quy định như sau: đối với sàn mái, chiều dày tối thiểu là 60mm; sàn nhà dân dụng yêu cầu chiều dày tối thiểu 80mm; và sàn nhà công nghiệp cũng như các công trình công cộng cần có chiều dày tối thiểu 100mm.
Chọn tiết diện cho ô sàn điển hình Ô sàn có kích thước 𝐿 1 × 𝐿 2 = (5850 × 6350)𝑚𝑚
THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH PHƯƠNG ÁN : SÀN BÊTÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI – HỆ SÀN SƯỜN
MẶT BẰNG ĐÁNH SỐ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Hình 3.1 Mặt bằng đánh số ô sàn tầng điển hình
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
Tĩnh tải
Tĩnh tải của sàn bê tông cốt thép chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc các lớp của sàn và trọng lượng của thiết bị treo bên dưới, nếu có Trong thiết kế công trình, sàn được cấu tạo theo các hình dạng như Hình 3.2 và Hình 3.3.
Hình 3.2 Mặt cắt cấu tạo các lớp sàn căn hộ
Hình 3.3 Mặt cắt cấu tạo các lớp sàn nhà vệ sinh
3.2.1.1 Tải trọng bản thân tường
Thông thường, các tường thường được hỗ trợ bởi dầm đỡ ở phía dưới Tuy nhiên, để tăng tính linh hoạt trong việc bố trí tường ngăn, một số tường có thể không cần dầm đỡ bên dưới.
Khi xác định tải trọng tác dụng lên ô sàn, cần tính thêm trọng lượng của các tường ngăn Tải trọng này sẽ được phân bố đều trên toàn bộ ô sàn và được xác định theo công thức: tt t t t 2 t t san.
t : trọng lượng riêng của tường xây (kN/m 3 )
S san : diện tích ô sàn có tường (m 2 )
Khi có các ô sàn có kích thước giống nhau nhưng được bố trí tường ngăn khác nhau, chúng ta nên chọn ô sàn có khả năng chịu tải trọng tường lớn hơn để thực hiện các tính toán điển hình.
- Tải tường quy về phân bố đều trên sàn: Tường ngăn rộng 100mm, cao 3290mm được tính toán trong từng ô sàn có xây tường được tính trong Bảng 3.1
Bảng 3.1 Tải trọng tường tác dụng lên các ô sàn Ô sàn Bt
Tải trọng tường phân bố trên dầm: Tường bao dày 200mm, tường bên trong dày
Tải trọng tường phân bố trên dầm biên trên sân thượng: Tường bao dày 200mm
3.2.1.2 Tải trọng các lớp cấu tạo sàn căn hộ và sàn vệ sinh
Bảng 3.2 Tải trọng các lớp cấu tạo sàn căn hộ tầng điển hình
Bảng 3.3 Tải trọng cấu tạo sàn vệ sinh tầng điển hình
Hoạt tải
Tra mục 4.3 tiêu chuẩn [TCVN 2737-1995] được các giá trị hoạt tải thể hiện trong Bảng
Bảng 3.4 Hoạt tải sử dụng trên công trình
Công năng Trị số tiêu chuẩn
tc 2 p kN / m Hệ số vượt tải n Trị số tính toán
Tổng tải trọng tác dụng lên sàn
Bảng 3.5 Tổng tải tác dụng lên các ô sàn tầng điển hình
Các lớp cấu tạo sàn
Các lớp cấu tạo sàn
TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP CỔ ĐIỂN
Sơ đồ tính ô sàn
Hệ kết cấu sàn được thiết kế dưới dạng sàn dầm bê tông cốt thép toàn khối, với phương pháp tính toán bản sàn được coi là cấu kiện chịu uốn Nội lực trong các ô bản được xác định theo sơ đồ đàn hồi, và việc lựa chọn sơ đồ tính bản phù hợp phụ thuộc vào điều kiện liên kết giữa bản và các dầm bê tông cốt thép, có thể là tựa đơn hoặc ngàm xung quanh.
Xét điều kiện liên kết của bản sàn với dầm
Khi bản tựa lên dầm bêtông cốt thép đổ toàn khối mà d s h 3 h , liên kết được xem là ngàm
Khi bản sàn tựa lên dầm bêtông cốt thép đổ toàn khối mà d s h 3 h , liên kết được xem là khớp
Tính toán nội lực theo kiểu ô bản đơn
(L1: kích thước cạnh ngắn của ô bản, L2: kích thước cạnh dài của ô bản)
L chia làm 2 loại bản sàn:
L : sàn làm việc hai phương => sàn bản kê 4 cạnh
L : sàn làm việc một phương => sàn bản dầm
3.3.1.1 Đối với ô sàn làm việc 2 phương
Cắt ô bản theo mỗi phương với bề rộng b=1m, giải với tải phân bố đều tìm được moment nhịp và gối
Giá trị tải trọng: P (g s p ).L L (kN) s 1 2
Sơ đồ tính: Tra phụ lục 15 – Kết cấu bê tông cốt thép Tập 3 – Võ Bá Tầm
Hình 3.4 Sơ đồ tính số 9 ứng với ô sàn có liên kết ngàm 4 cạnh
- Các hệ số m , m , k , k i1 i2 i1 i2 tra theo tỉ số L / L 2 1 Trong phụ lục 15 – Kết cấu bê tông cốt thép Tập 3 – Võ Bá Tầm
3.3.1.2 Đối với ô sàn làm việc 1 phương
Xét một dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn, ta tính toán thép cho dải bản như một dầm có kích thước (b h) × s Hai đầu dầm được xem xét với tỷ số (h / h)d s để xác định kiểu liên kết, là ngàm hay khớp.
Giá trị tải trọng phân bố đều tác dụng : q (g s p ) s b N/ m(k )
Giá trị nội lực và sơ đồ tính: Xác định theo sơ đồ cơ học kết cấu, Bảng 3.6 b=1 m b=1m
Bảng 3.6 Sơ đồ tính và giá trị nội lực của ô bản đơn theo cơ học kết cấu
Nội lực các ô sàn
Bảng 3.7 Bảng tổng hợp moment bản kê 4 cạnh ( 2 phương )
Kích thước Tải trọng Chiều dày
Kích thước Tải trọng Chiều dày
Kích thước Tải trọng Chiều dày
Kích thước Tải trọng Chiều dày
Bảng 3.8 Bảng tổng hợp moment bản dầm ( 1 phương)
Kích thước Tải trọng Chiều dày Tỷ số l2/l1
(m) (m) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) (mm) (mm) (mm)
Kích thước Tải trọng Chiều dày Tỷ số l2/l1
(m) (m) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) (mm) (mm) (mm)
Tính toán cốt thép
Giả 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: h0 = h – a = 140 – 20 = 120mm
Từ kết quả tính nội lực, thực hiện các bước tính toán sẽ được cốt thép As của ô bản m 2 R b b 0 m
- M : Moment tính toán ở nhịp hoặc ở gối
- Rb : Cường độ chịu nén của bêtông B30 : Rb 17MPa
- R s : Cường độ chịu kéo của cốt thép:
R s 225MPa đối với thộp (ỉ 𝑓 = 𝑓 𝑚 + 𝑓 𝑑 = 0.19(𝑐𝑚)
Kiểm tra điều kiện võng của cấu kiện: 𝑓 = 0.19(𝑐𝑚) ≤ 𝑓 𝑢 = 2.5(𝑐𝑚)
(với f u : Độ võng giới hạn của cấu kiện Tra Bảng 4, TCVN 5574 – 2012.)
Tính toán cốt thép cho tất cả các ô sàn
Kết quả tính toán cốt thép các ô sàn được thể hiện trong Bảng 3 13 và Bảng 3 14
Bảng 3.13 Bảng kết quả tính toán cốt thép của bản sàn 2 phương
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT
Tổng hợp As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT
Tổng hợp As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT
Tổng hợp As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT
Tổng hợp As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT
Tổng hợp As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT
Tổng hợp As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Bảng 3.14 Bảng kết quả tính toán cốt thép của bản sàn 1 phương
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Moment Tính thép Chọn thép h a h0 αm ζ As TT H.lượng ỉ a TT a BT As CH H.lượng
(mm) (mm) (mm) (kN.m/m) (cm 2 /m) 𝜇 TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) 𝜇 BT (%)
Do tính các ô sàn độc lập nên thường xảy ra hiện tượng tại 2 bên của dầm thì các ô sàn có nội lực khác nhau
Do sự phân phối moment tại gối của hai ô sàn kế cận là bằng nhau, để đảm bảo tính an toàn, ta sẽ chọn moment lớn nhất để bố trí cốt thép cho cả hai bên gối.
Đối với cốt thép chịu moment dương, để tiện thi công nên ta kéo dài cốt thép cùng loại trong những ô sàn liên tiếp.
TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN – SỬ DỤNG PHẦN MỀM SAFE V16.2.0
Lý thuyết tính toán
Đầu tiên, chúng ta sử dụng phần mềm ETABSv16 để mô hình hóa toàn bộ công trình, sau đó xuất một tầng điển hình sang phần mềm SAFEv16 để tính toán nội lực và thiết kế thép Việc sử dụng mô hình 3D trong SAFEv16, kết hợp với sức mạnh của máy tính, cho phép giải quyết tất cả các bài toán liên quan.
Sơ đồ tính
Hệ kết cấu sàn trong mô hình được thiết kế là sàn sườn toàn khối, với mặt bằng sàn được chia thành các dải trên cột (DTC) và các dải giữa nhịp (DGN) Các DTC hoạt động như dầm liên tục, được kê trên các đầu cột, trong khi các DGN cũng là các dải liên tục, kê lên các gối tựa là các DTC và vuông góc với chúng.
Các ô sàn trống như lỗ rác và mô hình lỗ trống Opening được xem là các điểm trống, trong khi các lỗ kỹ thuật và lỗ Gen xuyên tầng vẫn được coi là liên tục Trong quá trình thi công sau này, sẽ áp dụng các biện pháp cấu tạo để xử lý những lỗ này.
Bề rộng các DTC, DGN được chọn là b =1m.
Mô hình tính toán
3.4.3.1 Mô hình sàn 3D trong SAFE v16
Hình 3.5 Mô hình 3D xuất từ ETABS trong SAFE 3.4.3.2 Tải trọng tác dụng
Tải trọng gồm tĩnh tải (TLBT sàn, các lớp hoàn thiện, tải tường) và hoạt tải (gán tùy theo khu chức năng) giống như Mục 3.2.1 và Mục 3.2.2
Tải trọng bản thân của sàn bê tông cốt thép (BTCT) được phần mềm tự động tính toán, do đó, tĩnh tải được gán vào phần mềm sẽ được điều chỉnh bằng cách trừ đi trọng lượng bản thân của sàn BTCT.
3.4.3.3 Các trường hợp tải trọng
Khi tải trọng ngang tác động, nội lực trong sàn chủ yếu do tải trọng đứng gây ra, vì tải trọng ngang được truyền trực tiếp vào vách và lõi cứng Do đó, trong mô hình SAFEv16, có thể bỏ qua tải trọng ngang và chỉ xem xét các trường hợp tải trọng đứng như trình bày trong Bảng 3.15.
Bảng 3.15 Khái niệm và ý nghĩa các loại tải trọng trong khai báo
STT Tải trọng Loại khai báo Hệ số Self
1 TLBT DEAD 1.1 Trọng lượng bản thân
2 HOAN THIEN SUPERDEAD 0 Tải các lớp hoàn thiện
4 HT LIVE 0 Hoạt tải chất đầy
Bảng 3.16 Tổ hợp tải trọng
COMBAO TLBT + HOAN THIEN +HT
Xác định nội lực sàn
3.4.4.1 Biểu đồ gán tải trọng
Hình 3.6 Mặt bằng gán tĩnh tải sàn tầng điển hình (kN/m 2 )
Hình 3.7 Mặt bằng gán hoạt tải sàn tầng điển hình (kN/m 2 )
Hình 3.8 Dãy STRIP theo phương X bề rộng 1m
Hình 3.9 Dãy STRIP theo phương Y bề rộng 1m
Hình 3.10 Biểu đồ chuyển vị sàn (mm)
Hình 3.11 Biểu đồ Moment theo phương X (kN.m)
Hình 3.12 Biểu đồ Moment theo phương Y (kN.m)
Tính toán cốt thép
Giả 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: h0 = h – a = 140 – 20 = 120mm
Tính thép lớp trên các dải từ Moment âm lớn nhất của mỗi dải theo phương X và Y
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 3.17 và Bảng 3.18
Bảng 3.17 Kết quả tính toán cốt thép theo STRIP A – Phương trục X
𝛼 𝑚 𝜉 A (mm ) tt s 2 tt (%) mm a(mm) A s chon (mm ) 2 𝜇 𝑐ℎọ𝑛 (%)
Bảng 3.18 Kết quả tính toán cốt thép theo STRIP B – Phương trục Y
Tính thép Chọn thép chon (%)
m A (mm ) s tt 2 tt (%) mm a(mm) A chon s (mm ) 2
Kiểm tra vết nứt và độ võng sàn
Kết quả từ phần mềm SAFE không bao gồm tính toán vết nứt, vì vậy sinh viên chỉ có thể sử dụng trực tiếp kết quả độ võng để so sánh với phương pháp tính tay Độ võng lớn nhất theo phần mềm SAFE được thể hiện trong hình.
Hình 3.13 Độ võng của ô sàn trong SAFE (mm) Độ võng giới hạn được xác định theo Bảng 4 – [TCVN 5574-2012: Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kể]
[𝑓] 𝑢 = 2.5𝑐𝑚 Kiểm tra độ võng tính toán: 𝑓 = 14.6𝑚𝑚 = 1.46𝑐𝑚 < [𝑓] 𝑢 = 2.5𝑐𝑚 => => Đạt yêu cầu
So sánh độ võng giữa ô sàn tính toán bằng TCVN 5574 – 2012 với phần tử hữu hạn: Độ võng tính toán bằng tay: 𝑓 = 0.19𝑐𝑚 Độ võng tính toán bằng SAFE: 𝑓 = 1.46𝑐𝑚
Nhận xét: Độ võng tính tay nhỏ hơn so với độ võng tính toán bằng SAFE.
SO SÁNH GIỮA HAI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TAY VÀ GIẢI BẰNG PHẦN MỀM SAFE
Để đơn giản hóa việc tính toán theo phương pháp rời rạc hóa kết cấu, bài viết sử dụng bảng tra nhằm xác định sơ đồ tính là bản kê hoặc bản dầm, dựa trên 11 sơ đồ đã thành lập Việc xác định nội lực cho các ô bản được thực hiện với giả thiết điều kiện biên của ô bản là ngàm, khớp hoặc tự do, cùng với tỉ lệ giữa cạnh dài và cạnh ngắn Tuy nhiên, các bảng tra hiện tại đã áp dụng những giả thiết không chính xác, dẫn đến kết quả không đáng tin cậy.
Trong tính toán kết cấu, bài toán ô sàn thường liên quan đến việc kê lên các dầm chính và được chia nhỏ bởi các dầm phụ Khi chịu tải trọng, cả dầm chính và dầm phụ đều xuất hiện chuyển vị Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp bảng tra để tính toán sàn, độ võng của dầm thường bị bỏ qua, mặc dù độ võng này có thể gây ra nội lực trong bản.
Trong thực tế, không tồn tại điều kiện biên lý tưởng cho các ngàm hay khớp, mà điều này phụ thuộc vào độ cứng tương đương giữa dầm và sàn Hơn nữa, hầu như không có ô bản độc lập trong cấu trúc này.
Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm SAFE để mô hình hóa kết cấu cho phép thiết lập liên kết nút cứng giữa sàn và dầm, với nội lực được phân phối dựa trên độ cứng của các cấu kiện trong hệ thống Thuật toán phân tích nội lực của phần mềm đã tính toán sự xoay của các nút, đảm bảo rằng kết quả thu được phản ánh chính xác điều kiện làm việc thực tế Hơn nữa, quá trình giải nội lực cũng xem xét các chuyển vị của các cấu kiện như dầm và cột, giúp tăng độ chính xác của nội lực so với việc sử dụng bảng tra.
Kết luận: Phần mềm SAFE mang lại khả năng tính toán nhanh chóng và an toàn cho thiết kế sàn Tuy nhiên, do kỹ năng sử dụng phần mềm của sinh viên chưa được phát triển đầy đủ, họ thường phải sử dụng phương pháp tra bản đơn để thực hiện tính toán và vẽ cho sàn trong khuôn khổ đồ án.
CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CỦA CẦU THANG
Cấu tạo cầu thang
Cầu thang là phương tiện giao thông đứng thiết yếu trong công trình, bao gồm các bậc thang liên tiếp và được kết nối bằng chiếu nghỉ và chiếu tới Các thành phần cơ bản của cầu thang bao gồm vế thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, lan can tay vịn và dầm thang.
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
Khi lựa chọn số bậc thang cho ngôi nhà, cần tuân theo quy luật kiến trúc với chu kỳ "sinh-lão-bệnh-tử" Bậc đầu tiên là sinh, tiếp theo là lão, bệnh, tử và sau đó lặp lại chu kỳ này Số bậc thang lý tưởng nên theo công thức (4n+1), trong đó "n" là số lần chu kỳ lặp lại Để đảm bảo sự hài hòa, số bậc thang nên rơi vào cung "sinh", mang lại may mắn và tài lộc cho gia chủ.
Chọn các kích thước cầu thang
Chiều cao tầng điển hình: H t = 3500mm
Số lượng bậc thang: 21 bậc
Cao độ 1= + 8.3m (cao độ sàn tầng 3)
Cao độ 2= + 10.05m (cao độ chiếu nghỉ)
Cao độ 3= + 11.8m (cao độ sàn tầng 4)
Chiều dày bản thang được xác định sơ bộ theo công thức: h b = ( 1
30) × 5100 = (204 ÷ 170)mm Chọn h b = 166mm (Với L là nhịp tính toán theo phương lớn nhất của cầu thang)
- Chiều cao bậc thang : h b = 166mm
- Bề rộng bậc thang : I b = 250mm
Độ dốc của bản thang
Kiến trúc cầu thang thiết kế
Hình 4.1 Mặt bẳng cầu thang
Hình 4.2 Mặt cắt cầu thang
Chọn các kích thước dầm chiếu nghỉ, kích thước bản thang
Kích thước dầm chiều nghỉ: 200 x 400mm
Kích thước dầm chiếu tới: 200 x 400mm
Chiều dày bản chiếu nghỉ: h bcn = 140mm
Chiều dày bản nghiêng: h bt = 140mm