KIẾN TRÚC
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Tốc độ đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự gia tăng dân số tự nhiên đã khiến Thành phố Hồ Chí Minh tiếp nhận một lượng lớn người nhập cư từ các tỉnh thành khác trong cả nước Theo thống kê năm 2015 của Tổng cục Thống kê, dân số thành phố hiện gần mười triệu người, tạo ra áp lực lớn trong việc giải quyết việc làm và nhu cầu chỗ ở, vấn đề này dự kiến sẽ gia tăng trong những năm tới.
Xu hướng xây dựng các tòa nhà chung cư cao cấp và dự án chung cư cho người có thu nhập thấp ngày càng gia tăng, phản ánh giá trị con người và nhu cầu sống hiện đại Các chung cư không chỉ đơn thuần là nơi ở mà còn tích hợp nhiều dịch vụ tiện ích cho cư dân Việc xây dựng chung cư cao tầng là giải pháp tối ưu, tiết kiệm và hiệu quả trong việc khai thác quỹ đất Chung cư CT15 được thiết kế hiện đại, đầy đủ tiện nghi và cảnh quan đẹp, tạo không gian sống lý tưởng cho cư dân trong sinh hoạt, giải trí và làm việc.
Phân cấp công trình: theo NGHỊ ĐỊNH SỐ 15/2013/NĐ-CP, công trình CHUNG CƯ
CT15 thuộc công trình Cấp II
Công trình gồm 18 tầng, trong đó gồm có: 1 tầng hầm, 16 tầng ( bao gồm: tầng 1 TTTM+
14 tầng căn hộ cao cấp, 1 tầng kỹ thuật(tầng 16)) và 1 tầng mái
Cốt 0.00m được đặt tại mặt sàn tầng 1, trong khi mặt đất tự nhiên tại vị trí cốt là -1.35m và mặt bằng sàn tầng hầm ở cốt -3.00m Tổng chiều cao của công trình đạt 57.3m tính từ cốt 0.00m Mặt bằng xây dựng công trình có hình chữ nhật với kích thước chiều dài 35.1m và chiều rộng 31.2m, áp dụng cho cả tầng hầm và các tầng còn lại.
Tổng diện tích xây dựng công trình là 700m tính toán điển hình cho diện tích xây dựng 2 là Tầng 2
Chức Năng Của Các Tầng
Tầng hầm cao 3.0m được thiết kế để chứa xe và bao gồm các phòng chức năng như phòng chứa tủ điện, phòng máy phát điện, hệ thống xử lý nước thải, phòng bảo vệ, cùng với các phòng ban kỹ thuật để điều hành tòa nhà.
Tầng 1 cao 4.5m, khu liên hợp dịch vụ…
Từ tầng 2-15 là các căn hộ cao cấp
Tầng 16 là tầng kĩ thuật
Tầng Sân Thượng là khu vực ngắm cảnh
Giải Pháp Giao Thông Trong Công Trình
Giao thông trong công trình được đảm bảo nhờ vào 2 buồng thang máy và 2 cầu thang bộ, với buồng thang máy nằm ở vị trí giữa khối nhà, trong khi 2 cầu thang bộ được đặt ở vị trí góc Hai cầu thang bộ này không chỉ phục vụ cho việc di chuyển mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo lối thoát hiểm.
Giao thông ngang của các tầng là hệ thống hành lang chung đồng thời thông gió lấy sang cho chung cư
Chạy xung quanh công trình là đường rộng 5.5m để đường cho xe cứu hỏa cung như giao thông cho cư dân chung cư
Tất cả các phòng đều có ánh sáng chiếu vào từ các ô cửa sổ, ban công
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…
Hình 1.1: Mặt đứng công trình trục E-A
Mặt Bằng Tầng Điển Hình
Hình 1.2: Mặt bằng tầng điển hình
PHÒNG NG? PHÒNG NG? PHÒNG NG?
WCHÀNH LANGTHÔNG GIÓ
Hình 1.3: Mặt cắt công trình trục A-A
CƠ SỞ THIẾT KẾ
Nội dung tính toán bao gồm ba yêu cầu chính: thiết kế kết cấu khung trục và sàn tầng điển hình, thiết kế kết cấu móng, và thiết kế thi công tầng hầm cho công trình được giao.
Thiết Kế Kết Cấu Khung
Yêu cầu thiết kế khung tối thiểu 15 tầng trở lên
Thiết kế sàn tầng điển hình
Thiết kế cầu thang, lõi thang máy
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
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
Dựa vào hình khối của công trình, cần lựa chọn giải pháp kết cấu 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, bao gồm tải gió (cả gió tĩnh và gió động) cùng với tải động đất, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế nhà cao tầng, ảnh hưởng trực tiếp đến nội lực và chuyển vị của công trình.
Chuyển vị ngang và chuyển vị đứng là hai yếu tố quan trọng trong xây dựng Khi chuyển vị ngang vượt quá mức cho phép, nó sẽ gia tăng giá trị nội lực do độ lệch tâm tăng lên, dẫn đến nguy cơ 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 cư dân, thậm chí có thể làm mất ổn định tổng thể của công trình.
Theo Mục 2.6.3 – [TCVN 198-1997: Nhà cao tầng Thiết kế kết cấu bêtông cốt thép toàn khối] có quy định:
Nhà cao tầng phải có khả năng kháng chấn cao (chống động đất): Tải trọng động đất là một trong những yếu tố chính thiết kế kết cấu
Kết cấu chịu lực của công trình cần được thiết kế hợp lý theo phương đứng và phương ngang, bao gồm khung, vách và lõi cứng, nhằm hấp thụ và tiêu tán năng lượng trong trường hợp xảy ra động đất Các kết cấu này phải đảm bảo duy trì sức chịu tải mà không bị sụp đổ, có khả năng chịu lửa cao và đảm bảo thoát hiểm an toàn Hơn nữa, độ bền và tuổi thọ của móng phải được tính toán phù hợp để chịu được tải trọng bên trên.
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 có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép, mỗi loại đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt trong 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
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 không cao Công trình thích hợp cho các tòa nhà cao đến 15 tầng trong khu vực tính toán chống động đất cấp 7, 10-12 tầng cho cấp 8, và không nên áp dụng cho công trình trong khu vực 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 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
Hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến không gian làm việc của kết cấu công trình Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là thiết yếu, do đó cần thực hiện phân tích chính xác để xác định phương án phù hợp nhất 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 đáng kể khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng công trình cao, gây bất lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang và làm tăng chi phí vật liệu.
Không tiết kiệm không gian sử dụng
Hệ Sàn Dầm Có Mũ Cột (Sàn Nấm)
Sàn nấm là loại sàn không sử dụng dầm, mà trực tiếp tựa lên cột Vùng sàn tiếp xúc với cột có thể được mở rộng thành mũ cột hoặc gia tăng độ dày của bản sàn, tạo 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 do không cần gia công cốp pha và cốt thép dầm phức tạp Cốt thép được đặt một cách định hình và đơn giản, giúp việc 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, khiến tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu, trong khi 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
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 57.3 m Dựa trên các giải pháp kết cấu đã được trình bày, hệ khung kết hợp vách được chọn làm kết cấu chịu lực là phương án phù hợp nhất cho công trình này.
Công trình có quy mô 18 tầng với kích thước bước nhịp từ 3.9m đến 7.8m, yêu cầu lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp để đảm bảo hiệu quả cho toàn bộ công trình.
THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN 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 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 bao gồm các lớp cấu tạo như được minh họa trong Hình 3.2.
Hình 3.2: Mặt Cắt Các Lớp Cấu Tạo Sàn Căn Hộ
Tải trọng cấu tạo các lớp sàn
Bảng 3.1: Tải trọng sàn phòng ngủ, phòng khách, phòng ăn
Vật liệu cấu tạo sàn
Bảng 3.2: Cấu tạo sàn hành lang
Vật liệu cấu tạo sàn g tc g tc n g tt
(mm) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) Đá lát 20 23 0.46 1.1 0.51
Lớp trát trần, dày 10mm Bản sàn bê tông dày 150 Lớp vữa lót, dày 30mm Lớp lát sàn Ceramic, dày 10 mm
MẶT CẮT CẤU TẠO SÀN
Bảng 3.3: Cấu tạo sàn vệ sinh, lô gia
Vật liệu cấu tạo sàn g tc g tc n g tt
Vữa lót nền + tạo dốc 30 18 0.54 1.3 0.70
Tải trọng bản thân tường
Tải tường trên sàn Để đơn giản trong tính toán, tải trọng bản thân tường được phân thành tải phân bố đều trên sàn
Trọng lượng tường phân bố trên sàn được tính theo công thức: t n b h L g S
- n = 1.1 là hệ số vượt tải
- b, h: chiều dày và chiều cao tường xây trên sàn
Bảng 3.4: Tải tường tác dụng lên sàn
Tải trọng tường phân bố đều trên sàn l 1 l 2
S tư òn g ( m 2 ) g tc n g g tctường g tttường
Tải trọng tường phân bố trên dầm: Tường bao rộng 200mm
Giá trị của hoạt tải được chọn dựa theo chức năng sử dụng của từng ô sàn, tra TCVN 2737-
1995 ta có: p tt = n p tc (n: hệ số vượt tải theo 2737-95 ) n = 1,3 với ptc < 200 kG/m2 n = 1,2 với p tc 200 kG/m 2
Bảng 3.5: giá trị hoạt tải
tc 2 p kN / m Hệ số vượt tải n
Đối với các ô sàn bao gồm nhiều phòng, giá trị hoạt tải tính toán được xác định dựa trên trung bình phần trăm diện tích của từng phòng Công thức tính toán giá trị này sẽ được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế nhà bếp.
Bảng 3.6: hoạt tải tác dụng lên từng ô sàn
Hoạt tải tính toán P tt l 1 l 2
S4 3.9 7.8 phòng ngủ, nhà vệ sinh, hành lang 1.83 2.20
S5 3.9 7.8 phòng khách, nhà vệ sinh 1.50 1.95
S6 3.9 7.8 lô gia, nhà vệ sinh 2.06 2.68
S10 3.9 7.8 bếp ăn, lô gia, nhà vệ sinh 1.50 1.95
Tổng tải tác dụng lên sàn
Bảng 3.7: bảng tổng hợp tải trọng tác dụng lên các ô sàn tầng điển hình
Kích thước Tải tiêu chuẩn Tải tính toán l 1 l 2
TÍNH TOÁN Ô SÀN THEO PHƯƠNG PHÁP Ô BẢN ĐƠN
Hệ kết cấu sàn được thiết kế là sàn dầm bê tông cốt thép toàn khối, trong đó phương pháp tính toán bản sàn được coi là cấu kiện chịu uốn Nội lực trong các ô bản được xác định dựa trên sơ đồ đàn hồi.
Xét điều kiện liên kết của bản 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 tựa lên dầm bêtông cốt thép đổ toàn khối mà d s h 3 h , liên kết được xem là khớp
Loại bản kê 4 cạnh (bản làm việc 2 phương):
Theo phương pháp tra bảng ta có các loại sơ đồ tính như sau:
Hình 3.3 - Sơ đồ bản kê 4 cạnh
Momen ở nhịp theo phương cạnh ngắn : M 1 m L L (g p) i1 1 2
Momen ở nhịp theo phương cạnh dài : M 2 m L L (g p) i2 1 2
Momen ở gối theo phương cạnh ngắn : M I k L L (g p) 1 1 2
Momen ở gối theo phương cạnh dài : M II k L L (g p) 2 1 2
+ i: ký hiệu ô bản đang xét (i = 1,2,3,…5)
+ 1, 2: chỉ phương đang xét là L1 hay là L2
+ L1, L2: nhịp tính toán ô bản là khoảng cách giữa các trục gối tựa
+ mi1, mi2, ki1, ki2: các hệ số phụ thuộc vào tỷ số 2
L , tra phụ lục 17 sách kết cấu BTCT Võ Bá Tầm
Loại bản dầm (làm việc 1 phương):
Bảng 3.8 : Sơ đồ tính và giá trị nội lực của ô bản đơn theo cơ học kết cấu
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 = 150 – 20 = 130mm
Từ kết quả tính nội lực, thực hiện các bước tính toán sẽ được cốt thép As của ô bản m 2 R
M: Moment tính toán ở nhịp hoặc ở gối
Rb: Cường độ chịu nén của bêtông:
Rs: Cường độ chịu kéo của cốt thép:
Rs = 225 MPa đối với thép φ ≤ 8 (mm) loại AI
Rs = 365 MPa đối với thép φ > 8 (mm) loại AIII
b: Bề rộng dải bản đem đi tính toán Với b = 1000mm
b 1 : hệ số điều kiện làm việc
Với b 1 và bê tông B30, tra bảng ta có:
Kiểm tra hàm lượng thép
- Điều kiện kiểm tra: min max s 0
- Hàm lượng cốt thép hợp lý :
Tính toán khả năng chịu cắt của sàn :
- Quy định về cấp chống nứt theo TCVN 5574 – 2012 :
Cấp 1: Không cho phép xuất hiện khe nứt
Cấp 2 cho phép mở rộng ngắn hạn của vết nứt với bề rộng hạn chế a crc1, nhưng đảm bảo rằng vết nứt sẽ được khép kín lại sau đó.
Cấp 3 cho phép mở rộng ngắn hạn của vết nứt với bề rộng hạn chế a crc1, đồng thời cũng cho phép mở rộng dài hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế a crc2.
- Kết cấu bê tông cốt thép ( không ứng lực trước ) phần lớn thuộc cấp 3
- Kiểm tra sự hình thành vết nứt , theo mục 7.1.2.4 TCVN 5574 – 2012 , vết nứt được hạn chế theo điều kiện : r crc bt,ser pl rp
M là mômen do ngoại lực tác động ở một bên của tiết diện so với trục song song r với trục trung hòa, đi qua điểm lõi và cách xa vùng chịu kéo của tiết diện Đối với cấu kiện chịu uốn, ta có M r = M.
Mcrc : Khả năng chống nứt bt,ser
R : Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bêtông ứng với trạng thái giới hạn 2 Tra bảng 12 – TCVN 5574 : 2012
Wpl : Moment chống uốn của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng Theo mục 7.1.2.6 TCVN 5574 – 2012
Ib0 : Moment quán tính của tiết diện vùng bêtông chịu nén đối với trục trung hòa s0 s0 '
I , I : Moment quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng A , A đối với trục trung s ' s hòa α : Hệ số quy đổi s b
Sb0 : Moment tĩnh của diện tích tiết diện tương ứng của vùng bêtông chịu kéo đối với trục trung hòa
Mrp : Moment do ứng lực P đối với trục dùng để xác định M r Trong tính toán, lấy dấu
Khi M rp và M ngược chiều nhau, sử dụng dấu “+”, còn khi M rp và M cùng chiều thì dùng dấu “–“ Đối với kết cấu bê tông không ứng lực trước, ứng lực trước P được gây ra bởi co ngót, và M rp sẽ được lấy dấu tương ứng.
“–” Xác định P và M rp như sau:
: Ứng suất trong cốt thép không căng S và S’ do co ngót gây ra Tra mục 8, Bảng 6
TCVN 5574 – 2012 quy định khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến điểm lõi xa vùng chịu kéo nhất Đối với cấu kiện sàn chịu uốn mà không có cốt thép căng trước, việc xác định khoảng cách này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế.
Các đặc trưng hình học của tiết diện hình chữ nhật
Tính toán bề rộng vết nứt thẳng góc
Nếu điều kiện M r M crc R bt,ser W pl M rp không thỏa, cần tính toán và kiểm tra vết nứt và hạn chế vết nứt theo Mục 7.2.2 TCVN 5574 – 2012
Trong kết cấu dạng tấm, vết nứt thường xuất hiện theo phương thẳng góc Bề rộng của vết nứt, thẳng góc với trục dọc của cấu kiện a crc (mm), được xác định bằng công thức cụ thể.
Trong đó : δ : Hệ số cấu kiện Với cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm lấy bằng 1, cấu kiện chịu kéo lấy bằng 1.2
l : Hệ số tác dụng của tải trọng, lấy theo mục 7.2.2.1 TCVN 5574 – 2012
: Hệ số bề mặt cốt thép, lấy bằng 1 đối với thép có gờ, bằng 1.3 đối với thép tròn trơn μ : Hàm lượng cốt thép của tiết diện s
d (mm): Đường kính cốt thép
s : Ứng suất trong các thanh cốt thép chịu kéo ở lớp ngoài cùng Đối với cấu kiện chịu uốn (bêtông cốt thép bình thường), được xác định như công thức: s s
Z là khoảng cách từ trọng tâm diện tích cốt thép A đến vị trí đặt hợp lực trong vùng chịu nén của tiết diện bê tông phía trên vết nứt, theo quy định tại mục 7.4.3.2 của TCVN 5574.
ν : Hệ số đặc trưng trạng thái đàn dẻo của bêtông vủng chịu nén xác định theo Bảng 34, TCVN 5574 – 2012 ξ : Xác định theo công thức theo mục 7.4.3.2, TCVN 5574 – 2012:
Số hạng thứ 2 của công thức ξ có dấu “+” khi cấu kiện chịu nén lệch tâm, “–” khi chịu kéo lệch tâm, và bằng 0 khi cấu kiện chịu uốn Hệ số β được xác định là 1.8 cho bêtông nặng và bêtông nhẹ, 1.6 cho bêtông hạt nhỏ, và 1.4 cho bêtông rỗng cùng bêtông tổ ong.
Độ lệch tâm của lực dọc N_tot, bao gồm cả lực nén và kéo, đối với trọng tâm của tiết diện cốt thép S, được xác định tương ứng với Moment M theo công thức trong TCVN 5574 – 2012, mục 7.4.3.1.
Kiểm tra điều kiện cấp chống nứt là cấp 3
Bề rộng khe nứt ngắn hạn a crc1 được xác định bằng công thức a crc1 = a crc.1t - a crc.1d + a crc2, trong đó a crc.1t là bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng, a crc.1d là bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn, và a crc2 là bề rộng khe nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn.
Các giá trị acrc1 , acrc2 tra Bảng 1 và Bảng 2 TCVN 5574 – 2012
Tính toán võng cho cấu kiện Độ võng của cấu kiện xác định theo công thức: m q f f f
Trong đó: f : Độ võng do biến dạng uốn m fq : Độ võng do biến dạng trượt
- Đối với cấu kiện sàn l / h 10 , có thể bỏ qua độ võng do biến dạng trượt gây ra
- Độ võng do biến dạng uốn trong trường hợp cấu kiện chịu uốn, tĩnh định, có tiết diện không đổi, xác định theo công thức:
1 r : độ cong toàn phần của cấu kiện
L: là chiều dài tính toán ứng với moment M1 (L16.05m)
Hệ số tải trọng được xác định theo phương pháp cơ kết cấu và tham khảo từ “bảng F1, TCVN 5574-2012” Tuy nhiên, do “bảng F1, TCVN 5574-2012” không có sơ đồ hợp lý với sơ đồ đang tính (2 đầu ngàm), nên hệ số m được lấy theo “Phụ lục 11 - Kết cấu bê tông cốt thép - Tập 1 - Thầy Võ Bá Tầm - Tái bản lần 7, năm 2014”.
Bảng 3.9: Hệ số tải trọng xác định theo phương pháp cơ kết cấu
Dạng kết cấu Dạng kết cấu
Kiểm tra điều kiện võng của cấu kiện: f fu (với f u : Độ võng giới hạn của cấu kiện Tra Bảng 4, TCVN 5574 – 2012.)
Tính Toán Ô Sàn S1 Ô sàn S1 có kích thước: L 1 L 2 3.9m 7.8m
Tính tải tính toán: g tt 6.77 kN / m 2 ; Hoạt tải tính toán: q tt 1.95 kN / m 2
L 3.9 2 Ô sàn làm việc 2 phương, bản kê 4 cạnh, theo sơ đồ 9
Tra bảng ta được các hệ số: m 91 0.0183 ; m 92 0.0046 ;k 91 0.0392; k 92 0.0098
+ Momen ở nhịp theo phương cạnh ngắn:
M m L L (g p) 0.0183 3.9 7.8 (6.77 1.95) 4.85 kNm + Momen ở nhịp theo phương cạnh dài: q q
M m L L (g p) 0.0046 3.9 7.8 (6.77 1.95) 1.22 kNm + Momen ở gối theo phương cạnh ngắn:
+ Momen ở gối theo phương cạnh dài:
M k L L (g p) 0.098 3.9 7.8 (6.77 1.95) 2.6kNm Tính toán cốt thép ở nhịp theo phương cạnh ngắn :
Khi tính toán thép sàn như một cấu kiện chịu uốn với bề rộng b = 1m, chiều cao h được xác định là bề dày của sàn Giả sử khoảng cách từ mép ngoài mặt dưới bê tông đến trọng tâm lớp cốt thép là a = 20 mm, chiều dày làm việc của cấu kiện được tính là h0 = h – a = 150 – 20 = 130 mm.
Bố trớ ỉ8a150 với As = 3.35 (cm 2 ) cú hàm lượng thộp là: c s
TÍNH TOÁN CẦU THANG
GIỚI THIỆU VỀ CẦU THANG
Cầu thang là phương tiện giao thông đứng chủ yếu trong các công trình, được cấu thành từ các bậc liên tiếp tạo thành thân thang, kết nối với nhau qua chiếu nghỉ và chiếu tới Là yếu tố quan trọng trong kiến trúc, cầu thang không chỉ phục vụ mục đích di chuyển mà còn nâng cao tính thẩm mỹ cho công trình.
- Các bộ phận cơ bản của cầu thang gồm: thân thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, lan can, tay vịn, dầm thang
- Chiều rộng của thân thang:
Nhà ở: thông thường rộng từ 1 1.4 m
CHỌN KÍCH THƯỚC CẦU THANG
Chiều cao tầng điển hình: H t 3300mm
Chiều dày bản thang được xác định sơ bộ theo công thức:
→ Chọn h b 130 mm (Với L là nhịp tính toán theo phương lớn nhất của cầu thang)
Kích thước dầm chiếu tới được chọn sơ bộ theo công thức:
Trong đó: L 3 = 3600 mm: nhịp tính toán của dầm chiếu tới
→ Chọn sơ bộ b b b b h 165mm l 300mm
Độ dốc của bản thang
Kiến trúc cầu thang thiết kế:
Hình 4.1: Mặt bằng cầu thang
Hình 4.2 Mặt cắt cầu thang
Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo trên cầu thang
Hình 4.3 Mặt cắt các lớp cấu tạo cầu thang
Tải trọng tác dụng lên bản thang
Bảng 4.1 Các lớp cấu tạo trên bản thang
STT Các lớp cấu tạo Chiều dày i mm Trọng lượng riêng
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 165 300 mm :
Đối với bản thang có chiều dày: td,i h s 130mm Đối với lớp vữa trát có chiều dày: td,i i 15mm
Bảng 4.2 Tải trọng các lớp cấu tạo trên bản thang
STT Các lớp cấu tạo
Chiều dày tương đương td,i mm
Hệ số vượt tải ni
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Bảng 4.3 Các lớp cấu tạo trên bản chiếu nghỉ
STT Các lớp cấu tạo Chiều dày
Hệ số vượt tải ni
Bảng 4.4 Tải trọng các lớp cấu tạo trên bản chiếu nghỉ
STT Các lớp cấu tạo
Tải trọng lan can và tay vịn
Tra 3 [TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.],tải trọng tiêu chuẩn lan can và tin vịn là 0.3 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 3kN / m 2 Hệ số vượt tải n p 1.2
Tải trọng tính toán tác dụng lên cầu thang: p p tc n p 1.2 3 3.6kN / m 2
Tổng tải trọng tác dụng lên cầu thang
Tải trọng tác dụng lên bản thang:
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ:
Đánh số và phân loại vế thang
Hình 4.4 Mặt cắt cấu tạo cầu thang
Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng ta xem xét mối liên kết giữa bản thang và vách cứng như một liên kết khớp cố định, trong khi liên kết còn lại được coi là liên kết khớp di động.
Hình 4.5 Sơ đồ tính vế thang 1
Hình 4.6 Sơ đồ tính vế thang 2
Dựa vào sơ đồ tính, hệ tính toán cho vế thang 1 và 2 là hệ tĩnh định
Tính toán nội lực cho hệ dùng phương pháp cơ học kết cấu, và kiểm tra lại bằng chương trình SAP2000v14
Cắt dải bản có bề rộng b 1m để tính toán
Sử dụng chương trình SAP2000v14 kiểm tra lại kết quả tính toán
Hình 4.7 Sơ đồ tính vế thang 1
Hình 4.8 Biểu đồ moment vế thang 1
Hình 4.9 Biểu đồ lực cắt vế thang 1
Hình 4.10 Phản lực tại gối vế thang 1
Phương pháp cơ học kết cấu
Vế thang 1 và vế thang 2 (tương tự)
Xét 1 tiết diện bất kì, tại điểm cách gối tựa A một đoạn là x, tính Moment tại tiết diện đó:
Xác định Moment M max tại nhịp từ điều kiện: “Đạo hàm của Moment là lực cắt và lực cắt tại đó phải bằng 0” Lấy đạo hàm M x : x A 1
Thay giá trị x vào công thức tính M x , xác định được Moment lớn nhất tại nhịp:
Xác định nội lực cho vế thang 1 và vế thang 2
Giá trị phản lực tại gối 1
Giá trị Moment lớn nhất tại nhịp
Giá trị Moment tại vị trí gấp khúc
Vế thang 2 (tính toán tương tự)
Giá trị phản lực tại gối:
Giá trị Moment lớn nhất tại nhịp:
Mmax 21.38kNm Giá trị Moment tại vị trí gấp khúc:
Kết quả so sánh giữa phương pháp tính toán thủ công và phần mềm SAP2000v14 cho thấy sự chênh lệch không vượt quá 5% Do đó, chúng tôi quyết định chọn kết quả nội lực từ phần mềm SAP2000v14 để tiến hành tính toán.
Tính Toán Cốt Thép Cho Bản Thang, Bản Chiếu Nghỉ
Tính toán điển hình cho vế thang 1 tại vị trí có Moment M max 21.85kNm
→ Chọn thộp ỉ12a150 cú As 7.54cm 2
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
Gối Bố trí bằng 40% thép nhịp 2.91 10 200 3.93 0.29 thộp cấu tạo chọn ỉ8a200
Tính toán thép dầm chiếu tới
Tải trọng tác dụng lên dầm chiếu tới bao gồm trọng lượng của chính dầm, tải trọng từ ô bản truyền vào dầm, và phản lực gối tựa từ bản thang truyền lên dầm.
- Dầm chiếu tới kích thước: 300x400mm
- Chọn sơ đồ tính là dầm đơn giản 2 đầu khớp, liên kết với vách cứng
- Trọng lượng bản thân dầm d d d g n .b h 1.1 25 0.2 (0.4 0.15) 2.1(kN / m)
- Tải trọng do ô sàn truyền vào dầm chiếu tới (dạng hình thang): s s
- Chuyển thành tải tương đương
- Tải trọng do phản lực gối tựa của bản thang truyền vào:
- Tổng tải tác dụng lên dầm chiếu tới: td d s bt
- Momen uốn: M max 1qL 2 1 32.27 3.6 2 52.27 kN.m
- Lực cắt: Q max 1qL 1 32.27 3.6 58.1(kN)
- Diện tích thép yêu cầu: b b 2 s 0 s
Cấu kiện bố trí thép đã thỏa điều kiện về hàm lượng cốt thép
- Kiểm tra khả năng chịu lực cắt của bê tông: b3(1 n)R bhbt 0 0.6 (1 0) 1200 0.3 0.375 81kN Q 58.1kN
- n =0: hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dọc N trong dầm
- b3 =0.6 đối với bê tông nặng
Bê tông đủ khả năng chịu cắt Cốt đai bố trí theo cấu tạo
- Trong đoạn dầm có lực cắt lớn 1/4L: ct h s min 2 150mm
- Đoạn dầm giữa nhịp cũng bố trí cốt đai theo cấu tạo (Theo điều 8.7.6 TCVN 5574-
2012) như sau: Khi h > 300mm => Bước cốt đai lấy không lớn hơn 3/4h và không lớn hơn 500mm
Bố trớỉ8a150 trong đoạn ẳ đầu dầm
Bố trớ ỉ8a250trong đoạn giữa dầm.
THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 4
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PPHH) trong phần mềm ETABSv17, mô hình toàn bộ kết cấu công trình dạng khung không gian được áp dụng để tính toán nội lực cho cấu trúc công trình trong đồ án.
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
Tĩnh tải tác dụng lên công trình
Khối lượng các lớp cấu tạo, bản sàn và tường sẽ được tính toán tự động thông qua phần mềm ETABS Để thực hiện điều này, người dùng chỉ cần gán các lớp hoàn thiện và tải trọng tĩnh lên sàn và dầm vào mô hình Kết quả tính toán này được dựa trên thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình từ Chương 3.
Bảng 5.1 Tải trọng các lớp cấu tạo p.ngủ, p.khách, p.ăn căn hộ tầng điển hình
Vật liệu cấu tạo sàn
Sàn BTCT Phần mềm tự tính toán
Bảng 5.2 Tải trọng các lớp cấu tạo hành lang
Vật liệu cấu tạo sàn g tc g tc n g tt
(mm) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) Đá lát 20 23 0.46 1.1 0.51
Sàn BTCT Phần mềm tự tính toán
Hoạt tải tác dụng lên sàn
Giá trị của hoạt tải được xác định dựa trên chức năng của từng loại phòng 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 200 (daN/m²) theo quy định tại điều 4.3.3 TCVN-2737:1995.
Bảng 5.3 hoạt tải phân bố trên sàn
Trị số tiêu chuẩn tc 2 p (kN/m )
Trị số tính toán tt 2 p (kN/m )
Trọng lượng bản thân tường
Tải trọng tường phân bố trên dầm: Tường bao rộng 200mm
Tải trọng tường phân bố trên dầm: Tường bao rộng 100mm
Theo TCVN 229 – 1999, công trình có chiều cao 57.3m, lớn hơn 40m, nên cần tính toán thành phần động của tải trọng gió 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 1.35 m
Xác định thành phần tĩnh của tải trọng gió a) Lý thuyết tính toán
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 W 0 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 zj, trong khi g zt là độ cao Gradient Hệ số m t được tra cứu từ Bảng A.1 theo tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999, liên quan đến việc tính toán thành phần động của tải trọng gió Hệ số khí động c cũng được tra cứu từ Bảng 6 theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995, với giá trị tính toán cụ thể.
Phía khuất gió: c 0.6 n: Hệ số độ tin cậy, n 1.2
W0 : Áp lực gió tiêu chuẩn, lấy theo bản đồ phân vùng gió Công trình xây dựng ở Quận
2, Tp Hồ Chí Minh, thuộc vùng II-A, địa hình C, 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 m i chiều cao gió tác dụng vào dầm tầng thứ i b) Tính toán thành phần gió tĩnh
Trong ETABS v17, thành phần gió tĩnh được gán vào tâm hình học của sàn, giúp sinh viên khai báo tải gió hiệu quả Bằng cách sử dụng chức năng user define, sinh viên có thể gán các lực tập trung vào tâm sàn một cách chính xác.
Kết quả tính toán được tổng hợp trong 2 bảng 5.5 và 5.6
Bảng 5.5 Kết quả tính thành phần gió tĩnh theo phương X
STT Tầng H (m) Z j (m) k j L Yj (m) W Xj (kN)
Bảng 5.6 Kết quả tính thành phần gió tĩnh theo phương Y
STT Tầng H (m) Z j (m) k j L Xj (m) W Yj (kN)
Xác định thành phần động của tải trọng gió a) Lý thuyết tính toán
Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999, dựa trên hướng dẫn tính toán thành phần tĩnh của tải gió theo TCVN 2737 – 1995 Tiêu chuẩn này chỉ đề cập đến thành phần gió theo phương X và Y, không tính đến moment xoắn Để tính toán thành phần động, cần xem xét tác động của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình, tuân thủ theo chỉ dẫn tại mục 4.3 TCVN 229-1999.
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió tác dụng lên tầng thứ j của dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
- M j : Khối lượng tập trung của tầng 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 trình bày trong Hình 2 của TCVN 229 – 1999 Hệ số này phụ thuộc vào thông số i và độ giảm lôga của dao động , theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995, liên quan đến tính toán thành phần động của tải trọng gió.
Hình 5.1 Đồ thị xác định hệ số động lực i
Đường cong 1 – Sử dụng cho các công trình BTCT và gạch đá kể cả các công trình bằng khung thép có kết cấu bao che 0.3
Đường cong 2 – Sử dụng cho các công trình tháp, trụ thép, ống khói, các thiết bị dạng cột có bệ bằng BTCT 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
W kN / m 0 : 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 xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần, trong đó tải trọng gió trong mỗi phần được coi là không đổi Công thức để tính hệ số i là: n ji Fj j 1 i n.
Giá trị tiêu chuẩn của thành phần động lực do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, dựa trên các dạng dao động khác nhau, chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió Giá trị này có đơn vị là lực và được xác định thông qua 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, ký hiệu là j, phản ánh áp lực tại độ cao tương ứng với phần thứ j của công trình và không có thứ nguyên Thông tin này được tra cứu theo Bảng 3 trong TCVN 229 – 1999, cung cấp hướng dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995.
: 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 tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN
- y ji : Dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ I, không thứ nguyên
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức:
WP ji : Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió
Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng của công trình được quy định là = 1 Thông tin này được tham khảo từ Bảng 6 trong tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999, liên quan đến chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995.
Để tính toán thành phần gió động, cần tuân thủ các bước dựa trên cơ sở tính toán các đặc trưng động lực học của công trình, theo tiêu chuẩn TCVN 229 – 1999 Quy trình này cũng liên quan đến việc áp dụng các 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
Bước 3: Tính toán thành phần động theo phương X và Y
Giả thiết tính toán các đặc trưng động lực học công trình:
Công trình được xem như một thanh conson có n điểm hữu hạn và khối lượng tập trung Theo phụ lục B của TCVN 229 – 1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió cần tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995.
Hình 5.2 - Sơ đồ tính thanh consol có hữu hạn khối lượng tập trung
Hình 5.3 - Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình b) Kết quả tính toán Bảng 5.7 Chu kì dao động riêng của công trình
Mode Period UX UY UZ Sum UX Sum UY Sum UZ RX RY RZ Sum RX Sum RY Sum RZ
Bảng 5.8 Giá trị khối lượng từng tầng và tọa độ tấm cứng, tâm khối lượng
Story Diaphragm Mass X Mass Y XCM YCM Cumulative X Cumulative Y XCCM YCCM XCR YCR ton ton m m ton ton m m m m
Phân tích các dạng dao động từ ETABS v17
Hình 5.4 Dạng dao động thứ 1 - theo phương X (mode 1)
Hình 5.5 Dạng dao động thứ 1 – theo phương Y (mode 2)
Hình 5.6 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 của tần số dao động của công trình theo chu kì
Tra Bảng 2, [TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải 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 của thành phần động của gió theo phương X (mode 1)
(kN) y ji y ji W Fj y ji 2 M j W pjiX
Bảng 5.11 Giá trị tính toán của thành phần động của gió theo phương X (mode 1)
(kN) y ji y ji W Fj y ji 2 M j W pjiX
