KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Tên dự án: CHUNG CƯ MỸ KIM Địa điểm xây dựng: đường số 19 - P Hiệp Bình Chánh - Quận Thủ Đức
Tổng diện tích được xây dựng :2.940 m2,
Bao gồm 17 tầng, 256 căn hộ, diện tích mỗi căn từ 56 m2 đến 75 m2
Khu vực tầng hầm được thiết kế làm bãi đậu xe, trong khi tầng trệt phục vụ cho các dịch vụ cộng đồng như nhà trẻ, phòng thể dục thể thao, quán cà phê, khu thương mại và khu vui chơi giải trí.
Công trình gồm 20 tầng, trong đó gồm có: 17 tầng chung cư, 1 tầng kỹ thuật, 1 tầng hầm và
Cốt đặt tại mặt sàn tầng trệt
Tổng chiều cao công trình là +62.9m tính từ cốt
Mặt bằng công trình hình chữ nhật, có chiều dài là 44.1m, chiều rộng là30.6m
Cư dân tại đây dễ dàng tiếp cận trung tâm hành chính quận Thủ Đức, trung tâm thành phố, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật và các khu hành chính khác.
1.1.2 Chức năng của các tầng
Tầng hầm cao 2m8 dùng để làm bãi để xe
Tầng 1 cao 3.6m bao gồm ban quản lý chung cư, cửa hàng, nhà trẻ, nhà tang lễ
Tầng 2 là tầng điển hình (từ tầng 2 đến tầng 17), cao 3.5m bao gồm các căn hộ cho thuê Tầng mái và tầng kỹ thuật: dùng để đặt buồng thang máy và các thiết bị kĩ thuật khác
Tầng Diện tích sàn (m2) Chức năng
Tầng trệt 1.481 Ban quản lý, cửa hàng
Tầng kỹ thuật 1.481 Đặt thiết bị
Tầng mái 1.481 Sân mái, đặt bồn nước.
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
1.2.1 Giải pháp giao thông trong công trình
Lối đi của xe cộ là hệ ram dốc từ tầng trệt xuống tầng hầm
Giao thông trong công trình được đảm bảo bởi bốn buồng thang máy đặt tại trung tâm tòa nhà, với hành trình từ tầng hầm đến tầng mái, phục vụ nhu cầu di chuyển của cư dân trong các căn hộ.
Bốn cầu thang bộ, được đặt tại vị trí góc khối nhà ở cuối dãy hành lang Trong đó, thang bộ đóng vai trò luôn lối thoát hiểm
Giao thông ngang của mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang chung
Kết hợp ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo là yếu tố quan trọng trong thiết kế không gian sống Các căn hộ được trang bị cửa sổ lớn, cho phép ánh sáng tự nhiên tràn vào, tạo cảm giác thoải mái và gần gũi với thiên nhiên Bên cạnh đó, ánh sáng nhân tạo được cung cấp từ hệ thống điện chiếu sáng đạt tiêu chuẩn Việt Nam, đảm bảo hiệu quả chiếu sáng cho các công trình dân dụng.
1.2.3 Hệ thống phòng cháy và chữa cháy
Tại mỗi tầng và các nút giao thông của hành lang và cầu thang, hộp cứu hỏa được kết nối với nguồn nước chữa cháy Các biển chỉ dẫn hướng về hộp chữa cháy được đặt ở mỗi tầng, cùng với việc trang bị 4 bình cứu hỏa ở hai bên khu căn hộ để đảm bảo an toàn.
Tất cả các phòng đều được thiết kế với cửa sổ, cửa đi và ô thoáng, giúp tạo ra sự lưu thông không khí tốt, đảm bảo không gian luôn thông thoáng và được chiếu sáng tự nhiên.
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 bằng tầng điển hình
CƠ SỞ THIẾT KẾ
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
- Tính toán thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình
- Tính toán thiết kế kết cấu cầu thang bộ
- Thiết kế 1 khung trục: sử dụng mô hình không gian, tính thành phần động của gió, vách cứng
- Tính toán thiết kế kết cấu phương án móng cọc ép BTCT của khung thiết kế.
TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG
- TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
- TCXD 198 – 1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
- TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 229 – 1999: Chỉ dẫn tính thành phần động của tải trọng gió
- TCVN 10304 – 2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 9362 -2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
- TCVN 9394 – 2012: Đóng và ép cọc – Thi công và nghiệm thu
- TCVN 9395 – 2012: Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.3.1 Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
- Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng gồm các loại sau:
Các hệ kết cấu cơ bản: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu hộp (ống)
Các hệ kết cấu hỗn hợp: kết cấu khung – giằng, kết cấu khung vách, kết cấu ống – lõi và kết cấu ống tổ hợp
Các hệ kết cấu đặc biệt bao gồm hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm chuyển, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép Những hệ kết cấu này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chịu lực và ổn định cho công trình xây dựng.
- 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, phù hợp cho công trình cao tối đa 15 tầng ở vùng chống động đất cấp 7 Đối với công trình từ 10 đến 12 tầng, nên áp dụng trong vùng chống động đất cấp 8 Tuy nhiên, không nên sử dụng cho công trình ở vùng 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 giúp cho quá trình thi công trở nên thuận tiện hơn, cho phép lắp ghép hoặc đổ tại chỗ các kết cấu bê tông cốt thép.
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 tháng máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật của nhà nhà cáo tầng
Sử dụng hiệu quả với các công trình có độ cao trung bình hoặc có mặt bằng đơn giản
Thích hợp cho công trình siêu cao tầng vì khả năng làm việc đồng đều của két cấu và chịu tải trọng ngang rất lớn
Quy mô công trình 17 tầng nổi, tổng chiều cao 62.9m lựa chọn hệ khung vách làm kết cấu chịu lực cho công trình
- Các loại kết cấu đang được sử dụng rộng rãi hiện nay gồm:
Cấu trúc bao gồm hệ dầm và bản sàn, mang lại ưu điểm là tính toán đơn giản Công nghệ thi công phong phú, giúp việc lựa chọn phương pháp thi công trở nên thuận tiện, đồng thời nó cũng được sử dụng phổ biến tại Việt Nam.
Nhược điểm của thiết kế này là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt khẩu độ lớn, gây ra chiều cao tầng của công trình lớn hơn Điều này dẫn đến việc không tiết kiệm được không gian sử dụng hiệu quả.
Cấu tạo của hệ thống này bao gồm các bản kê trực tiếp lên cột, mang lại nhiều ưu điểm như giảm chiều cao công trình và tiết kiệm không gian sử dụng Phương pháp này dễ dàng phân chia không gian và thi công nhanh chóng hơn so với phương án sàn dầm, do không cần gia công cốp pha và cốt thép phức tạp Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng trở nên đơn giản hơn.
Nhược điểm của phương án này là các cột không được liên kết với nhau, dẫn đến độ cứng thấp hơn so với phương án sàn dầm Điều này khiến khả năng chịu lực theo phương ngang yếu kém, với tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu và tải trọng đứng do cột và vách đảm nhận Để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, sàn cần có chiều dày lớn do khối lượng sàn tăng.
- Sàn không dầm dự ứng lực
Cấu tạo của hệ thống gồm các bản kê trực tiếp lên cột với cốt thép được ứng lực trước, mang lại nhiều ưu điểm như giảm chiều dày và độ võng của sàn, đồng thời giảm chiều cao công trình Điều này giúp tiết kiệm không gian sử dụng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân chia không gian các khu chức năng một cách dễ dàng.
Nhược điểm: tính toán phức tạp Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
Cấu trúc bao gồm các tấm panel được sản xuất sẵn tại nhà máy, sau đó được vận chuyển đến công trường để lắp đặt Quá trình thi công tiếp theo bao gồm việc rải cốt thép và đổ bê tông bù Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng vượt nhịp lớn, rút ngắn thời gian thi công và tiết kiệm vật liệu.
Nhược điểm: kích thước cấu kiện lớn, quy trình tính toán phức tạp
Bản sàn bê tông bubble deck là loại sàn phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với cột và vách chịu lực, sử dụng bóng nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không chịu lực Ưu điểm của loại sàn này bao gồm tính linh hoạt cao trong thiết kế, khả năng thích nghi với nhiều loại mặt bằng, và tạo không gian rộng rãi cho thiết kế nội thất Nó cũng cho phép tăng khoảng cách lưới cột và khả năng vượt nhịp lên tới 15m mà không cần ứng suất trước, đồng thời giảm thiểu số lượng tường và vách chịu lực Bên cạnh đó, việc sử dụng bản sàn này còn giúp giảm thời gian thi công và chi phí dịch vụ đi kèm.
Nhược điểm của công nghệ mới này tại Việt Nam là lý thuyết tính toán vẫn chưa được phổ biến Bên cạnh đó, khả năng chịu cắt và chịu uốn của nó giảm so với sàn bê tông cốt thép thông thường cùng độ dày.
Đối với các công trình lớn và nhà cao tầng có bước cột rộng, việc lựa chọn giải pháp kết cấu chính cần đảm bảo tính thẩm mỹ và hiệu quả.
- Phương án móng: móng cọc khoan nhồi
Hệ sàn không dầm theo phương ngang giúp tối ưu hóa chiều cao thông thủy, cho phép sử dụng tối đa diện tích công trình Việc áp dụng hệ sàn này không chỉ giảm chiều cao tổng thể của công trình mà còn tạo thuận lợi trong việc tính toán, xây dựng tường ở mọi vị trí trên sàn, và dễ dàng trong thi công.
Sử dụng phổ biến, đơn giản trong việc tính toán, nguyên vật liệu dễ tìm, dễ mua
- Theo phương đứng: chọn hệ vách, lõi cứng là kết cấu chịu lực
Tận dụng được tính thẩm mỹ cho công trình, tránh việc bố trí các cột có tiết diện khá to Hạn chế việc xoắn cho công trình
Kết cấu sàn:Thiết kế phương án sàn: Sàn bêtông cốt thép hệ sàn phẳng
Cấu trúc công trình được thiết kế với hệ khung kết hợp vách cứng, tạo ra sự liên kết chắc chắn cho sàn Hệ thống vách cứng được kết nối chặt chẽ với hệ đài móng bên dưới, đảm bảo tính ổn định và bền vững cho công trình.
Kết cấu móng: Thiết kế cho 2 phương án móng, so sánh và lựa chọn:
VẬT LIỆU SỬ DUNG
2.4.1 Yêu cầu về vật liệu
Vật liệu xây dựng được lựa chọn từ nguồn nguyên liệu địa phương, không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền trong quá trình sử dụng.
- Vật liệu xây có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt
- Vật liệu có tính biến dạng cao: khả năng biến dạng cao có thể bổ sung cho tính chịu lực thấp
- Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng tốt khi chịu tải trọng lặp lại (động đất, gió bão)
- Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị rách rời các bộ phận công trình
Nhà cao tầng có tải trọng lớn, vì vậy việc sử dụng các vật liệu nhẹ giúp giảm đáng kể tải trọng cho công trình, bao gồm cả tải trọng đứng và tải trọng ngang do lực quán tính.
Để đảm bảo độ bền và an toàn cho kết cấu chịu lực của nhà cao tầng, bê tông cần có mác từ 300 trở lên cho các kết cấu bê tông thường và từ 350 trở lên cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước Ngoài ra, thép sử dụng trong kết cấu bê tông cốt thép cũng nên là loại thép cường độ cao, theo tiêu chuẩn TCXD 198:1997.
- Bê tông dùng trong nhà cao tầng có cấp độ bền B25 – B60
- Chọn bê tông có cấp độ bền B30 với các thông số sau:
Cường độ chịu nén tính toán Rb = 17 MPa
Cường độ chịu kéo tính toán Rbt = 1.2 MPa
Module đàn hồi của vật liệu Eb = 32.5 x 10 3 MPa
- Sử dụng cốt thép nhóm AI ( 10mm) với các thông số sau
Cường độ chịu kéo, nén tính toán Rs = Rsc = 225 Mpa
Cường độ chịu cắt tính toán Rsw = 175 Mpa
Module đàn hồi Es = 2.1x10 5 Mpa
- Sử dụng cốt thép nhóm AII ( 10mm) cho sàn với các thông số sau:
Cường độ chịu kéo, nén tính toán Rs = Rsn = 280 MPa
Cường độ chịu cắt tính toán Rsw = 225 Mpa
Module đàn hồi Es = 2.1x10 5 MPa
- Sử dụng cốt thép AIII ( 10mm) cho dầm, vách với các thông số sau:
Cường độ chịu kéo, nén tính toán Rs = Rsn = 365 MPa
Cường độ chịu cắt tính toán Rsw = 290 MPa
Module đàn hồi Es = 2x10 5 MPa
2.4.5 Lớp bê tông bảo vệ (mục 8.3.2 TCVN 5574 – 2012)
Đối với cốt thép dọc chịu lực, bao gồm cốt thép không ứng lực trước, ứng lực trước và ứng lực trước kéo trên bệ, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần phải lớn hơn hoặc 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) Trong cột: 20mm (25mm) Trong dầm móng: 30mm
Toàn khối khi có lớp bê tông lót: 35mm
Toàn khối khi không có lớp bê tông lót: 70mm
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép đai, cốt thép phân bố và cốt thép cấu tạo phải đảm bảo không nhỏ hơn đường kính của các cốt thép này, đồng thời không được nhỏ hơn các tiêu chuẩn quy định.
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện nhỏ hơn 250mm: 10mm (15mm) Khi chiều cao tiết diện cấu kiện từ 250mm trở lên: 15m (20mm)
- Chú thích: giá trị trong ngoặc ( ) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt.
CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, SÀN, VÁCH
2.5.1 Nguyên tắc bố trí hệ kết cấu
Khi bố trí hệ chịu lực, cần tuân thủ các nguyên tắc đơn giản và rõ ràng để đảm bảo độ tin cậy của công trình Các kết cấu thuần khung thường có độ tin cậy dễ kiểm soát hơn so với hệ kết cấu vách và khung vách, loại kết cấu này thường nhạy cảm với biến dạng.
Truyền lực theo con đường ngắn nhất là nguyên tắc quan trọng trong thiết kế kết cấu, giúp tối ưu hóa tính hợp lý và kinh tế Đối với kết cấu bê tông cốt thép, cần ưu tiên cho các kết cấu chịu nén, đồng thời hạn chế các kết cấu chịu kéo Nguyên tắc này còn tạo điều kiện cho việc chuyển đổi lực uốn trong khung thành lực, đảm bảo sự làm việc hiệu quả của hệ kết cấu trong không gian.
2.5.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện của cấu kiện
2.5.2.1 Sơ bộ chiều dày sàn
Công trình thi công sàn không dầm (sàn nấm) cần tuân thủ công thức tính toán sàn cứng trong mặt phẳng ngang Để đảm bảo tính ổn định và an toàn, bề dày của sàn phải đủ lớn nhằm đáp ứng các điều kiện kỹ thuật cần thiết.
- Sàn không bị rung động, dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang (gió, bão,…) ảnh hưởng đến công năng sử dụng
Hệ tường ngăn không cần dầm đỡ có thể được lắp đặt linh hoạt trên sàn mà không gây ra sự gia tăng đáng kể về độ võng của sàn.
- Công trình thi công sàn không dầm(sàn nấm) nên sơ bộ theo tài liệu thiết kế sàn nấm (GS.Ngô Thế Phong)
- Chiều dày bản sàn được chọn sơ bộ theo công thức sau: s h 1 L
2.5.2.2 Sơ bộ tiết diện mũ cột
- Chọn kích thước mũ cột:
Vậy chọn mũ cột có kích thước:
- Chiều cao mũ cột: hm >=hs+hs/4 0+200/4%0mm vậy chọn hm @0mm
2.5.2.3 Sơ bộ tiết diện dầm
- Công trình thi công sàn không dầm nên chỉ bố trí dầm biên và dầm lỗ trống, cầu thang
- Chọn kích thước dầm phụ:
- Sơ bộ dầm cầu thang chọn: 200x400 mm
Bảng 2-1 Bảng kích thước sơ bộ tiết diện dầm
VỊ TRÍ DẦM KÍCH THƯỚC DẦM (mm)
2.5.2.4 Sơ bộ tiết diện vách
Theo mục 3.4.1 – TCXD 198 – 1997 Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối ta chọn sơ bộ kích thước vách như sau: v t
Sơ bộ chiều dài vách ta chọn theo bản vẽ kiến trúc
Chọn vách có bề dày không đổi từ móng tới mái và có độ cứng không đổi trong suốt chiều dài của nó
Chọn bề dày vách giữa, vách thang máy: b = 300mm
Chọn bề dày các vách biên: b = 400mm
Xác định chiều dài vách theo diện truyền tải giống như cột v b k × N
- Q TẢI TRỌNG PHÂN BỐ TRÊN 1M 2 SÀN LẤY q = 13kN / m2
- S DIỆN TÍCH TRUYỀN TẢI CỦA SÀN
- K HỆ SỐ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ MEN
- RB CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG
Chọn vách có tiết diện (400x1000)+(400x600)mm
- Chọn vách có tiết diện (300x2000) mm
- Chọn vách có tiết diện (300x2000) mm
Tổng diện tích mặt cắt ngang vách cứng trên bề mặt bằng công trình:
Diện tích vách biên: F vb 22.4m 2 Diện tích vách lõi thang máy: F tm 4.1m 2 Diện tích vách lõi thang bộ: F tb 5.4m 2
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 Lầu 6, có F st 1350m 2 và f vl 0.015
Hình 2-1 Mặt bằng bố trí dầm sàn
TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG VÀ MÔ HÌNH HÓA CÔNG TRÌNH
MẶT BẰNG DẦM SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Hình 3-1 Mặt bằng dầm sàn tầng điển hình
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN
- Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng điển hình gồm có: trọng lượng bản thân sàn, trọng lượng bản thân của kết cấu bao che: gbt + gt
- Trọng lượng bản thân sàn là tải tọng phân bố đều của các lớp cấu tạo sàn, được tính theo công thức: g bt h i i n i
- Trong đó: hi: chiều dày lớp sàn thứ i i :
khối lượng riêng lớp cấu tạo thứ i ni: hệ số tin cậy tra bảng 1 trang 10 TCVN 2737 – 1995
Các khu vực với chức năng khác nhau sẽ có cấu tạo sàn khác nhau, dẫn đến tính tải sàn cũng sẽ khác nhau Những loại cấu tạo sàn tiêu biểu bao gồm sàn khu ở như phòng khách, phòng ăn và phòng ngủ, cùng với sàn hành lang và sàn vệ sinh.
Bảng 3-1 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn khu ở, hành lang
STT Vật liệu Trọng lượng riêng
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 0 0.00 1.1 0.00
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Bảng 3-2 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn khu vệ sinh, ban công
STT Vật liệu Trọng lượng riêng
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 0 0.00 1.1 0.00
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
4 - Vữa lát nền + tạo dốc
Bảng 3-3 Trọng lượng bản thân sàn mái
STT Vật liệu Trọng lượng riêng
Tĩnh tải tính toán (kN/m 3 ) (mm) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 0 0.00 1.1 0.00
2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
3.2.2 Tải trọng thường xuyên do tường xây
Thông thường, các tường thường được hỗ trợ bởi kết cấu dầm đỡ bên dưới Tuy nhiên, để tăng tính linh hoạt trong việc bố trí tường ngăn, một số tường có thể không cần dầm đỡ.
Khi xác định tải trọng tác dụng lên ô sàn, cần tính thêm trọng lượng của tường ngăn, và tải trọng này được phân bố đều trên toàn bộ ô sàn Tải trọng được xác định theo công thức: g tt t B t H t L t t n.
- Trong đó:Bt : bề rộng tường (m)
t: trọng lượng riêng của tường xây (kN/m 3 )
S : diện tích ô sàn có tường (m 2 )
Bảng 3-4 Tải trọng do tường xây trên sàn, tường biên
Loại tường Trọng lượng riêng
Trừ cửa Chiều cao tường
Tường gạch 100-Tường trên sàn 18.00 0% 3.0 5.4
Tra tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 Mục 4.3
Bảng 3-5 Hoạt tải sử dụng trên công trình
Loại tải trọng Trị số tiêu chuẩn
Trị số tính toán ( / 2) p kN m tt
Mái bằng không sử dung 0.75 1.3 0.98
Mái bằng có sử dụng 1.5 1.3 1.95
MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH
- Để giải nội lực cho khung không gian, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Etabs 2016 để giải khung không gian
- Hệ lưới trong mô hình Etabs 2016 được vẽ theo hệ lưới trên mặt bằng kiến trúc
Chúng tôi đã thêm các hệ lưới phụ để hỗ trợ quá trình dựng mô hình Sau khi hoàn thành, các hệ lưới phụ này sẽ được ẩn đi, giúp hệ lưới trở về đúng với mặt bằng kiến trúc ban đầu.
- Vật liệu được khai báo trong phần mềm là vật liệu được chọn ở mục 2.4
- Vật liệu được khai báo như sau: Define -> Material Properties…
Hình 3-2 Khai báo vật liệu
- Các cấu kiện với tiết diện được chọn ở mục 2.5 được mô hình vào phần mềm Etabs 9.7.4 ứng với các phần tử như sau:
Bảng 3-6 Khai báo các loại phần tử trong mô hình Etabs
STT Cấu kiện Phần tử Section
3 Vách cứng Shell Wall (pier, spandrel)
- Các cấu kiện cột và dầm được khai báo như sau: Define -> Section properties… -> Frame sections
Hình 3-3 Khai báo tiết diện vách
- Các cấu kiện sàn được khai báo như sau: Define -> Section properties…-> Slab - sections…
Hình 3-4 Khai báo tiết diện sàn
- Các cấu kiện vách cứng được khai báo như sau: Define -> Wall sections…
Hình 3-5 Khai báo tiết diện dầm
Hình 3-6 Tiết diện sàn đã được khai báo
Mô hình các tiết diện đã được xác định theo vị trí trong các bảng 2.2 và 2.3 mục 2.5.2.3 sẽ được dựng Bài viết này chỉ trình bày việc dựng mô hình cho mặt bằng tầng điển hình, trong khi các tầng còn lại sẽ được thực hiện tương tự.
Hình 3-7 Mặt bằng mô hình tầng điển hình(tầng 2 )
Hình 3-9 Mặt bằng dầm – vách tầng 2
Trong kết cấu nhà cao tầng, sàn đóng vai trò quan trọng, cần có độ cứng đủ để truyền tải lực ngang Điều này yêu cầu sàn phải được thiết kế với độ cứng tuyệt đối, với mỗi tầng tương ứng với một Diaphragm riêng biệt.
Chọn mặt ngàm khung 3D tại vị trí mặt Base ta gắn điều kiện biên cho công trình
Hình 3-10 Khai báo ngàm tại vị trí mặt sàn hầm
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN KHUNG CÔNG TRÌNH
- Tải trọng tác dụng lên khung công trình được phân làm hai loại:
Tải trọng tiêu chuẩn: tải trọng dùng để phân tích dao động riêng, tính toán các chuyển vị, biến dạng theo TTGH II
Tải trọng tính toán: là tích số của tải trọng tiêu chuẩn và hệ số độ tin cậy về tải trọng
Sau khi xem xét tỷ trọng của các tải trọng tiêu chuẩn với hệ số độ tin cậy khác nhau trong công trình, để đơn giản hóa việc gán tải trọng lên mô hình, đồ án này sẽ áp dụng hệ số độ tin cậy chung cho tải trọng, được điều chỉnh trong chức năng "Load case scale factor".
- Tải trọng tác dụng lên công trình bao gồm:
Trọng lượng bản sàn bê tông cốt thép không được kể đến vì khai báo cho phần mềm tính toán tự động
Trọng lượn các lớp hoàn thiện và hệ thống kỹ thuật lấy theo mục 3.2.1
Trọng lượng tường xây trên sàn lấy theo mục 3.2
Hình 3-12 Tĩnh tải sàn hoàn thiện (kN/m 2 )
Hình 3-13 Tĩnh tải tải tường (kN/m 2 )
Trọng lượng dầm không được kể đến vì khai báo cho phần mềm tính toán tự động
Trọng lượng tường xây được gắn trên dầm ảo
Hoạt tải sàn lấy theo mục 3.2
Hình 3-14 Hoạt tải sàn HTTC (kN/m 2 )
Hình 3-15 Hoạt tải sàn HTTL (kN/m 2 )
Bảng 3-7 Bảng tần số dao động công trình
Case Mode Period UX UY UZ Sum UX Sum UY Sum UZ RX RY RZ Sum RX Sum RY Sum RZ f Phương TT Ghi Chú sec hz
Modal 4 0.678 0.000 0.128 0.000 0.704 0.822 0 0.30350 0.00000 0.00000 0.60880 0.29450 0.71180 1.47493 - -Modal 5 0.612 0.001 0.000 0.000 0.705 0.822 0 0.00000 0.00170 0.12180 0.60880 0.29630 0.83350 1.63399 - -Modal 6 0.532 0.119 0.000 0.000 0.824 0.822 0 0.00000 0.31730 0.00070 0.60880 0.61360 0.83420 1.87970 - -Modal 7 0.333 0.000 0.051 0.000 0.824 0.873 0 0.07810 0.00000 0.00000 0.68690 0.61360 0.83420 3.00300 - -Modal 8 0.309 0.000 0.000 0.000 0.824 0.873 0 0.00000 0.00040 0.04750 0.68690 0.61400 0.88170 3.23625 - -Modal 9 0.268 0.046 0.000 0.000 0.870 0.873 0 0.00000 0.06690 0.00030 0.68690 0.68090 0.88210 3.73134 - -Modal 10 0.205 0.000 0.027 0.000 0.870 0.900 0 0.06170 0.00000 0.00000 0.74860 0.68090 0.88210 4.87805 - -Modal 11 0.194 0.000 0.000 0.000 0.870 0.900 0 0.00001 0.00030 0.02560 0.74860 0.68120 0.90770 5.15464 - -Modal 12 0.166 0.025 0.000 0.000 0.895 0.900 0 0.00000 0.05880 0.00010 0.74860 0.74000 0.90780 6.02410 - -
Tải trọng gió bao gồm hai thành phần chính: thành phần tĩnh và thành phần động Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995, khi thiết kế các công trình nhà nhiều tầng với chiều cao vượt quá 40m, cần phải xem xét thêm thành phần động của gió để đảm bảo an toàn và độ bền cho công trình.
Tải trọng gió được tính toán sau đó gán vào công trình theo qui ước sau:
Thành phần tĩnh của tải trọng gió lấy theo mục 3.2.5, gán vào tâm hình học của công trình
Thành phần động của tải trọng gió lấy theo mục 3.2.3, gán vào tâm khối lượng của công trình
3.4.1 Thành phần tĩnh của gió
- Tải trọng thành phần tĩnh của gió được xác định theo TCVN 2737 – 1995 Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo công thức:
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió quy về lực tập trung tại tâm hình học
Wj tác động lên tầng thứ j được xác định theo công thức: j 0 j j j
Wo : Giá trị của áp lực gió theo bản đồ phân vùng phụ lục D (kN/m 2 )
Giá trị tiêu chuẩn của thành phần tĩnh tải trọng gió được quy về lực tập trung tại tâm hình học được ký hiệu là Wj (kN) Hệ số k được sử dụng để tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao.
- Hệ số xét đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao lấy theo mục A.2 TCXD 229 -1999
Z: cao độ tính từ mặt đất tự nhiên (m) c - hệ số khí động, lấy theo Bảng 6 TCVN 2737 - 1995
Hj: Chiều cao đón gió tầng thứ j (m) tt td j h h
Bj: Bề rộng đón gió tầng thứ j (m)
Công trình chung cư Mỹ Kim, Thủ Đức, TP.HCM vùng gió II-A, địa hình C
- Gán thành phần tĩnh của gió vào tâm hình học nên lấy hệ số c chung cho mặt đón gió và khuất gió c = 1.4
Bảng 3-8 Kết quả tính toán tải trọng tiêu chuẩn thành phần tĩnh của gió hai phương X-Y
STT Tầng H (m) Zj (m) kj LXj (m) LYj (m) WXj
3.4.2 Thành phần động của gió
- Tiến hành giải mô hình đã dựng để xuất ra các kết quả về đặc trưng động lực của công trình với trình tự như sau:
Các mẫu tải trọng bao gồm: Tĩnh tải chất đầy (TT), Hoạt tải tầng lẻ (HTTL) và Hoạt tải tầng chẵn (HTTC) Trong phân tích động lực công trình, cần sử dụng tĩnh tải tiêu chuẩn và hoạt tải dài hạn tiêu chuẩn Tải trọng được định nghĩa theo qui ước nêu tại mục 3.2.
Hình 3-16 Định nghĩa Mass Source
- Tiến hành chia ảo sàn, vách: Asign -> Shell -> Floor Auto Mesh Options…
Bảng 3-9 Center of Mass Rigidity
TABLE: Centers of Mass and Rigidity Story Diaphragm Mass X Mass Y XCM YCM
Y XCCM YCCM kg kg m m kg kg m m
Công trình có tần số dao động riêng cơ bản thứ s cần tuân thủ bất đẳng thức để tính toán thành phần động của tải trọng gió theo dạng dao động đầu tiên, theo quy định tại điều 4.4.
Theo Bảng 3.8, tần số f3 là 0.55 Hz, trong khi fL là 1.3 Hz và f4 là 1.47 Hz Do đó, chỉ cần tính toán 3 trường hợp thành phần động của tải trọng gió Đồ án này chỉ xem xét thành phần động của tải trọng gió cho modal 1 và modal 3, còn modal 2 được bỏ qua do là modal xoắn Tần số dao động riêng fL = 1.3 Hz là giá trị giới hạn tương ứng với vùng áp lực gió lên công trình, thuộc vùng II theo Bảng 2, trang 7, TCXD 229:1999.
Mode 1: dạng dao động 1 chuyển vị theo phương Y
Mode 3: dạng dao động 1 chuyển vị theo phương X
- Ta tiến hành tính toán thành phần động tải trọng gió theo 2 mode vừa xét
Giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j theo dạng dao động thứ i được xác định tại Mục 4.3, trang 10, trong TCXD 229:1999.
Wp ji - Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió quy về lực tập trung tại tâm khối lượng (kN)
Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j, ký hiệu là M j, được tính bằng đơn vị kN Giá trị này được xác định từ Bảng - Center Mass Rigidity trong phân tích dao động, được xuất ra từ phần mềm ETABS 9.7.4.
MassX – Khối lượng mức sàn tầng theo phương X
MassY – Khối lượng mức sàn tầng theo phương Y
XCM – Tọa độ tâm khối lượng theo phương X (m)
YCM – Tọa độ tâm khối lượng theo phương Y (m)
i- Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên, phụ thuộc vào thông số
i và độ giảm lôga của dao động
- Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1,2
W 0- Trị số tiêu chuẩn áp lực gió, tính toán ở trong mục 3.4.1 f i - Tần số dao động riêng thứ i, (Hz)
Từ các giá trị i , dựa vào Đồ thị hình 2, trang 10, TCXD 229:1999 và nội suy theo công thức kinh nghiệm i 306.8 4 205.5 3 9.94 2 8.54 1.152 tìm được các giá trị hệ số động lực i
Đồ thị xác định hệ số động lực i y ji thể hiện sự dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ j đối với dạng dao động riêng thứ i, không thứ nguyên Dữ liệu này được phân tích và xuất ra từ phần mềm ETABS, cung cấp thông tin quan trọng cho việc đánh giá động lực học của công trình.
i - Hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi như là không đổi n ji Fj j 1 i n
W Fj là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau và ảnh hưởng của xung vận tốc gió Thông số này có đơn vị là lực và được xác định theo công thức cụ thể.
W j - Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình, xác định như trong Mục 3.4.1 ở trên
i - Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình, không thứ nguyên Các giá trị lấy theo Bảng 3, trang 8 TCXD 229:1999
- Hệ số tương quan không gian ứng với dạng dao động (tra bảng 4 và 5 tiêu chuẩn TCXD 229:1999)
- 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 tải trọng gió theo tiêu chuẩn
Tính toán thành phần gió động
Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh Theo tiêu chuẩn thiết kế, chỉ xem xét thành phần gió dọc theo phương X và Y, trong khi thành phần gió ngang và moment xoắn được bỏ qua.
Để tính toán thành phần gió động, cần dựa vào các đặc trưng động lực học của công trình và tiêu chuẩn TCVN 299-1999 Quy trình này được hướng dẫn theo TCVN 2737 – 1995, nhằm xác định thành phần động của tải trọng gió một cách chính xác.
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 định nghĩa là một thanh conson có n điểm hữu hạn và khối lượng tập trung Theo Phục lục B – TCVN 299-1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió cần tuân theo các tiêu chuẩn cụ thể.
Sơ đồ tính thanh conson có hữu hạn khối lượng tập trung
Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình
Việc xác định tần số và dạng dao động riêng cho sơ đồ tính toán khi n > 3 theo phương pháp giải tích theo TCVN 299-1999 và TCVN 2737 – 1995 gặp nhiều khó khăn, đặc biệt khi công trình có độ cứng thay đổi theo độ cao Hiện nay, có nhiều phương pháp giải quyết vấn đề này, bao gồm giải trên máy tính, phương pháp gần đúng và công thức thực nghiệm như Năng Lượng RayLây, Bunop – Galookin, và các phương pháp thay thế khối lượng Trong số đó, việc sử dụng chương trình máy tính để tính toán tần số và dạng dao động riêng theo lý thuyết là phương pháp phổ biến nhất Để thực hiện tính toán trong Đồ Án Tốt Nghiệp, sinh viên đã sử dụng chương trình Etabs2016.
Bảng 3-10 Bảng giá trị tải trọng gió theo phương X ứng với dạng dao động thứ 3 (Mode3)
STT Tầng Mj (T) zj WFj (kN) yji yjiWFj yji2Mj WpjiX (kN)
Bảng 3-11 Bảng giá trị tải trọng gió theo phương Y ứng với dạng dao động thứ 1 (Mode1)
STT Tầng Mj (T) zj WFj (kN) yji yjiWFj yji2Mj
Bảng 3-12 Bảng kết quả tổng hợp tính toán gió X-Y
Thành phần gió tĩnh Thành phần gió động Thành phần gió động Tổng thành phần gió Phương
X Phương Y Phương X (mode 3) Phương Y (mode1) Phương X Phương Y
W Xj (kN) W Yj (kN) W Xj (kN) WY j (kN) W Xj (kN) W Yj (kN)
TỔ HỢP TẢI TRỌNG
3.5.1 Các trường hợp tải trong
- Tải trong tác dụng lên công trình bao gồm các trường hơp sau:
- Tải trọng gió được gán trực tiếp trong mục Define -> Load Patterns… -> chọn Type là Wind và User Load -> Modify Lateral Load…
- Tổ hợp tải trọng theo TCVN 2737 – 1995 Tổ hợp bao gồm tổ hợp chính và tổ hợp phụ với thành phần và hệ số tổ hợp theo bảng sau:
Tổ hợp Loại Thành phần tổ hợp Ý nghĩa
GX Linear Add GTX + GDX Gió theo phương X
GY Linear Add GTY + GDY Gió theo phương Y
COMB1 Linear Add TT + HTTC Tính nội lực cột, vách
COMB2 Linear Add TT + HTTL Tính nội lực cột, vách
COMB3 Linear Add TT + HTTC + HTTL Tính nội lực cột, vách
COMB4 Linear Add TT + GX Tính nội lực cột, vách
COMB5 Linear Add TT +(- GX) Tính nội lực cột, vách
COMB6 Linear Add TT + GY Tính nội lực cột, vách
COMB7 Linear Add TT + (-GY) Tính nội lực cột, vách
The article outlines various linear combinations for calculating internal forces in columns and walls, specifically using combinations labeled COMB8 to COMB19, which incorporate factors such as HTTC, HTTL, and gravitational forces (GX and GY) Additionally, it discusses the envelope methods for calculating internal forces in beams, referencing ENVE1, which includes all combinations from COMB1 to COMB19 Furthermore, it details the assessment of beam deflection through combinations COMB20, while also addressing the calculation of displacement at the top of the structure with combinations COMB21 to COMB24 The envelope method ENVE2 is utilized for evaluating the top displacement, ensuring comprehensive structural analysis.
- Định nghĩa tổ hợp tải trọng trong mục Define -> Load Combinations…
Hình 3-24 Minh họa định nghĩa tổ hợp tải trọng cho tỉnh tải
Hình 3-25 Các tổ hợp tải trọng được định nghĩa
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 5574 – 2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
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
Xuất kết quả chuyển vị tính toán từ phần mềm Etabs tại vị trí đỉnh công trình là TẦNG KỸ
THUẬT, cho trường hợp tổ hợp ENVEL 2
Hình 3-26 Kết quả chuyển vị tải định công trình
Kiểm tra điều kiện chuyển vị
Chuyển vị đỉnh cho phép: 65.7/5001.4 (mm)
Max Ux 18.3 (mm) Max Uy 24.445 (mm)
Min Ux 18.039 (mm) Min Uy 23.122 (mm)
Kết luận: Chuyển vị ngang của công trình đạt yêu cầu
3.5.3 Kiểm tra ổn định chống lật
Theo mục 3.2 TCXD 198:1997 công trình có chiều cao trên chiều rộng lớn hơn 5 phải kiểm tra khả năng chống lật Theo đó công trình có Chieàu cao 65.7= =2.14 10 (mm) loại AIII
- b: Bề rộng dải bản đem đi tính toán
- b : hệ số điều kiện làm việc Chọn b 1
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép Điều kiện kiểm tra: min max s 0
Đối với thép AIII max R b b s min
Đối với thép AI max R b b s min
Tính toán sàn điển hình cho dãy trip SA1 theo phương X:
- Các ô sàn còn lại tính toán tương tự và thể hiện trong Bảng 4-1
-Kiểm tra hàm lượng cốt thép max R b b s min
→ đạt yêu cầu về hàm lượng cốt thép
- 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 vàY
- Do tính toán 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
Sự phân phối momen tại gối của hai ô sàn kế cận là bằng nhau Để đảm bảo tính an toàn và đơn giản trong thiết kế, chúng ta sẽ sử dụng momen lớn nhất để bố trí cốt thép cho cả hai bên gối.
- Đối với cốt thép chịu momen dương, để tiện thi công người ta thường kéo dài cốt thép cùng chủng loại trong những ô sàn liên tiếp
Bảng 4-1 Kết quả tính toán thép sàn tầng điển hình theo phương X
Tên Vị trí Ví trí M max b h a = a' h 0 C.thép tính C.thép chọn Thép m tt m ch
Trip mặt cắt (kNm) (mm) (mm) (mm) (mm) A s (cm 2 ) A s (cm 2 ) chọn (%) (%)
Bảng 4-2 Kết quả tính toán thép sàn tầng điển hình theo phương Y
Tên Vị trí Ví trí M max b h a = a' h 0 C.thép tính C.thép chọn Thép m tt m ch
Trip mặt cắt (kNm) (mm) (mm) (mm) (mm) A s (cm 2 ) A s (cm 2 ) chọn (%) (%)
TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BẢN SÀN
Dùng phần mềm SAFE ta có được moment lớn nhất trong sàn: (bao2)
Tại vị trí sàn trục 1 đến trục 2 của dãy strip CSA2: Mmax = 51kN.m
Tại vị trí sàn trục 1 đến trục 2 của dãy strip MSB2: Mmax = 68 kN.m Ô sàn được chọn (6500x900) Nhịp của ô bản lần lượt l 1 6.5( )m ;l 2 9( )m
Cắt ô sàn theo phương x có b =6.5m, xem độ võng của bản sàn lúc này như độ võng của dầm có kích thước b =6.5m; h = 20m được ngàm ở hai đầu
Khi tính toán độ võng, chúng ta sử dụng tải tiêu chuẩn để thực hiện Độ võng của sàn theo hai phương là tương đương, vì vậy chỉ cần tính độ võng theo một phương là đủ.
Để tính độ võng, tải trọng cần được phân chia thành tổng tải trọng toàn phần ngắn hạn và tổng tải trọng toàn phần dài hạn Theo TCVN 5574-2012, độ võng cho phép được quy định trong Bảng 4, cụ thể đối với sàn 9 5( ) 1 1 9 0.036( ).
4.2.1 Kiểm tra khả năng chịu chọc thủng
Kiểm tra vị trí sàn trên vách máy trục B, nơi có nguy cơ xuyên thủng sàn cao nhất, bằng cách sử dụng phần mềm SAFE để xác định vị trí có lực cắt lớn nhất Nếu vị trí này đạt yêu cầu, không cần kiểm tra thêm các vị trí khác.
Theo Mục 6.2.5.4 TCVN 5574-2012, điều kiện chống xuyên thủng được xác định theo công thức: bt m 0
F là lực nén thủng, gây ra bởi tải trọng bên trên bản sàn
1 là hệ số đối với bêtông nặng
R bt 1.20MPa là cường độ chịu kéo của bêtông u m là chu vi xuyên thủng trung bình
Chu vi đáy bé của tháp, là chu vi của cột c v v
Chu vi đáy lớn của tháp, là chu vi mặt bên của tháp xuyên thủng theo 1 góc 45 0 l v v 0
Kiểm tra F378kN R bt U m h 0 1 1.20 10 3 0.38 2790kN
Vậy vị trí này đảm bào khả năng chống xuyên thủng
4.2.2 Các đặc trưng tiết diện
0.5 1.5 0.5 10 20( ); 200 20 180( ) bv b mm h mm L mm a a mm h h a mm
Bê tông B30: R b s er 22(MPa R); bt s er 1.8(MPa E); b 32.5 10 ( 3 MPa)
Thép AIII: R s ser 365(MPa E); s 20 10 ( 4 MPa)
Thép bố trí cần kiểm tra AI: 10 200;a A s 982(mm 2 );A s ' 0(mm 2 )
Hệ số quy đổi giữa bê tông và thép
4.2.3 Các đặc trưng hình học
4.2.4 Kiểm tra nứt cho ô sàn
Cấp 1: không cho phép xuất hiện viết nứt
Cấp 2 cho phép mở rộng ngắn hạn của vết nứt với bề rộng tối đa là a crc 1, nhưng cần đảm bảo rằng vết nứt sẽ tự khép lại sau đó.
Cấp 3 cho phép mở rộng ngắn hạn của vết nứt với bề rộng hạn chế a crc 1, đồng thời cũng cho phép sự mở rộng dài hạn của vết nứt nhưng với bề rộng giới hạn a crc 2.
Kiểm tra sự hình thình vết nứt theo mục 7.1.2.4 TCVN 5574 – 2012, vết nứt được hạn chế theo điều kiện:
Momen do ngoại lực tác động lên một bên của tiết diện đối xứng với trục song song với trục trung hòa, đi qua điểm lõi và cách xa vùng chịu kéo của tiết diện Đối với cấu kiện chịu uốn, momen này có giá trị M r = M = 68 (kNm).
M crc : Khả năng chống nứt
R bt,ser : Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bêtông ứng với trạng thái giới hạn
W pl : Moment chống uốn của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng Theo mục 7.1.2.6 TCVN 5574 – 2012
I b0 : Moment quán tính của tiết diện vùng bêtông chịu nén đối với trục trung hòa
I , I : Moment quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng A , A s s ' đối với trục trung hòa α: Hệ số quy đổi s b
S b0 : Moment tĩnh của diện tích tiết diện tương ứng của vùng bêtông chịu kéo đối với trục trung hòa
Để xác định mô men ứng lực P đối với trục và M r, trong tính toán, cần lấy dấu “+” khi M rp và M r ngược chiều nhau, và dấu “–“ khi chúng cùng chiều Đối với kết cấu bê tông không có ứng lực trước, ứng lực P do co ngót gây ra, do đó M rp sẽ mang dấu “–” Đối với bê tông B30, giá trị ứng suất là sc 400(kg cm/ 2 ).
400 9.82 (20 10 6.2) 0 63633( ) 6.36( ) rp sc s pl sc s pl
22 44105 636333 906676( ) 90.6 cr bt ser pl rp
Bảng 4-3 Giá trị tính toán nứt
Các đặc trưng tính toán Giá trị
Lúc này ta tính toán độ võng cho bản sàn không xuất hiện vết nứt
-Đối với cấu kiện không nứt, không ứng lực trước thì độ cong được xác định theo công thức:
: độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
𝜑 𝑏1 : hệ số xét đến từ biến ngắn hạn của bê tông, 𝜑 𝑏1 = 0.85
Moment được xác định bởi tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng, bao gồm tĩnh tải, hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn Sử dụng phần mềm SAFE, chúng ta có thể tính toán và xác định moment lớn nhất trong sàn thông qua tổ hợp COMBBAO2.
: độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn
𝜑 𝑏2 = 2:hệ số xét đến ảnh hưởng từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng cấu kiện không có vết nứt, (Bảng 33 TCVN 5574:2012)
Moment do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn (tĩnh tải + hoạt tải dài hạn)
Độ võng được tính bằng công thức:
Trong đó: L là nhịp tính toán của cấu kiện
16 cho trường hợp hai đầu ngàm
Kiểm tra độ võng, theo Bảng 4, TCVN 5574:2012:
f =0.00109 m < f 0.036 m => Thỏa điều kiện độ võng
4.2.6 Kiểm tra độ võng sàn bằng safe
- Khai báo combo tính võng sàn
Hình 4-12 Combo CV độ võng sàn
Hình 4-13 Độ võng sàn từ SAFE (mm)
Từ kết quả SAFE, xem kết quả chuyển vị sàn: Độ võng lớn nhất theo phần mền SAFEv12 :
Min = -2.58mm Độ võng lớn nhất của bản sàn là f 2.58mm0.258cm Độ võng giới hạn được xác định theo công thức:
Kiểm tra f 0.258cm f u 3.6cm → Đạt yêu cầu
Thỏa điều kiện độ võng.
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC B
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP VÁCH
5.1.1 Khái quát cơ bản về lõi vách
Lõi và vách BTCT là kết cấu chịu lực quan trọng cho các tòa nhà nhiều tầng, kết hợp giữa vách cứng và hệ khung hoặc giữa các vách với nhau để tạo thành hệ kết cấu tối ưu Tuy nhiên, việc tính toán vách cứng chưa được hướng dẫn cụ thể trong Tiêu Chuẩn Thiết Kế Việt Nam Do đó, thiết kế và tính toán vách cứng thường dựa vào các tiêu chuẩn quốc tế như Eurocode, BS, ACI và AS để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công trình.
5.1.2 Tính toán và bố trí thép
5.1.2.1 Lý thuyết tính toán vách
Tổng quát trên mặt cắt ngang vuông góc với trục vách có đầy đủ 5 thành phần nội lực: , x , y , x , y
Khả năng chịu lực của vách phụ thuộc vào các thành phần nội lực, chủ yếu là tải trọng đứng Tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của vách, do đó có thể bỏ qua khả năng chịu Moment ngoài mặt phẳng M x và Lực cắt Q y Trong thực hành, việc tính toán đồng thời tất cả các thành nội lực như N, M y và Q x là rất phức tạp và tốn nhiều công sức Hầu hết các tiêu chuẩn hiện nay thường tách riêng Moment và Lực cắt để tính toán.
Nội lực tách dụng lên vách
Theo Tiêu Chuẩn Xây dựng Việt Nam, hiện chưa có hướng dẫn cụ thể cho việc tính toán vách – cấu kiện dạng tấm Có thể áp dụng các quy định tính toán cột để xác định cốt thép dọc cho vách, và sử dụng các quy định tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng như dầm và cột để tính toán cốt thép ngang cho vách 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 momen
- Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác
5.1.2.2 Phương pháp phân bố ứng suất đần hồi
Phương pháp này chia vách thành các phần tử nhỏ, chịu lực kéo hoặc nén tại tâm, với ứng suất phân bố đều trên mặt cắt ngang Tính toán cốt thép cho từng phần tử được thực hiện, sau đó kết hợp để bố trí cho toàn bộ vách.
Các giả thiết cơ bản dùng khi tính toán:
- Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả bêtông và cốt thép chịu
Bước 1: Xác định trục chính và mômen quán tính chính trung tâm của vách
Bước 2: Chia vách thành những phần tử nhỏ
Các phần tử thường cố chiều dài từ ( 0.15 0.25 )h với h là chiều dài vách
Để xác định ứng suất trên mỗi phần tử trong vách, bước đầu tiên là chia vách thành những phần tử nhỏ Do giả thiết vật liệu có tính đàn hồi, chúng ta sẽ áp dụng các công thức tính toán từ lĩnh vực "Sức bền vật liệu" để thực hiện việc này.
Tung độ điểm chịu nén được xác định theo trục quán tính chính Chiều dày tính cho một phía của tiết diện khi tính ứng suất tiếp sẽ được xác định dựa trên từng trường hợp cụ thể.
S x Mômen tĩnh của tiết diện tính cho một phía kể từ điểm xác định ứng suất tiếp
A Diện tích mặt cắt ngang phâng tử x
I Mômen quán tính chính trung tâm
Bước 4: Tính toán cốt thép
Diện tích cốt thép trong vùng nén được xác đinh từ điều kiện cân bằng ứng suất trên mắt cắt ngang:
Diện tích cốt thép chịu kéo xác định theo công thức sau:
Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Cốt thép được chọn và bố trí theo kết quả: A sc max( A ; A ) ' s s
Nhận xét: Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán cho các vách có hình dạng phức tạp như L, T, U,
5.1.2.3 Phương pháp vùng biên chịu momen
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 5-2 Sơ đồ tính vách
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 M x, trong đó moment M x tương đương với cặp ngẫu lực được đặt tại hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên
Bước 3: Tính toán diện tích cốt thép chịu kéo hoặc nén
Diện tích cốt thép cần thiết:
Nếu vùng biên chịu kéo:
Hệ số giảm bền khi chịu uốn
Nếu vùng biên chịu nén:
Hệ số giảm bền khi chịu nén
Nếu A s 0 đặt thép theo cấu tạo
- Lực tác dụng lên phần tường còn lại: P = b P u (A- A left - A right )
- Khả năng chịu nén của bê tông Mục 14.5.2 ACI 318M- 11:
- Trong đó: - Hệ số giảm sức chịu tải, lấy bằng 0.65
Ag – Diện tích vùng chịu nén lc – chiều cao vách h – Chiều dày vách k – Hệ số chiều dài tính toán, 0.8 - vách có liên kết chống xoay ở phái trên và dưới
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu kết quả tính toán không đạt yêu cầu, cần điều chỉnh kích thước B của vùng biên và thực hiện tính toán lại Chiều dài tối đa của vùng biên B là L.
2 , nếu tăng kích thước B vượt giá trị này thì phải tăng chiều dày vách
Bước 5: Kiểm tra phần tường còn lại giữa 2 vùng biên như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm
Trường hợp bêtông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này đặt theo cấu tạo
Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu momen của một phần tiết diện vách (vùng biên)
5.1.2.4 Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác
Phương pháp này dựa trên các giả thiết về hoạt động của bêtông và cốt thép để xác định trạng thái chịu lực giới hạn (Nu, Mu) của vách Sự kết hợp các trạng thái này tạo ra một đường cong thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc N và mômen M tại trạng thái giới hạn.
- Đây là phương pháp chính xác nhất, phản ánh đúng nhất sự làm việc của vách
Phương pháp này coi vách như một cấu kiện chịu nén lệch tâm, trong đó cốt thép được phân bố đều trên toàn bộ tiết diện vách, góp phần vào khả năng chịu lực của nó.
- Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, phức tạp
- Trên cơ sở phân tích trên, sinh viên chọn Phương pháp vùng biên chịu momen để tính toán cho cấu kiện vách trong Đồ Án Tốt Nghiệp
Bảng 5-1: Tổ hơp nội lực theo TC AIC 318-08
Tổ hợp Loại Thành phần tổ hợp Ý nghĩa
GX Linear Add GTX + GDX Gió theo phương X
GY Linear Add GTY + GDY Gió theo phương Y
TH1 Linear Add 1.273 TT + 1.333 HT1 Tính nội lực vách
TH2 Linear Add 1.273 TT + 1.333 HT2 Tính nội lực vách
TH3 Linear Add 1.273 TT + 1.333 HT1 + 1.333 HT2 Tính nội lực vách
TH4 Linear Add 1.273 TT +1.333 GX Tính nội lực vách
TH5 Linear Add 1.273 TT +-1.333 GX Tính nội lực vách
TH6 Linear Add 1.273 TT + 1.333 GY Tính nội lực vách
TH7 Linear Add 1.273 TT - 1.333 GY Tính nội lực vách
The analysis of wall internal forces can be conducted using various linear combinations For instance, the configurations TH8 through TH16 involve adding 1.273 TT, 1 HT1 or 1 HT2, and either 1 GX or 1 GY, with specific variations for each scenario These combinations are essential for accurately calculating the internal forces within the wall structure, ensuring a comprehensive understanding of structural integrity.
The calculations for wall internal forces involve three scenarios: TH17, TH18, and TH19 In TH17, the formula is 1.273 TT + 1 HT1 + 1 HT2 - 1 GX For TH18, the equation changes to 1.273 TT + 1 HT1 + 1 HT2 + 1 GY Lastly, TH19 uses the formula 1.273 TT + 1 HT1 + 1 HT2 - 1 GY Each scenario is essential for determining the structural integrity of the wall.
- (Kết quả nội lực trong giải ra được từ ETABS được thể hiện trong Phụ Lục Tính Toán)
5.1.3 Quy đồi thông số vật liệu
Bảng 5-1 Bảng quy đổi thông số vật liệu
Vật liệu TCVN 2727-2012 Hệ số quy đổi AIC 328-11
Bê tông B40 Rb"MPa 1.3 f c ' (.6MPa
Thép AIII Rs65MPa 1.2 f y @1Mpa
5.1.4 Tính toán cốt thép dọc cho vách
- Vì khung trục B đối xứng nên ta tính nửa khung bên trái có nội lực vách lớn hơn rồi lấy hàm lượng cốt thép bố trí cho toàn khung
5.1.4.1 Tính toán cốt thép dọc cho mặt cắt vách điển hình Áp dụng phương pháp vùng biên chịu momen tính toán điển hình cho vách P1, thuộc khung trục B Chọn vách P1, Tầng Hầm, có các thông số tính toán như sau:
Bước 1: Chọn chiều dày vùng biên B
Chiều dày vùng biên được chọn theo giới hạn: w w max( 0.15 L;1.5t ) B max( 0.25 L;2 t ) max( 0.15 ;1.5 0.3 ) B max( 0.25 ;2 0.3 )
Hình 5-3 Mặt cắt ngang của vách P1 và phần tử biên
Bước 2: Xác định nội lực
Lực kéo nén trong vùng biên y l ,r b l r
Bước 3: Tính toán cốt thép
Diện tích cốt thép vùng biên chịu nén
Chọn và bố trí cốt thép: 10 25 có A s 4909mm 2 trên vùng biên của vách
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép min s max
Bước 5: Kiểm tra cốt thép vùng giữa:
Lực tác dụng lên phần tường còn lại: u b left right
Khả năng chịu nén của bê tông:
Kiểm tra điều kiện: P = 7563kN b P = 3559 kN n → Cần tính thép
Diện tích cốt thép cần thiết: sc 2
→ Chọn và bố trí cốt thép: 12 16 có A s 2413mm 2 trên vùng biên của vách
Dùng lực cắt lớn nhất để tính và bố trí cho toàn vách:
Dựa vào biểu đồ bao lực cắt ta có
Bảng 5-2 Tổ hợp nội lực có giá trị Qmax
Story Load PIER P (kN) V2 (kN) M3
Kiểm tra các điều kiện tính cốt đai:
Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng (theo TC 5574:2012)
Trong đó : φw1 hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với trục dầm, được xác định theo công thức: φw1 = 1+5àw < 1.3; = Es / Eb; àw = Asw / bs
Asw – diện tích một lớp cốt đai b – bề rộng sườn s – khoảng cách giữa các lớp cốt đai φb1 – hệ số ảnh hưởng của bê tông
= 0.3 x 0.999 x 0.83 x 17x10 3 x 0.3 x 1.8 = 2417kN (thỏa mãn điều kiện)
5.1.5 Tổng hợp kết quả tính thép vách
Bảng 5-3 Kết quả tính toán thép vách P1
STT Story Vách Tổ hợp
(kN) (kNm) (kN) (kN) (kN) cm2 cm2 % cm2 %
Bảng 5-4 Kết quả tính toán thép vách P2
STT Story Vách Tổ hợp N M P n P k Pg As_ biên Chọn
(kN) (kNm) (kN) (kN) (kN) cm2 cm2 % cm2 %
Bảng 5-5 Kết quả tính toán thép vách P3
STT Story Vách Tổ hợp
(kN) (kNm) (kN) (kN) (kN) cm2 cm2 % cm2 %
Bảng 5-6 Kết quả tính toán thép vách P4
STT Story Vách Tổ hợp
(kN) (kNm) (kN) (kN) (kN) cm2 cm2 % cm2 %
